CN110893514B - 激光加工系统、喷流观测装置、激光加工方法、以及喷流观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工系统、喷流观测装置、激光加工方法、以及喷流观测方法。激光加工系统可以有效利用从喷嘴射出的辅助气体，可以有效地将因激光光线而熔融了的工件材料吹走。激光加工系统具有：喷嘴，其具有沿着激光光线的光轴射出辅助气体的喷流的射出口，在远离射出口的位置形成喷流的速度的极大点；测量器，其测量辅助气体向喷嘴的供给流量；位置取得部，其通过规定的运算从测量器的测量值取得极大点的位置。

Description

激光加工系统、喷流观测装置、激光加工方法、以及喷流观测 方法

技术领域

本发明涉及激光加工系统、喷流观测装置、激光加工方法、以及喷流观测方法。

背景技术

已知具有射出辅助气体的喷嘴的激光加工系统(例如，日本特开2017-051965号公报)，该辅助气体用于在通过激光光线加工工件时将因该激光光线而熔融了的工件材料吹走。

以往，谋求一种可以有效利用从喷嘴射出的辅助气体，可以有效地将因激光光线而熔融了的工件材料吹走的激光加工系统。

发明内容

在本公开的一方式中，激光加工系统具有：喷嘴，其具有沿着激光光线的光轴射出辅助气体的喷流的射出口，在远离射出口的位置形成喷流的速度的极大点；测量器，其测量辅助气体向喷嘴的供给流量；以及位置取得部，其通过规定的运算从测量器的测量值取得极大点的位置。

在本公开的其他方式中，喷流观测装置具有：测量器，其测量向喷嘴供给的气体的供给流量；以及位置取得部，其通过规定的运算从测量器的测量值取得从喷嘴的射出口射出的气体的喷流的、在远离射出口的位置形成的速度的极大点的位置。

在本公开的另一其他方式中，使用上述的激光加工系统来对工件进行激光加工的方法，在将喷嘴相对于工件的加工部位配置在根据极大点的位置而确定的目标位置的状态下，从喷嘴的射出口射出喷流，并且通过激光光线来加工工件。

在本公开的另一其他方式中，喷流观测方法测量向喷嘴供给的气体的供给流量，通过规定的运算从供给流量的测量值取得从喷嘴的射出口射出的气体的喷流的、在远离射出口的位置形成的速度的极大点的位置。

由于可以将加工工件时从喷嘴射出的辅助气体以足够大的速度吹到该工件上，因此可以有效利用辅助气体，可以有效地将因激光光线而熔融了的工件材料吹走。

附图说明

图1是激光加工系统的图。

图2是通过高速照相机来拍摄从喷嘴射出的辅助气体的喷流而得的图像。

图3是用于说明喷流的速度的极大点的图，上侧的图概略性地表示喷流的速度与距射出口的位置x之间的关系，该图的下侧示出了图2的图像。

图4是喷流观测装置的图。

图5是图4所示的喷流观测装置的框图。

图6是其他喷流观测装置的图。

图7是图6所示的喷流观测装置的框图。

图8是另一其他的喷流观测装置的图。

图9是图8所示的喷流观测装置的框图。

图10是其他激光加工系统的图。

图11是图10所示的激光加工系统的框图。

图12是另一其他的激光加工系统的图。

图13是图12所示的激光加工系统的框图。

图14是表示图12所示的激光加工系统的动作流程的一例的流程图。

图15是表示图14中的步骤S14的流程的一例的流程图。

图16是概略性地表示图12所示的测量器的输出数据与距射出口的距离之间的关系的图。

图17是另一其他的激光加工系统的图。

图18是图17所示的激光加工系统的框图。

图19是另一其他的激光加工系统的图。

图20是图19所示的激光加工系统的框图。

图21是表示图19所示的激光加工系统的动作流程的一例的流程图。

图22是喷流调整装置的图。

图23表示图22所示的机构部的一例。

图24表示图22所示的机构部的其他示例。

图25是另一其他的激光加工系统的图。

图26是图25所示的激光加工系统的框图。

图27是表示图25所示的激光加工系统的动作流程的一例的流程图。

图28表示测量器的一例。

图29表示测量器的其他示例。

具体实施方式

以下，根据附图对本公开的实施方式进行详细说明。另外，在以下说明的各种实施方式中，对同样的要素标注相同的符号，省略重复的说明。首先，参照图1，对激光加工系统10进行说明。

激光加工系统10具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、以及配置装置18。激光振荡器12在内部进行激光振荡，向外部射出激光光线。激光振荡器12可以是CO₂激光振荡器、固体激光(YAG激光)振荡器、或者光纤激光振荡器等任意类型的激光振荡器。

激光加工头14具有：头本体20、光学透镜22、透镜驱动部23、以及喷嘴24。头本体20是中空的，其基端部与光纤26连接。从激光振荡器12射出的激光光线在光纤26内传播，射入到头本体20的内部。

光学透镜22具有准直透镜和聚焦透镜等，对射入到头本体20的内部的激光光线进行准直和聚光而照射到工件W。光学透镜22以能够向光轴O的方向移动的方式收纳于头本体20的内部。

透镜驱动部23使各光学透镜22向光轴O的方向移动。透镜驱动部23通过调整光学透镜22的光轴O方向的位置，可以控制从喷嘴24射出的激光光线焦点的光轴O方向的位置。

喷嘴24是中空的，且设置于头本体20的末端部。喷嘴24具有随着从其基端部朝向末端部，与光轴O正交的截面面积变小那样的圆锥状的外形，在其末端部具有圆形的射出口28。在喷嘴24和头本体20的内部形成有空洞的腔29。从光学透镜22传播的激光光线从射出口28被射出。

辅助气体供给装置16经由气体供给管30向形成于喷嘴24和头本体20的内部的腔29供给辅助气体。辅助气体例如是氮气或空气。供给到腔29的辅助气体沿着激光光线的光轴O，与激光光线一起从射出口28作为喷流被射出。喷嘴24在远离射出口28的位置形成喷流速度的极大点。

以下，参照图2和图3，对从喷嘴24射出的辅助气体的喷流进行说明。图2是通过高速照相机来拍摄从喷嘴24的射出口28射出的喷流而得的图像。图3示出了概略性地表示图2所示的喷流的图像、以及喷流的速度V与沿着光轴O背离射出口28的方向的位置x之间的关系的图。

在本申请中，所谓喷流的“速度”定义为：包含辅助气体的流速(单位：m/sec)和流量(单位：m³/sec)在内的参数。图2和图3所示的喷流是以对腔29的供给压力为1MPa，射出口28的开口尺寸(直径)为2mm的条件形成的喷流。

如图2和图3所示，从喷嘴24射出的辅助气体的喷流在从射出口28向光轴O的方向远离的位置处形成其速度V为极大的第一马赫盘区域33(Mach disk region)和第二马赫盘区域35。第一马赫盘区域33包含速度V的第一极大点32的位置x₁，第二马赫盘区域35包含速度V的第二极大点34的位置x₂。

更具体来说，如图3的图所示，喷流的速度V随着从射出口28的位置(即，x＝0)沿着光轴O远离而缓缓增加，在位置x₁处为第一极大点32。另外，在图3所示的图像的喷流中，x₁≈4mm。在包含位置x₁的第一马赫盘区域33中形成：在喷流与该喷流外侧的大气边界进行了反射的辅助气体的反射波彼此相互干扰而相互增强的、所谓的马赫盘。

随着从位置x₁沿着光轴O进一步远离射出口28，速度V急剧减少，接着转而增加，在位置x₂处成为第二极大点34。在包含位置x₂在内的第二马赫盘区域35中形成第二马赫盘。

这样，在从喷嘴24射出的喷流中，在光轴O的方向上形成多个马赫盘，由此，喷流的速度V在光轴O的方向上会具有多个极大点32、34。形成的马赫盘(即，极大点)的数量与射出的喷流的速度V对应地增加。

在本申请发明中，在通过激光加工系统10对工件W进行激光加工时，相对于工件W的加工部位S将喷嘴24配置于根据极大点32、34的位置x₁、x₂确定的目标位置，以便将该工件W(具体来说，工件W的加工部位S)配置于马赫盘区域33和35中的一个。

以往，希望在工件W的激光加工过程中吹到工件W上的辅助气体的压力尽可能大。辅助气体的压力在射出口28的位置为最大。因此，以往在对工件W进行激光加工时，使该工件W尽可能地接近压力为最大的射出口28。具体来说，以往将工件W配置于图3中的接近区域36。该接近区域36比第一极大点32靠近射出口28，是辅助气体的压力为接近最大值的值的区域。

在这样使喷嘴24与工件W接近时，在使喷嘴24相对于工件W高速移动的同时进行激光加工的情况下，在喷嘴24与工件W之间容易产生等离子体。在产生等离子体时，工件W的完成面可能变得粗糙。此外，在使喷嘴24与工件W接近时，因激光加工熔融而飞散的工件W的粒子从射出口28进入到喷嘴24的内部，对激光加工头14的构成要素(例如，保护玻璃)造成污染的可能性也增大。

本发明人专心研究结果获得了如下知识：在工件W的激光加工过程中吹到该工件W上的辅助气体的速度V越大，越是可以有效地通过该辅助气体吹走因激光光线而熔融了的工件W的材料。

以该知识为基础，本发明人发现：在从喷嘴24的射出口28射出了辅助气体的喷流的情况下，着眼于形成上述的极大点32、34，在对工件W进行激光加工时如果将该工件W配置于一个马赫盘区域33或35，则可以将辅助气体以比射出口28的接近区域36大的速度V吹到工件W上。

再次参照图1，配置装置18为了将工件W(例如，加工部位S)配置于马赫盘区域33或35，而将喷嘴24相对于加工部位S配置于根据极大点32或34的位置x₁或x₂而确定的目标位置。具体来说，配置装置18具有：工件工作台38、y轴移动机构40、x轴移动机构42、以及z轴移动机构44。

工件工作台38固定于作业单元的地板上。例如，工件工作台38具有向图1中的z轴方向延伸的多个针，工件W设置于由该多个针的末端形成的设置面。z轴方向例如与铅直方向实质平行。

y轴移动机构40具有一对轨道机构46和48、一对圆柱50和52。轨道机构46和48例如内置伺服电动机和滚珠丝杠机构(都未图示)，向y轴方向延展。轨道机构46和48分别使圆柱50和52向y轴方向移动。

x轴移动机构42例如内置伺服电动机和滚珠丝杠机构(都未图示)，固定于圆柱50和52，在该圆柱50和52之间延展。x轴移动机构42使z轴移动机构44向x轴方向移动。z轴移动机构44例如内置伺服电动机和滚珠丝杠机构(都未图示)，使激光加工头14向z轴方向移动。激光加工头14以使射出的激光光线的光轴O与z轴平行的方式设置于z轴移动机构44。

在加工工件W时，配置装置18将喷嘴24相对于加工部位S配置于目标位置。例如，设置于激光加工系统10的后述的控制部(未图示)控制配置装置18，将喷嘴24和工件W自动配置于目标位置。或者，也可以由操作员手动使配置装置18动作，将喷嘴24相对于加工部位S配置于目标位置。

接下来，辅助气体供给装置16向腔29供给辅助气体，从射出口28射出具有马赫盘区域33和35的辅助气体的喷流。然后，激光振荡器12对激光加工头14射出激光光线，激光加工头14从射出口28射出激光光线而照射到工件W。此时，透镜驱动部23调整光学透镜22的光轴O方向的位置，以使从射出口28射出的激光光线的焦点配置于加工部位S。

这样，在将工件W配置于喷流的马赫盘区域33或35的状态下，对该工件W进行激光加工。根据该结构，在进行工件W的加工时，由于可以将从喷嘴24射出的辅助气体以比射出口28的接近区域36大的速度V吹到该工件W上，因此可以有效利用辅助气体，有效地吹走因激光光线而熔融了的工件W的材料。

此外，与将工件W配置于射出口28的接近区域36的情况相比，由于可以抑制上述的等离子体的产生，因此可以提升工件W的完成品质。此外，与将工件W配置于接近区域36的情况相比，由于可以抑制激光加工过程中产生的工件W的飞散粒子进入到喷嘴24的内部，因此可以抑制激光加工头14的构成要素的污染。

接下来，参照图4和图5，对喷流观测装置60进行说明。喷流观测装置60取得表示上述的极大点32、34的位置x₁、x₂的信息。喷流观测装置60具有：控制部62、伪工件64、测量器66、以及上述配置装置18。控制部62具有处理器(CPU、GPU等)以及存储部(ROM、RAM等)等，控制测量器66以及配置装置18。

伪工件64设置于工件工作台38的设置面。伪工件64具有与工件W相同的外形(尺寸)，具有与加工部位S对应的伪加工部位64a。在图4所示的示例中，伪工件64配置于与激光加工时的工件W的设置位置不同的位置。

测量器66在伪加工部位64a的位置(或，从伪加工部位64a略微向射出口28的方向偏移的位置)测量从射出口28射出的喷流的速度V。例如，测量器66具有以接触的方式测量该速度V的热线流速计，该热线流速计配置于喷流内，包含根据该速度V而电阻值发生变化的热线。或者，测量器66具有以非接触的方式测量该速度V的激光流速计，该激光流速计包含对喷流照射光线来测量速度V的光学传感器。

测量器66测量喷流的速度V，作为输出数据(测量值)α，输出给控制部62。测量器66也可以配置于伪工件64上，或者可以与伪工件64分开来配置。伪工件64配置于喷流流动方向的前方(即，下游)，测量器66在射出口28与伪工件64之间的位置测量速度V。

配置装置18具有：工件工作台38、y轴移动机构40、x轴移动机构42、以及z轴移动机构44，使激光加工头14向x轴、y轴以及z轴的方向移动，由此，使激光加工头14相对于伪工件64和测量器66移动。

接下来，对使用喷流观测装置60来取得极大点32、34的位置x₁、x₂的方法进行说明。首先，控制部62使配置装置18动作，将激光加工头14配置于测量初始位置。在激光加工头14配置于测量初始位置时，如图4所示，相对于伪工件64和测量器66来定位激光加工头14，以使激光加工头14的光轴O与伪工件64的伪加工部位64a交叉。

此外，射出口28与测量器66的测量位置(即，伪加工部位64a的位置)之间的距离d_a为初始值d_a0。作为一例，初始值d_a0设定成测量器66的测量位置配置于图3中的接近区域36那样的、射出口28的接近位置。

作为其他示例，初始值d_a0设定成测量器66的测量位置配置于如下位置：从推定为存在距射出口28最远的极大点(在图3的示例中，第二极大点34)的位置向喷流的下游侧足够远的位置。由操作员预先设定初始值d_a0。

接下来，控制部62对辅助气体供给装置16发送指令，接受该指令，辅助气体供给装置16以供给压力Ps向腔29供给辅助气体。喷嘴24射出图2和图3所示那样的、具有速度V的极大点32和34的辅助气体的喷流。

接着，控制部62使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴方向移动，以使测量器66的测量位置与射出口28之间的距离d_a发生变化。作为一例，在上述的初始值d_a0设定成将测量器66的测量位置配置于射出口28的接近位置的情况下，控制部62使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴正方向移动，以增大距离d_a。

作为其他示例，在上述的初始值d_a0设定成将测量器66的测量位置配置于距射出口28最远的极大点的下游侧的情况下，控制部62使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴负方向移动，以减小距离d_a。

配置装置18使激光加工头14向z轴方向移动期间，控制部62向测量器66发送指令，使该测量器66连续测量速度V。例如，在配置装置18使激光加工头14移动期间，测量器66以规定周期(例如，0.5秒)连续测量速度V。这样，测量器66的测量位置沿着喷流相对移动，测量器66沿着该喷流连续测量速度V。

测量器66将测量出的速度V作为输出数据α(＝V)，输出给控制部62。这样测量器66输出的输出数据α和距离d_a之间的关系就与图3所示的速度V和位置x之间的关系对应。即，测量器66取得的输出数据α根据距离d_a发生变化，在与第一极大点32对应的位置处具有第一峰值α_max1，在与第二极大点34对应的位置处具有第二峰值α_max2。

控制部62将测量器66输出的连续的输出数据α的第一峰值α_max1取得为表示第一极大点32的位置x₁的信息，将第二峰值α_max2取得为表示第二极大点34的位置x₂的信息。这样，控制部62作为根据输出数据α取得表示极大点32、34的位置的信息的位置取得部68发挥功能。

然后，控制部62将测量了第一峰值α_max1时的测量器66的测量位置(即，伪加工部位64a的位置)与射出口28之间的距离d_a取得为目标距离d_T。该目标距离d_T表示相对于射出口28的第一极大点32的位置，例如，可以使用公知的间隙传感器或位移计等来进行取得。

然后，控制部62将测量了速度V时的射出口28的开口尺寸φ与供给压力Ps关联起来而将目标距离d_T数据库化，并存储于存储部。操作员以各种方式变更喷嘴24的开口尺寸φ与供给压力Ps，控制部62每当变更开口尺寸φ与供给压力Ps时，通过上述的方法取得目标距离d_T，进行数据库化。另外，在射出口28是圆形的情况下，开口尺寸是直径。

在以下的表1中表示开口尺寸φ、供给压力Ps、以及目标距离d_T的数据库的示例。

表1

在表1所示的数据库中，将喷嘴24的开口尺寸φ与供给压力Ps关联起来，设定多个目标距离d_T。另外，控制部62将测量了第二峰值α_max2时的射出口28与测量器66的测量位置之间的距离d_{a_2}取得为第二目标距离d_{T_2}，也可以同样地制作该第二目标距离d_{T_2}的数据库。此外，可以按辅助气体的种类(氮气、空气等)分别制作数据库。

这样制作出的目标距离d_T的数据库像后述那样，用于在通过激光加工系统对工件W进行激光加工时确定应该配置喷嘴24的目标位置。例如，在激光加工时使用的喷嘴24的射出口28的开口尺寸φ是4mm，对腔29的供给压力Ps是2.0MPa的情况下，d_T＝10mm这样的数据用于确定目标位置。

这样，通过测量辅助气体的喷流的速度V，可以取得表示极大点32、34的位置的信息。根据该结构，可以通过测量来高精度地求出极大点32、34的位置。

此外，喷流观测装置60具有伪工件64。这里，实际进行激光加工时，将辅助气体吹到工件W上。在喷流观测装置60中，代替工件W而将辅助气体吹到伪工件64上，根据其伪加工部位64a的位置处测量出的速度V测量极大点32、34的位置。根据该结构，由于可以在近似实际的激光加工的状态下测量极大点32、34的位置，因此，可以更高精度地测量该极大点32、34的位置。

此外，伪工件64具有与工件W相同的外形(尺寸)。根据该结构，由于可以在更近似实际的激光加工的状态下测量极大点32、34的位置，因此可以更高精度地测量该极大点32、34的位置。另外，伪工件64也可以具有与工件W不同的外形(尺寸)。该情况下，伪工件64也可以具有与工件W相同的z轴方向的厚度、以及与加工部位S对应的部位64a。此外，也可以不使用伪工件64，而取得极大点32、34的位置。

接下来，参照图6和图7，对喷流观测装置70进行说明。喷流观测装置70取得表示上述的极大点32、34的位置x₁、x₂的信息。喷流观测装置70具有：控制部72、测量器76、以及配置装置18。控制部72具有处理器和存储部(未图示)，控制测量器76和配置装置18。

配置装置18具有：工件工作台38、y轴移动机构40、x轴移动机构42、以及z轴移动机构44，在该工件工作台38上设置有物体74。配置装置18使激光加工头14向x轴、y轴、以及z轴的方向移动，由此，使喷嘴24相对于物体74移动。

物体74形成有圆形的贯穿孔74a。该贯穿孔74a的开口尺寸设定为与推定为通过从喷嘴24射出的激光光线将工件W穿孔时形成的贯穿孔的开口尺寸大致相同。物体74可以具有与工件W相同的外形(尺寸)，或者，也可以具有与工件W不同的外形(尺寸)。此外，物体74也可以具有与工件W相同的z轴方向的厚度、以及与加工部位S对应的部位。

测量器76配置成与贯穿孔74a邻接，对从喷嘴24的射出口28射出的喷流通过贯穿孔74a时冲击到物体74而产生的声音的声压SP或频率f进行测量。另外，在本说明书中，所谓声音的“声压”除了声压(单位：Pa)，还包含声压级(单位：dB)、声强(单位：W/m²)等。

此外，所谓声音的“频率”除了声音的频率之外，还包含声音的频率特性(即，频谱)。该频率特性中包含至少一个频率成分(例如，1Hz)的声压级、或者规定频带(例如，1kHz～10kHz)的平均声压级等信息。测量器76具有将声音变换为电信号的麦克风76a、从该电信号中取得声音的频率特性的频率取得部76b。

接下来，对使用喷流观测装置70取得极大点32、34的位置x₁、x₂的方法进行说明。首先，控制部72使配置装置18动作，将激光加工头14配置于测量初始位置。激光加工头14配置于测量初始位置时，如图6所示，相对于物体74来定位激光加工头14，以使激光加工头14的光轴O通过贯穿孔74a。此外，射出口28与物体74之间的距离d_b为初始值d_b0。

作为一例，初始值d_b0设定成将物体74配置于图3中的接近区域36那样的射出口28的接近位置。作为其他示例，初始值d_b0设定成将物体74配置于从推定为存在距射出口28最远的极大点(图3的示例中，第二极大点34)的位置向喷流的下游侧足够远的位置。

接下来，控制部72向辅助气体供给装置16发送指令，接受该指令，辅助气体供给装置16向腔29以供给压力Ps供给辅助气体。喷嘴24射出具有极大点32和34的辅助气体的喷流。接下来，控制部72使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴方向移动，以使物体74与射出口28之间的距离d_b发生变化。

作为一例，在上述的初始值d_b0设定成将物体74配置于射出口28的接近位置的情况下，控制部72使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴正方向移动，以增大距离d_b。

作为其他示例，在上述初始值d_b0设定成将物体74配置于距射出口28最远的极大点的下游侧的情况下，控制部72使配置装置18动作，使激光加工头14向z轴负方向移动，以减小距离d_b。

在配置装置18使激光加工头14向z轴方向移动，使喷嘴24相对于物体74接近或远离的期间，控制部72向测量器76发送指令，使该测量器76连续测量声压SP或频率f。例如，在配置装置18使激光加工头14移动的期间，测量器76以规定周期(例如，0.5秒)连续测量声压SP或频率f。测量器66将测量出的声压SP或频率f作为输出数据β(＝SP或f)依次输出给控制部72。

这里，喷流通过贯穿孔74a时冲击到物体74而产生的声音的声压SP和频率f与辅助气体的流速Vs高度相关。具体来说，喷流冲击到物体74产生的声音的声压(峰值、有效值等)、以及声音的频率特性(例如，至少一个频率成分的声压级)与辅助气体的流速Vs高度相关。

因此，所取得的输出数据β与距离d_b之间的关系对应于图3所示的图。即，来自测量器76的输出数据β根据距离d_b而变化，在与第一极大点32对应的位置处具有第一峰值β_max1，在与第二极大点34对应的位置处具有第二峰值β_max2。

控制部72将测量器76输出的连续的输出数据β的第一峰值β_max1取得为表示第一极大点32的位置x₁的信息，将第二峰值β_max2取得为表示第二极大点34的位置x₂的信息。这样，控制部72作为根据输出数据β取得表示极大点32、34的位置的信息的位置取得部78发挥功能。

然后，控制部72将测量了第一峰值β_max1时的物体74与射出口28之间的距离d_b取得为目标距离d_T。该目标距离d_T表示第一极大点32相对于射出口28的位置，例如，可以使用公知的间隙传感器等来进行取得。

然后，控制部72将测量了声压SP和频率f时的射出口28的开口尺寸φ与供给压力Ps关联起来，将目标距离d_T和第一峰值β_max1数据库化。在以下的表2中表示开口尺寸φ、供给压力Ps、第一峰值β_max1以及目标距离d_T的数据库的示例。

表2

在表2所示的数据库中，将喷嘴24的开口尺寸φ与供给压力Ps关联起来，设定第一峰值β_max1(声压级)以及目标距离d_T。另外，控制部72将测量了第二峰值β_max2时的射出口28与物体74之间的距离d_{b_2}取得为第二目标距离d_{T_2}，也可以同样地制作该第二目标距离d_{T_2}的数据库。

此外，也可以按辅助气体的种类(氮气、空气等)分别制作数据库。这样制作出的目标距离d_T的数据库像后述那样，用于通过激光加工系统对工件W进行激光加工时确定应该配置喷嘴24的目标位置。

如上所述，根据喷流观测装置70，根据辅助气体的喷流冲击到物体74的声音，可以取得表示极大点32、34的位置x₁、x₂的信息。根据该结构，可以通过测量高精度地求出极大点32、34的位置x₁、x₂。此外，喷流观测装置70像后述那样，在激光加工过程中可以取得表示极大点32、34的位置x₁、x₂的信息。

接下来，参照图8和图9，对喷流观测装置80进行说明。喷流观测装置80通过规定的运算取得上述的第一极大点32的位置x₁。喷流观测装置80具有控制部82和测量器84。控制部82具有处理器和存储部(未图示)，控制测量器84。

测量器84对从辅助气体供给装置16供给到腔29的辅助气体的供给流量Vv进行测量。测量器84设置于气体供给管30，对从辅助气体供给装置16朝向腔29而在气体供给管30内流动的辅助气体的流量Vv进行测量。

接下来，对通过喷流观测装置80取得第一极大点32的位置x₁的方法进行说明。首先，控制部82向辅助气体供给装置16发送指令，接受该指令，辅助气体供给装置16向腔29供给辅助气体。喷嘴24射出具有极大点32和34的辅助气体的喷流。

接下来，控制部82向测量器84发送指令，接受该指令，测量器84对从辅助气体供给装置16向腔29的供给流量Vv进行测量。测量器84将供给流量Vv的输出数据(测量值)输出给控制部82。接着，控制部82使用来自测量器84的输出数据Vv和以下的数学式1，计算从射出口28到第一极大点32的距离d_c作为第一极大点32的位置x₁的信息。

d_c＝0.67×φ×(ρVs²/2)^1/2···(数学式1)

这里，φ表示射出口28的开口尺寸，ρ表示辅助气体的粘性系数，Vs表示从输出数据Vv和开口尺寸φ求出的辅助气体的流速Vs。这样，控制部82作为位置取得部86发挥功能，该位置取得部86通过运算从测量器84的输出数据Vv取得第一极大点32的位置x₁。

根据喷流观测装置80，可以通过运算高精度且快速地取得第一极大点32的位置x₁。此外，喷流观测装置80像后述那样，在激光加工过程中可以实时取得第一极大点32的位置x₁。

接下来，参照图10和图11，对激光加工系统100进行说明。激光加工系统100具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、以及控制部102。控制部102具有处理器(未图示)和存储部104，控制激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、以及配置装置18。存储部104存储数据库106。数据库106例如是上述的表1或表2所示那样的数据库。

接下来，对激光加工系统100的动作进行说明。首先，控制部102取得使用的喷嘴24的射出口28的开口尺寸φ、以及从辅助气体供给装置16对腔29的辅助气体的供给压力Ps的设定值，根据开口尺寸φ和供给压力Ps的设定值，从存储部104读出并取得数据库106内的相应的目标距离d_T。

接下来，控制部102使配置装置18动作而使激光加工头14相对于工件W移动，在射出口28与加工部位S之间的距离d与目标位置d_T一致的目标位置配置喷嘴24。这样，使用数据库106确定目标位置，控制部102作为移动控制部108发挥功能，该移动控制部108控制配置装置18(即，移动机构40、42、44)将喷嘴24配置于该目标位置。

接下来，控制部102使辅助气体供给装置16动作，以供给压力Ps向腔29供给辅助气体，喷嘴24射出具有速度V的极大点32、34的辅助气体的喷流。接着，控制部102使激光振荡器12动作，从射出口28射出激光光线，使透镜驱动部23动作，调整光学透镜22的光轴O方向的位置，以使射出的激光光线的焦点配置于加工部位S。

结果，通过激光光线在工件W的加工部位S形成贯穿孔，控制部102按照存储于存储部104的加工程序使配置装置18动作，使喷嘴24相对于工件W移动，同时对工件W进行激光加工(具体来说，激光切断)。此时，工件W的加工部位S配置于辅助气体的喷流的第一马赫盘区域33(具体来说，第一极大点32的位置)。

根据激光加工系统100，可以有效利用辅助气体，将因激光光线而熔融了的工件W的材料有效地吹走。此外，由于可以抑制上述的等离子体的产生，因此可以提升工件W的加工部位S的完成品质，并且可以抑制激光加工头14的构成要素的污染。

此外，在激光加工系统100中，使用第一极大点32的位置的数据库106来确定加工工件W时应该配置喷嘴24的目标位置。根据该结构，可以更快速且容易地将喷嘴24和工件W定位于目标位置，开始激光加工。

另外，在激光加工系统100中，可以将存储部104设定为与控制部102不同的要素。该情况下，存储部104可以内置于与控制部102能够通信地连接的外部装置(服务器等)中，也可以是能够外装于控制部102的存储介质(硬盘或闪存等)。此外，在对工件W进行激光加工时，控制部102可以固定射出口28与工架W之间的距离。

接下来，参照图12和图13，对激光加工系统110进行说明。激光加工系统110具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、测量器76、以及控制部112。

控制部112具有处理器和存储部104，控制激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、测量器76。在存储部104中存储有上述的表2所示的数据库106。控制部112作为上述的位置取得部78发挥功能。即，在该激光加工系统110中，配置装置18、测量器76、以及控制部112构成上述的喷流观测装置70。

接下来，参照图14，对激光加工系统110的动作进行说明。控制部112从操作员、上位控制器、或加工程序受理了加工开始指令时，开始图14所示的流程。

在步骤S1中，控制部112将喷嘴24相对于加工部位S配置于初始目标位置。具体来说，控制部112取得要使用的喷嘴24的射出口28的开口尺寸φ、和对腔29的辅助气体的供给压力Ps的设定值，从开口尺寸φ和供给压力Ps的设定值中读出并取得数据库106内的相应的目标距离d_T。接着，控制部112作为移动控制部108发挥功能，使配置装置18动作而使激光加工头14相对于工件W移动，在射出口28与加工部位S之间的距离d与目标距离d_T一致的初始目标位置配置喷嘴24。

在步骤S2中，控制部112从辅助气体供给装置16向腔29以供给压力Ps供给辅助气体，从射出口28射出辅助气体的喷流。此外，控制部112使激光振荡器12动作而从射出口28射出激光光线，使透镜驱动部23动作，调整光学透镜22的光轴O方向的位置，以使射出的激光光线的焦点配置于加工部位S。结果，在工件W形成贯穿孔H(图12)，喷流通过该贯穿孔H。该贯穿孔H对应于上述的贯穿孔74a。

在步骤S3中，控制部112开始测量器76进行的测量。具体来说，控制部112向测量器76发送指令，接受该指令，测量器76连续(例如，以规定周期)测量从喷嘴24的射出口28射出的喷流通过贯穿孔H时冲击到工件W而产生的声音的声压SP或频率f。

控制部112作为位置取得部78发挥功能，作为表示第一极大点32的位置x₁的信息，从测量器76依次取得声压SP或频率f的输出数据β，存储于存储部104。像与上述的喷流观测装置70关联地进行了说明那样，包含第一峰值β_max1的输出数据β相当于表示第一极大点32的位置x₁的信息。

在步骤S4中，控制部112开始激光加工。具体来说，控制部112按照加工程序使配置装置18动作，使喷嘴24相对于工件W移动，同时通过从射出口28射出的激光光线来对工件W进行激光加工(激光切断)。

在步骤S5中，控制部112判定测量器66最近取得的输出数据β是否比预先设定的下限值β_min小。该下限值β_min用于规定从喷嘴24射出的喷流速度V是否异常得小的边界，由操作员预先确定。

这里，假设在产生了射出口28堵塞、或辅助气体供给装置16动作异常(例如，缺气)的情况下，喷流的速度V可能比基准值大幅降低。该情况下，通过测量器66取得的输出数据β与从喷嘴24正常射出喷流时由测量器66测量的基准数据不同(具体来说，变小)。

控制部112通过判定输出数据β是否比下限值β_min小，判定输出数据β是否不同于基准数据。这样，控制部112作为判定输出数据β是否不同于基准数据的异常判定部113发挥功能。

控制部112在判定为输出数据β比下限值β_min小(即，是)时，向步骤S6前进。另一方面，在控制部112判定为输出数据β是下限值β_min以上(即，否)时，向步骤S8前进。在步骤S6中，控制部112向激光振荡器12发送指令，停止激光振荡动作，因此，停止工件W的激光加工。

在步骤S7中，控制部112输出警告。例如，控制部112生成“辅助气体的射出存在异常。请检查喷嘴的开口尺寸或辅助气体的供给压力”这样的声音或图像的形态的警告信号。并且，控制部112通过扬声器或显示部(未图示)，输出该警告。这样，控制部112作为生成警告的警告生成部118发挥功能。

扬声器或显示部可以设置于控制部112中，或者也可以设置于控制部112的外部。操作员通过该警告可以直观地识别喷嘴24或辅助气体供给存在异常，可以采取喷嘴24的更换、或者辅助气体供给装置16的动作异常(例如，缺气)的对策。在执行了该步骤S7之后，控制部112结束图14所示的流程。

在步骤S8中，控制部112判定测量器76最近取得的输出数据β是否比预先设定的阈值β_th小。该阈值β_th是比上述的下限值β_min大的值。作为一例，该阈值β_th可以设定成将规定系数a(0＜a＜1)乘以存储于数据库106的第一峰值β_max1而得的值。

例如，在使用上述的表2所示的数据库106，设定为开口尺寸φ＝1.0mm，供给压力Ps＝2.0MPa，且a＝0.95的情况下，阈值β_th＝120dB×0.95＝114dB。图16概略地表示输出数据β与工件W的加工部位S相对于射出口28的位置x之间的关系。输出数据β与位置x之间的关系对应于图3所示的图。

从阈值β_th到第一峰值β_max1的范围116对应于位置x₃与位置x₄之间的位置范围114。该位置范围114中包含第一极大点32的位置x₁。这里，在上述的步骤S1中，喷嘴24配置于射出口28与加工部位S之间的距离d与目标距离d_T一致的初始目标位置。因此，理解为在步骤S1结束之后加工部位S配置于第一极大点32的位置x₁或其附近。

但是，在执行工件W的激光加工时，有时因某种原因，射出口28与加工部位S之间的距离d发生变化。作为该原因，例如有时在工件W的加工部位形成阶梯部，由此距离d发生变化。这样在距离d发生变化的情况下，测量器76的输出数据β可能低于阈值β_th。

在该步骤S8中，控制部112在判定为输出数据β比阈值β_th小(即，是)时，向步骤S9前进。另一方面，控制部112在判定为输出数据β是阈值β_th以上(即，否)时，向步骤S15前进。

在步骤S9中，控制部112变更喷嘴24的目标位置。具体来说，控制部112将该步骤S9的开始时间点的喷嘴24的目标位置变更为向z轴负方向或z轴正方向移动之后的新目标位置。并且，控制部112作为移动控制部108发挥功能使配置装置18动作，为了将喷嘴24配置于该新目标位置，而向z轴负方向或z轴正方向移动。结果，喷嘴24相对于工件W接近或远离。

在步骤S10中，控制部112判定在步骤S9之前由测量器66取得的输出数据β与在步骤S9结束之后由测量器66取得的输出数据β相比是否增加。这里，假设在步骤S9使喷嘴24移动的结果是输出数据β减少时，在图16所示的图中，工件W(具体来说，加工部位S)的位置会远离位置范围114。因此，该情况下，为了将工件W的位置收纳于位置范围114，需要在步骤S9使移动喷嘴24的方向反转。

另一方面，假设在步骤S9使喷嘴24移动的结果是输出数据β增大时，在图16所示的图中，工件W的位置接近位置x₁。因此，该情况下，不需要在步骤S9改变使喷嘴24移动的方向。

在该步骤S10中，控制部112在判定为在步骤S9之前由测量器66取得的输出数据β与在步骤S9结束之后由测量器66取得的输出数据β相比增加(即，是)时，向步骤S12前进。另一方面，控制部112在判定为在步骤S9之前由测量器66取得的输出数据β与在步骤S9结束之后由测量器66取得的输出数据β相比减少(即，否)时，向步骤S11前进。

在步骤S11中，控制部112使移动喷嘴24的方向反转。例如，在之前的步骤S9使喷嘴24向z轴负方向移动时，控制部112将在之后执行的步骤S9移动喷嘴24的方向反转为z轴正方向。然后，控制部112返回到步骤S9。

在步骤S12中，控制部112判定测量器76最近取得的输出数据β是否为阈值β_th以上。控制部112在判定为输出数据β为阈值β_th以上(即，是)时，向步骤S15前进。另一方面，在控制部112判定为输出数据β依然比阈值β_th小(即，否)时，向步骤S13前进。

在步骤S13中，控制部112判定通过上述的步骤S12判定为否(NO)的次数n是否超过预先设定的最大次数n_max。该最大次数n_max由操作员确定为2以上的整数(例如，n_max＝10)。控制部112在判定为次数n超过最大次数n_max(即，是)时，向步骤S14前进。另一方面，控制部112在判定为次数n没有超过最大次数n_max(即，否)时，返回到步骤S9。

这样，控制部112通过执行图14中的步骤S9～S13的环，在工件W的加工过程中，变更喷嘴24的目标位置，以使测量器76的输出数据β收纳于表示位置范围114的输出数据的范围116内，按照变更后的目标位置对配置装置18进行反馈控制，使该喷嘴24移动。

即，喷嘴24的目标位置根据表示第一极大点32的位置x₁的输出数据β的第一峰值β_max1而被确定为规定范围。通过该反馈控制，可以在工件W的加工过程中在第一马赫盘区域33继续配置加工部位S。也就是说，所谓激光加工系统110中的第一马赫盘区域33可以定义为通过阈值β_th而划定的位置范围114的区域。

另一方面，在步骤S13判定为是时，控制部112在步骤S14中执行异常处理进程。尽管重复执行步骤S9～S13的反馈控制次数n_max次，但是在不是β≥β_th时，可能产生上述的堵塞或缺气等异常。

这里，图16所示的特性是在没有产生异常的状态下，从射出口28正常射出喷流时由测量器76测量的基准数据，第一峰值β_max1构成基准数据，相对于该基准数据设定阈值β_th。因此，图16中的范围116是根据基准数据而确定的、表示位置范围114的输出数据的范围。

控制部112作为异常判定部113发挥功能，在步骤S13判定为是时，判定出测量器76的输出数据β与基准数据不同，执行步骤S14的异常处理进程。参照图15对该步骤S14进行说明。另外，在图15所示的流程中，对与图14所示的流程相同的进程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。

在步骤S21中，控制部112向辅助气体供给装置16发送指令，变更对腔29的辅助气体的供给压力Ps。控制部112每当执行该步骤S21时，都以规定压力(例如，0.2MPa)分阶段地增加供给压力Ps。这样，控制部112作为变更供给压力Ps的压力调整部115发挥功能。

接下来，控制部112执行上述的步骤S12，判定测量器76最近取得的输出数据β是否为阈值β_th以上。控制部112在判定为是时，向图14中的步骤S15前进，另一方面，在判定为否时，向步骤S22前进。

在步骤S22中，控制部112判定通过图15中的步骤S12判定为否的次数m是否超过预先设定的最大次数m_max。该最大次数m_max通过操作员而被确定为2以上的整数(例如，m_max＝5)。控制部112在判定为次数m超过最大次数m_max(即，是)时，向图14中的步骤S6前进。另一方面，在控制部112判定为次数m没有超过最大次数m_max(即，否)时，返回到步骤S21。

再次参照图14，在步骤S15中，控制部112例如根据加工程序判定工件W的激光加工是否完成。控制部112在判定为激光加工完成(即，是)时，向激光振荡器12发送指令而停止激光振荡动作，结束图14所示的流程。另一方面，控制部112在判定为激光加工没有完成(即，否)时，返回到步骤S8。

如上所述，控制部112根据工件W的加工过程中测量器76取得的输出数据β，对喷嘴24的位置进行反馈控制，以在第一马赫盘区域33继续配置加工部位S。根据该结构，即使因某种原因使得射出口28与加工部位S之间的距离d发生变化，也可以在将加工部位S配置于第一马赫盘区域33的状态下，对工件W进行激光加工。因此，可以有效利用辅助气体。

此外，控制部112通过执行步骤S14，判定射出的喷流的异常。假设在产生了堵塞或缺气等异常时，即使变更了从辅助气体供给装置16对腔29的供给压力Ps，从射出口28射出的喷流的速度V也几乎没有变化。

即，该情况下，测量器76的输出数据β也几乎没有变化，即使重复执行图15中的步骤S21～S22的环，也不会是β≥β_th(即，图15中的步骤S12是)。

控制部112作为异常判定部113发挥功能，尽管重复执行步骤S21～S22的环规定次数m_max，但是不为β≥β_th时，判定为输出数据β与基准数据不同，在图14中的步骤S7输出警告。根据该结构，操作员可以直观地识别喷嘴24或辅助气体供给存在异常，可以采取喷嘴24的更换、或辅助气体供给装置16的动作异常(缺气)的对策。

另一方面，有时因射出口28的开口尺寸或z轴方向长度的误差、或射出口28相对于z轴的倾斜、或喷嘴24内部空间(腔29)的设计尺寸的误差等轻微的异常，导致从射出口28射出的喷流的速度V比基准值略微减小。这样的轻微异常的情况下，有时与变更供给压力Ps对应地，喷流的速度发生变化，但是即使重复执行步骤S9～S15的反馈控制，也不会是β≥β_th，在步骤S13判定为是。

在激光加工系统110中，在步骤S14中，通过执行步骤S21使得β≥β_th时，控制部112继续工件W的加工。根据该结构，即使在因尺寸误差等轻微异常导致喷流的速度V比基准值减少的情况下，也可以通过变更供给压力Ps(具体来说，增加)，在以足够大的速度V将喷流吹到加工部位S的状态下，继续工件W的加工。

另外，控制部112每当在第一激光加工工序中在步骤S12判定为是时，可以依次存储该时间点的射出口28与加工部位S之间的距离d。并且，控制部112可以根据通过第一激光加工工序存储的距离d来设定第一激光加工工序接下来要执行的第二激光加工工序的步骤S1的初始目标位置。例如，控制部112可以将在第一激光加工工序存储的距离d的平均值、或最后存储的距离d设定为第二激光加工工序的初始目标位置。

另外，作为激光加工系统110的变形例，可以应用上述的测量器66代替测量器76。该情况下，测量器66构成为在加工部位S的位置(或者，从加工部位S向射出口28的方向略微偏移的位置)，以非接触的方式测量喷流的速度V。应用于激光加工系统110的测量器66与配置装置18和控制部112构成上述的喷流观测装置60。

在本变形例中，控制部112可以代替输出数据β，而根据测量器66的输出数据α，执行图14和图15所示的流程，在将工件W配置于第一马赫盘区域33的状态下对工件W进行激光加工。

接下来，参照图17和图18，对激光加工系统120进行说明。激光加工系统120具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、伪工件64、测量器66、以及控制部122。

控制部122具有处理器和存储部(未图示)，控制部122控制激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18以及测量器66。控制部122作为上述的位置取得部68发挥功能。即，配置装置18、伪工件64、测量器66、以及控制部122构成上述的喷流观测装置60。

接下来，对激光加工系统120的动作进行说明。首先，控制部122取得表示第一极大点32的位置x₁的信息。具体来说，控制部122作为位置取得部68发挥功能，通过与上述的喷流观测装置60关联地进行了说明的方法，从测量器66的输出数据α的第一峰值α_max1取得目标距离d_T。

接下来，控制部122将喷嘴24配置于目标位置。具体来说，控制部122作为移动控制部108发挥功能，使配置装置18动作来使激光加工头14相对于工件W移动，在射出口28与加工部位S之间的距离d与目标距离d_T一致的目标位置配置喷嘴24。

接下来，控制部122使辅助气体供给装置16动作，以供给压力Ps向腔29供给辅助气体，从射出口28射出辅助气体的喷流。此外，控制部122使激光振荡器12动作，从射出口28射出激光光线，使透镜驱动部23动作，调整光学透镜22的光轴O方向的位置，以使射出的激光光线的焦点配置于加工部位S。

该状态下，控制部122按照加工程序使配置装置18动作，使喷嘴24相对于工件W移动，同时对工件W进行激光加工(激光切断)。此时，工件W的加工部位S配置于辅助气体的喷流的第一马赫盘区域33。

如上所述，控制部122在工件W的加工前，在通过喷流观测装置60取得第一极大点32的位置x₁，在根据取得的第一极大点32的位置x₁确定的目标位置配置了喷嘴24的状态下，对工件W进行激光加工。根据该结构，由于可以在工件W的加工过程中将加工部位S配置于第一马赫盘区域33，因此可以有效利用辅助气体。

此外，根据激光加工系统120，即使在射出口28的开口尺寸φ、以及辅助气体的供给压力Ps未知的情况下，也可以在工件W的加工前通过喷流观测装置60取得第一极大点32的位置x₁，可以根据该第一极大点32的位置x₁来设定喷嘴24的目标位置。

接着，参照图19以及图20，对激光加工系统130进行说明。激光加工系统130具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、测量器84、以及控制部132。

控制部132具有处理器和存储部104，控制部132控制激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、以及测量器84。在存储部104中存储有上述的表1所示的数据库106。控制部132作为上述的位置取得部86发挥功能。即，测量器84和控制部132构成上述的喷流观测装置80。

接着，参照图21，对激光加工系统130的动作进行说明。在控制部132从操作员、上位控制器、或加工程序受理了加工开始指令时，开始图21所示的流程。另外，在图21所示的流程中，对与图14所示的流程同样的进程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。

在执行了步骤S1和S2之后，在步骤S31中，控制部132开始测量从辅助气体供给装置16供给到腔29的辅助气体的供给流量Vv。具体来说，控制部132向测量器84发送指令，使测量器84连续(例如，以规定周期)测量供给流量Vv。此外，控制部132开始测量射出口28与加工部位S之间的距离d。如上所述，距离d可以使用公知的间隙传感器等来取得。

在步骤S4之后，在步骤S32中，控制部132取得第一极大点32的位置x₁。具体来说，控制部132作为位置取得部86发挥功能，使用测量器84最近取得的输出数据Vv和上述的数学式1，来计算从射出口28到第一极大点32的距离d_c，作为第一极大点32的位置x₁的信息。

在步骤S33中，控制部132判定距离d与距离d_c之差δ是否比预先确定的阈值δ_th大。具体来说，控制部132计算最近测量出的射出口28和加工部位S之间的距离d与通过最近的步骤S32取得的距离d_c之差δ(＝d-d_c)。

控制部132在判定为差δ的绝对值(|d-d_c|)比阈值δ_th大(即，是)时，向步骤S34前进。另一方面，控制部132在判定为差δ的绝对值是阈值δ_th以下(即，否)时，向步骤S15前进。该阈值δ_th由操作员确定。

在步骤S34中，控制部132变更喷嘴24的目标位置。具体来说，在通过之前的步骤S33计算出的差δ是正值时，控制部132将该步骤S34的开始时间点的喷嘴24的目标位置变更为向z轴负方向移动后的新目标位置。

然后，控制部132作为移动控制部108发挥功能，使配置装置18动作，为了将喷嘴24配置于该新目标位置，而使其向z轴负方向移动。结果，喷嘴24接近工件W，使得射出口28与加工部位S之间的距离d减少。

另一方面，在步骤S33计算出的差δ是负值时，控制部132将该步骤S34的开始时间点的喷嘴24的目标位置变更为向z轴正方向移动后的新目标位置。然后，控制部132使配置装置18动作，为了将喷嘴24配置于该新目标位置，而使其向z轴正方向移动。结果，喷嘴24远离工件W，射出口28与加工部位S之间的距离d增大。在执行了步骤S34之后，控制部132返回到步骤S32。

另一方面，在步骤S33判定为否时，控制部132执行上述的步骤S15，在判定为是时，向激光振荡器12发送指令，停止激光振荡动作，结束图21所示的流程，另一方面在判定为否时，返回到步骤S32。

这样，在激光加工系统130中，根据在激光加工过程中通过喷流观测装置80取得的第一极大点32的位置x₁来变更喷嘴24的目标位置，按照变更后的目标位置对配置装置18进行反馈控制，使该喷嘴24移动。

即，喷嘴24的目标位置根据第一极大点32的位置x₁而被确定为规定范围(满足0≤δ≤δ_th的范围)。通过该反馈控制，可以在工件W的加工过程中将加工部位S继续配置于第一马赫盘区域33。也就是说，所谓激光加工系统130中的第一马赫盘区域33可以定义为距第一极大点32的位置x₁的距离δ满足0≤δ≤δ_th的范围区域。

根据激光加工系统130，即使因某种原因使得射出口28与加工部位S之间的距离d发生了变化，也可以在将加工部位S配置于第一马赫盘区域33的状态下，对工件W进行激光加工。因此，可以有效利用辅助气体。

接着，参照图22，对喷流调整装置140进行说明。喷流调整装置140调整从喷嘴24的射出口28射出的喷流的极大点32、34的位置x₁、x₂，具有外壳142和外壳驱动部144。外壳142是具有径向内部尺寸的筒状部件。

外壳142由具有作为径向内部尺寸的半径R的挠性的圆筒部件构成。该圆筒部件例如是毛材料、树脂材料、或橡胶材料。外壳142被配置成关于光轴O与射出口28大致同心，外壳142具有：z轴负方向的端部142a、与该端部142a相反侧的端部142b。

端部142a装载于工件工作台38的设置面。端部142b配置于比射出口28向z轴正方向远离的位置。换言之，外壳142为了在工件加工过程中使端部142b始终配置成比射出口28向z轴正方向远离而具有足够的z轴方向的长度。

外壳驱动部144具有：使该外壳142变形以变更外壳142的半径R的机构部146、产生驱动该机构部146的动力的动力部148。作为能够变更半径R的外壳142和机构部146想到了多种方式。以下，参照图23以及图24，对外壳142以及机构部146的示例进行说明。另外，在图23和图24中，从容易理解的观点出发，虚线显示外壳142。

图23所示的机构部146A是所谓的用于照相机等的可变光圈机构(iris diaphragmmechanism)。具体来说，机构部146A具有多个叶片150，这些叶片150以在周向旋转的同时朝向径向内侧移动的方式进行动作。外壳142与多个叶片150的内缘连接，并随着该叶片150的动作而变形，以缩径和扩径。动力部148例如具有伺服电动机，对机构部146A进行驱动，使外壳142缩径和扩径。

另一方面，图24所示的机构部146B具有：向绕光轴O的周向延伸的臂部152、设置于该臂部152的重叠区域154的齿轮156。在重叠区域154中相互对置的臂部152的周面形成齿部，齿轮156与该齿部啮合。外壳142与重叠区域154以外的、臂部152的内周连接。

在图24的(a)所示的状态下，臂部152的重叠区域154的周向长度变大，在外壳142形成有松弛158。自图24的(a)所示的状态起，随着齿轮156向一个方向旋转，臂部152的重叠区域154缩小，与之相伴地，外壳142的松弛158被缓缓向周向拉长，外壳142向图24的(b)所示的状态扩径。

反之，自图24的(b)所示的状态起，随着齿轮156向另一个方向旋转，臂部152的重叠区域154扩大，与之相伴地，外壳142的松弛158缓缓扩大，外壳142向图24的(a)所示的状态缩径。动力部148例如具有伺服电动机，对齿轮156进行旋转驱动，使外壳142缩径和扩径。

再次，参照图22，喷流调整装置140通过变更外壳142的半径R，可以调整第一极大点32的位置x₁、以及第二极大点34的位置x₂。以下对可以这样调整极大点32、34的位置x₁、x₂的原理进行说明。

如上所述，从射出口28射出的辅助气体，在与外侧大气之间的边界进行反射，在喷流内形成马赫盘。在设置了外壳142时，存在于喷流与外壳142之间的大气层通过该喷流而被挤压，使得该大气层的粒子密度增大。

在与像这样被挤压的大气层之间的边界反射辅助气体时，辅助气体的反射角度以及反射位置发生变化，结果，与没有外壳142的情况相比，形成于喷流内的马赫盘的位置(即，极大点32、34的位置x₁、x₂)发生变化。

在使外壳142的内部尺寸变化时，存在于喷流与外壳142之间的大气层的体积和粒子密度发生变化，由此，可以使形成于喷流内的马赫盘的位置发生变化。利用以上那样的原理，喷流调整装置140调整光轴O方向上的极大点32、34的位置x₁、x₂。

具体来说，喷流调整装置140通过对外壳142进行缩径，使极大点32、34的位置x₁、x₂向喷流的下游侧(即，沿着光轴O远离射出口28的方向)位移。另一方面，喷流调整装置140通过对外壳142进行扩径，使极大点32、34的位置x₁、x₂向喷流的上游侧位移。

根据喷流调整装置140，通过变更外壳142的内部尺寸(半径R)，可以在工件加工过程中，根据射出口28与加工部位S之间的距离d的变动，调整极大点32、34的位置x₁、x₂，以便将加工部位S配置于第一马赫盘区域33。

此外，在将对形成于规定开口尺寸φ的喷嘴24内部的腔29的供给压力Ps设为固定的状态下，在对外壳142进行了缩径的情况下，极大点32、34的位置x₁、x₂向喷流的下游侧位移，并且该位置x₁、x₂处的喷流的速度V增大。即，可以不改变供给压力Ps，而使配置工件W的马赫盘区域33、35的喷流的速度V增大。

换言之，即使降低供给压力Ps，也可以通过对外壳142进行缩径，来维持马赫盘区域33、35的喷流的速度V。根据该结构，由于可以削减辅助气体的消耗量，因此可以抑制成本。另外，也可以省略外壳驱动部144，手动变更外壳142的内部尺寸。

接下来，参照图25和图26，对激光加工系统160进行说明。激光加工系统160具有：激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、测量器84、喷流调整装置140、以及控制部162。

控制部162具有处理器和存储部104，控制激光振荡器12、激光加工头14、辅助气体供给装置16、配置装置18、测量器84、以及喷流调整装置140(具体来说，动力部148)。在存储部104中，存储有上述的表1所示的数据库106。控制部162作为上述的位置取得部86发挥功能。即，测量器84和控制部162构成上述的喷流观测装置80。

接下来，参照图27，对激光加工系统160的动作进行说明。在控制部162从操作员、上位控制器、或者加工程序受理了加工开始指令时，开始图27所示的流程。另外，在图27所示的流程中，对与图21所示的流程同样的进程标注相同的步骤编号，省略重复的说明。

开始图27所示的流程之后，控制部162执行与图21所示的流程同样的步骤S1～S33。在步骤S33判定为是时，在步骤S41中，控制部162控制第一极大点32的位置x₁。具体来说，在通过之前的步骤S33计算出的差δ(＝d-d_c)是正值时，控制部162向外壳驱动部144的动力部148发送指令，减少外壳142的内部尺寸(半径R)。由此，第一极大点32的位置x₁向喷流的下游侧位移。

另一方面，在通过之前的步骤S33计算出的差δ是负值时，控制部162使外壳驱动部144动作，增大外壳142的内部尺寸(半径R)。由此，第一极大点32的位置x₁向喷流的上游侧位移。

这样，控制部162作为极大点控制部164发挥功能，该极大点控制部164根据位置取得部86在步骤S32取得的第一极大点32的位置x₁的信息变更外壳142的内部尺寸，由此控制第一极大点32的位置x₁。在执行了步骤S41之后，控制部162返回到步骤S32。

根据激光加工系统160，不使喷嘴24移动，而是使外壳142的内部尺寸变化，由此，可以在工件W的加工过程中将加工部位S继续配置于第一马赫盘区域33。根据该结构，即使因某种原因使得射出口28与加工部位S之间的距离d发生了变化，也可以在将加工部位S配置于第一马赫盘区域33的状态下，对工件W进行激光加工。因此，可以有效利用辅助气体。

另外，在激光加工系统160中，存储部104可以存储数据库，该数据库中将喷嘴24的开口尺寸φ、供给压力Ps、外壳142的内部尺寸(半径R)关联起来而存储有多个目标距离d_T。该情况下，在上述的步骤S41中，控制部162只要将开口尺寸φ和供给压力Ps、在步骤S32计算出的距离d_c作为目标位置距离d_T而应用于该数据库，就可以求出外壳142的目标内部尺寸。

并且，控制部162在步骤S41中，使外壳驱动部144动作，将外壳142的内部尺寸变更为从数据库求出的目标内部尺寸。由此，可以将加工部位S高精度地配置于第一马赫盘区域33。

此外，也可以使上述的激光加工系统130执行图27所示的流程。该情况下，在步骤S41中，控制部132通过变更对腔29的供给压力Ps，可以控制极大点32、34的位置x₁、x₂。这里，在增大对腔29的供给压力Ps时，极大点32、34的位置x₁、x₂向喷流的下游侧(即，沿着光轴O远离射出口28的方向)位移。

另一方面，在减少对腔29的供给压力Ps时，极大点32、34的位置x₁、x₂向喷流的上游侧(即，沿着光轴O接近射出口28的方向)位移。在步骤S41中，控制部132在通过之前的步骤S33计算出的差δ(＝d-d_c)是正值时，向辅助气体供给装置16发送指令，增大供给压力P_s。由此，第一极大点32的位置x₁向喷流的下游侧位移。

另一方面，在通过之前的步骤S33计算出的差δ是负值时，控制部132向辅助气体供给装置16发送指令，减少供给压力P_s。由此，第一极大点32的位置x₁向喷流的上游侧位移。这样，控制部132作为极大点控制部发挥功能，该极大点控制部根据位置取得部86在步骤S32取得的第一极大点32的位置x₁的信息来变更供给压力P_s由此控制第一极大点32的位置x₁。

另外，配置装置18不限于上述的结构，例如，可以具有：能够沿着x-y平面移动的工件工作台、使喷嘴24沿着z轴移动的z轴移动机构。或者，配置装置也可以不具有移动机构，而只是简单地将喷嘴24相对于工件W手动地固定于任意位置。

此外，作为图4所示的喷流观测装置60的伪工件64和测量器66存在多种形态。以下，参照图28和图29对伪工件64以及测量器66的示例进行说明。在图28所示的示例中，伪工件64具有形成于与上述的伪加工部位64a相当的位置处的圆形的贯穿孔64b。该贯穿孔64ba的开口尺寸设定成与推定为通过从喷嘴24射出的激光光线对工件W进行了穿孔时形成的贯穿孔的开口尺寸大致相同。

测量器66具有一对柱部170以及热线172。一对柱部170从伪工件64的表面64c向z轴正方向延伸，配置成彼此对置。热线172在一对柱部170之间呈直线状延伸，根据从射出口28射出的喷流的速度V，其电阻值变化。

这里，在一对柱部170之间延展的热线172的长度L(即，一对柱部170之间的距离)例如可以设定成射出口28的开口尺寸φ以下，或贯穿孔64ba的开口尺寸以下。或者，热线172可以由具有高刚性的材料构成。通过像这样将长度L设定得小、或者由高刚性的材料构成热线172，可以防止在将热线172配置于喷流内时，造成该热线172挠曲。

此外，从伪工件64的表面64c到热线172的距离例如可以设定为0.5mm以下。通过像这样将从表面64c到热线172的距离设定得小，可以在与进行激光加工时的工件W的加工部位S接近的位置，测量喷流的速度V。

在图29所示的示例中，测量器66具有伸展到贯穿孔64b的热线174。热线174的长度L与贯穿孔64b的开口尺寸一致。热线174配置于伪工件64的表面64c的位置。根据这样的热线174的配置，可以在与进行激光加工时的工件W的加工部位S接近的位置，测量喷流的速度V。如上所述，图28和图29的测量器66构成热线流速计。

另外，在上述的实施方式中，在对工件W进行加工时，可以将该工件W配置于第二马赫盘区域35(第二极大点34)，或第n马赫盘区域(n是3以上的整数)。此外，也可以代替上述的喷流观测装置60、70、80，例如通过高速照相机来拍摄图2那样的图像，根据该图像来测量极大点32、34的位置x₁、x₂。

此外，射出口28不限于圆形，也可以是多边形、椭圆形等任意形状。此外，也可以将上述的各种实施方式的特征相互组合。例如，可以将喷流观测装置80与激光加工系统110或120组合，也可以将喷流调整装置140与激光加工系统110或120组合。

以上，通过实施方式对本公开进行了说明，但是上述的实施方式并不限定权利要求书涉及的发明。

Claims (5)

1.一种激光加工系统，其特征在于，具有：

喷嘴，其具有沿着激光光线的光轴射出辅助气体的喷流的射出口，在远离所述射出口的位置形成所述喷流的速度的极大点；

测量器，其测量所述辅助气体向所述喷嘴的供给流量；以及

位置取得部，其通过规定的运算从所述测量器的测量值取得所述极大点的位置，

所述位置取得部使用以下数学式

d＝0.67×φ×(ρVs²/2)^1/2

其中，d表示所述射出口与所述极大点之间的距离，φ表示所述射出口的直径，ρ表示所述辅助气体的粘性系数，Vs表示从所述测量值与φ求出的所述辅助气体的流速，

来运算表示所述极大点的位置的所述距离。

2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

所述激光加工系统还具有：

移动机构，其使所述喷嘴与工件相对移动；以及

移动控制部，其控制所述移动机构，将所述喷嘴相对于所述工件配置在根据所述极大点的位置而确定的目标位置。

3.一种喷流观测装置，其特征在于，具有：

测量器，其测量向喷嘴供给的气体的供给流量；以及

位置取得部，其通过规定的运算从所述测量器的测量值取得从所述喷嘴的射出口射出的所述气体的喷流的、在远离所述射出口的位置形成的速度的极大点的位置，

所述位置取得部使用以下数学式

d＝0.67×φ×(ρVs²/2)^1/2

其中，d表示所述射出口与所述极大点之间的距离，φ表示所述射出口的直径，ρ表示所述气体的粘性系数，Vs表示从所述测量值与φ求出的所述气体的流速，

来运算表示所述极大点的位置的所述距离。

4.一种使用权利要求1或2所述的激光加工系统来对工件进行激光加工的方法，其特征在于，

在将所述喷嘴相对于所述工件的加工部位配置在根据所述极大点的位置而确定的目标位置的状态下，从所述喷嘴的所述射出口射出所述喷流，并且通过所述激光光线来加工所述工件。

5.一种喷流观测方法，其特征在于，

测量向喷嘴供给的气体的供给流量，

通过规定的运算从所述供给流量的测量值取得从所述喷嘴的射出口射出的所述气体的喷流的、在远离所述射出口的位置形成的速度的极大点的位置，

使用以下数学式

d＝0.67×φ×(ρVs²/2)^1/2

其中，d表示所述射出口与所述极大点之间的距离，φ表示所述射出口的直径，ρ表示所述气体的粘性系数，Vs表示从所述测量值与φ求出的所述气体的流速，

来运算表示所述极大点的位置的所述距离。

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