CN112912202A - 激光加工机及激光加工方法 - Google Patents

Abstract

为了切断金属板(W)而制作具有预定形状的产品，移动机构(22及23)使从喷嘴(36)的开口(36a)射出激光束的加工头(35)沿着金属板(W)的面而相对于金属板(W)相对地移动。射束振动位移机构(32)一边通过移动机构(22及23)使加工头(35)相对地移动，一边为了制作产品而使向金属板(W)照射的激光束振动或位移。移动机构控制部(505)控制移动机构(22及23)，以使加工头(35)以第一控制周期相对地移动。振动位移控制部(504、5040)以比第一控制周期短的第二控制周期来控制光束振动位移机构(32)，以使激光束振动或位移。

Description

激光加工机及激光加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工机以及激光加工方法。

背景技术

利用从激光振荡器射出的激光束将金属板切断，制作具有预定形状的产品的激光加工机正在普及。在非专利文献1中记载了一边使激光束以预定的振动模式振动一边切断金属板。在专利文献1中记载有如下内容：使从安装于加工头的前端的喷嘴的开口射出的激光束从开口的中心向切断行进方向的前方侧位移，从而切断金属板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/156119号

非专利文献

非专利文献1：JANUARY 2017The FABRICATOR 67，Shaping the beam for thebest cut

发明内容

在激光加工机一边使激光束以预定的振动模式振动一边切断金属板时，要求使激光束以预先设定的振动模式高精度地振动。在激光加工机使激光束从喷嘴的开口的中心向切断行进方向的前方侧位移从而切断金属板而制作产品时，要求使激光束高精度地位移。一个或一个以上的实施方式的目的在于提供一种能够使激光束高精度地振动或位移的激光加工机及激光加工方法。

根据一个或一个以上的实施方式的第一方式，提供一种激光加工机，其具备：移动机构，其为了切断金属板而制作具有预定形状的产品，使从喷嘴的开口射出激光束的加工头沿着所述金属板的面相对于所述金属板相对地移动；射束振动位移机构，其一边通过所述移动机构使所述加工头相对地移动，一边使为了制作所述产品而向所述金属板照射的激光束振动或位移；移动机构控制部，其控制所述移动机构以使所述加工头在第一控制周期相对移动；以及振动位移控制部，其在比所述第一控制周期短的第二控制周期控制所述射束振动位移机构，以使激光束振动或位移。

根据一个或一个以上的实施方式的第二方式，提供一种激光加工方法，移动机构为了切断金属板而制作具有预定形状的产品，使从喷嘴的开口射出激光束的加工头沿着金属板的面相对于所述金属板相对地移动，射束振动位移机构一边通过所述移动机构使所述加工头相对地移动，一边使为了制作所述产品而向所述金属板照射的激光束振动或位移，移动机构控制部控制所述移动机构以使所述加工头以第一控制周期相对地移动，振动位移控制部在比所述第一控制周期短的第二控制周期控制所述射束振动位移机构以使激光束振动或位移。

根据一个或一个以上的实施方式的激光加工机以及激光加工方法，能够使激光束高精度地振动或者位移。

附图说明

图1是表示一个或一个以上的实施方式的激光加工机的整体结构例的图。

图2是表示一个或一个以上的实施方式的激光加工机中的准直器单元及加工头的详细结构例的立体图。

图3是用于说明通过射束振动位移机构进行的激光束向金属板的照射位置的位移的图。

图4A是表示激光束的平行振动模式的图。

图4B是表示激光束的正交振动模式的图。

图4C是表示激光束的圆振动模式的图。

图4D是表示激光束的C字状振动模式的图。

图4E是表示激光束的8字形振动模式的图。

图5是表示使用了图4B所示的正交振动模式时的实际的振动模式的图。

图6是一个或一个以上的实施方式的激光加工机所具备的NC装置的功能性结构例，是表示用于使激光束以预定的振动模式振动的结构的框图。

图7是表示加工程序的一例的图。

图8是表示加工条件文件的一例的图。

图9是表示用于决定各振动模式的第一参数的表。

图10是表示与各加工条件编号对应地设定振动模式编号和用于决定各振动模式的第二参数的设定列表的表。

图11是表示移动机构使加工头移动时的第一控制周期与射束振动位移机构使激激光束振动或位移时的第二控制周期的关系的图。

图12是比较例，是概念性地表示以第一控制周期控制激光束的振动的情况下的动作的图。

图13是概念性地表示以第二控制周期控制激光束的振动的情况下的动作的图。

图14A是概念性地表示射束点位于产品的角部、使激光束向前方侧振动的情况下的动作的图。

图14B是概念性地表示射束点位于产品的角部、使激光束向后方侧振动的情况下的动作的图。

图15是概念性地表示通过射束位移机构使激光束向金属板的照射位置向切断行进方向的前方侧位移时的辅助气体的流动的局部剖切的侧视图。

图16是一个或一个以上的实施方式的激光加工机所具备的NC装置的功能性结构例，是表示用于使激光束位移的结构的框图。

图17是比较例，是概念性地表示以第一控制周期控制激光束的位移的情况下的动作的图。

图18是概念性地表示以第二控制周期控制激光束的位移的情况下的动作的图。

图19是概念性地表示激光加工机切断产品的角部周边时优选的激光束的位移的控制动作的图。

具体实施方式

以下，参照附图对一个或一个以上的实施方式的激光加工机和激光加工方法进行说明。在图1中，激光加工机100具备：激光振荡器10，其生成并射出激光束；激光加工单元20；以及工艺光纤12，其将从激光振荡器10射出的激光束向激光加工单元20传送。

另外，激光加工机100具备操作部40、NC装置50、加工程序数据库60、加工条件数据库70、辅助气体供给装置80以及显示部90。NC装置50是控制激光加工机100的各部的控制装置的一例。

作为激光振荡器10，优选对从激光二极管发出的激励光进行放大而射出预定波长的激光束的激光振荡器、或者直接利用从激光二极管发出的激光束的激光振荡器。激光振荡器10例如是固体激光振荡器、光纤激光振荡器、盘形激光振荡器、直接二极管激光振荡器(DDL振荡器)。

激光振荡器10射出波长900nm～1100nm的1μm波段的激光束。以光纤激光振荡器以及DDL振荡器为例，光纤激光振荡器射出波长1060nm～1080nm的激光束，DDL振荡器射出波长910nm～950nm的激光束。

激光加工单元20具有：载置加工对象的金属板W的加工台21；门型的X轴滑架22；Y轴滑架23；固定于Y轴滑架23的准直器单元30；以及加工头35。X轴滑架22构成为在加工台21上沿X轴方向移动自如。Y轴滑架23构成为在X轴滑架22上沿与X轴垂直的Y轴方向移动自如。X轴滑架22以及Y轴滑架23作为使加工头35沿着金属板W的面向X轴方向、Y轴方向或者X轴与Y轴的任意的合成方向移动的移动机构而发挥功能。

也可以构成为加工头35的位置被固定，而使金属板W移动，来代替使加工头35沿着金属板W的面移动。激光加工机100只要具备使加工头35相对于金属板W的面相对移动的移动机构即可。

在加工头35上安装有前端部具有圆形的开口36a且从开口36a射出激光束的喷嘴36。从喷嘴36的开口36a射出的激光束照射到金属板W。辅助气体供给装置80向加工头35供给作为辅助气体的氮、氧、氮与氧的混合气体、或者空气。在对金属板W进行加工时，辅助气体从开口36a向金属板W吹送。辅助气体将金属板W熔融的切口宽度内的熔融金属排出。

如图2所示，准直器单元30具备将从工艺光纤12射出的发散光的激光束转换为平行光(准直光)的准直透镜31。另外，准直器单元30具备检流计扫描器单元32和使从检流计扫描器单元32射出的激光束朝向与X轴及Y轴垂直的Z轴方向下方反射的弯曲镜33。加工头35具备会聚由弯曲镜33反射的激光束而使其照射到金属板W的聚焦透镜34。

为了调整激光束的焦点位置，聚焦透镜34构成为通过未图示的驱动部以及移动机构，在接近金属板W的方向以及离开金属板W的方向上移动自如。

激光加工机100以从喷嘴36的开口36a射出的激光束位于开口36a的中心的方式进行定心。在基准状态下，激光束从开口36a的中心射出。检流计扫描器单元32作为使在加工头35内行进并从开口36a射出的激光束在开口36a内振动或位移的射束振动位移机构而发挥功能。稍后将描述检流计扫描器单元32如何使激光束振动或位移。

检流计扫描器单元32具有对从准直透镜31射出的激光束进行反射的扫描镜321和使扫描镜321以成为预定的角度的方式旋转的驱动部322。另外，检流计扫描器单元32具有对从扫描镜321射出的激光束进行反射的扫描镜323和使扫描镜323以成为预定的角度的方式旋转的驱动部324。

驱动部322以及324能够基于NC装置50的控制，分别使扫描镜321以及323在预定的角度范围内往复振动。通过使扫描镜321和扫描镜323中的任一方或双方往复振动，检流计扫描器单元32能够使照射到金属板W的激光束振动。另外，驱动部322和324基于NC装置50的控制，使扫描镜321和扫描镜323中的任一方或双方成为预定的角度，由此，检流计扫描器单元32能够使照射到金属板W的激光束向预定的方向位移。

检流计扫描器单元32是作为射束振动机构或射束位移机构而发挥功能的射束振动位移机构的一例，射束振动位移机构并不限定于具有一对扫描镜的检流计扫描器单元32。

图3表示扫描镜321和扫描镜323中的任一方或双方倾斜，从而照射到金属板W的激光束的位置发生了位移的状态。在图3中，由弯曲镜33折弯而通过聚焦透镜34的细实线表示激光加工机100为基准的状态时的激光束的光轴。

另外，详细而言，通过位于弯曲镜33的近前的检流计扫描器单元32的工作，入射到弯曲镜33的激光束的光轴的角度发生变化，光轴从弯曲镜33的中心偏离。在图3中，为了简化，将在检流计扫描器单元32的工作前后激光束向弯曲镜33的入射位置设为相同的位置。

假设由于检流计扫描器单元32的作用，激光束的光轴从细实线所示的位置向粗实线所示的位置位移。若由弯曲镜33反射的激光束以角度θ倾斜，则激光束向金属板W的照射位置位移距离Δs。若将聚焦透镜34的焦距设为EFL(Effective Focal Length)，则距离Δs通过EFL×sinθ来计算。

如果检流计扫描器单元32使激光束向与图3所示的方向相反的方向倾斜角度θ，则能够使激光束向金属板W的照射位置向与图3所示的方向相反的方向位移距离Δs。距离Δs是小于开口36a的半径的距离，优选为以从开口36a的半径减去预定的富余量后的距离作为最大距离的最大距离以下的距离。

NC装置50通过控制检流计扫描器单元32的驱动部322和324，能够使激光束在金属板W的面内的预定方向上振动。通过使激光束振动，能够使形成于金属板W的面上的射束点振动。NC装置50通过控制检流计扫描器单元32的驱动部322和324，能够使激光束在金属板W的面内的预定方向上位移。

如以上那样构成的激光加工机100通过从激光振荡器10射出的激光束将金属板W切断而制作具有预定形状的产品。激光加工机100使激光束的焦点在金属板W的上表面、比上表面高出预定距离的上方、或者比上表面低预定距离的下方，位于金属板W的板厚内的任意适当的位置，一边使激光束以预定的振动模式振动一边切断金属板，或者使激光束位移来切断金属板。

在加工程序数据库60中存储有用于切断金属板W的加工程序。NC装置50从加工程序数据库60读出加工程序，选择加工条件数据库70中存储的多个加工条件文件中的任意一个加工条件文件。NC装置50基于所读出的加工程序以及在所选择的加工条件文件中设定的加工条件来控制激光加工机100以切断金属板W。

如后所述，激光加工机100构成为能够与在加工条件文件中设定的各加工条件对应地设定激光束的振动模式。显示部90基于NC装置50的控制，显示与各加工条件对应地设定激光束的振动模式时的设定项目。

使用图4A～图4E，说明NC装置50通过检流计扫描器单元32使激光束振动的振动模式的例子。将金属板W的切断行进方向设为x方向，将在金属板W的面内与x方向正交的方向设为y方向。在存储于加工条件数据库70的加工条件文件的各加工条件中设定有振动模式，NC装置50控制检流计扫描器单元32以使激光束以在加工条件下设定的振动模式振动。

为了容易理解振动模式，图4A～图4E示出了使加工头35不向x方向移动的状态下的振动模式。图4A是使射束点Bs在通过射束点Bs的行进而形成的槽Wk内沿x方向振动的振动模式。将图4A所示的振动模式称为平行振动模式。此时，槽Wk的切口宽度K1大致为射束点Bs的直径。若将使光束点Bs沿与切断行进方向平行的方向振动的频率设为Fx，将使光束点Bs沿与切断行进方向正交的方向振动的频率设为Fy，则平行振动模式是Fx：Fy为1：0的振动模式。

图4B是使射束点Bs沿y方向振动的振动模式。通过使射束点Bs沿y方向振动，槽Wk成为比切口宽度K1宽的切口宽度K2。将图5所示的振动模式称为正交振动模式。正交振动模式是Fx：Fy为0：1的振动模式。

图4C是以射束点Bs描绘圆的方式使射束点Bs振动的振动模式。通过使射束点Bs呈圆形地振动，槽Wk成为比切口宽度K1宽的切口宽度K3。将图4C所示的振动模式称为圆振动模式。圆振动模式是Fx：Fy为1：1的振动模式。

图4D是以射束点Bs描绘字母C的方式使射束点Bs振动的振动模式。通过使射束点Bs呈C字状地振动，槽Wk成为比切口宽度K1宽的切口宽度K4。将图4D所示的振动模式称为C字状振动模式。C字状振动模式是Fx：Fy＝2：1(＝1：1/2)的振动模式。另外，Fy与Fx的相位差为1/2π(＝90°)。

图4E是以射束点Bs描绘数字8的方式使射束点Bs振动的振动模式。通过使射束点Bs呈8字状地振动，槽Wk成为比切口宽度K1宽的切口宽度K5。将图4E所示的振动模式称为8字状振动模式。8字形振动模式是Fx：Fy为2：1的振动模式。

实际上，由于加工头35一边在切断行进方向上移动激光束一边振动，因此，振动模式成为在图4A～图4E所示的振动模式中施加了切断行进方向(x方向)的位移的振动模式。以图4B所示的正交振动图案为例，射束点Bs一边在x方向上移动一边在y方向上振动，因此实际的正交振动模式成为图5所示的振动模式。

接着，参照图6～图10，说明根据金属板W的加工条件如何设定适当的振动模式。如图6所示，作为功能性的结构，NC装置50具有NC控制部501、模式程序生成部502、模式程序保持部503、振动控制部504、移动机构控制部505、振荡器控制部506、加工条件设定部507、显示控制部508。

当通过操作部40进行读出加工程序的指示时，NC控制部501读出为了切断金属W而预先制作的存储在加工程序数据库60中的加工程序。作为一个例子，加工程序由如图7所示的由机械控制代码表现的多个指令构成。

在图7中，M102是选择加工条件文件的指令，在此作为一例，以选择名称为C-SUS33.0的加工条件文件的方式进行指令。M100表示执行激光加工的指令。附有字母E的编号(E编号)表示后述的加工条件编号。在G01开始的指令表示使激光束在从起点到由X和Y指定的终点的直线上以移动速度F移动的直线插补的加工指令。

在G02开始的指令表示在连结起点和终点的圆弧上以移动速度F移动的圆弧插补的加工指令。在此，示出了确定用于指定圆弧的半径的圆弧的方法和指定圆弧的中心来确定圆弧的方法中的前者的方法。

在加工条件数据库70中存储有图8所示的名称为C-SUS3.0的加工条件文件及其他多个加工条件文件。图8所示的加工条件文件表示未附加用于决定振动模式的后述的参数的状态。参数是用于决定基于振动模式的具体振动方式的要素。首先，未附加用于决定振动模式的参数的状态的加工条件文件的概略如下。

如图8所示，加工条件文件包含激光振荡器10的名称、金属板W的材质以及板厚、喷嘴36的种类即喷嘴类型、开口36a的直径即喷嘴直径、聚焦透镜34的焦距的信息。这些信息表示无论选择在加工条件文件中设定的哪一个加工条件编号的加工条件都共同适用的条件。加工条件文件也可以包含在图8中省略了图示的其他信息。

在加工条件文件中，与多个加工条件编号对应地设定加工金属板W时的各种条件。加工条件编号相当于图7所示的加工程序的附有字母E的编号(E编号)。在图8中，速度表示作为加工头35的移动速度的金属板W的加工速度(速度数据)。输出、频率、占空比分别表示激光振荡器10的激光输出(激光功率)、脉冲振荡时的频率、占空比。气压以及气体种类分别表示辅助气体供给装置80所供给的辅助气体的气压以及气体种类。

喷嘴间隙表示从喷嘴36的前端到金属板W的上表面的距离。工具直径校正量表示在沿着产品的端部扫描激光束时使激光束从端部位移的距离。工具直径校正量是与射束点Bs的半径相当的距离。焦点校正量表示使激光束的焦点从成为基准的位置(0.00)向上方或下方位移的距离。也可以与各加工条件编号对应地设定在图8中省略了图示的其他条件。

如图9所示，在加工条件数据库70中，与用于选择各振动模式的振动模式编号对应地存储有用于决定各振动模式的第一参数。振动模式编号是选择激光束的振动模式的图案选择信息。第一参数是用于决定各振动模式的形状的参数。在此，为了容易理解，与各振动模式编号对应地表示振动模式名称，但不需要在加工条件数据库70中存储振动模式名称。

在加工条件数据库70中，与各振动模式编号对应地，作为第一参数，设定有在x方向上进行振动的频率与在y方向上进行振动的频率之间的频率比、以及x方向上的振动与y方向上的振动之间的相位差。

当通过操作部40进行了设定用于决定振动模式的参数的操作时，加工条件设定部507控制显示控制部508，使得在显示部90显示图10所示的设定列表。如图10所示，设定列表是用于与各E编号对应地选择振动模式编号，并针对每个振动模式编号设定用于决定各振动模式编号的振动模式的第二参数的列表。第二参数是决定由第一参数决定了形状的各振动模式的振幅以及频率的参数。

在图10中，Qx表示设定x方向的振幅的设定值，Qy表示设定y方向的振幅的设定值。例如，在E编号E2的加工条件中，设定有x方向的振幅为90(μm)、y方向的振幅为90(μm)、频率为3000(Hz)的圆振动模式。

在设定列表中不需要显示与图8所示的加工条件文件的加工条件编号对应的全部信息。也可以在设定列表中仅显示E编号，在E编号上对应振动模式编号以及第二参数。

激光加工机100的制造商的设定者或者服务人员通过操作操作部40，能够将图10所示的设定列表显示于显示部90，并设定振动模式编号以及第二参数。优选的是，激光加工机100的用户无法进行将由粗实线包围的设定项目显示于显示部90的操作，而无法观察由粗实线包围的设定项目。在用户通过操作部40进行操作以使显示部90显示E编号的列表时，优选设定为显示除了由粗实线包围的设定项目以外的加工条件的一览。

如以上那样，附加了用于决定振动模式的振动模式编号以及第二参数的加工条件文件被写入到加工条件数据库70。加工条件数据库70是存储附加了振动模式编号以及第二参数的加工条件文件的存储部的一例。也可以在与NC装置50连接的其他存储部中存储加工条件文件。

当将图7所示的加工程序提供给NC控制部501时，从加工条件数据库70读出将第一参数与图9所示的各振动模式编号对应起来的信息以及名称为C-SUS3.0的加工条件文件。在加工条件文件中附加有振动模式编号以及第二参数。将图9所示的信息和加工条件文件从加工条件设定部507提供给NC控制部501。

模式程序生成部502生成用于以与NC控制部501读出的加工程序所包含的全部的E编号对应的振动模式使激光束振动的模式程序。模式程序是指使检流计扫描器单元32工作的控制代码，记述了针对计算机的命令(处理)。模式程序生成部502能够基于提供给NC控制部501的第一参数以及第二参数来生成模式程序。由模式程序生成部502生成的模式程序被提供并保持于模式程序保持部503。

在通过加工程序指令执行激光加工之后，NC控制部501针对每个E编号向振动控制部504提供振动模式编号。NC控制部501提取加工条件文件所包含的信息中的、用于决定振动模式所需的聚焦透镜34的焦距的信息并提供给振动控制部504。优选NC控制部501除了焦距的信息之外还提取焦点校正量的信息并提供给振动控制部504。虽然在图6中未图示，但为了调整激光束的焦点位置，焦点校正量的信息也用于控制聚焦透镜34的驱动部。另外，NC控制部501根据使在G01或G02等开始的激光束移动的加工指令，向振动控制部504提供使激光束移动的矢量信息。

振动控制部504从模式程序保持部503读出与振动模式编号对应的模式程序。振动控制部504根据模式程序、矢量信息、聚焦透镜34的焦距及焦点校正量，以使激光束以所选择的振动模式且在所设定的条件下振动的方式控制检流计扫描器单元32的驱动部322及324。

也可以通过加工程序或加工条件文件、或操作部40的手动设定，设定表示使从喷嘴36的开口36a射出的激光束从开口36a的中心向x方向和y方向中的至少一方偏移的距离的偏移值。在这种情况下，NC控制单元501将x方向和y方向上的偏移值提供给振动控制部504。

由X轴滑架22及Y轴滑架23构成的移动机构(以下称为移动机构22及23)具有分别驱动移动机构22及23的驱动部220及230。移动机构控制部505基于使激光束移动的加工指令来控制驱动部220及230，使加工头35移动。移动机构控制部505例如每隔1ms控制驱动部220及230来使加工头35移动。因此，以1ms的控制周期(第一控制周期)来控制激光束切断金属板W的切断行进方向。

振动控制部504优选以比1ms短的控制周期控制驱动部322及324，以比1ms短的控制周期控制激光束的振动。图11概念性地表示移动机构控制部505基于在G02(或G03)开始的加工指令，以1ms的控制周期使加工头35(激光束)以圆弧状移动的状态。振动控制部504例如以1ms的1/100即10μs的控制周期(第二控制周期)控制激光束的振动。这样，能够按照每10μs以在各振动模式中设定的模式使激光束高精度地振动。

此外，根据NC装置50、移动机构22以及23的马达放大器或者马达的情况，能够任意地设定第一控制周期和第二控制周期中的周期。另外，为了进一步细分第一控制周期，也能够在第一控制周期与第二控制周期的中间设定其他的控制周期。

使用图12及图13，具体说明振动控制部504以比移动机构控制部505的第一控制周期短的第二控制周期控制激光束的振动的作用效果。图12是比较例，概念性地表示振动控制部504以第一控制周期控制激光束的振动的情况下的动作。图13概念性地表示振动控制部504以第二控制周期控制激光束的振动的情况下的动作。

图12表示移动机构控制部505使加工头35沿着产品的圆弧状的端部E0移动的情况。设时刻t0～t100为1ms。图12表示振动控制部504以利用图4A所示的平行振动模式使激光束振动的方式控制检流计扫描器单元32的情况。作为一个例子，在时刻t0，射束点Bs位于开口36a的中心，振动控制部504花费到时刻t2为止的20μs的时间使其向x方向位移，在时刻t2到达x方向的最大的振幅。

在振动控制部504中，移动机构控制部505在时刻t0之前被提供在时刻t0以后使加工头35移动的矢量信息。振动控制部504将在时刻t0使射束点Bs在x方向上位移的矢量决定为矢量V0。矢量V0是时刻t0的端部E0的切线方向的矢量。振动控制部504在时刻t0使激光束以矢量V0进行位移。

在振动控制部504以第一控制周期控制激光束的振动的情况下，振动控制部504在时刻t1也使激光束以矢量V0进行位移，在时刻t2使激光束以-x方向即矢量-V0进行位移。同样地，振动控制部504在时刻t099使激光束以矢量V0进行位移。

在振动控制部504中，移动机构控制部505在时刻t100之前被提供在时刻t100以后使加工头35移动的矢量信息。振动控制部504将在时刻t100使射束点Bs在x方向上位移的矢量决定为矢量V1。矢量V1是时刻t100的端部E0的切线方向的矢量。振动控制部504在时刻t100使激光束以矢量V1位移。

这样，当振动控制部504以第一控制周期控制激光束的振动时，在第一控制周期的整个期间中，振动控制部504通过相互反转的x方向以及-x方向的单一矢量使激光束振动。使激光束振动的矢量仅每1ms被更新。因此，激光加工机100无法高精度地切断产品的端部E0。

与此相对，若振动控制部504以第二控制周期控制激光束的振动，则如图13所示，振动控制部504将在时刻t0及t1使射束点Bs沿x方向位移的向量分别决定为向量V000及V001。矢量V000是时刻t0的端部E0的切线方向的矢量，矢量V001是时刻t1的端部E0的切线方向的矢量。由于矢量V001被决定为基于在时刻t1的时间点上的矢量信息使射束点在x方向上位移的矢量，所以是与矢量V000不同的矢量。

振动控制部504将在时刻t2使射束点Bs在-x方向上位移的矢量决定为矢量V002。由于矢量V002也被决定为基于在时刻t2的时间点上的矢量信息使射束点在-x方向上位移的矢量，因此不是将矢量V000或V001反转而得到的矢量。振动控制部504在时刻t0～t100使激光束以每10μs变化的矢量V000～V099进行位移。

振动控制部504将在时刻t100使射束点Bs在x方向上位移的矢量决定为矢量V100。矢量V100是时刻t100的端部E0的切线方向的矢量。以下同样地，振动控制部504使激光束以每10μs变化的矢量进行位移。

这样，振动控制部504在第二控制周期中决定用于确定用于使激光束以预定的振动模式振动的振动方向的矢量。振动控制部504基于在第二控制周期中决定的矢量控制检流计扫描器单元32，以使激光束以预定的振动模式振动。因此，激光加工机100能够一边使激光束以预定的振动模式振动，一边高精度地切断产品的端部E0。

如图13所示，在使激光束以重复进行向金属板W的切断行进方向的前方侧的振动和向其后方侧的振动的平行振动模式进行振动的情况下，振动控制部504具体优选以如下方式决定矢量。振动控制部504决定使激光束移动到沿着为了切断金属板W而制作具有预定形状的产品而要切断的产品的端部E0的位置的矢量，作为确定使激光束向前方侧振动时的振动方向的矢量。

另外，振动控制部504决定使激光束移动到沿着已切断的产品的端部E0的位置(即，切断轨迹上)移动的矢量，作为确定使激光束向后方侧振动时的振动方向的矢量。

振动控制部504至少在使激光束向前方侧振动时，优选在使激光束向前方侧以及后方侧振动时，决定使激光束移动到沿着产品的端部E0的位置的矢量。由此，激光加工机100能够一边以平行振动模式使激光束振动，一边高精度地切断产品的端部E0。

在本实施方式中，振动控制部504将使激光束移动到沿着产品的端部E0的位置的矢量设为第二控制周期中的各时间点上的端部E0的切线方向的直线状的矢量。即使是直线状的矢量，也能够大致沿着产品的端部E0切断金属板W。设为直线状的矢量时，振动控制部504对激光束的位移的控制变得容易。

而且，为了严密地沿着产品的端部E0切断金属板W，也可以将使激光束移动的矢量以沿着产品的端部E0的方式设为曲线状的矢量。如图13所示，在端部E0为圆弧的情况下，为了沿着产品的端部E0严密地切断金属板W，优选矢量为微细的圆弧状。

图13示出了激光加工机100沿着产品的圆弧状的端部E0切断金属板W的情况，但在激光加工机100沿着具有图14A以及图14B所示那样的形状的产品的端部E0切断金属板W的情况下也同样地进行控制。激光加工机100沿着产品的端部E01将金属板W切断至作为端部E01与端部E02的连接点的角部E0c。接着，激光加工机100从角部E0c沿着产品的端部E02切断金属板W。在图14A及图14B中，粗实线所示的箭头表示加工头35(喷嘴36)的移动方向。

如图14A所示，在射束点Bs位于角部E0c，使激光束向前方侧振动的情况下，振动控制部504能够通过沿着端部E02的矢量V02使激光束位移。如图14B所示，在射束点Bs位于角部E0c，使激光束向后方侧振动的情况下，振动控制部504能够通过沿着端部E01的矢量-V01而不是通过使矢量V02反转的矢量使激光束位移。

激光加工机100无论产品的形状为什么样的形状，都能够高精度地切断产品的端部E0。

接着，说明使检流计扫描器单元32作为射束位移机构而发挥功能，且激光加工机100使激光束从喷嘴36的开口36a的中心向切断行进方向的前方侧位移来切断金属板而制作产品的情况下的动作。

如图15所示，NC装置50通过检流计扫描器单元32使激光束向比开口36a的中心36ctr靠切断行进方向的前方侧位移。NC装置50在使激光束向切断行进方向的前方侧位移的状态下，通过移动机构使加工头35的相对位置移动来切断金属板W。

图15表示在使束腰(激光束的聚焦点)的位置位于比金属板W的表面靠下方的位置的散焦的状态下切断金属板W的状态。在图15中，束腰位于金属板W的板厚方向的中央或其附近。优选NC装置50调整聚焦透镜34的光轴方向的位置，使得束腰位于金属板W的板厚方向的中央或其附近，或者位于比金属板W的表面靠下方且比板厚方向的中央靠上方的位置。

并且，如图15所示，NC装置50优选以开口36a的中心36ctr位于比切割前部CF的金属板W的板厚方向的中央靠下方侧的位置的方式对加工头35进行定位。

另外，在将氧用作辅助气体来加工金属板W的情况下，也可以调整聚焦透镜34的光轴方向的位置，使得束腰位于金属板W的表面或比表面靠上方的位置。

在图15中，通过辅助气体供给装置80向加工头35供给的辅助气体AG通过开口36a向金属板W吹送。若使激光束向切断行进方向的前方侧位移，则能够增加作用于在切断行进方向的后方侧生成的熔融金属Wmelt的辅助气体AG的量。即，通过将熔融金属Wmelt较多存在的切割前部CF的中央附近设定在辅助气体AG的流速快的喷嘴36的中心位置正下方，能够提高熔融金属Wmelt的排出性，因此能够减少加工不良的产生。

在使检流计扫描器单元32作为射束位移机构而发挥功能的情况下，NC装置50如图16所示那样构成即可。使用图16，对NC装置50的功能性结构例及其动作进行说明。在图16中，在加工程序数据库60中存储有用于切断金属板W的加工程序。在加工条件数据库70中存储有记述了切断金属板W时的各种加工条件的多个加工条件文件。

NC装置50从加工程序数据库60读出加工程序，选择加工条件数据库70中存储的多个加工条件文件中的任意一个加工条件文件。NC装置50基于所读出的加工程序以及在所选择的加工条件文件中设定的加工条件来控制激光加工机100以切断金属板W。

作为功能性的结构，NC装置50具有NC控制部501、位移控制部5040、移动机构控制部505、振荡器控制部506。NC控制部501根据加工程序以及在加工条件文件中设定的加工条件，对位移控制部5040、移动机构控制部505、振荡器控制部506进行控制。

移动机构控制部505按照加工程序向位移控制部5040提供使加工头35移动时的矢量信息。位移控制部5040基于矢量信息，控制检流计扫描器单元32的驱动部322及324，以使激光束向比开口36a的中心36ctr更靠切断行进方向的前方侧位移。

由X轴滑架22及Y轴滑架23构成的移动机构(以下称为移动机构22及23)具有分别驱动移动机构22及23的驱动部220及230。移动机构控制部505控制驱动部220及230来使加工头35移动。振荡器控制部506基于加工条件控制激光振荡器10。

移动机构控制部505例如每1ms控制驱动部220及230使加工头35移动。因此，以1ms的控制周期(第一控制周期)来控制激光束切断金属板W的切断行进方向。位移控制部5040优选以比1ms短的控制周期控制驱动部322及324，以比1ms短的控制周期控制激光束的振动。位移控制部5040例如以1ms的1/100即10μs的控制周期(第二控制周期)控制激光束的位移。

另外，NC控制部501也可以对移动机构控制部505和位移控制部5040集中地提供多个所述1ms单位的指令。在该情况下，位移控制部5040也可以同时决定以下一个1ms中的10μs的控制周期使激光束位移的方向和以至少再下一个1ms中的10μs的控制周期使激光束位移的方向。

上述的图11概念性地表示移动机构控制部505以1ms的控制周期使加工头35(激光束)呈圆弧状移动的状态。通过位移控制部5040每10μs控制激光束向切断行进方向的前方侧的位移，能够使激光束高精度地位移。

此外，根据NC装置50、移动机构22以及23的马达放大器或者马达的情况，能够任意地设定第一控制周期和第二控制周期中的周期。另外，为了进一步细分第一控制周期，也能够在第一控制周期与第二控制周期的中间设定其他的控制周期。

使用图17及图18，具体说明位移控制部5040以比移动机构控制部505的第一控制周期短的第二控制周期控制激光束的位移的作用效果。图17是比较例，概念性地表示位移控制部5040以第一控制周期控制激光束的位移的情况下的动作。图18概念性地表示位移控制部5040以第二控制周期控制激光束的位移的情况下的动作。

图17表示移动机构控制部505使加工头35沿着产品的圆弧状的端部E0移动的情况。设时刻t0～t100为1ms。在图17及图18中，用黑圆点表示开口36a的中心36ctr，用始于黑圆点的箭头表示使激光束(射束点Bs)位移的方向。

在位移控制部5040中，移动机构控制部505在时刻t0之前被提供在时刻t0以后使加工头35移动的矢量信息。位移控制部5040在时刻t0决定使射束点Bs向切断行进方向的前方侧位移的方向。时刻t0的切断行进方向的前方侧是将时刻t0的端部E0的切线方向作为切断行进方向时的前方侧。在位移控制部5040以第一控制周期控制射束点Bs的位移的情况下，位移控制部5040在时刻t0～t099的全部时刻使射束点Bs向相同的方向位移。

在位移控制部5040中，移动机构控制部505在时刻t100之前被提供在时刻t100以后使加工头35移动的矢量信息。位移控制部5040在时刻t100决定使射束点Bs向切断行进方向的前方侧位移的方向。

这样，当位移控制部5040以第一控制周期控制激光束的位移时，在第一控制周期的整个期间中，位移控制部5040使激光束向相同的方向位移。使激光束位移的方向仅每1ms被更新。因此，若产品的端部E0为例如圆弧那样的曲线状，则激光加工机100无法高精度地切断端部E0。

与此相对，若位移控制部5040以第二控制周期控制激光束的位移，则位移控制部5040能够基于在时刻t0～t099的各时间点上的矢量信息来决定使激光束向切断行进方向的前方侧位移的方向。时刻t0～t099的切断行进方向的前方侧是将各时间点上的端部E0的切线方向作为切断行进方向时的前方侧。

因此，如图18所示，位移控制部5040能够使激光束向时刻t0～t099的各时间点上的切断行进方向的最佳方向的前方侧位移。位移控制部5040在时刻t100以后也同样地，能够每10μs使激光束向切断行进方向的最佳方向的前方侧位移。

因此，即使产品的端部为曲线状，激光加工机100也能够使激光束从喷嘴36的开口36a的中心向切断行进方向的前方侧位移，从而能够沿着产品的端部高精度地切断金属板W。

在沿着具有图19所示的形状的产品的端部E0切断金属板W的情况下，位移控制部5040优选以如下方式控制检流计扫描器单元32以使激光束位移。激光加工机100沿着产品的端部E01将金属板W切断至作为端部E01与端部E02的连接点的角部E0c。接着，激光加工机100从角部E0c沿着产品的端部E02切断金属板W。

位移控制部5040在沿着端部E01切断金属板W而使加工头35(喷嘴36)到达角部E0c的时间点上，使激光束向切断行进方向的前方侧的位移量为0，使射束点Bs位于中心36ctr。射束点Bs与角部E0c相邻。因此，激光加工机100能够沿着具有角部E0c的形状的产品的端部E0(E01以及E02)切断金属板W。

本发明并不限定于以上说明的一个或一个以上的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。在一个或一个以上的实施方式中，将决定基于振动模式的振动方式的参数分为了第一参数和第二参数，但只要能够决定各振动模式的具体振动方式即可，参数的设定方法是任意的。

在NC装置50切换使激光束振动的动作和使激光束位移的动作的情况下，只要具备作为振动控制部504或位移控制部5040而发挥功能的振动位移控制部即可。振动位移控制部可以仅作为振动控制部504而发挥功能，也可以仅作为位移控制部5040而发挥功能。图6或图16所示的NC装置50内的功能性结构也可以通过NC装置50的中央处理装置执行存储在非暂时性的存储介质中的计算机程序来实现。

本申请的公开与2018年10月22日申请的日本特愿2018-198280、2018年12月12日申请的日本特愿2018-232271、以及2019年1月4日申请的日本特愿2019-000062中记载的主题相关，它们的全部公开内容通过引用被沿用至此。

Claims (10)

1.一种激光加工机，其特征在于，

所述激光加工机具备：

移动机构，其为了切断金属板而制作具有预定形状的产品，使从喷嘴的开口射出激光束的加工头沿着所述金属板的面而相对于所述金属板相对地移动；

射束振动位移机构，其一边通过所述移动机构使所述加工头相对地移动，一边使为了制作所述产品而向所述金属板照射的激光束振动或位移；

移动机构控制部，其控制所述移动机构，以使所述加工头在第一控制周期相对地移动；

振动位移控制部，其在比所述第一控制周期短的第二控制周期控制所述射束振动位移机构，以使激光束振动或位移。

2.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，决定用于确定用于使激光束以预定的振动模式振动的振动方向的矢量，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，控制所述射束振动位移机构，以使基于所决定的矢量使激光束以所述预定的振动模式振动。

3.根据权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，

所述振动位移控制部控制所述射束振动位移机构，以使激光束以重复进行激光束向所述金属板的切断行进方向的前方侧的振动和向后方侧的振动的振动模式进行振动，

所述振动位移控制部决定使激光束移动到沿着为了切断所述金属板而制作具有预定形状的产品而要切断的所述产品的端部的位置的矢量，作为确定使激光束向所述前方侧振动时的振动方向的矢量。

4.根据权利要求3所述的激光加工机，其特征在于，

所述振动位移控制部决定使激光束向沿着已切断的所述产品的端部的位置移动的矢量，作为确定使激光束向所述后方侧振动时的振动方向的矢量。

5.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，决定使激光束的所述开口内的位置从所述开口的中心向切断行进方向的前方侧位移的方向，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，控制所述射束振动位移机构，以使激光束在所决定的方向上位移。

6.一种激光加工方法，其特征在于，

移动机构为了切断金属板而制作具有预定形状的产品，使从喷嘴的开口射出激光束的加工头沿着金属板的面而相对于所述金属板相对地移动，

射束振动位移机构一边通过所述移动机构使所述加工头相对地移动，一边使为了制作所述产品而向所述金属板照射的激光束振动或位移，

移动机构控制部控制所述移动机构，以使所述加工头在第一控制周期相对地移动，

振动位移控制部在比所述第一控制周期短的第二控制周期控制所述射束振动位移机构，以使激光束振动或位移。

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，决定用于确定用于使激光束以预定的振动模式振动的振动方向的矢量，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，控制所述射束振动位移机构，以使基于所决定的矢量使激光束以所述预定的振动模式振动。

8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，

所述振动位移控制部控制所述射束振动位移机构，以使激光束以重复进行激光束向所述金属板的切断行进方向的前方侧的振动和向后方侧的振动的振动模式进行振动，

所述振动位移控制部决定使激光束移动到沿着为了切断所述金属板而制作具有预定形状的产品而要切断的所述产品的端部的位置的矢量，作为确定使激光束向所述前方侧振动时的振动方向的矢量。

9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，

所述振动位移控制部决定使激光束移动到沿着已切断的所述产品的端部的位置的矢量，作为确定使激光束向所述后方侧振动时的振动方向的矢量。

10.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，决定使激光束的所述开口内的位置从所述开口的中心向切断行进方向的前方侧位移的方向，

所述振动位移控制部在所述第二控制周期中，控制所述射束振动位移机构，以使激光束在所决定的方向上位移。

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