CN114502316B - 激光加工装置、厚度检测方法及厚度检测装置 - Google Patents

激光加工装置、厚度检测方法及厚度检测装置 Download PDF

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Abstract

激光加工装置通过使在角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物相对于光轴在规定方向上延伸的激光相对位移，从而对所述角部进行加工，所述激光加工装置具备：位移控制单元，控制致动器以使所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离；探测部，在与所述光轴交叉的平面图中，设置于至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度；以及检测单元，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测部依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为所述涂层的厚度。

Description

激光加工装置、厚度检测方法及厚度检测装置
技术领域
本发明涉及一种由激光进行加工的激光加工装置。
背景技术
近年来，提出了如下技术：通过使在激光的光轴方向上延伸的圆筒状的照射区域向与该光轴交叉的方向位移，在该照射区域所通过的加工对象物的表面侧形成加工面(专利文献1)。该加工方法与机械加工方法相比，在减少机械损伤、能够平滑地形成加工面的方面是优异的加工方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利6562536号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
这种加工方法例如用于如具有由前刀面及后刀面形成的角部的切削工具那样、具有由彼此相邻的两个面形成的角部的加工对象物中的角部的加工。具体而言，以光轴沿前刀面或后刀面扩展的方向延伸的方式照射激光，使该激光位移，由此在角部形成新的前刀面或后刀面作为加工面，或者形成边缘或凹凸等用于特定用途中的形状。
此外，加工对象物也在角部形成金刚石被膜等涂层来提高硬度，但是在对这样的涂层进行加工面的形成或赋予功能的情况下，需要事先检查是否为适当厚度的涂层。
但是，涂层的厚度必须为此而将加工对象物设置于测定装置来进行测定，需要在确认了是适当的厚度的涂层的基础上，重新设置于激光加工装置，以往存在到实际的加工为止的作业繁杂的课题。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种用于能够简便地检查形成于加工对象物的涂层的厚度的技术。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述课题，第一方式是一种激光加工装置，构成为相对于以光轴在规定方向上延伸的方式照射的激光，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，通过使所述角部朝向所述激光侧相对位移，从而利用所述激光对所述角部进行加工，所述激光加工装置具备：位移控制单元，控制致动器以使所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离，所述致动器用于使所述加工对象物相对于所述激光沿与所述光轴交叉的方向相对位移；探测部，在与所述光轴交叉的平面图中，所述探测部设置于至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度；以及检测单元，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测部依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
该第一方式也可以是以下所示的第二方式。
在第二方式中，所述探测部设置于以下位置：以加工对象物将沿所述光轴延伸的空间分为两部分时的与所述照射部相反侧的区域中的在与所述光轴交叉的平面图中至少在所述激光中以筒状延伸的照射区域的外侧。
为了解决上述课题，第三方式是一种厚度检测方法，具备：位移控制步骤，相对于以光轴在规定方向上延伸的方式照射的激光的光轴，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，使所述角部以朝向所述激光侧的状态相对接近或分离；探测步骤，在与所述光轴交叉的平面图中，在至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，探测到达该位置的光的强度；检测步骤，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测步骤依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
为了解决上述课题，第四方式是一种厚度检测装置，具备：照射部，以光轴在规定方向上延伸的方式照射激光；致动器，相对于所述激光，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，使所述角部以朝向所述激光侧的状态沿与所述光轴交叉的方向相对位移；位移控制单元，控制所述致动器，以使所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离；探测部，在与所述光轴交叉的平面图中，所述探测部设置于至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度；以及检测单元，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测部依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
发明效果
在上述各方式中，在光轴与加工对象物接近或分离的过程中，在依次探测到第一强度、第二强度及第三强度的情况下，成为第一强度的地点(第一地点)与成为第三强度的地点(第三地点)之间的相对位移距离为涂层的厚度。在上述方式中，能够基于这种光的强度的推移以及加工对象物的相对位移距离来检测涂层的厚度。
此外，在上述各方式中，能够基于激光加工装置所具有的功能，确定这种光的强度的推移以及加工对象物的相对位移距离，因此，不需要为此在测定装置重新设置加工对象物，就能够确认涂层的厚度，其结果，能够简化直到实际的加工为止的作业。
附图说明
图1是示出激光加工装置的整体构成的框图。
图2是示出照射部的构成的框图。
图3是示出激光的照射区域与探测部的位置关系的图。
图4是示出厚度检测处理的处理步骤的流程图。
图5是示出加工对象物接近激光的光轴的情况的图。
图6是示出由探测部探测的光强度的推移的曲线图。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。
(1)装置构成
如图1所示，激光加工装置1具备：照射部10，以光轴在规定方向(图1中的上下方向)上延伸的方式照射激光；保持部20，用于保持加工对象物100；照射部位移机构30，用于使照射部10相对于加工对象物100位移；保持部位移机构40，用于使保持部20相对于激光位移；探测部50，在规定的位置探测光的强度；以及控制部60，控制激光加工装置1整体的动作。
如图2所示，照射部10具备输出脉冲激光的振荡器11、调整激光的振动频率的次数的振动调整器13、调整偏振状态的偏振元件14、调整激光的输出的衰减器(ATT)15、以及用于调整激光直径的扩束器(EXP)17等，构成为经过它们的激光经由光学透镜19输出，使光轴朝向规定的方向(在本实施方式中为Z轴方向)来照射激光。其中，振荡器11使用Nd：YAG脉冲激光。另外，在此是由单一的光学透镜19构成的结构，但是也可以是具备隔开规定间隔配置的一组光学透镜、以及用于调整该光学透镜的间隔的机构的结构。
保持部20是在与激光的光轴交叉的方向(图1中的左右方向)上延伸的棒状部件，构成为能够在其前端保持加工对象物100。该加工对象物100以其端部从保持部20的前端突出的位置关系被保持。
照射部位移机构30具备：作为致动器的机构主体31，在安装有照射部10的状态下在规定方向上位移；以及驱动部33，基于来自外部的指令使机构主体31动作。在本实施方式中，机构主体31构成为使照射部10在与激光的光轴分别交叉的方向(图1中的从纸面的近前侧朝向里侧的方向)上位移。
保持部位移机构40具备：作为致动器的机构主体41，在安装有保持部20的状态下在规定方向上位移；以及驱动部43，基于来自外部的指令使机构主体41动作。在本实施方式中，机构主体41构成为使保持部20在其延伸的方向上位移。
如图3所示，探测部50是光传感器，设置于如下位置：以加工对象物100将沿光轴210延伸的空间分为两部分时的与照射部10相反侧的区域(图3中的比保持部20靠向下方的区域)中的在与光轴210交叉的平面图(图3中的虚线的面)中至少成为照射区域200的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度(以下也称为“光强度”)。在本实施方式中，作为探测部50采用朝向远离光轴210的方向配置有多个受光元件的线性传感器。另外，该探测部50配置于在后述的厚度检测处理中衍射光能够以足够的强度到达的位置。
控制部60是计算机，能够根据对各部的控制指令，控制由照射部10进行的激光照射、由照射部位移机构30进行的照射部10的位移、以及由保持部位移机构40进行的保持部20的位移等。
加工对象物100由彼此相邻的多个面形成角部110。在本实施方式中，加工对象物100是两个面中的任一个形成为前刀面、另一个形成为后刀面的切削工具，将不具有透光性的超硬合金作为其材料。
此外，作为加工对象物100也可以使用在角部110形成有由透光性高的材料构成的涂层120的加工对象物。作为具体的例子，作为涂层120使用具有透光性的金刚石被膜。另外，在该例子中，作为加工对象物100的材料的超硬合金不具有透光性，因此由金刚石被膜形成的涂层120的透光性比角部110本身高。
并且，该加工对象物100以使角部110朝向激光的照射区域200侧的位置关系设置，因此成为角部100所成的面相对于光轴210倾斜的状态。
在这种构成的激光加工装置1中，以光轴沿角部110所成的面方向延伸的方式照射激光，并且使该激光位移，因此能够在角部110形成加工面。
(2)控制部60的处理步骤
以下，基于图4，说明控制部60根据存储于内置存储器61的程序执行的“厚度检测处理”的步骤。该厚度检测处理是将形成有涂层120的加工对象物100保持于保持部20并定位后执行的处理，在接收到来自未图示的接口(操作装置或通信装置)的启动指令时启动。
当启动该加工处理时，首先，读出预先存储于内置存储器61的设定信息(s110)。该设定信息是用户事先设定的信息，由照射部10照射的激光的输出P0[w]、与设置于保持部20的加工对象物100的材料特性对应的加工阈值Pth[w]、以及规定了光轴210的坐标信息构成。在此，为了检测厚度，激光的输出等级P0设定比加工阈值Pth小的值(P0＜Pth)。
接着，开始照射部10的激光照射(s120)。在此，接收到来自控制部60的指示的照射部10开始照射激光。
接着，开始加工对象物100向照射部10照射的激光的光轴210侧的位移(s130)。在此，向保持部位移机构40发出控制指令，以使保持部20向光轴210位移，接收到该控制指令的保持部位移机构40开始加工对象物100向光轴210侧的位移。由此，加工对象物100每隔单位时间每次位移预先确定的单位距离。
接着，开始监视由探测部50探测的光强度(s140)。在此，获取在以单位距离的位移而到达的每个地点探测的光强度，并且进行其记录。另外，在本实施方式中，构成为将对用作探测部50的线性传感器的受光元件分别输出的光强度(W)进行合计后的值或平均化后的值作为该地点的光强度来进行探测。
接着，检查是否满足本厚度检测处理的结束条件(s150)。在此，例如，基于光强度遍及一定距离(例如成为单位距离的数倍的距离)成为确定为结束条件的结束阈值以下的、加工对象物100的前端到达确定为结束条件的结束位置(例如光轴210的位置)，判定为满足结束条件。
接着，成为待机状态直到满足本厚度检测处理的结束条件为止(s150：否)，记录在此期间以单位距离的位移而到达的每个地点的光强度的推移。
在此，在加工对象物100接近激光的光轴210的过程中，如图5所示，加工对象物100分别经过以下地点：激光的照射区域200到达形成于角部110的涂层120的表面的第一地点(图5的(A))、照射区域200与涂层120重叠的第二地点(图5的(B))、以及照射区域200到达加工对象物100主体的表面的第三地点(图5的(C))。
在这三个地点中，首先，在第一地点中，绕过涂层120的表面的衍射光等到达照射区域200的外侧，但是由于涂层120具有透光性，所以光的强度(第一强度)比后述的第三地点小(参照图6中的(A))。接着，在第二地点中，光容易透射涂层120，也难以产生衍射光，因此到达照射区域200的外侧的光的强度(第二强度)比第一地点小(参照图6中的(B))。并且，在第三地点中，绕过加工对象物100主体的表面的衍射光到达照射区域200的外侧，仅加工对象物100主体难以透射光，到达照射区域200的外侧的光的强度(第三强度)比任何地点都大(参照图6中的(C))。
即，光轴210与加工对象物100接近的过程中，在依次探测到第一强度、第二强度及第三强度的情况下，成为第一强度的地点(第一地点)与成为第三强度的地点(第三地点)之间的加工对象物100的位移距离为涂层120的厚度。
另外，在加工对象物100超过上述第三地点而位移的情况下，由于激光的照射区域200被加工对象物100较大地遮挡，所以到达照射区域200的外侧的光的强度降低至比上述任何地点都小的值(图6中的比(C)靠向右侧的区域)。在本实施方式中，将这样的小的值称为“结束阈值”。
此后，如果满足结束条件(s150：是)，则基于至此为止记录的光强度的推移来检测涂层120的厚度(s160)。在此，在作为光强度的推移依次探测到规定的第一强度、比第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比第一强度大的第三强度的情况下，将加工对象物100在分别探测到第一强度及第三强度的地点之间位移的距离检测为施加于角部110的涂层120的厚度。
另外，在该步骤中，在作为光强度的推移未依次探测到第一强度、第二强度及第三强度的情况下，作为错误处理，经由未图示的接口(显示装置或通信装置)实施不是形成有涂层120的加工对象物100、在涂层120中产生了异常等这样的通知。
由此在s160后，本厚度检测处理结束。
另外，上述s130是本发明中的位移控制单元、位移控制步骤，s140是本发明中的探测步骤，s160是本发明中的检测单元、检测步骤。
(3)变形例
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不受上述实施方式的任何限定，只要属于本发明的技术范围，则能够采用各种方式。
例如，在上述实施方式中，例示了构成为通过使保持部20位移而使光轴210与加工对象物100接近。但是，作为本发明，只要能够使加工对象物100相对于光轴210相对接近即可，也可以构成为使照射部10位移。在这种情况下，可以以探测部50相对于照射区域200的位置关系固定的方式使探测部50与照射部10联动地位移。
此外，在上述实施方式中，例示了构成为通过在激光加工装置1设置探测部50，并且控制部60执行厚度检测处理，从而厚度检测的功能与激光加工装置1一体化。但是，该功能不需要与激光加工装置1等装置一体化，例如，也可以构成为除了照射部10、保持部位移机构40、探测部50以外，还独立地具备执行厚度检测处理的控制部60的装置。
此外，在上述实施方式中，例示了构成为使光轴210与加工对象物100从两者分离的状态接近，基于该过程中的光强度来检测涂层120的厚度。但是，上述实施方式也可以构成为从光轴210与加工对象物100接近或重叠的状态分离，基于该过程中的光强度来检测涂层120的厚度。在这种情况下，在光轴210与加工对象物100分离的过程中，在加工对象物100经过第三地点(图5的(C))、第二地点(图5的(B))及第一地点(图5的(A))而依次检测到第三强度、第二强度及第一强度的情况下，只要将成为第一强度的地点(第一地点)与成为第三强度的地点(第三地点)之间的加工对象物100的位移距离检测为涂层120的厚度即可。
(4)作用效果
在上述实施方式中，在光轴210与加工对象物100接近的过程中，在依次探测到第一强度、第二强度及第三强度的情况下，成为第一强度的地点(第一地点)与成为第三强度的地点(第三地点)之间的相对位移距离为涂层120的厚度。在上述实施方式中，能够基于这种光的强度的推移以及加工对象物100的相对位移距离来检测涂层120的厚度。
并且，在上述实施方式中，能够基于激光加工装置1所具有的功能，确定这种光的强度的推移以及加工对象物100的相对位移距离，因此，不需要为此在测定装置重新设置加工对象物，就能够确认涂层120的厚度，其结果，能够简化直到实际的加工为止的作业。
工业实用性
本发明的激光加工装置、厚度检测方法及厚度检测装置能够用于对在角部形成有涂层的加工对象物检测该涂层的厚度的用途。
附图标记说明
1…激光加工装置，10…照射部，11…振荡器，13…振动调整器，14…偏振元件，15…衰减器(ATT)，17…扩束器(EXP)，19…光学透镜，20…保持部，30…照射部位移机构，31…机构主体，33…驱动部，40…保持部位移机构，41…机构主体，43…驱动部，50…探测部，60…控制部，61…存储器，100…加工对象物，110…角部，120…涂层，200…照射区域，210…光轴。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，构成为相对于以光轴在规定方向上延伸的方式照射的激光，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，通过使所述角部朝向所述激光侧相对位移，从而利用所述激光对所述角部进行加工，所述激光加工装置具备：
位移控制单元，控制致动器以使所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离，所述致动器用于使所述加工对象物相对于所述激光沿与所述光轴交叉的方向相对位移；
探测部，在与所述光轴交叉的平面图中，所述探测部设置于至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度；以及
检测单元，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测部依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述探测部设置于以下位置：以加工对象物将沿所述光轴延伸的空间分为两部分时的与所述照射部相反侧的区域中的在与所述光轴交叉的平面图中至少在所述激光中以筒状延伸的照射区域的外侧。
3.一种厚度检测方法，具备：
位移控制步骤，相对于以光轴在规定方向上延伸的方式照射的激光的光轴，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，使所述角部以朝向所述激光侧的状态相对接近或分离；
探测步骤，在与所述光轴交叉的平面图中，在至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，探测到达该位置的光的强度；以及
检测步骤，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测步骤依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
4.一种厚度检测装置，具备：
照射部，以光轴在规定方向上延伸的方式照射激光；
致动器，相对于所述激光，对于由彼此相邻的多个面形成角部且在所述角部形成有由具有透光性的材料构成的涂层的加工对象物，使所述角部以朝向所述激光侧的状态沿与所述光轴交叉的方向相对位移；
位移控制单元，控制所述致动器，以使所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离；
探测部，在与所述光轴交叉的平面图中，所述探测部设置于至少在所述激光中成为以筒状延伸的照射区域的外侧的位置，以探测到达该位置的光的强度；以及
检测单元，在所述加工对象物相对于所述光轴相对接近或分离的过程中，在通过所述探测部依次探测到规定的第一强度、比所述第一强度小规定的阈值以上的第二强度、以及比所述第一强度大的第三强度的情况下，将所述加工对象物在分别探测到所述第一强度及所述第三强度的地点之间相对位移的距离检测为施加于所述角部的涂层的厚度。
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