DE102012014323B4

DE102012014323B4 - Verfahren und System einer Laserverarbeitung zum Lochen

Info

Publication number: DE102012014323B4
Application number: DE102012014323.0A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Kurosawa; Atsushi Mori; Yuji Nishikawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102896427A; JP5276699B2; US9248524B2; US20130026144A1; DE102012014323A1; JP2013027907A; CN102896427B

Abstract

Laserverarbeitungsverfahren, umfassend: einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche (WF) eines Werkstücks (W) mit einem Laserstrahl (LB) in einem Zustand, in dem ein Fokalpunkt (FP) von der Oberfläche (WF) um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, und mit einem Hilfsgas (AG), das von einer Frontendenfläche (13a) einer Verarbeitungsdüse (13) auf die Oberfläche (WF) geblasen wird, und des Ausbildens eines Lochs (21) mit Boden bei dem Werkstück (W), wobei das Loch (21) mit Boden mit einer von einer Kegelform verschiedenen, zylinderförmigen Innenumfangsfläche (21a), die sich bei der Oberfläche (WF) öffnet und sich in vertikaler Richtung relativ zu dieser erstreckt, und einer Bodenfläche (21b) definiert ist, die ein Ende der röhrenförmigen Innenoberfläche (21a) schließt; und einen zweiten Schritt des Bestrahlens der Bodenfläche (21b) des Lochs (21) mit Boden mit dem Laserstrahl (LB) und dem Hilfsgas (AG) in einem Zustand, in dem eine Lücke (G) zwischen der Frontendenfläche (13a) der Verarbeitungsdüse (13) und der Oberfläche (WF), eine Leistungsbedingung des Laserstrahls (LB) und ein Druck des Hilfsgases (AG) gegenüber dem ersten Schritt geändert ist, wobei das Hilfsgas (AG) in eine Öffnung (21c) des Lochs (21) mit Boden geblasen wird, nicht aber auf eine Fläche (S) geblasen wird, die die Öffnung (21c) umgibt, und des Ausbildens eines Durchgangslochs (23), das das Werkstück (W) durchdringt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserverarbeitung, und insbesondere ein Verfahren und System einer Laserverarbeitung, die einen Lochungsvorgang durchführen, um ein Durchgangsloch bei einem Anfangspunkt des Schneidens in einem Werkstück vor einem Initiieren eines Laserschneidens auszubilden.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Laserschneiden, das als eine Art einer Laserverarbeitung bekannt ist, wird im Allgemeinen durch Verwenden von Wärme eines Laserstrahls, um ein Werkstück zu schmelzen, und durch Blasen eines Hilfsgases zum Entfernen des geschmolzenen Materials des Werkstücks durchgeführt. In einigen Fällen kann hochreiner Sauerstoff als das Hilfsgas verwendet werden, um die Verbrennungswärme des Werkstücks zusätzlich zu der Wärme des Laserstrahls effizient zu verwenden. Zu dem Zeitpunkt des Initiierens des Laserschneidens ist es wünschenswert, einen Zustand zu gewährleisten, in dem das geschmolzene Material des Werkstücks durch das geblasene Hilfsgas von einer rückwärtigen Oberfläche des Werkstücks entfernt werden kann, die dessen Frontoberfläche gegenüberliegt, die mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. Somit ist bei dem Laserschneiden bekannt, dass ein sogenannter „Lochungs”-Vorgang durchgeführt wird, um ein Durchgangsloch bei einem Anfangspunkt des Schneidens in dem Werkstück zu erzeugen, bevor das Laserschneiden initiiert wird.
Das japanische Patent Nr. 3110504 ( JP 3110504 B ) beschreibt ein Laserverarbeitungsverfahren, das einen Lochungsvorgang durchführt, der einen ersten Schritt des Ausbildens einer Ausnehmung auf einer Oberfläche eines Werkstücks unter einer Laserleistungsabgabe und einem Hilfsgasdruck, wobei deren Werte höher als eingestellte Wert sind, die zum Ausbilden eines Durchgangslochs erforderlich sind, in einem Zustand, in dem der Fokalpunkt des Laserstrahls von der Oberfläche des Werkstücks um eine vorbestimmte Distanz beabstandet ist, und einen zweiten Schritt des Ausbildens eines Durchgangslochs unter einer Laserleistungsabgabe und einem Hilfsgasdruck umfasst, deren Werte niedriger als jene in dem ersten Schritt sind, in einem Zustand, in dem der Fokalpunkt um einen vorbestimmten Betrag in eine Richtung verschoben wird, die in den inneren Abschnitt des Werkstücks eindringt. Es ist beschrieben, dass in dem ersten Schritt eine hohle Ausnehmung mit einem großen Durchmesser unmittelbar auf der Oberfläche des Werkstücks ausgebildet wird, und in dem zweiten Schritt ein Durchgangsloch nachfolgend aus der Unterseite der Ausnehmung ausgebildet wird, so dass es möglich ist, das Hilfsgas effizient in die Ausnehmung zuzuführen und ein gutes Lochen auf eine stabile Art und Weise durchzuführen. Es ist ebenso beschrieben, dass in dem zweiten Schritt die Oberfläche des Werkstücks mit dem Laserstrahl unter der Laserleistungsabgabe und dem Hilfsgasdruck bestrahlt wird, die niedriger eingestellt sind als jene in dem ersten Schritt in einem Ausmaß, in welchem das Auftreten einer Explosion auf der Oberfläche des Werkstücks verhindert wird, während eine Lückengröße graduierlich verringert wird.
Die japanische ungeprüfte Patentoffenlegung (Kokai) Nr. 2007-75878 ( JP 2007-75878 A ) beschreibt ein Laserverarbeitungsverfahren einschließlich eines ersten Schritts des Bestrahlens eines Werkstücks mit einem Laserstrahl unter einer ersten Lochungsbedingung, um einen Lochungsvorgang zu beginnen, eines zweiten Schritts des Anhaltens der Bestrahlung mit dem Laserstrahl für 0,5 Sekunden oder mehr nach dem ersten Schritt und eines dritten Schritts des Bestrahlens eines Punkts, der in dem ersten Schritt verarbeitet ist, mit einem Laserstrahl unter einer zweiten Lochungsbedingung nach dem zweiten Schritt, um den Lochungsvorgang zu vollenden. Es wird beschrieben, dass – da eine Strahleinstrahlung zeitweilig in dem zweiten Schritt angehalten wird, nachdem ein gelochtes Loch teilweise in der Mitte der Dicke des Werkstücks unter der ersten Lochungsbedingung ausgebildet ist, die in dem ersten Schritt ausgewählt ist – ein teilweises Voranschreiten einer Oxidations-/Verbrennungsreaktion unterbrochen wird, und ein gelochtes Loch mit einem verringerten Durchmesser durch die nachfolgende Bestrahlung mit dem Laserstrahl in dem dritten Schritt ausgebildet werden kann, weil keine übermäßige Hitzeeingabe vorliegt, so dass die Menge an Schweißspritzern verringert werden kann und eine Verarbeitungszeit verkürzt werden kann. Es ist ebenso beschrieben, dass ein Schweißspritzantihaftmittel vor dem ersten Lochungsvorgang in dem ersten Schritt aufgesprüht werden kann, Luft und ein Schweißspritzantihaftmittel in dem zweiten Schritt aufgesprüht werden können, und Luft nach dem Beenden des zweiten Lochungsvorgangs in dem dritten Schritt aufgesprüht werden kann, so dass es möglich ist, effektiv zu verhindern, dass die Schweißspritzer auf einer Fläche verbleiben und an ihr haften, die das gelochte Loch umgibt.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung (Kokai) Nr. 7-9175 ( JP 7-9175 A ) beschreibt ein Lochungsverfahren für eine Laserstrahlmaschine, in dem ein Lochen bei einer hohen Position oberhalb eines Werkstücks begonnen wird, ein Maschinenverarbeitungskopf dann auf eine Schnitthöhe gesenkt wird, während die Maschinenverarbeitungsbedingungen geändert werden, um ein Hochspritzen von geschmolzenem Metall zu verhindern, und das Lochen weiter bei der Schnitthöhe durchgeführt wird, so dass es möglich ist, das Lochen in kurzer Zeit ohne Erzeugen des Hochspritzens des geschmolzenen Metalls durchzuführen.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung (Kokai) Nr. 10-323781 ( JP 10-323781 A ) beschreibt ein Laserverarbeitungsverfahren, wobei eine Laserabgabe als eine kontinuierliche Abgabe gesetzt wird, wenn ein Lochen beginnt, und die Laserabgabe im Laufe des Lochens zu einer Impulsabgabe geändert wird, um das Lochen zu vollenden.
In dem Laserverarbeitungsverfahren gemäß JP 3110504 B , da das Durchgangsloch in dem zweiten Schritt in der Unterseite der hohlen Ausnehmung mit dem großen Durchmesser ausgebildet wird, die in dem ersten Schritt ausgebildet ist, unter der Laserleistungsabgabe und dem Hilfsgasdruck, die niedriger eingestellt sind als jene in dem ersten Schritt in einem Ausmaß, in welchem das Auftreten einer Explosion auf der Oberfläche des Werkstücks verhindert wird, ist es schwierig, die für den Lochungsvorgang erforderliche Zeit zu verkürzen. Demgegenüber ist das Laserverarbeitungsverfahren gemäß JP 2007-75878 A beschrieben, so dass der Effekt des Verkürzens der Verarbeitungszeit gewährleistet wird. Jedoch wird in der Druckschrift JP 2007-75878 A eine Einrichtung zum Verhindern dessen vorgesehen, dass Schweißspritzer auf einer Fläche verbleiben und an ihr haften, die das gelochte Loch umgibt, und der zweite Schritt zum Abkühlen ist erforderlich, so dass der Effekt des Verkürzens der Verarbeitungszeit begrenzt ist.
Die Druckschrift JP H05-057 469 A , die ein Familienmitglied der oben genannten Druckschrift JP 3110504 B ist, kann ausgelegt werden als Offenbarung eines Verfahrens, in dem ein Werkstück zunächst mit einem Laserstrahl außer Fokus bestrahlt wird, um eine flache Ausnutzung mit großem Durchmesser bereitzustellen. Dann wird der Laser nahe der Oberfläche des Werkstücks fokussiert und Hilfsgas aufgebracht, um das Lochen des Werkstücks zu erreichen.
Kurzfassung der Erfindung
In dem Verfahren und System einer Laserverarbeitung, die einen Lochungsvorgang durchführen, ist erwünscht, eine für den Lochungsvorgang erforderliche Zeit zu verkürzen, ohne durch eine Verarbeitungsbedingung (z. B. eine Laserleistungsabgabe usw.) beschränkt zu sein, die gesetzt wird, um ein nachhaltiges Verbrennen (eine sogenannte Selbstverbrennung) des Werkstücks an ihrem Auftreten aufgrund der Überhitzung eines Verarbeitungspunkts oder das Anhaften von geschmolzenem Restmaterial an einer Fläche zu verhindern, die den Verarbeitungspunkt umgibt.
Gemäß der Erfindung werden ein Verfahren und ein System gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Vorzugsweise wird ein Laserverarbeitungsverfahren vorgesehen, umfassend einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Werkstücks mit einem Laserstrahl in einem Zustand, in dem ein Fokalpunkt von der Oberfläche beabstandet ist, und zum Ausbilden eines Lochs mit Boden bei dem Werkstück, wobei das Loch mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche, die sich bei der Oberfläche öffnet, und einer Bodenfläche definiert ist; und einen zweiten Schritt zum Bestrahlen der Bodenfläche des Lochs mit Boden mit einem Laserstrahl, während ein Hilfsgas in eine Öffnung des Lochs mit Boden geblasen wird, aber nicht auf eine Fläche geblasen wird, die die Öffnung umgibt, und zum Ausbilden eines Durchgangslochs, das das Werkstück durchdringt.
Vorzugsweise wird ein Laserverarbeitungssystem vorgesehen, umfassend einen Verarbeitungskopf, der einen von einem Laseroszillator abgestrahlten Laserstrahl fokussiert, um ein Werkstück mit dem Laserstrahl zu bestrahlen, und der ein Hilfsgas auf das Werkstück bläst; und einen Steuerabschnitt, der einen Betrieb des Verarbeitungskopfs steuert, wobei der Steuerabschnitt steuert: einen ersten Schritt zum Bestrahlen einer Oberfläche des Werkstücks mit dem Laserstrahl in einem Zustand, in dem ein Fokalpunkt von der Oberfläche beabstandet ist, um ein Loch mit Boden bei dem Werkstück auszubilden, wobei das Loch mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche, die sich bei der Oberfläche öffnet, und einer Bodenfläche definiert ist, und einen zweiten Schritt zum Bestrahlen der Bodenfläche des Lochs mit Boden mit dem Laserstrahl, während das Hilfsgas in eine Öffnung des Lochs mit Boden geblasen wird, aber nicht auf eine Fläche geblasen wird, die die Öffnung umgibt, um ein Durchgangsloch auszubilden, das das Werkstück durchdringt.
Gemäß dem Laserverarbeitungsverfahren und dem Laserverarbeitungssystem wird das Hilfsgas in dem zweiten Schritt lediglich auf die Innenseite der Öffnung des Lochs mit Boden geblasen, das eine charakteristische Form aufweist, die in dem ersten Schritt ausgebildet ist, so dass die Fläche, die die Öffnung des Lochs mit Boden umgibt, nicht länger dem Hilfsgas ausgesetzt ist. Deshalb ist es in dem zweiten Schritt möglich, das Durchgangsloch ohne ein Begrenzen einer Verarbeitungsbedingung (z. B. einer Laserleistungsabgabe usw.) auf einen oberen Grenzwert zum Verhindern eines Selbstverbrennens auszubilden, und somit eine für einen Lochungsvorgang erforderliche Zeit zu verkürzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher werden. Es zeigen:
1 eine Darstellung, die den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines Laserverarbeitungssystems schematisch zeigt;
2 eine Darstellung zur Beschreibung eines ersten Schritts eines Ausführungsbeispiels eines Laserverarbeitungsverfahrens und zur schematischen Beschreibung eines Vorbereitungszustands, in dem eine Verarbeitungsdüse hinsichtlich eines Werkstücks positioniert wird;
3 eine Darstellung zur Beschreibung des ersten Schritts und zur schematischen Beschreibung eines Zustands, in dem eine Oberfläche eines Werkstücks mit einem Laserstrahl bestrahlt wird;
4 eine Darstellung zur Beschreibung des ersten Schritts und zur schematischen Beschreibung eines Zustands, in dem ein Loch mit Boden bei einer Oberfläche eines Werkstücks ausgebildet wird;
5 eine Darstellung zur Beschreibung eines zweiten Schritts eines Ausführungsbeispiels eines Laserverarbeitungsverfahrens und zum schematischen Beschreiben eines Vorbereitungszustands, in dem eine Verarbeitungsdüse hinsichtlich eines Werkstücks positioniert wird;
6 eine Darstellung zur Beschreibung des zweiten Schritts und zum schematischen Beschreiben eines Zustands, in dem eine Bodenfläche eines Lochs mit Boden mit einem Laserstrahl bestrahlt wird;
7 eine Darstellung zur Beschreibung des zweiten Schritts und zum schematischen Beschreiben eines Zustands, in dem ein Durchgangsloch in einem Werkstück ausgebildet wird;
8 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Lücke für eine Verarbeitungsdüse und einer Öffnungsgröße eines Lochs mit Boden sowie eine Beziehung zwischen einer Lücke für eine Verarbeitungsdüse und einer Verarbeitungszeit eines Lochs mit Boden in dem ersten Schritt darstellt;
9 mehrere Photographien und Schnittansichten, von denen jede ein Loch mit Boden zeigt und die eine Beziehung zwischen einer Lücke für eine Verarbeitungsdüse und einer Form eines Lochs mit Boden in dem ersten Schritt darstellen;
10 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einem Druck eines Hilfsgases und einer Verarbeitungszeit eines Lochs mit Boden in dem ersten Schritt darstellt;
11 mehrere Photographien, die eine Beziehung zwischen einem Druck eines Hilfsgases und einer Adhäsion von geschmolzenem Material in dem ersten Schritt darstellen;
12 mehrere Darstellungen, von denen jede die Form eines Lochs mit Boden beschreibt, zum Vergleichen eines Laserverarbeitungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel und eines Laserverarbeitungsverfahrens gemäß einem Stand der Technik;
13 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Öffnungsgröße eines Lochs mit Boden und einer Sauerstoffkonzentration in einer Fläche, die das Loch mit Boden umgibt, in dem zweiten Schritt darstellt;
14 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Tiefe eines Lochs mit Boden und einer Sauerstoffkonzentration in einer Fläche, die das Loch mit Boden umgibt, in dem zweiten Schritt darstellt;
15 einen Graph, der eine Beziehung zwischen einer Lücke für eine Verarbeitungsdüse und einer Sauerstoffkonzentration in einer Fläche, die das Loch mit Boden umgibt, in dem zweiten Schritt darstellt;
16 eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen dem Vorhandensein oder Fehlen einer Selbstverbrennung in dem zweiten Schritt und einer mittleren Durchdringungszeit sowie einer Lochungszeit darstellt;
17 eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Fokalpunktposition eines Laserstrahl in dem zweiten Schritt und einer mittleren Durchdringungszeit darstellt;
18 eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer Bestrahlungsanhaltezeit eines Laserstrahls zwischen dem ersten und zweiten Schritt und einer Situation eines Verarbeitungsdefekts darstellt; und
19 mehrere Photographien, die eine Beziehung zwischen einer Leistungsabgabe eines Laserstrahls und einer Adhäsion von geschmolzenem Material in dem zweiten Schritt darstellen.
Ausführliche Beschreibung
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen oder ähnlichen Komponenten durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 schematisch den Aufbau eines Laserverarbeitungssystems 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Laserverarbeitungssystem 11 umfasst einen Verarbeitungskopf 17, der einen Laserstrahl LB fokussiert, der von einem Laseroszillator 14 abgestrahlt wird, um ein Werkstück W mit dem Laserstrahl zu bestrahlen, und der ein Hilfsgas AG auf das Werkstück W bläst, und einen Steuerabschnitt 16, der den Betrieb des Verarbeitungskopfs 17 steuert.
Wie gezeigt, wird ein rechtwinkliges Referenzkoordinatensystem durch drei Achsen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) in dem Laserverarbeitungssystem 11 gesetzt. Das Laserverarbeitungssystem 11 ist mit einem beweglichen Tisch 12, der zum Tragen eines Werkstücks W eingerichtet ist, einem Verarbeitungskopf 17, der eingerichtet ist, um dem beweglichen Tisch 12 gegenüberzustehen, einer Verarbeitungsdüse 13, die bei dem Ende des Verarbeitungskopfs angebracht ist, einem Laseroszillator 14 zum Abstrahlen eines Laserstrahls LB, der in der Lage ist, diesen dem Verarbeitungskopf 17 zuzuführen, und einem optischen Element versehen ist (in der Zeichnung eine Fokussierungslinse 15), die innerhalb des Verarbeitungskopfs 17 angebracht ist und den Laserstrahl LB fokussiert. Der bewegliche Tisch 12 ist z. B. aus einem Rahmenelement ausgebildet, das zu einem Tragen des Werkstücks W durch Passen entlang der Peripherie des Werkstücks W eingerichtet ist.
In dem gezeigten Aufbau kann sich der bewegliche Tisch 12 entlang einer X-Achse und einer Y-Achse bewegen, und kann sich der Verarbeitungskopf 17 entlang einer Z-Achse zusammen mit der Verarbeitungsdüse 13 und der Fokussierungslinse 15 bewegen, die beide bei dem Verarbeitungskopf 17 angebracht sind. Somit können sich der bewegliche Tisch 12 (oder das Werkstück W) und der Verarbeitungskopf 17 (oder die Verarbeitungsdüse 13 und die Fokussierungslinse 15) relativ zueinander in dem Referenzkoordinatensystem bewegen. In dem gezeigten Aufbau ist die Verarbeitungsdüse 13 an dem Frontende des Verarbeitungskopfs 17 fixiert, und kann die Fokussierungslinse 15 entlang einer Achse parallel zu der Z-Achse innerhalb des Verarbeitungskopfs 17 verschoben werden. Deshalb können in dem gezeigten Aufbau die Verarbeitungsdüse 13 und die Fokussierungslinse 15 unabhängig voneinander entlang der Z-Achse positioniert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine mechanische Struktur zum Realisieren der Relativbewegung des beweglichen Tisches 12 (des Werkstücks W) und des Verarbeitungskopfs 17 (der Verarbeitungsdüse 13 und Fokussierungslinse 15) und der unabhängigen Positionierung der Verarbeitungsdüse 13 und der Fokussierungslinse 15 nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau eingeschränkt sind, und verschiedene andere mechanische Strukturen ausgewählt werden können.
Der Laseroszillator 14 kann einen Laserstrahl LB z. B. mit einer Kreisform im Querschnitt lotrecht zu einer optischen Achse z. B. in einem CW-(kontinuierliche Welle)-Modus oder einem PW-(Impulswellen)-Modus abstrahlen. Der abgestrahlte Laserstrahl LB wird durch die Fokussierungslinse 15 in dem Verarbeitungskopf 17 fokussiert, um einen Fokalpunkt FP zu gestalten, und durchläuft eine Frontendenöffnung 18 der Verarbeitungsdüse 13, so dass das Werkstück W mit dem Laserstrahl LB bestrahlt wird. Wird die Fokussierungslinse 15 entlang der Z-Achse verschoben, dann wird ebenso der Fokalpunkt FP entlang der Z-Achse verschoben. Mit anderen Worten wird die Position des Fokalpunkts FP hinsichtlich des Werkstücks W in einer Z-Achsenrichtung durch die Z-Achsenbewegung des Verarbeitungskopfs 17 sowie der Z-Achsenverschiebung der Fokussierungslinse 15 innerhalb des Verarbeitungskopfs 17 bestimmt.
Die Verarbeitungsdüse 13 ist mit einer (nicht gezeigten) Versorgungsquelle verbunden, die das Hilfsgas AG zuführt. Es wird z. B. hochreiner Sauerstoff mit zumindest 99,95 Volumen-% für das Hilfsgas AG verwendet. Das Hilfsgas AG wird von der Versorgungsquelle zugeführt, um einen vorbestimmten Druck innerhalb der Verarbeitungsdüse 13 zu erzeugen, und wird aus der Frontendenöffnung (d. h. einem Gasausstoßdurchlass) 18 der Verarbeitungsdüse 13 hin zu dem Werkstück W ausgeblasen. In dem gezeigten Aufbau sind der Laserstrahl LB und die Verarbeitungsdüse 13 koaxial zueinander angelegt, und deren Mittelpunktlinie CL ist parallel zu der Z-Achse definiert (d. h. lotrecht zu einer Frontoberfläche WF des Werkstücks W). Das Hilfsgas AG wird auf das Werkstück W entlang der Mittelpunktlinie CL des Laserstrahls LB aufgeblasen, und wird zum Erleichtern der Verbrennung des Werkstücks W und/oder zum Entfernen des geschmolzenen Materials des Werkstücks W verwendet, das durch die Einstrahlung mit dem Laserstrahl LB erzeugt ist, usw.
Der Steuerabschnitt 16 des Laserverarbeitungssystems 11 wird in Form einer numerischen Steuereinheit (NC, Numerical Control) vorgesehen. Der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 bildet eine Leistungsbedingung und/oder einen Ein-/Aus-Befehl für den Laserstrahl LB in dem Laseroszillator 14. Der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 bildet ebenso Bewegungsbefehle für den beweglichen Tisch 12, die Verarbeitungsdüse 13 und die Fokussierungslinse 15. Die Bewegungsbefehle umfassen z. B. Indexierungsdaten eines Verarbeitungspunkts auf dem Werkstück W und Koordinatenwertdaten, die die Positionen des beweglichen Tisches 12, der Verarbeitungsdüse 13 und der Fokussierungslinse 15 darstellen, und so dem indexierten Verarbeitungspunkt entsprechen. Der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 bildet einen Druck- und/oder einen Ein-/Aus-Befehl für das Hilfsgas AG.
Der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 analysiert ein Verarbeitungsprogramm, das z. B. in einem (nicht gezeigten) Speicherabschnitt gespeichert ist, und bildet somit die vorstehend beschriebenen verschiedenen Befehle. Das Verarbeitungsprogramm beschreibt Informationen, die für das Lochen und/oder das Schneiden des Werkstücks W erforderlich sind. Der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 kann mit einer (nicht gezeigten) Anzeigeeinheit zum Anzeigen z. B. der Leistungsbedingung des Laserstrahls LB, der Positionen und Geschwindigkeiten des beweglichen Tisches 12, der Verarbeitungsdüse 13 und der Fokussierungslinse 15 und verschiedener anderer Verarbeitungsbedingungen versehen sein. Zum Beispiel wird eine Flüssigkristallanzeige (LCD, Liquid Cristal Display) für die Anzeigeeinheit verwendet. Des Weiteren kann der Steuerabschnitt (oder die NC-Einheit) 16 mit einer (nicht gezeigten) Eingabeeinheit zum Eingeben von verschiedenen Verarbeitungsbedingungen und/oder Daten versehen sein. Zum Beispiel werden eine Tastatur und/oder eine Maus für die Eingabeeinheit verwendet.
Unter Bezugnahme auf 2 bis 7 wird nachstehend ein Laserverarbeitungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Das gezeigte Laserverarbeitungsverfahren wird durch ein in 1 gezeigtes Laserverarbeitungssystem 11 beispielhaft durchgeführt, und ist konfiguriert, um einen Lochungsvorgang zum Ausbilden eines Durchgangslochs bei einem Anfangspunkt des Schneidens in einem Werkstück W vor einem Initiieren eines Laserschneidens unter der Steuerung eines Steuerabschnitts (oder der NC-Einheit) 16 auszuführen. Wie in 2 gezeigt, wird ein zu verarbeitendes Werkstück W bereitgestellt, und ein beweglicher Tisch 12 (1) wird betrieben, um das Werkstück W bei einer befohlenen Position in einer X-Y-Ebene derart zu lokalisieren, dass die Mittelpunktlinie CL einer Verarbeitungsdüse 13 durch einen Anfangspunkt des Schneidens verläuft, der zuvor auf dem Werkstück W gesetzt ist.
Des Weiteren werden die Verarbeitungsdüse 13 und eine Fokussierungslinse 15 (1) unabhängig verschoben, wie vorstehend beschrieben, und jeweils bei ersten befohlenen Positionen auf einer Z-Achse lokalisiert. Die ersten befohlenen Positionen werden derart bestimmt, dass der Fokalpunkt FP eines Laserstrahls LB, mit dem das Werkstück W durch die Fokussierungslinse 15 bestrahlt wird, bei einer Position platziert wird, die von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W um eine vorbestimmte Distanz beabstandet ist, und dass ein Hilfsgas AG aus der Verarbeitungsdüse 13 auf einen Verarbeitungspunkt auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W geblasen werden kann (3). Im Allgemeinen wird die Position der Verarbeitungsdüse 13 entlang der Z-Achse nicht als ein Koordinatenwert auf der Z-Achse befohlen, sondern als ein relativer Wert, der durch eine kürzeste Distanz (d. h. eine Lücke G) zwischen der Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13 und der Frontoberfläche WF des Werkstücks W ausgedrückt wird.
Als nächstes wird das Hilfsgas AG, das der Verarbeitungsdüse 13 mit einem vorbestimmten Druck als einem befohlenen Wert zugeführt ist, von der Frontendenöffnung (d. h. einem Gasausstoßdurchlass) 18 der Verarbeitungsdüse 13 auf die Frontoberfläche WF des Werkstücks W geblasen. In diesem Zustand führt das Laserverarbeitungssystem 11 den ersten Schritt durch, wie vorstehend beschrieben.
Beim Durchführen des ersten Schritts strahlt ein Laseroszillator 14 einen Laserstrahl LB unter einer befohlenen vorbestimmten Leistungsbedingung ab. Wie in 3 gezeigt, weitet sich der Laserstrahl LB graduierlich im Strahldurchmesser nach Ausbilden des Fokalpunkts FP bei einer Position, die von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W beabstandet ist, und bildet einen kreisförmigen Fleck mit einem vorbestimmten Durchmesser abhängig von der Position des Fokalpunkts FP zu einem Zeitpunkt aus, zu dem der Laserstrahl die Frontoberfläche WF des Werkstücks W erreicht. Auf diese Art und Weise wird die Frontoberfläche WF des Werkstücks W mit dem Laserstrahl LB in einem sogenannten „defokussierten” Zustand bestrahlt. Aufgrund der Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB wird ein Abschnitt innerhalb des kreisförmigen Flecks, der mit dem Laserstrahl LB bestrahlt ist, auf der Frontoberfläche WF des Arbeitsstücks W erwärmt und geschmolzen.
Wie in 4 gezeigt, wird das geschmolzene Material 22 des Werkstücks W, das durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB erzeugt wird, weggeblasen und somit aus dem Verarbeitungspunkt (oder dem kreisförmigen Fleck) durch das Hilfsgas AG entfernt. Auf diese Art und Weise wird ein Loch 21 mit Boden bei dem Werkstück W ausgebildet, das mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a, die sich bei deren einem Ende bei der Frontoberfläche WF öffnet, wobei die wesentliche Mittelpunktsachse der Innenumfangsfläche 21a und der Mittelpunktlinie CL des Laserstrahls LB entspricht, und einer Bodenfläche 21b definiert, die das andere Ende der röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a schließt. Wie vorstehend beschrieben, wird das Werkstück W mit dem Laserstrahl LB in dem defokussierten Zustand bestrahlt, so dass der Betrag an Erwärmung pro Einheitsfläche und pro Einheitszeit, mit anderen Worten eine Leistungsdichte, auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W kleiner als jener in dem Fall wird, in dem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB so durchgeführt wird, dass der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W platziert ist. Im Ergebnis wird das geschmolzene Material 22, das aus dem Werkstück W erzeugt wird, in der Korngröße kleiner, und der Betrag an dessen Erzeugung pro Einheitszeit wird verglichen mit jenem in dem Fall verringert, in dem der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB bei der Frontoberfläche WF des Werkstücks W platziert wird. Nach Entfernung von dem Verarbeitungspunkt (oder dem kreisförmigen Fleck) durch das Hilfsgas AG fällt das geschmolzene Material 22 auf eine Position, die von dem Verarbeitungspunkt (oder dem kreisförmigen Fleck) auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W beabstandet ist. Da jedoch der Großteil des kleinen geschmolzenen Materials 22 mit dem verringerten Erzeugungsbetrag pro Einheitszeit in den festen Zustand übergehen kann, bevor es auf die Frontoberfläche WF des Werkstücks W fällt, ist es möglich zu verhindern, dass das geschmolzene Material an der Frontoberfläche WF des Werkstücks W anhaftet und die Laserverarbeitung (oder -schneiden) in nachfolgenden Schritten nachteilig beeinflusst.
Wird das Loch 21 mit Boden durch den defokussierten Laserstrahl LB ausgebildet, wird das Volumen eines zu schmelzenden und zu entfernenden Teils des Werkstücks W größer als jenes in dem Fall, in dem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB durchgeführt wird, während der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W platziert ist, als ein Ergebnis der Ausweitung des Fleckdurchmessers. Damit das Loch 21 mit Boden mit einer vorbestimmten Tiefe durch den defokussierten Laserstrahl LB ausgebildet wird, ist deshalb eine längere Zeit erforderlich verglichen mit dem Fall, in dem der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB bei der Werkstückoberfläche WF platziert ist. Das Loch 21 mit Boden, das mit relativ großem Zeitverbrauch mit dem relativ großen Fleckdurchmesser ausgebildet wird, ist mit der röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a versehen, die sich in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung hinsichtlich der Frontoberfläche WF des Werkstücks W erstreckt. In einigen Fällen kann die Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden, die bei der Frontoberfläche WF des Werkstücks W ausgebildet wird, mit einem abgerundeten Rand versehen sein, der durch graduierliches Erhöhen des Durchmessers der röhrenförmigen Innenumfangsoberfläche 21a bei dem lokalen Bereich ausgebildet wird, der an die Frontoberfläche WF angrenzt, wie gezeigt. Ebenso kann in einigen Fällen das Loch 21 mit Boden mit einer halbkugelförmigen Ecke versehen sein, die durch graduierliches Verringern des Durchmessers der röhrenförmigen Innenumfangsoberfläche 21a bei einem lokalen Bereich ausgebildet wird, der an die Bodenfläche 21b angrenzt, wie gezeigt.
Nachdem das Loch 21 mit Boden bei der Frontoberfläche WF des Werkstücks W ausgebildet ist, wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB angehalten, und somit der erste Schritt beendet. Nach Beenden des ersten Schritts und vor Durchführen eines zweiten Schritts wie nachstehend beschrieben, ändert das Laserverarbeitungssystem 11 verschiedene Einstellungen in dem ersten Schritt. Zum Beispiel werden die Lücke G, die Leistungsbedingung des Laserstrahls LB, die Position des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB und der Druck des Hilfsgases AG geändert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Position des Werkstücks W auf der X-Y-Ebene nicht verändert. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Änderung der Einstellungen, die nach Beendigung des ersten Schritts durchgeführt wird, die Position des Werkstücks W auf der X-Y-Ebene geeignet geändert werden kann, um die Flussrichtung des Hilfsgases innerhalb des Lochs 21 mit Boden in den zweiten Schritt geeignet einzustellen.
Wie in 5 gezeigt, nachdem die Einstellungen geändert wurden, wird das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen, nicht aber auf eine Fläche S, die die Öffnung 21c (nachstehend als eine „Umgebungsfläche S” bezeichnet) in der Frontoberfläche WF des Werkstücks W umgibt. Zum Beispiel durch Verschieben der Verarbeitungsdüse 13, um sich dem Loch 21 mit Boden so weit wie möglich zu nähern, ist es beispielsweise möglich, das Hilfsgas AG verlässlich lediglich auf das Innere der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden zu blasen. In diesem Fall werden die Position der Verarbeitungsdüse 13 (d. h. die Lücke G) sowie die Position der Fokussierungslinse 15 (und somit die Position des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB) als zweite befohlene Positionen auf der Z-Achse befohlen. Alternativ ist es durch Ausbilden in dem ersten Schritt des Lochs 21 mit Boden, um eine Öffnungsgröße größer als der Durchmesser der Öffnung (oder des Gasausstoßdurchlasses) 18 der Verarbeitungsdüse 13 aufzuweisen, möglich, das Hilfsgas AG verlässlich lediglich auf das Innere der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden zu blasen. Des Weiteren, selbst wenn die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden kleiner als der Durchmesser der Öffnung (oder des Gasausstoßdurchlasses) 18 der Verarbeitungsdüse 13 ist, ist es durch Versehen der Verarbeitungsdüse 13 mit einer Struktur, die zu einem Ausblasen eines graduierlich schmaler werdenden Gasflusses in der Lage ist, möglich, das Hilfsgas AG lediglich auf das Innere der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden zu blasen. Es sei darauf hingewiesen, dass die „Öffnungsgröße” des Lochs 21 mit Boden den Durchmesser des offenen Endabschnitts der röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a mit Ausnahme des lokalen abgerundeten Randes der Öffnung 21c meint.
Das Hilfsgas AG, das in die Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen wird, trifft auf die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden, fließt danach entlang der röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a und fließt aus dem Loch 21 mit Boden heraus, während es im Wesentlichen seine Flussrichtung beibehält. Somit strömt das Hilfsgas AG, das aus dem Loch 21 mit Boden strömt, im Wesentlichen nicht entlang der Umgebungsfläche S der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden, und strömt hauptsächlich über einen Raumbereich hinweg, der von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W beabstandet ist. Ist die vorstehend beschriebene Änderung der Einstellungen vollendet, dann geht das gezeigte Laserverarbeitungsverfahren zu dem zweiten Schritt über, wie nachstehend beschrieben.
In diesem Zusammenhang kann das gezeigte Laserverarbeitungsverfahren weiterhin einen Zwischenschritt des zeitweiligen Anhaltens der Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB über eine vorbestimmte Zeit umfassen, was zusammen mit den vorstehend beschriebenen Änderungen der Einstellungen durchgeführt wird, was wiederum vor dem Beginnen des zweiten Schritts durchgeführt wird. Durch Durchführen des Zwischenschritts ist es möglich, den Strömungsübergang des Hilfsgases AG verlässlich zu vollenden, der aus der Änderung der Lücke G und/oder der Änderung des Drucks des Hilfsgases AG resultiert, und somit das Hilfsgasströmen vor dem Beginnen des zweiten Schritts zu stabilisieren.
Wie in 6 gezeigt, in dem zweiten Schritt, wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB, die nach Beendigung des ersten Schritts angehalten wurde, wieder aufgenommen, und wird die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit dem Laserstrahl LB bestrahlt, während das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen wird, aber nicht auf die Umgebungsfläche S der Öffnung 21c geblasen wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB bei der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden platziert werden, oder alternativ bei dem inneren Abschnitt des Werkstücks W jenseits der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden.
In dem zweiten Schritt wird das geschmolzene Material 22 des Werkstücks W, das innerhalb des Lochs 21 mit Boden erzeugt ist, aus der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden durch das Hilfsgas AG ausgeblasen. Im Ergebnis schreiten das Schmelzen des Werkstücks W innerhalb des Lochs 21 mit Boden und das Entfernen des geschmolzenen Materials 22 aus dem Loch 21 mit Boden glatt voran. Schließlich, wie in 7 gezeigt, wird das Loch 21 mit Boden nach unten zu einer rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W ausgeweitet, und wird ein das Werkstück W durchdringendes Durchgangsloch 23 ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird der Lochungsvorgang vollendet.
Im Moment der Vollendung des Lochungsvorgangs durchläuft das Hilfsgas AG das Durchgangsloch 23 des Werkstücks W und strömt aus der Öffnung 23a in der rückwärtigen Oberfläche WB, so dass das geschmolzene Material 22 von der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W hin zu der Umgebung durch das Hilfsgas AG entfernt wird. Auf diese Art und Weise wird eine Bedingung sichergestellt, in der das geschmolzene Material 22 des Werkstücks W glatt von der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W entfernt werden kann, so dass es möglich ist, das Laserschneiden unter Verwendung des Durchgangslochs 23 als einen Anfangspunkt des Schneidens zu initiieren.
In dem gezeigten Laserverarbeitungsverfahren wird das Hilfsgas AG in dem zweiten Schritt lediglich auf die Innenseite der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen, das eine in dem ersten Schritt ausgebildete, charakteristische Form aufweist, so dass das aus dem Loch 21 mit Boden strömende Hilfsgas AG im Wesentlichen nicht entlang der Umgebungsfläche S der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden strömt, und hauptsächlich über einen Raumbereich hinweg strömt, der von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W beabstandet ist. Im Ergebnis wird in dem zweiten Schritt die Umgebungsfläche S der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden in der Frontoberfläche WF des Werkstücks W nicht dem Hilfsgas AG (z. B. hochreinem Sauerstoff) ausgesetzt. In einem Zustand, in dem die Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden nicht dem Hilfsgas AG ausgesetzt wird, selbst wenn eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden aufgrund einer Überhitzung während des Ausbildens des Durchgangslochs 23 in dem Werkstücks W in dem zweiten Schritt auftritt, ist es möglich, die Selbstverbrennung an einem Ausbreiten auf die Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden zu verhindern. Deshalb ist in dem gezeigten Laserverarbeitungsverfahren die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB, die in dem zweiten Schritt eingestellt ist, nicht auf einen oberen Grenzwert zum Verhindern des Auftretens der Selbstverbrennung beschränkt.
In dem herkömmlichen Laserverarbeitungsverfahren, wie in der vorstehend erwähnten JP 3110504 B beschrieben, wenn das Durchgangsloch in dem zweiten Schritt in der Unterseite der hohlen Ausnehmung mit dem großen Durchmesser ausgebildet wird, die in dem ersten Schritt ausgebildet ist, kann eine Selbstverbrennung in der hohlen Ausnehmung aufgrund der Überhitzung des Verarbeitungspunkts auftreten. Zu diesem Zeitpunkt strömt das Hilfsgas, das auf den Verarbeitungspunkt zum Zwecke des Entfernens des geschmolzenen Materials geblasen wird, entlang der inneren Fläche der hohlen Ausnehmung und strömt aus der Werkstückoberfläche, und somit steht zu besorgen, dass die Selbstverbrennung innerhalb der Ausnehmung auftritt, die sich in breitem Maße auf die Werkstückoberfläche aufgrund des Vorhandenseins des Hilfsgases (z. B. hochreinem Sauerstoff) ausbreiten kann. Verbreitet sich die Selbstverbrennung über einen breiten Bereich, dann wird eine große Menge an geschmolzenem Material erzeugt, und das geschmolzene Material haftet an der Werkstückoberfläche an und bildet einen Überstand aus, so dass es schwierig wird, ein nachfolgendes Laserschneiden durchzuführen. In dem herkömmlichen Laserverarbeitungsverfahren, wie in der vorstehend erwähnten JP 2007-75878 A beschrieben, steht ebenso zu besorgen, dass das Hilfsgas, das auf die Werkstückoberfläche trifft und nicht in das gelochte Loch mit einem relativ kleinen Durchmesser eindringen kann, die Verbreitung einer Selbstverbrennung auf die Werkstückoberfläche auslösen kann, die innerhalb des gelochten Lochs verursacht wird. Deshalb ist es in dem herkömmlichen Laserverarbeitungsverfahren erforderlich, eine Verhinderung einer Selbstverbrennung in dem nachfolgenden Durchgangslochausbildungsschritt innerhalb des Lochs mit Boden zu berücksichtigen, das in dem vorigen Schritt vorbereitend ausgebildet wurde. Im Ergebnis ist die Leistungsabgabe des Laserstrahls, die in dem nachfolgenden Schritt gesetzt wird, auf einen oberen Grenzwert zum Verhindern des Auftretens einer Selbstverbrennung innerhalb des Lochs mit Boden beschränkt.
In dem gezeigten Laserverarbeitungsverfahren, falls der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB bei der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden oder bei dem internen Abschnitt des Werkstücks W jenseits der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden in dem zweiten Schritt platziert wird, wird die Leistungsdichte des Laserstrahls höher als jene in dem Fall, in dem die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB durchgeführt wird, wobei der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W platziert wird, und dadurch kann das Durchgangsloch 23 sehr viel schneller ausgebildet werden, aber der Verarbeitungspunkt neigt zu einer Überhitzung. Wie vorstehend beschrieben, besteht jedoch kein Bedarf in dem zweiten Schritt, das Auftreten einer Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden zu verhindern, so dass es möglich ist, die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit dem Laserstrahl LB mit hoher Leistungsdichte zu bestrahlen.
Des Weiteren, unter der Ausnutzung der Tatsache, dass kein Bedarf an einem Verhindern des Auftretens einer Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden besteht, kann die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt gesetzt werden, um eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden zweckmäßig zu verursachen. Wird die Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden zweckmäßig verursacht, ist es möglich, die Verbrennungswärme des Werkstücks W selbst zum Schmelzen des Werkstücks W zusätzlich zu dem Erwärmen durch den Laserstrahl LB zu verwenden, und dadurch die Ausbildung des Durchgangslochs 23, d. h. die Entwicklung eines Lochens zu erleichtern.
Wie vorstehend beschrieben, ist in dem gezeigten Laserverarbeitungsverfahren eine vergleichsweise lange Zeit zum Ausbilden des Lochs 21 mit Boden mit einer vorbestimmten Tiefe in dem ersten Schritt erforderlich (d. h. eine Tiefe, die die vorstehend beschriebene Funktion und die Wirkung in dem zweiten Schritt gewährleistet). Es ist jedoch in dem zweiten Schritt möglich, das Durchgangsloch 23 extrem schnell ausbilden, unter einer Verarbeitungsbedingung (z. B. einer Laserleistungsabgabe usw.), die nicht erfordert, ein Auftreten einer Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden zu verhindern, oder alternativ einer Verarbeitungsbedingung (z. B. einer Laserleistungsabgabe usw.), die eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden zweckmäßig verursacht. Deshalb, wenn die Verarbeitungsbedingung für den zweiten Schritt derart gesetzt wird, dass eine in dem zweiten Schritt verkürzte Zeit (d. h. der Schritt des Ausbildens des Durchgangslochs) länger als eine Zeit wird, die sich in dem ersten Schritt erhöht (d. h. der Schritt des Ausbildens des Lochs mit Boden), ist es möglich, schlussendlich eine Lochungszeit (wie nachstehend beschrieben) einschließlich der Summe von Verarbeitungszeiten in diesen Schritten zu verkürzen.
In diesem Zusammenhang beabsichtigt der Zwischenschritt, der in Begleitung der Änderung der Einstellungen nach Beendigung des ersten Schritts durchgeführt werden kann, den Strom des Hilfsgases AG vor einem Durchführen des zweiten Schritts zu stabilisieren, wie vorstehend beschrieben. Somit ist eine für den Zwischenschritt erforderliche Zeit ausreichend oder im Wesentlichen kürzer als eine Zeit, die für einen sekundären Schritt zum Zwecke des Abkühlens erforderlich ist, der in dem herkömmlichen Laserverarbeitungsverfahren durchgeführt wird, das in der vorstehend beschriebenen Druckschrift JP 2007-75878 A beschrieben ist.
Das Laserverarbeitungssystem 11 und das Laserverarbeitungsverfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf mehrere Beispiele beschrieben werden.
In einem ersten Beispiel wurde das Laserverarbeitungssystem 11 aus dem Laseroszillator 14 unter Verwendung eines CO₂-Lasers mit einer Nennleistungsabgabe von 4 kW, der Verarbeitungsdüse 13 mit der Frontendenöffnung 18 mit einem Durchmesser von 2,0 mm, und dem Hilfsgas AG unter Verwendung von hochreinem Sauerstoff (99,95 Volumen-%) aufgebaut, und führte das vorstehend beschriebene Laserverarbeitungsverfahren (d. h. den Lochungsvorgang) für ein Werkstück W durch, das aus Flussstahl (SS400 (JIS G3101) oder ISO R630 Fe42A) mit einer Dicke von 16 mm bestand. In dem ersten Schritt wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 30 mm gesetzt, und wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf eine Position auf der gleichen Ebene wie die Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13 gesetzt. Somit wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W um 30 mm beabstandet platziert. Der Druck des Hilfsgases AG wurde auf 0,04 MPa gesetzt. In dem Laserverarbeitungssystem 11 betrug eine Zeit, die zwischen einem allgemeinen Bereitschaftszustand und der Vollendung der Einstellung der vorstehend beschriebenen Bedingungen (nachstehend als „Vorbereitungszeit” bezeichnet) erforderlich war, 0,4 Sekunden. Danach wurde das Werkstück W mit dem Laserstrahl LB für 0,3 Sekunden durch einen CW-Modus mit einer Leistungseinstellung von 4 kW bestrahlt. Im Ergebnis wurde ein Loch mit Boden 21 mit einer Öffnungsgröße vom 4 mm und einer Tiefe von 5 mm bei der Frontoberfläche WF des Werkstücks W ausgebildet.
Nach Ausbilden des Lochs 21 mit Boden wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB angehalten, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 4 mm gesetzt und wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf eine Position gesetzt, die von der Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13 um 10 mm beabstandet war. Somit wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB bei einem internen Abschnitt des Werkstücks jenseits der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit einer Tiefe von 5 mm um 1 mm von der Bodenfläche 21b aus gesetzt. Der Druck des Hilfsgases AG wurde auf 0,08 MPa gesetzt. In dem Laserverarbeitungssystem 11 betrug eine Zeit, die für die Änderung der Einstellungen der vorstehend beschriebenen Bedingungen erforderlich war, 0,3 Sekunden. Zusätzlich zu der Zeit für die Änderung der Einstellungen wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB weiter für 0,1 Sekunden als ein Zwischenschritt angehalten. Als nächstes wurde in dem zweiten Schritt die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit dem Laserstrahl LB für 1,7 Sekunden durch einen PW-Modus mit einer Spitzenleistung von 4 kW, einer Impulsfrequenz von 200 Hz und einer Impulsdauer von 40% bestrahlt. Im Ergebnis wurde das Loch 21 mit Boden zu der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W ausgedehnt, und dadurch wurde eine Durchgangsloch 23 ausgebildet, das sich auf der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W mit einem Durchmesser von 2,5 mm öffnete. Wie vorstehend beschrieben, betrug die Summe der Zeiten, die für die jeweiligen Schritte (nachstehend als „Lochungszeit” bezeichnet) in dem ersten Beispiel erforderlich war, 2,8 Sekunden.
Eine Lochungszeit wird durch Addieren einer Vorbereitungszeit zu einer Zeit berechnet, die von dem Beginnen der Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB in dem ersten Schritt bis zum Durchlaufen des Laserstrahls LB durch das Werkstück W in dem zweiten Schritt (nachstehend als „Durchdringungszeit” bezeichnet) erforderlich ist, und die eine Variabilität in den Durchdringungszeiten in Betracht zieht. Die Durchdringungszeit umfasst eine Zeit für die Änderung der Einstellungen nach Beendigung des ersten Schritts und eine Zeit für den Zwischenschritt (falls dieser durchgeführt wird). Wird ein Laserverarbeitungsprogramm gebildet, dann wird der Mittelwert der Durchdringungszeiten und eine Standardabweichung, die die Variabilität in den Durchdringungszeiten darstellt, durch Versuche bestimmt, und es werden eine Zeit, die mehrfach länger als die Standardabweichung ist (nachstehend als „Zusatzzeit” bezeichnet) und eine Vorbereitungszeit zu dem Mittelwert addiert, so dass die Lochungszeit bestimmt wird. Durch Addieren der Zusatzzeit zu der Durchdringungszeit ist es möglich, das Durchgangsloch 23 verlässlicher auszubilden. In diesem Zusammenhang, falls die Standardabweichung der Durchdringungszeit groß ist, wird die bestimmte Lochungszeit größer, aber das Laserverarbeitungsverfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Standardabweichung erfolgreich verringern, wie nachstehend beschrieben werden wird.
Die Lochungsvorgänge wurden 50 Mal unter den Verarbeitungsbedingungen des ersten Beispiels durchgeführt, und die Stabilität und Zweckmäßigkeit der Verarbeitung wurden verifiziert. Der Mittelwert der Durchdringungszeiten, die in den jeweiligen Lochungsvorgängen gemessen wurde, die 50 Mal durchgeführt wurden, betrug 2,0 Sekunden, während die Standardabweichung der Durchdringungszeiten 0,1 Sekunde betrug. Kein Versagen trat auf, wie eine unvollständige Lochung (d. h. eine schadhafte Ausbildung des Durchgangslochs 23) oder eine Selbstverbrennung in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden. Des Weiteren wurden Laserschneidvorgänge 50 Mal unter Verwendung des so ausgebildeten Durchgangslochs 23 als ein Anfangspunkt des Schneidens durchgeführt, und im Ergebnis trat kein Verarbeitungsdefekt bei der Initiierung des Schneidens auf.
In einem zweiten Beispiel wurde das Laserverarbeitungssystem 11 aus dem Laseroszillator 14 unter Verwendung eines CO₂-Lasers mit einer Nennleistungsabgabe von 4 kW, der Verarbeitungsdüse 13 mit der Frontendenöffnung 18 mit einem Durchmesser von 4,0 mm und dem Hilfsgas AG unter Verwendung hochreinen Sauerstoffs (99,95 Volumen-%) aufgebaut, und führte das vorstehend beschriebene Laserverarbeitungsverfahren (d. h. den Lochungsvorgang) für das Werkstück W durch, das aus einem Flussstahl (SS400 (JIS G3101) oder ISO R630 Fe42a) mit einer Dicke von 22 mm bestand. In dem ersten Schritt wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 45 mm gesetzt, und wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf eine Position auf der gleichen Ebene wie die Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13 gesetzt. Somit wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB mit einer Trennung von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W um 45 mm platziert. Der Druck des Hilfsgases AG wurde auf 0,01 MPa gesetzt. In dem Laserverarbeitungssystem 11 betrug eine Vorbereitungszeit, die zwischen einem allgemeinen Bereitschaftszustand und der Vollendung der Einstellung der vorstehend beschriebenen Bedingungen erforderlich war, 0,4 Sekunden. Danach wurde das Werkstück W mit dem Laserstrahl LB für 0,6 Sekunden durch einen CW-Modus mit einer Leistungseinstellung von 4 kW bestrahlt. Im Ergebnis wurde ein Loch 21 mit Boden mit einer Öffnungsgröße von 6 mm und einer Tiefe von 6 mm auf der Frontoberfläche WF des Werkstücks W ausgebildet.
Nach Ausbilden des Lochs 21 mit Boden wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB angehalten, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 5 mm gesetzt, und wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf eine Position gesetzt, die von der Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13 um 11 mm beabstandet war. Somit wurde der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB auf der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit der Tiefe von 6 mm platziert. Der Druck des Hilfsgases AG wurde auf 0,04 MPa gesetzt. In dem Laserverarbeitungssystem 11 betrug eine Zeit, die für die Änderung der Einstellungen der vorstehend beschriebenen Bedingungen erforderlich war, 0,3 Sekunden. Zusätzlich zu der Zeit für die Änderung der Einstellungen wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB weiterhin für 0,1 Sekunde als ein Zwischenschritt angehalten.
In dem zweiten Beispiel wurde der zweite Schritt in zwei Stufen unterteilt. In der ersten oder Vorstufe des zweiten Schritts wurde die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit dem Laserstrahl LB für 0,1 Sekunde durch einen CW-Modus der gleichen Einstellung wie in dem ersten Schritt bestrahlt. Danach wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB angehalten, und die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 wurde auf 4 mm gesetzt. In dem Laserverarbeitungssystem 11 betrug eine Zeit, die für diese Änderung der Einstellungen erforderlich war, 0,2 Sekunden. In der zweiten oder Nachstufe des zweiten Schritts wurde die Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden mit dem Laserstrahl LB für 3,0 Sekunden durch einen PW-Modus mit einer Spitzenleistung von 4 kW, einer Impulsfrequenz von 200 Hz und einer Impulsdauer von 50% bestrahlt. Im Ergebnis wurde das Loch 21 mit Boden zu der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W ausgedehnt, und wurde somit ein Durchgangsloch 23 mit einer Öffnung auf der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W mit einem Durchmesser von 3,0 mm ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, betrug die Summe der Zeiten, die für die jeweiligen Schritte (d. h. eine Lochungszeit) in dem zweiten Beispiel erforderlich war, 4,7 Sekunden.
Die Lochungsvorgänge wurden 50 Mal unter den Verarbeitungsbedingungen des zweiten Beispiels durchgeführt, und die Stabilität und Zweckmäßigkeit der Verarbeitung wurde verifiziert. Der Mittelwert der Durchdringungszeiten, die in den jeweiligen Lochungsvorgängen gemessen wurden, die 50 Mal durchgeführt wurden, betrug 3,7 Sekunden, während die Standardabweichung der Durchdringungszeiten 0,2 Sekunden betrug. Kein Versagen trat auf, wie ein unvollständiges Lochen (d. h. eine schadhafte Ausbildung des Durchgangslochs 23) oder eine Selbstverbrennung in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden. Des Weiteren wurden Laserschneidvorgänge 50 Mal unter Verwendung des so ausgebildeten Durchgangslochs 23 als ein Anfangspunkt des Schneidens durchgeführt, und im Ergebnis trat kein Verarbeitungsdefekt bei der Initiierung des Schneidens auf.
Die Verifikation der Funktion und der Wirkung des Laserverarbeitungssystems 11 und des Laserverarbeitungsverfahrens gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nachstehend in Bezug auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschrieben werden.
[Experiment 1]
Die Beziehung zwischen der Größe der Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 und der Öffnungsgröße des so ausgebildeten Lochs 21 mit Boden, sowie die Beziehung zwischen der Größe der Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 und der zum Ausbilden des Lochs 21 mit Boden erforderlichen Verarbeitungszeit in dem ersten Schritt des ersten Beispiels wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 1 verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die von der Größe der Lücke G und der Bestrahlungszeit mit dem Laserstrahl LB verschieden sind, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem ersten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, nicht geändert.
Die Löcher 21 mit Boden jeweils mit einer Tiefe von etwa 5 mm wurden durch verschiedene Größen der Lücken G ausgebildet, und die Öffnungsgrößen und die Verarbeitungszeiten der Löcher 21 mit Boden entsprechend den jeweiligen Lücken wurden gemessen. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Größe (mm) der Lücke G und der Öffnungsgröße (mm) sowie der Verarbeitungszeit (s) des Lochs 21 mit Boden. Wie gezeigt, in dem Maße, in dem sich die Lücke G von 10 mm auf 45 mm vergrößert, wächst die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden demgemäß an. Ebenso in dem Maße, in dem sich die Lücke G vergrößert, vergrößert sich demgemäß die Zeit, die zum Ausbilden des Lochs 21 mit Boden mit einer Tiefe von 5 mm erforderlich ist. Aufgrund der Vergrößerung der Lücke G vergrößert sich ein Fleckdurchmesser einer Fläche, die mit dem Laserstrahl B bestrahlt wird, und umgekehrt proportional dazu verringert sich die Leistungsdichte des Laserstrahls LB in der bestrahlten Fläche. Es wird geschätzt, dass als ein Ergebnis dessen die Vorschubrate der Tiefe bei der Bildung des Lochs 21 mit Boden verringert wird, und sich somit die Verarbeitungszeit erhöht.
9 zeigt die Zustände der Löcher 21 mit Boden und ihrer Umgebungsflächen S, die als ein Ergebnis des Durchführens des ersten Schritts des ersten Beispiels durch verschiedene Lücken G in Experiment 1 gewonnen wurden, durch mehrere Abbildungen der Frontoberflächen WF der Werkstücke W und mehrere Schnittansichten der Löcher 21 mit Boden. Die jeweiligen Lücken G wurden auf (a) 10 mm, (b) 20 mm, (c) 30 mm und (d) 40 mm gesetzt. Die Löcher mit Boden wurden durch die jeweiligen Verarbeitungszeiten von (a) 0,11 Sekunden, (b) 0,21 Sekunden, (c) 0,31 Sekunden und (d) 0,45 Sekunden ausgebildet. Die Öffnungsgrößen der jeweiligen Löcher 21 mit Boden wurden zu (a) 2,5 mm, (b) 3,3 mm, (c) 4,2 mm und (d) 5,5 mm gemessen.
Wie in 9 gezeigt, mit der Lücke G aus Probe (a), wurde ein Loch 21 mit Boden mit einer im Wesentlichen umgekehrten Kegelform ausgebildet. Mit der Lücke G aus Probe (b) wurde ein Loch 21 mit Boden mit einer im Wesentlichen umgekehrten Kegelform ähnlich der Probe (a) ausgebildet, wobei sich der Innendurchmesser des Lochs 21 mit Boden im Vergleich mit der Probe (a) erhöhte. Mit der Lücke G aus Probe (c) wurde ein Loch 21 mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a und einer Bodenfläche 21b ausgebildet. Mit der Lücke G aus Probe (d) wurde ein Loch 21 mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a und einer Bodenfläche 21b ausgebildet, wobei der Innendurchmesser und die Öffnungsgröße der röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a sich im Vergleich mit der Probe (c) erhöhten. Jedes Loch 21 mit Boden wurde ausgebildet, um einen abgerundeten Rand der Öffnung 21c aufzuweisen, die an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W angrenzt, und/oder eine halbkugelförmige Ecke aufzuweisen, die an die Bodenfläche 21b angrenzt.
Durch Experiment 1 wurde verifiziert, dass es in dem ersten Schritt des ersten Beispiels bei Einstellung der Lücke G für die Verarbeitungsdüse 30 auf 30 mm oder mehr möglich ist, ein Loch 21 mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a auszubilden, die in der Lage ist, effektiv in dem zweiten Schritt zu funktionieren.
[Experiment 2]
Die Beziehung zwischen dem Druck des Hilfsgases AG und der Verarbeitungszeit des Lochs 21 mit Boden, sowie die Beziehung zwischen dem Druck des Hilfsgases AG und der Verarbeitungsqualität des Lochs 21 mit Boden in dem ersten Schritt des ersten Ausführungsbeispiels wurden durch das nachstehend beschriebene Experiment 2 verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die sich von dem Druck des Hilfsgases AG und der Bestrahlungszeit mit dem Laserstrahl LB unterscheiden, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem ersten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, nicht geändert.
Die Löcher 21 mit Boden jeweils mit einer Tiefe von etwa 5 mm wurden durch verschiedene Drücke des Hilfsgases AG ausgebildet, und die Verarbeitungszeiten der Löcher 21 mit Boden entsprechend den jeweiligen Hilfsgasdrücken wurden gemessen. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck (MPa) des Hilfsgases AG und der Verarbeitungszeit (s) des Lochs 21 mit Boden. Wie gezeigt, in dem Maße, in dem sich der Druck des Hilfsgases AG von 0,15 MPa verringert, erhöht sich die Arbeitszeit dementsprechend, die zum Ausbilden des Lochs 21 mit Boden mit einer Tiefe von 5 mm erforderlich ist.
11 zeigt die Zustände der Löcher 21 mit Boden und ihrer Umgebungsflächen S, die als ein Ergebnis des Durchführens des ersten Schritts des ersten Beispiels durch verschiedene Hilfsgasdrücke in Experiment 2 gewonnen wurden, durch verschiedene Abbildungen der Frontoberfläche WF des Werkstücks W. Die jeweiligen Drücke des Hilfsgases AG wurden als (a) 0,15 MPa, (b) 0,07 MPa, (c) 0,04 MPa und (d) 0,02 MPa gesetzt. Die Löcher 21 mit Boden wurden durch die jeweiligen Verarbeitungszeiten von (a) 0,24 Sekunden, (b) 0,27 Sekunden, (c) 0,30 Sekunden und (d) 0,38 Sekunden ausgebildet. Als der Druck des Hilfsgases AG von 0,15 MPa gesenkt wurde, wurde das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 auf der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden graduierlich verringert und wurde bei dem Hilfsgasdruck von 0,04 MPa auf ein Minimum unterdrückt. Als der Hilfsgasdruck noch weiter gesenkt wurde, um auf 0,02 MPa gesetzt zu werden, stieg das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 wieder an. Es wird geschätzt, dass die Funktion des Hilfsgases AG zum Wegblasen des geschmolzenen Materials 22 verringert wird, falls der Druck des Hilfsgases AG zu niedrig ist.
Bezüglich des ersten Schritts des zweiten Beispiels wurden die Beziehungen zwischen dem Druck des Hilfsgases AG und der Verarbeitungszeit sowie der Verarbeitungsqualität des Lochs 21 mit Boden ebenso auf die gleiche Art und Weise wie in dem ersten Beispiel verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die von dem Druck des Hilfsgases AG und der Bestrahlungszeit mit dem Laserstrahl LB verschieden sind, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem ersten Schritt des zweiten Beispiels gesetzt wurden, nicht geändert. Die Löcher 21 mit Boden mit Tiefen von etwa 6 mm wurden durch verschiedene Drücke des Hilfsgases AG ausgebildet, wurden die Verarbeitungszeiten der Löcher 21 mit Boden entsprechend den jeweiligen Hilfsgasdrücken gemessen, und wurden die Zustände der Umgebungsflächen S der Löcher 21 mit Boden beobachtet (nicht gezeigt). Es wurde verifiziert, dass gemäß dem Absenken des Drucks des Hilfsgases AG das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 an der Umgebungsfläche S der Löcher 21 mit Boden verringert wird. Des Weiteren wurde beobachtet, dass als der Druck des Hilfsgases AG auf 0,01 MPa gesenkt wurde, das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 an der Umgebungsfläche S auf das Minimum unterdrückt wurde, und als der Hilfsgasdruck auf 0,007 MPa gesenkt wurde, das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 wieder anstieg.
[Experiment 3]
Die Beziehung zwischen der Form des Lochs 21 mit Boden und einer Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden in dem ersten Beispiel wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 3 verifiziert. Wie in 12 gezeigt, wird ein Loch 21 mit Boden bei dem Werkstück W durch Durchführen des ersten Schritts des ersten Beispiels (c) ausgebildet, während Löcher 21A und 21B mit Boden jeweils auf dem gleichen Werkstück W durch Replizieren von herkömmlichen Laserverarbeitungsverfahren als Vergleichsbeispiele (a) und (b) ausgebildet wurden, die in den zuvor beschriebenen Druckschriften JP 3110504 B und JP 2007-75878 A beschrieben sind. Dann, während der zweite Schritt simuliert wurde, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 4 mm gesetzt und wurde das Hilfsgas AG hin zu jedem Loch 21, 21A, 21B mit Boden geblasen, und wurde in diesem Zustand eine Sauerstoffkonzentration in einem Raumbereich gemessen, der an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S von jedem Loch 21, 21A, 21B mit Boden angrenzt. Die Sauerstoffkonzentration wurde durch einen Sauerstoffmesser vom Typ Galvanische Batterie gemessen, der in der Lage ist, ein Gas bei einem Messpunkt durch einen Schlauch mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm anzusaugen.
Die jeweiligen Sauerstoffkonzentrationen wurden gemessen zu (a) 60%, (b) 65% und (c) 22%. Die Sauerstoffkonzentrationen der Umgebungsflächen S der Löcher 21A und 21B mit Boden in den Vergleichsbeispielen (a) und (b) erreichten ein Vielfaches einer Atmosphärenkonzentration, während die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsfläche S des Lochs mit Boden in dem ersten Beispiel (c) bei dem gleichen Ausmaß wie die Atmosphärenkonzentration verblieb. Es wird angenommen, dass in der Vergleichsbeispielen (a) und (b) das Hilfsgas AG entlang der Frontoberfläche WF des Werkstücks W in die Umgebungsfläche S strömt, während in dem ersten Beispiel (c) das Hilfsgas in einem Raumbereich strömt, der von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W beabstandet ist.
[Experiment 4]
Die Beziehung zwischen der Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden und einer Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden in dem ersten Beispiel wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 4 verifiziert. Hinsichtlich der Löcher 21 mit Boden mit verschiedenen Öffnungsgrößen und einer Tiefe von 5 mm, die in Experiment 1 ausgebildet wurden, während der zweite Schritt des ersten Beispiels simuliert wird, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 4 mm gesetzt, und wurde das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c von jedem Loch 21 mit Boden geblasen, und wurde in diesem Zustand eine Sauerstoffkonzentration in einem Raumbereich gemessen, der an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S von jedem Loch 21 mit Boden angrenzt. Die Sauerstoffkonzentration wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Experiment 3 gemessen.
13 zeigt die Beziehung zwischen der Öffnungsgröße (mm) des Lochs 21 mit Boden und der gemessenen Sauerstoffkonzentration (%). Die Sauerstoffkonzentration erreichte das Vielfache einer Atmosphärenkonzentration in einem Fall, in dem die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden 3,3 mm oder weniger betrug, während die Sauerstoffkonzentration lediglich bis zu etwa 20% von der Atmosphärenkonzentration in einem Fall betrug, in dem die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden 3,8 mm oder mehr betrug. Damit gewährleistet wird, dass das Hilfsgas AG verlässlich lediglich auf die Innenseite der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen wird, falls das Hilfsgas AG von der Frontendenöffnung 18 der Verarbeitungsdüse 13 zu dem Werkstück W geblasen wird, und dass das Hilfsgas AG aus dem Loch 21 mit Boden stabil über einen Raumbereich hinwegströmt, der von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden beabstandet ist, wurde verifiziert, dass es wünschenswert ist, ein Loch 21 mit Boden mit einer Öffnungsgröße eines vorbestimmten Ausmaßes oder größer auszubilden.
Durch Experiment 4 wurde verifiziert, dass es in dem ersten Schritt des ersten Beispiels wünschenswert ist, ein Loch 21 mit Boden mit einer Öffnungsgröße von 3,8 mm oder mehr auszubilden. Es sei darauf hingewiesen, dass, um ein Loch 21 mit Boden mit einer Öffnungsgröße von 3,8 mm oder mehr auszubilden, es gemäß der Erkenntnis aus Experiment 1 ausreichend ist, die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 25 mm oder mehr in dem ersten Schritt zu setzen. In diesem Zusammenhang wurde verifiziert, dass es in Experiment 1 wünschenswert ist, die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 30 mm oder mehr zu setzen, um ein Loch 21 mit Boden mit einer röhrenförmigen Innenumfangsfläche 21a auszubilden, die in der Lage ist, in dem zweiten Schritt effektiv zu funktionieren, und deshalb wurde in Experiment 4 die Lücke G auf 30 mm gesetzt, als der erste Schritt des ersten Beispiels durchgeführt wurde.
Hinsichtlich des zweiten Beispiels wurde ein Experiment ähnlich der vorstehenden Beschreibung durchgeführt. Die Löcher 21 mit Boden mit verschiedenen Öffnungsgrößen und einer Tiefe von 6 mm wurden in dem ersten Schritt ausgebildet, und während der zweite Schritt des zweiten Beispiels simuliert wurde, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 5 mm gesetzt und wurde das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c von jedem Loch 21 mit Boden geblasen, und wurde in diesem Zustand eine Sauerstoffkonzentration in einem Raumbereich gemessen, der an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S von jedem Loch 21 mit Boden angrenzt. Die gemessene Sauerstoffkonzentration erreichte ein Vielfaches einer Atmosphärenkonzentration in einem Fall, in dem die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden 5,5 mm oder weniger betrug, während die Sauerstoffkonzentration lediglich bis etwa 20% aus der Atmosphärenkonzentration in einem Fall betrug, in dem die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden 6,0 mm oder mehr betrug. Damit ein Loch 21 mit Boden mit einer Öffnungsgröße von 6,0 mm ausgebildet wird, wurde in Experiment 1 verifiziert, dass es ausreichend ist, die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 45 mm in dem ersten Schritt zu setzen, und deshalb wurde in dem zweiten Beispiel die Lücke G auf 45 mm gesetzt. Der Durchmesser der Frontendenöffnung 18 der Verarbeitungsdüse 13 zum Blasen des Hilfsgases AG betrug in dem ersten Beispiel 2,0 mm, während er in dem zweiten Beispiel auf 4,0 mm vergrößert wurde. Aus diesem Grund wird geschätzt, dass im Vergleich mit dem ersten Beispiel die Öffnungsgröße des Lochs 21 mit Boden erhöht wird, was vorzugsweise ermöglicht, dass das Hilfsgas AG lediglich auf die Innenseite der Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden geblasen wird, um die Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsfläche S zu verringern.
[Experiment 5]
Die Beziehung zwischen der Tiefe des Lochs 21 mit Boden und einer Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden in dem ersten Beispiel wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 5 verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die sich von der Bestrahlungszeit mit dem Laserstrahl LB unterscheiden, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem ersten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, nicht geändert, und die Löcher 21 mit Boden mit verschiedenen Tiefen wurden durch den ersten Schritt ausgebildet. Hinsichtlich der Löcher 21 mit Boden mit den verschiedenen Tiefen, während der zweite Schritt des ersten Beispiels simuliert wurde, wurde die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 auf 4 mm gesetzt, und wurde das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c von jedem Loch 21 mit Boden geblasen, und wurde in diesem Zustand eine Sauerstoffkonzentration in einem Raumbereich gemessen, der an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S von jedem Loch 21 mit Boden angrenzt. Die Sauerstoffkonzentration wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Experiment 3 gemessen.
14 zeigt die Beziehung zwischen der Tiefe (mm) des Lochs 21 mit Boden und der gemessenen Sauerstoffkonzentration (%). Die Sauerstoffkonzentration erreichte ein Vielfaches einer Atmosphärenkonzentration in einem Fall, in dem die Tiefe des Lochs 21 mit Boden 1 mm betrug. Die Sauerstoffkonzentration wurde in dem Maße verringert, in dem sich die Tiefe des Lochs 21 mit Boden erhöhte, und in einem Fall, in dem die Tiefe 3,0 mm oder mehr betrug, wurde die Sauerstoffkonzentration auf einen Pegel von lediglich etwa 10% Erhöhung oberhalb der Atmosphärenkonzentration verringert. Um zu gewährleisten, dass, falls das Hilfsgas AG von der Frontendenöffnung 18 der Verarbeitungsdüse 13 zu dem Werkstück W geblasen wird, das aus dem Loch 21 mit Boden strömende Hilfsgas AG stabil entlang einem Raumbereich strömt, der von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden beabstandet ist, wurde verifiziert, dass es wünschenswert ist, ein Loch 21 mit Boden mit einer Tiefe einer vorbestimmten Größe oder darüber ausbilden.
[Experiment 6]
Die Beziehung zwischen der Größe der Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 und einer Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 6 verifiziert. Nachdem das Loch 21 mit Boden durch den ersten Schritt des ersten Beispiels ausgebildet wurde, während dessen zweiter Schritt simuliert wurde, wurde das Hilfsgas AG in die Öffnung 21c des Lochs 21 mit Boden mit verschiedenen Lücken G geblasen, und wurde in diesem Zustand eine Sauerstoffkonzentration in einem Raumbereich gemessen, der an die Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden angrenzt. Die Sauerstoffkonzentration wurde auf die gleiche Art und Weise gemessen wie in Experiment 3.
15 zeigt die Beziehung zwischen der Lücke G (mm) in dem zweiten Schritt und der gemessenen Sauerstoffkonzentration (%). Die Sauerstoffkonzentration erreichte ein Vielfaches einer Atmosphärenkonzentration in einem Fall, in dem die Lücke G 5,5 mm oder mehr betrug, während in einem Fall, in dem die Lücke G 5,0 mm oder weniger betrug, die Sauerstoffkonzentration auf einen Pegel von lediglich etwa 30% Zuwachs oberhalb der Atmosphärenkonzentration verringert wurde. Durch Experiment 6 wurde verifiziert, dass es wünschenswert ist, die Lücke G für die Verarbeitungsdüse 13 in dem zweiten Schritt auf 5 mm oder weniger zu setzen.
[Experiment 7]
Die Differenz bei Lochungszeiten, die aus dem Vorhandensein oder Fehlen einer Selbstverbrennung in dem Loch 21 mit Boden in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels resultiert, wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 7 verifiziert. In den vorstehend beschriebenen Verarbeitungsbedingungen, die in den zweiten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, trat eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auf, während in den Verarbeitungsbedingungen mit der Impulsdauer des Laserstrahls LB, die von 40% auf 20% verringert wurde, unter den Verarbeitungsbedingungen, die in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, innerhalb des Lochs 21 mit Boden keine Selbstverbrennung auftrat. Unter den jeweiligen Verarbeitungsbedingungen wurden die Lochungsvorgänge 50 Mal durchgeführt.
Wie in 16 gezeigt, wenn eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auftrat („Ja”), konnte eine mittlere Durchdringungszeit, die zum Ausbilden des Durchgangslochs 23 erforderlich ist, um 0,4 Sekunden verkürzt werden, und kann die Standardabweichung der Durchdringungszeit um 0,2 Sekunden verkürzt werden im Vergleich mit dem Fall, in dem keine Selbstverbrennung auftrat („Nein”). Wie zuvor in dem ersten Beispiel beschrieben, wurde die Lochungszeit einschließlich der Vorbereitungszeit in dem ersten Schritt wie folgt gesetzt: Vorbereitungszeit 0,4 (s) + mittlere Durchdringungszeit 2,0 (s) + 4 × Standardabweichung der Durchdringungszeit 0,1 (s) = Lochungszeit 2,8 (s)
Gemäß der ähnlichen Berechnung soll in einem Fall, in dem keine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auftritt, die Lochungszeit wie folgt gesetzt werden: Vorbereitungszeit 0,4 (s) + mittlere Durchdringungszeit 2,4 (s) + 4 × Standardabweichung der Durchdringungszeit 0,3 (s) = Lochungszeit 4,0 (s)
Auf der Grundlage der vorstehenden Beschreibung wurde verifiziert, dass, falls eine Selbstverbrennung zweckmäßig innerhalb des Lochs 21 mit Boden in dem zweiten Schritt verursacht wird, es möglich ist, die Lochungszeit im Vergleich mit dem Fall zu verkürzen, in dem keine Selbstverbrennung verursacht wird.
In Experiment 7 wurde ebenso die Differenz bei Öffnungsgrößen der Durchgangslöcher 23 auf der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W verifiziert, die aus dem Vorhandensein oder einem Fehlen einer Selbstverbrennung in dem Loch 21 mit Boden in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels resultierte. Die Öffnungsgröße des Durchgangslochs 23 auf der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W betrug 2,5 mm, wenn eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auftrat, während sie 1,0 mm betrug, wenn keine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auftrat. Des Weiteren wurde ebenso die Differenz im Pegel der Schadhaftigkeit verifiziert, wenn ein Laserschneidvorgang unter Verwendung des so ausgebildeten Durchgangslochs 23 als ein Anfangspunkt des Schneidens initiiert wird. Trat eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auf, trat kein Verarbeitungsdefekt bei der Initiierung des Schneidens in den Laserschneidvorgängen auf, die 50 Mal durchgeführt wurden. Im Gegensatz dazu, wenn keine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden auftrat, traten 3 Mal Verarbeitungsdefekte bei der Initiierung des Schneidens in den Laserschneidvorgängen auf, die 10 Mal durchgeführt wurden. Somit wurde verifiziert, dass, falls eine Selbstverbrennung zweckmäßig innerhalb des Lochs 21 mit Boden in dem zweiten Schritt verursacht wird, es möglich ist, das Auftreten des Verarbeitungsdefekts bei der Initiierung des Schneidens im Vergleich mit dem Fall zu verhindern, in dem keine Selbstverbrennung verursacht wird. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass ein Laserschneidvorgang in einem Zustand initiiert wird, in dem das geschmolzene Material 22 des Werkstücks W glatt durch das geblasene Hilfsgas AG von der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W entfernt werden kann. Es wird geschätzt, da die Öffnungsgröße des Durchgangslochs 23 auf der rückwärtigen Oberfläche WB des Werkstücks W vergrößert wird, wenn eine Selbstverbrennung innerhalb des Lochs 21 mit Boden in dem zweiten Schritt zweckmäßig verursacht wird, wie vorstehend beschrieben, und deshalb der Strom des Hilfsgases stabiler wird, es möglich ist, das Auftreten des Verarbeitungsdefekts bei der Initiierung des Schneidens zu verhindern.
[Experiment 8]
Die Position des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 8 verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die von der Position des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB verschieden sind, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels gesetzt wurden, nicht geändert. Die Durchdringungsdurchläufe, jeweils von dem Beginnen der Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB in dem ersten Schritt bis Durchlaufen des Laserstrahls LB durch das Werkstück W in dem zweiten Schritt, wurden in Verbindung mit verschiedenen Positionen des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt gemessen. Der Durchdringungsdurchlauf wurde 20 Mal bei jeder Position des Fokalpunkts FP gemessen.
17 zeigt den Mittelwert der Durchdringungsdurchläufe, die 20 Mal gemessen wurden, in Verbindung mit einer Position von jeder der verschiedenen Fokalpunkte FP. Fünf Punkte von 2 mm, 4 mm, 8 mm, 10 mm und 12 mm, beabstandet von der Position der Frontendenfläche 13a der Verarbeitungsdüse 13, die eine Referenzposition (d. h. 0 mm) ist, in einer Richtung hin zu dem Werkstück W, wurden als die Positionen der Fokalpunkte FP gesetzt. Wie gezeigt, wurde die Durchdringungszeit in dem Maße verkürzt, in dem der Fokalpunkt FP des Laserstrahls LB hin zu dem Werkstück W verschoben wurde, und die kürzeste Durchdringungszeit wurde für eine Position von 10 mm von der Düsenfrontendenfläche 13a gemessen, die einer Position bei einem internen Abschnitt des Werkstücks W jenseits der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden um 1 mm entspricht. Durch Experiment 8 wurde verifiziert, dass es wünschenswert ist, die Position des Fokalpunkts FP des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt zu bestimmen, um den Fokalpunkt FP bei der Bodenfläche 21b des Lochs 21 mit Boden oder alternativ bei dem internen Abschnitt des Werkstücks W jenseits der Bodenfläche 21b zu platzieren.
[Experiment 9]
Die Zeit für den Zwischenschritt des zeitweiligen Anhaltens der Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt, in dem ersten und zweiten Beispiel, wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 9 verifiziert. Wie vorstehend beschrieben, während eines Übergangs von dem ersten Schritt zu dem zweiten Schritt in dem ersten und zweiten Beispiel, wurde die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB für 0,3 Sekunden für die Änderung der Einstellungen der Verarbeitungsbedingungen angehalten, wie die Größe der Lücke G, der Druck des Hilfsgases AG usw., und wurde zusätzlich die Bestrahlung ebenso für 0,1 Sekunde als der Zwischenschritt angehalten. Die Auftrittsrate eines Verarbeitungsdefekts in dem Durchgangsloch 23 wurde in Verbindung mit verschiedenen Zeiten der Zwischenschritte gemessen.
Wie in 18 gezeigt, in einem Fall, in dem lediglich eine Einstellungsänderungszeit von 0,3 Sekunden vorgesehen wurde (d. h. kein Zwischenschritt durchgeführt wurde), betrug die Rate eines Verarbeitungsdefekts des Durchgangslochs 23 35%, wohingegen, wenn ein Zwischenschritt von 0,1 Sekunden durchgeführt wurde und somit die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB für insgesamt 0,4 Sekunden angehalten wurde, kein Verarbeitungsdefekt des Durchgangslochs 23 auftrat. Wurde ein Zwischenschritt von 0,2 Sekunden durchgeführt und somit die Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB für insgesamt 0,5 Sekunden angehalten, trat ebenso kein Verarbeitungsdefekt des Durchgangslochs 23 auf. Es wird geschätzt, dass dies folgenden Grund hat: wenn die Bestrahlungsanhaltezeit des Laserstrahls LB zu der Einstellungsänderungszeit addiert wird, wird das Strömen des Hilfsgases AG stabilisiert, das aus dem Loch 21 mit Boden zu der Umgebung der Öffnung 21c strömt, und dadurch strömt das Hilfsgas AG verlässlich weg von der Frontoberfläche WF des Werkstücks W in die Umgebungsfläche S des Lochs 21 mit Boden.
[Experiment 10]
Die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels wurde durch das nachstehend beschriebene Experiment 10 verifiziert. Die Verarbeitungsbedingungen, die sich von der Leistungsabgabe des Laserstrahls LB unterscheiden, wurden hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Bedingungen, die in dem zweiten Schritt des ersten Beispiels gesetzt sind, nicht verändert. Die Durchgangslöcher 23 wurden in dem zweiten Schritt in den Löchern 21 mit Boden ausgebildet, die in dem ersten Schritt durch verschiedene Leistungsabgaben des Laserstrahls LB ausgebildet wurden, und die Zustände der Frontoberflächen WF der Werkstücke W wurden beobachtet.
19 zeigt durch mehrere Abbildungen geschmolzene Materialien 22, die an den Frontoberflächen WF der Werkstücke W anhaften, wenn Durchgangslöcher 23 durch verschiedene Leistungsabgaben des Laserstrahls LB in dem zweiten Schritt ausgebildet wurden. Probe (a) zeigt das geschmolzene Material 22, das an der Frontoberfläche WF des Werkstücks W anhaftet, wenn die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB als ein PW-Modus mit einer Spitzenleistung von 4 kW, einer Impulsfrequenz von 200 Hz und einer Impulsdauer von 40% identisch mit den vorstehend beschriebenen Einstellungen in dem ersten Beispiel gesetzt wurde. Probe (b) zeigt das geschmolzene Material 22, das an der Frontoberfläche WF des Werkstücks W anhaftet, wenn die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB als ein PW-Modus mit einer Spitzenleistung von 4 kW, einer Impulsfrequenz von 200 Hz und einer Impulsdauer von 50% gesetzt wurde. Als die Impulsdauer von 40% auf 50% anwuchs, stieg das Anhaften des geschmolzenen Materials 22 an der Frontoberfläche WF des Werkstücks W in der Umgebungsfläche S an. Es wird geschätzt, dass dies folgenden Grund hat: die Erhöhung in der Leistungsabgabe des Laserstrahls LB resultiert in einer Erhöhung in dem Betrag an Ausbildung des geschmolzenen Materials 22 pro Einheitszeit an dem Verarbeitungspunkt sowie in einer Erhöhung in der Korngröße des geschmolzenen Materials 22, so dass die Leistungsfähigkeit des Hilfsgases AG unzureichend zum Entfernen des geschmolzenen Materials 22 wird. Somit wurde verifiziert, dass es in dem zweiten Schritt wünschenswert ist, die Leistungsabgabe des Laserstrahls LB zu setzen, um zu ermöglichen, dass das geschmolzene Material 22 glatt durch das Hilfsgas AG entfernt wird.

Claims

Laserverarbeitungsverfahren, umfassend: einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche (WF) eines Werkstücks (W) mit einem Laserstrahl (LB) in einem Zustand, in dem ein Fokalpunkt (FP) von der Oberfläche (WF) um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, und mit einem Hilfsgas (AG), das von einer Frontendenfläche (13a) einer Verarbeitungsdüse (13) auf die Oberfläche (WF) geblasen wird, und des Ausbildens eines Lochs (21) mit Boden bei dem Werkstück (W), wobei das Loch (21) mit Boden mit einer von einer Kegelform verschiedenen, zylinderförmigen Innenumfangsfläche (21a), die sich bei der Oberfläche (WF) öffnet und sich in vertikaler Richtung relativ zu dieser erstreckt, und einer Bodenfläche (21b) definiert ist, die ein Ende der röhrenförmigen Innenoberfläche (21a) schließt; und einen zweiten Schritt des Bestrahlens der Bodenfläche (21b) des Lochs (21) mit Boden mit dem Laserstrahl (LB) und dem Hilfsgas (AG) in einem Zustand, in dem eine Lücke (G) zwischen der Frontendenfläche (13a) der Verarbeitungsdüse (13) und der Oberfläche (WF), eine Leistungsbedingung des Laserstrahls (LB) und ein Druck des Hilfsgases (AG) gegenüber dem ersten Schritt geändert ist, wobei das Hilfsgas (AG) in eine Öffnung (21c) des Lochs (21) mit Boden geblasen wird, nicht aber auf eine Fläche (S) geblasen wird, die die Öffnung (21c) umgibt, und des Ausbildens eines Durchgangslochs (23), das das Werkstück (W) durchdringt.
Laserverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Öffnungsgröße des in dem ersten Schritt ausgebildeten Lochs (21) mit Boden einen Durchmesser größer einem Gasauslassdurchlass (18) der Verarbeitungsdüse (13) aufweist, die in dem ersten und zweiten Schritt zum Blasen des Hilfsgases (AG) in die Öffnung (21c) des Lochs (21) mit Boden verwendet wird.
Laserverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in dem zweiten Schritt die Bodenfläche (21b) mit dem Laserstrahl (LB) in einem Zustand bestrahlt wird, in dem der Fokalpunkt (FP) des Laserstrahls (LB) bei der Bodenfläche (21b) des Lochs (21) mit Boden platziert wird, oder bei einem internen Abschnitt des Werkstücks (W) jenseits der Bodenfläche (21b) platziert wird.
Laserverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend einen Zwischenschritt des zeitweiligen Anhaltens der Bestrahlung mit dem Laserstrahl (LB) zwischen dem ersten Schritt und dem zweiten Schritt.
Laserverarbeitungssystem, umfassend: einen Verarbeitungskopf (17), der einen von einem Laseroszillator (14) abgestrahlten Laserstrahl (LB) fokussiert, um ein Werkstück (W) mit dem Laserstrahl (LB) zu bestrahlen, und der aus einer Verarbeitungsdüse (13) ein Hilfsgas (AG) auf das Werkstück (W) bläst; und einen Steuerabschnitt (16), der einen Betrieb des Verarbeitungskopfs (17) steuert, wobei der Steuerabschnitt (16) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.