DE112011100039T5

DE112011100039T5 - Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112011100039T5
Application number: DE112011100039T
Authority: DE
Inventors: Takanori Miyazaki; Norihiro Seto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: WO2011158617A1; CN102510788B; US20120160818A1; CN102510788A; DE112011100039B4; JP4896274B2; JPWO2011158617A1

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung beinhaltet einen Bestrahlungsabschnitt und einen Steuerabschnitt. Der Steuerabschnitt bewirkt in einem ersten Zeitabschnitt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen ersten Schneidvorgang zum Schneiden eines Werkstücks in einem Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich an dem Werkstück auf eine solche Weise durchführt, dass ein Zustand, in dem der erste Bereich durch den zweiten Bereich an dem Werkstück gehalten wird, beibehalten wird, und bewirkt in einem zweiten Zeitabschnitt nach dem ersten Zeitabschnitt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen zweiten Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks innerhalb des Bereichs zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück durchführt, in dem eine hintere Oberfläche freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde, um den ersten Bereich zusammen mit in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich zu trennen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren.
STAND DER TECHNIK
Das Laserbearbeitungsverfahren ist ein Bearbeitungsverfahren, das dafür geeignet ist, eine breite Vielzahl von Materialien von Metallen, wie zum Beispiel Eisen, Edelstahl, Aluminium und Kupfer, bis zu Keramik, Harz und Holz zu bearbeiten. Von diesen Materialien wird in manchen Fällen ein Metallmaterial als ein Material zur Ausgestaltung verwendet und eine Oberflächenbehandlung, wie zum Beispiel ein Spiegelschliff oder ein Strichschliff, an dem Metallmaterial durchgeführt. Naturgemäß verliert das Material, dessen Oberfläche auf diese Weise zu dem Zweck der Ausgestaltung behandelt wird, seinen Sachwert, wenn seine Oberfläche verkratzt wird. Deshalb ist es erstrebenswert, das Metallmaterial zur Ausgestaltung der Beförderung, dem schneiden und dem Biegen in einem Zustand zu unterziehen, in dem Schutzfolien an die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche desselben gehaftet sind.
Insbesondere ist das Laserbearbeitungsverfahren ein kompliziertes Bearbeitungsverfahren zum Schmelzen eines Metallmaterials mit der Wärme eines Laserstrahls und leistungsstarken Blasen des Materials mit einem Hilfsgas, um das geschmolzene Material abzublasen. Das abgeblasene geschmolzene Material wird manchmal auf feine Feuerfunken zu bewegt und haftet an der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Materials an. Das Material wird in einem Zustand der Laserbearbeitung unterzogen, in dem das Material an einem Bearbeitungstisch befestigt ist. Ein distales Ende des Bearbeitungstischs in Kontakt mit dem Material ist in einer spitzen Form ausgebildet, um eine Kontaktfläche mit dem Material soweit wie möglich zu verringern, so dass der Bearbeitungstisch weitestgehend nicht durch den Laserstrahl geschmolzen wird und, sogar wenn der Bearbeitungstisch geschmolzen wird, der Bearbeitungstisch nicht integral mit dem Material verschweißt wird. Da der Bearbeitungstisch äußerst leicht die hintere Oberfläche des Materials verkratzt, ist es erstrebenswert, das Material zu bearbeiten, während eine an das Material gehaftete Schutzfolie beibehalten wird.
Jedoch wird, wenn die Laserbearbeitung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Schutzfolie an die hintere Oberfläche (eine nicht durch den Laserstrahl bestrahlte Oberfläche) des Materials gehaftet ist, die Geschwindigkeit des Flusses des durch die wärme des Laserstrahls geschmolzenen Metalls durch den Einfluss der Schutzfolie verringert. Als Folge dessen haftet das geschmolzene Metall manchmal an der hinteren Oberfläche des Materials als Absonderungen (Krätze) an. Da die Absonderungen äußerst hart sind, sind eine lange Zeit und hohe Kosten erforderlich, um die Absonderungen zu entfernen.
Andererseits offenbart Patentschrift 1, dass die Oberfläche eines Metallmaterials mit einem Laser bestrahlt wird, um eine Laserbearbeitung in einem Zustand durchzuführen, in dem ein Bearbeitungspapierblatt mit einer Haftmittelschicht, die wärmebeständige Partikel enthält und wieder abziehbar ist, an die hintere Oberfläche des Metallmaterials gehaftet ist. Auf diese Weise ist es gemäß Patentschrift 1 möglich, ein Anhaften von Absonderungen während der Laserbearbeitung des Metallmaterials zu verhindern.
Außerdem offenbart Patentschrift 2, dass die Oberfläche eines flachen Metallmaterials mit einem Laser bestrahlt wird, um eine Laserbearbeitung in einem Zustand durchzuführen, in dem eine Schutzfolie mit einer Haftkraft von F[N/20 mm] an die hintere Oberfläche des flachen Metallmaterials gehaftet ist und eine Schutzfolie mit einer Haftkraft, die eine Bedingung P/F ≤ 0,3 erfüllt, wobei der Druck eines während der Bearbeitung zuzuführenden Hilfsgases als P[MPa] bezeichnet ist, an die vordere Oberfläche des flachen Metallmaterials gehaftet ist. Auf diese Weise ist es gemäß Patentschrift 2 vorgeblich möglich, die Erzeugung von Absonderungen zu unterdrücken.
DRUCKSCHRIFTENLISTE
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H06-198461
Patentschrift 2: internationale Veröffentlichung Nr. 2007/000915

ZUSAMMENFASSUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Bei der in Patentschrift 1 beschriebenen Technik steigen die mit der Laserbearbeitung zusammenhängenden Kosten an, da es notwendig ist, die wärmebeständigen Partikel in der Haftmittelschicht des Bearbeitungspapierblatts (der Schutzfolie) aufzunehmen. Bei der in Patentschrift 2 offenbarten Technik ist es notwendig, das Molekulargewicht, die Dicke und die Haftung der Schutzfolie zu beschränken. Die Patentschriften 1 und 2 offenbaren nicht, was getan werden sollte, um die Absonderungen zu verringern, ohne auf ein Material der Schutzfolie angewiesen zu sein.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände ausgearbeitet und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren bereitzustellen, die Absonderungen verringern können, ohne auf ein Material einer an ein Werkstück gehafteten Schutzfolie angewiesen zu sein.
LÖSUNG DER AUFGABE
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen und das Ziel zu erreichen, umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Bestrahlungsabschnitt, der dafür eingerichtet ist, einen Laser auf eine vordere Oberfläche eines Werkstücks aufzubringen, das eine hintere Oberfläche, an die eine Schutzfolie gehaftet ist, und die vordere Oberfläche an einer der hinteren Oberfläche gegenüberliegenden Seite aufweist; und einen Steuerabschnitt, der dafür eingerichtet ist, den Bestrahlungsabschnitt zu steuern, um einen Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich an dem Werkstück zu schneiden, wobei der Steuerabschnitt in einem ersten Zeitabschnitt bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen ersten Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück auf eine solche Weise durchführt, dass ein Zustand, in dem der erste Bereich durch den zweiten Bereich an dem Werkstück gehalten ist, beibehalten wird, und in einem zweiten Zeitabschnitt nach dem ersten Zeitabschnitt bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen zweiten Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks innerhalb eines Bereichs zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück durchführt, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, weil ein Teil der Schutzfolie in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde, um den ersten Bereich zusammen mit in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich zu trennen.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der zweite Schneidvorgang in dem zweiten Zeitabschnitt durchgeführt, um die in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen zu entfernen. Daher können die in dem ersten Zeitabschnitt an der hinteren Oberfläche des Werkstücks anhaftenden Absonderungen in dem zweiten Zeitabschnitt entfernt werden. In dem zweiten Zeitabschnitt wird der zweite Schneidvorgang durchgeführt, um das Werkstück in dem Bereich zu schneiden, in dem die hintere Oberfläche freigelegt und nicht mit der Schutzfolie bedeckt ist. Daher haftet geschmolzenes Metall weniger leicht an der hinteren Oberfläche des Werkstücks als Absonderungen an, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise können, da es möglich ist, das Anhaften von Absonderungen an der hinteren Oberfläche in dem zweiten Zeitabschnitt zu unterdrücken, während die in dem ersten Zeitabschnitt an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen entfernt werden, die Absonderungen verringert werden, ohne auf ein Material der an das Werkstück gehafteten Schutzfolie angewiesen zu sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Laserbearbeitungsverfahren in der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bearbeitungsmusters veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung von durch die Ausführungsform erzielten Effekten.
5 ist eine Ansicht zur Erläuterung von durch die Ausführungsform erzielten Effekten.
6 ist eine Tabelle, die einen Versetzungsbetrag und eine Absonderungshöhe in einem experimentellen Beispiel zeigt.
7 ist eine Tabelle eines Versetzungsbetrags und einer Absonderungshöhe in einem weiteren experimentellen Beispiel.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsform beschränkt wird.
AUSFÜHRUNGSFORM
Der Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das einen allgemeinen Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 beinhaltet einen Laseroszillator 1, einen PR-(Teilreflexions)-Spiegel 2, einen Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 und eine Steuereinrichtung (einen Steuerabschnitt) 50.
Der Laseroszillator ist eine Einrichtung, die einen Laserstrahl eines CO₂-Lasers oder dergleichen oszilliert. Der Laseroszillator 1 emittiert einen Laserstrahl L über den PR-Spiegel 2 zu dem Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60, während eine Oszillationsfrequenz und eine Laserausgabe gemäß einer Art des Laserbearbeitungsvorgangs, wie zum Beispiel eines Bohrvorgangs oder eines Schneidvorgangs, verschiedenartig geändert werden.
Der PR-Spiegel (der Teilreflexionsspiegel) 2 teilreflektiert den durch den Laseroszillator 1 emittierten Laserstrahl und erhält die Oszillation des Laserstrahls durch den Laseroszillator 1 aufrecht. Spezieller reflektiert der PR-Spiegel 2 einen Laserstrahl mit einer Intensität, die kleiner als ein vorgegebener Wert ist, um den Laserstrahl zu dem Laseroszillator 1 zurück zu führen, und transmittiert den Laserstrahl, der auf eine Intensität verstärkt wurde, die gleich groß wie oder größer als der vorgegebene Wert ist, durch diesen hindurch, um den Laserstrahl zu dem Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 zu führen. Auf diese Weise wird der Laserstrahl L des durch den Laseroszillator 1 emittierten Laserstrahls, der auf die Intensität verstärkt ist, die gleich groß wie oder größer als der vorgegebene Wert ist, gezielt zu dem Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 geführt.
Der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 bestrahlt ein Werkstück (Arbeitsstück) W mit dem von dem Laseroszillator 1 geführten Laserstrahl L. Das Werkstück W ist auf einer Oberfläche eines Bearbeitungstischs 9 angeordnet, der mehrere spitze Erhebungen aufweist.
Das Werkstück W weist eine hintere Oberfläche Wb und eine vordere Oberfläche Wa auf. Die hintere Oberfläche Wb ist eine Oberfläche, die der Oberfläche des Bearbeitungstischs 9 gegenüberliegt und an die eine Schutzfolie S zum Schutz des Werkstücks W vor den spitzen konvexen Abschnitten gehaftet ist. Dadurch wird verhindert, dass die hintere Oberfläche Wb des Werkstücks W während des Bearbeitungsvorgangs durch den Bearbeitungstisch 9 verkratzt wird. Die vordere Oberfläche Wa ist eine Oberfläche an der der hinteren Oberfläche Wb gegenüberliegenden Seite und dient als eine Fläche, auf die der Laserstrahl L durch den Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 aufgebracht wird. Das Werkstück W besteht zum Beispiel aus Metall.
Der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 beinhaltet einen Biegungsspiegel 3, eine Strahloptimierungseinheit 4, Biegungsspiegel 5 und 6 und einen Bearbeitungskopf 30.
Der Biegungsspiegel (ein Spiegel zum Ändern eines Strahlwinkels) 3 ändert einen Strahlwinkel des über den PR-Spiegel 2 von dem Laseroszillator 1 geführten Laserstrahls L, um den Laserstrahl L zu der Strahloptimierungseinheit 4 zu führen.
Die Strahloptimierungseinheit (eine Strahldurchmesseränderungseinrichtung) 4 stellt einen Strahldurchmesser (einen Durchmesser) des von dem Biegungsspiegel 3 geführten Laserstrahls L ein und ändert den Strahlwinkel, um den Laserstrahl L zu dem Biegungsspiegel 5 zu führen.
Die Biegungsspiegel 5 und 6 sind Spiegel zum Ändern eines Strahlwinkels. Der Biegungsspiegel 5 lenkt den Strahlwinkel des von der Strahloptimierungseinheit 4 geführten Laserstrahls L zum Beispiel in eine horizontale Richtung ab und führt den Laserstrahl L zu dem Biegungsspiegel 6. Der Biegungsspiegel 6 lenkt den Strahlwinkel des von dem Biegungsspiegel 5 geführten Laserstrahls L zum Beispiel in einer vertikalen Richtung nach unten ab und führt den Laserstrahl L zu dem Bearbeitungskopf 30. Ein nicht gezeigter Spiegel, der eine Ablenkrichtung ändert, kann zwischen dem Biegungsspiegel 5 und dem Biegungsspiegel 6 angebracht sein, falls dies erforderlich sein sollte.
Der Bearbeitungskopf 30 beinhaltet eine Bearbeitungslinse 7 und eine Düse 8. Die Bearbeitungslinse 7 kondensiert den von dem Biegungsspiegel 6 geführten Laserstrahl L in einen kleinen Fleckdurchmesser und bringt den Laserstrahl L auf das Werkstück W auf. In dem Laserbearbeitungsverfahren wird ein Hilfsgas G gleichzeitig mit der Aufbringung des Laserstrahls aus der Düse 8 gegen das Werkstück W geblasen.
Die Steuereinrichtung 50 ist mit dem Laseroszillator 1 und dem Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 verbunden und steuert den Laseroszillator 1 und den Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60. Die Steuereinrichtung 50 beinhaltet zum Beispiel eine NC(Numerische Steuerungs)-Einrichtung und steuert den Laserbearbeitungsvorgang (Bohrvorgang, Schneidvorgang usw.) des Laserstrahlbestrahlungsabschnitts 60 unter Verwendung der NC-Einrichtung.
Beispielsweise steuert die Steuereinrichtung 50 den Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60, um einen Bereich zwischen einem ersten Bereich WR1 und einem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W zu schneiden. Speziell bewirkt die Steuereinrichtung 50 in einem Zeitabschnitt (einem ersten Zeitabschnitt) T1, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 einen ersten Schneidvorgang (Grobbearbeitungsvorgang) zum Schneiden des Werkstücks W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W auf eine solche Weise durchführt, dass ein Zustand, in dem der erste Bereich WR1 durch den zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W gehalten ist, beibehalten wird. An dem Werkstück W ist beispielsweise der zweite Bereich WR2 um den ersten Bereich WR1 herum angeordnet (siehe 3(a)). In einem Zeitabschnitt (einem zweiten Zeitabschnitt) T2 nach dem Zeitabschnitt T1 bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 einen zweiten Schneidvorgang (Feinbearbeitungsvorgang) zum Schneiden des Werkstücks W in einem Bereich ER auf eine solche Weise durchführt, dass der erste Bereich WR1 zusammen mit an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen, die in dem ersten Schneidvorgang erzeugt wurden, von dem zweiten Bereich WR2 getrennt wird. Der Bereich ER ist ein Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W, an dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde.
Spezieller bewirkt die Steuereinrichtung 50 in dem Zeitabschnitt T1, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 das Werkstück W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W so schneidet, dass der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, in einer Ringform zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W ausgebildet ist, während ein Verbindungsabschnitt JP zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2 an dem Werkstück W belassen wird. Mit anderen Worten bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60, während er entlang des äußeren Umfangs des ersten Bereichs WR1 an dem Werkstück W vorwärts bewegt wird, das Werkstück W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W auf eine solche Weise schneidet, dass der Verbindungsabschnitt JP an dem Werkstück W mit einer vorgegebenen Breite W_JP belassen wird (siehe 3(a)). Der erste Bereich WR1 ist zum Beispiel ein am Ende zu entfernender Abschnitt an dem Werkstück W. Der zweite Bereich WR2 ist zum Beispiel ein am Ende zu belassender Abschnitt an dem Werkstück. Der Verbindungsabschnitt JP ist ein Abschnitt zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2. Die vorgegebene Breite W_JP wird so eingestellt, dass der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, in einer Ringform zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W ausgebildet ist.
Wenn die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP zu klein ist, reicht eine Festigkeit des Verbindungsabschnitts JP mit Bezug auf eine zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2 erforderliche Festigkeit nicht aus und ist es daher wahrscheinlich, dass der Verbindungsabschnitt JP gebrochen wird. Anderenfalls wird, wenn die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP zu groß ist, der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, im Wesentlichen ein C-förmiger Bereich und nicht ein ringförmiger Bereich. Daher muss, wenn das Werkstück W in dem nächsten Zeitabschnitt T2 in einem ringförmigen Schneidmuster geschnitten wird (siehe 3(b)), der Laser auch einen mit der Schutzfolie S an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W bedeckten Bereich durchlaufen und haften dadurch die Absonderungen leicht an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W an. Deshalb muss die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP auf einen Wert innerhalb eines vorgegebenen geeigneten Bereichs eingestellt werden.
In dem Zeitabschnitt T2 bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 das Werkstück W in einem ringförmigen Muster (einem Schneidmuster CP2) schneidet, das ein von einem Muster (einem Schneidmuster CP1) für das Schneiden in dem Zeitabschnitt T1 an dem Werkstück W in Richtung auf eine Seite des zweiten Bereichs WR2 um einen Betrag OF versetztes Muster beinhaltet, um den ersten Bereich WR1 zusammen mit den in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich WR2 zu trennen (siehe 3(b)). Wie in 3(c) gezeigt ist, ist der Betrag OF zum Versetzen des Musters größer als eine Breite W_D eines Bereichs DR (ein in 3(b) durch Schraffur gekennzeichneter Bereich), in dem in dem ersten Schneidvorgang Absonderungen D1 in dem Bereich ER an der hinteren Oberfläche Wb anhaften, aber kleiner als eine Breite W_ER des Bereichs ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde. Die Breite W_D und die Breite W_ER sind jeweils Breiten in einer Richtung von dem Muster (dem Schneidmuster CP1) für das Schneiden in dem Zeitabschnitt T1 zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2. 3(c) ist eine Schnittdarstellung, die einen Abschnitt A-A der 3(b) veranschaulicht.
Falls der Betrag OF zum Versetzen des Musters kleiner als W_D ist, verbleibt ein Teil der in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen ohne entfernt zu werden, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird, und ist daher ein Betrag der Absonderungshöhe nach dem Bearbeitungsvorgang allgemein nicht ausreichend gering (siehe 6 und 7). Anderenfalls wird, wenn der Betrag OF zum Versetzen des Musters größer als W_ER ist, das Werkstück W, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird, in einem Bereich NER geschnitten, in dem die hintere Oberfläche Wb mit der Schutzfolie an dem Werkstück W bedeckt ist, und nimmt die Absonderungshöhe nach dem Bearbeitungsvorgang daher allgemein zu (siehe 6 und 7).
Als Nächstes wird ein durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 durchgeführtes Laserbearbeitungsverfahren mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Laserbearbeitungsverfahren in der Ausführungsform zeigt.
In einem Schritt S1 wird das Werkstück W auf der Oberfläche des Bearbeitungstischs 9 angeordnet. Das Werkstück W ist zum Beispiel aus Metall ausgebildet. Für den Bearbeitungsvorgang erforderliche Parameter (eine Grobbearbeitungsbedingung und eine Feinbearbeitungsbedingung) werden durch einen Benutzer in einen Betriebsabschnitt (nicht gezeigt) in der Steuereinrichtung 50 eingegeben.
In einem Schritt S2 (einem ersten Schneidschritt) führt die Steuereinrichtung 50 einen ersten Schneidvorgang (Grobbearbeitung) zum Schneiden des Werkstücks W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W auf eine solche Weise durch, dass ein Zustand, in dem der erste Bereich WR1 durch den zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W gehalten ist, beibehalten wird. Speziell bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 das Werkstück W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W so schneidet, dass der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, in einer Ringform zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W ausgebildet wird, während der Verbindungsabschnitt JP zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2 an dem Werkstück W belassen wird. Mit anderen Worten bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60, während er entlang des äußeren Umfangs des ersten Bereichs WR1 an dem Werkstück W vorwärts bewegt wird, das Werkstück W in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W auf eine solche Weise schneidet, dass der Verbindungsabschnitt JP an dem Werkstück W mit der vorgegebenen Breite W_JP belassen wird (siehe 3(a)). Der erste Bereich WR1 ist zum Beispiel ein am Ende zu entfernender Abschnitt an dem Werkstück W. Der zweite Bereich WR2 ist zum Beispiel ein am Ende zu belassender Abschnitt an dem Werkstück W. Der Verbindungsabschnitt JP ist ein Abschnitt zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2.
Spezieller wird das Werkstück W entlang des in 3(a) gezeigten Schneidmusters CP1 geschnitten. Das Schneidmuster CP1 ist zum Beispiel ein Muster, das sich von der Umgebung einer (gebohrten) Mitte des ersten Bereichs WR1 zu einer Endseite des Verbindungsabschnitts JP in Richtung auf den zweiten Bereich WR2 erstreckt und sich von der einen Endseite des Verbindungsabschnitts JP zu der anderen Endseite des Verbindungsabschnitts JP entlang eines äußeren Umfangs des ersten Bereichs WR1 erstreckt (für das zu schneidende Werkstück W). Wenn ein Schneidvorgang in diesem Schneidmuster CP1 durchgeführt wird, schmilzt ein Abschnitt mit der Breite W_ER in der an die hintere Oberfläche Wb des Werkstücks W gehafteten Schutzfolie S. Mit anderen Worten wird der Bereich ER mit der Breite W_ER, in dem die hintere Oberfläche Wb an dem Werkstück W freigelegt ist, ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP so eingestellt, dass der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb an dem Werkstück W freigelegt ist, als ein ringförmiger Bereich in einer Richtung von dem Schneidmuster CP1 zu dem zweiten Bereich WR2 ausgebildet wird.
Hierbei reicht, wenn die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP zu klein ist, eine Festigkeit des Verbindungsabschnitts JP mit Bezug auf eine zum Verbinden des ersten Bereichs WR1 und des zweiten Bereichs WR2 erforderliche Festigkeit nicht aus. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Verbindungsabschnitt JP vor oder während des Bearbeitungsvorgangs des nächsten Schritts S3 gebrochen wird, und wird es schwierig, den Bearbeitungsvorgang des nächsten Schritts S3 durchzuführen. Anderenfalls wird, wenn die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP zu groß ist, der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, im Wesentlichen ein C-förmiger Bereich und nicht ein ringförmiger Bereich, wenn dieser in einer Richtung senkrecht zu der hinteren Oberfläche Wb betrachtet wird. Dadurch muss, wenn das Werkstück W in dem nächsten Schritt S3 in einem ringförmigen Schneidmuster geschnitten wird, der an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W mit der Schutzfolie S bedeckte Bereich auch geschnitten werden, so dass die Absonderungen leicht an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W anhaften. Deshalb muss die Breite W_JP des Verbindungsabschnitts JP auf einen Wert innerhalb eines vorgegebenen geeigneten Bereichs eingestellt werden.
In einem Schritt S3 (einem zweiten Schneidschritt) bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 den zweiten Schneidvorgang (Feinbearbeitung) zum Schneiden des Werkstücks W in dem Bereich ER durchführt, um den ersten Bereich WR1 zusammen mit den in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich WR2 zu trennen. Der Bereich ER ist ein Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W und ein Bereich, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde.
Speziell bewirkt die Steuereinrichtung 50, dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 das Werkstück W in einem ringförmigen Muster (dem Schneidmuster CP2) schneidet, das ein von einem Muster (dem Schneidmuster CP1) für das Schneiden in dem Zeitabschnitt T1 an dem Werkstück W zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2 um den Betrag OF versetztes Muster beinhaltet, um den ersten Bereich WR1 zusammen mit den in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich WR2 zu trennen (siehe 3(b)). Wie in 3(c) gezeigt ist, ist der Betrag OF zum Versetzen des Musters größer als die Breite W_D des Bereichs DR (der in 3(b) durch Schraffur gekennzeichnete Bereich), in dem die Absonderungen D1 in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb in dem Bereich ER anhaften, aber kleiner als die Breite W_ER des Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde. Die Breite W_D und die Breite W_ER sind jeweils Breiten in einer Richtung von dem Muster (dem Schneidmuster CP1) für das Schneiden in dem Zeitabschnitt T1 zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2.
Wenn der Betrag OF zum Versetzen des Musters kleiner als W_D ist, verbleibt, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird, ein Teil der in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen ohne entfernt zu werden, und ist eine Absonderungshöhe nach dem Bearbeitungsvorgang allgemein nicht ausreichend gering (siehe 6 und 7). Anderenfalls ist, wenn der Betrag OF zum Versetzen des Musters größer als W_ER ist, anzunehmen, dass das Werkstück W, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird, in dem Bereich NER geschnitten wird, in dem die hintere Oberfläche Wb mit der Schutzfolie an dem Werkstück W bedeckt ist. Daher nimmt die Absonderungshöhe nach dem Bearbeitungsvorgang allgemein zu (siehe 6 und 7).
Spezieller wird das Werkstück W entlang des in 3(b) gezeigten Schneidmusters CP2 geschnitten. Das Schneidmuster CP2 ist ein im wesentlichen ringförmiges Muster, das durch Versetzen des Schneidmusters CP1 zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2 um den Betrag OF erhalten wird und sich so erstreckt, dass es sich über den Verbindungsabschnitt JP schließt. Mit anderen Worten ist das Schneidmuster CP2 beispielsweise ein Muster, das sich von einer (gebohrten) um den Betrag OF mit Bezug auf die Umgebung der Mitte des ersten Bereichs WR1 versetzten Stelle zu einer Endseite des Verbindungsabschnitts JP in Richtung auf den zweiten Bereich WR2 erstreckt und von der einen Endseite des Verbindungsabschnitts JP entlang des äußeren Umfangs des ersten Bereichs WR1 verläuft, so dass es sich zu der einen Endseite des Verbindungsabschnitts JP erstreckt (um das Werkstück zu schneiden). Auf diese Weise wird der erste Bereich WR1 von dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W getrennt. Somit ist ein Bohrvorgang zum Entfernen des ersten Bereichs WR1 von dem Werkstück W und Belassen des zweiten Bereichs WR2 vollendet.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde eine Probe ausgewertet, die durch Anwenden der Bearbeitung in den Schritten S1 und S2 in 2 auf das Werkstück W und kein anschließendes Anwenden der Bearbeitung in dem Schritt S3 erhalten wurde. Als das Werkstück W wurde ein flaches Element verwendet, das aus einem Material ausgebildet war und eine Dicke aufwies, die nachfolgend beschrieben werden.
Material: Edelstahl (SUS304)
Dicke: t 1,5 mm
Als die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 wurde eine Vorrichtung mit einer Bearbeitungslinse und einem Düsenöffnungsdurchmesser, die nachfolgend beschrieben werden, verwendet.
Bearbeitungslinse: Brennweite 5,0 Inch Düsenöffnungsdurchmesser: Φ 2,5 mm
In dem Schritt S1 wurden zum Beispiel die nachfolgend beschriebenen Bedingungen als Bedingungen (Parameter) in den Betriebsabschnitt eingegeben, die für den Grobbearbeitungsvorgang (den in dem Schritt S2 durchgeführten ersten Schneidvorgang) angewendet werden sollten.
GROBBEARBEITUNGSBEDINGUNGEN

Laserstrahlausgabe: 1800 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 5000 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 0,85 MPa
Fokusposition: 1 mm unterhalb der vorderen Oberfläche Wa des Werkstücks W
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

Als Folge dessen haftete eine große Anzahl von Absonderungsstücken an der hinteren Oberfläche Wb des erhaltenen Werkstücks W nahe zu einer bearbeiteten Endfläche an, wie in 4(b) gezeigt ist.
Um einen durch die Ausführungsform erzielten Effekt zu prüfen, wurde eine durch Anwenden der Bearbeitung in den in 2 gezeigten Schritten S1, S2 und S3 auf das Werkstück W erhaltene Probe als ein Beispiel ausgewertet. Als das Werkstück W wurde das gleiche Werkstück wie für das Vergleichsbeispiel verwendet. In dem Schritt S1 wurden die gleichen Bedingungen wie die in dem Vergleichsbeispiel in den Betriebsabschnitt als Bedingungen (Parameter) eingegeben, die in dem Grobbearbeitungsvorgang (dem in dem Schritt S2 durchgeführten ersten Schneidvorgang) angewendet werden sollten. Außerdem wurden die nachfolgend beschriebenen Bedingungen als Bedingungen (Parameter) in den Betriebsabschnitt eingegeben, die in dem Feinbearbeitungsvorgang (dem in dem Schritt S3 durchgeführten zweiten Schneidvorgang) angewendet werden sollten.
FEINBEARBEITUNGSBEDINGUNGEN

Laserstrahlausgabe: 1400 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 3500 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 0,85 MPa
Fokusposition: 1 mm unterhalb der vorderen Oberfläche Wa des Werkstücks W
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

Als Folge dessen hafteten Absonderungen kaum an der hinteren Oberfläche Wb des erhaltene Werkstücks W nahe zu einer bearbeiteten Endfläche desselben an, wie in 4(a) gezeigt ist. Wie in 5 gezeigt ist, war eine Breite W_S (siehe 3(c)) eines Bereichs, in dem die Schutzfolie S nach dem Bearbeitungsvorgang abgezogen wurde, kleiner als 1,0 mm. Es wurde bestätigt, dass die Breite W_S bezüglich einer Produktqualität auf einem die Herstellung ermöglichenden Niveau war.
Obwohl ein Ergebnis eines Experiments in 4 gezeigt ist, das mit Bezug auf ein aus Edelstahl (SUS304) bestehendes und eine Dicke von t = 1,5 mm aufweisendes Werkstück durchgeführt wurde, wurde das gleiche Experiment mit Bezug auf Werkstücke durchgeführt, die Dicken von t = 1,0 mm, t = 2,0 mm, t = 3,0 mm und t = 4,0 mm aufwiesen, und die gleichen Ergebnisse wurden erzielt. Deshalb kann geschlossen werden, dass das Bearbeitungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform ungeachtet der Dicke eines Werkstücks (eines Metallmaterials) angewendet und der oben gezeigte Effekt erzielt werden kann.
Es wird angenommen, dass in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) der Schneidvorgang des Werkstücks W in dem Bereich NER an der äußeren Seite des Bereichs ER, in dem die hintere Oberfläche Wb des Werkstücks W freigelegt ist, durchgeführt wird. In diesem Fall wird das Werkstück W entlang eines in 3(d) gezeigten Schneidmusters CP21 geschnitten. Das Schneidmuster CP21 ist ein durch Versetzen des Schneidmusters CP1 zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2 um einen Betrag OF1 und Schließen desselben erhaltenes Muster. Der Betrag OF1 zum Versetzen des Musters ist größer als die Breite W_ER des Bereichs ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S geschmolzen wurde. Mit anderen Worten wird, da das Werkstück W in dem Bereich NER geschnitten wird, in dem die hintere Oberfläche Wb mit der Schutzfolie an dem Werkstück W bedeckt ist, die Geschwindigkeit des Schmelzflusses des durch die Wärme des Laserstrahls geschmolzenen Werkstücks W (Metall) allgemein durch den Einfluss der Schutzfolie S verringert. Als Folge dessen haftet das geschmolzene Metall in dem Zeitabschnitt T2 leicht an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W als Absonderungen an.
Anderenfalls wird angenommen, dass in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) der Schneidvorgang zum Schneiden des Verbindungsabschnitts JP in dem Werkstück W durchgeführt wird. In diesem Fall wird das Werkstück W entlang eines in 3(d) gezeigten Schneidmusters CP22 geschnitten. Das Schneidmuster CP22 ist ein Muster, das durch den Verbindungsabschnitt JP in dem Schneidmuster CP1 getrennte Abschnitte verbindet. Daher ist der erste Bereich WR1 von dem zweiten Bereich WR2 in einem Zustand getrennt, in dem die in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen an einer Seite des zweiten Bereichs WR2 belassen sind. Daher können die in dem Zeitabschnitt T1 an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen nicht entfernt werden (siehe 4(b)).
Andererseits wird bei der Ausführungsform in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) der zweite Schneidvorgang durchgeführt, um die in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen zu entfernen. Daher können die in dem ersten Zeitabschnitt an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen in dem zweiten Zeitabschnitt entfernt werden. In dem zweiten Zeitabschnitt T2 wird der zweite Schneidvorgang durchgeführt, um das Werkstück W in dem Bereich ER zu schneiden, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist. Daher haftet geschmolzenes Metall weniger leicht an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W als Absonderungen an, wenn der zweite Schneidvorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Anhaften von Absonderungen an der hinteren Oberfläche Wb in dem Zeitabschnitt T2 zu unterdrücken, während die in dem Zeitabschnitt T1 an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen entfernt werden. Daher ist es möglich, die Absonderungen zu verringern, ohne auf ein Material der an das Werkstück W gehafteten Schutzfolie S angewiesen zu sein (siehe 4(a)). Als Folge dessen ist es möglich, ungeachtet des Molekulargewichts, der Dicke und der Haftkraft der Schutzfolie eine Bearbeitung mit unterdrückten Absonderungen durchzuführen, während eine allgemein verwendete Schutzfolie verwendet wird, und eine Herstellung zu verwirklichen, bei der die Zeit für die Laserbearbeitung ferner verringert wird.
insbesondere bewirkt die Steuereinrichtung 50 in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3), dass der Laserstrahlbestrahlungsabschnitt 60 das Werkstück W in einem ringförmigen Muster (dem Schneidmuster CP2) schneidet, das ein von einem Muster (dem Schneidmuster CP1) für das Schneiden in dem Zeitabschnitt T1 an dem Werkstück zu einer Seite des zweiten Bereichs WR2 um den Betrag OF versetztes Muster beinhaltet, um den ersten Bereich WR1 zusammen mit den in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich WR2 zu trennen. Wie in 3(c) gezeigt ist, ist der Betrag OF zum Versetzen des Musters größer als die Breite W_D des Bereichs DR, in dem die Absonderungen D1 in dem ersten Schneidvorgang in dem Bereich ER an der hinteren Oberfläche Wb anhaften, aber kleiner als die Breite W_ER des Bereichs ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da ein Teil der Schutzfolie S in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde. Auf diese Weise ist es, wenn der erste Bereich WR1 von dem zweiten Bereich WR2 getrennt wird, möglich, das Anhaften von Absonderungen an der hinteren Oberfläche Wb in dem Zeitabschnitt T2 zu unterdrücken, während die in dem Zeitabschnitt T1 an der hinteren Oberfläche Wb anhaftenden Absonderungen entfernt werden.
Da die Laserbearbeitung durchgeführt wird, während die an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W anhaftende Schutzfolie S beibehalten wird, ist es möglich, zu verhindern, dass die hintere Oberfläche Wb des Werkstücks W verkratzt wird. Dadurch ist es möglich, das Werkstück W als ein Endprodukt bereitzustellen, ohne Ausgestaltungseigenschaften, das heißt einen Sachwert, des Werkstücks W, das einer Oberflächenbehandlung, wie zum Beispiel einem Spiegelschliff oder einem Strichschliff, der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W unterzogen wurde, zu verschlechtern.
Anderenfalls wird angenommen, dass in dem Zeitabschnitt T1 (oder in dem Schritt S2) ein Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W geschnitten wird, um den ersten Bereich WR1 von dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W zu trennen, ohne den Verbindungsabschnitt JP zu belassen. In diesem Fall tritt in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3), sogar wenn versucht wird, das Hilfsgas G einem als das Schneidmuster CP2 auszubildenden Bereich zuzuführen, das Hilfsgas G aus einem durch Trennen des ersten Bereichs WR1 an dem Werkstück W ausgebildeten Öffnungsabschnitt aus. Folglich ist es schwierig, einen Feinbearbeitungsvorgang (den zweiten Schneidvorgang) entlang des Schneidmusters CP2 durchzuführen.
Anderenfalls wird angenommen, dass in dem Zeitabschnitt T1 (oder in dem Schritt S2) ein Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W auf eine solche Weise geschnitten wird, dass der Verbindungsabschnitt JP mit einer großen Breite belassen wird, die von einem vorgegebenen geeigneten Bereich abweicht. In diesem Fall wird der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da das Schneiden durchgeführt wird und ein Teil der Schutzfolie S geschmolzen wurde, ein im Wesentlichen C-förmiger Bereich und nicht ein ringförmiger Bereich, wenn dieser in einer Richtung senkrecht zu der hinteren Oberfläche Wb betrachtet wird. Daher muss, wenn das Werkstück W in dem ringförmigen Schneidmuster CP2 (siehe 3(b)) in dem nächsten Zeitabschnitt T2 geschnitten wird, auch ein mit der Schutzfolie S an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W bedeckter Bereich geschnitten werden. Dadurch ist es schwierig, das Anhaften der Absonderungen an der hinteren Oberfläche Wb in dem Zeitabschnitt T2 zu unterdrücken.
Andererseits wird bei der Ausführungsform in dem Zeitabschnitt T1 (oder in dem Schritt S2) ein Bereich zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück W geschnitten, während der Verbindungsabschnitt JP auf eine solche Weise belassen wird, dass der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2 an dem Werkstück in einer Ringform ausgebildet ist. Auf diese Weise kann in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) das Hilfsgas G leicht einem als das Schneidmuster CP2 auszubildenden Bereich zugeführt werden, so dass es einfach wird, den Feinbearbeitungsvorgang (den zweiten Schneidvorgang) entlang des Schneidmusters CP2 durchzuführen. Da der Bereich ER, in dem die hintere Oberfläche Wb freigelegt ist, da der Schneidvorgang durchgeführt wird und ein Teil der Schutzfolie S geschmolzen wurde, ein ringförmiger Bereich ist, ist es, wenn das Werkstück W in dem nächsten Zeitabschnitt T2 in dem ringförmigen Schneidmuster CP2 geschnitten wird, einfach, das Werkstück W innerhalb des Bereich ER zu schneiden. Mit anderen Worten ist es möglich, ein Schneiden entlang des ringförmigen Schneidmusters CP2 in dem Zeitabschnitt T2 durchzuführen, und ist es gleichzeitig einfach, das Anhaften der Absonderungen an der hinteren Oberfläche Wb in dem Zeitabschnitt T2 zu unterdrücken.
Es wird angemerkt, dass die Steuereinrichtung 50 eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) einstellen kann, die kleiner als eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem Zeitabschnitt T1 (oder in dem Schritt S2) ist, und eine Ausgabe des Lasers in dem Zeitabschnitt T2 einstellen kann, die kleiner als eine Ausgabe des Lasers in dem Zeitabschnitt T1 ist. In diesem Fall kann eine in dem Zeitabschnitt T2 auf das Werkstück W aufgebrachte Wärmemenge so eingestellt werden, dass sie gleich groß wie eine in dem Zeitabschnitt T1 auf das Werkstück W aufgebrachte Wärmemenge ist. Folglich ist es einfach, eine Qualität der durch den Laserbearbeitungsvorgang in dem Zeitabschnitt T1 und dem Zeitabschnitt T2 durchgeführten Bearbeitung zu verbessern.
Eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Bereich WR1 und dem zweiten Bereich WR2, die durch den Schneidvorgang zu trennen sind, ist nicht auf die in 3 gezeigte beschränkt. Zum Beispiel können an dem Werkstück W der erste Bereich WR1 und der zweite Bereich WR2 nebeneinander liegen, anstatt dessen, dass der eine von dem anderen umgeben wird. In diesem Fall kann das Werkstück W ein flaches Element oder ein barrenförmiges Element sein.
EXPERIMENTELLES BEISPIEL
Mit Bezug auf eine durch Anwenden der Bearbeitung in den Schritten S1, S2 und S3 in 2 auf das Werkstück W erhaltene Probe wurde eine Auswertung eines Versetzungsbetrags und einer Absonderungshöhe des Feinbearbeitungsvorgangs (des zweiten Schneidvorgangs) durchgeführt. Die Beziehungen zwischen den Versetzungsbeträgen und den Absonderungshöhen des Feinbearbeitungsvorgangs (des zweiten Schneidvorgangs), die als Ergebnis erhalten wurden, sind in 6 und 7 gezeigt. 6 ist ein Ergebnis, das durch Auswerten eines flachen Elements (des Werkstücks W) mit einer Dicke von 1,5 mm mit Bezug auf aus zwei verschiedenen Arten von Materialien MA und MB bestehende Schutzfolien (eine Folie A1 und eine Folie B1) erhalten wurde. 7 ist ein Ergebnis, das durch Auswerten eines flachen Elements (des Werkstücks W) mit einer Dicke von 3,0 mm mit Bezug auf aus den zwei verschiedenen Arten von Materialien MA und MB bestehende Schutzfolien (eine Folie A2 und eine Folie B2) erhalten wurde. Die Bearbeitungsbedingungen bei diesem Experiment sind wie nachfolgend dargelegt.
Für die aus dem Material MA bestehenden Schutzfolien (die Folie A1 und die Folie A2) wurde eine Schutzfolie mit vielen Verwendungen in dem Gebiet der Laserbearbeitung verwendet. Für die aus dem Material MB bestehenden Schutzfolien (die Folie B1 und die Folie B2) wurde eine allgemein zur industriellen Verwendung verkaufte Schutzfolie verwendet. Als eine Haftschicht der Schutzfolie wurde eine Haftschicht verwendet, die im Wesentlichen die gleiche wie eine Haftschicht der allgemein zur industriellen Verwendung verkauften Schutzfolie ist.
Als das Werkstück W wurde ein Werkstück verwendet, das aus einem Material bestand und eine Dicke aufwies, die nachfolgend definiert werden.
Material: Edelstahl (SUS304)
Dicke: t 1,5 mm, t 3,0 mm
Als die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 wurde eine Vorrichtung mit einer Bearbeitungslinse und einer Düse, die nachfolgend definiert werden, verwendet.
Bearbeitungslinse: Brennweite 5,0 Inch
Düsenöffnungsdurchmesser: Φ 2,5 mm
In dem in 6 gezeigten Experiment wurden in dem Schritt S2 die nachfolgend definierten Bedingungen als die Bearbeitungsbedingungen verwendet.
GROBBEARBEITUNGSBEDINGUNGEN

Laserstrahlausgabe: 1800 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 5000 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 0,85 MPa
Fokusposition: 1 mm unterhalb einer Materialoberfläche
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

Als die Bearbeitungsbedingungen in dem Schritt S3 wurden die nachfolgend definierten Bedingungen verwendet.
FEINBEARBEITUNGSBEDINGUNGEN

Laserstrahlausgabe: 1400 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 3500 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 0,85 MPa
Fokusposition: 1 mm unterhalb der Materialoberfläche
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

In dem in 7 gezeigten Experiment wurden die nachfolgend definierten Bedingungen als die Bearbeitungsbedingungen in dem Schritt S2 verwendet.
GROBBEARBEITUNGSBEDINGUNGEN

Laserstrahlausgabe: 4000 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 4000 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 1,0 MPa
Fokusposition: 2 mm unterhalb der Materialoberfläche
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

Laserstrahlausgabe: 3500 W
Laserstrahlwellenlänge: 10,6 μm
Bearbeitungsgeschwindigkeit: 3500 mm/Min
Art des Hilfsgases: Stickstoff
Druck des Hilfsgases: 1,0 MPa
Fokusposition: 2 mm unterhalb der Materialoberfläche
Abstand zwischen Düse und Material: 0,5 mm

Als Folge dessen wurde, wie in 6 und 7 gezeigt ist, bestätigt, dass, obwohl das Ergebnis sich in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks W änderte, die Absonderungshöhe abnahm, wenn der Versetzungsbetrag von 0,1 mm erhöht wurde, und die Absonderungshöhe annähernd von dem Versetzungsbetrag um 0,5 mm allgemein auf ein vernachlässigbares Maß abnahm und die Absonderungshöhe annähernd von dem Versetzungsbetrag über 0,7 mm allgemein auf ein nicht vernachlässigbares Maß zunahm.
Auf diese Weise wurde bestätigt, dass, wenn der Versetzungsbetrag zu klein war, da ein Teil der in dem Zeitabschnitt T1 (oder in dem Schritt S2) an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W anhaftenden Absonderungen verblieb, ohne entfernt zu werden, die Absonderungshöhe nicht ausreichend gering war. Zusätzlich wurde bestätigt, dass, wenn der Versetzungsbetrag zu groß war, da der Versetzungsbetrag eine Breite eines Teils der durch den Grobbearbeitungsvorgang geschmolzenen Schutzfolie überstieg (das heißt, die Breite W_ER des Bereichs ER, in dem die hintere Oberfläche Wb an dem Werkstück W freigelegt war), die Absonderungen allgemein an der hinteren Oberfläche Wb des Werkstücks W wegen des Einflusses der Schutzfolie in dem Zeitabschnitt T2 (oder in dem Schritt S3) anhafteten und dadurch die Absonderungshöhe zunahm.
Im Allgemeinen ist bei der Laserbearbeitung keine Nachbearbeitung erforderlich, solange die Absonderungshöhe gleich groß wie oder kleiner als 0,05 mm ist. Numerische Wertebereiche eines Versetzungsbetrags, der diese Bedingung erfüllt, sind beispielsweise wie nachfolgend beschrieben.
Folie A1: 0,4 mm oder mehr und 0,8 mm oder weniger
Folie B1: 0,4 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger
Folie A2: 0,6 mm oder mehr und 0,9 mm oder weniger
Folie B2: 0,5 mm oder mehr und 0,7 mm oder weniger
Aus 6 und 7 ist ersichtlich, dass eine zufriedenstellende Schneidqualität unter Verwendung des Versetzungsbetrags innerhalb solcher numerischer Bereiche verwirklicht wurde.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben wurde, können die Laserbearbeitungsvorrichtung und das Laserbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für alle Laserbearbeitungsvorgänge an einem Werkstück, an das eine Schutzfolie gehaftet ist, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Laseroszillator
2: PR-Spiegel
3: Biegungsspiegel
4: Strahloptimierungseinheit
5: Biegungsspiegel
6: Biegungsspiegel
7: Bearbeitungslinse
8: Düse
9: Bearbeitungstisch
30: Bearbeitungskopf
50: Steuereinrichtung
60: Laserstrahlbestrahlungsabschnitt
100: Laserbearbeitungsvorrichtung
DR: Bereich
ER: Bereich
G: Hilfsgas
JP: Verbindungsabschnitt
L: Laserstrahl
NER: Bereich
S: Schutzfolie
W: Werkstück
Wb: Hintere Oberfläche
Wa: Vordere Oberfläche
WR1: Erster Bereich
WR2: Zweiter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 06-198461 [0007]
WO 2007/000915 [0007]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend: einen Bestrahlungsabschnitt, der dafür eingerichtet ist, einen Laser auf eine vordere Oberfläche eines Werkstücks aufzubringen, das eine hintere Oberfläche, an die eine Schutzfolie gehaftet ist, und die vordere Oberfläche an einer der hinteren Oberfläche gegenüberliegenden Seite aufweist; und einen Steuerabschnitt, der dafür eingerichtet ist, den Bestrahlungsabschnitt zu steuern, um einen Bereich zwischen einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich an dem Werkstück zu schneiden, wobei der Steuerabschnitt in einem ersten Zeitabschnitt bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen ersten Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück auf eine solche Weise durchführt, dass ein Zustand, in dem der erste Bereich durch den zweiten Bereich an dem Werkstück gehalten ist, beibehalten wird, und in einem zweiten Zeitabschnitt nach dem ersten Zeitabschnitt bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt einen zweiten Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks innerhalb eines Bereichs zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück durchführt, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, weil ein Teil der Schutzfolie in dem ersten Schneidvorgang geschmolzen wurde, um den ersten Bereich zusammen mit in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich zu trennen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der zweite Bereich um den ersten Bereich herum an dem Werkstück angeordnet ist und der Steuerabschnitt in dem ersten Zeitabschnitt als den ersten Schneidvorgang bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt das Werkstück in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück auf eine solche Weise schneidet, dass ein Bereich, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, in einer Ringform zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück ausgebildet wird, während ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs an dem Werkstück belassen wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Steuerabschnitt in dem zweiten Zeitabschnitt als den zweiten Schneidvorgang bewirkt, dass der Bestrahlungsabschnitt das Werkstück in einem ringförmigen Muster schneidet, das ein von einem Muster für das Schneiden in dem ersten Schneidvorgang an dem Werkstück zu einer Seite des zweiten Bereichs um einen Betrag, der kleiner als eine Breite des Bereichs ist, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, versetztes Muster beinhaltet, um den ersten Bereich zusammen mit den in dem ersten Schneidvorgang an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich zu trennen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Steuerabschnitt eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt und eine Ausgabe des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Ausgabe des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Steuerabschnitt eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt und eine Ausgabe des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Ausgabe des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Steuerabschnitt eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt und eine Ausgabe des Lasers in dem zweiten Zeitabschnitt kleiner als eine Ausgabe des Lasers in dem ersten Zeitabschnitt einstellt.
Laserbearbeitungsverfahren zum Aufbringen eines Lasers auf eine vordere Oberfläche eines Werkstücks, das eine hintere Oberfläche, an die eine Schutzfolie gehaftet ist, und die vordere Oberfläche an einer der hinteren Oberfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, und Schneiden eines Bereichs zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück, wobei der zweite Bereich um den ersten Bereich herum an dem Werkstück angeordnet ist, und das Laserbearbeitungsverfahren umfasst: einen ersten Schneidschritt zum Schneiden des Werkstücks in einem Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück auf eine solche Weise, dass ein Bereich, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, in einer Ringform zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich an dem Werkstück ausgebildet wird, während ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs an dem Werkstück belassen wird; und einen zweiten Schneidschritt zum Schneiden des Werkstücks in einem ringförmigen Muster, das ein von einem Muster für das Schneiden in dem ersten Schneiden an dem Werkstück zu einer Seite des zweiten Bereichs um einen Betrag, der kleiner als eine Breite des Bereichs ist, in dem die hintere Oberfläche freigelegt ist, versetztes Muster beinhaltet, um den ersten Bereich zusammen mit in dem ersten Schneiden an der hinteren Oberfläche anhaftenden Absonderungen von dem zweiten Bereich zu trennen.