TW201433397A - 加工裝置及加工方法 - Google Patents

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Tsugumaru Yamashita
Saneyuki Goya
Makoto Yamasaki
Ryu Suzuki
Kohei Kanaoka
Takashi Ishide
Toshiya Watanabe
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Abstract

本發明提供一種能夠以簡單之構成進行更高精度之加工之加工裝置及加工方法。加工裝置包括照射頭16及控制裝置，照射頭16可分割成準直光學系統、雷射回旋部35、及聚光光學系統37。雷射回旋部35包括第1稜鏡51、第2稜鏡52、第1旋轉機構53、及第2旋轉機構54。控制裝置至少基於被加工構件之熱影響層與雷射之回旋數之關係，控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數與相位角之差。

Description

加工裝置及加工方法
本發明係關於一種對加工對象之構件照射雷射而進行加工之加工裝置及加工方法。
作為對被加工構件進行切割或開孔等加工之加工裝置，存在使用雷射之加工裝置(例如，參照專利文獻1及專利文獻2)。專利文獻1及專利文獻2所記載之加工裝置係藉由對被加工構件照射雷射，而對被加工構件進行切割或開孔。又，於專利文獻1中記載有一種雷射加工方法，其係對被加工構件照射至少2種波長之雷射光而進行孔加工者，且包括如下步驟：沿著孔之內周照射點徑小於孔徑之第1雷射光而進行加工；以及對較孔之內周更靠內側照射點徑小於孔徑且波長長於第1雷射光之第2雷射光；藉由後步驟，對在前步驟中未被加工而剩餘之部分進行加工。又，於專利文獻1中記載有組合檢流計鏡(galvanometer mirror)並使第1雷射光之照射位置偏移之裝置。於專利文獻2中記載有：設為於保持透鏡之結構體設置線圈，於基座設置永久磁鐵之構成，藉由驅動線圈而使透鏡旋轉運動，從而使聚光點回旋。
又，於本案之申請人之前所申請之專利文獻3中記載有如下加工裝置，其包括CO2雷射振盪器及準分子雷射振盪器，將CO2雷射束與準分子雷射束用作兩個雷射，藉由照射CO2雷射束進行塑膠構件或FRP(fiber reinforced plastics，纖維強化塑膠)構件之切割或開孔之 後，繼而，對其切割面及附近照射準分子雷射束，而去除於該切割面產生之碳化層或熱影響層。關於專利文獻3所記載之加工裝置，記載有：將準分子雷射束設為其橫截面為環狀之雷射束，將CO2雷射束插通至該雷射束之中空部，使兩個雷射束之光軸相同之後，以相同之傳輸路徑傳輸兩個雷射束，將其等引導至塑膠構件或FRP構件之切割或開孔加工部之附近，於該附近再次將兩個雷射束分離。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-110598號公報
[專利文獻2]日本專利第2828871號公報
[專利文獻3]日本專利第2831215號公報
如專利文獻1及專利文獻2所記載之加工裝置般，藉由使雷射之照射位置回旋，可適當對被加工構件進行加工。又，如專利文獻3所記載之加工裝置般，藉由使用兩個雷射，可適當對被加工構件進行加工。然而，專利文獻1至專利文獻3所記載之加工裝置存在如下問題：為了提高加工精度，必須使裝置構成變得複雜。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種能夠以簡單之構成進行更高精度之加工之加工裝置及加工方法。
為了解決上述問題並達成目的，本發明之加工裝置之特徵在於，其係對被加工構件照射雷射而進行加工處理者，且包括：照射頭，其對上述被加工構件照射上述雷射，且包含將上述雷射準直之準直光學系統、使上述雷射相對於上述被加工構件而回旋之雷射回旋部、及使利用上述雷射回旋部而回旋之上述雷射聚光之聚光光學系 統；及控制裝置，其控制上述照射頭之動作；上述照射頭可分割成上述準直光學系統、上述雷射回旋部、及上述聚光光學系統，上述雷射回旋部包括：第1稜鏡，其使上述雷射折射；第2稜鏡，其配置於與上述第1稜鏡相對面之位置，且使自該第1稜鏡輸出之上述雷射折射；第1旋轉機構，其使上述第1稜鏡旋轉；及第2旋轉機構，其使上述第2稜鏡旋轉；上述控制裝置至少基於上述被加工構件之熱影響層之容許厚度與照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數之關係，控制上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構，調整上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭之上述準直光學系統、上述雷射回旋部及上述聚光光學系統一體地連接。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭包括：反射光學系統，其使上述雷射回旋部之上述雷射之光路與上述聚光光學系統之上述雷射之光路偏移；及割出機構，其將自上述反射光學系統輸出之上述雷射之光路之角度調整為對於上述被加工構件之割出角度。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述割出機構包括：割出軸，其與上述反射光學系統連接；及中空馬達，其供上述割出軸旋轉自如地內插，且旋轉驅動該割出軸。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭包含檢測上述雷射之焦點與上述被加工構件之間距之間距檢測器件。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述間距檢測器件包含拍攝上述被加工構件之加工部位之拍攝器件。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭包含冷卻上述雷射回旋部之冷卻機構。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之外形為多邊形狀。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述第1稜鏡之入射面相對於上述雷射之光軸而傾斜，上述第2稜鏡之出射面相對於上述雷射之光軸而傾斜。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭於內部包含輔助氣體供給配管。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述照射頭包含切除照射至上述被加工構件之雷射之能量分佈中之低谷之低谷切除光學系統。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述加工處理包含切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形中之至少1種。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述熱影響層包含再熔融層、氧化層、裂痕(crack)、浮渣(dross)中之至少1種。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述被加工構件含鎳鉻合金(Inconel，註冊商標)、赫史特合金(Hastelloy，註冊商標)、不鏽鋼、陶瓷(ceramic)、鋼、碳鋼、耐熱鋼、陶瓷品(ceramics)、矽、鈦、鎢、樹脂、塑膠、纖維強化塑膠、複合材料、Ni基耐熱合金中之任一種材料製成。
又，於上述加工裝置中，較佳為上述控制裝置至少基於上述被加工構件之上述熱影響層之容許厚度、照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數、及上述雷射之回旋半徑之關係，控制上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構，而調整上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
為了解決上述問題並達成目的，本發明之加工方法之特徵在於，其係使用上述加工裝置，對被加工構件照射雷射而進行加工處理者，且包括：輸出步驟，其輸出上述雷射；決定步驟，其至少基於上述被加工構件之熱影響層之容許厚度與照射至上述被加工構件之上述 雷射之回旋數之關係，決定上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差；旋轉步驟，其使上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構以所決定之轉數與相位角之差旋轉；以及照射步驟，其使上述雷射一面回旋一面對上述被加工構件進行照射。
又，於上述加工方法中，較佳為每次環繞時將相對於上述被加工構件而回旋之上述雷射之功率進行調變。
又，於上述加工方法中，較佳為以多階段對上述被加工構件進行加工。
又，於上述加工方法中，較佳為對上述被加工構件開設非真圓之孔。
又，於上述加工方法中，較佳為檢測孔之真圓度，基於所檢測出之真圓度算出使所照射之上述雷射成為真圓之上述第1稜鏡與上述第2稜鏡之相位角之差，根據所算出之相位角之差控制上述第1稜鏡與上述第2稜鏡，修正開設於上述被加工構件之孔之真圓度進行。
又，於上述加工方法中，較佳為檢測上述雷射之焦點與上述被加工構件之間距，基於所檢測出之間距算出開設錐孔或直孔之上述焦點與上述被加工構件之相對位置，將上述焦點與上述被加工構件設為算出之相對位置，照射上述雷射而對上述被加工構件開設錐孔或直孔。
又，於上述加工方法中，較佳為於材質不同之交界部分非真圓地將上述雷射照射至上述被加工構件，而對上述被加工構件開設傾斜之孔。
又，於上述加工方法中，較佳為上述決定步驟係至少基於上述被加工構件之上述熱影響層之容許厚度、照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數、及上述雷射之回旋半徑之關係，決定上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
根據本發明之加工裝置及加工方法，可將照射頭分割成準直光學系統、雷射回旋部及聚光光學系統，故而發揮可使照射頭小型化，可使加工裝置更加小型化之效果。又，僅改變第1稜鏡與第2稜鏡之相位角之差便使照射至被加工構件之雷射之回旋半徑成為可變，故而發揮可設為簡單之構成之效果。又，藉由控制第1稜鏡與第2稜鏡之相位角之差而使照射至被加工構件之雷射之回旋半徑成為可變，能夠以更適合加工條件之回旋半徑進行加工處理。藉此，發揮可滿足所要求之加工品質，能夠以高速進行更高精度之加工之效果。
10‧‧‧加工裝置
12‧‧‧雷射振盪器
14‧‧‧引導光學系統
16‧‧‧照射頭
16a‧‧‧照射頭罩
20‧‧‧加工平台
22‧‧‧X軸移動機構
24‧‧‧C軸旋轉機構
26‧‧‧Y軸移動機構
28‧‧‧Z軸移動機構
30‧‧‧控制裝置
32‧‧‧門形橋接器
34‧‧‧準直光學系統
35‧‧‧雷射回旋部
36‧‧‧反射光學系統
37‧‧‧聚光光學系統
38‧‧‧噴嘴
39‧‧‧割出機構
40‧‧‧拍攝器件
41‧‧‧間距檢測器件
42‧‧‧支持構件
42a‧‧‧輔助氣體供給配管
51‧‧‧第1稜鏡
51a、52a‧‧‧入射面
51b、52b‧‧‧出射面
52‧‧‧第2稜鏡
53‧‧‧第1旋轉機構
54‧‧‧第2旋轉機構
55、76‧‧‧冷卻機構
55a‧‧‧冷卻套
55b、55c‧‧‧連接部
56、57‧‧‧稜鏡固持器
58‧‧‧第1主軸
59‧‧‧第1中空馬達
60‧‧‧第2主軸
61‧‧‧第2中空馬達
62、63‧‧‧軸承
64、66‧‧‧中空轉子
65、67‧‧‧定子
68‧‧‧編碼器
69‧‧‧識別碼
70‧‧‧檢測部
71‧‧‧第1反射鏡
72‧‧‧第2反射鏡
73‧‧‧筒部
74‧‧‧噴嘴安裝部
75‧‧‧接頭部
77‧‧‧透光構件
78‧‧‧冷卻介質供給源
78a、78b‧‧‧冷卻介質配管
79‧‧‧輔助氣體供給源
79a‧‧‧氣體配管
81‧‧‧割出軸
81a‧‧‧輔助氣體供給配管
82‧‧‧中空馬達
83‧‧‧割出角度檢測器件
84‧‧‧軸承
85‧‧‧中空轉子
86‧‧‧定子
91‧‧‧焊條
92‧‧‧增厚金屬線
a、b、c、d、f‧‧‧箭頭
D、Da‧‧‧照射寬度
Fa、Fb‧‧‧孔徑
IC‧‧‧假想圓
IP、IPa、IPb‧‧‧照射位置
L、La、Lb‧‧‧雷射
Lc‧‧‧低谷
LD‧‧‧焦點深度
OA‧‧‧光軸
P‧‧‧中心
R、Ra、Rb‧‧‧回旋半徑
TH‧‧‧厚度
TR、TRa、TRb‧‧‧軌跡
W‧‧‧被加工構件
W1‧‧‧陶瓷層
W2‧‧‧金屬層
W3‧‧‧一被加工構件
W4‧‧‧另一被加工構件
Wa‧‧‧熱影響層
Wb、Wc、Wc1、Wc2、Wc3‧‧‧孔
Wb1‧‧‧導孔
Wb2‧‧‧正式孔
Wd‧‧‧錐孔
We‧‧‧傾斜之孔
Wf‧‧‧焊接部
Wg‧‧‧增厚部
Wh‧‧‧表面改質部
WT‧‧‧板厚
α‧‧‧傾斜角
圖1係表示第1實施形態之加工裝置之構成例之模式圖。
圖2係表示第1實施形態之照射頭之概略構成之說明圖。
圖3係將第1實施形態之照射頭之自雷射回旋部至噴嘴之部分放大而表示之放大模式圖。
圖4係表示冷卻套之構成例之模式圖。
圖5係照射至被加工構件之雷射之照射位置之說明圖。
圖6係經開孔加工後之被加工構件之剖面之說明圖。
圖7係表示加工裝置之控制動作之一例之流程圖。
圖8係加工裝置所照射之雷射之照射動作之說明圖。
圖9係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。
圖10係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。
圖11係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。
圖12係表示分成複數次進行開孔加工時之雷射之軌跡之一例之模式圖。
圖13係表示對照射至被加工構件之雷射之軌跡進行真圓修正時之一例之模式圖。
圖14係表示對照射至被加工構件之雷射之軌跡進行真圓修正並且進行回旋半徑修正時之一例之模式圖。
圖15係開孔加工中之錐形修正之動作之說明圖。
圖16係經傾斜開孔加工後之薄板狀之被加工構件之剖面之說明圖。
圖17係傾斜開孔加工時之動作之說明圖。
圖18係連續開孔時之動作之說明圖。
圖19係將稜鏡之相位角設定為零時之動作之說明圖。
圖20係雷射之能量分佈之低谷切除之說明圖。
圖21係利用加工裝置之切割加工之動作之說明圖。
圖22係經切割加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。
圖23係利用加工裝置之焊接加工之動作之說明圖。
圖24係經焊接加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。
圖25係利用加工裝置之包覆加工之動作之說明圖。
圖26係經包覆加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。
圖27係利用加工裝置之表面改質加工之動作之說明圖。
圖28係經表面改質加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。
圖29係表示第2實施形態之照射頭之概略構成之說明圖。
圖30係表示利用加工裝置之被加工構件之加工例之圖。
圖31係自相反側觀察圖30所示之被加工構件之圖。
參照圖式，對用以實施本發明之形態(實施形態)進行詳細說明。並非由以下之實施形態所記載之內容而限定本發明。又，於以下所記載之構成要素中包含本領域技術人員可容易設想者及實質上相同者。進而，可適當組合以下所記載之構成。又，可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行構成之各種省略、置換或變更。
[第1實施形態]
圖1係表示第1實施形態之加工裝置之構成例之模式圖。
如圖1所示，加工裝置10包括雷射振盪器12、引導光學系統14、照射頭16、加工平台20、X軸移動機構22、C軸旋轉機構24、Y軸移動機構26、Z軸移動機構28及控制裝置30。加工裝置10包含包圍加工平台20之門型橋接器32。加工裝置10對保持於加工平台20上之被加工構件W照射雷射，而對被加工構件W進行加工。此處，於本實施形態中，將加工平台20之水平面設為XY平面，將與加工平台20之水平面正交之方向設為Z軸方向。又，於本實施形態中，將繞著Z軸之旋轉方向設為C軸方向。
此處，被加工構件W例如為板狀之構件。作為被加工構件W，可使用由各種材料、例如鎳鉻合金(註冊商標)、赫史特合金(註冊商標)、不鏽鋼、陶瓷、鋼、碳鋼、耐熱鋼、陶瓷品、矽、鈦、鎢、樹脂、塑膠、Ni基耐熱合金等所製成之構件。又，作為被加工構件W，亦可使用由碳纖維強化塑膠(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)、玻璃纖維強化塑膠(GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics)、玻璃長纖維強化塑膠(GMT：Glass-mat Reinforced Thermoplastics)等纖維強化塑膠、除鋼板以外之鐵合金、鋁合金等各種金屬、各種複合材料等製成之構件。又，於本實施形態中，加工處理係切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、及雷射積層造形中之任一者，亦可組合該等加工。
雷射振盪器12係輸出雷射之裝置，並設於加工裝置10之門型橋接器32。雷射振盪器12例如可使用將光纖作為介質而輸出雷射之光纖雷射輸出裝置、或輸出短脈衝之雷射之短脈衝雷射輸出裝置等。作為光纖雷射輸出裝置，例如可使用法布里-柏羅(Fabry-Perot)型光纖雷射輸出裝置或環型光纖雷射輸出裝置，藉由激發該等輸出裝置而使雷射 振盪。光纖雷射輸出裝置之光纖例如可使用添加有鉺(Er)、釹(Nd)、鐿(Yb)等稀土類元素之二氧化矽玻璃。作為短脈衝雷射輸出裝置，例如可使用鈦藍寶石雷射作為雷射之振盪源，可振盪脈衝寬度為100皮秒以下之脈衝。又，亦可使用YAG(Yttrium-Aluminum-Garnate，釔-鋁-石榴石)雷射或YVO4(釩酸釔)雷射等進行奈秒級脈衝振盪之雷射。
引導光學系統14係將自雷射振盪器12輸出之雷射向照射頭16引導之光學系統。於本實施形態中，引導光學系統14例如為光纖。引導光學系統14係一端部與雷射振盪器12之雷射出射口連接，另一端部與照射頭16之雷射入射端連接。引導光學系統14自雷射振盪器12之雷射出射口向照射頭16之入射端對雷射進行導光。
照射頭16使由引導光學系統14引導之雷射回旋並且照射至被加工構件W。又，照射頭16藉由利用稜鏡使雷射折射，而使折射前之雷射之光路與照射至被加工構件W之雷射之光路偏移(offset)。進而，照射頭16使雷射聚光，而照射至被加工構件W。又，照射頭16由照射頭罩16a覆蓋。關於照射頭16之構造，將於後文進行敍述。
加工平台20係保持載置於表面之被加工構件W之機構。加工平台20之保持被加工構件W之表面相對於基準面(例如，加工裝置10之設置面)為水平面(XY平面)。
X軸移動機構22係支持加工平台20之X軸平台，藉由使加工平台20於X軸方向上移動，而使被加工構件W移動至X軸方向之特定之位置。
C軸旋轉機構24配置於X軸移動機構22與加工平台20之間。亦即，C軸旋轉機構24支持於X軸移動機構22，且支持加工平台20。C軸旋轉機構24藉由使加工平台20於C軸方向上旋轉驅動，而使被加工構件W旋轉至C軸方向之特定之位置。
Y軸移動機構26支持Z軸移動機構28，並且使照射頭16於Y軸方向 上移動。藉此，Y軸移動機構26使照射頭16移動至Y軸方向之特定之位置。
Z軸移動機構28支持照射頭16，並且使照射頭16移動至Z軸方向之特定位置。
加工裝置10藉由使用X軸移動機構22、C軸旋轉機構24、Y軸移動機構26、Z軸移動機構28，於X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、C軸方向之四軸方向上使加工平台20與照射頭16相對地移動，而使被加工構件W與雷射之相對位置關係於四軸方向上移動。
控制裝置30分別連接於雷射振盪器12、照射頭16、X軸移動機構22、C軸旋轉機構24、Y軸移動機構26、及Z軸移動機構28，控制各部之動作。控制裝置30例如調整自雷射振盪器12輸出之雷射之各種條件，或者藉由X軸移動機構22、C軸旋轉機構24、Y軸移動機構26、及Z軸移動機構28使照射頭16及加工平台20移動而調整照射頭16相對於被加工構件W之位置，或者根據被加工構件W之條件(材質、厚度等)或加工處理之條件檢測並設定熱影響層之容許厚度，或者控制自照射頭16照射至被加工構件W之雷射之下述回旋數或回旋半徑R。
其次，使用圖2至圖5，對照射頭16進行說明。圖2係表示第1實施形態之照射頭之概略構成之說明圖。圖3係將第1實施形態之照射頭之自雷射回旋部至噴嘴之部分放大而表示之放大模式圖。圖4係表示冷卻套之構成例之模式圖。圖5係照射至被加工構件之雷射之照射位置之說明圖。
如圖2及圖3所示，照射頭16包括準直光學系統34、雷射回旋部35、反射光學系統36、聚光光學系統37、噴嘴38、割出機構39、拍攝器件40、間距檢測器件41、及支持構件42。照射頭16於自引導光學系統14輸出之雷射L之光路上，自上游側起朝向下游側依序配置有準直光學系統34、雷射回旋部35、反射光學系統36、聚光光學系統37、及 噴嘴38。照射頭16可分別分割成準直光學系統34、雷射回旋部35、反射光學系統36、及聚光光學系統37。照射頭16將自引導光學系統14輸出之雷射L朝向與噴嘴38相對面之被加工構件W進行照射。
準直光學系統34與引導光學系統14之供出射雷射L之端面相對向而配置。亦即，準直光學系統34配置於引導光學系統14與雷射回旋部35之間。準直光學系統34包含準直透鏡等，使自引導光學系統14輸出之雷射L成為準直光，而向雷射回旋部35出射。
如圖2及圖5所示，雷射回旋部35使雷射L圍繞光路之中心P旋轉，於被加工構件W使照射雷射亦即雷射L之照射位置IP回旋。如圖3所示，雷射回旋部35包括第1稜鏡51、第2稜鏡52、第1旋轉機構53、第2旋轉機構54、及冷卻機構55。
第1稜鏡51使雷射L折射，而相對於光軸OA傾斜。第2稜鏡52使由第1稜鏡51折射後之雷射L再次折射，而控制聚光之位置。藉此，通過雷射回旋部35後之雷射L以相對於通過前之雷射L之光路而偏移之光路而輸出。
如圖2及圖4所示，第1稜鏡51包括：入射面51a，其供雷射L入射；及出射面51b，其供雷射L出射。又，第1稜鏡51例如其外形為八邊形狀。第1稜鏡51固定於稜鏡固持器56。稜鏡固持器56例如具有對應於第1稜鏡51之外形之八邊形狀之保持孔，且利用該保持孔保持第1稜鏡51。
入射面51a係相對於光軸OA略微傾斜之平坦面。入射面51a相對於光軸OA之斜度未達1°。亦即，入射面51a可於自引導光學系統14輸出之雷射L入射時，使由入射面51a反射之雷射L自光軸OA偏移。藉此，第1稜鏡51可抑制自入射面51a朝向引導光學系統14而反射之雷射L之反射量，從而可抑制朝向雷射振盪器12之出射口而反射之雷射之量。
出射面51b係使出射之雷射L折射之傾斜之平坦面。藉此，第1稜鏡51使自引導光學系統14輸出之雷射L折射，使其相對於光軸OA而傾斜。
第2稜鏡52包括：入射面52a，其供雷射L入射；及出射面52b，其供雷射L出射。又，第2稜鏡52例如其外形為八邊形狀。第2稜鏡52固定於稜鏡固持器57。稜鏡固持器57例如具有對應於第2稜鏡52之外形之八邊形狀之保持孔，且利用該保持孔保持第2稜鏡52。
入射面52a係使自第1稜鏡51輸出之雷射L折射之傾斜之平坦面。藉此，第2稜鏡52使由第1稜鏡51折射後之雷射L再次折射，而控制聚光之位置。即，第2稜鏡52使通過雷射回旋部35後之雷射L之光路相對於通過雷射回旋部35之前之雷射L之光路偏移並輸出。
出射面52b係相對於由入射面52a折射後之雷射L之光軸略微傾斜之平坦面。出射面52b相對於由入射面52a折射後之雷射L之光軸之斜度未達1°。亦即，出射面52b可於自第1稜鏡51輸出之雷射L出射時，使由出射面52b反射之雷射L自經入射面52a折射後之雷射L之光軸偏移。藉此，第2稜鏡52可抑制自出射面52b朝向引導光學系統14而反射之雷射L之反射量，從而抑制朝向雷射振盪器12之出射口而反射之雷射L之量。
如圖3所示，第1旋轉機構53包括：第1主軸58，其保持第1稜鏡51；及第1中空馬達59，其於內部供第1主軸58插入且使該第1主軸58旋轉。第2旋轉機構54包括：第2主軸60，其保持第2稜鏡52；及第2中空馬達61，其於內部供第2主軸60插入且使該第2主軸60旋轉。第1旋轉機構53與第2旋轉機構54可相互同步旋轉及相對旋轉。
第1主軸58與第2主軸60係雷射L之光路之部分為中空之筒狀構件。於第1主軸58上，於雷射L之前進方向之前側固定稜鏡固持器56。於第2主軸60上，於雷射L之前進方向之後側固定稜鏡固持器57。第1 主軸58與第2主軸60經由軸承62及軸承63予以支持。軸承62及軸承63例如為滾珠軸承等滾動軸承。
第1中空馬達59包括：中空轉子64，其固定於第1主軸58之外周面；及定子65，其與中空轉子64相對向而配置。第1中空馬達59使第1稜鏡51與第1主軸58一併旋轉。第2中空馬達61包括：中空轉子66，其固定於第2主軸60之外周面；及定子67，其與中空轉子66相對向而配置。第2中空馬達61使第2稜鏡52與第2主軸60一併旋轉。第1稜鏡51與第2稜鏡52可相互同步旋轉及相對旋轉。
又，第1旋轉機構53及第2旋轉機構54分別包含編碼器68，該編碼器68檢測旋轉部(第1主軸58及中空轉子64、第2主軸60及中空轉子66)與固定部(定子65、定子67)之相對位置、轉數。編碼器68包括：識別碼69，其固定於上述旋轉部側；及檢測部70，其固定於上述固定部側，且檢測識別碼69。編碼器68藉由利用檢測部70檢測識別碼69，可檢測上述旋轉部之相對位置。編碼器68將檢測出之上述旋轉部之轉數及旋轉位置(相位角)之資訊輸出至控制裝置30。又，作為編碼器68，例如較佳為使用以數千分之一度(0.001度以下)之解析度檢測旋轉位置(相位角)之檢測機器。
又，第1旋轉機構53與第2旋轉機構54可改變第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差。藉此，如圖5所示，可使雷射照射點偏心至自旋轉軸之光路之中心P偏離相當於對應於第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差之距離之照射位置IP。於一面維持該第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，一面使第1旋轉機構53與第2旋轉機構54以同一旋轉週期同步旋轉之情形時，雷射照射點描繪回旋半徑R之圓軌道。又，於使第1稜鏡51與第2稜鏡52非同步旋轉(以不同旋轉週期旋轉)之情形時，可增減雷射照射點之回旋半徑，並且使雷射照射點回旋，亦可描繪任意之曲線軌道。
再者，於本實施形態中，所謂第1中空馬達59與第2中空馬達61之相位角之差，係指第1中空馬達59與第2中空馬達61之旋轉位置(相位角)之相對偏移之角度。又，所謂第1中空馬達59與第2中空馬達61之相位角之差之誤差，係指第1中空馬達59與第2中空馬達61之相位之偏移之角度之誤差。
又，所謂回旋半徑R，如圖2及圖5所示，係指自光路之中心P起至照射至被加工構件W之雷射L之照射位置IP之距離，且係指照射至被加工構件W之雷射L繞中心P回旋之半徑。藉由改變第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，而改變照射至被加工構件W之雷射L之回旋半徑R，故而回旋半徑R為可變。所謂回旋數，係指照射至被加工構件W之雷射L之照射位置IP每單位時間圍繞中心P回旋之次數。
如圖3及圖4所示，冷卻機構55包含冷卻套55a。冷卻套55a於稜鏡固持器56及稜鏡固持器57之周圍包圍有冷卻介質流路。冷卻套55a自與冷卻介質供給源78之冷卻介質供給配管78a連接之連接部55b供給冷卻介質(箭頭a方向)，自與冷卻介質供給源78之冷卻介質排出配管78b連接之連接部55c排出冷卻介質(箭頭b方向)。又，冷卻套55a包含溫度感測器。藉此，冷卻套55a基於自溫度感測器向控制裝置30輸出之檢測溫度信號，調整自冷卻介質供給源78供給之冷卻介質之溫度或流量，從而將第1稜鏡51及第2稜鏡52維持為特定之溫度。
如圖2及圖3所示，反射光學系統36包括：第1反射鏡71，其反射通過雷射回旋部35之雷射L；第2反射鏡72，其再次反射由第1反射鏡71反射後之雷射L；筒部73；及噴嘴安裝部74。反射光學系統36藉由第1反射鏡71與第2反射鏡72，而將自雷射回旋部35輸出之雷射L朝向聚光光學系統37反射。亦即，反射光學系統36使雷射回旋部35之雷射L之光路與聚光光學系統37之雷射L之光路偏移。第2反射鏡72為半反射鏡，可利用拍攝器件40拍攝被加工構件W之加工部位。筒部73與噴 嘴安裝部74由接頭部75連結。
聚光光學系統37包含複數個透鏡，藉由該等複數個透鏡，使由第2反射鏡72反射後之雷射L聚光，而形成成為特定之焦點距離、焦點深度之雷射L。聚光光學系統37對被加工構件W照射特定之點徑之雷射L。又，聚光光學系統37包含冷卻機構76。冷卻機構76例如係用以冷卻上述複數個透鏡之冷卻套等。
噴嘴38為直徑隨著朝向雷射L之前進方向之前側而逐漸縮小之中空之圓錐形狀。噴嘴38介隔聚光光學系統37而安裝至噴嘴安裝部74。噴嘴38包含用以防止因於被加工構件W之加工點產生之濺射等而使聚光光學系統37污損之透光構件77。又，噴嘴38自輔助氣體供給源79供給輔助氣體，可向被加工構件W噴射該輔助氣體。
於本實施形態中，輔助氣體例如可使用空氣、氮氣、氧氣、氬氣、氙氣、氦氣、或該等之混合氣體。於將可將氧化反應熱用於加工處理之氧氣用作輔助氣體之情形時，可進一步提高對金屬等被加工構件W之加工速度。又，於將抑制作為熱影響層之氧化被膜之產生之氮氣或氬氣等用作輔助氣體之情形時，可進一步提高對金屬等被加工構件W之加工精度。輔助氣體之氣體種類、混合比、及自噴嘴38之噴出量(壓力)等可根據被加工構件W之種類或加工模式等加工條件而改變。
割出機構39包括割出軸81、中空馬達82、及割出角度檢測器件83。割出軸81連結於噴嘴安裝部74，與噴嘴安裝部74一體旋轉。於割出軸81形成有用以對噴嘴安裝部74內供給輔助氣體之輔助氣體供給配管81a(內部配管)。割出軸81由軸承84可繞Y軸旋轉地支持。軸承84例如為靜壓軸承(流體軸承)。中空馬達82包括：中空轉子85，其固定於割出軸81之外周面；及定子86，其與中空轉子85相對向而配置。
中空馬達82能夠以割出軸81為旋轉中心使安裝於噴嘴安裝部74 之噴嘴38繞割出軸81(箭頭d方向)搖頭地驅動。即，中空馬達82使噴嘴38可繞Y軸搖頭地驅動。藉此，割出機構39可使反射光學系統36之噴嘴安裝部74以割出軸81為旋轉中心旋轉，且伴隨該旋轉，使配置於割出軸81之同軸上之第2反射鏡72旋轉，故而即便變更割出角度，亦可自噴嘴38照射由第2反射鏡72反射後之雷射L。又，割出機構39使噴嘴安裝部74及噴嘴38一體地搖頭，故而可抑制搖頭部分之大型化。
割出角度檢測器件83包含檢測旋轉部(割出軸81及中空轉子85)與固定部(定子86)之相對位置(割出角度)之編碼器。編碼器將檢測到之上述旋轉部之割出角度之資訊輸出至控制裝置30。如此，於使用割出機構39之情形時，加工裝置10可藉由使用X軸移動機構22、C軸旋轉機構24、Y軸移動機構26、Z軸移動機構28、及割出機構39，於包含X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、C軸方向、搖頭方向之5軸方向上使加工平台20與照射頭16相對移動，而於5軸方向上使被加工構件W與所照射之雷射L之相對位置關係移動。
拍攝器件40例如係具有CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)影像感測器等之相機。拍攝器件40拍攝雷射L之照射位置IP或回旋半徑R等，自該拍攝所得之圖像產生圖像資料，並對控制裝置30輸出圖像資料。拍攝器件40於隔著噴嘴安裝部74與噴嘴38相對向之位置安裝於噴嘴安裝部74。拍攝器件40配置於與光路之中心P為同軸上。
間距檢測器件41係使用雷射光之間距測定裝置。間距檢測器件41檢測照射至被加工構件W之雷射L之焦點與被加工構件W之間距。間距檢測器件41將檢測到之間距輸出至控制裝置30。間距檢測器件41連結於拍攝器件40，且配置於與光路之中心P為同軸上。
支持構件42支持於Y軸移動機構26。支持構件42支持雷射回旋部35與割出機構39。又，於支持構件42形成有用以對噴嘴安裝部74內供給輔助氣體之輔助氣體供給配管42a(內部配管)。藉此，輔助氣體自 輔助氣體供給源79經由氣體配管79a被輸送至支持構件42之輔助氣體供給配管42a，通過輔助氣體供給配管42a被輸送至割出機構39之中空馬達82之內部空間，自該內部空間被輸送至割出軸81之輔助氣體供給配管81a，自輔助氣體供給配管81a被輸送至噴嘴安裝部74內，自噴嘴安裝部74內通過聚光光學系統37被輸送至噴嘴38，自噴嘴38朝向被加工構件W而噴射。
其次，使用圖5至圖7，對利用加工裝置10之加工處理進行說明。圖5係照射至被加工構件之雷射之照射位置之說明圖。圖6係經開孔加工後之被加工構件之剖面之說明圖。圖7係表示加工裝置之控制動作之一例之流程圖。
首先，如圖7所示，加工裝置10(控制裝置30)決定加工模式(步驟ST1)。例如，加工裝置10確認由操作員等作業人員輸入之表示執行切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形中之哪一個之操作，基於所確認之操作，決定加工模式。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定被加工構件W之材質或厚度(步驟ST2)。例如，加工裝置10(控制裝置30)確認由作業人員輸入之輸入被加工構件W之材質或厚度之操作，基於所確認之操作，決定被加工構件W之材質或厚度。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定加工條件(步驟ST3)。例如，加工裝置10(控制裝置30)確認由作業人員輸入之輸入於在步驟ST1所決定之加工模式中施加至被加工構件W之加工處理之位置或形狀、深度等加工條件之操作，基於所確認之操作，決定施加至被加工構件W之加工處理之位置或形狀、深度等加工條件。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定熱影響層Wa(參照圖6)之容許厚度(步驟ST4)。例如，加工裝置10(控制裝置30)分別獲取於步驟 ST1中所決定之加工模式，於步驟ST2中所決定之被加工構件W之材質或厚度，於步驟ST3中所決定之加工條件，參照決定加工模式、被加工構件W之材質或厚度、加工條件、及熱影響層Wa之容許厚度之相關關係之控制圖(加工條件控制圖)，決定熱影響層Wa之容許厚度。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定雷射L之容許回旋數、容許回旋半徑(步驟ST5)。例如，加工裝置10(控制裝置30)基於在步驟ST4中所決定之熱影響層Wa之容許厚度，參照決定熱影響層Wa之厚度TH(參照圖6)、雷射L之回旋數、及回旋半徑R之相關關係之控制圖(回旋條件控制圖)，決定不使熱影響層Wa之厚度TH超過容許厚度之雷射L之容許回旋數範圍及容許回旋半徑範圍。再者，於步驟ST5中，於在步驟ST1中所決定之加工模式為開孔加工之情形時，回旋半徑R並非必須，故而亦可僅決定回旋數。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數、相位角之差(步驟ST6)。例如，加工裝置10(控制裝置30)將包含於在步驟ST5中所決定之雷射L之容許回旋數範圍之回旋數決定為第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數。進而，加工裝置10(控制裝置30)參照決定雷射L之回旋半徑R與第1稜鏡51及第2稜鏡52之相位角之差之相關關係之控制圖(相位角控制圖)，將包含於在步驟ST5中所決定之雷射L之容許回旋半徑範圍之相位角之差決定為第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定雷射輸出(步驟ST7)。例如，加工裝置10(控制裝置30)獲取於步驟ST4中所決定之熱影響層Wa之容許厚度，參照決定熱影響層Wa之厚度TH與雷射L之輸出之相關關係之控制圖(雷射輸出控制圖)，選擇雷射L之峰值輸出及脈衝寬度，而決定雷射輸出。
其次，加工裝置10(控制裝置30)決定輔助氣體噴射條件(步驟 ST8)。例如，加工裝置10(控制裝置30)獲取於步驟ST4中所決定之熱影響層Wa之容許厚度，參照決定熱影響層Wa之容許厚度與輔助氣體之氣體種類、壓力、混合比等之相關關係之控制圖(氣體條件控制圖)，根據該氣體條件控制圖選擇輔助氣體之氣體種類、壓力、混合比等，而決定輔助氣體之噴射條件。
其次，加工裝置10(控制裝置30)對被加工構件W執行加工(步驟ST9)。例如，加工裝置10(控制裝置30)基於在步驟ST8中所決定之輔助氣體噴射條件，自輔助氣體供給源79供給輔助氣體並自噴嘴38噴射，基於在步驟ST7中所決定之雷射輸出使雷射振盪器12振盪而出射雷射L，同時基於在步驟ST6中所決定之轉數與相位角之差調整第1中空馬達59及第2中空馬達61之旋轉，對被加工構件W照射雷射L，而執行加工。藉由上述步驟ST1至步驟ST9，加工裝置10(控制裝置30)對被加工構件W實施加工處理。
此處，於在步驟ST1中所決定之加工模式為開孔加工之情形時，於步驟ST9中，自雷射振盪器12出射之雷射L經由引導光學系統14入射至照射頭16之入射端，如圖2、圖5及圖6所示，藉由因於步驟ST6中所決定之轉數與相位角之差而於箭頭c方向上旋轉之第1稜鏡51及第2稜鏡52而折射，而照射至自與折射前之雷射L之光軸OA成為同軸之光路之中心P偏心之位置。若於該狀態下使第1稜鏡51與第2稜鏡52以相同旋轉週期旋轉，則雷射照射點會圍繞與折射前之雷射L之光軸OA成為同軸之旋轉軸之光路之中心P回旋，使雷射L之照射位置IP於以中心P為回旋中心之假想圓IC上移動，從而對被加工構件W開設孔Wb。再者，於在步驟ST1中所決定之加工模式為開孔加工之情形時，孔徑大致由設定值而決定。與此相對，於焊接加工、包覆加工等中，熱影響層Wa或正面、背面之飛濺物量之控制除使用回旋數外，亦可使用回旋半徑R。
其次，使用圖8至圖20，對利用加工裝置10之雷射L之照射動作進行說明。圖8係加工裝置所照射之雷射之照射動作之說明圖。圖9係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。圖10係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。圖11係表示加工裝置所照射之雷射之軌跡之一例之模式圖。圖12係表示分為複數次進行開孔加工時之雷射之軌跡之一例之模式圖。圖13係表示對照射至被加工構件之雷射之軌跡進行真圓修正時之一例之模式圖。圖14係表示對照射至被加工構件之雷射之軌跡進行真圓修正並且進行回旋半徑修正時之一例之模式圖。圖15係開孔加工中之錐形修正之動作之說明圖。圖16經傾斜開孔加工後之薄板狀之被加工構件之剖面之說明圖。圖17係傾斜開孔加工時之動作之說明圖。圖18係連續開孔時之動作之說明圖。圖19係將稜鏡之相位角設定為零時之動作之說明圖。圖20係雷射之能量分佈之低谷切除之說明圖。
於以固定週期ON(接通)/OFF(斷開)而對被加工構件W照射雷射L之情形時，如圖8所示，加工裝置10較佳為將雷射L之ON/OFF之週期設為照射位置IP之回旋週期之非整數倍。即，加工裝置10藉由使雷射L之ON/OFF之週期與照射位置IP之回旋週期錯開，可於第一周將雷射L照射至照射位置IPa，於第二周將雷射L照射至照射位置IPb。亦即，加工裝置10於第三周以後亦同樣地可藉由重複雷射L之ON/OFF，依序使照射位置錯開。藉此，加工裝置10使雷射L之照射位置於每次環繞時偏移，從而可對被加工構件W之加工對象之區域高效率地照射雷射L。
又，於使第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差連續地變化並且使第1稜鏡51及第2稜鏡52旋轉之情形時，如圖9所示，加工裝置10可以逐漸遠離中心P之螺旋狀之軌跡TR對被加工構件W照射雷射L。藉此，加工裝置10藉由螺旋狀地照射雷射L，即便對於具有雷射L不易 射入之厚度之被加工構件W，亦可精度良好地進行加工。
同樣地，如圖10及圖11所示，加工裝置10亦可以橢圓狀或心狀之軌跡TR對被加工構件W照射雷射L。亦即，加工裝置10藉由使第1稜鏡51及第2稜鏡52旋轉，並且使第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差連續地變化，可改變雷射L之回旋半徑R，從而以各種軌跡TR對被加工構件W照射雷射L。即，加工裝置10藉由控制第1稜鏡51與第2稜鏡52之旋轉及相位角之差，可以各種形狀之軌跡TR對被加工構件W照射雷射L。
又，於根據光學上之理論值算出適合施加至被加工構件W之加工處理之雷射L之回旋半徑R之後，考慮熱影響層Wa而對其回旋半徑R進行修正之情形時，如圖12所示，加工裝置10於第一周以小於開孔加工之目標孔之孔徑之圓形狀之軌跡TRa對被加工構件W照射雷射L，第二周以與開孔加工之目標孔之孔徑相同之大小之圓形狀之軌跡TRb對被加工構件W照射雷射L。於此情形時，較佳為將第一周之雷射L之回旋半徑Ra設為小於目標孔之回旋半徑，將第二周之雷射L之回旋半徑Rb設為根據光學上之理論值算出用以開設目標孔之回旋半徑之後於目標孔以使熱影響層Wa之厚度TH成為容許厚度之範圍內之方式進行修正後之回旋半徑。藉此，於雷射L最初照射至被加工構件W之第一周，熱之擴散會變大，但加工裝置10藉由於第一周開設小於目標孔之孔可抑制熱之擴散，且於第二周開設目標孔。亦即，加工裝置10可於第一周進行粗加工，於第二周進行精加工，故而可以高精度進行加工。
又，於雷射L之軌跡TR接近真圓之情形時(於對真圓度進行修正之情形時)，如圖13所示，加工裝置10對被加工構件W開設導孔Wb1之後，根據利用拍攝器件40拍攝導孔Wb1所得之圖像資料檢測該導孔Wb1之真圓度，基於所檢測到之真圓度，算出使雷射L之照射位置IP 之軌跡TR成為真圓之第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差之變化圖案(回旋之雷射L之一週期中之相位角之差之連續變動)，根據所算出之相位角之差之變化圖案旋轉控制第1稜鏡51與第2稜鏡52，藉此，使雷射L以真圓形狀回旋並且照射至被加工構件W。藉此，加工裝置10可將正式孔Wb2開設成真圓形狀。
又，於對雷射L之軌跡TR進行真圓修正，同時對孔徑進行修正(孔徑修正)之情形時，如圖14所示，加工裝置10根據利用拍攝器件40所拍攝之導孔Wb1之圖像資料檢測該導孔Wb1之真圓度與大小(孔徑)，基於所檢測到之真圓度與孔徑，算出使雷射L之照射位置IP之軌跡TR成為特定之孔徑之真圓之第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差之變化圖案(回旋之雷射L之一週期中之相位角之差之連續變動)，根據所算出之相位角之差之變化圖案旋轉控制第1稜鏡51與第2稜鏡52，藉此，使雷射L以特定之大小之真圓形狀回旋並且照射至被加工構件W。藉此，加工裝置10可以特定之大小將正式孔Wb2開設成真圓形狀。
又，於開設孔徑隨著朝向雷射L之照射方向之前側而逐漸變大之錐孔Wd之情形時，如圖15所示，加工裝置10可藉由間距檢測器件41檢測雷射L之焦點與被加工構件W之間距，基於所檢測到之間距，藉由Z軸移動機構28調整Z軸方向之相對位置而設為雷射L之照射位置IP與該雷射L之焦點之後，使用焦點深度LD深於被加工構件W之板厚WT之雷射L，可使照射位置IP圍繞回旋之中心P以回旋半徑R於箭頭c方向上回旋，並且照射至被加工構件W。藉此，加工裝置10可開設背面側之孔徑Fb大於被加工構件W之正面側(即雷射L之照射側)之孔徑Fa之錐孔Wd。
又，於開設孔徑隨著朝向雷射L之照射方向之前側而逐漸變小之錐孔Wd之情形時，加工裝置10可基於所檢測到之間距，藉由Z軸移動 機構28調整Z軸方向之相對位置，而將雷射L之焦點設為被加工構件W之背面側之後，使照射位置IP圍繞回旋之中心P以回旋半徑R於箭頭c方向上回旋，並且照射至被加工構件W。藉此，加工裝置10可開設正面側之孔徑Fa大於被加工構件W之背面側之孔徑Fb之錐孔Wd。亦即，加工裝置10基於藉由間距檢測器件41所檢測到之間距，藉由Z軸移動機構28控制被加工構件W之Z軸方向之相對位置，藉此，可開設所需之形狀之錐孔Wd。
又，於對錐孔Wd之錐形狀進行修正(錐形修正)之情形時，加工裝置10基於所檢測到之間距，藉由Z軸移動機構28控制被加工構件W之Z軸方向之相對位置，藉此，可開設被加工構件W之正面側之孔徑Fa與背面側之孔徑Fb成為相同大小之孔Wb(參照圖6)。亦即，加工裝置10亦可基於藉由間距檢測器件41所檢測到之間距，將錐孔Wd修正為直孔。
又，於對包含複數個不同材料之層之被加工構件W開設傾斜之孔We之情形時，例如，於對包含陶瓷層W1與金屬層W2之薄板狀之被加工構件W開設傾斜角α傾斜20°至40°之孔We之情形時，如圖16及圖17所示，加工裝置10藉由割出機構39將噴嘴38之割出角度設為20°至40°，於陶瓷層W1中，使所照射之雷射L之回旋數相對地延遲，而提高照射位置IP中之每單位時間之能量，從而進行開孔加工。又，加工裝置10於金屬層W2中，使所照射之雷射L之回旋數相對地加快，而降低照射位置IP中之每單位時間之能量，從而進行開孔加工。藉此，加工裝置10可抑制熱影響層Wa之厚度TH，並且對導熱性相對較低之陶瓷層W1開孔，可抑制熱影響層Wa之厚度TH，並且對導熱性相對較高之金屬層W2開孔。進而，加工裝置10可縮短陶瓷層W1及金屬層W2之各者之開孔所需之時間。
又，加工裝置10於陶瓷層W1與金屬層W2之交界附近，使照射至 金屬層W2側之雷射L之軌跡TR成為相對小於照射至陶瓷層W1側之雷射L之軌跡TR之非真圓形狀。藉此，加工裝置10可抑制金屬層W2之熱影響層Wa之厚度TH，從而可抑制開孔加工速度與陶瓷層W1相比相對較快之金屬層W2之開孔之前進速度。亦即，加工裝置10可同樣地對陶瓷層W1與金屬層W2開孔。即，加工裝置10可進行以適合陶瓷層W1及金屬層W2之各者之加工條件加工之多階段加工，從而可開設一直線狀地貫通陶瓷層W1及金屬層W2之加工品質較高之直孔。
又，加工裝置10於上述多階段加工中，藉由使用適合各階段之氣體種類之輔助氣體，能夠以更適合之加工條件對被加工構件W進行加工處理。
又，加工裝置10於對薄板狀之被加工構件W傾斜開孔時，藉由進行上述錐形修正，可容易地開設直孔。
又，於在被加工構件W上隔開間隔開設複數個孔Wc之情形時，如圖18所示，加工裝置10藉由進給機構(X軸移動機構22、Y軸移動機構26、Z軸移動機構28)將被加工構件W移動至開孔位置，於該開孔位置使上述進給機構停止，同時對被加工構件W照射雷射L而形成孔Wc1，再次藉由上述進給機構將被加工構件W移動至下一開孔位置，於下一開孔位置使上述進給機構停止，同時對被加工構件W照射雷射L而形成孔Wc2，再次藉由上述進給機構將被加工構件W移動至下一開孔位置，於下一開孔位置使上述進給機構停止，同時對被加工構件W照射雷射L而形成孔Wc3，以後亦同樣地重複而連續地開孔。亦即，加工裝置10可僅藉由來自照射頭16之雷射L之照射進行開孔加工，故而可於開孔時停止上述進給機構之機械動作。即，加工裝置10藉由將上述進給機構之機械動作之停止時間設為雷射L之照射時間，可縮短上述進給機構之機械動作之停止時間，故而可縮短上述進給機構之等待時間(停止時間)。藉此，加工裝置10可使加工動作高速化， 故而可縮短加工時間。
又，加工裝置10於在被加工構件W上隔開間隔開設複數個孔Wc之情形時，使雷射L以使被加工構件W移動之方向(XY平面中之任意之方向)側之回旋半徑R相對較短之橢圓形狀回旋並照射，藉此，亦可不使上述進給機構停止，而使被加工構件W連續地移動並且連續地開設大致真圓(包含真圓)之孔Wc。
又，如圖19所示，加工裝置10藉由將第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差設為0°，可將中心P與照射位置IP之偏移量設為零。又，加工裝置10可於中心P與照射位置IP之偏移量為零之狀態下，使第1稜鏡51與第2稜鏡52之轉數同步而旋轉。藉此，即使因雷射振盪器12或引導光學系統14、準直光學系統34等之光學上之極小之偏移，而於照射位置IP，於雷射L之能量分佈上產生偏差，因而有時強度相對較低之雷射La與強度相對較高之雷射Lb自中心P偏移而照射，亦可使強度相對較低之雷射La與強度相對較高之雷射Lb圍繞中心P於箭頭c方向上回旋。即，加工裝置10可將照射位置IP之雷射L之點內之能量密度平均化，故而可使於雷射L之點(照射位置IP)之外周部之能量不均均一化，從而可對被加工構件W照射使能量不均經均一化後之雷射L。亦即，加工裝置10於切割加工等時，不會發生對切割面賦予影響之雷射L之點之外周部之能量不均，故而即便改變切割方向(加工路徑)亦可維持加工品質(切割面品質)。同樣地，加工裝置10例如於焊接加工時，即便改變焊接方向(加工路徑)亦可維持加工品質(焊接品質)。
又，如圖20所示，加工裝置10藉由將照射至被加工構件W之雷射L之能量分佈(亦即，雷射L之照射方向之剖面之能量分佈)之低谷Lc切除之低谷切除光學系統設置於照射頭16，可相對提高照射至被加工構件W之雷射L之點之外周部之能量。藉此，加工裝置10可使孔Wb(孔Wc、錐孔Wd、傾斜之孔We)之緣端部或切割面之緣端部等變得銳 利，從而可提高加工品質。作為低谷切除光學系統，例如可使用藉由光圈遮蔽雷射回旋部35之雷射L之光路之一部分者，或利用照射頭16之殼體遮蔽雷射L之光路之一部分者。
又，加工裝置10可藉由拍攝器件40觀察被加工構件W上之加工部位，並且利用間距檢測器件41檢測所照射之雷射L之焦點與被加工構件W之間距而進行加工處理，故而可容易地進行加工調整作業等。
又，於加工裝置10中，第1旋轉機構53由第1中空馬達59驅動，第2旋轉機構54由第2中空馬達61驅動，割出機構39由中空馬達82驅動，故而於第1旋轉機構53、第2旋轉機構54、割出機構39之各者並無背隙(backlash)，因此，可高精度地控制利用第1旋轉機構53及第2旋轉機構54之第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，從而可高精度地控制利用割出機構39之噴嘴38之割出角度。藉此，加工裝置10可高精度地控制照射至被加工構件W之雷射L之回旋半徑R，從而可高精度地控制照射至被加工構件W之雷射L之割出角度。
又，於加工裝置10中，輔助氣體供給配管42a及輔助氣體供給配管81a係設置於照射頭16之內部之內部配管，故而可防止自被加工構件W之加工部位飛濺之濺射之附著，從而防止輔助氣體供給配管42a及輔助氣體供給配管81a之破損。
又，加工裝置10較佳為每次環繞時對相對於被加工構件W而回旋之雷射L之功率進行調變。例如，加工裝置10為了抑制熱影響層Wa之擴展，於每次環繞時調變對被加工構件W之加工部位之雷射L之功率(輸出)。加工裝置10藉由例如使用脈衝調變、線性調變、高頻重疊調變等作為雷射L之輸出之調變，而輸出適合施加至被加工構件W之加工處理之雷射L。藉此，加工裝置10可使對被加工構件W之加工品質穩定化。
又，加工裝置10較佳為將第1中空馬達59與第2中空馬達61之相 位角之差之誤差設為0.1°以內。亦即，加工裝置10較佳為將第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差之誤差設為0.1°以內。於此情形時，控制裝置30基於自編碼器68輸出之第1主軸58及第2主軸60之轉數與旋轉位置(相位角)，將於上述步驟ST6中所決定之第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差之誤差設為0.1°以內。藉此，雖亦取決於第1稜鏡51及第2稜鏡52之光學特性，加工裝置10可將回旋半徑R之偏移設為數十μm以內，從而可對被加工構件W精度良好地照射雷射L而進行加工。
又，於加工裝置10中，若雷射L之輸出頻率未達1kHz，則較佳為使第1稜鏡51及第2稜鏡52以20rpm以上而旋轉，若雷射L之輸出頻率為1kHz以上，則較佳為使第1稜鏡51及第2稜鏡52以200rpm以上而旋轉。亦即，於加工裝置10中，若雷射L之輸出頻率未達1kHz，則較佳為將照射至被加工構件W之雷射L之回旋數設為20rpm以上，若雷射L之輸出頻率為1kHz以上，則較佳為將照射至被加工構件W之雷射L之回旋數設為200rpm以上。
加工裝置10藉由根據雷射L之輸出頻率調節第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數，可更高速地進行加工，進而可進一步提高加工精度。即，加工裝置10於雷射L之輸出頻率相對較高之情形時，由於照射至被加工構件W之雷射L之能量變得相對較高，故而使雷射L相對高速地回旋，於雷射L之輸出頻率相對較低之情形時，由於照射至被加工構件W之雷射L之能量變得相對較低，故而使雷射L相對低速地回旋。又，藉由使照射至被加工構件W之雷射L相對高速地回旋，可於固定範圍內均勻地照射雷射L，從而可抑制雷射L之輸出集中於一部分。藉此，加工裝置10變得易於進行熱影響層Wa之厚度TH之控制，亦可提高加工精度。又，藉由使照射至被加工構件W之雷射L相對高速地回旋，即便將雷射L相對地設為高輸出亦可抑制熱影響(熱損傷之影響)，抑制熱影響層Wa之厚度TH，從而維持加工品質並且使加工速度 高速化。
又，加工裝置10藉由使用鋼板等金屬材料作為被加工構件W，可較佳地進行切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工或雷射積層造形，並且可使切割面成為更佳之形狀。藉此，加工裝置10可提高加工精度。又，加工裝置10藉由一面使雷射L回旋一面進行照射，可抑制雷射L之輸出集中於一部分，故而可使用高輸出之雷射L，因此，可較佳地用於焊接加工或包覆加工，亦可較佳地用於耐熱性較高之材料。
又，加工裝置10利用第1中空馬達59旋轉驅動第1旋轉機構53，利用第2中空馬達61旋轉驅動第2旋轉機構54，故而可使第1中空馬達59及第2中空馬達61之徑向成為小型化，故而可使照射頭16小型化。亦即，可抑制加工裝置10之大型化。
又，加工裝置10藉由控制裝置30決定第1旋轉機構53及第2旋轉機構54之轉數，可使熱影響層Wa之厚度TH成為容許厚度以下並且對被加工構件W進行加工。
其次，使用圖21至圖28，對利用加工裝置10之其他加工例進行說明。圖21係利用加工裝置之切割加工之動作之說明圖。圖22係經切割加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。圖23係利用加工裝置之焊接加工之動作之說明圖。圖24係經焊接加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。圖25係利用加工裝置之包覆加工之動作之說明圖。圖26係經包覆加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。圖27係利用加工裝置之表面改質加工之動作之說明圖。圖28係經表面改質加工後之被加工構件之熱影響層之說明圖。
加工裝置10於加工模式為切割加工之情形時，如圖21及圖22所示，藉由使照射頭16於XY平面(水平面)中之任意之方向即箭頭f方向上進行掃描，而使雷射L如軌跡TR般一面回旋一面於箭頭f方向上進 行照射，可將熱影響層Wa之厚度TH抑制為容許厚度以下。藉此，加工裝置10可將雷射L以照射寬度D照射至被加工構件W，從而以照射寬度D切割被加工構件W。又，加工裝置10藉由控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數，可控制照射至被加工構件W之雷射L之回旋數，從而控制熱影響層Wa之厚度TH之容許厚度。
又，加工裝置10於加工模式為焊接加工之情形時，如圖23及圖24所示，藉由一面使照射頭16於箭頭f方向(XY平面中之任意之方向)上進行掃描，一面對雷射L之照射位置IP供給焊條91等，而使雷射L如軌跡TR般一面回旋一面於箭頭f方向上進行照射。藉此，加工裝置10例如可利用焊接部Wf焊接I形等溝槽形狀之一被加工構件W3與另一被加工構件W4。又，加工裝置10藉由控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數，可控制照射至一被加工構件W3與另一被加工構件W4之溝槽之雷射L之回旋數，從而控制熱影響層Wa之厚度TH之容許厚度。
又，加工裝置10於加工模式為包覆加工之情形時，如圖25及圖26所示，藉由一面使照射頭16於箭頭f方向(XY平面中之任意之方向)上進行掃描，一面對雷射L之照射位置IP供給增厚金屬線92等，而使雷射L如軌跡TR般一面回旋一面於箭頭f方向上進行照射。藉此，加工裝置10可於被加工構件W上形成增厚部Wg。又，加工裝置10藉由控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數，可控制照射至被加工構件W之雷射L之回旋數，從而控制熱影響層Wa之厚度TH之容許厚度。
又，加工裝置10於加工模式為表面改質加工之情形時，如圖27及圖28所示，藉由使照射頭16於箭頭f方向(XY平面中之任意之方向)上進行掃描，而使雷射L如軌跡TR般一面回旋一面於箭頭f方向上進行照射。藉此，加工裝置10藉由將雷射L以照射寬度Da照射至被加工構件W，例如可使被加工構件W之表面平滑化，或使被加工構件W之表面之材料粒子微細化，從而形成對被加工構件W之表面進行改質後 所得之表面改質部Wh。又，加工裝置10藉由控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數，可控制照射至被加工構件W之雷射L之回旋數，從而控制熱影響層Wa之厚度TH之容許厚度。
於本實施形態中，被加工構件W之熱影響層Wa包含因照射至被加工構件W之雷射L而形成之再熔融層、氧化層、裂痕、浮渣中之至少1種。再熔融層係於加工時，因雷射L之照射而使被加工構件W之固體液體化，並再次固體化而成之層。再熔融層係根據加工模式而不同，於為開孔加工、切割加工之情形時，並非形成於雷射L之照射方向(前進方向)之前端之層，而係於與雷射L之照射方向(前進方向)正交之方向上所形成之層，且係形成於藉由照射雷射L而形成之孔Wb之內周面或經切割後之被加工構件W之切割面者。又，再熔融層於加工模式為焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形之情形時，係形成於雷射L之照射方向(前進方向)之前端和與照射方向正交之方向之層，且係形成於藉由照射雷射L而形成之焊接部Wf之周圍或下側、增厚部Wg之周圍或下側、表面改質部Wh之周圍或下側者。
氧化層於被加工構件W為金屬等之情形時，係當將氧氣用作輔助氣體時，形成於被加工構件W之孔Wb之內周面或切割面之氧化被膜。裂痕係因雷射L之照射而使被加工構件W急速加熱，於該急速加熱時產生於被加工構件W之孔Wb之內周面或切割面之微細之裂縫(微裂痕)。浮渣係於被加工構件W之開孔時或切割時等經液體化後之材料成為熔融物，附著於被加工構件W之孔Wb之內周面或切割面而固體化之附著物。被加工構件W之熱影響層Wa之厚度TH包含再熔融層之厚度、氧化被膜之厚度、裂縫之深度、附著物之厚度。
容許厚度係當對被加工構件W實施包含切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形中之 至少1種之加工處理時，孔Wb之內周面、切割部分或焊接部Wf之熱影響層Wa之厚度TH、增厚部Wg或表面改質部Wh之熱影響層Wa之厚度TH等在作為實施加工處理後之製品之被加工構件W中可容許之範圍內之厚度。
又，容許厚度係根據加工模式而不同，於開孔加工、切割加工之情形時，係與雷射L之照射方向(前進方向)正交之方向之長度。又，容許厚度於加工模式為焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形之情形時，係雷射L之照射方向(前進方向)之長度、及與雷射L之照射方向正交之方向之長度。
[第2實施形態]
其次，對第2實施形態之照射頭16進行說明。圖29係表示第2實施形態之照射頭之概略構成之說明圖。第2實施形態之照射頭16之基本構成與第1實施形態之加工裝置10之照射頭16相同，故而省略同一部分之構成之說明。於第2實施形態之照射頭16中，準直光學系統34、雷射回旋部35、聚光光學系統37之各者之雷射L之光路直線狀(同軸上)地排列且一體地連結。
如圖29所示，照射頭16包括準直光學系統34、雷射回旋部35、聚光光學系統37、及噴嘴38。照射頭16於自引導光學系統14輸出之雷射L之光路上，自上游側朝向下游側，依序配置有準直光學系統34、雷射回旋部35、聚光光學系統37、及噴嘴38。照射頭16將自引導光學系統14輸出之雷射L朝向配置於與噴嘴38相對面之位置之被加工構件W而照射。
雷射回旋部35包括：中空筒狀之第1主軸58，其由第1旋轉機構53旋轉驅動，且支持第1稜鏡51；及中空筒狀之第2主軸60，其由第2旋轉機構54旋轉驅動，且支持第2稜鏡52。藉此，照射頭16使雷射L圍繞光路之中心P旋轉，而使照射至被加工構件W之雷射L之照射位置IP 回旋。
又，照射頭16藉由控制第1旋轉機構53及第2旋轉機構54之轉數、以及第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，可配合加工模式等改變照射至被加工構件W之雷射L之回旋半徑R、回旋數及軌跡TR等。
又，照射頭16包括用以冷卻第1稜鏡51及第2稜鏡52之冷卻機構55、用以冷卻聚光光學系統37之冷卻機構76、拍攝器件40、及間距檢測器件41等，藉由控制第1稜鏡51與第2稜鏡52之轉數或相位角之差，可進行與上述第1實施形態之照射頭16相同之加工。
[實驗例]
此處，對使用加工裝置10對被加工構件W實施之開孔加工之實驗例進行說明。圖30係表示利用加工裝置之被加工構件之加工例之圖。圖31係自相反側觀察圖30所示之被加工構件之圖。
照射至被加工構件W之雷射L係將雷射峰值功率設為100W~20kW，將頻率設為5Hz~10kHz，將脈衝寬度設為1μs~100ms，將照射時間設為10ms~10S，將焦點距離設為40~400mm，將回旋數設為20~5000rpm。輔助氣體係使用壓力為0.1~1MPa之氧氣，亦可為空氣或氮氣，亦可為氬氣(Ar)或氙氣(Xe)等稀有氣體。又，被加工構件W係使用厚度為0.5~10mm之鎳鉻合金(註冊商標)。
將藉由加工裝置10以上述條件進行加工後之結果示於圖30及圖31。此處，圖30係表示被加工構件W之正面(雷射之入射側)，圖31係表示被加工構件W之背面。於本實驗例中，如圖30及圖31所示，於被加工構件W形成有孔Wb。可知：加工裝置10藉由以上述條件進行加工，即便雷射之照射時間為0.2S，於孔Wb之周圍變形或凹凸亦較少，可以較高之精度進行加工。
如上所述，根據實施形態之加工裝置10，可將照射頭16分割成準直光學系統34、雷射回旋部35、及聚光光學系統37，故而發揮可使 照射頭16小型化，可使加工裝置10更加小型化之效果。又，僅改變第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，便可改變照射至被加工構件W之雷射L之回旋半徑R，故而發揮可使加工裝置10即雷射加工裝置簡單且小型之效果。又，藉由控制第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，而改變照射至被加工構件W之雷射L之回旋半徑R，可以更適合加工模式或加工條件之回旋半徑R進行加工處理。藉此，發揮可滿足所要求之加工品質，可以高速進行更高精度之加工之效果。
再者，於上述實施形態中，加工裝置10係使用光纖雷射輸出裝置或短脈衝雷射輸出裝置，但並不限定於該等，只要為輸出可對被加工構件W實施加工處理之雷射L之雷射輸出裝置即可。藉此，加工裝置10可利用各種雷射輸出裝置，可根據加工用途使用適合之雷射輸出裝置。
又，光纖雷射輸出裝置亦可為使用連續波振盪(Continuous Wave Operation)或脈衝振盪(Pulsed Operation)中之任一方式之雷射輸出裝置。光纖雷射輸出裝置於連續波振盪之情形時，易於獲得高輸出，故而可較佳地用於切割加工或焊接加工等，於脈衝振盪之情形時，易於抑制熱影響，故而可較佳地用於微細加工等。
又，光纖雷射輸出裝置亦可使照射至被加工構件W之雷射L之剖面之光強度分佈為高斯模(單模)或多模。光纖雷射輸出裝置於高斯模之情形時，易於縮小照射位置IP之點徑，且易於獲得高輸出，故而可較佳地用於焊接加工、切割加工及極微細之開孔加工等，於多模之情形時，易於抑制對母材之熱影響，故而可較佳地用於表面改質加工、表面精加工及硬焊(brazing)加工等。
又，於上述實施形態中，加工裝置10係對板狀之被加工構件W進行加工，但被加工構件W之形狀並無特別限定，可設為各種形狀。又，加工裝置10亦可組合切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加 工、表面改質加工、表面精加工、及雷射積層造形而對被加工構件W實施加工處理。又，加工裝置10藉由控制雷射L之照射位置IP，亦可以具有臨界點之軌跡TR進行照射，或以具有彎曲形狀之軌跡TR進行照射。藉此，加工裝置10可對被加工構件W實施使雷射L一面回旋一面照射之各種加工處理。
又，加工裝置10可提高加工精度，故而較佳為使用鋼板等金屬材料作為被加工構件W，但並不限定於此，作為被加工構件W，只要由鎳鉻合金(註冊商標)、赫史特合金(註冊商標)、不鏽鋼、陶瓷、鋼、碳鋼、陶瓷品、矽、鈦、鎢、樹脂、塑膠、纖維強化塑膠、複合材料、Ni基耐熱合金中之至少任一種材料製成即可。又，加工裝置10可降低或去除熱影響(熱損傷之影響)，故而可用於必須降低或去除熱影響而進行加工之各種材料、複合材料。藉此，加工裝置10可對各種材料實施加工處理。
又，加工裝置10為了使雷射L之照射位置IP與被加工構件W之相對位置移動，既可使被加工構件W移動，亦可使照射頭16移動，亦可使被加工構件W與照射頭16移動。藉此，加工裝置10可以更高速對被加工構件W實施加工處理。
又，於上述實施形態中，對在被加工構件W上一面使雷射L回旋一面變更該雷射之回旋半徑R之加工裝置10進行了說明，但加工裝置10亦可於改變了所照射之雷射L之回旋半徑R之情形時，以使回旋之雷射之照射位置IP之移動速度(例如，假想圓IC上之線速度)成為固定之方式，控制第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數。藉此，加工裝置10可使照射至被加工構件W之雷射L之照射位置IP中之每單位時間之能量成為固定。
又，加工裝置10亦可以如下方式進行加工，即，利用拍攝器件40拍攝於被加工構件W開設之導孔，根據所拍攝之導孔之圖像資料測 定孔徑，根據所測定之孔徑與所照射之雷射L之條件(峰值輸出或脈衝寬度、回旋數、回旋半徑R等)推斷熱影響層Wa之厚度TH，根據所推斷之熱影響層Wa之厚度TH決定成為該熱影響層Wa之容許厚度之範圍之雷射L之回旋數與回旋半徑R，根據所決定之雷射L之回旋數與回旋半徑R利用控制裝置30控制第1中空馬達59及第2中空馬達61之轉數與相位角之差，而開設正式孔。藉此，加工裝置10可以使被加工構件W之熱影響層Wa之厚度TH成為容許厚度之範圍內之方式，更準確地進行控制。
又，加工裝置10亦可藉由割出機構39調整噴嘴38之割出角度，於與被加工構件W之表面正交之方向照射雷射L，藉此將錐孔Wd修正為直孔。
又，加工裝置10亦可藉由冷卻套等冷卻機構而冷卻準直光學系統34或反射光學系統36等。藉此，加工裝置10可抑制因雷射L而引起之透鏡或反射鏡等之溫度上升，故而可使照射頭16之光學特性穩定化，從而高精度地控制雷射L之照射位置IP。
又，於上述實施形態中，於加工裝置10中，間距檢測器件41係配置於與聚光光學系統37之聚光透鏡相對向之位置(正後方)，但只要為可檢測到雷射L之焦點與被加工構件W之間距之位置即可，故而亦可配置於照射頭16之其他位置。藉此，加工裝置10可根據裝置之形態變更間距檢測器件41之安裝位置。
又，於上述實施形態中，加工裝置10係將第1稜鏡51之入射面51a之斜度設為未達1°，將第2稜鏡52之出射面52b之斜度設為未達1°，但只要為不使由第1稜鏡51之入射面51a反射之雷射、及由第2稜鏡52之出射面52b反射之雷射到達至雷射振盪器12之出射口之斜度即可。藉此，加工裝置10可根據引導光學系統14之長度改變入射面51a及出射面52b之斜度。又，亦可以使入射面51a成為上述斜度之方式將第1稜 鏡51安裝至稜鏡固持器56，亦可以使出射面52b成為上述斜度之方式將第2稜鏡52安裝至稜鏡固持器57。
又，第1稜鏡51只要為與稜鏡固持器56之位置不偏移之形狀即可，故而並不限定於八邊形狀，亦可為六邊形狀至十一邊形狀，亦可為其以外之多邊形狀。第2稜鏡52亦同樣地，其外形只要為不產生與稜鏡固持器57之位置偏移之多邊形狀即可。藉此，加工裝置10可抑制第1稜鏡51與稜鏡固持器56之位置偏移，從而抑制第2稜鏡52與稜鏡固持器57之位置偏移，故而可高精度地控制第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差。
又，雖對以兩階段改變條件而對包含陶瓷層W1與金屬層W2之被加工構件W進行加工之方法進行了說明，但並不限定於此，例如，若為三層以上，則能夠以三階段改變條件而進行加工，若為多層，則能夠以多階段改變條件而進行加工(多階段加工)。又，除使用陶瓷層W1及金屬層W2以外，亦可使用各種材料。藉此，加工裝置10可以多階段對被加工構件W實施加工處理，從而可以適合被加工構件W之材質之加工條件進行加工。
又，低谷切除光學系統係利用光圈或照射頭16之殼體切除雷射L之能量分佈之低谷Lc，故而較佳為藉由冷卻套等冷卻機構冷卻光圈或照射頭16之殼體。加工裝置10切除作為雷射L所具有之能量中之百分之幾之低谷Lc之部分，故而可利用冷卻套等冷卻機構充分地冷卻光圈或照射頭16之殼體。藉此，加工裝置10可以簡單之構成提高照射至被加工構件W之雷射L之品質。
又，第1中空馬達59及第2中空馬達61中之至少一者亦可為超音波馬達。藉此，加工裝置10可容易地提高第1中空馬達59及第2中空馬達61之相位角(旋轉位置)之定位精度。
又，亦可增加照射至被加工構件W之雷射L之回旋數，或縮短雷 射L之脈衝寬度。藉此，加工裝置10可使熱影響層Wa之厚度TH更薄。
又，亦可參照決定被加工構件W上之自雷射L之照射位置IP之飛濺物之量與雷射L之回旋數之相關關係之控制圖(飛濺物控制圖)，決定第1稜鏡51及第2稜鏡52之轉數、以及第1稜鏡51與第2稜鏡52之相位角之差，根據所決定之轉數與相位角之差使第1中空馬達59及第2中空馬達61旋轉。藉此，加工裝置10可抑制熱影響層Wa之厚度TH與飛濺物之量。
又，於上述實施形態中，引導光學系統14為光纖，但並不限定於此，亦可組合反射鏡或透鏡，使雷射L反射或聚光等而引導至照射頭16。藉此，照射頭16可以各種形態之加工裝置而利用。
又，於上述實施形態中，對藉由X軸移動機構22而相對移動之加工平台20進行了說明，但加工平台20亦可為XY平台或XYZ平台等。又，亦可使照射頭16於XYZ之三方向上相對移動，亦可利用支臂支持照射頭16，使其除於XYZ之3軸方向上移動以外，亦於C軸方向上移動。藉此，照射頭16可用於各種形態之加工裝置。
16‧‧‧照射頭
35‧‧‧雷射回旋部
36‧‧‧反射光學系統
37‧‧‧聚光光學系統
38‧‧‧噴嘴
39‧‧‧割出機構
40‧‧‧拍攝器件
41‧‧‧間距檢測器件
42‧‧‧支持構件
42a‧‧‧輔助氣體供給配管
51‧‧‧第1稜鏡
52‧‧‧第2稜鏡
53‧‧‧第1旋轉機構
54‧‧‧第2旋轉機構
55、76‧‧‧冷卻機構
58‧‧‧第1主軸
59‧‧‧第1中空馬達
60‧‧‧第2主軸
61‧‧‧第2中空馬達
62、63‧‧‧軸承
64、66‧‧‧中空轉子
65、67‧‧‧定子
68‧‧‧編碼器
69‧‧‧識別碼
70‧‧‧檢測部
71‧‧‧第1反射鏡
72‧‧‧第2反射鏡
73‧‧‧筒部
74‧‧‧噴嘴安裝部
75‧‧‧接頭部
77‧‧‧透光構件
78‧‧‧冷卻介質供給源
78a、78b‧‧‧冷卻介質配管
79‧‧‧輔助氣體供給源
79a‧‧‧氣體配管
81‧‧‧割出軸
81a‧‧‧輔助氣體供給配管
82‧‧‧中空馬達
83‧‧‧割出角度檢測器件
84‧‧‧軸承
85‧‧‧中空轉子
86‧‧‧定子

Claims (23)

  1. 一種加工裝置，其特徵在於，其係對被加工構件照射雷射而進行加工處理者，且包括：照射頭，其對上述被加工構件照射上述雷射，且包含將上述雷射準直之準直光學系統、使上述雷射相對於上述被加工構件而回旋之雷射回旋部、及使利用上述雷射回旋部而回旋之上述雷射聚光之聚光光學系統；及控制裝置，其控制上述照射頭之動作；上述照射頭可分割成上述準直光學系統、上述雷射回旋部、及上述聚光光學系統，上述雷射回旋部包括：第1稜鏡，其使上述雷射折射；第2稜鏡，其配置於與上述第1稜鏡相對面之位置，且使自該第1稜鏡輸出之上述雷射折射；第1旋轉機構，其使上述第1稜鏡旋轉；及第2旋轉機構，其使上述第2稜鏡旋轉；上述控制裝置至少基於上述被加工構件之熱影響層之容許厚度與照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數之關係，控制上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構，而調整上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
  2. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭之上述準直光學系統、上述雷射回旋部及上述聚光光學系統一體地連接。
  3. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭包括：反射光學系統，其使上述雷射回旋部之上述雷射之光路與上述聚光光學系統之上述雷射之光路偏移；及割出機構，其將自上述反射光學系統輸出之上述雷射之光路之角度調整為對於上述被加工構件之割出角度。
  4. 如請求項3之加工裝置，其中上述割出機構包括：割出軸，其與上述反射光學系統連接；及中空馬達，其供上述割出軸旋轉自如地內插，且旋轉驅動該割出軸。
  5. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭包含檢測上述雷射之焦點與上述被加工構件之間距之間距檢測器件。
  6. 如請求項5之加工裝置，其中上述間距檢測器件包含拍攝上述被加工構件之加工部位之拍攝器件。
  7. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭包含冷卻上述雷射回旋部之冷卻機構。
  8. 如請求項1之加工裝置，其中上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之外形為多邊形狀。
  9. 如請求項1之加工裝置，其中上述第1稜鏡之入射面相對於上述雷射之光軸而傾斜，上述第2稜鏡之出射面相對於上述雷射之光軸而傾斜。
  10. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭於內部包含輔助氣體供給配管。
  11. 如請求項1之加工裝置，其中上述照射頭包含切除照射至上述被加工構件之雷射之能量分佈中之低谷之低谷切除光學系統。
  12. 如請求項1之加工裝置，其中上述加工處理包含切割加工、開孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改質加工、表面精加工、雷射積層造形中之至少1種。
  13. 如請求項1之加工裝置，其中上述熱影響層包含再熔融層、氧化層、裂痕、浮渣中之至少1種。
  14. 如請求項1之加工裝置，其中上述被加工構件含鎳鉻合金(註冊商標)、赫史特合金(註冊商標)、不鏽鋼、陶瓷、鋼、碳鋼、耐熱鋼、陶瓷品、矽、鈦、鎢、樹脂、塑膠、纖維強化塑膠、複合 材料、Ni基耐熱合金中之任一種材料製成。
  15. 如請求項1之加工裝置，其中上述控制裝置至少基於上述被加工構件之上述熱影響層之容許厚度、照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數、及上述雷射之回旋半徑之關係，控制上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構，而調整上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
  16. 一種加工方法，其特徵在於，其係使用如請求項1至15中任一項之加工裝置，對被加工構件照射雷射而進行加工處理者，且包括：輸出步驟，其輸出上述雷射；決定步驟，其至少基於上述被加工構件之熱影響層之容許厚度與照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數之關係，決定上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差；旋轉步驟，其使上述第1旋轉機構及上述第2旋轉機構以所決定之轉數與相位角之差旋轉；以及照射步驟，其使上述雷射一面回旋一面對上述被加工構件進行照射。
  17. 如請求項16之加工方法，其中每次環繞時將相對於上述被加工構件而回旋之上述雷射之功率進行調變。
  18. 如請求項16之加工方法，其係以多階段對上述被加工構件進行加工。
  19. 如請求項16之加工方法，其係對上述被加工構件開設非真圓之孔。
  20. 如請求項16之加工方法，其係檢測孔之真圓度，基於所檢測出之真圓度算出使所照射之上述雷射成為真圓之上述第1稜鏡與上述第2稜鏡之相位角之差，根據所算出之相位角之差控制上述第 1稜鏡與上述第2稜鏡，修正開設於上述被加工構件之孔之真圓度。
  21. 如請求項16之加工方法，其係檢測上述雷射之焦點與上述被加工構件之間距，基於所檢測出之間距算出開設錐孔或直孔之上述焦點與上述被加工構件之相對位置，將上述焦點與上述被加工構件設為算出之相對位置，照射上述雷射而對上述被加工構件開設錐孔或直孔。
  22. 如請求項16之加工方法，其係於材質不同之交界部分非真圓地將上述雷射照射至上述被加工構件，而對上述被加工構件開設傾斜之孔。
  23. 如請求項16之加工方法，其中上述決定步驟係至少基於上述被加工構件之上述熱影響層之容許厚度、照射至上述被加工構件之上述雷射之回旋數、及上述雷射之回旋半徑之關係，決定上述第1稜鏡及上述第2稜鏡之轉數與相位角之差。
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