專利名稱：進(jìn)行穿孔的激光加工方法及激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工方法及激光加工裝置，特別涉及在激光切割之前進(jìn)行用于在工件的切割開始點(diǎn)形成通孔的穿孔(piercing)的激光加工方法及激光加工裝置。
背景技術(shù)：
作為激光加工的一種的激光切割，一般是利用激光的熱來熔融工件、通過噴出輔助氣體去除工件的熔融物來進(jìn)行的。為了在激光的熱的基礎(chǔ)上還利用工件的燃燒熱，也有輔助氣體采用高純度氧氣的情況。在切割開始時(shí)，期望通過噴出輔助氣體，處于從與照射激光的工件的表面相反側(cè)的背面順利地除去熔融物的狀態(tài)。所以，在激光切割中已知在切割開始之前，進(jìn)行用于在工件的切割開始點(diǎn)形成通孔的所謂的穿孔。日本專利第3110504號(hào)公報(bào)(JP3110504B)中記載了通過以下兩個(gè)步驟進(jìn)行穿孔的激光加工方法，第一步驟為在使激光焦點(diǎn)從工件表面離開規(guī)定距離的狀態(tài)下，用比開孔 時(shí)的設(shè)定值高的激光輸出和輔助氣體氣壓在工件表面形成凹處，第二步驟為接下來，在使焦點(diǎn)向進(jìn)入工件內(nèi)部的方向移動(dòng)規(guī)定量的狀態(tài)下，用比第一步驟低的激光輸出和輔助氣體氣壓進(jìn)行開孔。并說明在第一步驟中，在工件表面上迅速形成直徑大并深度淺的凹處，在第二步驟，從凹處的底部連續(xù)進(jìn)行穿孔，從而能夠?qū)⑤o助氣體高效地向凹處供給，能夠穩(wěn)定且良好地進(jìn)行穿孔。還說明在第二步驟，在漸漸減小間隙量的同時(shí)，以在工件表面不發(fā)生爆炸的程度用設(shè)定成比第一步驟更低的激光輸出及輔助氣體氣壓進(jìn)行激光照射。日本特開2007-75878號(hào)公報(bào)(JP2007-75878A)中記載了一種激光加工方法，其具備用第一穿孔條件將激光束照射到被加工件上進(jìn)行穿孔加工的第一工序；在第一工序后將激光束的照射停止O. 5秒以上的第二工序；以及第二工序后，在第一工序中加工的部分上用第二穿孔條件照射激光束來完成穿孔加工的第三工序。并說明基于在第一工序中選擇的第一穿孔條件，到被加工件板厚的中途形成穿孔，在接下來的第二工序暫時(shí)停止照射光束，所以進(jìn)行到中途的氧化燃燒反應(yīng)被遮斷，在接下來的第三工序中再次照射激光束，但因?yàn)椴淮嬖谑Ｓ嗟臒崃枯斎耄阅軌蛐纬尚≈睆降拇┛?，以此能夠減少噴濺量的同時(shí)縮短加工時(shí)間。而且，在第一工序中在第一穿孔加工前噴射噴濺附著防止劑，在第二工序中噴射空氣及噴濺附著防止劑，在第三工序中在第二穿孔加工后噴射空氣，從而能夠防止穿孔周圍的噴灘的殘留和粘著。日本特開平7-9175號(hào)公報(bào)(JP7-9175A)中記載了如下的激光加工機(jī)的穿孔方法從工件上方較高的位置開始穿孔，以不噴起熔融金屬的方式變更加工條件，使加工頭下降到切割高度，在切割高度進(jìn)一步進(jìn)行穿孔，從而不會(huì)發(fā)生熔融金屬噴起地以短時(shí)間實(shí)施穿孔。日本特開平10-323781號(hào)公報(bào)(JP10-323781A)中記載了如下的激光加工方法在穿孔開始時(shí)將激光輸出設(shè)定為連續(xù)輸出，并在穿孔的進(jìn)行途中將激光輸出改變?yōu)槊}沖輸出進(jìn)行穿孔。在日本JP3110504B中記載的激光加工方法中，對(duì)第一步驟中形成的大直徑淺凹處的底部，在第二步驟中以在工件表面不發(fā)生爆發(fā)的程度用設(shè)定成比第一步驟低的激光輸出及輔助氣體壓力進(jìn)行開孔，所以很難縮短穿孔需要的時(shí)間。在日本JP2007-75878A中記載的激光加工方法中，能夠取得加工時(shí)間的縮短效果，但因?yàn)橛写┛字車鷼埩舨⒄持鴩姙R物的傾向，所以提供防止這種傾向的方法，而且需要用于冷卻的第二工序，所以加工時(shí)間的縮短效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
在進(jìn)行穿孔的激光加工方法以及激光加工裝置中，期望不被用于避免因加工點(diǎn)的過熱、加工點(diǎn)周邊附著的殘留熔融物引起的工件的持續(xù)燃燒(所謂的自燃)的加工條件(激光輸出等)限制，縮短穿孔所需的時(shí)間。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式為激光加工方法，具備在使焦點(diǎn)從工件的表面離開的狀態(tài)下對(duì)表面照射激光，在工件上形成具有在表面開口的筒狀內(nèi)周面及底面的有底孔的第一工序；以及對(duì)有底孔的開口的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體的一方面，不對(duì)開口的周邊區(qū)域噴射輔助氣體，并對(duì)有底孔的底面照射激光，形成貫通工件的通孔的第二工序。本發(fā)明的另一實(shí)施方式為激光加工裝置，具備加工頭，將從激光振蕩器射出來的激光進(jìn)行聚光并照射到工件W，且對(duì)該工件噴射輔助氣體；控制部，是控制加工頭的動(dòng)作的控制部，控制第一工序和第二工序，第一工序是在使焦點(diǎn)從工件的表面離開的狀態(tài)下對(duì)該表面照射激光，在該工件上形成具有在該表面開口的筒狀內(nèi)周面及底面的有底孔的工序，第二工序是對(duì)有底孔的開口的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體的一方面，不對(duì)開口的周邊區(qū)域噴射輔助氣體，并對(duì)有底孔的底面照射激光，形成貫通工件的通孔的工序。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法以及另一實(shí)施方式的激光加工裝置，對(duì)在第一工序中形成的特征形狀的有底孔，在第二工序中，僅對(duì)有底孔的開口的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體，從而使得有底孔的開口的周邊區(qū)域不會(huì)暴露在輔助氣體中。因此，在第二工序中，加工條件(激光輸出等)不會(huì)限制在用于避免自燃的上限值便能形成通孔，從而能夠縮短穿孔所需時(shí)間。


通過與附圖相關(guān)的以下的實(shí)施方式的說明，本發(fā)明的目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)會(huì)更加清楚。在附圖中圖I是簡要地表示一個(gè)實(shí)施方式的激光加工裝置的構(gòu)成的圖。圖2是說明一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的第一工序的圖，是簡要地表示相對(duì)于工件進(jìn)行加工噴嘴的定位的準(zhǔn)備狀態(tài)的圖。圖3是說明該第一工序的圖，是簡要地表示在工件的表面上照射激光的狀態(tài)的圖。圖4是說明該第一工序的圖，是簡要地表示在工件的表面上形成有底孔的狀態(tài)的圖。圖5是說明一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法的第二工序的圖，是簡要地表示相對(duì)于工件進(jìn)行加工噴嘴的定位的準(zhǔn)備狀態(tài)的圖。圖6是說明該第二工序的圖，是簡要地表示在有底孔的底面照射激光的狀態(tài)的圖。圖7是說明該第二工序的圖，是簡要地表示在工件上形成通孔的狀態(tài)的圖。圖8是表示第一工序中的加工噴嘴的間隙和有底孔的開口直徑及加工時(shí)間之間的關(guān)系的圖表。圖9是表示第一工序中加工噴嘴的間隙和有底孔的形狀之間的關(guān)系的有底孔的照片及截面圖。
圖10是表示第一工序中輔助氣體的壓力和有底孔的加工時(shí)間之間的關(guān)系的圖表。圖11是表示第一工序中輔助氣體的壓力和熔融物附著之間的關(guān)系的照片。圖12是表示用有底孔形狀對(duì)比一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法和現(xiàn)有技術(shù)的激光加工方法的圖。圖13是表示第二工序中有底孔的開口直徑和周邊區(qū)域的氧氣濃度之間的關(guān)系的圖表。圖14是表示第二工序中有底孔的深度和周邊區(qū)域的氧氣濃度之間的關(guān)系的圖表。圖15是表示第二工序中加工噴嘴的間隙和有底孔的周邊區(qū)域的氧氣濃度之間的關(guān)系的圖表。圖16是表示第二工序中自燃的有無和平均貫通所需時(shí)間及穿孔加工時(shí)間之間的關(guān)系的表。圖17是表示第二工序中激光的焦點(diǎn)位置和平均貫通所要時(shí)間之間的關(guān)系的表。圖18是表示第一工序和第二工序之間的激光照射停止時(shí)間和加工不良之間的關(guān)系的表。圖19是表示第二工序中激光輸出和熔融物的附著之間的關(guān)系的照片。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。對(duì)圖中同一的或類似的構(gòu)成要素附上了相同的參照符號(hào)。參照圖，圖I簡要地表示一個(gè)實(shí)施方式的激光加工裝置11的構(gòu)成。激光加工裝置11具備將激光振蕩器14射出來的激光LB聚光并照射到工件W，并且向工件W噴射輔助氣體AG的加工頭17 ;和控制加工頭17的動(dòng)作的控制部16。如圖所示，在激光加工裝置11中設(shè)定了 XYZ的正交三軸的基準(zhǔn)坐標(biāo)系。激光加工裝置11具備承接工件W的可動(dòng)工作臺(tái)12 ;與可動(dòng)工作臺(tái)12對(duì)置地配置的加工頭17 ;安裝于加工頭17前端的加工噴嘴13 ;射出激光LB并將其供給到加工頭17的激光振蕩器14 ；以及安裝于激光頭17的內(nèi)部并將激光LB聚光的光學(xué)要素(圖中為聚光透鏡15)。可動(dòng)工作臺(tái)12例如由沿著工件W的輪廓承接工件W的框體形成。圖示構(gòu)成中，可動(dòng)工作臺(tái)12能夠沿X軸及Y軸移動(dòng)，加工頭17能夠隨著在加工頭17上安裝的加工噴嘴13及聚光透鏡15沿Z軸移動(dòng)。這樣，可動(dòng)工作臺(tái)12即工件W和加工頭17即加工噴嘴13及聚光透鏡15可以在基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。圖示構(gòu)成中，加工噴嘴13固定于加工頭17的前端，聚光透鏡15能夠在加工頭17內(nèi)沿著與Z軸平行的軸發(fā)生位移。因此，在圖示的構(gòu)成中，可以在Z軸上獨(dú)立地定位加工噴嘴13和聚光透鏡15。再有，用于實(shí)現(xiàn)可動(dòng)工作臺(tái)12 (工件W)和加工頭17 (加工噴嘴13及聚光透鏡15)之間的上述相對(duì)移動(dòng)，以及加工噴嘴13和聚光透鏡15之間的上述獨(dú)立位移的機(jī)械構(gòu)成，不限于上述構(gòu)成，也可以選擇其它各種機(jī)械構(gòu)成。激光振蕩器14是例如CW (連續(xù)波)模式或PW (脈沖波)模式，能夠射出例如與光軸正交的截面是圓形的激光LB。射出來的激光LB由加工頭17的聚光透鏡15聚光，形成焦點(diǎn)FP的同時(shí)，通過加工噴嘴13的前端的開口 18照射到工件W。伴隨聚光透鏡15在Z軸方向的位移，焦點(diǎn)FP也在Z軸方向產(chǎn)生位移。即，焦點(diǎn)FP相對(duì)于工件W在Z軸方向上的位置，由加工頭17在Z軸上的移動(dòng)及在加工頭17內(nèi)的聚光透鏡15的Z軸位移所決定。在加工噴嘴13上連接供給輔助氣體AG的供給源(圖中未示)。輔助氣體AG采用例如99. 95vol%以上的高純度氧氣。輔助氣體AG以在加工噴嘴13內(nèi)成為規(guī)定壓力的方式由供給源供給，并從加工噴嘴13的前端開口(即氣體放出口)18向工件W噴射。圖示構(gòu)成中，激光LB和加工噴嘴13相互同軸地配置，兩者的中心線CL規(guī)定為與Z軸平行(即垂直于·工件W的表面WF)。輔助氣體AG沿激光LB的中心線CL向工件W噴射，用于促進(jìn)工件W的燃燒、和去除因激光LB的照射而產(chǎn)生的工件W的熔融物等。激光加工裝置11的控制部16是以數(shù)值控制(NC)裝置的方式而準(zhǔn)備?？刂撇?NC裝置)16作成激光振蕩器14的激光LB的輸出條件和開/關(guān)指令。而且，控制部(NC裝置)16作成可動(dòng)工作臺(tái)12、加工噴嘴13及聚光透鏡15的移動(dòng)指令。移動(dòng)指令中包含例如工件W的加工點(diǎn)的算出數(shù)據(jù)、以及表示對(duì)應(yīng)于算出后的加工點(diǎn)的可動(dòng)工作臺(tái)12、加工噴嘴13及聚光透鏡15的位置的坐標(biāo)值數(shù)據(jù)。而且，控制部(NC裝置)16作成輔助氣體AG的壓力和開/關(guān)指令?？刂撇?NC裝置)16解析例如存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部(圖中未示)的加工程序，作成上述各種指令。加工程序中記錄了穿孔和/或工件W的切割加工所必要的信息?？刂撇?NC裝置)16可以具備例如顯示激光LB的輸出條件、可動(dòng)工作臺(tái)12、加工噴嘴13及聚光透鏡15的位置及速度、其它加工條件的顯示裝置(圖中未示)。顯示裝置采用例如液晶顯示器(LCD)。而且，控制部(NC裝置)16可以具備輸入各種加工條件或數(shù)據(jù)的輸入裝置(圖中未示)。輸入裝置采用例如鍵盤或鼠標(biāo)。接著，參照圖2 圖7，說明一個(gè)實(shí)施方式的激光加工方法。圖示的激光加工方法是作為一例由圖I的激光加工裝置11實(shí)施的方法，是在基于控制部(Ne裝置)16的控制下，在激光切割之前，進(jìn)行用于在工件W的切割開始點(diǎn)形成通孔的穿孔的方法。如圖2所示，準(zhǔn)備作為加工對(duì)象的工件W，并以加工噴嘴13的中心線CL通過設(shè)定在工件W上的切割開始點(diǎn)的方式，由可動(dòng)工作臺(tái)12 (圖I)將工件W在XY平面內(nèi)定位在指令位置。而且，使加工噴嘴13和聚光透鏡15 (圖I)如上所述地獨(dú)立移動(dòng)，并分別定位到Z軸上的第一指令位置。第一指令位置是，通過聚光透鏡15照射到工件W上的激光LB的焦點(diǎn)FP配置于與、距工件W的表面WF相隔預(yù)先指定的距離的位置，并且是能夠從加工噴嘴13將輔助氣體AG噴射到工件W的表面WF上的加工點(diǎn)上的位置(圖3)。一般來說，加工噴嘴13的Z軸方向的位置不是用Z軸上的坐標(biāo)值，而是作為以加工噴嘴13的前端面13a和工件W的表面WF的最短距離(即間隙G)表示的相對(duì)值來指示。之后，將以指令值的規(guī)定壓力供給到加工噴嘴13上的輔助氣體AG從加工噴嘴13的前端的開口(氣體放出口)18噴射到工件W的表面WF。在這種狀態(tài)下，激光加工裝置11實(shí)施以下的第一工序。實(shí)施第一工序時(shí)，激光振蕩器14以被指不的規(guī)定輸出條件射出激光LB。如圖3所示，在與工件W的表面WF相隔的位置上會(huì)聚焦點(diǎn)FP之后的激光LB其光束直徑漸漸變大，當(dāng)?shù)竭_(dá)工件W的表面WF時(shí)，形成與焦點(diǎn)FP的位置對(duì)應(yīng)的規(guī)定直徑的圓形光斑。如此，激光LB以所謂的散焦(defocus)的狀態(tài)照射到工件W的表面WF。通過激光LB的照射，工件W的表面WF上的、激光LB所照射的圓形光斑內(nèi)被加熱、熔融。如圖4所示，因激光LB的照射產(chǎn)生的工件W的熔融物22被輔助氣體AG吹走，從加工點(diǎn)(圓形光斑)去除。如此，工件W上以激光LB的中心線CL作為實(shí)際上中心軸地漸漸形成有底孔21，該有底孔21具有一端在表面WF開口的筒狀內(nèi)周面21a和封閉筒狀內(nèi)周面21a的另一端的底面21b。如上所述，激光LB以散焦的狀態(tài)照射到工件W上，所以工件W的表面WF上每單位面積和每單位時(shí)間的加熱量、即能量密度與將激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到工 件W的表面WF上并照射激光LB的情況相比變小。其結(jié)果，從工件W產(chǎn)生的熔融物22，與將激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到工件W的表面WF上時(shí)相比，顆粒小且每單位時(shí)間的產(chǎn)生量變少。熔融物22在被輔助氣體AG從加工點(diǎn)(圓形光斑)去除后在工件W的表面WF上的離開加工點(diǎn)(圓形光斑)的位置落下。但是，顆粒小且每單位時(shí)間少量的熔融物22在落到工件W的表面WF之前幾乎凝固，所以不會(huì)附著在工件W的表面WF而對(duì)后續(xù)的激光加工(切割)帶來障礙。利用散焦的激光LB形成的有底孔21與將激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到工件W的表面WF上而照射激光LB的情況相比，作為光斑直徑的擴(kuò)大的結(jié)果，工件W的熔融去除部分的體積變大，所以為了形成規(guī)定深度的有底孔21，與將激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到工件W的表面WF上的場合相比，需要長的時(shí)間。用較大的光斑直徑經(jīng)較長時(shí)間形成的有底孔21具有在相對(duì)工件W的表面WF近似垂直的方向上峭立的筒狀內(nèi)周面21a。另外，在工件W的表面WF上形成的有底孔21的開口 21c會(huì)有如圖所示，與表面WF鄰接地筒狀內(nèi)周面21a的直徑在局部漸增從而邊緣變圓地形成的情況。而且。有底孔21會(huì)有如圖所示，具有與底面21b鄰接地筒狀內(nèi)周面21a的直徑在局部漸減而形成的半球狀角部的情況。在工件W的表面WF上形成有底孔21后，停止激光LB的照射，結(jié)束第一工序。第一工序結(jié)束后，在下述第二工序的實(shí)施之前，激光加工裝置11對(duì)于第一工序的各種設(shè)定實(shí)施變更。例如變更間隙G、激光LB的輸出條件、激光LB的焦點(diǎn)FP的位置及輔助氣體AG的壓力等。此實(shí)施方式中工件W的XY平面上的位置不變。再有，在結(jié)束第一工序后的變更設(shè)定時(shí)，也可以通過適當(dāng)變更工件W的XY平面上的位置，來適當(dāng)調(diào)整第二工序中的在有底孔21中的輔助氣體AG的流向。如圖5所示，變更設(shè)定后，對(duì)有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG的同時(shí)，而不將輔助氣體AG噴射到工件W的表面WF上的包圍開口 21c的區(qū)域S (本說明書中稱周邊區(qū)域S)。例如，通過使加工噴嘴13盡可能地接近有底孔21，從而能夠可靠地只向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG。這種情況下的加工噴嘴13的位置(即間隙G)與聚光透鏡15 (因而激光LB的焦點(diǎn)FP)的位置一同作為Z軸上的第二指令位置指示?；蛘?，在第一工序中形成具有比加工噴嘴13的開口(氣體放出口)18的直徑大的開口直徑的有底孔21，從而能夠可靠地只向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG。而且，即使在有底孔21的開口直徑比加工噴嘴13的開口(氣體放出口)18的直徑小的情況下，也可以通過使加工噴嘴13具有例如吹出緩緩聚焦的氣體流的結(jié)構(gòu)，能夠只向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG。再有，有底孔21的開口直徑是指去除開口 21c的局部邊緣變圓的部分后的筒狀內(nèi)周面21a的開口端的直徑。噴射到有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)的輔助氣體AG在與有底孔21的底面21b沖撞后沿著筒狀內(nèi)周面21a流動(dòng)，在實(shí)際上維持其流動(dòng)方向的同時(shí)從有底孔21流出。因此，從有底孔21流出的輔助氣體AG實(shí)際上不會(huì)沿著有底孔21的開口 21c的周邊區(qū)域S流動(dòng)，主要在離開工件W的表面WF的空間區(qū)域流動(dòng)。在結(jié)束這些設(shè)定變更的階段，圖示的激光加工方法轉(zhuǎn)到第二工序。在此，圖示的激光加工方法還可以具有附隨在第二工序的實(shí)施之前進(jìn)行的上述設(shè)定變更作業(yè)并經(jīng)規(guī)定時(shí)間暫時(shí)停止激光LB的照射的中間工序。通過實(shí)施中間工序,能夠在第二工序?qū)嵤┲翱煽客瓿砂殡S空隙G的變更或輔助氣體AG壓力的變更的輔助氣體AG的流動(dòng)的變更，能夠使流動(dòng)穩(wěn)定。 如圖6所示，在第二工序中，再開始第一工序結(jié)束后停止的激光LB的照射，向有底孔21的開口 21c內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG的同時(shí)，而不將輔助氣體AG噴射到開口 21c的周邊區(qū)域S上，并向有底孔21的底面21b照射激光LB。此時(shí)，可以使激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到有底孔21的底面21b或使其越過有底孔21的底面21b調(diào)整到工件W的內(nèi)部。第二工序中，在有底孔21中發(fā)生的工件W的熔融物22由輔助氣體AG從有底孔21的開口 21c吹到外部。其結(jié)果，在有底孔21內(nèi)的工件W的熔融及熔融物從有底孔21的去除都順利進(jìn)行，最終如圖7所示，有底孔21延伸到工件W的背面WB，形成貫通工件W的通孔23。由此，完成穿孔。在穿孔完成的瞬間，輔助氣體AG通過工件W的通孔23從背面WB的開口 23a向外部流出，熔融物22由輔助氣體AG從工件W的背面WB去除到外部。由此，確保能夠從工件W的背面WB順利去除工件W的熔融物22的狀態(tài)，所以可以將通孔23作為切割起始點(diǎn)開始激光切割。圖示的激光加工方法中，對(duì)在第一工序中形成的特征形狀的有底孔21，在第二工序中通過只向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體AG，從而從有底孔21流出來的輔助氣體AG實(shí)質(zhì)上不沿著有底孔21的開口 21c的周邊區(qū)域S流動(dòng)，而主要在離開工件W的表面WF的空間區(qū)域流動(dòng)。其結(jié)果，在第二工序中，工件W的表面WF的、有底孔21的開口 21c的周邊區(qū)域S不會(huì)暴露在輔助氣體AG (例如高純度氧氣)中。如果是有底孔21的周邊區(qū)域S沒有暴露在輔助氣體AG的狀態(tài)，則在工件W上形成通孔23的第二工序中，即使有因在底孔21中過熱引起的自燃，也可以避免自燃延燒到有底孔21的周邊區(qū)域S。因此，在圖示的激光加工方法中，在第二工序中設(shè)定的激光LB的輸出不會(huì)被限制在用于避免發(fā)生自燃的上限值。如上述JP3110504B記載的現(xiàn)有的激光加工方法中，對(duì)在第一步驟中形成的大直徑淺凹處的底部，在第二步驟中進(jìn)行開孔時(shí)，可能在淺凹處內(nèi)發(fā)生因加工點(diǎn)過熱引起的自燃。此時(shí)以除去熔融物為目的而噴射到加工點(diǎn)的輔助氣體沿著淺凹處的內(nèi)面流動(dòng)而流出工件表面，因有輔助氣體(例如高純度氧氣)，所以在凹處內(nèi)發(fā)生的自燃可能向工件表面擴(kuò)大的延燒。如果自燃在大范圍延燒，則會(huì)產(chǎn)生大量的熔融物，由于熔融物附著到工件表面形成突起，因此會(huì)使此后的激光切割實(shí)施變得困難。上述的JP2007-75878A中記載的現(xiàn)有激光加工方法中，也有可能進(jìn)不到較小直徑的穿孔中而沖撞工件表面的輔助氣體引發(fā)在穿孔內(nèi)發(fā)生的自燃向工件表面延燒。因此，在現(xiàn)有激光加工方法中，有必要注意在前段工序中預(yù)備形成的有底孔中，在后段的通孔形成工藝中不發(fā)生自燃，其結(jié)果，在后段的工序中設(shè)定的激光輸出會(huì)被限制在有底孔中為避免發(fā)生自燃的上限值。圖示的激光加工方法中，在第二工序中，使激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到有底孔21的底面21b或使其越過有底孔21的底面調(diào)整到工件W的內(nèi)部的情況與使激光LB的焦點(diǎn)FP調(diào)整到工件W的表面WF上并照射激光LB的情況相比，激光的能量密度變高，能夠更快地形成通孔23，相反地，加工點(diǎn)易過熱。但是如上所述，在第二工序中無需避免在有底孔21中的自燃，所以能夠?qū)⒓す釲B以高能量密度照射到有底孔的底面21b。而且，利用無需避免在有底孔21中的自燃的發(fā)生，在第二工序中，也可以以在有底孔21中有意發(fā)生自燃的方式設(shè)定激光LB的輸出。通過在有底孔21中有意地發(fā)生自燃，從而除了由激光LB得到的加熱之外，也可以將工件W自身的燃燒熱用于工件W的熔融，能 進(jìn)一步促進(jìn)通孔23的形成即穿孔的進(jìn)行。如上所述，在圖示的激光加工方法中，在第一工序中，為了將有底孔21加工到規(guī)定的(即能夠確保第二工序中的上述作用和效果)的深度，需要較長時(shí)間。但是在第二工序中，以不需要回避在有底孔21中發(fā)生自燃的加工條件(激光輸出等)，或以有意地使有底孔21中發(fā)生自燃的加工條件(激光輸出等)，能夠極其迅速形成通孔23。因此，通過設(shè)定第二工序的加工條件，使第二工序(通孔加工)中縮短的時(shí)間比第一工序(有底孔加工)中增加的時(shí)間長，能夠縮短包含兩工序的加工時(shí)間之和的穿孔加工時(shí)間(下面敘述)。再有，附隨第一工序完成后的設(shè)定變更作業(yè)可實(shí)施的中間工序如上所述是以在第二工序的實(shí)施之前使輔助氣體AG的流動(dòng)穩(wěn)定為目的的。這種中間工序需要的時(shí)間與上述JP2007-75878A所記載的現(xiàn)有激光加工方法中的用于冷卻的第二工序需要的時(shí)間相比是非常的短的。按照下面的實(shí)施例更詳細(xì)地說明由上述實(shí)施方式得到的激光加工裝置11及激光加工方法。在第一實(shí)施例中，激光振蕩器14使用額定輸出為4kW的CO2激光，加工噴嘴13使用前端的開口 18的直徑為2. Omm的噴嘴，輔助氣體AG使用高純度氧氣(99. 95vol%)，構(gòu)成激光加工裝置11，對(duì)由板厚16mm的軟鋼(SS400材料)構(gòu)成的工件W實(shí)施上述激光加工方法(穿孔)。第一工序中，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為30mm，將激光LB的焦點(diǎn)FP設(shè)定在與加工噴嘴13的前端面13a同一平面上的位置。即，進(jìn)行使激光LB的焦點(diǎn)FP離工件W的表面WF相距30mm的設(shè)定。而且，將輔助氣體AG的壓力設(shè)定為O. 04MPa。在激光加工裝置11中，從一般的待機(jī)狀態(tài)到完成這些條件的設(shè)定的時(shí)間(本說明書中稱為準(zhǔn)備時(shí)間)需要O. 4秒。繼續(xù)，以4kW、CW模式的輸出設(shè)定將激光LB照射工件W上O. 3秒。其結(jié)果，在工件W的表面WF上形成了開口直徑4mm、深度為5mm的有底孔21。在有底孔21形成之后，停止激光LB的照射，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為4_，將激光LB的焦點(diǎn)FP設(shè)定在離加工噴嘴13的前端面13a相距IOmm的位置。由此，激光LB的焦點(diǎn)FP越過深度5mm的有底孔21的底面21b，并設(shè)定在從底面21b進(jìn)入工件W內(nèi)部Imm的位置。而且，將輔助氣體AG的壓力設(shè)定為O. 08MPa。在激光加工裝置11中，這些條件的設(shè)定變更需要O. 3秒。除了該設(shè)定變更時(shí)間作為中間工序再加上O. I秒的時(shí)間，停止了激光LB的照射。繼續(xù)，在第二工序中，以最大輸出4kW，脈沖頻率200Hz及脈沖占空比為40%的PW模式將激光LB經(jīng)I. 7秒照射到有底孔21的底面21b。其結(jié)果，有底孔21延伸到工件W的背面WB，在工件W的背面WB上形成了以直徑2. 5mm開口的通孔23。如上所述，第一實(shí)施例中各種工序的所需時(shí)間共計(jì)(本說明書中稱穿孔加工時(shí)間)為2. 8秒。就穿孔加工時(shí)間而言，對(duì)從在第一工序中激光LB的照射開始到第二工序中激光LB貫通工件W所需要的時(shí)間(本說明書中稱為貫通所需時(shí)間)上，加上準(zhǔn)備時(shí)間的同時(shí)，考慮貫通所需時(shí)間的偏差而算出。貫通所需時(shí)間包含第一工序結(jié)束后設(shè)定變更的時(shí)間；和中間工序(實(shí)施的情況)的時(shí)間。在作成激光加工程序時(shí)，通過試行求出貫通所需時(shí)間的平均值和表示貫通所需時(shí)間的偏差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，在該平均值上加上標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)倍的時(shí)間(本說明書中稱為富余時(shí)間)和準(zhǔn)備時(shí)間，設(shè)定穿孔加工時(shí)間。通過貫通所需時(shí)間上加上富余時(shí)間，能更為可靠地形成通孔23。再有，如果貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，則設(shè)定的穿孔加工時(shí)間變長，但上述實(shí)施方式的激光加工方法如下所述，能起到減小標(biāo)準(zhǔn)偏差的效果。以第一實(shí)施例的加工條件實(shí)施了 50次穿孔，驗(yàn)證了加工穩(wěn)定性和實(shí)用性。在50·次穿孔測量的貫通所需時(shí)間的平均值為2. O秒，貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為O. I秒。穿孔的未貫通(通孔23的形成不良)或有底孔21的周邊區(qū)域S中發(fā)生自燃等不良情況一次也沒有發(fā)生。而且，將形成的通孔23作為切割開始點(diǎn)，實(shí)施了 50次的激光切割加工的結(jié)果，切割開始時(shí)的加工不良一次都沒有發(fā)生。在第二實(shí)施例中，激光振蕩器使用額定輸出為4kW的CO2激光，加工噴嘴13使用前端的開口 18的直徑為4. Omm的噴嘴，輔助氣體AG使用高純度氧氣(99. 95vol%)，構(gòu)成激光加工裝置11，對(duì)由板厚22mm的軟鋼(SS400材料)構(gòu)成的工件W實(shí)施上述激光加工方法(穿孔)。在第一工序中，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為45mm，將激光LB的焦點(diǎn)FP設(shè)定在與加工噴嘴13的前端面13a同一平面上的位置。即，進(jìn)行使激光LB的焦點(diǎn)FP離工件W的表面WF相距45mm的設(shè)定。而且，將輔助氣體AG的壓力設(shè)定為O. OlMPa。在激光加工裝置11中，從一般的待機(jī)狀態(tài)到完成這些條件的設(shè)定的準(zhǔn)備時(shí)間需要O. 4秒。繼續(xù)，以4kW、Cff模式的輸出設(shè)定將激光LB以O(shè). 6秒照射到工件W。其結(jié)果，在工件W的表面WF上形成開口直徑6mm、深度為6mm的有底孔21。在有底孔21形成之后，停止激光LB的照射，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為5_，將激光LB的焦點(diǎn)FP設(shè)定在從加工噴嘴13的前端面13a相距Ilmm的位置。由此，將激光LB的焦點(diǎn)FP設(shè)定在深度6mm的有底孔21的底面21b上。而且，將輔助氣體AG的壓力設(shè)定為O. 04MPa。在激光加工裝置11中，這些條件的設(shè)定變更需要O. 3秒。除了該設(shè)定變更時(shí)間作為中間工序再加上O. I秒的時(shí)間，停止了激光LB的照射。在第二實(shí)施例中將第二工序分成了兩個(gè)階段。在作為分割的前半部分的第二工序的前半工序中，以與第一工序相同設(shè)定的CW模式用激光LB經(jīng)O. I秒照射到有底孔21的底面21b。繼續(xù)，停止激光LB的照射，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為4_。在激光加工裝置11中，設(shè)定變更用了 O. 2秒。在第二工序的后半工序中，以最大輸出為4kW，脈沖頻率200Hz及脈沖占空比為50%的PW模式將激光LB經(jīng)3秒照射到有底孔21的底面21b。其結(jié)果，有底孔21延伸到工件W的背面WB，在工件W的背面WB上形成了以直徑為3. Omm開口的通孔23。如上所述，第二實(shí)施例中各種工序的所需時(shí)間合計(jì)(即穿孔加工時(shí)間)為4. 7秒。
以第二實(shí)施例的加工條件實(shí)施了 50次穿孔，驗(yàn)證了加工穩(wěn)定性和實(shí)用性。在50次穿孔測量的貫通所需時(shí)間的平均值為3. 7秒，貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為O. 2秒。穿孔的未貫通(通孔23的形成不良)或有底孔21的周邊區(qū)域S上發(fā)生自燃等不良情況一次也沒有發(fā)生。而且，將形成的通孔23作為切割開始點(diǎn)，實(shí)施了 50次的激光切割加工的結(jié)果，切割開始時(shí)的加工不良一次都沒有發(fā)生。與上述實(shí)施例相關(guān)地對(duì)上述實(shí)施方式中的激光加工裝置11及激光加工方法的作用和效果的驗(yàn)證進(jìn)行說明。[實(shí)驗(yàn)I]通過以下實(shí)驗(yàn)I，對(duì)第一實(shí)施例的第一工序中的加工噴嘴13的間隙G的大小和形成的有底孔21的開口直徑及形成底孔21所需的加工時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。除了間 隙G的大小及激光LB的照射時(shí)間之外的加工條件，全部按照上述第一實(shí)施例的第一工序中的設(shè)定。改變間隙G的大小，形成深約5mm的有底孔21，并測量與各間隙G對(duì)應(yīng)的有底孔21的開口直徑及加工時(shí)間。圖8表示間隙G的大小(mm)和有底孔21的開口直徑(mm)及加工時(shí)間(秒)之間的關(guān)系。如圖所示，隨著間隙G從IOmm增大到45mm，有底孔21的開口直徑增大。而且，隨著間隙G的增大，形成深度為5mm的有底孔21所需要的時(shí)間也增大。由于間隙G的增大，激光LB照射的范圍的光斑直徑也增大，與其成反比地，照射的范圍內(nèi)的激光LB的能量密度降低。其結(jié)果，可以認(rèn)為有底孔21形成時(shí)的深度的速度變慢，加工時(shí)間增大。圖9是利用工件W的表面WF的照片和有底孔21的剖視圖來表示實(shí)驗(yàn)I中作為以不同間隙G實(shí)施第一實(shí)施例的第一工序的結(jié)果而得到的有底孔21及周邊區(qū)域S的狀態(tài)。間隙 G 分別設(shè)定為(a) 10mm、(b) 20mm、(c) 30mm、(d) 40mm。分別以(a) 0· 11 秒、(b) O. 21 秒、(c) O. 31秒、Cd) O. 45秒的加工時(shí)間形成了有底孔21。有底孔21的開口直徑分別為(a)2. 5mm> (b) 3. 3mm> (c) 4. 2mm> (d) 5. 5mmη如圖9所示，在(a)的間隙G下形成了大致為倒圓錐形狀的有底孔21。在(b)的間隙G下與(a)相比有底孔21的內(nèi)徑增大，但形成了與(a) —樣大致為倒圓錐形狀的有底孔21。在(c)的間隙G下形成了具有筒狀內(nèi)周面21a和底面21b的有底孔21。在(d)的間隙G下形成了相比于(c)內(nèi)徑和開口直徑都增大的具有筒狀內(nèi)周面21a的有底孔21。有底孔21與工件W的表面WF鄰接地開口 21c的邊緣變圓，或者與底面21b鄰接地具有半球狀角落部。通過實(shí)驗(yàn)I驗(yàn)證了 第一實(shí)施例的第一工序中，通過將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為30mm以上，便能夠形成具有在第二工序中發(fā)揮有效作用的筒狀內(nèi)周面21a的有底孔21。[實(shí)驗(yàn)2]通過以下實(shí)驗(yàn)2，對(duì)第一實(shí)施例的第一工序中的輔助氣體AG的壓力和有底孔21的加工時(shí)間及加工品質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。除了輔助氣體AG的壓力及激光LB的照射時(shí)間之外的加工條件，全部按照上述第一實(shí)施例的第一工序中的設(shè)定。改變輔助氣體AG的壓力，形成深約5mm的有底孔21，并測量與各輔助氣體的壓力對(duì)應(yīng)的有底孔21的加工時(shí)間。圖10表示輔助氣體AG的壓力(MPa)和有底孔21的加工時(shí)間(秒)之間的關(guān)系。如圖所示，隨著輔助氣體AG的壓力從O. 15MPa減小，形成深度為5mm的有底孔21所需要的時(shí)間增大。圖11是利用工件W的表面WF的照片表示實(shí)驗(yàn)2中作為以不同的輔助氣體的壓力實(shí)施第一實(shí)施例的第一工序的結(jié)果而得到的有底孔21及周邊區(qū)域S的狀態(tài)。將輔助氣體 AG 的壓力分別設(shè)定為(a) O. 15MPa、(b)0. 07MPa、(c)0. 04MPa、(d)0. 02MPa。分別以(a)0. 24秒、(b)0. 27秒、(c)0. 30秒、(d)0. 38秒的加工時(shí)間形成了有底孔21。當(dāng)將輔助氣體AG的壓力從O. 15MPa逐漸減小時(shí)，熔融物22對(duì)有底孔21的周邊區(qū)域S的附著漸漸減小，在O. 04MPa時(shí)抑制到最小值。在進(jìn)一步降低輔助氣體的壓力并設(shè)定為O. 02MPa時(shí)，熔融物22的附著再次增大。可以認(rèn)為這是由于因輔助氣體AG的壓力過低導(dǎo)致通過輔助氣體AG吹走熔融物22的作用減小。對(duì)于第二實(shí)施例的第一工序也如同第一實(shí)施例，驗(yàn)證了輔助氣體AG的壓力和有底孔21的加工時(shí)間及加工品質(zhì)之間的關(guān)系。除了輔助氣體AG的壓力及激光LB的照射時(shí) 間之外的加工條件，全部按照上述第二實(shí)施例的第一工序中的設(shè)定。改變輔助氣體AG的壓力，形成深約6mm的有底孔21，并測量與各輔助氣體的壓力對(duì)應(yīng)的有底孔21的加工時(shí)間，并觀察了有底孔21的周邊區(qū)域S的狀態(tài)(圖中未示)。驗(yàn)證了隨著輔助氣體AG的壓力的減小，熔融物22對(duì)有底孔21的周邊區(qū)域S的附著減小。并且觀察到輔助氣體AG的壓力為O. OlMPa時(shí)熔融物22向周邊區(qū)域S的附著抑制到最小值，在O. 007MPa時(shí)熔融物22的附著再次增大。[實(shí)驗(yàn)3]通過以下實(shí)驗(yàn)3，對(duì)第一實(shí)施例中的有底孔21的形狀和有底孔21的周邊區(qū)域S的氧氣濃度之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。首先如圖12所示，(c)通過第一實(shí)施例的第一工序在工件W上形成了有底孔21，而另一方面，作為比較例(a) (b)，通過上述的JP3110504B及JP2007-75878A記載的激光加工方法的再現(xiàn)，同樣地在工件W上形成了有底孔21A、21B。接下來，模擬第二工序?qū)⒓庸娮?3的間隙G設(shè)定為4mm，將輔助氣體AG向有底孔21、21A、21B噴射的同時(shí)，在有底孔21、21A、21B的周邊區(qū)域S中測量了與工件W的表面WF鄰接的空間區(qū)域的氧氣濃度。氧氣濃度的測量由用內(nèi)徑為O. 5mm的管吸引測量點(diǎn)的氣體的原電池方式的氧氣濃度計(jì)來進(jìn)行。測量的氧氣濃度分別為(a) 60%、(b) 65%、(c) 22%。有底孔21、21A、21B的周邊區(qū)域S的氧氣濃度,在比較例(a)、(b)中達(dá)到了大氣中濃度的數(shù)倍,與此相對(duì)地,在第一實(shí)施例(C)中停留在與大氣濃度相同的程度。這可以理解為在比較例(a)、(b)中輔助氣體AG在周邊區(qū)域S沿著工件W的表面WF流動(dòng)，與此相對(duì)地，在第一實(shí)施例(c)中輔助氣體AG在離開工件W的表面WF的空間區(qū)域流動(dòng)。[實(shí)驗(yàn)4]通過以下實(shí)驗(yàn)4，對(duì)第一實(shí)施例中的有底孔21的開口直徑和有底孔21的周邊區(qū)域S的氧氣濃度之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)于實(shí)驗(yàn)I中形成的不同開口直徑的深度為5mm的有底孔21，模擬第一實(shí)施例的第二工序?qū)⒓庸娮?3的間隙G設(shè)定為4mm，輔助氣體AG噴射到有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)的同時(shí)，測量在有底孔21的周邊區(qū)域S上與工件W的表面WF鄰接的空間區(qū)域的氧氣濃度。氧氣濃度的測量同實(shí)驗(yàn)3。圖13表示有底孔21的開口直徑(mm)和測量的氧氣濃度(％)之間的關(guān)系。在有底孔21的開口直徑為3. 3mm以下的情況下氧氣濃度達(dá)到大氣中濃度的數(shù)倍，與此相對(duì)地，在有底孔21的開口直徑為3. 8mm以上的情況下氧氣濃度停留于在大氣濃度上增加兩成的程度。驗(yàn)證了 為了在從加工噴嘴13的前端的開口 18向工件W噴射輔助氣體AG時(shí)，只向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)可靠噴射輔助氣體AG的同時(shí)，從有底孔21流出的輔助氣體AG在有底孔21的周邊區(qū)域S，在離開工件W的表面WF的空間區(qū)域上穩(wěn)定流動(dòng)，期望形成具有規(guī)定尺寸以上的開口直徑的有底孔21。通過實(shí)驗(yàn)4驗(yàn)證了 在第一實(shí)施例的第一工序中，期望形成開口直徑為3.8mm以上的有底孔21。再有，通過實(shí)驗(yàn)I可以理解為了形成開口直徑為3. 8mm以上的有底孔21，第一工序中的加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為25mm以上即可。但是由于在實(shí)驗(yàn)I中驗(yàn)證了 為了形成具有第二工序中起有效作用的筒狀內(nèi)周面21a的有底孔21，期望將加工噴嘴 13的間隙G設(shè)定為30mm以上，所以，在實(shí)驗(yàn)4中，在實(shí)施第一實(shí)施例的第一工序時(shí)，將間隙G設(shè)定為 30mm。對(duì)于第二實(shí)施例也進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。在第一工序中形成了開口直徑不同的深度為6mm的有底孔21，模擬第二實(shí)施例的第二工序，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為5mm，將輔助氣體AG噴射到有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)的同時(shí)，在有底孔21的周邊區(qū)域S上測量與工件W的表面WF鄰接的空間區(qū)域的氧氣濃度。在有底孔21的開口直徑為5.5mm以下的情況下測量的氧氣濃度達(dá)到了大氣中濃度的數(shù)倍，與此相對(duì)地，在有底孔21的開口直徑為
6.Omm以上的情況下測量的氧氣濃度停留在大氣濃度上增加兩成的程度。從實(shí)驗(yàn)I驗(yàn)證了 為了形成開口直徑為6. Omm的有底孔21，將第一工序的加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為45mm即可，所以在第二實(shí)施例中將間隙G設(shè)定為45mm。噴射輔助氣體AG的加工噴嘴13的前端的開口 18的直徑在第一實(shí)施例中為2. 0_，與此相對(duì)地，在第二實(shí)施例中增大為4. 0_。因此可以認(rèn)為為了將輔助氣體AG只噴射到有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)的同時(shí)，降低周邊區(qū)域S中的氧氣濃度，所期望的有底孔21的開口直徑相比第一實(shí)施例增大。[實(shí)驗(yàn)5]通過以下實(shí)驗(yàn)5，對(duì)第一實(shí)施例中的有底孔21的深度和有底孔21的周邊區(qū)域S的氧氣濃度之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。除了激光LB的照射時(shí)間之外的加工條件，全部按照上述第一實(shí)施例的第一工序中的設(shè)定，通過第一工序形成了不同深度的有底孔21。對(duì)于不同深度的有底孔21，模擬第一實(shí)施例的第二工序，將加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為4mm，將輔助氣體AG向有底孔21的開口 21c內(nèi)側(cè)噴射的同時(shí)，有底孔21的周邊區(qū)域S中測量與工件W的表面WF鄰接的空間區(qū)域的氧氣濃度。氧氣濃度的測量與實(shí)驗(yàn)3相同地進(jìn)行。圖14表不有底孔21的深度(mm)和測量的氧氣濃度(％)之間的關(guān)系。有底孔21的深度為Imm的情況下氧氣濃度達(dá)到大氣中濃度的數(shù)倍。氧氣濃度隨著有底孔21的深度的增大而降低，在深度為3. Omm以上時(shí)降低到在大氣中濃度上增加一成的程度。驗(yàn)證了 為了在從加工噴嘴13的前端的開口 18向工件W噴射輔助氣體AG時(shí)，從有底孔21流出的輔助氣體AG在有底孔21的周邊區(qū)域S，在離開工件W的表面WF的空間區(qū)域上穩(wěn)定流動(dòng)，期望形成具有規(guī)定尺寸以上的深度的有底孔21。[實(shí)驗(yàn)6]通過以下實(shí)驗(yàn)6，對(duì)第一實(shí)施例的第二工序中的加工噴嘴13的間隙G的大小和有底孔21的周邊區(qū)域S的氧氣濃度之間的關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。在第一實(shí)施例的第一工序中形成有底孔21后，模擬第二工序，以不同的間隙G，將輔助氣體AG向有底孔21的開口 21c的內(nèi)側(cè)噴射的同時(shí)，有底孔21的周邊區(qū)域S中測量與工件W的表面WF鄰接的空間區(qū)域的氧氣濃度。氧氣濃度的測量與實(shí)驗(yàn)3相同地進(jìn)行。圖15表示第二工序中間隙G (mm)和測量的氧氣濃度(％)之間的關(guān)系。氧氣濃度在間隙為5. 5mm以上的情況下達(dá)到大氣中濃度的數(shù)倍，但在間隙G為5. Omm以下時(shí)減小到在大氣中濃度上增加三成的程度。通過實(shí)驗(yàn)6驗(yàn)證了 期望第二工序的加工噴嘴13的間隙G設(shè)定為5mm以下。[實(shí)驗(yàn)7]
通過以下實(shí)驗(yàn)7，對(duì)第一實(shí)施例的第二工序中根據(jù)在有底孔21內(nèi)有無發(fā)生自燃而產(chǎn)生的加工時(shí)間的不同進(jìn)行了驗(yàn)證。在上述第一實(shí)施例的第二工序中的加工條件下在有底孔21內(nèi)發(fā)生自燃，在第一實(shí)施例的第二工序中將激光LB的脈沖占空比從40%下降到20%的加工條件下，有底孔21內(nèi)沒有發(fā)生自燃。以各個(gè)加工條件實(shí)施了 50次的穿孔。如圖16所示，在有底孔21內(nèi)發(fā)生了自燃的情況下(“有”)相比于沒有發(fā)生的情況(“無”)，形成通孔23需要的平均貫通所需時(shí)間可以縮短O. 4秒，貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以縮小O. 2秒。如上所述，第一實(shí)施例中，包含第一工序的準(zhǔn)備時(shí)間，設(shè)定如下準(zhǔn)備時(shí)間O. 4 (秒)+平均貫通所需時(shí)間2. O (秒)+4X貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差O. I (秒)=2. 8 (秒)的穿孔加工時(shí)間?；谕瑯拥挠?jì)算，在有底孔21內(nèi)沒有發(fā)生自燃的情況下需要設(shè)定準(zhǔn)備時(shí)間O. 4 (秒)+平均貫通所需時(shí)間2. 4 (秒)+4X貫通所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差O. 3 (秒)=4. O(秒)的穿孔加工時(shí)間。由此可驗(yàn)證通過在第二工序中使在有底孔21內(nèi)有意地發(fā)生自燃，與不發(fā)生自燃的情況相比，能夠縮短穿孔加工時(shí)間。實(shí)驗(yàn)7中，也驗(yàn)證了 根據(jù)第一實(shí)施例的第二工序中有無發(fā)生有底孔21內(nèi)的自燃而在工件W的背面WB上的通孔23的開口直徑也不同。工件W的背面WB上的通孔23的開口直徑在有底孔21內(nèi)發(fā)生了自燃時(shí)為2. 5_，與此相對(duì)地，在有底孔21內(nèi)沒有發(fā)生自燃時(shí)為1.0mm。還驗(yàn)證了 將由此形成的通孔23作為切割開始點(diǎn)，開始激光切割加工時(shí)的不良率。有底孔21內(nèi)發(fā)生了自燃時(shí)，實(shí)施了 50次的激光切割加工中切割開始時(shí)的加工不良一次也沒有發(fā)生。與此相比，在有底孔21內(nèi)沒有發(fā)生自燃時(shí)，實(shí)施了 10次的激光切割加工中，發(fā)生了 3次切割開始時(shí)的加工不良。由此驗(yàn)證了 通過在第二工序中有意使在有底孔21內(nèi)發(fā)生自燃，與不發(fā)生自燃的情況相比，能夠抑制發(fā)生切割開始時(shí)的加工不良。一般情況下，期望在通過噴射輔助氣體AG從工件W的背面WB順利地去除工件W的熔融物22的狀態(tài)下，開始激光切割加工。如上所述，可以認(rèn)為通過在第二工序中有意使在有底孔21內(nèi)發(fā)生自燃，使在工件W的背面WB上的通孔23的開口直徑變大，使輔助氣體AG的流動(dòng)更加穩(wěn)定，以此能抑制切割開始時(shí)的加工不良。[實(shí)驗(yàn)8]通過以下實(shí)驗(yàn)8，對(duì)第一實(shí)施例的第二工序中激光LB的焦點(diǎn)FP的位置進(jìn)行了驗(yàn)證。除了激光LB的焦點(diǎn)FP的位置之外的加工條件，全部按照上述第一實(shí)施例的第二工序中的設(shè)定。通過改變第二工序中激光LB的焦點(diǎn)FP的位置，測量了第一工序中激光LB的照射開始到第二工序中激光LB貫通工件W為止的貫通所需時(shí)間。貫通所需時(shí)間的測量，在各焦點(diǎn)FP的位置分別實(shí)施了 20次。圖17表示各焦點(diǎn)FP的位置貫通所需時(shí)間的20次的平均值。作為焦點(diǎn)FP的位置，以加工噴嘴13的前端面13a的位置為基準(zhǔn)(0mm)，向接近工件W的方向上設(shè)定了 2mm、4mm、8mm、10mm及12mm的5個(gè)點(diǎn)。如圖所示，隨著激光LB的焦點(diǎn)FB接近工件W,貫通所需時(shí)間縮短，在相當(dāng)于越過有底孔21的底面21b有Imm的工件W內(nèi)部位置的、離噴嘴前端面13a有IOmm的位置上，貫通所需時(shí)間最短。通過實(shí)驗(yàn)8驗(yàn)證了 期望第二工序中激光LB的焦點(diǎn)FP的位置調(diào)整到有底孔21的底面21b，或越過底面21b調(diào)整到工件W內(nèi)部。[實(shí)驗(yàn)9]通過以下實(shí)驗(yàn)9，對(duì)第一及第二實(shí)施例中在第一工序和第二工序之間暫時(shí)停止激光LB的照射的中間工序的時(shí)間進(jìn)行了驗(yàn)證。如上所述，在第一及第二實(shí)施例中，從第一工序向第二工序轉(zhuǎn)移時(shí)，為了變更間隙G的尺寸、輔助氣體AG的壓力等的加工條件的設(shè)定，在激光LB的照射停止O. 3秒的基礎(chǔ)上，作為中間工序還停止照射O. I秒。改變中間工序的時(shí)間，測量了通孔23的加工不良的發(fā)生率。如圖18所示，只有0.3秒的設(shè)定變更時(shí)間(即沒有中間工序)的情況下通孔23的不良率為35%，而實(shí)施O. I秒的中間工序，將激光LB的照射總共停止O. 4秒時(shí)，沒有發(fā)生通 孔23的加工不良。此外，實(shí)施O. 2秒的中間工序，將激光LB的照射總共停止O. 5秒的情況下，也沒有發(fā)生通孔23的加工不良?？梢哉J(rèn)為通過將激光LB的照射停止時(shí)間追加到設(shè)定變更時(shí)間上，從而從有底孔21向開口 21c的外部流出的輔助氣體AG的流動(dòng)穩(wěn)定，在有底孔21的周邊區(qū)域S中輔助氣體AG會(huì)從工件W的表面WF可靠地離開地進(jìn)行流動(dòng)。[實(shí)驗(yàn)10]通過以下實(shí)驗(yàn)10，對(duì)第一實(shí)施例的第二工序中激光LB的輸出進(jìn)行了驗(yàn)證。除了激光LB的輸出之外的加工條件，全部按照上述第一實(shí)施例的第二工序中的設(shè)定。改變第二工序中激光LB的輸出，在第一工序中形成的有底孔21上形成通孔23，并觀察了工件W的表面WF的狀態(tài)。圖19用照片表示在第二工序中用不同激光LB的輸出形成通孔23時(shí)的、在工件W的表面WF上附著的熔融物22。(a)表示將激光LB的輸出設(shè)定成按照上述第一實(shí)施例的設(shè)定的、最大輸出為4kW，脈沖頻率200Hz及脈沖占空比為40%的PW模式時(shí)的、在工件W的表面WF上附著的熔融物22。(b)表示將激光LB的輸出設(shè)定為最大輸出為4kW，脈沖頻率200Hz及脈沖占空比為50%的PW模式時(shí)的、在工件W的表面WF上附著的熔融物22。如果脈沖占空比從40%增加到50%，則熔融物22向工件W的表面WF中的周邊區(qū)域S上的附著增大。這是因?yàn)?，由于激光LB的輸出增大，使加工點(diǎn)上每單位時(shí)間內(nèi)熔融物22的發(fā)生量增大，熔融物22變成大顆粒，所以輔助氣體AG來不得去除熔融物22所導(dǎo)致。由此可驗(yàn)證在第二工序中，期望將激光LB的輸出設(shè)定為能夠通過輔助氣體AG順利地去除熔融物22。以上，以適合的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離權(quán)利要求書的公開范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修正及變更。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法,其特征在于,具備 在使焦點(diǎn)(FP)從工件(W)的表面(WF)離開的狀態(tài)下，將激光(LB)照射到該表面(WF)上，在該工件(W)上形成具有在該表面(WF)開口的筒狀內(nèi)周面(21a)及底面(21b)的有底孔(21)的第一工序；以及 對(duì)上述有底孔(21)的開口(21c)的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體(AG)的一方面，不對(duì)該開口(21c)的周邊區(qū)域(S)噴射該輔助氣體(AG)，并對(duì)上述有底孔(21)的上述底面(21b)照射激光(LB)，形成貫通上述工件(W)的通孔(23)的第二工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光加工方法，其特征在于， 上述第一工序形成具有比加工噴嘴(13)的氣體放出口(18)的直徑大的開口直徑的上述有底孔(21)，上述加工噴嘴(13)在上述第二工序中用于對(duì)上述有底孔(21)的上述開口(21c)的內(nèi)側(cè)噴射上述輔助氣體(AG)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光加工方法，其特征在于， 上述第二工序在將上述激光(LB)的焦點(diǎn)(FP)調(diào)整到上述有底孔(21)的上述底面(21b)，或越過上述底面(21b)調(diào)整到上述工件(W)的內(nèi)部的狀態(tài)下，對(duì)上述底面(21b)照射上述激光(LB)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光加工方法，其特征在于， 在上述第一工序和上述第二工序之間還具備暫時(shí)停止上述激光(LB)的照射的中間工序。
5.一種激光加工裝置，其特征在于，具備 加工頭(17)，將從激光振蕩器(14)射出來的激光(LB)進(jìn)行聚光并照射到工件(W)上，且對(duì)該工件(W)噴射輔助氣體(AG)； 控制部(16)，是控制上述加工頭(17)的動(dòng)作的控制部(16)，控制第一工序和第二工序，第一工序是在使焦點(diǎn)(FP)從上述工件(W)的表面(WF)離開的狀態(tài)下對(duì)該表面(WF)照射上述激光(LB)，在該工件(W)上形成具有在該表面(WF)開口的筒狀內(nèi)周面(21a)及底面(21b)的有底孔(21)的工序，第二工序是對(duì)上述有底孔(21)的開口(21c)的內(nèi)側(cè)噴射上述輔助氣體(AG)的一方面，不對(duì)該開口(21c)的周邊區(qū)域(S)噴射上述輔助氣體(AG)，并對(duì)上述有底孔(21)的上述底面(21b)照射上述激光(LB)，形成貫通上述工件(W)的通孔(23)的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光加工裝置，其特征在于， 上述控制部(16)以形成具有比加工噴嘴(13)的氣體放出口( 18)的直徑大的開口直徑的上述有底孔(21)的方式控制上述第一工序，上述加工噴嘴(13)在上述第二工序中用于對(duì)上述有底孔(21)的上述開口(21c)的內(nèi)側(cè)噴射上述輔助氣體(AG)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光加工裝置，其特征在于， 上述控制部(16)以如下方式控制第二工序在將上述激光(LB)的焦點(diǎn)(FP)調(diào)整到上述有底孔(21)的上述底面(21b)，或越過上述底面(21b)調(diào)整到上述工件(W)的內(nèi)部的狀態(tài)下,對(duì)上述底面(21b)照射上述激光(LB)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的激光加工裝置，其特征在于， 上述控制部(16)在上述第一工序和上述第二工序之間進(jìn)一步設(shè)置暫時(shí)停止上述激光(LB)的照射的中間工序并進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供激光加工方法及激光加工裝置。激光加工方法，其具備在使焦點(diǎn)從工件的表面離開的狀態(tài)下，向表面照射激光，在工件上形成具有在表面開口的筒狀內(nèi)周面及底面的有底孔的第一工序；以及對(duì)有底孔的開口的內(nèi)側(cè)噴射輔助氣體的一方面，不對(duì)開口的周邊區(qū)域噴射輔助氣體，并對(duì)上述有底孔的底面照射激光，形成貫通工件的通孔的第二工序。激光加工裝置具備將激光振蕩器射出的激光聚光而照射至工件，并且向工件噴射輔助氣體的加工頭、和作為加工頭的動(dòng)作控制第一工序以及第二工序的控制部。
文檔編號(hào)B23K26/14GK102896427SQ20121026614
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者黑澤忠, 森敦, 西川佑司 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社