激光加工装置以及激光加工方法

专利名称：激光加工装置以及激光加工方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工装置以及激光加工方法，其利用高功率的光纤激光振荡器的激光，将金属板切断。
背景技术：
作为在工业用加工中使用的高功率的激光振荡器，已知YAG激光器和二氧化碳激光器。由于聚光性的不同，YAG激光器用于刻标器(marker)或焊接，二氧化碳激光器用于金属的切断加工中。例如，在专利文献1中，提出了一种利用二氧化碳激光器的激光切断方法。在专利文献1的方法中，为了使切断面的品质不产生差异，而使光路长度和入射光束直径可以与加工对象(被加工物)的板厚相对应地变化。另一方面，近年来，利用光纤激光器进行激光加工的开发逐渐盛行。光纤激光器具有下述等此前没有的多个优点，即，采用不需要如现有的激光振荡器那样进行光学校准的整体式构造，与用于进行激励的半导体激光器的输入光量相对的变换效率高且节能，用于进行振荡的激光器的功率高。从高功率且节能的角度出发，作为现有的利用YAG介质等的固体激光振荡器的置换品，开始向激光刻标器或激光焊接机应用。作为光纤激光器今后所影响的市场，在当前最适合利用二氧化碳激光器的金属板等的切断中所使用的加工机的市场受到关注。其原因在于，可以在高功率的同时确保难以由现有的YAG激光器实现的二氧化碳激光器程度的聚光性。专利文献1 日本特开平04-253584号公报

发明内容
但是，光纤激光器存在下述问题，即，用户需求最多的厚度大于或等于6mm的低碳钢或铁的切断品质不如现有的激光加工机。本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，得到一种激光加工装置以及激光加工方法，其可以利用光纤激光器，提高包含厚度大于或等于6mm的中厚板在内的金属的切断品质。为了解决上述的课题，实现目的，本发明的特征在于，具有聚光单元及加工单元， 其以下述方式将缩顶(top hat)形状的激光聚光，并向加工对象照射，即，使与所述加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处所述缩顶形状的激光的光束直径，成为具有与所述缩顶形状的激光大致相同的光束品质的高斯模式的激光在所述位置处的光束直径的大约3倍。发明的效果 根据本发明，具有下述效果，即，可以利用光纤激光器，使包含厚度大于或等于6mm 的中厚板在内的金属的切断品质提高。


图1是表示现有的利用二氧化碳激光振荡器的激光切断加工装置的概要的说明图。图2是表示实施方式1的激光加工装置的结构的一个例子的图。图3是表示在条件(1)下在板厚6mm时切断后的加工面的图。图4是表示在条件⑵下在板厚6mm时切断后的加工面的图。图5是表示光束的形状及其加工阈值之间的关系的图。图6是表示光束直径和焦点位置之间的关系的图。图7是表示光束直径和焦点位置之间的关系的图。图8是表示焦点深度和聚光束径之间的关系的图。图9是表示将板厚16mm的低碳钢切断后的加工面的图。图10是表示实施方式2的激光加工装置的加工头的结构的一个例子的图。图11是表示将聚光束径设为大约0. 7mm,将6mm、12mm、16mm的各板厚的低碳钢切断时的加工条件的例子的图表。符号的说明1 二氧化碳激光振荡器2反射镜3加工头4辅助气体口5 激光6聚光透镜7被加工物10激光加工装置13、213 加工头14辅助气体口15 激光16聚光透镜17(a)实施方式1中的高斯光束的聚光点处的光束形状17(b)实施方式1中的缩顶光束的聚光点处的光束形状18(a)实施方式1中的高斯光束的聚光后的光束形状18(b)实施方式1中的缩顶光束的聚光后的光束形状18(c)实施方式2中的缩顶光束的聚光后的光束形状19光纤激光振荡器20 光纤21准直透镜22被加工物23 喷嘴24孔径部25光束校正透镜
26 出口
具体实施例方式下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的激光加工装置以及激光加工方法的实施方式。另外，本发明并不受本实施方式所限定。实施方式1首先，利用图1，对现有的切断加工中所使用的利用二氧化碳激光振荡器的激光切断加工装置进行说明。图1是表示现有的利用二氧化碳激光振荡器1的激光切断加工装置的概要的说明图。通常在金属的厚板切断中使用的二氧化碳激光振荡器1，功率为4 6kW，以低次的高斯模式进行振荡。该模式表示该光束(激光)的品质，同时表示激光的光强度分布，在激光加工中，由于将与该光束的形状相对应的热分布向加工对象施加，所以该模式成为重要的参数。如图1所示，从二氧化碳激光振荡器1射出的激光5，由反射镜2反射并向加工头 3引导。加工头3具有聚光透镜6，其用于将激光5聚光；辅助气体口 4，其使气体以与聚光透镜6同轴的方式流动。由此构成为，激光5在被加工物7上聚光，同时使气体与该激光同轴地流动。在被加工物7上聚光的激光5保持了上述模式的形状。例如，在将低次高斯模式的激光5聚光后的情况下，焦点处的光束的形状如17(a)所示。聚光后变宽的光束的形状也如18(a)所示成为相似形状。这是当前所使用的二氧化碳激光振荡器1的激光5的特征。为了将如上所述的激光聚光并切断被加工物7，而通过控制装置(未图示)设定所照射的激光5的聚光束径、气体的种类、气体的压力、以及加工速度等各种条件。下面，利用图2，说明利用高功率的光纤激光器而构成的实施方式1所涉及的激光加工装置。图2是表示实施方式1的激光加工装置10的结构的一个例子的图。如图2所示，激光加工装置10具有光纤激光振荡器19、光纤20、以及加工头13。光纤激光振荡器19射出激光15。光纤20对从光纤激光振荡器19振荡出的激光 15进行引导，并向加工头13传输。光纤激光振荡器19以及光纤20作为振荡形成缩顶形状的激光15的激光振荡单元起作用。作为加工单元的加工头13具有准直透镜21、聚光透镜16、辅助气体口 14、以及喷嘴23。准直透镜21将激光5变换为平行光束。聚光透镜16将平行光束聚光，并向被加工物22照射。辅助气体口 14使气体以与聚光透镜16同轴的方式流动。喷嘴23将从辅助气体口 14输出的气体向被加工物22喷射。准直透镜21以及聚光透镜16作为将缩顶形状的激光15聚光并向被加工物22照射的聚光单元起作用。下面，说明本实施方式的激光加工装置10的动作顺序。从光纤激光振荡器19射出的激光15直接通过光纤20进行引导，并向加工头13传输。从光纤20输出的激光15在加工头13中暂时变宽，利用准直透镜21变换为平行光束，通过聚光透镜16向被加工物22 照射。在加工时，从辅助气体口 14将最佳种类以及最佳流量的气体经由喷嘴23向被加工物22喷射。
作为具体例子，说明从光纤激光振荡器19振荡出大约5kW的激光15并对被加工物22进行加工的方法及其结果。5kW的激光15通过纤芯直径大概0. 4mm的光纤20向加工头13传输，并向被加工物22照射。在此情况下，采取下述方式，即，使激光15在被加工物22上聚光，并以进行传输的光纤20的纤芯直径为基准，将相当于该纤芯直径的光斑直径 (光束直径)映射在被加工物22的位置上。例如，在上述的准直透镜21和聚光透镜16的焦距相同的情况下，与光纤的纤芯直径相当的光束直径即0. 4mm被映射在聚光点处。通过改变该准直透镜21和聚光透镜16的焦距比，从而可以变更聚光束径。另外，与上述的模式相当的光强度分布，反映光纤20的出口沈的纤芯内的光束形状，形成使光强度均勻化后的所谓缩顶形状(17(b))。在本实施方式中，控制为以下述方式将激光15聚光，并向被加工物22上照射，即， 使与被加工物22的加工阈值相对应的光强度的位置处的激光15的聚光束径(以下，称为阈值相当光束直径)，成为同等光束品质时的高斯模式的激光15的阈值相当光束直径的大约3倍。由此，在与板厚相当的焦点位置附近，可以减少光强度分布的与位置相伴的变化， 因此可以实现被加工物22的切断面的品质提高。下面，说明通过如上所述对由光纤激光振荡器19振荡形成的激光15的聚光束径 (阈值相当光束直径)进行调整，从而可以提高切断面品质的原因。首先，作为被加工材料而使用低碳钢，在下述(1)和(2)这两个条件下，将较薄的 Imm板厚至较厚的16mm板厚的被加工物22切断，并对其加工状态的比较结果进行说明，其中，条件(1)为，喷嘴直径为Φ 1mm，辅助气体为氧气，聚光束径为0.2mm，条件(2)为，喷嘴直径为Φ 1mm，辅助气体为氧气，聚光束径为0. 3mm。另外，在这里的聚光束径与现有的光束品质的定义相同，表示包含全部光量内的大约86%左右的光量的位置处的光束直径。另外， 如图2的说明所示，通过变更准直透镜21和聚光透镜16的焦距的组合，从而可以如上所述变更条件。例如，在小于或等于3mm的较薄的板厚中，加工速度存在差异，但被加工物22的加工品质、即切断加工后的表面状态没有产生差异。但是，在大于或等于6mm的较厚的板中， 被加工物22的加工品质出现较大的差异。图3是表示在条件(1)下在板厚6mm时切断后的加工面的图。另外，图4是表示在条件(2)下在板厚6mm时切断后的加工面的图。如果为现有的激光器，则条件(1)及(2)是可以使切断品质不发生较大变化而进行切断的条件。但是，如图3及图4所示，在利用光纤激光器的情况下观察到较大的差异。 如图3所示，在聚光束径0. 2mm下，板上部表面变得粗糙，从发生由燃烧反应导致的熔融的板厚中央至下部表面产生较大的凹凸条纹。但是，如图4所示，在聚光束径0.3mm下，板上部表面没有变粗糙，从中央至下部表面也保持非常良好的品质。通常，在较薄的板中，仅通过向表面输入热量，热量就传递至板的下表面。另外，辅助气体也不产生影响，在切断面内没有出现较大的差异。但是，较厚的被加工物22的切断面则分为上部表面和下部表面，其中，上部表面为由激光本身形成的切断面，下部表面为由激光的热量和辅助气体引起的燃烧反应或该熔融金属的去除性所形成的切断面。特别地，认为在下部表面处，如果作为辅助气体的氧气没有到达而使浓度下降，则导致粘渣等严重的品质恶化。例如，在专利文献1中也记载了同样的内容。但是，在上述条件⑴及⑵的试验中，由于即使改变辅助气体的压力也没有得到较大的改善，以及如图3及图4所示加工后的板上部表面的状态差异较大，所以推测为激光本身产生了某种影响。因此，下面，说明针对激光的聚光特性的调查结果。如上所述，在利用光纤激光器而构成聚光光学系统的情况下，使用将光纤20的出口沈的纤芯内的光束形状向焦点位置映射的像映射光学系统。因此，可以期待聚光点处的光束形状成为与光纤20的出口沈的光束形状相似的形状，即图2的17(b)所示的缩顶形状。但是，如果对聚光后的实际光束形状进行调查，则如图2的18(b)所示，可知光束形状变形，向伴有衍射光的形状变化。具有如缩顶光束这样的光强度的光束，大多使用在刻标或开孔等电子领域中。其原因是，刻标或开孔是在所加工的对象表面的小于或等于Imm左右的表面层中进行的加工，另外，由于缩顶光束与现有的激光相比光强度均勻，因此，易于将光束本身的光强度分布清楚地反映在加工材料表面上。即，具有如缩顶光束这样的光强度的光束，没有被用于在与焦点位置偏离几mm的位置上进行加工这样的使用事例中。但是，在中厚板的激光切断中，如果假设向被加工物22的板厚方向导入热量的同时进行切断，则应对下述情况进行研究，即，聚光点前后、例如直至在表面上生成切断宽度为止的映射点前后的光束形状，对加工产生影响。在现有的激光切断中，有时在某些影响下从激光振荡器发出的如噪声这样的微弱光在材料表面上聚光，影响加工的品质。特别地，在高功率且高速地进行切断的情况或对较厚的材料进行加工的情况下，可以发现如上所述的影响。另外，特别地，在切断低碳钢或铁的情况下，在将kW功率的高斯光束聚光的中心位置处，光强度大于或等于MW/cm2，因此往往认为微弱的光不会产生影响。但是，在考虑加工面的品质的情况下，必须研究作为加工阈值的几十kW/cm2程度的光强度。在本实施方式中，充分地预想了在加工物内表面产生与上述的加工阈值相当的光强度，对加工形成的表面产生不良影响这一情况。因此，对焦点附近处的光束直径的变化进行了调查。例如，对利用5kW的光纤激光器，以聚光束径成为0. 2mm的方式进行聚光的情况进行了计算。如果与现有的光束品质的定义相同地，将包含全部光量内的大约86%左右的光量的位置处的光束直径定义为聚光束径，则在针对低次高斯光束和缩顶光束使用相同的聚光光学系统的情况下，当然成为相同的聚光束径。因此，在本实施方式中，关注加工阈值的光强度下的光束的动作。在被加工物22 为低碳钢或铁的情况下，表示该加工所需的最低光强度的加工阈值为50kW/cm2左右。艮口， 低碳钢或铁在金属材料中是具有较低的加工阈值的材料。图5是表示低次的高斯光束(18(a))和缩顶光束(18(b))中的光束形状及其加工阈值之间的关系的图。如图5所示，如果在缩顶光束中出现衍射光，则以超过加工阈值的最外周位置的直径定义的光束直径，与低次的高斯光束差异较大。图6是表示将与加工阈值相当的光强度的最外周位置的直径定义为光束直径(阈值相当光束直径)的情况下的光束直径和焦点位置之间的关系的图。图6的实线601表示从现有的激光振荡器得到的低次的高斯光束的情况下的关系。另外，图6的虚线602表示如光纤激光器那样的缩顶光束的情况下的关系。在现有的激光器中使用的高斯光束中，具有与聚光点保持同一形状的传输特性，因此，与焦点位置的变化相伴的与加工阈值相当的光强度的光束直径(阈值相当光束直径)的变化较小。
另一方面，在如光纤激光器那样的缩顶光束中出现如上所述的衍射光。因此，在最小光束直径附近的焦点位置处得到矩形形状的良好地受到了约束的光束。另一方面，在其前后的焦点位置处产生光强度较高的衍射光，因此，阈值相当光束直径示出伴随着远离最小光束直径附近的焦点位置而大幅度扩大的倾向。下面，对以功率同为5kW且聚光束径为0. 7mm左右的方式进行聚光的情况进行了计算。被加工物22与图6相同地假设为低碳钢，对于加工中所需的最低的作为加工阈值的光强度50kW/cm2，将这一光强度的最外周位置的直径，定义为光束直径(阈值相当光束直径)。图7是表示该情况下的光束直径和焦点位置之间的关系的图。图7的实线701表示低次的高斯光束的情况下的关系，虚线702表示缩顶光束的情况下的关系。如图7所示，在低次的高斯模式下，与如图6所示聚光为0. 2mm的情况相比，与焦点位置相伴的阈值相当光束直径的变化变小。另外，即使是缩顶光束，也不存在光强度较高的衍射光，成为与低次的高斯光束相同的变化状态。下面，针对如上所述的变化和焦点深度之间的关系进行研究。通常，焦点深度被定义为扩宽至最小光束直径的λ/ 倍的焦点的深度。例如如果利用图6进行说明，则缩顶光束以及低次的高斯光束的最小光束直径分别由最小光束直径Tl和最小光束直径Gl表示。 该最小光束直径的倍的光束直径成为各虚线的位置。并且，对于与各虚线和表示阈值相当光束直径的变化的曲线之间的交点相当的2个焦点位置，它们之间的距离相当于焦点深度。如图6的虚线箭头所示，缩顶光束以及低次的高斯光束各自的焦点深度，成为焦点深度 Τ2和焦点深度G2。如果按照图7等的其他聚光束径同样地进行解析，则得到各光束的聚光束径(阈值相当光束直径)和焦点深度之间的关系。图8是表示这样得到的焦点深度和聚光束径 (阈值相当光束直径)之间的关系的图。在图8中，实线801表示现有的低次的高斯光束下的关系，虚线802表示利用光纤激光器等振荡形成的缩顶光束下的关系。根据图8可知，为了在使缩顶光束与现有的低次的高斯模式具有相同光束品质的同时，以相同程度确保通过加工阈值定义的焦点深度，与低次的高斯模式相比，必须增大至大约3倍的焦点光束直径(阈值相当光束直径)。另外，根据图8说明上述的图3及图4所示的加工结果。即，在焦点光束直径为 0. 2mm时(图3)，如点811所示，仅为0. 5mm左右的焦点深度，因此，上部表面本身粗糙程度较大。如果将焦点光束直径扩大至0. 3mm(图4)，则如点812所示焦点深度扩宽至大约2mm。 由此，可以确保上部表面处的切断面的加工品质。S卩，可以得到良好的加工品质。因此，可知为了利用如光纤激光器这样的缩顶光束，以高加工品质对6mm的板厚进行切断加工，而需要板厚的1/3左右的焦点深度。下面，说明利用本实施方式的方法进行低碳钢16mm的切断加工试验的结果。虽然推测为焦点深度越大越可以确保加工品质，但如果过度地扩大，则导致聚光部的光强度的下降，进而使加工速度下降。因此，基于图8，将聚光束径设定为约0. 7mm,以确保与板厚的大约1/3相当的大于或等于5mm的焦点深度。对于聚光束径，如上述所示，可以例如通过改变准直透镜21和聚光透镜16的焦距比而设定。图9是表示这样将板厚16mm的低碳钢切断后的加工面的图。如图9所示，在加工速度1.4m/min下，板的上表面·中部表面·下表面均可以确保表面粗糙度(Ry)为20 μ m左右的良好品质。其结果，可以说与现有的二氧化碳激光器具有相同程度的速度，且具有同等以上的加工品质。如上所述，即使是被认为加工品质逊色的光纤激光器，也可以通过考虑其光束的动作而充分地确保加工品质。对于现有的高斯光束，与板厚相当的焦点深度是根据通常的加工光学系统得到的条件。因此，认为对于相同光束品质的光纤激光，也可以得到相同程度的焦点深度。但是， 可知对于大于或等于6mm左右的板厚的金属板，受焦点附近处的光束直径的变化的影响较大，会导致加工品质恶化。其结果，可知为了在6mm至16mm程度的中厚板中确保加工品质同时进行切断加工，而必须聚光为0. 3mm至0. 7mm的焦点光束直径(阈值相当光束直径)，以实现板厚的1/3 左右的焦点深度。即，可知必须形成与现有的高斯激光相比大于或等于3倍的聚光束径(阈值相当光束直径)。该聚光条件与利用现有的高斯模式进行激光加工的条件不同，是根据光纤激光的光束特性本身得到的、在激光加工中所需的聚光条件。另外，从加工速度的角度出发，也可以说上述0. 7mm的聚光束径，是利用光纤激光器对考虑了加工品质的16mm厚度以内的材料进行切断加工所需的最大的聚光束径。图11是表示将聚光束径设为大约0. 7mm,将6mm、12mm、16mm的各板厚的低碳钢切断时的加工条件的例子的图表。在这里，将激光功率、板厚、加工速度、气体压力、气体种类、 喷嘴23的孔径(喷嘴直径)、喷嘴23和被加工物22之间的长度(喷嘴高度)、加工时的焦点和被加工物22之间的长度(焦点位置)作为加工条件，将该加工条件下的加工品质以表面粗糙度来表示。由于根据加工时设置的加工条件的不同而加工结果差异较大，因此，在这里所示的各条件成为用于得到本实施方式的效果的重要条件。可以使加工品质(表面粗糙度)与现有的激光加工机相同，并确保相对于焦点位置的2mm左右的富裕度。其切断加工速度大于或等于lm/min，证实了可以以与现有的激光加工同等、或者更快的速度进行切断。如上所述，根据本实施方式，在与板厚相当的焦点位置附近，可以使光强度分布的与位置相伴的变化减少，因此，实现被加工物22的切断面品质的提高。另外，由于使用从振荡器得到的缩顶光束的激光，所以可以将金属板特别是大于或等于6mm的中厚板的金属， 在确保表面品质的同时切断为期望形状。实施方式2图10是表示实施方式2的激光加工装置的加工头213的结构的一个例子的图。作为加工单元的加工头213采用对实施方式1的加工头13进行改造后的构造。图10表示从光纤20输出的光通过加工头213内部的光束校正透镜25而进行一次聚光，并在其聚光点附近设置有孔径部M的构成例。如上所述，光强度比加工阈值高并扩宽的衍射光，对加工品质产生不良影响。因此，将从17(b)所示的缩顶光束向周边扩宽的光强度较高的部分，利用光束校正透镜25进行聚光并通过孔径部M除去后，再次进行聚光，向被加工物22照射而进行加工。另外，图 10的18(c)表示通过实施方式2的加工头213将缩顶光束聚光后的光束形状。例如，如果通过光束校正透镜25聚光的光束的动作为上述图8中的缩顶光束所示的特性，则在从焦点位置偏离大于或等于2mm的位置上，设置Φ0. 5mm至Φ Imm程度的孔径部Μ。由此，可以将成为衍射光的光强度部分除去或者使其降低。其结果，即使是缩顶光束，也与现有的高斯光束相同地，可以降低焦点附近位置处的光强度的变化。因此，即使在以成为与现有技术相同的聚光束径的方式进行聚光的情况下，也可以得到与现有技术同等的焦点深度，可以改善大于或等于6mm的中厚板的激光切断面。另外，对于孔径部M，作为将衍射光除去或者使其降低的方法，可以使用将衍射光吸收的方法、以及将衍射光反射的方法等当前使用的所有方法。另外，即使构成为替代孔径部M而利用使衍射光以外的部分透过的光学元件，也可以得到同样的效果。如上所述，实施方式1及2的激光加工装置，是在使用了节能且高功率的光纤激光器进行的激光加工中，有利于提高加工面品质的手段。为了实现确保加工品质的加工，必须具有下述聚光光学系统，其除了考虑到焦点位置处的与加工阈值相当的光强度的降低之外，还考虑到在与所加工的板厚相对应的焦点范围内，与所加工的材料的加工阈值相当的光强度的降低。在上述各实施方式中，通过预想该光强度的变化，降低光强度的变化的影响，从而可以进行与现有技术相当或超过现有技术的切断品质的加工。对在实施方式1及2的激光加工中使用光纤激光器的例子进行了说明，但只要是伴随有光纤传输且具有与可在切断加工中使用的二氧化碳激光器同等的聚光性的高功率激光振荡源，均可以同样地使用。在实施方式1及2的激光加工中，即使使用例如伴随有光纤传输的各种固体激光器或光纤耦合的半导体激光器等，也可以得到同样的效果。另外，以上对将低碳钢作为被加工物的例子进行了说明，但对于以铁或不锈钢为代表的其他金属，也可以在大于或等于6mm的中厚板加工中应用本发明。另外，上述各实施方式表示本发明内容的一个例子，也可以与其他公知的技术组合，在不脱离本发明主旨的范围内，可以通过省略·变更而构成。工业实用性如上所述，本发明所涉及的激光加工装置以及激光加工方法，适合作为利用从高功率的光纤激光振荡器得到的缩顶光束的激光，对金属板特别是中厚板的金属进行切断的激光加工装置及方法。
权利要求
1.一种激光加工装置，其特征在于，具有激光振荡单元，其振荡形成缩顶形状的激光；以及聚光单元及加工单元，其以下述方式将所述缩顶形状的激光聚光，并向加工对象照射， 即，使与所述加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处所述缩顶形状的激光的光束直径，成为具有与所述缩顶形状的激光大致相同的光束品质的高斯模式的激光在所述位置处的光束直径的大约3倍。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述光束品质为，照射了全部光量内的大约86%的光量的位置处的光束直径相同。
3.一种激光加工装置，其特征在于，具有激光振荡单元，其振荡形成缩顶形状的激光；以及聚光单元及加工单元，其以焦点深度成为加工对象的厚度的大约1/3的方式，使所述激光聚光并向所述加工对象照射，其中，焦点深度表示相对于与所述加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处的所述激光的光束直径的最小值，光束直径成为该最小值的倍的焦点位置范围。
4.一种激光加工装置，其特征在于，具有 激光振荡单元，其振荡形成缩顶形状的激光；去除单元，其将所述激光的衍射光中大于或等于与加工对象的加工阈值相对应的光强度的所述衍射光除去；以及聚光单元及加工单元，其对除去所述衍射光后的所述激光进行聚光，并向所述加工对象照射。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光加工装置，其特征在于， 所述加工对象为低碳钢或者铁。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述加工对象是与所述加工阈值相对应的光强度为大约50kW/cm2或者更大值的材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光振荡单元包含光纤激光器、光纤耦合半导体激光器、伴随有光纤传输的固体激光器中的任一种。
8.一种激光加工方法，其特征在于，具有激光振荡工序，在该工序中，振荡形成缩顶形状的激光；以及聚光工序，在该工序中，以下述方式将所述缩顶形状的激光聚光，并向加工对象照射， 即，使与所述加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处所述缩顶形状的激光的光束直径，成为具有与所述缩顶形状的激光大致相同的光束品质的高斯模式的激光在所述位置处的光束直径的大约3倍。
9.一种激光加工方法，其特征在于，具有激光振荡工序，在该工序中，振荡形成缩顶形状的激光；以及聚光工序，在该工序中，其以焦点深度成为加工对象的厚度的大约1/3的方式，使所述激光聚光并向所述加工对象照射，其中，焦点深度表示相对于与所述加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处的所述激光的光束直径的最小值，光束直径成为该最小值的倍的焦点位置范围。
10.一种激光加工方法，其特征在于，具有激光振荡工序，在该工序中，振荡形成缩顶形状的激光；去除工序，在该工序中，将所述激光的衍射光中大于或等于与加工对象的加工阈值相对应的光强度的所述衍射光除去；以及聚光工序，在该工序中，对除去所述衍射光后的所述激光进行聚光，并向所述加工对象照射。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，将所述激光振荡工序中的激光功率设为4 5kW，针对6mm至16mm厚度的所述加工对象，将所述聚光工序中的聚光束径设定为大约0. 7mm。
12.根据权利要求11所述的激光加工方法，其特征在于，将向所述加工对象喷射气体的喷嘴的直径形成为1.2 1.5mm，将气体压力设为 0. 05 0. 12MPa。
13.根据权利要求11或12所述的激光加工装置，其特征在于，所述加工对象是与所述加工阈值相对应的光强度为大约50kW/cm2或者更大值的材料。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，在所述激光振荡工序中，使用光纤激光器、光纤耦合半导体激光器、伴随有光纤传输的固体激光器中的任一种。
全文摘要
具有光纤激光振荡器(19)，其振荡形成缩顶形状的激光；聚光透镜(16)及加工头(13)，其以下述方式将缩顶形状的激光(15)聚光，并向被加工物(22)照射，即，使与加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处的缩顶形状的激光(15)的光束直径，成为具有与缩顶形状的激光(15)大致相同的光束品质的高斯模式的激光的光束直径的大约3倍，聚光透镜(16)以焦点深度成为加工对象的厚度的大约1/3的方式使激光(15)聚光，其中，焦点深度表示相对于与加工对象的加工阈值相对应的光强度的位置处的激光(15)的光束直径的最小值，光束直径成为该最小值的倍的焦点位置范围。
文档编号B23K26/08GK102448660SQ20108002301
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月25日
发明者久场一树, 古田启介, 村井融, 熊本健二, 竹中裕司, 荻田平, 西前顺一 申请人:三菱电机株式会社