CN109689278B - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
激光加工装置(100)具有：激光振荡器(1)，其射出激光束(L)；聚光透镜(4)，其将激光束(L)照射至工件(W)；聚光位置控制机构(2)，其配置在激光振荡器(1)和聚光透镜(4)之间的激光束(L)的光路上，对激光束(L)的发散角及向聚光透镜(4)射入的激光束(L)的入射径进行控制；激光束偏转器(3)，其在激光束(L)射入至聚光透镜(4)之前，将激光束(L)偏转；以及出射角度控制机构(5)，其对由激光束偏转器(3)偏转后的激光束(L)的从聚光透镜(4)起的出射角度进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及照射出激光束而进行加工的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
为了对诸如CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料或者半导体薄膜那样的难加工材料进行激光加工，需要考虑加工材料的热影响，使激光多次扫描而进行加工。
专利文献1：日本特开2015－214771号公报
发明内容
在专利文献1中公开的技术是强化纤维基材的切断方法，且通过向工件的切断线将激光束多次照射而将强化纤维基材进行了切断。在专利文献1中，通过将激光束向切断线多次照射，从而减少了作为工件的强化纤维基材的热影响。
但是，在工件具有曲面的情况下，如果统一地设置激光束的作为聚光径的照射径及激光束相对于工件的入射角度，则只有使工件旋转或使激光振荡器前方的加工光学系统整体旋转。在需要将激光束多次照射而进行加工的难加工材料为工件的情况下，难以在多次扫描中进行如上述那样的运动。因此，在具有曲率的难加工材料的工件中，在激光束的扫描中，激光束的照射径及激光束相对于工件的入射角度变化，加工条件改变。其结果，具有曲率的难加工材料的工件的加工，与激光束的照射径及激光束相对于工件的入射角度统一的平面的加工相比较，生产率降低。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够针对具有曲率的工件，在激光束的扫描中将加工条件统一地设置的激光加工装置。
为了解决上述的课题并达到目的，本发明是一种激光加工装置，其具有：激光振荡器，其射出激光束；聚光透镜，其将激光束照射至工件；以及聚光位置控制机构，其配置在激光振荡器和聚光透镜之间的激光束的光路上，对激光束的发散角及向聚光透镜射入的激光束的入射径进行控制。本发明还具有：激光束偏转器，其在激光束射入至聚光透镜之前，将激光束偏转；以及出射角度控制机构，其对由激光束偏转器偏转后的激光束的从聚光透镜起的出射角度进行控制。
发明的效果
根据本发明，具有下述效果，即，能够实现能针对具有曲率的工件，在激光束的扫描中将加工条件统一地设置的激光加工装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光加工装置的结构的剖视图。
图2是表示实施方式1所涉及的聚光位置控制机构的透镜的光学配置的一个例子的剖视图。
图3是表示实施方式1所涉及的聚光位置控制机构的透镜的光学配置的其它例子的剖视图。
图4是表示实施方式1所涉及的入射光瞳位置、聚光透镜及工件的关系的图。
图5是表示实施方式1所涉及的工件的厚度和激光束的入射角度的关系的一个例子的图。
图6是表示实施方式1所涉及的工件的厚度和激光束的入射角度的关系的其它例子的图。
图7是表示通过实施方式1所涉及的入射位置控制机构实现的控制的一个例子的剖视图。
图8是表示通过实施方式1所涉及的入射位置控制机构实现的控制的其它例子的剖视图。
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的激光加工装置的结构的剖视图。
图10是表示通过实施方式2所涉及的入射位置控制机构实现的控制的一个例子的剖视图。
图11是表示通过实施方式2所涉及的入射位置控制机构实现的控制的其它例子的剖视图。
图12是表示本发明的实施方式3所涉及的激光加工装置的结构的剖视图。
图13是表示本发明的实施方式4所涉及的激光加工装置的结构的剖视图。
图14是表示本发明的实施方式5所涉及的激光加工装置的结构的剖视图。
图15是表示将实施方式1至5所涉及的控制部的功能通过计算机系统实现的情况下的硬件结构的图。
图16是表示将实施方式1至5所涉及的控制部的功能通过专用的硬件实现的情况下的结构的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的激光加工装置及激光加工方法详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光加工装置100的结构的剖视图。在图1中示出了X方向及Z方向，纸面垂直方向成为Y方向。激光加工装置100具有：激光振荡器1，其射出激光束L；聚光位置控制机构2，其对激光束L的聚光位置进行控制；电扫描器3，其将激光束L偏转；聚光透镜4，其将激光束L向工件W照射；入射位置控制机构5，其对激光束L向聚光透镜4射入的位置进行控制；以及控制部50。聚光位置控制机构2配置在激光振荡器1和聚光透镜4之间的激光束L的光路上。作为激光束偏转器的电扫描器3，配置在能够在激光束L射入至聚光透镜4之前将激光束L偏转的位置。控制部50对激光振荡器1、聚光位置控制机构2、电扫描器3及入射位置控制机构5进行控制。
图2是表示实施方式1所涉及的聚光位置控制机构2的透镜20、21、22的光学配置的一个例子的剖视图。图3是表示实施方式1所涉及的聚光位置控制机构2的透镜20、21、22的光学配置的其它例子的剖视图。在图2及图3各自中还示出了聚光透镜4及向聚光透镜4射入的激光束L的样子，但省略了电扫描器3等。图4是表示实施方式1所涉及的入射光瞳位置6、聚光透镜4及工件W的关系的图。
从振荡中的激光振荡器1射出的激光束L，经过由多个透镜的组构成的聚光位置控制机构2，通过电扫描器3对向聚光透镜4的入射位置及入射角度进行控制，经过聚光透镜4，聚光照射至工件W。
聚光位置控制机构2具有由透镜20、21、22构成的多个透镜。在作为光学元件组的透镜20、21、22分别设置有驱动机构，通过在光轴方向上独立地移动，从而对透镜20、21、22的光学配置进行控制。
通过将聚光位置控制机构2中的透镜21及22的光学配置独立地控制，从而如果按照图3那样进行了配置，则与按照图2那样配置的情况相比较，能够将激光束L向聚光透镜4的入射径设为相同，减小从透镜22起的激光束L的发散角。
如上所述，能够通过聚光位置控制机构2的透镜20、21、22的光学配置，对向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及激光束L从聚光位置控制机构2起的发散角进行控制。
在图1中，聚光透镜4的光轴方向如由虚线所示那样成为Z方向，电扫描器3的扫描方向成为X方向。聚光位置控制机构2能够对向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及从聚光位置控制机构2起的发散角进行控制，因此能够对向工件W表面照射的激光束L的照射径及Z方向的聚光位置进行控制。聚光位置控制机构2如果处在聚光透镜4和激光振荡器1之间，则可以配置在任意处，但优选配置在激光振荡器1和电扫描器3之间。聚光位置控制机构2能够对向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及从聚光位置控制机构2起的发散角进行控制即可，因此可以不是如图1所示那样的透镜配置，另外能够移动的透镜的片数也可以多于2片。
另外，入射位置控制机构5装载于聚光透镜4。实施方式1中的入射位置控制机构5是将聚光透镜4在作为光轴方向的Z方向移动，使电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离变更的机构。
入射位置控制机构5设定为，处于聚光透镜4的光轴上的入射光瞳位置6处在电扫描器3上。由此，电扫描器3能够在入射光瞳位置6处使激光束L向聚光透镜4的入射角度变化。而且，入射位置控制机构5使电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离变更，由此能够对激光束L向聚光透镜4射入的聚光透镜4上的位置进行调整。如上所述，通过对聚光透镜4中的激光束L的入射角度及入射位置进行调整，从而能够使从聚光透镜4起的激光束L的出射角度变化。即，入射位置控制机构5也成为使从聚光透镜4起的激光束L的出射角度变化的出射角度控制机构。因此，通过设置有入射位置控制机构5，从而能够对激光束L相对于工件W的入射角度进行变更。
在图4中，将通过电扫描器3而偏转的激光束L相对于聚光透镜4的入射角度设为θ，将激光束L相对于聚光透镜4的出射角度设为β，将电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离设为D，将聚光透镜4的焦距设为f，将工件W的曲率半径设为R。此外，在对入射位置控制机构5进行了设定，以使得入射光瞳位置6处在电扫描器3上的状态下，距离D成为入射光瞳位置6和聚光透镜4之间的Z方向的距离。
在这里，在入射光瞳位置6及工件W的曲率中心处在聚光透镜4的光轴上时，如果设为在激光束L所照射的范围中的工件W没有曲率变化，则下面的算式(1)及(2)那样的关系式成立。
【式1】
【式2】
能够从上述的算式(1)及(2)，关于距离D而导出下面的算式(3)。
【式3】
在这里，在工件W为平面形状的情况下，认为工件W的曲率半径R无限大。
根据上述的算式(3)，如果聚光透镜4的焦距f恒定，则能够通过曲率半径R而决定电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离D。在这里，在工件W的曲率半径R为正的情况下，工件W为凸面形状，在工件W的曲率半径R为负的情况下，工件W为凹面形状。
在对凸面形状的工件W进行加工时，将电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离D设为比聚光透镜4的焦距f大，由此将经过聚光透镜4后的激光束L朝向工件W的曲率中心。圆的切线与将圆的中心和切点连结的半径长度的线段垂直相交，因此能够使激光束L相对于工件W而垂直地射入。
图5是表示实施方式1所涉及的工件W的厚度和激光束L的入射角度的关系的一个例子的图。图6是表示实施方式1所涉及的工件W的厚度和激光束L的入射角度的关系的其它例子的图。
在图5及图6中，工件W的厚度为t。如图6所示，在激光束L相对于工件W倾斜θ而射入的情况下，激光束L在工件W内经过的距离成为t/cosθ。与此相对，如图5所示，在激光束L相对于工件垂直地射入的情况下，激光束L在工件W内经过的距离成为t，成为最小的值。因此，如果使激光束L相对于工件W垂直地射入，则激光束L经过工件W的距离变得最小，因此能够进行高效的加工。
关于对凹面形状的工件W进行加工的情况下的加工方法，由于工件W的曲率半径R成为负，因此与通过算式(3)求出的距离D为正的情况和为负的情况相应地分为2类。
图7是表示通过实施方式1所涉及的入射位置控制机构5实现的控制的一个例子的剖视图。图8是表示通过实施方式1所涉及的入射位置控制机构5实现的控制的其它例子的剖视图。此外，在图7及图8中，入射位置控制机构5本身省略了记载。另外，在图7及图8中，在入射光瞳位置6存在电扫描器3，但电扫描器3从图中省略。
在通过算式(3)求出的距离D为正的情况下，入射位置控制机构5进行控制，以使得如图7所示与工件W的曲率中心相比聚光透镜4处于下方。入射位置控制机构5设为下述配置结构，即，如图7所示，将电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离设为比聚光透镜4的焦距f小，由此经过聚光透镜4而朝向工件W的激光束L的由虚线示出的相反方向的延长线与工件W的曲率中心相交。圆的切线与将圆的中心和切点连结的半径长度的线段垂直地相交，因此通过设为如图7所示的配置结构，从而能够使激光束L相对于工件W垂直地射入。
在通过算式(3)求出的距离D为负的情况下，或者在与通过算式(3)求出的距离D的绝对值相比电扫描器3的尺寸变大而电扫描器3和聚光透镜4会碰撞的情况下，入射位置控制机构5进行控制，以使得如图8所示与工件W的曲率中心相比聚光透镜4处于上方。在距离D为负的情况下，或者在与距离D的绝对值相比电扫描器3的尺寸变大的情况下，无法如图7那样使经过聚光透镜4而朝向工件W的激光束L的由虚线示出的相反方向的延长线与工件W的曲率中心相交。因此，入射位置控制机构5如图8所示通过将电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离设为比聚光透镜4的焦距f大，从而使经过聚光透镜4而朝向工件W的激光束L经过工件W的曲率中心。圆的切线与将圆的中心和切点连结的半径长度的线段垂直地相交，因此通过设为如图8所示的配置结构，从而能够使激光束L相对于工件W垂直地射入。
在对难加工材料进行加工时，必须考虑由热造成的对工件W的影响，因此不仅是将激光束L进行1次扫描而对工件W进行加工，通常是将激光束L进行多次扫描而对工件W进行加工。因此，针对具有曲面的工件W，在激光束L的扫描中，需要保证与向工件W照射的激光束L垂直的关系，但根据实施方式1所涉及的激光加工装置100能够将其实现。另外，激光加工装置100也能够用于金属的3维切断加工。
此外，在将激光束L相对于工件W倾斜射入会提高生产率的情况下，通过对与工件W的曲率半径R对应的距离D的值进行调整，从而能够相对于工件W而使激光束L倾斜射入。
激光加工装置100设置有能够对向聚光透镜4射入的激光束L的发散角及入射径进行控制的聚光位置控制机构2，由此能够对从聚光透镜4射出的激光束L的聚光透镜4的光轴方向的聚光位置及激光束L的照射径进行调整。由此，针对具有曲面的工件W或者处于激光束扫描范围内的一部分没有成为与聚光透镜4的光轴垂直的面的形状的工件W，能够在激光束扫描中将从聚光透镜4起的激光束L的聚光位置调整至工件W上，并且对激光束L的照射径进行调整。
另外，激光加工装置100设置有对偏转后的激光束L向聚光透镜4射入的位置进行控制的入射位置控制机构5，由此能够对从聚光透镜4起的激光束L的出射角即激光束L相对于工件W的入射角进行控制。因此，能够相对于上述形状的工件W对激光束L的入射角进行调整，相对于工件W的表面使激光束L垂直地照射。在激光加工装置100中，在控制部50预先使用工件W的CAD(Computer-Aided Design)数据而识别出工件W的形状后，控制部50能够与工件W的形状相匹配地使聚光位置控制机构2对光学元件进行配置，将激光束L调整至工件W的加工形状的沿Z轴的聚光位置。此外，也可以是使用CAD数据进行的工件W的形状的识别在控制部50的外部被执行，将工件W的形状的数据赋予给控制部50。另外，能够通过入射位置控制机构5以与工件W的加工形状曲率相匹配的入射角使激光束L射入。
即，激光加工装置100设置有聚光位置控制机构2及入射位置控制机构5，由此能够针对在聚光透镜4的光轴方向即Z方向具有曲率的工件W，在激光束L的扫描中将加工条件统一地设置。其结果，与激光束L的照射径及激光束L相对于工件W的入射角度统一的平面加工相比较，能够缓和加工速度的降低。另外，能够防止依赖于工件W的形状而加工品质波动。另外，在3维形状加工时，与使加工头旋转或使工件W旋转的方法相比，具有生产率提高那样的效果。
聚光透镜4只要能够对激光束L进行聚光即可，可以是1片透镜，也可以是将多片透镜组合后的结构。另外，如果相对于聚光透镜4的焦距f将电扫描器3的偏转角设为θ，则也可以使用使得维持聚光透镜4的扫描位置成为fθ的关系的fθ透镜。
另外，在图1中，在激光加工装置100中设置有1个电扫描器3，以使得能够应对绕纸面垂直的Y轴的旋转，但在对3维形状的工件W进行加工时，还必须追加电扫描器3，以使得能够应对绕1个轴的旋转。例如，追加能够应对绕X轴的旋转的电扫描器3。在该情况下，入射位置控制机构5可以配置为，聚光透镜4的入射光瞳位置6位于X轴旋转用及Y轴旋转用的2个电扫描器3的中间地点。
另外，使电扫描器3和聚光透镜4之间的Z方向的距离D进行变更的机构即入射位置控制机构5，也可以不设置于聚光透镜4，而设置于电扫描器3。另外，入射位置控制机构5也可以设置于电扫描器3及聚光透镜4这两者。
电扫描器3只要能够将激光束L偏转即可，因此可以使用下述装置，即，利用了光波的声光调制的声光偏转器(AOD：Acousto－Optic Deflector)，或者利用了光电效应的电调制偏转器。
聚光位置控制机构2只要能够对向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及发散角进行控制即可，因此所具有的透镜可以是多片，但也可以是1片。另外，聚光位置控制机构2也可以不具有透镜，而是具有反射镜。另外，聚光位置控制机构2可以不仅对透镜的光学配置的关系进行变更，还对反射镜的配置及朝向或者透镜等的曲率半径进行变更，由此对向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及发散角进行控制。
另外，通过对激光振荡器1的部分反射镜的外表面曲率进行调整或者更换，从而也能够实现向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及发散角的调整，因此也可以将激光振荡器1的部分反射镜包含于聚光位置控制机构2。
在上述中，在实施方式1所涉及的激光加工装置100中，对具有动作的控制机构的结构要素即激光振荡器1、聚光位置控制机构2、电扫描器3及入射位置控制机构5与不具有上述控制机构的结构要素即聚光透镜4混合的结构进行了说明。但是，实施方式1所涉及的激光加工装置100并不限定于如上所述的结构。也能够将激光加工装置100通过将具有上述控制机构的结构要素和仅具有驱动机构而由控制部50对动作进行控制的结构要素进行组合而构成。
即，例如入射位置控制机构5可以构成为仅具有对激光束L向聚光透镜4射入的位置进行变更的机构，与来自控制部50的信号相应地对射入的位置进行变更。
另外，例如聚光位置控制机构2也可以构成为仅具有对激光束L的聚光位置进行变更的机构，与来自控制部50的信号相应地对聚光位置进行变更。
另外，例如作为激光束偏转器的电扫描器3也可以构成为仅具有将激光束L偏转的机构，与来自控制部50的信号相应地将激光束L偏转。
另外，当然也可以构成为激光加工装置100的结构要素中的一部分具有对动作进行控制的机构，剩余的结构要素仅具有驱动机构，由控制部50对动作进行控制。
实施方式2.
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的激光加工装置200的结构的剖视图。在图9中示出了X方向及Z方向，纸面垂直方向成为Y方向。聚光透镜4的光轴方向如由虚线所示那样是Z方向。在实施方式1所涉及的激光加工装置100中，将入射位置控制机构5装载于聚光透镜4，但在实施方式2所涉及的激光加工装置200中，将入射位置控制机构5装载于插入至电扫描器3和聚光透镜4之间的楔形基板7。入射位置控制机构5在聚光透镜4的光轴方向对楔形基板7的位置进行调整，由此楔形基板7对聚光透镜4的入射光瞳位置6进行变更。图9所示的楔形基板7相对于聚光透镜4的光轴而成为轴对称的构造。关于楔形基板7及入射位置控制机构5以外的激光加工装置200的结构及动作，与实施方式1所涉及的激光加工装置100相同。
在图9所示的激光加工装置200中，与实施方式1所涉及的激光加工装置100同样地，从激光振荡器1射出的激光束L，经过聚光位置控制机构2而到达至电扫描器3。在激光加工装置200中，电扫描器3进行定位，由此决定激光束L向楔形基板7的入射角度。从电扫描器3射入而经过楔形基板7后的激光束L，经由聚光透镜4而聚光，照射至工件W。
图10是表示通过实施方式2所涉及的入射位置控制机构5实现的控制的一个例子的剖视图。图11是表示通过实施方式2所涉及的入射位置控制机构5实现的控制的其它例子的剖视图。此外，在图10及图11中，入射位置控制机构5本身省略了记载。另外，在图10及图11中，在入射光瞳位置6存在电扫描器3，但电扫描器3从图中省略。
如图10及图11所示，如果在存在于入射光瞳位置6的电扫描器3和聚光透镜4之间插入了楔形基板7，则能够对聚光透镜4的入射光瞳位置6进行变更。如果将楔形基板7的折射率设为n，将楔形基板7的楔形角设为α，则激光束L的偏转角δ由下面的算式表示。
δ＝sin-1(n×sinα)－α≈(n－1)α
入射位置控制机构5使楔形基板7沿聚光透镜4的光轴方向即Z方向移动，由此能够使聚光透镜4的入射光瞳位置6移动。其结果，能够对激光束L向聚光透镜4射入的位置进行控制。在激光加工装置200中，在识别出工件W的形状后，能够与工件W的形状相匹配地配置聚光位置控制机构2的光学元件而将激光束L调整至工件W的加工形状的沿Z轴的聚光位置。另外，能够通过入射位置控制机构5以与工件W的加工形状曲率相匹配的入射角使激光束L射入。
激光加工装置200设置为将楔形基板7插入至电扫描器3和聚光透镜4之间，由此入射位置控制机构5对聚光透镜4的入射光瞳位置6进行变更。由此能够相对于工件W的表面使激光束L垂直地照射。其结果，关于在Z方向具有曲率的工件W，能够在激光束L的扫描中将加工条件统一地设置，与平面的加工相比较能够缓和加工速度的降低。另外，能够防止依赖于工件W的形状而加工品质波动。另外，在3维形状加工时，与使加工头旋转或使工件W旋转的方法相比，具有生产率提高那样的效果。
此外，在上述中，说明了将电扫描器3及聚光透镜4在Z方向固定而入射位置控制机构5使楔形基板7在Z方向移动。但是，入射位置控制机构5也可以具有将电扫描器3或者聚光透镜4的任意者在Z方向移动的功能，也可以具有将电扫描器3及聚光透镜4这两者在Z方向移动的功能。在入射位置控制机构5具有将电扫描器3、聚光透镜4、电扫描器3及聚光透镜4这两者在Z方向移动的功能的情况下，也可以不具有使楔形基板7在Z方向移动的功能。
根据实施方式2所涉及的激光加工装置200，通过设置楔形基板7，从而能够使用与实施方式1所涉及的激光加工装置100的入射位置控制机构5不同结构的入射位置控制机构5，得到与实施方式1相同的效果。
实施方式3.
图12是表示本发明的实施方式3所涉及的激光加工装置300的结构的剖视图。在图12中示出了X方向及Z方向，纸面垂直方向成为Y方向。聚光透镜4的光轴方向如由虚线所示那样是Z方向。在实施方式3所涉及的激光加工装置300中，实施方式1所涉及的激光加工装置100的电扫描器3被置换为平面反射镜9、楔形棱镜10及旋转机构8。控制部50在激光振荡器1、聚光位置控制机构2及入射位置控制机构5的基础上对旋转机构8进行控制。平面反射镜9被固定，楔形棱镜10是使激光束L偏转的棱镜。旋转机构8具有在与聚光透镜4的光轴垂直的平面上使楔形棱镜10旋转的功能。关于平面反射镜9、楔形棱镜10及旋转机构8以外的激光加工装置300的结构及动作，与实施方式1所涉及的激光加工装置100相同。
在图12所示的激光加工装置300中，与实施方式1所涉及的激光加工装置100同样地，从激光振荡器1射出的激光束L，经过聚光位置控制机构2。然后，激光束L由平面反射镜9反射，由楔形棱镜10偏转，经由设置有入射位置控制机构5的聚光透镜4而被聚光，照射至工件W。
旋转机构8在与聚光透镜4的光轴垂直的平面上使楔形棱镜10旋转，由此使激光束L偏转至扫描方向。由此，旋转机构8及楔形棱镜10与实施方式1的电扫描器3同样地作为激光束偏转器起作用。激光加工装置300的入射位置控制机构5，进行设定以使得聚光透镜4的入射光瞳位置6处在楔形棱镜10上。
作为使楔形棱镜10和聚光透镜4之间的Z方向的距离变更的机构的入射位置控制机构5，可以设置于聚光透镜4或者楔形棱镜10的任意者。另外，入射位置控制机构5也可以设置于楔形棱镜10及聚光透镜4这两者。并且，在实施方式2中说明的楔形基板7也可以设置在楔形棱镜10和聚光透镜4之间。该情况下的入射位置控制机构5的变化与在实施方式2中说明的情况相同。
根据实施方式3所涉及的激光加工装置300，取代电扫描器3而设置旋转机构8及楔形棱镜10，由此能够使用与实施方式1所涉及的激光加工装置100的激光束偏转器不同结构的激光束偏转器，得到与实施方式1相同的效果。
实施方式4.
图13是表示本发明的实施方式4所涉及的激光加工装置400的结构的剖视图。在图13中示出了X方向及Z方向，纸面垂直方向成为Y方向。聚光透镜4的光轴方向如由虚线所示那样是Z方向。在实施方式4所涉及的激光加工装置400中，作为实施方式1所涉及的激光加工装置100的激光振荡器1而使用了脉冲CO2激光器11。控制部50对脉冲CO2激光器11、聚光位置控制机构2、电扫描器3及入射位置控制机构5进行控制。关于脉冲CO2激光器11以外的激光加工装置400的结构及动作，与实施方式1所涉及的激光加工装置100相同。
在图13所示的激光加工装置400中，从脉冲CO2激光器11射出的激光束L，与实施方式1所涉及的激光加工装置100同样地，经过聚光位置控制机构2。然后，激光束L由电扫描器3偏转，经过设置有入射位置控制机构5的聚光透镜4而被聚光，照射至工件W。
脉冲CO2激光器11如果考虑到热透镜效应的影响等，则与固体激光器相比较，容易实现激光输出的高输出化。通常来说，激光输出与加工速度具有正的相关性，因此通过使用脉冲CO2激光器11，从而能够实现加工的高速化。另外，通过使用脉冲CO2激光器11，从而能够进行高品质的加工。此外，脉冲CO2激光器11的激光波长优选是从9μm至12μm。
入射位置控制机构5可以不设置于聚光透镜4，而设置于电扫描器3。另外，入射位置控制机构5也可以设置于电扫描器3及聚光透镜4这两者。并且，在实施方式2中说明的楔形基板7也可以设置于电扫描器3和聚光透镜4之间。该情况下的入射位置控制机构5的变化与在实施方式2中说明的情况相同。
另外，通过对脉冲CO2激光器11的部分反射镜的外表面曲率进行调整或者更换，从而也能够实现向聚光透镜4射入的激光束L的入射径及发散角的调整，因此也可以将脉冲CO2激光器11的部分反射镜包含于聚光位置控制机构2。
脉冲CO2激光器11的脉冲方式可以使用下述方式：使用声光元件(AOM：Acousto－Optic Modulator)或者电气调制光学元件(EOM：Electro－Optic Modulator)的Q通断方式、腔倒空方式、使激励放电断续地振荡的增益通断方式那样的方式。
实施方式5.
图14是表示本发明的实施方式5所涉及的激光加工装置500的结构的剖视图。在图14中示出了X方向及Z方向，纸面垂直方向成为Y方向。聚光透镜4的光轴方向如由虚线所示那样是Z方向。在实施方式5所涉及的激光加工装置500中，在实施方式1所涉及的激光加工装置100的基础上，还设置有距离测量传感器23。距离测量传感器23通过对工件W和距离测量传感器23之间的距离进行测量而对工件W的形状进行测定，基于测定结果对曲率半径进行计算。使用由距离测量传感器23求出的曲率半径的数据，激光加工装置500进行加工。
在图14所示的激光加工装置500中，与实施方式1所涉及的激光加工装置100同样地，从激光振荡器1射出的激光束L经过聚光位置控制机构2。然后，激光束L由电扫描器3偏转，经由设置有入射位置控制机构5的聚光透镜4而被聚光，照射至工件W。由距离测量传感器23求出的工件W的曲率半径的数据被控制部50读入，聚光位置控制机构2及入射位置控制机构5进行控制的量是由距离测量传感器23所求出的曲率半径的数据决定的。激光加工装置500使用由距离测量传感器23测定出的实际的形状数据，由此也能够针对工件W的形状偏差进行应对而进行加工。
此外，也可以是距离测量传感器23对工件W的形状进行测定，控制部50基于工件W的形状的测定结果，对工件W的曲率半径的数据进行计算。
另外，在实施方式2、3及4所涉及的激光加工装置200、300及400中，如果能够设置距离测量传感器23，则也能够得到与上述相同的效果。
另外，将控制部50预先读入的工件W的CAD数据和由距离测量传感器23测定出的工件W的形状进行对照而求出工件W的更详细的形状数据，由此激光加工装置500也能够进行精密的加工。
图15是表示将实施方式1至5所涉及的控制部50的功能通过计算机系统实现的情况下的硬件结构的图。即，实施方式1至5所涉及的控制部50能够通过如图15所示那样的计算机系统实现。在该情况下，控制部50的功能由CPU(Central Processing Unit)101及存储器102实现。控制部50的功能通过软件、固件或者软件和固件的组合而实现。软件或者固件作为程序被记述，储存于存储器102。CPU101通过将在存储器102中存储的程序读出而执行，从而实现控制部50的功能。即，计算机系统具有存储器102，该存储器102用于储存程序，该程序包含有将实现控制部50的功能的动作实施的步骤。另外，这些程序可以说是使计算机执行控制部50的顺序或者方法的程序。在这里，存储器102相当于RAM(Random AccessMemory)、ROM(Read Only Memory)、闪存存储器、EPROM(Erasable Programmable ReadOnly Memory)、EEPROM(注册商标)(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory)那样的非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(Digital Versatile Disk)。
图16是表示将实施方式1至5所涉及的控制部50的功能通过专用的硬件实现的情况下的结构的图。如图16所示，控制部50可以由专用的硬件即处理电路103构成。处理电路103相当于单一电路、复合电路、被程序化的处理器、被并行程序化的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)或者将它们组合后的结构。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其它公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1激光振荡器，2聚光位置控制机构，3电扫描器，4聚光透镜，5入射位置控制机构，6入射光瞳位置，7楔形基板，8旋转机构，9平面反射镜，10楔形棱镜，11脉冲CO2激光器，20、21、22透镜，23距离测量传感器，50控制部，100、200、300、400、500激光加工装置，101 CPU，102存储器，103处理电路，L激光束，W工件。
Claims (9)
1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
激光振荡器，其射出激光束；
聚光透镜，其将所述激光束照射至工件；
聚光位置控制机构，其配置在所述激光振荡器和所述聚光透镜之间的所述激光束的光路上，对所述激光束的发散角及向所述聚光透镜射入的所述激光束的入射径进行控制；
激光束偏转器，其在所述激光束射入至所述聚光透镜之前，将所述激光束偏转；
出射角度控制机构，其通过使所述聚光透镜沿所述聚光透镜的光轴方向移动，从而对所述激光束偏转器和所述聚光透镜之间的距离进行变更；以及
控制部，其基于所述工件的形状，对所述聚光位置控制机构进行控制，由此在激光束扫描中对所述激光束的所述工件的表面中的照射径及所述光轴方向的聚光位置进行控制。
2.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
激光振荡器，其射出激光束；
聚光透镜，其将所述激光束照射至工件；
聚光位置控制机构，其配置在所述激光振荡器和所述聚光透镜之间的所述激光束的光路上，对所述激光束的发散角及向所述聚光透镜射入的所述激光束的入射径进行控制；
激光束偏转器，其在所述激光束射入至所述聚光透镜之前，将所述激光束偏转；
出射角度控制机构，其使在所述激光束偏转器和所述聚光透镜之间设置的楔形基板的位置沿所述聚光透镜的光轴方向移动而进行调整，由此对通过激光束偏转器进行偏转后的所述激光束的从所述聚光透镜起的出射角度进行控制；以及
控制部，其对所述激光振荡器、所述聚光位置控制机构、所述激光束偏转器及所述出射角度控制机构进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光束偏转器是声光偏转器。
4.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光束偏转器是棱镜及在与所述聚光透镜的光轴垂直的平面上使所述棱镜旋转的旋转机构。
5.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述激光振荡器是脉冲CO2激光器。
6.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部基于所述工件的曲率半径，对所述出射角度控制机构进行控制，以使所述激光束相对于所述工件垂直地射入。
7.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部基于所述工件的曲率半径，对所述出射角度控制机构进行控制，以将所述激光束的聚光位置调整至所述工件上。
8.一种激光加工方法，其特征在于，
使用权利要求1至7中任一项所述的激光加工装置，使所述激光束多次扫描而对所述工件进行加工。
9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，
所述工件是碳纤维强化塑料。
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