CN109420841B - 激光加工前进行光学***的污染检测的激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工前进行光学***的污染检测的激光加工装置，该激光加工装置具备在激光加工前判定外部光学***的污染的污染判定部，污染判定部根据在外部光学***没有被加热的状态下通过能量测定部测定到的第一测定值与在外部光学***已被加热的状态下通过能量测定部测定到的第二测定值之间的比较来判定外部光学***中的透镜的污染。

Description

激光加工前进行光学***的污染检测的激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置，特别涉及一种激光加工前进行光学***的污染检测的激光加工装置。
背景技术
向被加工物照射激光来进行被加工物的激光加工的激光加工装置通过透镜将激光聚焦到预定的焦点位置，向被加工物照射聚焦后的激光。在上述的激光加工装置中，从激光振荡器导出激光并使激光在工件表面聚焦的外部光学***当被污染而吸收激光时，由于所谓的热透镜效应而改变曲率使焦点位置移动。另外，根据污染的方式还使光学***的透射率也发生变化。如果产生焦点位置的变化以及透射率的变化，则会产生加工不良，因此需要确认外部光学***是否没有被污染。该情况会妨碍自动运转。
为了解决上述课题，已知通过在外部光学***中安装温度传感器和散射光传感器来检测外部光学***的污染。在国际公开第2009/066370(A1)号小册子中公开一种激光加工装置，其虽然不是外部光学***，但能够判定激光振荡器的出射镜的涂层的劣化等。出射镜由于劣化而吸收激光束，成为热负荷状态从而使曲率发生变化，由于所谓的热透镜效应成为使平行光聚焦的倾向。激光加工装置具备配置在出射镜后方的光圈以及配置在光圈后方的光束功率测定传感器，由此当光束功率比基准值大时判定为出射镜的劣化。
在日本特开2016-2580号公报中公开了一种激光加工装置，其虽然不是在激光加工前，但能够在加工后检测外部光学***的由于热透镜效应造成的焦点偏移。如果由于热透镜效应而产生焦点偏移，则激光照射直径变大，因此激光加工装置具备具有小开口的测定基准面，由此根据从小开口的周围进行辐射的辐射光的水平来检测焦点偏移。
外部光学***随时间进行劣化。作为其结果，在聚焦点产生激光功率的损失。即使是轻度的污染，焦点位置也会移动，因此会引起激光加工的品质发生显著的劣化。此时，需要迅速地更换或清洗光学部件。但是，在产生了加工不良后进行光学部件的维护时，存在在自动运转时产生大量的不良部件的问题。另一方面，在向外部光学***安装温度传感器和散射光传感器的方式中，会有这些传感器无法后装的问题。并且，并非所有的外部光学***可应对能够检测污染的传感器，因此缩小了用户选择的自由。
发明内容
因此，谋求一种通过对已有的激光加工装置可后装的结构，能够在激光加工前自动检测外部光学***的污染的技术。
本公开的一个方式提供了一种激光加工装置，其在检测出光学***的污染后对工件进行激光加工，该激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学***，其用于从激光振荡器导出激光并使激光在工件的表面聚焦；驱动控制部，其用于使从外部光学***出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；冷却控制部，其控制外部光学***的冷却；板，其具有小径孔且能够吸收激光；能量测定部，其测定被板吸收的激光的能量；激光去除部，其能够去除经过了小径孔的激光；以及污染判定部，其在激光加工前判定外部光学***的污染，污染判定部具备：冷却停止指令部，其对冷却控制部进行停止外部光学***的冷却的指令；驱动指令部，其对驱动控制部进行使焦点位置与板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令；低输出指令部，其对激光振荡器进行以使板不融化或不变形的程度的低输出来出射激光的指令；以及透镜污染判定部，其根据第一测定值与第二测定值之间的比较来判定外部光学***的透镜的污染，该第一测定值是在外部光学***没有被加热的激光出射开始期间内由能量测定部测定到的测定值，该第二测定值是在外部光学***已被加热的经过一定时间的期间内由能量测定部测定到的测定值。
本公开的另一方式提供了一种激光加工装置，其在检测出光学***的污染后对工件进行激光加工，该激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学***，其用于从激光振荡器导出激光并使激光在工件的表面聚焦；驱动控制部，其用于使从外部光学***出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；板，其具有小径孔；能量测定部，其测定经过了小径孔的激光的能量；激光去除部，其配置在与板不同的场所并能够去除激光；以及污染判定部，其在激光加工前判定外部光学***的污染，污染判定部具备：第一驱动指令部，其在将外部光学***加热之前，对驱动控制部进行使焦点位置与板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令；第一低输出指令部，其对激光振荡器进行以使板不融化或不变形的程度的低输出来出射激光的指令；高输出指令部，其为了将外部光学***加热，对激光振荡器进行以用于激光加工的程度的高输出向激光去除部出射激光的指令；第二驱动指令部，其在将外部光学***加热后，对驱动控制部进行使焦点位置与板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令；第二低输出指令部，其在外部光学***已被加热的状态下，对激光振荡器进行以使板不融化或不变形的程度的低输出来出射激光的指令；以及透镜污染判定部，其根据第一测定值与第二测定值之间的比较来判定外部光学***中的透镜的污染，该第一测定值是在外部光学***没有被加热的状态下由能量测定部测定到的测定值，该第二测定值是在外部光学***已被加热的状态下由能量测定部测定到的测定值。
附图说明
图1是用于说明外部光学***的污染水平的示意图。
图2是表示与污染水平对应的焦点移动量和经过了小径孔的激光的能量之间的关系的图表。
图3是表示一个实施方式的激光加工装置的概要结构的概要图。
图4是表示一个实施方式的激光加工装置的结构的框图。
图5是表示一个实施方式的激光加工装置的动作的流程图。
图6是表示另一实施方式的激光加工装置的概要结构的概要图。
图7是表示另一实施方式的激光加工装置的结构的框图。
图8是表示另一实施方式的激光加工装置的动作的流程图。
图9是表示一个实施方式的小径孔的直径的板的立体图。
图10是表示一个实施方式的板的厚度的板的立体图。
图11是表示其他实施方式的锥形的小径孔的板的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。在各个附图中，对相同或类似的结构要素赋予相同或类似的标记。另外，以下记载的实施方式并非限定权力要求书中记载的发明的技术范围以及用词的意义。
说明本说明书中的用词的定义。本说明书中的用词“透镜”是指具备了具有曲率的表面的光学部件。换言之，本说明书中使用的透镜是在由于污染而吸收了激光的情况下，由于所谓的热透镜效应造成的曲率变化大的光学部件。另外，本说明书中的用词“窗口”是指由大致的平面构成的光学部件。换言之，本说明书中使用的窗口是在由于污染而吸收了激光的情况下曲率变化小的光学部件。并且，本说明书中的用词“污染”不单是包括尘埃堆积的状态，也包括堆积的尘埃通过激光而烧灼为斑点的状态或设置在反射镜等上的薄膜脱落从而劣化的状态等。
图1是用于说明外部光学***的污染种类的示意图。外部光学***虽然没有被限定，但是具备用于使激光在工件表面上聚焦的透镜1以及配置在外部光学***的最外侧的窗口2。在使焦点位置与具有小径孔S的板15的表面对齐，并且使激光的光轴与小径孔S的中心对齐的状态下，从外部光学***出射了激光的情况下，在透镜1和窗口2都没有被污染的正常时，激光没有被小径孔S的周围的板15遮住而经过小径孔。因此，通过配置在板15的下方的能量测定部16测定到的激光的能量为最大。与此相对，在只有透镜1被污染的透镜污染时，由于透镜1的热透镜效应使得焦点位置向上方(或下方)移动，从而激光被小径孔的周围的板15遮住，因此通过能量测定部16测定到的激光的能量有些下降。并且，在只有窗口2被污染的窗口污染时，未产生热透镜效应焦点位置没有移动，因此激光没有被小径孔的周围的板15遮住。但是，当在窗口2的表面堆积了薄薄的尘埃时，窗口2吸收激光，因此通过能量测定部16测定到的激光的能量下降。当在窗口2的表面尘埃被烧成斑点时，窗口2使激光散射，因此通过能量测定部16测定到的激光的能量下降。而且，在透镜1以及窗口2双方被污染时，由于透镜1的热透镜效应而使焦点位置移动，激光被小径孔S的周围的板15遮住，并且由于窗口2吸收激光或者使激光散射，因此通过能量测定部16测定到的激光的能量变为最小。
图2是表示与污染的种类对应的焦点移动量与经过了小径孔的激光的能量之间的关系的图表。如上所述，与实线所表示的正常时相比，在虚线所表示的透镜污染时，焦点位置移动且能量有些下降。另外，在一点划线所表示的窗口污染时，焦点位置虽然没有移动但能量下降。并且，在二点划线所表示的透镜以及窗口污染时，焦点位置移动且能量变成最小。如此在通过用于激光加工的程度的高输出的激光使得外部光学***已被加热的状态下，产生热透镜效应从而焦点位置移动，但是在外部光学***没有被加热的状态下，即使透镜被污染也不会产生热透镜效应，焦点位置不会移动，因此通过将这两个状态下的激光的能量进行比较，能够在激光加工前检测出透镜的污染。本实施方式的激光加工装置使用上述物理现象来检测外部光学***的污染。
图3是表示本实施方式的激光加工装置10的概要结构的概要图。激光加工装置10具备激光振荡器11、用于从激光振荡器11导出激光并使激光在工件的表面聚焦的外部光学***12、通过水冷式或空冷式控制外部光学***12的冷却的冷却控制部13、控制整个激光加工装置10的数值控制装置14。激光加工装置10还具备：铝制的板15，其被配置在加工台的外侧，例如具有0.5mm的小径孔S，并且为了吸收激光进行了铝阳极氧化处理；能量测定部16，其在板15的下表面被配置在小径孔S的周围来测定被板15吸收的激光的能量；以及激光去除部17，其能够去除经过了小径孔S的激光，使得经过了小径孔的激光的反射光或辐射热不会返回到板15。能量测定部16可以是用于对被板15吸收的激光的热量进行测定的圆环状的热电偶，或者也可以是用于对被板15吸收的激光的功率进行测定的功率传感器。激光去除部17可以是进行了铝阳极氧化处理的铝板，或者也可以是为了使经过了小径孔的激光不会返回到板15而向其他场所反射激光的反射镜等光学***。激光加工装置10还具备遮蔽部18，该遮蔽部18配置在板15与激光去除部17之间，遮蔽来自激光去除部17的反射光或辐射热。
图4是表示本实施方式的激光加工装置10的结构的框图。激光加工装置10还具备：驱动控制部20，其用于使从外部光学***12出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；污染判定部21，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路或计算机可执行的程序构成，在激光加工前判定外部光学***12的污染；以及存储部22，其存储各种数据。污染判定部21具备：冷却停止指令部30，其对冷却控制部13进行停止外部光学***12的冷却的指令；驱动指令部31，其对驱动控制部20进行使焦点位置与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔S的中心对齐的指令；以及低输出指令部32，其对激光振荡器11进行以使板15不融化或不变形的程度的低输出(例如50W)出射激光的指令。污染判定部21还具备透镜污染判定部33，该透镜污染判定部33根据第一测定值与第二测定值之间的比较来判定外部光学***12中的透镜1的污染，该第一测定值是在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内(例如从激光出射开始5秒后)通过能量测定部16测定到的测定值，该第二测定值是在外部光学***12已被加热的经过一定时间的期间内(例如从激光出射开始120秒后)通过能量测定部16测定到的测定值。污染判定部21还可以具备窗口污染判定部34，但不是必需的结构，该窗口污染判定部34根据第一测定值和关于第一测定值预先决定的基准值来判定外部光学***12中的窗口2的污染。第一测定值、第二测定值以及基准值被存储在存储部22中。激光加工装置10还具有警告部35，该警告部35在通过透镜污染判定部33或窗口污染判定部34判定为外部光学***12被污染时进行警告。警告部35可以是警告灯或者可以是在操作盘上显示警告的监视器。
图5是表示本实施方式的激光加工装置10的动作的流程图。以下，参照图4以及图5说明外部光学***的污染判定处理。当在激光加工前由污染判定部21开始了污染判定时，在步骤S10，冷却停止指令部30对冷却控制部13进行停止外部光学***12的冷却的指令，使得即使是低输出的激光也会由于较长时间的出射而使外部光学***12被加热。在步骤S11，驱动指令部31对驱动控制部20进行使焦点与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令。在步骤S12，低输出指令部32对激光振荡器11进行以低输出出射激光的指令(例如50W5秒钟)。在步骤S13，能量测定部16测定由板15吸收的激光的能量来作为第一测定值(例如5W)。在步骤S14，存储部22存储第一测定值。在步骤S15，窗口污染判定部34开始窗口2的污染判定。在步骤S16，窗口污染判定部34将第一测定值与关于第一测定值预先决定的基准值(例如5W)进行比较。当在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内测定到的第一测定值比基准值大时(步骤S16为是)，因为板15吸收的激光的能量比正常时大，因此窗口污染判定部34判定为由于窗口2的污染使激光散射而被板15吸收。因此，在步骤S17，警告部35警告窗口造成的激光的散射，督促操作员更换窗口。在步骤S16，当在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内测定到的第一测定值在基准值以下时(步骤S16为否)，激光没有被板15吸收，因此窗口污染判定部34判定为窗口2没有污染。另外，判定窗口污染的步骤S15～S17不是必需的处理。
在步骤S18，低输出指令部32对激光振荡器11进行以低输出出射激光的指令(例如50W120秒钟)。但是，从步骤S12到步骤S18(即在外部光学***1被加热之前)，低输出指令部32可以进行以低输出持续出射激光的指令。在步骤S19，能量测定部16测定通过板15吸收的激光的能量来作为第二测定值(例如7W)。在步骤S20，存储部22存储第二测定值。在步骤S21，透镜污染判定部33开始透镜1的污染判定，将在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内测定到的第一测定值与在外部光学***12已被加热的经过一定时间的期间内测定到的第二测定值进行比较。当在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内通过板15吸收的激光的能量即第一测定值与在外部光学***12已被加热的经过一定时间的期间内通过板15吸收的激光的能量即第二测定值(例如7W)之间的比(或差)大于预先决定的容许变化率α(或容许变化量，例如0.8)时(步骤S21为是)，通过板15吸收的能量比正常时增加，因此透镜污染判定部33判定为由于透镜1的污染产生热透镜效应从而焦点位置向上方或下方进行了位移。因此，在步骤S22，警告部35警告透镜1的污染，督促操作员维护透镜1。在步骤S21，当在外部光学***12没有被加热的激光出射开始期间内通过板15吸收的激光的能量即第一测定值与在外部光学***12已被加热的经过一定时间的期间内通过板15吸收的激光的能量即第二测定值之间的比(或差)在预先决定的容许变化率α(或容许变化量)以下时(步骤S21为否)，通过板15吸收的能量与正常时相比大体没有变化，因此透镜污染判定部33判定为透镜1没有污染。因此，在步骤S23中，激光加工装置10开始激光加工。根据上述的激光加工装置10，通过对已有的激光加工装置能够后装的结构，能够在激光加工前自动检测外部光学***12的污染。并且，能够不产生大量的加工不良地执行外部光学***12的维护。
图6是表示另一实施方式的激光加工装置40的概要结构的概要图。激光加工装置40与激光加工装置10的不同点在于，对外部光学***进行加热的结构以及测定激光的能量的场所。即，激光加工装置10停止外部光学***12的冷却在一定时间出射低输出的激光来加热外部光学***，与此相对，激光加工装置40在与板15不同的场所具备能够去除激光的激光去除部41，通过以高输出向激光去除部41出射激光来加热外部光学***。另外，激光加工装置10测定具有小径孔S的板15所吸收的激光的能量，与此相对，激光加工装置40并非测定通过15吸收的激光的能量，而是测定经过了小径孔S的激光的能量。
激光加工装置40具备激光振荡器11、用于从激光振荡器11导出激光并使激光在工件的表面聚焦的外部光学***12、控制整个激光加工装置10的数值控制装置14。激光加工装置40还具备：板15，其配置在加工台的外侧，并具有例如0.5mm的小径孔S；能量测定部42，其测定经过了小径孔S的激光的能量；以及激光去除部41，其配置在与板15不同的场所并能够去除激光。能量测定部42可以是用于对经过了小径孔S的激光的热量进行测定的热电偶，或者也可以是对经过了小径孔S的激光的功率进行测定的功率传感器。激光去除部41可以是进行了铝阳极氧化处理的铝板，或者也可以是向其他场所反射激光的反射镜等光学***。
图7是表示另一实施方式的激光加工装置40的结构的框图。激光加工装置40还具备：驱动控制部20，其用于使从外部光学***12出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；污染判定部43，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路或计算机可执行的程序构成，在激光加工前判定外部光学***12的污染；以及存储部22，其存储各种数据。污染判定部43具备：第一驱动指令部50，其在加热外部光学***12之前，对驱动控制部20进行使焦点位置与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔S的中心对齐的指令；第一低输出指令部51，其对激光振荡器11进行在外部光学***12没有被加热的状态下并且以不会使板15融化或变形的程度的低输出(例如50W)出射激光的指令。污染判定部43还具备：高输出指令部52，其为了加热外部光学***12，对激光振荡器11进行以用于激光加工的程度的高输出(例如3500W)向激光去除部41出射激光的指令；第二驱动指令部53，其在加热了外部光学***12后，对驱动控制部20进行使焦点位置与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔S的中心对齐的指令；以及第二低输出指令部54，其在外部光学***12已被加热的状态下，对激光振荡器11进行以不会使板15融化或变形的程度的低输出出射激光的指令。污染判定部43还具备透镜污染判定部55，该透镜污染判定部55根据在外部光学***12没有被加热的状态下通过能量测定部42测定到的第一测定值与在外部光学***12已被加热的状态下通过能量测定部42测定到的第二测定值之间的比较来判定外部光学***12中的透镜1的污染。污染判定部43还可以具备窗口污染判定部56，其不是必需的结构，窗口污染判定部56根据第一测定值和关于第一测定值预先决定的基准值来判定外部光学***12中的窗口2的污染。第一测定值、第二测定值以及基准值被存储在存储部22中。激光加工装置40还具有警告部35，该警告部35在通过透镜污染判定部55或窗口污染判定部56判定为外部光学***12被污染时进行警告。警告部35可以是警告灯或者可以是在操作盘上显示警告的监视器。
图8是表示另一实施方式的激光加工装置40的动作的流程图。以下，参照图7以及图8说明外部光学***的污染判定处理。当在激光加工前污染判定部43开始了污染判定时，在步骤S20，在加热外部光学***12之前，第一驱动部50对驱动控制部20进行使焦点与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令。在步骤S21，第一低输出指令部51对激光振荡器11进行以低输出出射激光的指令(例如50W)。在步骤S22，能量测定部42测定经过了小径孔S的激光的能量来作为第一测定值(例如40W)。在步骤S23，存储部22存储第一测定值。在步骤S24，窗口污染判定部56开始窗口2的污染判定。在步骤S25，窗口污染判定部56将第一测定值与关于第一测定值预先决定的基准值(例如45W)进行比较。当在外部光学***12没有被加热的状态下测定到的第一测定值比基准值小时(步骤S25为是)，经过了小径孔的激光的能量比正常时小，因此窗口污染判定部56判定为由于窗口2的污染激光被吸收或散射。因此，在步骤S26，警告部35警告窗口2的污染，督促操作员清洗窗口2。当操作员进行窗口2的清洗而去除了污垢时，污染判定部43重新开始污染判定。在即使操作员进行窗口2的清洗也无法去除污垢时，更换窗口2。在步骤S25，当在外部光学***12没有被加热的状态下测定到的第一测定值在基准值以上时(步骤S25为否)，经过了小径孔S的激光的能量没有减少，因此窗口污染判定部56判定为窗口2没有被污染。另外，判定窗口的污染的步骤S24～S26不是必需的处理。
在步骤S27，高输出指令部52为了加热外部光学***12，对激光振荡器11进行以高输出(例如3500W)向激光去除部41出射激光的指令。在步骤S28，在外部光学***12被加热后，第二驱动指令部53对驱动控制部20进行使焦点位置与板15的表面对齐的指令以及使激光的光轴与小径孔的中心对齐的指令。在步骤S29，第二低输出指令部54在外部光学***12被加热的状态下，对激光振荡器11进行以不会使板15融化或变形的程度的低输出(例如50W)出射激光的指令。在步骤S30，能量测定部42测定经过了小径孔S的激光的能量来作为第二测定值(例如30W)。在步骤S31，存储部22存储第二测定值。在步骤S32，透镜污染判定部55开始透镜1的污染判定，将在外部光学***12没有被加热的状态下测定到的第一测定值与在外部光学***12被加热的状态下测定到的第二测定值进行比较。当在外部光学***12没有被加热的状态下经过了小径孔S的激光的能量即第一测定值(例如40W)与在外部光学***12被加热的状态下经过了小径孔S的激光的能量即第二测定值(例如30W)之间的比(或差)大于预先决定的容许变化率α(或容许变化量，例如1.2)时(步骤S31为是)，经过了小径孔S的能量比正常时减少，因此透镜污染判定部55判定为由于透镜1的污染而产生热透镜效应，从而焦点位置向上方或下方进行了位移。因此，在步骤S33，警告部35警告透镜1的污染，督促操作员维护透镜1。在步骤S32，当在外部光学***12没有被加热的状态下经过了小径孔S的激光的能量即第一测定值(例如40W)与在外部光学***12被加热的状态下经过了小径孔的激光的能量即第二测定值(例如30W)之间的比(或差)在预先决定的容许变化率α(或容许变化量，例如1.2)以下时(步骤S32为否)，经过了小径孔的能量与正常时相比大致没有变化，因此透镜污染判定部55判定为透镜1没有污染。因此，在步骤S33中，激光加工装置40开始激光加工。根据上述激光加工装置40，通过对已有的激光加工装置能够后装的结构，能够在激光加工前自动检测外部光学***12的污染。并且，能够不产生大量的加工不良地执行外部光学***12的维护。
图9是表示本实施方式的小径孔S的直径P的板的立体图。如图9所示，优选小径孔S的直径P为激光的聚焦直径L的2倍以上30倍以下。一般，将激光的聚焦直径L定义为从峰值强度降到1/e2(13.5％)的强度时的宽度，因此低端比较宽。因此，通过使小径孔S的直径P是激光的聚焦直径L的2倍以上，从而激光大致不会碰到板15。另外，本实施方式的激光振荡器11不限定激光的种类，因此包括具有各种聚焦角的激光。例如，在光纤激光的情况下，激光具有比较小的聚焦角，但是当聚焦直径L为100μm，聚焦角为2.4°时，如果由于热透镜效应焦点位置偏离10mm，则聚焦直径L成为约820μm。此时，如果使小径孔的直径P为激光的聚焦直径L的30倍的3000μm，则不会碰到板15的表面，污染判定部21无法判定外部光学***12的污染。但是，在为CO2激光的情况下，激光具有更大的聚焦角，因此经验上如果小径孔的直径P为激光的聚焦直径L的30倍以下，则即使在焦点位置发生了变化的情况下，也大致会碰到板15的表面。因此，优选小径孔S的直径P为激光的聚焦直径L的2倍以上30倍以下。另外，关于小径孔的直径P的规定，也能够适用于在图6～图8说明的另一实施方式的小径孔S。
图10是表示本实施方式的板15的厚度Q的板15的立体图。如图10所示，优选板15的厚度Q为激光的聚焦直径的10倍以下。例如，在为聚焦角比较小的光纤激光的情况下，当小径孔的直径P为200μm、聚焦直径L为100μm、板15的厚度Q为聚焦直径L的10倍的1mm时，如果使焦点位置与板15的上表面对齐，则移动了1mm后的板15下表面的激光的直径为184μm，激光的低端部分不会碰到板15的下表面，因此污染判定部21能够正确地判定外部光学***12的污染。相反，如果板15的厚度Q超过激光的聚焦直径的10倍，则在使焦点位置与板15的上表面对齐时，激光碰到板15的下表面，污染判定部21无法正确地判定外部光学***12的污染。因此，优选板15的厚度Q为激光的聚焦直径的10倍以下。另外，关于板15的厚度Q的规定也能够适用于在图6～图8中说明的另一实施方式的板15的厚度。
图11是表示其他实施方式的锥形的小径孔S’的板60的截面图。优选小径孔S’为锥形，使得小径孔S’的直径从板60的上表面向下表面变大(P→P’)。由此，当使焦点位置与板60的上表面对齐时，在板60的下表面激光的低端不会碰到板60，污染判定部21能够正确地判定外部光学***12的污染。另外，在使焦点位置与板的下表面对齐的实施方式中，优选小径孔为锥形，使得小径孔的直径从板的下表面向上表面变大。另外，关于锥形的小径孔的规定也能够适用于在图3～图8中说明的所有实施方式的小径孔。
能够将上述实施方式中的可由计算机执行的程序记录在计算机可读取的非暂时性的记录介质、CD-ROM等中来提供该程序。在本说明书中说明了各种实施方式，但是希望认识到本发明不限定于上述各种实施方式，在权利要求书所记载的范围中能够进行各种变更。

Claims (8)

1.一种激光加工装置，其在检测出光学***的污染后对工件进行激光加工，其特征在于，
上述激光加工装置具备：
激光振荡器；
外部光学***，其用于从上述激光振荡器导出激光并使激光在工件的表面聚焦；
驱动控制部，其用于使从上述外部光学***出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；
冷却控制部，其控制上述外部光学***的冷却；
板，其具有小径孔且能够吸收激光；
能量测定部，其测定被上述板吸收的激光的能量；
激光去除部，其能够去除经过了上述小径孔的激光；以及
污染判定部，其在激光加工前判定上述外部光学***的污染，
上述污染判定部具备：
冷却停止指令部，其对上述冷却控制部进行停止上述外部光学***的冷却的指令；
驱动指令部，其对上述驱动控制部进行使焦点位置与上述板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与上述小径孔的中心对齐的指令；
低输出指令部，其对上述激光振荡器进行以不会使上述板融化或变形的程度的低输出来出射激光的指令；以及
透镜污染判定部，其根据第一测定值与第二测定值之间的比较来判定上述外部光学***中的透镜的污染，上述第一测定值是在上述外部光学***没有被加热的激光出射开始期间内由上述能量测定部测定到的测定值，上述第二测定值是在上述外部光学***已被加热的经过一定时间的期间内由上述能量测定部测定到的测定值。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
上述激光加工装置还具备遮蔽部，该遮蔽部配置在上述板与上述激光去除部之间，遮蔽来自上述激光去除部的反射光或辐射热。
3.一种激光加工装置，其在检测出光学***的污染后对工件进行激光加工，其特征在于，
上述激光加工装置具备：
激光振荡器；
外部光学***，其用于从上述激光振荡器导出激光并使激光在工件的表面聚焦；
驱动控制部，其用于使从上述外部光学***出射的激光的焦点位置以及光轴进行移动；
板，其具有小径孔；
能量测定部，其测定经过了上述小径孔的激光的能量；
激光去除部，其配置在与上述板不同的场所并能够去除激光；以及
污染判定部，其在激光加工前判定上述外部光学***的污染，
上述污染判定部具备：
第一驱动指令部，其在将上述外部光学***加热之前，对上述驱动控制部进行使焦点位置与上述板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与上述小径孔的中心对齐的指令；
第一低输出指令部，其对上述激光振荡器进行以不会使上述板融化或变形的程度的低输出来出射激光的指令；
高输出指令部，其为了将上述外部光学***加热，对上述激光振荡器进行以用于激光加工的程度的高输出向上述激光去除部出射激光的指令；
第二驱动指令部，其在将上述外部光学***加热后，对上述驱动控制部进行使焦点位置与上述板的表面对齐的指令以及使激光的光轴与上述小径孔的中心对齐的指令；
第二低输出指令部，其在上述外部光学***已被加热的状态下，对上述激光振荡器进行出射不会使上述板融化或变形的程度的低输出的激光的指令；以及
透镜污染判定部，其根据第一测定值与第二测定值之间的比较来判定上述外部光学***中的透镜的污染，上述第一测定值是在上述外部光学***没有被加热的状态下由上述能量测定部测定到的测定值，上述第二测定值是在上述外部光学***已被加热的状态下由上述能量测定部测定到的测定值。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，
上述激光加工装置还具备存储部，该存储部存储关于上述第一测定值预先决定的基准值，
上述污染判定部还具备窗口污染判定部，该窗口污染判定部根据上述第一测定值与上述基准值来判定上述外部光学***中的窗口的污染。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，
上述激光加工装置还具备警告部，该警告部在判定为上述外部光学***已被污染时进行警告。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，
上述小径孔的直径为激光的聚焦直径的2倍以上30倍以下。
7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，
上述板的厚度为激光的聚焦直径的10倍以下。
8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，
上述小径孔的直径从上述板的上表面向下表面或者从下表面向上表面变大。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6616368B2 (ja) 2017-09-14 2019-12-04 ファナック株式会社 レーザ加工前に光学系の汚染レベルに応じて加工条件を補正するレーザ加工装置
JP6643397B2 (ja) * 2018-05-10 2020-02-12 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法
JP7305271B2 (ja) * 2019-08-08 2023-07-10 株式会社ディスコ レーザー加工装置の加工性能の確認方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6066227A (ja) * 1983-09-21 1985-04-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd レ−ザ加工装置のレンズ汚れ検出装置
JPS6316889A (ja) * 1986-07-07 1988-01-23 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ光異常監視装置
JPS6316890A (ja) * 1986-07-07 1988-01-23 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ加工用レンズ監視装置
JPH01178393A (ja) * 1988-01-06 1989-07-14 Hitachi Ltd レーザ加工機
US6392192B1 (en) 1999-09-15 2002-05-21 W. A. Whitney Co. Real time control of laser beam characteristics in a laser-equipped machine tool
WO2003076117A1 (en) * 2002-03-14 2003-09-18 Hitachi Zosen Corporation Method and device for prevention of adhesion of dirt and contamination on optical parts in laser beam machine
JP2005161361A (ja) * 2003-12-02 2005-06-23 Fujitsu Ltd レーザ加工機の管理方法及びレーザ加工機
DE102004041682B4 (de) * 2004-08-25 2007-09-13 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh CO2-Laserbearbeitungskopf mit integrierter Überwachungseinrichtung
JP2006167728A (ja) * 2004-12-13 2006-06-29 Yamazaki Mazak Corp レーザ加工機における集光レンズの汚れ検出方法及び装置
JP5252673B2 (ja) * 2005-05-20 2013-07-31 サイバーレーザー株式会社 レーザ装置の不具合診断方法および不具合修理方法
WO2009066370A1 (ja) 2007-11-20 2009-05-28 Mitsubishi Electric Corporation レーザ発振器内出射ミラーの劣化状態測定方法およびレーザ加工装置
JP2009166065A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Nippon Densan Corp レーザ加工方法、軸受装置、スピンドルモータ、およびディスク駆動装置
FR2980214B1 (fr) * 2011-09-20 2013-09-27 Centre Nat Rech Scient Dispositif et procede de chauffage d'un objet sous un champ magnetique intense
JP6299111B2 (ja) * 2013-08-28 2018-03-28 オムロン株式会社 レーザ加工装置
JP5911903B2 (ja) * 2014-03-28 2016-04-27 ファナック株式会社 レーザ光の強度分布を計測するビームプロファイラ、レーザ発振器、およびレーザ加工装置
JP6519106B2 (ja) 2014-06-18 2019-05-29 スズキ株式会社 レーザの焦点ずれ検査方法および補正方法
JP6011598B2 (ja) 2014-11-18 2016-10-19 トヨタ自動車株式会社 レーザ溶接方法
DE102016123000B3 (de) * 2016-11-29 2017-12-14 Scansonic Mi Gmbh Verfahren zur Überwachung eines Schutzglases und Überwachungsvorrichtung

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