CN113825589A - 槽加工装置以及槽加工方法 - Google Patents

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Abstract

通过激光束(LB)在对象物的表面形成槽的槽加工装置(100)具备：输出激光束(LB)的光源装置(11)；将从光源装置(11)输出的激光束(LB)反射的多面镜(10)；设于由多面镜(11)反射的激光束(LB)的光路上且将激光束(LB)聚光的聚光光学***；以及遮挡板(35)，在聚光光学***与对象物之间设于将经由聚光光学***而聚光的激光束(LB)的一部分遮挡的位置，遮挡激光束(LB)的一部分，经由聚光光学***而聚光的激光束(LB)中的未被遮挡板(35)遮挡的激光束(LB)的一部分在激光束(LB)的焦点处在对象物的表面形成槽，设于比遮挡板(35)焦点靠聚光光学***侧，相对于对象物的表面转动以遮挡不形成槽的激光束(LB)。

Description

槽加工装置以及槽加工方法
技术领域
本发明涉及通过激光在对象物形成槽的槽加工装置以及槽加工方法。本申请基于2019年5月14日在日本提出申请的特愿2019－091043号主张优先权，在此处引用这些内容。
背景技术
以前以来，已知有如下槽加工装置：，使用多面镜，沿与钢板的板通过方向交叉的方向(扫描方向)对钢板的表面照射激光束，在钢板的表面周期性地形成槽来改善铁损特性(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－292484号公报
发明内容
发明将要解决的课题
如图1A以及图1B所示，入射到槽加工装置的多面镜10的激光束LB并非点光源，而是具有规定的半径
Figure BDA0003349439320000011
如图1A所示，在激光束LB以收敛于多面镜10的一面的方式入射时，由多面镜10反射的激光束LB经由聚光透镜(以下，简称为透镜)12聚光于钢板20的表面的一处，在钢板20的表面的该部位形成槽。
另一方面，如图1B所示，在激光束LB入射到多面镜10的跨越邻接的两个面的角部时，激光束LB从该邻接的两个面的各个反射，因此分割成两个激光束LB1以及LB2，分割出的激光束LB1以及LB2经由透镜12聚光于钢板20的表面。其结果，扫描方向上的槽的端部被不充分的能量密度的激光束LB1以及LB2加工，因此，槽的端部变浅，不能形成均匀的槽。另外，分割的激光束LB1以及LB2向与激光束LB不同的方向照射，因此，存在误将钢板20的表面的与应形成槽的位置不同的位置、钢板20的表面以外的另一装置等加工的隐患。
为了避免这种情况，考虑为了避免激光束LB1以及LB2照射到相当于钢板20的表面的槽的端部的部分而设置掩模等遮挡板。然而，在这种构成中，有遮挡板自身被加工、在加工中产生的遮挡板的微小片导致光学部件污染的课题。
本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供抑制光学部件的污染、实现均匀的槽加工以及槽深度的槽加工装置以及槽加工方法。
用于解决课题的手段
用于解决课题的手段包含以下的方式。
(1)本发明的一实施方式的槽加工装置通过激光束在对象物的表面上形成槽，其中，所述槽加工装置具备：光源装置，其输出所述激光束；多面镜，其反射从所述光源装置输出的所述激光束；聚光光学***，其设于由所述多面镜反射的所述激光束的光路上，对所述激光束进行聚光；以及遮挡板，其在所述聚光光学***与所述对象物之间设于将经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束的一部分遮挡的位置，遮挡所述激光束的一部分，经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束中的未被所述遮挡板遮挡的所述激光束的一部分在所述激光束的焦点处在所述对象物的表面上形成槽，所述遮挡板设于比所述焦点靠所述聚光光学***侧，相对于所述对象物的表面转动以遮挡不形成所述槽的所述激光束。
(2)在上述(1)所记载的槽加工装置中，也可以是，在将所述遮挡板相对于所述对象物的表面的角度设为ψ，将作为所述激光束收敛于所述多面镜的一个平面镜的最大角度的临界角设为θc(°)时，所述遮挡板的角度ψ在2θc＜ψ≤90(°)的范围内倾斜。
(3)在上述(2)所记载的槽加工装置中，也可以是，在将从所述多面镜的旋转轴向所述多面镜的平面镜下引垂线的位置设为基准位置时，将所述多面镜中邻接的两个平面镜的边界与所述基准位置所成的角度设为θ0(°)，
在所述遮挡板以角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θ0(°)时由所述多面镜以2θ0(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P0，在所述遮挡板以所述角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θc(°)时由所述多面镜以2θc(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P，将所述点P与所述点P0的高度之差设为Lp0，将从所述聚光光学***到所述点P的高度的距离设为L2，则满足Lp0＜L2。
(4)在上述(1)至(3)中任一项所述的槽加工装置中，也可以是，在利用所述多面镜扫描所述激光束的扫描方向上具备调整所述遮挡板的位置的位置调整部。
(5)在上述(1)至(4)中任一项所述的槽加工装置中，也可以是，具备壳体，该壳体在下部配置所述遮挡板，所述壳体具有位于由所述聚光光学***聚光的所述激光束的光路上的上部开口部，在所述上部开口部安装有将所述激光束吸收或者不反射而是透过的无色透明的窗板。
(6)本发明的一实施方式的槽加工方法通过激光束在对象物的表面上形成槽，其中，具备：输出步骤，利用光源装置输出所述激光束；反射步骤，利用多面镜使从所述光源装置输出的所述激光束反射；聚光步骤，使用设于由所述多面镜反射的所述激光束的光路上的聚光光学***，使所述激光束在所述对象物的表面上聚光；以及遮挡步骤，使用在所述聚光光学***与所述对象物之间设于将经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束的一部分遮挡的位置的遮挡板，遮挡所述激光束的一部分，经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束中的未被所述遮挡板遮挡的所述激光束的一部分在所述激光束的焦点处在所述对象物的表面上形成槽，在所述遮挡步骤中设置所述遮挡板，该遮挡板设于比所述焦点靠所述聚光光学***侧，且相对于所述对象物的表面转动，以遮挡不形成所述槽的所述激光束。
(7)在上述(6)所记载的槽加工方法中，也可以是，在所述遮挡步骤中，在将所述遮挡板相对于所述对象物的表面的角度设为ψ，将作为所述激光束收敛于所述多面镜的一个平面镜的最大角度的临界角设为θc(°)时，使所述遮挡板的角度ψ在2θc＜ψ≤90(°)的范围内倾斜。
(8)在上述(7)所记载的槽加工方法中，也可以是，在所述遮挡步骤中，在将从所述多面镜的旋转轴向所述多面镜的平面镜下引垂线的位置设为基准位置时，将所述多面镜中邻接的两个平面镜的边界与所述基准位置所成的角度设为θ0(°)，在所述遮挡板以角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θ0(°)时由所述多面镜以2θ0(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P0，在所述遮挡板以所述角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θc(°)时由所述多面镜以2θc(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P，将所述点P与所述点P0的高度之差设为Lp0，将从所述聚光光学***到所述点P的高度的距离设为L2，则满足Lp0＜L2。
(9)在上述(6)至(8)中任一项所述的槽加工方法中，也可以是，还具备在利用所述多面镜扫描所述激光束的扫描方向上调整所述遮挡板的位置的遮挡板位置调整步骤。
(10)在上述(6)至(9)中任一项所述的槽加工方法中，也可以是，还具备在壳体中将无色透明的窗板安装于上部开口部的壳体安装步骤，所述壳体在下部配置所述遮挡板，且具有位于由所述聚光光学***聚光的所述激光束的光路上的所述上部开口部，所述窗板将所述激光束吸收或者不反射而是透过。
发明效果
根据本发明，能够提供如下槽加工装置以及槽加工方法：通过使遮挡板倾斜，能够减少利用遮挡板遮挡激光束时产生的遮挡板的损伤，相应地能够抑制光学部件的污染，实现均匀的槽加工以及槽深度。
附图说明
图1A是表示激光束以收敛于多面镜的一面的方式入射时、从多面镜反射的激光束在钢板的表面上聚光的状态的示意图。
图1B是表示激光束跨越多面镜的邻接的两个面而入射时、从邻接的两个面分别反射的激光束在钢板的表面上聚光的状态的示意图。
图2是表示从钢板的轧制方向观察本发明的一实施方式的槽加工装置的构成的示意图。
图3是用于说明多面镜的旋转角度的示意图。
图4是表示可动遮挡板装置的构成的示意图。
图5是用于说明遮挡板的最佳的位置以及角度的示意图。
图6是表示遮挡板的角度ψ与高度之差Lp0的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。在本说明书以及附图中，对相同的构成要素标注了相同的附图标记。
图2中示意地示出从钢板20的轧制方向观察本发明的实施方式的槽加工装置100的构成。槽加工装置100是利用激光在作为加工的对象物的钢板20的表面上周期性地形成槽的装置。钢板20例如由公知的方向性电磁钢板材料构成。槽加工装置100基于形成于钢板20的表面的槽的长度以及位置设定钢板20的宽度方向上的位置，并且基于槽加工装置100的尺寸设定了钢板20的长度方向上的位置。钢板20的宽度方向指的是激光的扫描方向，并且是图2中的纸面左右方向。钢板20的长度方向指的是钢板20的轧制方向，并且是图2中的纸面深度方向。
槽加工装置100如图2所示，具备多面镜10、光源装置11、准直器11A、透镜12以及可动遮挡板装置30。
多面镜10例如呈正多棱柱状，在构成正多棱柱的多个侧面分别设有多个(N片)平面镜。激光束LB从光源装置11经由准直器11A向一个方向(水平方向)入射到多面镜10并被平面镜反射(反射步骤)。
多面镜10具有能够通过来自马达(未图示)的驱动力以旋转轴O1为中心旋转的构成，根据多面镜10的旋转角度，激光束LB相对于平面镜的入射角依次变化。由此，多面镜10使激光束LB的反射方向依次变化，使激光束LB沿钢板20的宽度方向扫描。
另外，在图1A、图1B、图2以及图3中，示出了多面镜10具有八个平面镜的例子，但构成多面镜10的平面镜的数量不被特别限定。
光源装置11在控制部(未图示)的控制下，以规定的照射方式(例如连续照射方式或者脉冲照射方式)输出激光束(输出步骤)。
准直器11A经由光纤电缆15连接于光源装置11。准直器11A调整从光源装置11输出的激光束的半径，将调整后的激光束LB朝向多面镜10输出。朝向多面镜10输出的激光束LB具有有着规定的半径
Figure BDA0003349439320000051
的激光直径，该激光直径呈圆形，但也可以是椭圆形。在该情况下，通过在准直器11A与多面镜10之间***圆柱透镜或者圆柱反射镜而变更一个轴(例如扫描方向)的光束半径，能够使聚光形状为椭圆。
透镜12是设于由多面镜10反射的激光束的光路上的聚光光学***，通过对一张玻璃实施磨削、研磨等加工来制造。另外，作为构成槽加工装置100的聚光光学***，也可以取代聚光透镜12而采用反射镜。
透镜12也可以具有一体地设于透镜12的外侧(外周)的非聚光部(未图示)。非聚光部位于从多面镜10的跨越邻接的两个平面镜的角部分割而反射的激光束LB1以及LB2的光路，使分割的激光束LB1以及LB2通过。非聚光部为环型的板状的平面光学***。非聚光部的焦距无限远，因此不具有焦点。通过了非聚光部的激光束LB1以及LB2由于不聚光，因此能量密度不会变高。由此，即使将通过了非聚光部的激光束LB1以及LB2照射到遮挡板35，遮挡板35的损伤也较少。另外，非聚光部也可以不是平面光学***，例如是使分割后的激光束LB1以及LB2扩散的光学***。
后述的可动遮挡板装置30设于透镜12与钢板20之间。可动遮挡板装置30配置于由多面镜10反射而通过透镜12的激光束LB的光路上。由多面镜10反射的激光束LB通过透镜12以及可动遮挡板装置30，在钢板20的表面聚光(聚光步骤)，从而在钢板20的表面形成槽。
另外，在向钢板20的表面照射激光束LB而形成槽的槽加工方法中，由于将基体铁熔融去除而形成槽，因此若加深槽，则表面的熔融突起的发生概率变高。因此，槽加工装置100也可以在规定位置具备喷射用于吹走熔融物的辅助气体的供给喷嘴(未图示)。另外，也可以是，利用未图示的壳体覆盖槽加工装置100的准直器11A、多面镜10、透镜12、可动遮挡板装置30的周围，利用清洁的气体充满该壳体内而使其为正压，从而防止熔融物等进入壳体内，防止槽加工装置100的光学***被熔融物等污染。
接下来，参照图3，对多面镜10的旋转角度进行说明。在本实施方式中，多面镜10的旋转角度θ(°)按照构成多面镜10的每个平面镜，由相对于基准位置的中心角定义。如图3所示，以从多面镜10的旋转轴O1向平面镜101下引垂线PL的位置作为基准位置(θ＝0(°))。多面镜10的旋转角度θ是入射到各平面镜上的激光束LB的中心LBc的位置相对于基准位置(θ＝0(°))所成的角度(中心角)。在图3中，将相对于基准位置(θ＝0(°)；垂线PL)逆时针的角度设为正的角度，将顺时针的角度设为负的角度。
各平面镜中的基准位置(θ＝0(°))与邻接的平面镜的边界所成的角度θ0为180(°)/N。一个平面镜中的旋转角度θ在-θ0≤θ≤+θ0的范围内被定义。由此，在图3中，平面镜101中的旋转角度θ＝+θ0和与平面镜101在逆时针方向上邻接的平面镜102中的旋转角度θ＝－θ0表示多面镜10上的同一位置。
在本实施方式中，将入射的激光束LB收敛于多面镜10的一面(一个平面镜)的最大角度定义为临界角θc。即，临界角θc是激光束LB不在多面镜10的跨越邻接的两个面的平面镜(两个平面镜)的角部分割而是被一个平面镜全反射时、激光束LB的中心LBc所在的最大角度。若将多面镜10的外切圆C1的半径(外接半径)设为R，将向多面镜10入射的激光束LB的半径设为
Figure BDA0003349439320000071
则临界角θc如下述的式(1)那样定义。
Figure BDA0003349439320000072
接下来，参照图4，对可动遮挡板装置30的具体构成进行说明。如图4所示，可动遮挡板装置30具有如下构成：具有由金属材料等形成的箱型的壳体31，在壳体31内的下部配置有沿激光束LB的扫描方向x对置配置的成对的遮挡板35。另外，虽然如后述那样，遮挡板35以转动部37a作为支点而转动，但图4中35a表示通过转动使遮挡板35倾倒时的遮挡板。
在壳体31中，在位于由透镜12聚光的激光束LB的光路上的上部形成有上部开口部31a，在下部形成有下部开口部31b，在上部开口部31a安装有无色透明的窗板33(壳体安装步骤)。窗板33例如是玻璃板。窗板33是将激光束吸收或者不反射而透过的窗板。例如材质是在合成石英的玻璃板的两面涂布防反射膜。由此，构成为通过该窗板33关闭上部开口部31a，并且由多面镜10反射、并且通过了透镜12的激光束LB能够透过壳体31的上部。
另外，透过了窗板33的来自透镜12的激光束LB通过壳体31的下部开口部31b而照射到钢板20的表面。通过多面镜10旋转驱动，使得通过可动遮挡板装置30的激光束LB根据多面镜10的旋转角而变更激光束LB的倾动角度，在钢板20的表面，激光束LB的照射位置在钢板20的宽度方向上移动。即，通过可动遮挡板装置30的激光束LB以钢板20的宽度方向为扫描方向x在钢板20的表面上移动。
在壳体31的下部开口部31b，在沿激光束LB的扫描方向x对置配置的开口部末端31c的附近分别设有遮挡板35。遮挡板35设于透镜12与钢板20之间。即，遮挡板35设于比通过了透镜12的激光束LB的焦点靠透镜12侧。遮挡板35将经由透镜12聚光的激光束的一部分遮挡(遮挡步骤)。在激光束LB的扫描方向x上对置配置的成对的遮挡板35具有同一构成，例如利用钢材等形成为板状。在这些遮挡板35分别设有在激光束LB的扫描方向x上调整遮挡板35的位置的位置调整部34、及调整遮挡板35的板面相对于钢板20的表面的角度的角度调整部36。
在本实施方式中，位置调整部34例如是形成于壳体31的下部开口部31b的引导槽，该引导槽沿激光束LB的扫描方向x形成。位置调整部34将遮挡板35能够滑动地设于引导槽内，使遮挡板35沿引导槽在激光束LB的扫描方向x上移动(遮挡板位置调整步骤)。
如此，位置调整部34在激光束LB的扫描方向x上调整遮挡板35的位置，从而在通过了透镜12的激光束LB从钢板20的中央侧向钢板端部侧沿扫描方向x移动时，移动到钢板20的宽度方向端部侧的激光束LB照射到遮挡板35。通过这种构成，能够调整激光束LB照射到遮挡板35的扫描方向x(钢板20的宽度方向)的范围。
遮挡板35通过在扫描方向末端遮挡经由透镜12聚光并在扫描方向x上移动的激光束LB的一部分，在扫描方向末端不使激光束LB照射到钢板20的表面，不使钢板20的表面形成槽。另一方面，经由透镜12聚光且沿扫描方向x移动的激光束LB中的未被遮挡板35遮挡的激光束LB的剩余的一部分在激光束LB的焦点聚光到钢板20的表面而形成槽。
因而，遮挡板35遮挡由旋转驱动的多面镜10的平面镜反射的能量密度较高的激光束LB中的照射到钢板20上的槽加工位置以外的不必要的光束、由能量密度较低的多面镜10的角部分割的激光束LB1以及LB2，由此，扫描方向x上的槽的端部不会变浅，不会将钢板20上的槽的位置以外加工，能够在钢板20上实现均匀的槽加工以及槽深度。
在本实施方式中，角度调整部36具备使遮挡板35能够相对于壳体31的下部转动的转动部37a、规定遮挡板35倾倒的轨道的引导部37b、及使遮挡板35能够转动地连结于引导部37b的连结部37c。遮挡板35以遮挡板35的表面相向的方式转动。由此，转动部37a通过以旋转轴为中心使遮挡板35转动，从而使遮挡板35的平坦的板面相对于钢板20的表面倾斜。
在本实施方式的情况下，转动部37a以及引导部37b被设为能够利用位置调整部34与遮挡板35连动地沿激光束LB的扫描方向滑动。即，转动部37a例如具有设于位置调整部34、且能够通过位置调整部34的滑动沿激光束LB的扫描方向移动的构成。另外，引导部37b例如是设于位置调整部34的沿着壳体31的内壁的部分的引导槽，具有如下构成：能够通过位置调整部34的滑动沿扫描方向移动，并且通过引导连结部37c的轨道，能够沿激光束LB的扫描方向移动具有连结部37c的遮挡板35。
这里，引导部37b例如由金属材料等构成，为具有弯曲的长孔的环状部件，设于遮挡板35的连结部37c沿弯曲的长孔移动。在该情况下，连结部37c例如是在引导部37b的长孔内配置的突起部件，沿引导部37b的长孔移动。遮挡板35以设于遮挡板35的下侧端部的转动部37a为中心转动，并且连结部37c沿引导部37b的弯曲的长孔移动，从而能够使相对于钢板20的表面的倾斜角度变化。
遮挡板35相对于钢板20的表面转动以遮挡不形成槽的激光束LB。因而，通过调整遮挡板35相对于钢板20的角度，使得角度调整部36在激光束LB照射到遮挡板35时，能够抑制照射能量密度较高的激光束LB，能够减少照射激光束LB引起的遮挡板35的损伤。
即，激光束LB具有有着规定的半径
Figure BDA0003349439320000091
的激光直径，但因遮挡板35相对于激光束LB所成的角度变化，使得在遮挡板35上出现的激光直径的大小变化，由此，照射到遮挡板35的激光束LB的能量密度变化，因此能够设定为使遮挡板35的损伤减少的角度。
另外，由于激光束LB在成为激光束LB的焦点的钢板20的表面被透镜12聚光成能量密度最高，因此将会以较高的能量密度照射到与从透镜12到钢板20的距离相同的距离(即，焦距)处的对象，但距离越偏离于此，能量密度越小。因此，通过使设于比焦点靠透镜12侧的遮挡板35倾斜，获取距透镜12的距离与激光直径的变化的平衡，从而能够使能量密度适当，使遮挡板35的损伤减少。
接下来，一边参照图5，一边对激光束LB的扫描方向上的遮挡板35的位置进行说明。另外，在图5中，10a表示多面镜10旋转时的平面镜的一部分。在该情况下，将作为聚光光学***的透镜12的焦距设为f。若多面镜10旋转θ(°)，则由多面镜10反射的激光束LB移动2θ(°)。然后，在多面镜10的旋转角度θ(°)从θc(°)到θ0(°)时，需要利用遮挡板35遮挡激光束LB。
这里，将从多面镜10的平面镜到作为聚光光学***的透镜12的距离设为L1。另外，将从作为聚光光学***的透镜12到多面镜10的旋转角度θ为θc(°)时由多面镜10以2θc(°)的角度反射的激光束LB照射到遮挡板35的位置即点P的高度的距离设为L2。另外，在本实施方式中，如图5所示，在遮挡板35中，具有转动部37a的下侧端部成为点P。
另外，将多面镜10的旋转角度θ为0(°)时激光束LB所通过的、从多面镜10朝向钢板20下引的垂线设为PL1。而且，将从多面镜10的旋转角度θ为θc(°)时由多面镜10反射的激光束LB照射到遮挡板35的位置即点P朝向垂线PL1水平延伸出的直线设为XL1。而且，若将激光束LB通过的垂线PL1与来自点P的直线XL1交叉的点设为P1，则点P与点P1的距离d能够由下述的式(2)表示。另外，
Figure BDA0003349439320000101
如上述那样，表示入射到多面镜10的激光束LB的半径(图3)。
Figure BDA0003349439320000102
在本实施方式中，位置调整部34使遮挡板35沿激光束LB的扫描方向移动，将激光束LB所通过的垂线PL1到遮挡板35的位置的距离d调整成通过上述的式(2)计算出的距离d。
接下来，一边参照图5，一边对遮挡板35相对于钢板20的表面的角度ψ进行说明。在该情况下，遮挡板35的角度ψ是钢板20的表面的面方向与遮挡板35的板面所成的角度。这里，在遮挡板35的点P，激光束LB的能量密度变得最高的是在遮挡板35相对于钢板20的表面的角度ψ为激光束LB相对于遮挡板35垂直入射的2θc(°)时。
由此，为了尽可能避免激光束LB对遮挡板35的表面的损伤，期望的是避免遮挡板35的角度ψ接近2θc(°)而尽可能使遮挡板35倾斜。
若将遮挡板35的角度ψ为ψ＝2θc时的激光束LB的能量密度设为Ipc，则激光束LB的能量密度Ipc能够由下述的式(3)表示。另外，P表示激光束LB的激光功率(W)。
Figure BDA0003349439320000103
遮挡板35以角度ψ倾斜时的激光束LB的能量密度Ip能够由下述的式(4)表示。
Ip＝Ipc×cos(ψ－2θc)…(4)
在遮挡板35的角度ψ为0(°)到2θc(°)时，激光束LB的聚光直径变小，在点P以外的部分激光束LB的能量密度Ip变高，因此并不优选。另外，若使遮挡板35的角度ψ为超过90(°)以上，则遮挡板3535过度倾斜，照射到遮挡板35上部的侧面的激光束LB的影响变大，因此会进行意外的加工，并不优选。
由此，遮挡板35的角度ψ优选为2θc＜ψ≤90(°)。在本实施方式中，角度调整部36以转动部37a为转动轴改变遮挡板35的倾斜，将遮挡板35相对于钢板20的表面的角度ψ调整为在2θc＜ψ≤90(°)的范围内倾斜。
若遮挡板35的角度ψ变大，则聚光光学***的透镜12与遮挡板35的前端接近，因此不希望遮挡板35的角度ψ过大，因此更优选的是遮挡板35的角度ψ为80(°)以下。
接着，对限制条件进行说明。这里，在将遮挡板35以角度ψ倾斜时，将多面镜10的旋转角度θ为θ0(°)时由多面镜10以2θ0(°)的角度反射的激光束LB照射到遮挡板35的位置设为点P0。
而且，同样，在将遮挡板35以角度ψ倾斜时，若将多面镜10的旋转角度θ为θc(°)时由多面镜10以2θc(°)的角度反射的激光束LB照射到遮挡板35的位置即点P与上述的点P0的高度之差设为Lp0，则Lp0能够由下述的式(5)表示。
Lp0＝(L1+L2)×tan2θ0×sinψ/{sin(90+2θ0－ψ)×cos2θ0}…(5)
这里，高度之差Lp0必须比从作为聚光光学***的透镜12到该点P的高度的距离L2小。由此，必须满足Lp0＜L2。
在以上的构成中，在槽加工装置100中，利用设于透镜12与钢板20之间的遮挡板35遮挡通过了透镜12的激光束LB，在钢板20的表面形成槽的端部时，利用角度调整部36，使遮挡板35相对于钢板20的表面以角度ψ倾斜。如此，在槽加工装置100中，通过使遮挡板35以角度ψ倾斜，能够减少利用遮挡板35遮挡激光束LB时产生的遮挡板35的损伤。由此，能够相应地不污染光学部件而实现均匀的槽加工以及槽深度，能够生产铁损特性优异的产品。
另外，在槽加工装置100中，利用位置调整部34调整由多面镜10扫描激光束LB的扫描方向x上的遮挡板35的位置。由此，在槽加工装置100中，在通过了透镜12的激光束LB从钢板20的中央侧向钢板端部侧沿扫描方向x移动时，将由多面镜10的平面镜反射的激光束LB照射到遮挡板35，能够在钢板20的表面形成在槽的端部也具有均匀的槽深度的槽。另外，能够调整激光束LB照射到遮挡板35的扫描方向x(钢板20的宽度方向)的范围。
而且，在槽加工装置100中，在调整遮挡板35的角度ψ时，期望的是作为限制条件满足Lp0＜L2，并且将角度ψ设为2θc＜ψ≤90(°)的范围。另外，作为最优选的遮挡板35的角度ψ，期望的是2θc＜ψ≤90(°)的范围并且满足Lp0＜L2的限制条件的角度范围的中心角度±5(°)。如此，通过将遮挡板35的角度ψ调整为2θc＜ψ≤90(°)的范围并且满足Lp0＜L2的限制条件的角度范围的中心角度±5(°)，能够更可靠地减少激光束LB引起的遮挡板35的损伤。
另外，作为上述的实施方式的遮挡板，也可以由吸收激光束LB的材料形成。为了使遮挡板吸收激光束的能量，例如对遮挡板的表面进行黑色耐酸铝处理、吸收涂料的涂敷。而且，也可以为了冷却遮挡板而对遮挡板内部施加水路而实施间接水冷却。
另外，在上述的实施方式中，说明了设有位置调整部34与角度调整部36这两方的槽加工装置100，但本发明并不限定于此，也可以是仅设有角度调整部36的槽加工装置。
另外，在上述的实施方式中，作为位置调整部，叙述了应用由引导槽构成的位置调整部34的情况，但本发明并不限定于此，例如只要是能够使遮挡板35沿激光束LB的扫描方向移动的机构，就可以应用各种构成。
另外，在上述的实施方式中，作为角度调整部，设置了以设于遮挡板35的基端的转动部37a为中心转动而使遮挡板35沿引导部37b移动、从而使遮挡板35倾斜的角度调整部36，但本发明并不限定于此。例如也可以仅设置转动部37a而使遮挡板35旋转并能够调整角度，或者仅设置引导部37b而使遮挡板35倾斜并能够调整角度。
实施例
接着，对实施例进行说明。这里，首先规定激光束LB的激光功率等而计算多面镜10的平面镜上的基准位置(θ＝0(°))与邻接的平面镜的边界所成的角度θ0，另外，通过上述的式(1)计算出临界角θc。
在该情况下，在将激光束LB的激光功率设为1000(W)，将激光束LB的半径
Figure BDA0003349439320000121
设为6(mm)，将多面镜10的平面镜的面数N设为八面，将多面镜10的外接半径R设为140(mm)的情况下，角度θ0为22.5(°)，临界角θc为19.9(°)。
将多面镜10的平面镜到聚光光学***的透镜12的距离L1设为50(mm)，将透镜12到遮挡板35的点P的高度的距离L2设为150(mm)，将透镜12的焦距f设为200(mm)，根据上述的式(2)计算出点P与点P1的距离d，则距离d成为164.7(mm)。
根据以上，基于上述的距离d的计算结果，在激光束LB的扫描方向上，能够利用位置调整部34调整遮挡板35的位置。
接下来，通过计算求出使遮挡板35以角度ψ倾斜时的点P与点P0的高度之差Lp0，调查了遮挡板35的角度ψ与高度之差Lp0的关系，获得了图6所示那样的结果。在图6中，在横轴上表示遮挡板35的角度ψ(°)，在纵轴上表示使遮挡板35以角度ψ倾斜时的点P与点P0的高度之差Lp0(mm)。
这里，如在上述的实施方式中说明那样，期望的是将遮挡板35相对于钢板20的表面的角度ψ调整为2θc＜ψ≤90(°)的范围，另外，作为限制条件，期望的是满足Lp0＜L2。由此，根据图5能够确认，遮挡板35的角度ψ的最小角度2θc(°)约为40(°)，遮挡板35的角度ψ的最大角度根据限制条件而成为约70(°)。
另外，遮挡板35的角度ψ的最佳范围为40(°)至70(°)的范围，但作为最优选的角度ψ，可知是中心角度即55(°)。根据以上，基于上述的计算结果，能够利用角度调整部36调整遮挡板35的角度ψ。
工业上的可利用性
根据本发明，能够提供如下槽加工装置以及槽加工方法，通过使遮挡板倾斜，能够减少利用遮挡板遮挡激光束时产生的遮挡板的损伤，相应地能够抑制光学部件的污染，实现均匀的槽加工以及槽深度。因此，本发明在工业上的可利用性极大。
附图标记说明
10 多面镜
11 光源装置
12 透镜
20 钢板
34 位置调整部
35 遮挡板
36 角度调整部
100 槽加工装置
101、102 平面镜
LB 激光束

Claims (10)

1.一种槽加工装置，其通过激光束在对象物的表面上形成槽，其特征在于，所述槽加工装置具备：
光源装置，其输出所述激光束；
多面镜，其反射从所述光源装置输出的所述激光束；
聚光光学***，其设于由所述多面镜反射的所述激光束的光路上，对所述激光束进行聚光；以及
遮挡板，其在所述聚光光学***与所述对象物之间设于将经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束的一部分遮挡的位置，遮挡所述激光束的一部分，
经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束中的未被所述遮挡板遮挡的所述激光束的一部分在所述激光束的焦点处在所述对象物的表面上形成槽，
所述遮挡板设于比所述焦点靠所述聚光光学***侧，相对于所述对象物的表面转动以遮挡不形成所述槽的所述激光束。
2.根据权利要求1所述的槽加工装置，其特征在于，
在将所述遮挡板相对于所述对象物的表面的角度设为ψ，将作为所述激光束收敛于所述多面镜的一个平面镜的最大角度的临界角设为θc(°)时，
所述遮挡板的角度ψ在2θc＜ψ≤90(°)的范围内倾斜。
3.根据权利要求2所述的槽加工装置，其特征在于，
在将从所述多面镜的旋转轴向所述多面镜的平面镜下引垂线的位置设为基准位置时，将所述多面镜中邻接的两个平面镜的边界与所述基准位置所成的角度设为θ0(°)，
在所述遮挡板以角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θ0(°)时由所述多面镜以2θ0(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P0，
在所述遮挡板以所述角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θc(°)时由所述多面镜以2θc(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P，
将所述点P与所述点P0的高度之差设为Lp0，
将从所述聚光光学***到所述点P的高度的距离设为L2，
则满足Lp0＜L2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的槽加工装置，其特征在于，
在利用所述多面镜扫描所述激光束的扫描方向上具备调整所述遮挡板的位置的位置调整部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的槽加工装置，其特征在于，
具备壳体，该壳体在下部配置所述遮挡板，
所述壳体具有位于由所述聚光光学***聚光的所述激光束的光路上的上部开口部，
在所述上部开口部安装有将所述激光束吸收或者不反射而是透过的无色透明的窗板。
6.一种槽加工方法，通过激光束在对象物的表面上形成槽，其特征在于，所述槽加工方法具备：
输出步骤，利用光源装置输出所述激光束；
反射步骤，利用多面镜使从所述光源装置输出的所述激光束反射；
聚光步骤，使用设于由所述多面镜反射的所述激光束的光路上的聚光光学***，使所述激光束在所述对象物的表面上聚光；以及
遮挡步骤，使用在所述聚光光学***与所述对象物之间设于将经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束的一部分遮挡的位置的遮挡板，遮挡所述激光束的一部分，
经由所述聚光光学***而聚光的所述激光束中的未被所述遮挡板遮挡的所述激光束的一部分在所述激光束的焦点处在所述对象物的表面上形成槽，
在所述遮挡步骤中设置所述遮挡板，该遮挡板设于比所述焦点靠所述聚光光学***侧，且相对于所述对象物的表面转动，以遮挡不形成所述槽的所述激光束。
7.根据权利要求6所述的槽加工方法，其特征在于，
在所述遮挡步骤中，在将所述遮挡板相对于所述对象物的表面的角度设为ψ，将作为所述激光束收敛于所述多面镜的一个平面镜的最大角度的临界角设为θc(°)时，
使所述遮挡板的角度ψ在2θc＜ψ≤90(°)的范围内倾斜。
8.根据权利要求7所述的槽加工方法，其特征在于，
在所述遮挡步骤中，在将从所述多面镜的旋转轴向所述多面镜的平面镜下引垂线的位置设为基准位置时，将所述多面镜中邻接的两个平面镜的边界与所述基准位置所成的角度设为θ0(°)，
在所述遮挡板以角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θ0(°)时由所述多面镜以2θ0(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P0，
在所述遮挡板以所述角度ψ倾斜时，将所述多面镜的旋转角度为θc(°)时由所述多面镜以2θc(°)的角度反射的所述激光束照射到所述遮挡板的位置设为点P，
将所述点P与所述点P0的高度之差设为Lp0，
将从所述聚光光学***到所述点P的高度的距离设为L2，
则满足Lp0＜L2。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的槽加工方法，其特征在于，
还具备在利用所述多面镜扫描所述激光束的扫描方向上调整所述遮挡板的位置的遮挡板位置调整步骤。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的槽加工方法，其特征在于，
还具备在壳体中将无色透明的窗板安装于上部开口部的壳体安装步骤，所述壳体在下部配置所述遮挡板，且具有位于由所述聚光光学***聚光的所述激光束的光路上的所述上部开口部，所述窗板将所述激光束吸收或者不反射而是透过。
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