本公开涉及用于被加工物的加工的激光加工装置、激光加工方法以及修正数据生成方法。
背景技术：
例如日本特表2018-501964号公报(以下记为“专利文献1”)公开了一种激光加工装置。激光加工装置利用通过光干涉断层仪使试样内部的构造可视化的oct(opticalcoherencetomography，光干涉层析成像)技术来计测由于激光而在金属加工中产生的键孔的深度。
以下，利用图16对专利文献1的激光加工装置进行说明。图16是示意性地示出专利文献1公开的激光加工装置的结构的图。
如图16所示，在焊接头108导入加工用激光107和测定光105。测定光105经由准直仪模块106以及分色镜110而成为与加工用激光107共有光轴的同轴结构。
测定器包含利用了光干涉断层仪的oct光学系统，该光干涉断层仪包含分析单元100、光纤101、分束器103、光纤104、参照分路102、测定分路109。测定光105作为oct光学系统的测定光而通过光纤104被照射。
加工用激光107以及测定光105被聚光透镜111聚光，照射到加工物112。加工物112被加工用激光107加工。也就是说，若被聚光的加工用激光107照射到加工物112的加工部113，则构成加工物112的金属熔融。由此，通过熔融金属蒸发时的压力会形成键孔。而且，测定光105照射到键孔的底面。
此时，根据在键孔被反射的测定光105(反射光)和参照分路102侧的光(参照光)的光路差，产生干涉信号。而且，能够根据干涉信号来求出键孔的深度。键孔在刚形成之后立即被周围的熔融金属填埋。因而，键孔的深度与金属加工部的熔融部的深度(以下记为“熔深”)大致相同。由此，能够计测加工部113的熔深。
近年来，已知有组合了检流计反射镜和fθ透镜的激光加工装置。检流计反射镜是能够详细地控制使激光反射的方向的可动反射镜。fθ透镜是将激光聚光到被加工物的表面的加工点的透镜。
因此，可考虑将专利文献1公开的测定键孔的深度的方法应用于组合了检流计反射镜和fθ透镜的激光加工装置的结构，但在该情况下会产生以下的问题。即，加工用激光和测定光由于波长不同，因此fθ透镜会产生色差。由此，在被加工物的表面，在加工用激光和测定光的照射位置会产生偏离。因而，有可能无法通过测定光来准确地测定键孔的深度。
技术实现要素：
本公开提供一种能够准确地测定键孔的深度的激光加工装置、激光加工方法以及修正数据生成方法。
本公开的一个方式涉及的激光加工装置具有：激光振荡器，对被加工物的表面的加工点振荡加工用激光；和光干涉仪，对加工点射出测定光，生成基于由于在加工点被反射的测定光和参照光的光路差而产生的干涉的光干涉强度信号。此外，激光加工装置具备：可动反射镜，使加工用激光以及测定光的前进方向变化；工作台，使测定光朝向可动反射镜的入射角变化；透镜，使加工用激光以及测定光聚光到加工点；和存储器，存储修正完毕加工用数据。进而，激光加工装置具有：控制部，基于修正完毕加工用数据来控制激光振荡器、可动反射镜、以及工作台；和计测处理部，基于光干涉强度信号来计测通过照射加工用激光而在加工点产生的键孔的深度。而且，修正完毕加工用数据是对作为被加工物的加工用而预先生成的加工用数据进行修正后的数据，所述修正使得消除由于透镜的色差而产生的加工用激光以及测定光的至少一者的到达位置在被加工物的表面的偏离。
此外，本公开的一个方式是激光加工装置进行的激光加工方法，该激光加工装置具有：可动反射镜，使加工用激光以及测定光的前进方向变化；工作台，使测定光朝向可动反射镜的入射角变化；和透镜，使加工用激光以及测定光聚光到被加工物的表面的加工点。而且，在激光加工方法中，基于修正完毕加工用数据来控制可动反射镜以及工作台，对被加工物照射加工用激光以及测定光。进而，在激光加工方法中，基于由于在加工点被反射的测定光和参照光的光路差而产生的干涉，计测通过照射加工用激光而在加工点产生的键孔的深度。而且，修正完毕加工用数据是对作为被加工物的加工用而预先生成的加工用数据进行修正后的数据，所述修正使得消除由于透镜的色差而产生的加工用激光以及测定光的至少一者的到达位置在被加工物的表面的偏离。
此外，本公开的一个方式是激光加工装置进行的修正数据生成方法，该激光加工装置具有：可动反射镜，使加工用激光以及测定光的前进方向变化；工作台，使测定光朝向可动反射镜的入射角变化；和透镜，使加工用激光以及测定光聚光到被加工物的表面。而且，在修正数据生成方法中，按被加工物的表面的每个加工点来生成加工用数据，该加工用数据设定了加工用激光的输出强度、和使加工用激光到达加工点的可动反射镜的动作量，按被加工物的表面的每个给定位置来计算第1动作量，该第1动作量是使测定光到达给定位置的工作台的动作量。进而，在修正数据生成方法中，基于第1动作量，按每个加工点来计算第2动作量，该第2动作量是使测定光到达加工点的工作台的动作量。而且，在修正数据生成方法中，通过将第2动作量添加到加工用数据中来生成修正完毕加工用数据，该修正完毕加工用数据是进行修正后的数据，所述修正使得消除由于透镜的色差而产生的加工用激光以及测定光的至少一者朝向被加工物的到达位置的偏离。
根据本公开，能够提供一种能够准确地测定键孔的深度的激光加工装置、激光加工方法以及修正数据生成方法。
附图说明
图1是示意性地示出本公开的实施方式涉及的激光加工装置的结构的图。
图2是示意性地示出使可动反射镜从原点位置动作的状态的激光加工装置的图。
图3是示意性地示出对倍率色差所引起的加工用激光以及测定光各自的到达位置的偏离进行了修正的状态的激光加工装置的图。
图4是示意性地示出激光加工装置中的工作台、测定光导入口以及准直透镜的关系的图。
图5是示意性地示出仅使可动反射镜动作并呈格子状扫描了被加工物的表面的情况下的、加工面上的加工用激光以及测定光各自的轨迹的图。
图6是示出修正数表数据的创建方法的第1例的流程图。
图7是示出修正数表数据的创建方法的第2例的流程图。
图8是示出修正完毕加工数据的结构的一例的图。
图9是示出修正完毕加工数据的创建方法的流程图。
图10是示出示意性地表示修正数表数据的结构的修正数表的图。
图11是示出修正量的设定方法的流程图。
图12是示出用户设定的扫描角x未与修正数表上的任一个数据点的修正数表用扫描角一致的情况下的扫描角x和其周围的修正数据点的关系的图。
图13是示出激光加工方法的流程图。
图14是示出键孔的深度的计测方法的流程图。
图15是示意性地示出通过工作台的动作对倍率色差的影响进行了修正的状态的、加工面上的加工用激光和测定光的轨迹的图。
图16是示意性地示出专利文献1公开的激光加工装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，关于在各图中共同的构成要素，标注相同的附图标记，并适当省略它们的说明。
(实施方式)
以下，关于本公开的实施方式的激光加工装置、激光加工方法以及修正数据生成方法，逐项进行说明。
[激光加工装置的结构]
首先，利用图1对本公开的实施方式涉及的激光加工装置1的结构进行说明。
图1是示意性地示出本实施方式的激光加工装置1的结构的图。
如图1所示，本实施方式的激光加工装置1具有加工头2、光干涉仪3、计测处理部4、激光振荡器5、控制部6、第1驱动器7、第2驱动器8等。
光干涉仪3射出oct测定用的测定光15。被射出的测定光15从设置在工作台17上的测定光导入口9向加工头2输入。
激光振荡器5振荡激光加工用的加工用激光11。被振荡的加工用激光11从加工光导入口10向加工头2输入。
向加工头2输入的加工用激光11透过分色镜12，被可动反射镜13反射。被反射的加工用激光11透过透镜14，聚光到被加工物18的表面的加工面19。由此，被加工物18的加工面19的加工点20被进行激光加工。此时，被加工用激光11照射的加工点20熔融，形成熔池21。然后，熔融金属从所形成的熔池21蒸发。由此，由于在蒸发时产生的蒸气的压力，在被加工物18形成键孔22。
另一方面，向加工头2输入的测定光15被准直透镜16变换为平行光，被分色镜12反射。然后，被反射的测定光15会被可动反射镜13反射，透过透镜14，聚光到被加工物18的表面的加工点20。被聚光的测定光15在键孔22的底面被反射，逆着上述传播路径，到达光干涉仪3。此时，测定光15在光干涉仪3内与未图示的参照光进行光干涉，产生干涉信号。
计测处理部4根据由光干涉仪3产生的干涉信号来计测键孔22的深度、即加工点20的熔深。另外，所谓“熔深”是指被加工物18的熔化的部分的最顶点与加工面19之间的距离。
一般地，加工用激光11的波长和测定光15的波长不同。作为加工用激光11，例如在利用了yag激光器或者光纤激光器的情况下，加工用激光11的波长为1064nm。另一方面，作为测定光15，例如在利用了oct用光源的情况下，测定光15的波长为1300nm。
上述分色镜12具有使加工用激光11的波长的光透过并使测定光15的波长的光反射的特性。
可动反射镜13包含能够进行2轴以上的旋转动作的反射镜。可动反射镜13例如为检流计反射镜。
工作台17包含能够进行2轴以上的平行动作的可动工作台。工作台17例如为压电工作台。
可动反射镜13以及工作台17分别经由第1驱动器7、第2驱动器8而与控制部6连接，基于控制部6的控制进行动作。具体地，第1驱动器7基于来自控制部6的指示而使可动反射镜13动作。第2驱动器8基于来自控制部6的指示而使工作台17动作。
控制部6具有存储器31。存储器31存储用于对被加工物18进行期望的加工的加工数据、以及用于进行后述的修正的修正用数据。
另外，在图1中，作为一例，关于可动反射镜13，仅示出以y方向的旋转轴为中心的旋转动作(参照图中的虚线部分以及双箭头)。但是，实际上，可动反射镜13如上所述构成为能够进行2轴以上的旋转动作。因而，可动反射镜13例如还能够进行以x方向的旋转轴为中心的旋转动作。
此外，在图1中，作为一例，关于工作台17，仅示出在x方向上移动的动作(参照图中的虚线部分)。但是，实际上，工作台17如上所述构成为能够进行2轴以上的平行动作。因而，工作台17例如还能够进行在y方向上移动的动作。
以下，为了简化说明，仅说明可动反射镜13进行以y方向的旋转轴为中心的旋转动作的情况。同样地，仅说明工作台17进行在x方向上移动的动作的情况。
在工作台17处于原点位置时，如图1所示，测定光15的测定光轴23在测定光15被分色镜12反射之后与加工用激光11的加工光轴24一致。
此外，在可动反射镜13处于原点位置时，如图1所示，加工用激光11的加工光轴24在加工用激光11被可动反射镜13反射之后透过透镜14时，与作为透镜14的中心的透镜光轴25一致。
另外，以下，将透过了透镜14的中心的加工用激光11以及测定光15到达被加工物18的加工面19的位置(对应于照射位置)记载为“加工原点26”(参照图2)进行说明。也就是说，可动反射镜13以及工作台17各自的原点位置是加工用激光11以及测定光15透过透镜14的中心的位置。
透镜14是用于将加工用激光11以及测定光15聚光到加工点20的透镜。透镜14例如为fθ透镜。
可动反射镜13以及透镜14构成基于检流计反射镜和fθ透镜的一般的光学扫描系统。因而，通过使可动反射镜13从其原点位置旋转给定角度，从而能够控制加工用激光11朝向加工面19的到达位置。以下，将使可动反射镜13从其原点位置旋转的角度称为“可动反射镜13的动作量”。另外，如果可动反射镜13的动作量根据构成加工头2的各光学构件的位置关系和从透镜14到加工面19的距离决定，则能够唯一地设定。由此，能够向期望的加工点20照射加工用激光11。
在此，从透镜14到加工面19的距离优选设为使加工用激光11最聚光的焦点位置和加工面19一致以便最有效率地进行利用加工用激光11的加工的距离。由此，能够最有效率地进行加工用激光11对被加工物18的加工。另外，从透镜14到加工面19的距离并不限定于此，只要根据加工的用途而决定为适当的任意距离即可。
此外，可动反射镜13按照给定动作调度而使其动作量变化。由此，能够使加工用激光11在加工面19上扫描照射到任意的加工点20的位置。
进而，控制部6对激光振荡器5的接通和断开的切换进行控制。由此，能够以任意的图案对加工用激光11能够扫描的范围内的加工面19上的任意的位置进行激光加工。
[色差所引起的影响]
接下来，利用图2对透镜14的色差所引起的影响进行说明。
图2是示意性地示出使可动反射镜13从原点位置动作的状态的激光加工装置1的图。另外，在图2中，设工作台17处于原点位置。
如图2所示，被可动反射镜13反射的加工用激光11以及测定光15在相同的光轴上前进，直至到达透镜14。然而，在透过了透镜14之后，在加工用激光11和测定光15的前进方向上产生偏离。即，如图2所示，作为加工用激光11的光轴的加工光轴24a、和作为测定光15的光轴的测定光轴23a偏离。因而，测定光15到达与加工点20不同的位置。
这是由透镜14的色差引起的。所谓色差，是指由于包含透镜14的一般的光学材料具有相对于光的波长的折射率不同的性质而产生的像差。
色差具有轴上色差和倍率色差这两个种类。轴上色差是透镜的焦点位置根据光的波长而不同的性质所引起的像差。另一方面，倍率色差是焦点面(加工面19)上的像高根据光的波长而不同的性质所引起的像差。另外，图2所示的透过透镜14后的加工用激光11(加工光轴24a)和测定光15(测定光轴23a)的前进方向的偏离是由上述的倍率色差所引起的。
此时，本实施方式的激光加工装置1同时还产生轴上色差。然而，轴上色差所引起的加工用激光11和测定光15的偏离通过准直透镜16和测定光导入口9的距离的调节能够应对。也就是说，通过准直透镜16，将刚透过之后的测定光15立即从平行光的状态变为略微发散状态或者会聚状态，从而能够抑制轴上色差的产生。
另外，在图2中，从加工原点26观察，测定光15的到达加工面19的位置比加工用激光11的到达加工面19的位置远。然而，上述位置关系为一例。也就是说，根据透镜14的透镜结构、加工用激光11和测定光15的波长的大小关系，还存在如下情况，即，测定光15与加工用激光11相比到达更接近加工原点26的位置。一般地，长波长的光到达更远离加工原点26的位置。
此外，作为修正上述倍率色差的方法，例如有使透镜14具有消色透镜的性质的方法。但是，若欲使透镜14具有作为fθ透镜的性质和作为消色透镜的性质这两个性质，则需要非常高级的光学设计技术。因而，在透镜14的设计上花费大量的时间和成本。
因此，在本实施方式的激光加工装置1中，如以下说明的那样，使工作台17动作(移动)，以低成本实现了倍率色差的修正。
[倍率色差的修正方法]
接下来，利用图3对上述的透镜14的倍率色差的修正方法进行说明。
图3是示意性地示出对倍率色差所引起的加工用激光11以及测定光15各自的到达位置的偏离进行了修正的状态的激光加工装置1的图。
在图3中，使工作台17从原点位置动作给定动作量(动作距离)。由此，如图3所示，在从准直透镜16到达透镜14的期间，加工用激光11的加工光轴24和测定光15的测定光轴23不是同轴。然而，透过了透镜14之后的加工用激光11以及测定光15分别到达加工面19的相同位置、即加工点20。
此时，如图3所示，加工用激光11的加工光轴24a通过了与图2所示的加工光轴24a相同的位置。另一方面，通过上述的工作台17的动作而修正后的测定光15的测定光轴23b通过了与图2所示的测定光轴23a不同的位置。
另外，工作台17的动作量(即，使工作台17从其原点位置动作的动作距离)与可动反射镜13的动作量以一对一的关系建立了对应。此时，可动反射镜13的动作量根据照射加工用激光11(以及测定光15)的加工点20的位置而唯一地决定。因而，工作台17的动作量也根据照射测定光15的加工点20的位置而唯一地决定。
另外，以下，将工作台17的从原点位置的动作量记载为“修正量”(对应于后述的“第2指示值”)，对该修正量的求法进行说明。
[工作台动作和测定光轴角度的关系]
接下来，利用图4对通过使工作台17从原点位置动作而使测定光轴23的角度变化的机理进行说明。
图4是示意性地示出激光加工装置1中的工作台17、测定光导入口9以及准直透镜16的关系的图。
图4示出测定光轴23的位置根据与工作台17的动作相伴的测定光导入口9的位置的变化而变化的样态。
另外，在图4中，测定光轴23是工作台17处于原点位置的情况下的测定光轴，测定光15是此时的测定光。测定光轴23c是工作台17移动到比原点位置更靠图中的左侧的情况下的测定光轴，测定光15a是此时的测定光。进而，测定光轴23d是工作台17移动到比原点位置更靠图中的右侧的情况下的测定光轴，测定光15b是此时的测定光。
此外，放射测定光15的测定光导入口9的端部配置在准直透镜16的焦点面上。因而，从测定光导入口9放射的测定光15在通过准直透镜16之后变换成沿着测定光轴23的平行光。这关于测定光15a以及测定光15b也同样地在通过准直透镜16之后变换成沿着测定光轴23c、23d的平行光。
另一方面，如图4所示，工作台17从原点位置移动的情况下的测定光轴23c以及测定光轴23d分别与测定光轴23不同，在通过了准直透镜16之后折射。但是，测定光轴23、23c、23d成为均通过准直透镜焦点位置35的光轴关系。
也就是说，通过工作台17的移动，能够使测定光轴23的角度变化。
[修正量和扫描角的关系]
接下来，对工作台17的修正量和可动反射镜13的扫描角的关系进行说明。
在此，将透镜14的焦距设为f，将入射到透镜14的光距透镜光轴25的角度设为θ，将透过了透镜14的光线在像面的距光轴的距离(以下记为“像高”)设为h。在该情况下，在作为fθ透镜的透镜14中，h＝fθ的关系成立。
此外，如上述那样，可动反射镜13具有2个进行旋转动作的轴。
因此，将2轴假设为x轴、y轴，将被可动反射镜13反射的光距透镜光轴25的x轴分量的角度设为θx，同样地将距透镜光轴25的y轴分量的角度设为θy。而且，在将像面上的x方向、y方向的像高分别设为x、y的情况下，x＝fθx、y＝fθy的关系成立。由此，若将加工用激光11到达加工面19的加工点的位置设为(x，y)，则(x，y)＝(fθx，fθy)。
此外，向可动反射镜13入射光时的来自可动反射镜13的反射光的射出角度以2倍的角度量变化。因而，在将可动反射镜13的动作量设为
另外，在以下的说明中，将可动反射镜13的动作量
如以上，在本实施方式的激光加工装置1中，若可决定可动反射镜13的扫描角
如上述那样，扫描角根据加工点20的位置而唯一地决定。同样地，工作台17的修正量也根据加工点20的位置而唯一地决定。
因此，在本实施方式中，按给定加工点20的每个位置，预先计算扫描角和修正量的关系。而且，在加工时，使工作台17动作与加工点20的位置对应的修正量。由此，能够修正上述的透镜14的倍率色差所引起的、测定光15的照射位置相对于加工用激光11的照射位置的偏离。
[修正数表数据的创建方法]
以下，对修正数表数据的创建方法进行说明。修正数表数据是示出每个加工点20的扫描角和修正量的对应关系的数据(修正完毕加工用数据的一例)。
首先，利用图5对被加工物18的加工面19上的加工用激光11以及测定光15各自的轨迹进行说明。
图5是示意性地示出不使工作台17动作而仅使可动反射镜13动作并呈格子状扫描了被加工物18的加工面19的情况下的、加工面19上的加工用激光11以及测定光15各自的轨迹的图。
在此，图5示出从透镜14侧观察加工面19的状态。此外，图5用实线表示作为加工用激光11的轨迹的加工光轨迹28，用虚线表示作为测定光15的轨迹的测定光轨迹27。
另外，在图5所示的例子中，由于不使工作台17动作，因此示出未进行倍率色差的修正的轨迹。因而，在加工原点26附近，加工用激光11以及测定光15各自的轨迹一致。但是，由于倍率色差，随着远离加工原点26，两者的轨迹的偏离变大。由此，加工光轨迹28绘制出没有形变的格子状图案。另一方面，测定光轨迹27绘制出发生了形变的线轴型的轨迹。另外，图5所示的测定光轨迹27的形状为一例。也就是说，测定光轨迹27的形变形状通常根据透镜14的光学特性而变化。
此外，与加工光轨迹28以及测定光轨迹27分别对应的位置的偏离量也同样依赖于透镜14的光学特性、光学设计。作为一般的例子，在透镜14的焦距为250mm且加工面区域为直径200mm程度的市售的fθ透镜中，在加工面区域的最外周附近，产生0.2mm至0.4mm的偏离。
与之相对，虽然通过向加工点20照射加工用激光11而生成的键孔22(例如，参照图1)的直径还依赖于加工用激光的光功率、空间相干性、透镜14的聚光能力，但比较小，大致为0.03mm至0.2mm。由此，通过由于透镜14的色差而产生的加工用激光11和测定光15的位置偏离，有时测定光15不到达键孔22的底面。因而，用测定光15无法测定准确的熔深。
另外，在图5中，作为一例，图示了等间隔的4×4块的格子状图案作为例子，但本公开并不限定于此。用于扫描的格子状图案例如也可以由多个细小块数的格子图案设定。此外，与fθ透镜的倍率色差特性相关联地，尤其是需要精度的区域也可以使格子状图案的格子间隔变窄。进而，也可以由放射状的格子状图案设定。其中，在本实施方式中，在x轴以及y轴的2轴设定修正量，因此更优选图5所示的正交格子状的图案。
因此，若将图5所示的加工光轨迹28和测定光轨迹27进行比较，则可知在格子状图案的对应的各格子点产生了偏离。
也就是说，为了创建修正数表数据，需要决定修正量以使得加工光轨迹28上的作为某一个格子点的加工光格子点30、和测定光轨迹27的对应的测定光格子点29一致。
以下，对修正数表数据的创建方法的流程进行说明。
首先，利用图6对修正数表数据的创建方法的第1例进行说明。
图6是示出修正数表数据的创建方法的第1例的流程图。
如图6所示，首先，控制部6对被加工物18的加工面19设定作为进行激光加工的范围的格子状图案(例如，图5所示的加工光轨迹28)(步骤s1)。此时，控制部6首先在格子状图案包含的多个格子点之中选定一个格子点。
接下来，控制部6在被选定的格子点设置二维射束轮廓仪(未图示)(步骤s2)。此时，二维射束轮廓仪设置为检测面的高度位置与被加工物18的加工面19一致。
接下来，控制部6设定作为可动反射镜13的动作量的扫描角(第1指示值)，使得加工用激光11到达被选定的格子点(步骤s3)。
接下来，控制部6使得照射加工用激光11。然后，控制部6利用二维射束轮廓仪求出实际上加工用激光11到达加工面19的位置(以下，称为加工用激光11的到达位置)(步骤s4)。
接下来，控制部6使得照射测定光15。然后，控制部6利用二维射束轮廓仪求出实际上测定光15到达加工面19的位置(以下，记为“测定光15的到达位置”)(步骤s5)。
接下来，控制部6边参照二维射束轮廓仪的测定结果边设定作为工作台17的动作量的修正量(第2指示值)，使得加工用激光11的到达位置和测定光15的到达位置一致(步骤s6)。
接下来，控制部6将在步骤s3中设定的扫描角(第1指示值)和在步骤s6中设定的修正量(第2指示值)作为修正数表数据(修正完毕加工用数据)保存于存储器31(步骤s7)。
接下来，控制部6判定是否在格子状图案的全部的格子点保存了修正数表数据(步骤s8)。此时，在全部的格子点保存了修正数表数据的情况下(步骤s8的是)，流程结束。
另一方面，未在全部的格子点保存修正数表数据的情况下(步骤s8的否)，控制部6选定一个新的格子点(即，未进行修正数表数据的保存的格子点)(步骤s9)。
而且，然后，返回到步骤s2，同样地执行以后的流程的步骤。
以上，对修正数表数据的创建方法的第1例进行了说明。
接下来，利用图7对修正数表数据的创建方法的第2例进行说明。
图7是示出修正数表数据的创建方法的第2例的流程图。
另外，在第2例中，作为临时的被加工物，例如使用金属的平板(以下，记为“金属板”)。
如图7所示，首先，控制部6对金属板的加工面19设定作为进行激光加工的范围的格子状图案(例如，图5所示的加工光轨迹28)(步骤s11)。此时，控制部6在格子状图案包含的多个格子点之中选定一个格子点。
接下来，控制部6设定作为可动反射镜13的动作量的扫描角(第1指示值)，使得加工用激光11到达被选定的格子点(步骤s12)。
接下来，控制部6对被选定的格子点照射加工用激光11，在金属板的表面开出微小孔(步骤s13)。此时，加工用激光11的输出强度以及照射时间被调整为不贯通金属板。此外，所形成的微小孔的直径优选调整为光干涉仪3的计测分辨率的2～3倍程度。
接下来，控制部6通过光干涉仪3测定所形成的微小孔的形状(步骤s14)。此时，使工作台17从原点位置动作(移动)某种程度，扫描测定光15。由此，能够测定微小孔附近的三维形状。
接下来，控制部6利用表示在步骤s14中测定的结果的数据求出能够使测定光15到达微小孔的最深部的作为工作台17的动作量的修正量(第2指示值)(步骤s15)。
接下来，控制部6将在步骤s12中设定的扫描角(第1指示值)和在步骤s15中求出的修正量(第2指示值)作为修正数表数据(修正完毕加工用数据)保存于存储器31(步骤s16)。
接下来，控制部6判定是否在格子状图案的全部的格子点保存了修正数表数据(步骤s17)。此时，在全部的格子点保存了修正数表数据的情况下(步骤s17的是)，结束流程。
另一方面，未在全部的格子点保存修正数表数据的情况下(步骤s17的否)，控制部6选定一个新的格子点(即，未进行修正数表数据的保存的格子点)(步骤s18)。
而且，然后，返回到步骤s12，同样地执行以后的流程的步骤。
以上，对修正数表数据的创建方法的第2例进行了说明。
通过以上说明的第1例或者第2例可获得修正数表数据(修正完毕加工用数据)。将该修正数表数据称为“第1动作量”。
另外，在第1例的步骤s1或者第2例的步骤s11中设定的格子状图案是图5所示的4×4的格子状图案的情况下，只能创建16个格子点中的修正数表数据。因此，优选设定包含16个以上的格子点的格子状图案，创建更多的修正数表数据。由此，能够获得精度高的修正数表数据。
不过，即便创建较多的修正数表数据，只要可动反射镜13的动作角(扫描角)在机构上的动作范围内，无论是什么样的值都能够设定。因而，可能产生可动反射镜13的扫描角与修正数表数据不一致的情况。在该情况下，需要对修正数表数据进行插补来求出修正量。
另外，关于对修正数表数据进行插补来求出修正量的方法将后述。
[加工数据的创建方法]
接下来，对用于加工被加工物18的加工数据的创建方法进行说明。
以往，在具有fθ透镜以及检流计反射镜的激光加工装置中，控制部利用按时间序列设定的多个加工数据对激光振荡器以及检流计反射镜进行了控制。由此，对被加工物的表面的各加工点按时间序列进行了加工。另外，上述加工数据例如是朝向激光振荡器的输出指示值和扫描角的数据项目按每个加工点成为集合的数据。
然而，在本实施方式中，作为用于激光加工装置1的加工数据的数据项目，除了朝向激光振荡器5的输出指示值(激光输出数据)、加工点20的位置、以及扫描角(第1指示值)之外，还添加了上述修正量(第2指示值)。因此，以下将添加了修正量作为数据项目的加工数据记载为“修正完毕加工数据”进行说明。
以下，利用图8对上述的修正完毕加工数据的一例进行说明。图8是示出修正完毕加工数据的结构的一例的图。
如图8所示，修正完毕加工数据作为一组数据项目而包含数据编号k、激光输出数据lk、加工点位置xk、加工点位置yk、扫描角
数据编号k表示加工数据的顺序。激光输出数据lk表示朝向激光振荡器5的输出指示值。加工点位置xk表示x方向的加工点20的位置。加工点位置yk表示y方向的加工点20的位置。扫描角
另外，在图8中，给数据编号k以外的各数据项目标注的下标k表示是与数据编号为第k个对应的数据项目。修正完毕加工数据中的扫描角如上所述是表示可动反射镜的动作量的“第1指示值”的一例。此外，修正完毕加工数据中的修正量如上所述是表示工作台的动作量的“第2指示值”的一例。
以上，对修正完毕加工数据的结构的一例进行了说明。
接下来，利用图9对加工数据的创建方法的流程进行说明。图9是示出加工数据的创建方法的流程图。
如图9所示，首先，控制部6将所参照的数据编号k设定为零(0)(步骤s21)。数据编号k标注在存储器31内的保存有加工数据的区域。
接下来，控制部6在存储器31内的数据编号k的区域(存储器位置)设定(保存)激光输出数据lk、加工点位置xk、yk(步骤s22)。这些值是为了实现期望的激光加工而由激光加工装置1的用户利用未图示的操作部设定的设定值。另外，操作部例如为键盘、鼠标、触摸面板等。
接下来，控制部6基于在步骤s22中设定的加工点位置xk、yk来计算可动反射镜13的扫描角
另外，加工点位置和扫描角的关系式、对应数表等，可以由用户预先设定。在该情况下，控制部6可以利用加工点位置和扫描角的关系式、对应数表等来决定可动反射镜13的扫描角
接下来，控制部6判定是否关于全部的数据编号k而完成了加工数据的设定(步骤s24)。此时，在关于全部的数据编号k而完成了加工数据的设定的情况下(步骤s24的是)，结束流程。
另一方面，在关于全部的数据编号k而未完成加工数据的设定的情况下(步骤s24的否)，使所参照的数据编号k增加一个(步骤s25)。
而且，然后，返回到步骤s22，同样地执行以后的流程的步骤。
通过以上的流程，关于全部的数据编号k可设定加工数据。
[修正量的设定方法]
接下来，说明对通过图9的流程而设定的各加工数据设定修正量的方法。
首先，利用图10对修正数表数据的结构进行说明。
图10是示出示意性地表示了修正数表数据的结构的修正数表34的图。
另外，图10将按加工面19中的每个格子点而设定的修正完毕加工数据作为数据点32示意性地示出。作为修正完毕加工数据的数据点32分别如上所述包含加工面19上的位置(即，加工点位置)、扫描角以及修正量。此外，图10所示的修正数据点33是与加工面19上的加工原点26对应的点。
在以下的说明中，方便起见，用扫描角
接下来，利用图11对修正量的设定方法的流程进行说明。
图11是示出修正量的设定方法的流程图。
如图11所示，首先，控制部6将所参照的数据编号k设定为零(0)(步骤s31)。
接下来，控制部6将存储器31内的数据编号k的区域中保存的扫描角
此时，存在
另一方面，不存在
接下来，控制部6将在步骤s33或者步骤s34中设定的修正量(ψxk，ψyk)设定(保存)于存储器31内的加工数据的数据编号k的区域(步骤s35)。
接下来，控制部6判定是否关于存储器31内保存的加工数据的全部而完成了修正量的设定(步骤s36)。而且，在关于加工数据的全部而完成了修正量的设定的情况下(步骤s36的是)，结束流程。
另一方面，在尚未关于加工数据的全部而完成修正量的设定的情况下(步骤s36的否)，控制部6使所参照的数据编号k增加一个(步骤s37)。
而且，然后，返回到步骤s32，同样地执行以后的流程的步骤。
通过以上的流程，关于全部的数据编号k可设定修正完毕加工数据。
[插补处理的详细]
接下来，关于图11所示的步骤s34的插补处理，利用图12详细地进行说明。
另外，步骤s34的插补处理在用户设定的扫描角
图12是示出用户作为加工数据设定的扫描角
如图12所示，与扫描角
而且，修正量(ψxk，ψyk)利用扫描角
ψxk＝(eψxij fψxi 1j gψxij 1 hψxi 1j 1)/j(1)
ψyk＝(eψyij fψyi 1j gψyij 1 hψyi 1j 1)/j(2)
另外，式(1)以及式(2)中的e、f、g、h、j通过下述的式(3)～式(7)求出。
j＝(φxi 1-φxi)(φyj 1-φyj)(7)
通过上述的插补处理，能够基于用户设定的扫描角来计算修正量。
另外，在上述的插补处理中，以利用了线性插补法的例子进行了说明，但并不限于此。作为插补处理，例如也可以利用公知的二维插补手法(样条插补、二次曲面近似等)。此外，作为插补处理，也可以预先根据修正数表34上的修正数表用修正量(ψxij，ψyij)计算相对于扫描角的修正量的高次的近似连续曲面，计算与扫描角对应的修正量。将通过上述的插补处理计算求出的修正量称为“第2动作量”。
[激光加工方法]
接下来，利用图13对基于激光加工装置1的激光加工方法的流程进行说明。
图13是示出激光加工方法的流程图。
如图13所示，首先，控制部6将所参照的数据编号k设定为零(0)(步骤s41)。
接下来，控制部6从存储器31读出与数据编号k对应的修正完毕加工数据(激光输出数据lk、扫描角
接下来，控制部6基于扫描角
具体地，控制部6对第1驱动器7通知扫描角
接下来，控制部6向激光振荡器5发送作为激光输出值的激光输出数据lk。而且，控制部6基于激光输出数据lk而使激光振荡器5振荡加工用激光11(步骤s44)。
接下来，控制部6判定与存储器31内保存的全部的数据编号k对应的激光加工是否结束(步骤s45)。此时，在与全部的数据编号k对应的激光加工结束了的情况下(步骤s45的是)，结束流程。
另一方面，在与全部的数据编号k对应的激光加工未结束的情况下(步骤s45的否)，控制部6使所参照的数据编号k增加一个(步骤s46)。
而且，然后，返回到步骤s42，同样地执行以后的流程的步骤。
通过以上的流程，关于全部的数据编号k可执行激光加工。
[键孔的深度的计测方法]
接下来，利用图14对上述的激光加工方法的执行时的键孔22(例如参照图1)的深度的计测方法的流程进行说明。
图14是示出键孔22的深度的计测方法的流程图。
如图14所示，首先，控制部6对计测处理部4发出键孔22的深度的计测开始的指令(步骤s51)。由此，从光干涉仪3射出测定光15，计测处理部4开始键孔22的深度的计测。
接下来，计测处理部4生成与从键孔22反射回来的测定光15和参照光的光路差相应的光干涉信号(步骤s52)。
接下来，计测处理部4利用所生成的光干涉信号来计算键孔22的深度(即，熔深)。而且，控制部6将表示计算出的键孔22的深度的数据(以下，记为“键孔深度数据”)保存于存储器31(步骤s53)。
具体地，控制部6将当前使用的修正完毕加工数据的数据编号k与键孔深度数据以集合的方式保存于存储器31。此时，在未开始激光加工的情况、或者激光加工已经结束的情况下，数据编号k例如设定为-1，并与键孔深度数据一起保存于存储器31。由此，能够表示被加工物18为非加工状态、或者是未被使用的修正完毕加工数据。
另外，也可以与数据编号k不同地将表示基于修正完毕加工数据的激光加工是否在实施中的数据作为标记数据，并与键孔深度数据以及使用中的修正完毕加工数据的数据编号k以集合的方式，另外保存于存储器31。
接下来，控制部6判定从步骤s51中的键孔22的深度的计测开始起在预先设定的加工前是否经过了给定时间(步骤s54)。此时，在加工前未经过给定时间的情况下(步骤s54的否)，返回到步骤s52，同样地执行以后的流程的步骤。
另一方面，在加工前经过了给定时间的情况下(步骤s54的是)，控制部6对激光振荡器5、第1驱动器7以及第2驱动器8发出激光加工开始的指令(步骤s55)。另外，激光加工开始的指令包含上述的修正完毕加工数据。也就是说，控制部6将修正完毕加工数据通知给激光振荡器5、第1驱动器7以及第2驱动器8，使得执行图13所示的激光加工方法。由此，激光振荡器5、第1驱动器7以及第2驱动器8分别基于修正完毕加工数据来执行动作(参照上述的图13的说明)。
接下来，控制部6判定激光加工是否完成(步骤s56)。此时，如在图13中说明的那样，控制部6按照修正完毕加工数据的数据编号k依次进行激光加工。而且，在基于包含与最后的数据编号k对应的修正完毕加工数据的指令而结束了激光加工的情况下，激光加工完成。
而且，在激光加工未完成的情况下(步骤s56的否)，返回到步骤s52，同样地执行以后的流程。
另一方面，在激光加工完成的情况下(步骤s56的是)，控制部6判定从激光加工完成的时间点起在预先设定的加工后是否经过了给定时间(步骤s57)。
此时，在加工后未经过给定时间的情况下(步骤s57的否)，返回到步骤s52，同样地执行以后的流程的步骤。
另一方面，在加工后经过了给定时间的情况下(步骤s57的是)，控制部6对计测处理部4发出键孔22的深度的计测结束的指令(步骤s58)。由此，计测处理部4使得停止从光干涉仪3射出测定光15，结束键孔22的深度的计测。
根据以上说明的键孔22的深度的计测方法的流程，进行激光加工的期间始终包含于进行键孔的深度的计测的期间。由此，在存储器31中存储的键孔深度数据的起始部分以及末尾部分记录未加工的加工面19的位置数据。因而，在键孔22的深度和加工面19的比较等的分析键孔深度数据的方面是适合的。其原因在于，通常，在研究焊接的质量时要获知的信息为“熔深”，并具有“熔深”≈“键孔深度”＝“未加工时的加工面位置(深度)”-“加工时的键孔深度”的关系。因而，若仅利用加工时的数据进行评价，则有时无法正确地评价金属材料的熔融部的“熔深”。然而，通过上述的键孔22的深度的计测方法，能够正确地评价金属材料的熔融部的“熔深”。
另外，键孔22的深度的计测开始的指令以及键孔22的深度的计测结束的指令不需要特别经由控制部6来执行，可以由用户利用未图示的操作部等发出指令。
[效果]
如以上说明的那样，本实施方式的激光加工装置1具有对在被加工物18的表面(加工面19)应被加工的加工点20振荡加工用激光11的激光振荡器5。此外，激光加工装置1具有对加工点20射出测定光15并生成基于由于在加工点20被反射的测定光15和参照光的光路差而产生的干涉的光干涉强度信号的光干涉仪3。激光加工装置1还具有使加工用激光11以及测定光15的前进方向变化的可动反射镜13、使测定光15朝向可动反射镜13的入射角变化的工作台17、和使加工用激光11以及测定光15聚光到加工点的透镜14。此外，激光加工装置1具备存储用于加工被加工物18的修正完毕加工用数据的存储器31，修正完毕加工用数据被预先修正而使得消除由于透镜14的色差产生的加工用激光11以及测定光15的至少一者的到达位置在被加工物18的表面的偏离。激光加工装置1还具有基于修正完毕加工用数据来控制激光振荡器5、可动反射镜13以及工作台17的控制部6、和基于光干涉强度信号来计测通过加工用激光11而在加工点产生的键孔22的深度的计测处理部4。
根据该结构，能够修正由于透镜14的倍率色差而产生的、透过透镜14后的加工面19上的加工用激光11和测定光15的到达位置的偏离。由此，能够适当地实施oct对键孔22的深度的计测。其结果，能够更准确地计测键孔的深度。
以下，利用图15对具备上述结构的激光加工装置1中的透镜14的倍率色差的修正结果进行说明。
图15是示出通过工作台17的动作修正了倍率色差的影响的状态的、加工面19上的加工用激光11和测定光15的轨迹的一例的图。
如图15所示可知，不同于图5，通过上述修正，作为加工用激光11的轨迹的加工光轨迹28、作为测定光15的轨迹的测定光轨迹27以及各格子点分别一致。
另外，在上述实施方式中，为了使测定光15的光轴方向变化，以利用了作为压电工作台的工作台17的结构为例进行了说明，但本公开并不限定于此。也就是说，作为工作台，例如只要是设置测定光导入口9，能够使基于控制部6的控制从测定光导入口9放射并朝向准直透镜16的测定光15的光轴位置在与测定光轴23垂直的面内平行移动地变化的结构即可。因而，作为用于激光加工装置1的工作台，例如可以包含步进电机工作台、伺服电机工作台、或者超声波电机工作台等。
另外，本公开并不限定于上述实施方式的说明，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。
1.一种激光加工装置，具有：
激光振荡器，对被加工物的表面的加工点振荡加工用激光；
光干涉仪，对所述加工点射出测定光，生成基于由于在所述加工点被反射的所述测定光和参照光的光路差而产生的干涉的光干涉强度信号；
可动反射镜，使所述加工用激光以及所述测定光的前进方向变化；
工作台，使所述测定光朝向所述可动反射镜的入射角变化；
透镜，使所述加工用激光以及所述测定光聚光到所述加工点；
存储器，存储修正完毕加工用数据；
控制部，基于所述修正完毕加工用数据来控制所述激光振荡器、所述可动反射镜以及所述工作台；和
计测处理部，基于所述光干涉强度信号来计测通过所述加工用激光的照射而在所述加工点产生的键孔的深度，
所述修正完毕加工用数据是对作为所述被加工物的加工用而预先生成的加工用数据进行修正后的数据，所述修正使得消除由于所述透镜的色差而产生的所述加工用激光以及所述测定光的至少一者的到达位置在所述被加工物的表面的偏离。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述修正完毕加工用数据包含：
输出指示值，按每个所述加工点而预先设定，表示从所述激光振荡器振荡的所述加工用激光的强度；
第1指示值，表示所述可动反射镜的动作量；和
第2指示值，表示所述工作台的动作量。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其中，
所述加工用激光的波长和所述测定光的波长彼此不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其中，
所述可动反射镜为检流计反射镜，
所述工作台为压电工作台。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光加工装置，其中，
所述透镜为fθ透镜。
6.一种激光加工方法，是激光加工装置进行的激光加工方法，所述激光加工装置具有：可动反射镜，使加工用激光以及测定光的前进方向变化；工作台，使所述测定光朝向所述可动反射镜的入射角变化；和透镜，使所述加工用激光以及所述测定光聚光到被加工物的表面的加工点，
基于修正完毕加工用数据来控制所述可动反射镜以及所述工作台，对所述被加工物照射所述加工用激光以及所述测定光，
基于由于在所述加工点被反射的所述测定光和参照光的光路差而产生的干涉，计测通过所述加工用激光的照射而在所述加工点产生的键孔的深度，
所述修正完毕加工用数据是对作为所述被加工物的加工用而预先生成的加工用数据进行修正后的数据，所述修正使得消除由于所述透镜的色差而产生的所述加工用激光以及所述测定光的至少一者的到达位置在所述被加工物的表面的偏离。
7.一种修正数据生成方法，是激光加工装置进行的修正数据生成方法，所述激光加工装置具有：可动反射镜，使加工用激光以及测定光的前进方向变化；工作台，使所述测定光朝向所述可动反射镜的入射角变化；和透镜，使所述加工用激光以及所述测定光聚光到被加工物的表面，
按所述被加工物的表面的每个加工点来生成加工用数据，所述加工用数据设定了所述加工用激光的输出强度、和用于使所述加工用激光到达所述加工点的所述可动反射镜的动作量，
按所述被加工物的表面的每个给定位置来计算第1动作量，所述第1动作量是用于使所述测定光到达所述给定位置的所述工作台的动作量，
基于所述第1动作量，按每个所述加工点来计算第2动作量，所述第2动作量是用于使所述测定光到达所述加工点的所述工作台的动作量，
通过将所述第2动作量添加到所述加工用数据中来生成修正完毕加工用数据，所述修正完毕加工用数据是进行修正后的数据，所述修正使得消除由于所述透镜的色差而产生的所述加工用激光以及所述测定光的至少一者朝向所述被加工物的到达位置的偏离。
8.根据权利要求7所述的修正数据生成方法，其中，
在计算所述第2动作量时，在所述加工点和所述给定位置不一致的情况下，按照距所述加工点从近到远的顺序利用给定数目的所述给定位置处的所述第1动作量进行插补处理，计算所述第2动作量。
9.根据权利要求8所述的修正数据生成方法，其中，
所述给定位置设定在与所述可动反射镜的可动范围对应的所述被加工物的表面的范围，并且设定为在所述范围内能够执行所述插补处理。
技术总结