激光加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工装置。

背景技术

在日本特开2020-185601号公报中公开了一种激光加工装置，该激光加工装置使用通过光干涉仪将试料内部的构造可视化的OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干层析成像)技术，计测通过激光而在金属加工中产生的匙孔(Keyhole)的深度。

发明内容

另外，根据被加工物的形状等，有时想要对被加工物的多个部位同时进行激光加工。

然而，测定匙孔深度的OCT光通常仅为1个，因而存在不能对多个匙孔的深度进行测定这样的问题。

本发明是鉴于这点而完成的，其目的在于，在对被加工物的多个部位同时进行激光加工的情况下，使得能够对在加工点产生的匙孔的深度进行计测。

本发明涉及的激光加工装置对被加工物的表面的给定的加工点射出激光，所述加工点至少包括第1加工点和与所述第1加工点分离的第2加工点。激光加工装置具备：激光振荡器，振荡出所述激光；第1分支单元，将所述激光分支成向所述第1加工点射出的第1激光和向所述第2加工点射出的第2激光；光干涉仪，射出具有与所述激光的波长不同的波长的测定光，基于在所述加工点反射的所述测定光来生成光干涉信号；透镜，对所述激光以及所述测定光进行聚光；第1反射镜，变更所述激光以及所述测定光相对于所述透镜的入射位置；第2反射镜，变更所述测定光相对于所述第1反射镜的入射位置；控制部，控制所述第2反射镜的动作，使得朝向所述第1加工点以及所述第2加工点射出所述测定光；以及计测处理部，基于所述光干涉信号，导出在所述加工点产生的匙孔的深度。

根据本发明，在对被加工物的多个部位同时进行激光加工的情况下，能够对在加工点产生的匙孔的深度进行计测。

附图说明

图1是示出本实施方式1涉及的激光加工装置的结构的图。

图2是示出本实施方式2涉及的激光加工装置的结构的图。

图3是示出本实施方式3涉及的激光加工装置的结构的图。

图4是示出本实施方式4涉及的激光加工装置的结构的图。

图5是示出在第1加工点与第2加工点之间扫描测定光的状态的俯视图。

图6是示出在第1加工点与第2加工点之间面状地扫描测定光的状态的俯视图。

图7是示出本实施方式5涉及的激光加工装置的结构的图。

图8是示出本实施方式6涉及的激光加工装置的结构的图。

图9是示出本实施方式7涉及的激光加工装置的结构的图。

图10是示出旋转电动机的结构的立体图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。不过，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，为了使说明清楚，以下的记载以及附图被适当简化。

《实施方式1》

如图1所示，激光加工装置1具备加工头2、光干涉仪3、计测处理部4、激光振荡器5和控制部6。

光干涉仪3射出OCT测定用的测定光S。从测定光导入口9向加工头2输入测定光S。

激光振荡器5振荡出加工用的激光L。从加工光导入口10向加工头2输入激光L。

加工头2具备分色镜12、第1反射镜13、透镜14和第2反射镜17。

激光L的波长和测定光S的波长分别是不同的波长。分色镜12具有对激光L的波长的光进行反射而使测定光S的波长的光透过那样的特性。

第1反射镜13以及第2反射镜17由能够以两个以上的轴进行旋转动作的可动反射镜构成。在本实施方式中，第1反射镜13以及第2反射镜17分别由检流镜构成。

第1反射镜13变更激光L以及测定光S相对于透镜14的入射位置。第2反射镜17变更测定光S相对于第1反射镜13的入射位置。

第1反射镜13经由第1驱动器7与控制部6连接。第2反射镜17经由第2驱动器8与控制部6连接。第1反射镜13以及第2反射镜17基于控制部6的控制而动作。控制部6控制第2反射镜17的动作，使得朝向加工点P射出测定光S。

在控制部6内置有存储器28。在存储器28存储用于对被加工物18进行期望的加工的加工数据和用于进行校正的校正用数据。控制部6的一个例子是对第1驱动器7以及第2驱动器8进行控制的处理器。控制部6能够通过控制第1驱动器7以及第2驱动器8来控制第1反射镜13以及第2反射镜17的动作。

在图1所示的例子中，如由虚拟线示出的那样，仅示出第1反射镜13以及第2反射镜17相对于与纸面垂直的旋转轴的旋转动作。然而，实际上，第1反射镜13以及第2反射镜17如上述那样构成为能够以两个以上的轴进行旋转动作，例如也能够相对于与纸面平行的旋转轴进行旋转动作。

在以下的说明中，为了简化，如图1所示，说明第1反射镜13以及第2反射镜17仅进行相对于与纸面垂直的旋转轴的旋转动作的情况，但不限定于此，第1反射镜13以及第2反射镜17也能够进行相对于其他旋转轴的旋转动作。

透镜14是用于使激光L以及测定光S分别聚光于加工点P的透镜。透镜14例如是fθ透镜。

从加工光导入口10导入的激光L由第1分支单元27分支。激光L分支成第1激光L1和第2激光L2。

另外，在本实施方式中，作为第1分支单元27而使用了衍射栅，但不限定于该方式，例如也可以使用棱镜透镜、分束器。

由第1分支单元27分支后的激光L之后被分色镜12和第1反射镜13反射，透过透镜14而聚光于被加工物18的表面19的加工点P。

由此，对被加工物18的加工点P进行激光加工。此时，照射了激光L的加工点P熔融，形成熔池21。此外，熔融金属从熔池21蒸发，由于蒸发时产生的蒸气的压力而形成匙孔22。

加工点P包括第1加工点P1和与第1加工点P1分离的第2加工点P2。向第1加工点P1射出第1激光L1。向第2加工点P2射出第2激光L2。

从测定光导入口9导入的测定光S由准直透镜16设为接近平行光的状态。透过准直透镜16后的测定光S由第2分支单元26分支。测定光S分支成第1测定光S1和第2测定光S2。

另外，在本实施方式中，作为第2分支单元26而使用了衍射栅，但不限定于该方式，例如也可以使用棱镜透镜、分束器。

由第2分支单元26分支后的测定光S被第2反射镜17反射之后，透过分色镜12。透过分色镜12后的测定光S被第1反射镜13反射，透过透镜14而聚光于被加工物18的表面19的加工点P。

测定光S在匙孔22的底面被反射，逆着测定光S的传播路径而到达光干涉仪3。光干涉仪3生成基于因在加工点P反射后的测定光S与未图示的参照光的光路差而产生的干涉的光干涉信号。

计测处理部4基于光干涉信号，导出在加工点P产生的匙孔22的深度，即导出加工点P的熔深。另外，熔深是指被加工物18的熔化的部分的最顶点与被加工物18的表面19的距离。计测处理部4例如由具备光探测器的光平衡检测器以及具备处理器的计算机构成。

第1反射镜13以及透镜14构成了由检流镜以及fθ透镜实现的一般的光学扫描系统。因此，通过使第1反射镜13从原点位置以给定的动作量进行旋转动作，能够控制激光L向被加工物18的表面19的到达位置。

另外，只要确定了构成加工头2的各光学构件和其位置关系以及从透镜14到被加工物18的表面19的距离，则能够唯一地设定用于向期望的加工点P照射激光L的第1反射镜13的动作量。

从透镜14到被加工物18的表面19的距离优选设为使激光L被聚光得最多的焦点位置和被加工物18的表面19一致的配置，使得由激光L实现的加工最高效地进行。然而，在本实施方式中，不限定于该方式，从透镜14到被加工物18的表面19的距离只要根据加工用途决定为任意的距离即可。

通过使第1反射镜13的动作角度(动作量)以给定的动作调度变化，能够在被加工物18的表面19上对加工点P的位置进行扫描。进一步地，通过控制部6的控制来进行激光振荡器5的接通和关断的切换、输出变化，由此能够以任意的图案对激光L能够扫描的范围内的、被加工物18的表面19上的任意的位置进行激光加工。

此外，第2分支单元26配置在测定光S的光轴上。由此，与激光L同样，测定光S也在透过透镜14之后分支成第1测定光S1和第2测定光S2。

而且，通过使第2反射镜17以给定的动作角度(动作量)动作，能够控制测定光S而使其到达加工点P。在存储器28存储有进行校正的动作量，使得消除由透镜14的像差、第1分支单元27等引起的激光L以及测定光S的照射位置在被加工物18的表面19的偏离。控制部6基于存储在存储器28的动作量，使第1反射镜1 3以及第2反射镜17进行动作。

如以上那样，根据本实施方式涉及的激光加工装置1，能够对被加工物18的表面19的激光L和测定光S的到达位置的偏离进行校正。因此，在对多个部位同时进行焊接的情况下，能够测定各自的焊接深度。

《实施方式2》

以下，对与前述实施方式1相同的部分标注相同的符号，仅对不同点进行说明。

如图2所示，激光加工装置1具备加工头2、光干涉仪3、计测处理部4、激光振荡器5和控制部6。

从加工光导入口10导入的激光L在第1分支单元27分支。激光L分支成第1激光L1和第2激光L2。

由第1分支单元27分支后的激光L之后被分色镜12和第1反射镜13反射，透过透镜14而聚光于被加工物18的表面19的加工点P。

从测定光导入口9导入的测定光S由准直透镜16设为接近平行光的状态。透过准直透镜16后的测定光S在被第2反射镜17反射之后，透过分色镜12。透过分色镜12后的测定光S被第1反射镜13反射，并透过透镜14而聚光于被加工物18的表面19的加工点P。

在此，激光L由第1分支单元27分支成第1激光L1和第2激光L2。被加工物18的加工点P包括被射出第1激光L1的第1加工点P1和被射出第2激光L2的第2加工点P2。另一方面，设为测定光S不分支。

控制部6使第2反射镜17以给定的动作角度(动作量)动作，使得进行向第1加工点P1射出测定光S的第1测定动作或向第2加工点P2射出测定光S的第2测定动作。在图2所示的例子中，向第1加工点P1射出了测定光S。

计测处理部4导出第1加工点P1的匙孔22的深度。在本实施方式中，不对第2加工点P2的匙孔22的深度进行测定，推定为与第1加工点P1的匙孔22的深度相同。

《实施方式3》

以下，对与前述实施方式2相同的部分标注相同的符号，仅对不同点进行说明。

如图3所示，激光L由第1分支单元27分支成第1激光L1和第2激光L2。被加工物18的加工点P包括被射出第1激光L1的第1加工点P1和被射出第2激光L2的第2加工点P2。另一方面，设为测定光S不分支。

控制部6控制第2反射镜17的动作，使得交替进行向第1加工点P1射出测定光S的第1测定动作和向第2加工点P2射出测定光S的第2测定动作。

即，在本实施方式中，将测定光S的射出位置切换为向第1加工点P1射出测定光S的位置(在图3中用虚拟线记载)和向第2加工点P2射出测定光S的位置(在图3中用实线记载)，使其依次与想要测定的加工点P一致，由此对第1加工点P1的匙孔22的深度和第2加工点P2的匙孔22的深度进行测定。

《实施方式4》

如图4所示，激光L由第1分支单元27分支成第1激光L1和第2激光L2。被加工物18的加工点P包括被射出第1激光L1的第1加工点P1和被射出第2激光L2的第2加工点P2。另一方面，设为测定光S不分支。

控制部6控制第2反射镜17的动作，使得在第1加工点P1与第2加工点P2之间连续地射出测定光S。具体地，如图5所示，在第1加工点P1与第2加工点P2之间往复移动地扫描测定光S。

计测处理部4基于光干涉信号，导出第1加工点P1以及第2加工点P2的匙孔22的深度和被加工物18的表面19的高度。

由此，在对多个部位同时进行焊接的情况下，能够测定各自的焊接深度。此外，也能够获得加工点P的周围部的信息。

另外，如图6所示，在第1加工点P1与第2加工点P2之间往复移动地扫描测定光S时，可以一边还在与往复移动方向正交的方向上使测定光S错开一边使其往复移动。由此，能够对第1加工点P1以及第2加工点P2的周围部面状地进行扫描，能够针对加工点P的周围部获得更多的信息。

《实施方式5》

如图7所示，激光加工装置1具备加工头2、两个光干涉仪3、计测处理部4、激光振荡器5和控制部6。光干涉仪3包括第1光干涉仪3a和第2光干涉仪3b。

加工头2具备分色镜12、第1反射镜13、两个第2反射镜17和透镜14。

从加工光导入口10导入的激光L由第1分支单元27分支。激光L分支成第1激光L1和第2激光L2。

由第1分支单元27分支后的激光L之后被分色镜12和第1反射镜13反射，透过透镜14而聚光于被加工物18的表面19的加工点P。

第1光干涉仪3a射出第1测定光S1。从测定光导入口9导入的第1测定光S1由准直透镜16设为接近平行光的状态。透过准直透镜16后的第1测定光S1被第2反射镜17反射。此时，通过使第2反射镜17以给定的动作角度(动作量)动作，能够控制第1测定光S1而使其到达第1加工点P1。

第2光干涉仪3b射出第2测定光S2。从测定光导入口9导入的第2测定光S2由准直透镜16设为接近平行光的状态。透过准直透镜16后的第2测定光S2被第2反射镜17反射。此时，通过使第2反射镜17以给定的动作角度(动作量)动作，能够控制第2测定光S2而使其到达第2加工点P2。

若设为这样的结构，则在对多个部位同时进行焊接的情况下，能够测定各自的焊接深度。此外，能够使第1测定光S1以及第2测定光S2追随第1加工点P1以及第2加工点P2而射出。

另外，在上述的实施方式中，为了使第1测定光S1以及第2测定光S2的光轴方向变化，使用了作为检流镜的第2反射镜17，但不限定于该方式。例如，只要是设置在测定光导入口9与分色镜12之间且能够基于控制部6的控制来改变第1测定光S1以及第2测定光S2的光轴方向的结构即可。

《实施方式6》

以下，对与前述实施方式5相同的部分标注相同的符号，仅对不同点进行说明。

如图8所示，激光加工装置1具备加工头2、两个光干涉仪3、计测处理部4、激光振荡器5和控制部6。光干涉仪3包括第1光干涉仪3a和第2光干涉仪3b。

在此，从第1光干涉仪3a射出的第1测定光S1的波长和从第2光干涉仪3b射出的第2测定光S2的波长不同。

如此，通过将第1测定光S1和第2测定光S2设为不同的波长，第1测定光S1和第2测定光S2不会混合，能够防止误检测。

《实施方式7》

在上述的实施方式中，设为针对1个被加工物18的多个部位同时进行激光焊接，但例如也可以设为针对两个被加工物18同时进行激光焊接来将被加工物18彼此相互接合。

以下，对与前述实施方式1相同的部分标注相同的符号，仅对不同点进行说明t

如图9所示，激光加工装置1针对作为被加工物18的旋转电动机100的定子105的线圈107(参照图10)，射出第1激光L1以及第2激光L2。

两个线圈107的端部通过激光焊接而被相互接合。激光加工装置1通过对两个线圈107进行激光焊接来制造旋转电动机100。本实施方式的旋转电动机100例如能够应用于车辆驱动用的电机、发电机等。

如图10所示，旋转电动机100具有定子105和未图示的转子。定子105具有定子芯体106和线圈107。定子芯体106形成为圆筒状。转子配置在定子芯体106的内侧。在定子芯体106设置有多个槽108。槽108沿着定子芯体106的中心轴在轴方向上贯通地延伸。槽108以定子芯体106的中心轴为中心沿周方向等间隔地设置多个。

线圈107插通于槽108。线圈107例如将由铜形成的多个电气导体捆束而被构成。两个线圈107配置为相互相邻。线圈107的端部从槽108突出。

通常，在线圈107，树脂等被覆部109存在于整个面，但在激光焊接时设为除去线圈107的端部的被覆部109后的状态。

如图9所示，激光加工装置1向两个线圈107之中的一个线圈107的第1加工点P1射出第1激光L1。此外，激光加工装置1向另一个线圈107的第2加工点P2射出第2激光L2。由此，能够使两个线圈107熔融而相互接合。

如以上说明的那样，本发明能够应用于使用了电子束加工、激光加工等匙孔焊接的进行汽车、电子部件以及旋转电动机等的加工的激光加工装置。