激光加工系统及激光加工方法技术方案

提供了一种能够利用可见激光来高度准确且有效地确定加工用激光的焦点位置的激光加工系统和激光加工方法。为了达到这个目的，激光加工系统（１００）包括：加工用激光振荡器（１）、包括聚光透镜（３２）的聚光光学系统（３）、两个可见激光振荡器（５１）和（５２）、用于对聚光透镜（３２）及可见激光振荡器（５１）和（５２）进行调节以使两者彼此同步地向前和向后移动的移动调节单元、对在工件（Ｗ）上的可见激光的光点摄像的摄像单元、对所摄像的视频实施图像处理并在处理之后显示图像的图像处理单元、用于在各可见激光聚焦在加工用激光的焦点位置上的状态下根据聚光透镜（３２）的移动来计算形成于工件（Ｗ）表面上的各可见激光的光点的重心位置并且计算重心间的距离的计算单元、以及用于控制移动调节单元以便把重心间的距离调节为零或基本为零的控制单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种激光加工系统及一种激光加工方法，尤其涉及一 种能够利用可见激光来高度准确并有效地确定加工用激光的焦点位置 的。
技术介绍
在激光加工中，有一种所谓的远程焊接方法，该方法用于在相对 于激光振荡器的远距离之处聚集激光束以完成焊接，同时利用具有长 焦点的聚光透镜。即使位置稍微地偏离于焦点位置，由具有长焦点的 聚光透镜所聚集的加工用激光也能够执行与在焦点位置处的加工程度 相同的加工。换句话说，因为可以在工件的厚度方向上保证较长的焦 深，所以不必执行精确的焦点位置管理。顺便提及，为了在相对于激光振荡器的远距离之处聚集加工用激 光，品质较高的激光振荡器是必要的。然而，在过去，主要采用的是 用于照射二氧化碳激光的激光振荡器。因为二氧化碳激光不能由光纤 来引导，所以当试图从车辆外部的激光振荡器在类似于车辆中的焊接 部位的远距离之处聚集碳气体激光时，就不得不提供很多反光镜。因 此，存在的问题就是需要花费时间来调节反光镜并且增大了成本。对 于用于照射二氧化碳激光的激光振荡器来说，已经开发出了一种用于 利用光纤来引导激光的技术。根据这个技术，即使是在远距离的类似 于车辆中的焊接部位之中聚集激光时，仍有可能利用光纤的自由灵活 性来引导激光，不需要调节反光镜等等，而且有可能降低成本。在由这种光纤光引导型的激光束来施加远程焊接方法的加工中， 与过去相比需要更加精确地进行焦点位置管理。其原因之一在于，在4聚集光纤光引导型激光束(optical fiber light-guide type laser beam)的过程中，由于形成了对光纤的发射纤维端面进行聚焦的光学系统，所以 光束形状在焦点位置与在焦点位置的周围是不同的。在激光加工的过程中，无论施加二氧化碳激光束和光纤光引导型 激光束中的哪一种，都不能在视觉上辨认出加工用激光的焦点位置。 因此，目前的情况下，把多束可见激光的可视觉辨认的焦点位置预先 与加工用激光的焦点位置相重合，通过在视觉上聚焦各可见激光来模 拟加工用激光的焦点位置，然后进行激光加工。为了改进可见激光的视觉聚焦操作，专利文献1中公开了一种激 光束机(laserbeammachine)中的训练方法及装置的技术，所述激光束机 用于通过相同的聚光透镜照射一条辅助激光束(可见激光)和用于进行 加工作业的主激光束，并且把这两个激光束彼此重合的点设置为焦点 位置。此外，专利文献2中公开了一种激光加工装置及远距离调节方 法的技术，所述远距离调节方法用于在由两个可见光的交叉所形成的 指示图像的基础上对作业的印字面(print surface)与激光束(印字光 (print light))之间的间隔进行调节。专利文献1日本专利公开(Kokai)号为No.lO-58169A专利文献2日本专利公开(Kokai)号为No.2005-131668A
技术实现思路
根据如上所述的专利文献1中所描述的激光束机中的训练方法及 装置，与过去用于视觉上聚焦可见激光的技术相比有可能把主激光束 准确地聚焦在作业的表面上。然而，利用仅根据辅助激光束(可见激光) 与用于加工的主激光束之间的空间关系来判断进行聚焦的可能性的方 法，不可能妥善地处理需要较高的聚焦准确度的激光加工。根据如上所述的专利文献2中所公开的激光加工装置及远距离调节方法，有可能把具有所期望的能量密度的激光束照射到作业上。此 时，为了确定激光束及可见光是否聚焦于相同的照射位置，必要时工 人进行可见光的指示图像的调节，并且在对作业表面摄像并且检验显 示单元屏幕上的作业表面的同时，在激光束与作业之间进行距离调节。因此，激光束与作业之间的距离调节最终并不比依赖于视觉上辩认屏 幕的工人的身体官能的距离调节更好。仍然难以高度准确地进行激光 束与作业的位置调节。本专利技术是鉴于这些问题而设计的，本专利技术的目的在于提供一种能 够不依赖于身体官能、利用可见激光来高度准确并有效地确定加工用 激光的焦点位置的激光加工系统和激光加工方法。为了达到这一目的，根据本专利技术的激光加工系统是用于把激光束 照射到工件的表面上以进行激光加工的激光加工系统，该激光加工系 统包括加工用激光振荡器、包括聚光透镜的聚光光学系统、两个或多 个可见激光振荡器、用于调节聚光透镜和可见激光振荡器以使两者彼 此同步地向前及向后移动的移动调节装置、用于对在工件表面上的可 见激光的光点摄像的摄像装置、以及用于对所摄像的视频实施图像处理并在处理之后显示图像的图像处理装置，其特征在于加工用激光 及可见激光都经由聚光透镜而被照射到工件上；以及激光加工系统还 包括计算装置和控制装置，所述计算装置用于在各可见激光聚焦于加 工用激光的焦点位置上的状态下根据聚光透镜的移动来计算形成于工 件表面之上的各可见激光的光点的重心位置以及重心间的距离，所述 重心间的距离是那些重心位置之间的距离，所述控制装置用于控制移 动调节装置以便把重心间的距离调节为零或基本上为零。根据本专利技术的激光加工系统是用于通过向其施加适当的激光来对 任意工件实施激光焊接、激光打孔、激光打标等等的系统。当在此处施加加工用激光时，除二氧化碳激光之外，还有YAG激光、YAG-SHG激光等等。通过以适当间隔布置例如两个或多个聚光透镜、 一个准直透镜及 一个聚光透镜等等来构成该聚光光学系统。在根据本专利技术的激光加工 系统中，两个或多个可见激光振荡器位于与工件最接近的聚光透镜的 与所述工件相对的一侧(加工用激光振荡器侧)上。这个聚光透镜及所述 两个或多个可见激光振荡器受移动调节装置的移动控制以便聚光透镜 及可见激光振荡器能彼此同步地向前及向后移动预定移动量。加工用 激光及可见激光都经由与工件最接近的聚光透镜而被照射到工件上。在利用这种激光加工系统的过程中，通过设置各组件的姿势以便 把各可见激光聚焦在加工用激光的焦点位置上，即使多个可见激光的 聚焦位置发生改变，也有可能通过确定此类聚焦位置来确定加工用激 光的焦点位置。这种初始设置是通过利用公知的焦点监视器预先设置 加工透镜的焦点位置、进行聚光透镜及可见激光的分离以及进行各可 见激光的角度调节以便把各可见激光聚焦在加工用激光的焦点位置上 来进行的。提供了一个用于对在工件表面上的可见激光的焦点光摄像的摄像 装置。所摄影的视频在由图像处理装置进行图像处理之后可以进行屏 幕显示。作为这种摄像装置，例如可应用CCD相机。图像处理装置例 如由个人计算机来构成并且连接到该CCD相机。这种摄像装置例如位 于聚光光学系统的后端侧即工件的相对侧上。因此，有可能对通过聚 光透镜照射、并在工件表面上反射的可见激光(的光点)摄像。换句话说， 对这种摄像装置的布置位置进行设置以便构成该摄像装置的摄像屏幕 与可见激光自工件上的反射光的光轴方向正交。根据本专利技术的激光加工系统还包括计算装置，用于根据聚光透 镜的移动来计算形成于工件表面之上的各可见激光的光点的重心位置，以及计算重心间的距离；以及控制装置，用于控制该移动调节装 置以便重心间的距离被调节为零或基本上为零。计算装置及控制装置 与如上所述的、例如移动调节装置一起被安装于个人计算机内。作为 这种控制装置，可以应用公知的CPU，所述CPU用于对各装置进行执 行控制。光点的形状表现为不仅是圆形而且在例如工件表面是倾斜的 时可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种把激光束照射在工件表面上以进行激光加工的激光加工系统，所述激光加工系统包括：　加工用激光振荡器、包括聚光透镜的聚光光学系统、两个或多个可见激光振荡器、用于调节所述聚光透镜和所述可见激光振荡器以使两者彼此同步地向前和向后移动的移动调节装置、用于对在所述工件表面上的可见激光的光点摄像的摄像装置、以及用于对所摄像的视频实施图像处理并且在所述处理之后显示图像的图像处理装置，加工用激光和所述可见激光都经由所述聚光透镜而照射在所述工件上，其特征在于：　所述激光加工系统还包括计算装置和控制装置，所述计算装置用于在所述各可见激光聚焦在所述加工用激光的焦点位置上的状态下根据所述聚光透镜的所述移动来计算形成于所述工件表面之上的所述各可见激光的光点的重心位置以及重心间的距离，所述重心间的距离是那些重心位置之间的距离，所述控制装置用于控制所述移动调节装置以便把重心间的所述距离调节为零或基本上为零。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤彰生，铃木裕之，坪井昭彦，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，株式会社雷塞库司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]