具体实施方式

以下，参照附图对一个或一个以上实施方式的激光加工机及激光加工方法进行说明。图1中，激光加工机100具备：生成并射出激光束的激光振荡器10、激光加工单元20、将从激光振荡器10射出的激光束向激光加工单元20传输的工艺纤维12。

另外，激光加工机100具备操作部40、NC装置50、加工程序数据库60、加工条件数据库70、辅助气体供给装置80。NC装置50是控制激光加工机100的各部的控制装置的一例。

作为激光振荡器10，优选的是放大从激光二极管发出的激励光并射出规定波长的激光束的激光振荡器、或者直接利用从激光二极管发出的激光束的激光振荡器。激光振荡器10例如是固体激光振荡器、光纤激光振荡器、盘式激光振荡器、直接二极管激光振荡器(DDL振荡器)。

激光振荡器10射出波长900nm～1100nm的1μm波段的激光束。若以光纤激光振荡器及DDL振荡器为例，则光纤激光振荡器射出波长1060nm～1080nm的激光束，DDL振荡器射出波长910nm～950nm的激光束。

激光加工单元20具有：载置加工对象的金属板W的加工台21、门型X轴滑架22、Y轴滑架23、固定于Y轴滑架23的准直仪单元30、加工头35。X轴滑架22构成为在加工台21上沿X轴方向自如地移动。Y轴滑架23构成为在X轴滑架22上沿与X轴垂直的Y轴方向自如地移动。X轴滑架22及Y轴滑架23作为使加工头35沿着金属板W的表面在X轴方向、Y轴方向、或X轴与Y轴的任意的合成方向上移动的移动机构发挥功能。

代替使加工头35沿着金属板W的表面移动，也可以构成为加工头35的位置固定，且金属板W移动。激光加工机100只要具备使加工头35相对于金属板W的表面相对地移动的移动机构即可。

在加工头35安装有喷嘴36，该喷嘴36在前端部具有圆形的开口36a，从开口36a射出激光束。从喷嘴36的开口36a射出的激光束向金属板W照射。辅助气体供给装置80向加工头35供给作为辅助气体的氮、氧、氮和氧的混合气体、或者空气。在加工金属板W时，辅助气体从开口36a向金属板W喷射。辅助气体排出金属板W熔融后的切口宽度内的熔融金属。

如图2所示，准直仪单元30具备将从工艺纤维12射出的发散光的激光束转换成平行光(准直光)的准直镜31。另外，准直仪单元30具备：电流扫描仪单元32、使从电流扫描仪单元32射出的激光束朝向与X轴及Y轴垂直的Z轴方向下方反射的弯曲镜33。加工头35具备使由弯曲镜33反射的激光束会聚并向金属板W照射的集光镜34。

尽管在此省略图示，但是为了调整激光束的焦点位置，集光镜34构成为，通过集光镜驱动部340(参照图7)在接近金属板W的方向及远离金属板W的方向上自如地移动。

激光加工机100被定心，以使得从喷嘴36的开口36a射出的激光束位于开口36a的中心。在基准的状态下，激光束从开口36a的中心射出。电流扫描仪单元32作为使在加工头35内行进并从开口36a射出的激光束在开口36a内振动的光束振动机构发挥功能。关于电流扫描仪单元32如何使激光束振动，在之后进行叙述。

电流扫描仪单元32具有：反射从准直镜31射出的激光束的扫描镜321、使扫描镜321以成为预定角度的方式旋转的驱动部322。另外，电流扫描仪单元32具有：反射从扫描镜321射出的激光束的扫描镜323、使扫描镜323以成为预定角度的方式旋转的驱动部324。

驱动部322及324能够基于NC装置50的控制分别使扫描镜321及323在预定角度范围往复振动。通过使扫描镜321和扫描镜323的任一方或双方往复振动，电流扫描仪单元32使向金属板W照射的激光束振动。

电流扫描仪单元32是光束振动机构的一例，光束振动机构不限定于具有一对扫描镜的电流扫描仪单元32。

图3表示扫描镜321和扫描镜323的任一方或双方倾斜并且向金属板W照射的激光束的位置进行了位移的状态。在图3中，由弯曲镜33折曲并通过集光镜34的细实线表示激光加工机100为基准的状态时的激光束的光轴。

此外，详细而言，通过位于弯曲镜33的面前的电流扫描仪单元32的操作，向弯曲镜33入射的激光束的光轴的角度发生变化，且光轴偏离弯曲镜33的中心。在图3中，为简化起见，在电流扫描仪单元32的操作前后，将向弯曲镜33的激光束的入射位置设为相同的位置。

假设由于电流扫描仪单元32的作用，激光束的光轴从细实线表示的位置位移至粗实线表示的位置。若假设由弯曲镜33反射的激光束倾斜了角度θ，则向金属板W的激光束的照射位置位移距离Δs。若将集光镜34的焦点距离设定为EFL(Effective Focal Length，有效焦距)，则距离Δs由EFL×sinθ计算。

如果电流扫描仪单元32使激光束向与图3所示的方向相反的方向倾斜了角度θ，则能够使向金属板W的激光束的照射位置向与图3所示的方向相反的方向位移距离Δs。距离Δs是小于开口36a的半径的距离，优选地，是最大距离以下的距离，该最大距离将从开口36a的半径减去预定的裕度而得到的距离作为最大距离。

NC装置50通过控制电流扫描仪单元32的驱动部322及324，能够使激光束在金属板W的表面内的预定方向上振动。通过使激光束振动，能够使形成于金属板W的表面上的束点振动。

如以上那样构成的激光加工机100通过从激光振荡器10射出的激光束切断金属板W而制作具有预定形状的产品。激光加工机100使激光束的焦点位于金属板W的上表面、上表面的上方预定距离处、或者上表面的下方预定距离处且金属板W的板厚内的任何适当的位置，一边使激光束以预定振动模式振动一边切断金属板。

使用图4及图5，对NC装置50通过电流扫描仪单元32使激光束振动的振动模式的例进行说明。将金属板W的切断行进方向作为x方向，将在金属板W的表面内与x方向正交的方向作为y方向。NC装置50能够根据操作部40的操作员的指示，选择任一个振动模式。在存储于加工条件数据库70的加工条件中设定有振动模式的情况下，NC装置50选择由加工条件设定的振动模式。

图4及图5表示不使加工头35在x方向上移动的状态下的振动模式，以使振动模式容易理解。图4是使束点Bs在通过束点Bs的行进而形成的槽Wk内在x方向上振动的振动模式。假设将图4所示的振动模式称为平行振动模式。如果将使束点Bs在与切断行进方向平行的方向上振动的频率设为Fx、将在与切断行进方向正交的方向上振动的频率设为Fy，则平行振动模式是Fx：Fy为1：0的振动模式。

图5是使束点Bs在y方向上振动的振动模式。通过使束点Bs在y方向上振动，槽Wk成为比切口宽度K1更宽的切口宽度K2。假设将图5所示的振动模式称为正交振动模式。正交振动模式是Fx：Fy为0：1的振动模式。

NC装置50也可以使激光束以组合x方向的振动和y方向的振动的振动模式振动。其它振动模式的第一例是以束点Bs画圆的方式使激光束以圆形振动的圆振动模式。其它振动模式的第二例是以束点Bs画数字8的方式使激光束以8字状振动的8字状振动模式。其它振动模式的第三例是以束点Bs画字母C的方式使激光束振动的C字状振动模式。

实际上，一边使加工头35在切断行进方向上移动，一边使激光束振动，因此，振动模式为在图4或图5所示的振动模式、或者未图示的其它振动模式上加上了切断行进方向(x方向)的位移的振动模式。若以图5所示的正交振动模式为例，则束点Bs一边在x方向上移动一边在y方向上振动，因此，实际的正交振动模式为图6所示的振动模式。

接着，对如下具体结构进行说明，即，在激光加工机100一边使激光束以预定振动模式振动一边切断金属板W时，即使使激光束的焦点在与金属板W的表面正交的方向上移动也会良好地切断金属板W。

如图7所示，NC装置50具备电流控制部501、焦点位置控制部502、数据保持部503。对电流控制部501供给：表示是否使加工头35在组合了X方向和Y方向的任一种方向上移动的移动向量信息、振动模式选择信号。基于移动向量信息，决定作为金属板W的切断行进方向的x方向、与其正交的y方向。

电流控制部501控制电流扫描仪单元32的驱动部322及324中的任一方或双方，以使激光束以由振动模式选择信号选择的振动模式振动。电流控制部501是控制光束振动机构的光束振动机构控制部的一例。

焦点位置控制部502控制集光镜驱动部340，以成为由加工条件设定的焦点位置。集光镜驱动部340是使向金属板W照射的激光束的焦点在相对于金属板W的表面的正交方向上移动的焦点移动机构的一例。也可以构成为利用使集光镜34移动的以外的方法调整激光束的焦点位置。

在焦点位置控制部502控制集光镜驱动部340以使焦点移动时，焦点位置控制部502向电流控制部501供给焦点移动信息，该焦点移动信息表示使焦点向上方或下方的哪个方向移动了怎样的程度。如后所述，电流控制部501基于焦点移动信息控制驱动部322及324。

在数据保持部503保持有光束轮廓数据。图8概念性地表示光束轮廓数据。光束轮廓数据表示收束光的激光束在束腰最为会聚，然后发散时的、激光束的行进方向的各位置的光束直径。数据保持部503将在激光束的行进方向上例如每1mm的间隔的光束直径作为光束轮廓数据进行保持即可。

假设作为激光束的焦点的束腰正好位于金属板W的上表面的所谓正焦点的状态为FP＝0.0。束腰中的光束直径为120μm。若使焦点移动至比金属板W更靠上方例如2.0mm的距离处，则向金属板W的上表面照射FP＝+2.0的位置的光束直径的束点Bs。这时的光束直径例如是148μm。同样地，若使焦点移动至比金属板W更靠下方例如2.0mm的距离，则向金属板W的上表面照射FP＝-2.0的位置的光束直径的束点Bs。此时的光束直径也是148μm。

电流控制部501控制驱动部322及324使束点Bs如图4或图5那样振动的距离是以FP＝0.0位置的光束直径向金属板W的上表面照射的正焦点的状态为前提而设定的。

如图9所示，若以图5所示的正交振动模式为例，则假设激光束在FP＝0.0的正焦点的状态下，y方向的振幅设定为基准振幅Qy0。在图9中，为了容易理解，比图5更夸张地图示了基准振幅Qy0。另外，比实际大小的比更夸张地图示了FP＝0.0时的光束直径和FP＝+2.0时的光束直径。

若焦点位置控制部502控制集光镜驱动部340以使得FP＝+2.0，则光束直径为148μm。在现有技术中，无论激光束的焦点位于金属板W的表面的正交方向上的哪个位置，使激光束振动的振幅都为基准振幅Qy0。因此，激光束向金属板W的y方向上的照射范围比FP＝0.0时的y方向上的照射范围y0大。

在一个或一个以上实施方式中，电流控制部501参照光束轮廓数据并基于从焦点位置控制部502供給的焦点移动信息，以使激光束的y方向的振幅为Qy2的方式控制驱动部322或324，以维持y方向的照射范围y0。

若将FP＝0.0处的光束直径泛化为r0，并将FP＝+2.0处的光束直径泛化为r2，则电流控制部501通过公式Qy2＝Qy0-(r2-r0)决定振幅Qy2即可。

即，假设：基于光束轮廓数据，激光束的焦点位于基准位置时的金属板W的表面上的束点Bs的光束直径为第一光束直径，焦点位于基准位置以外的预定位置时的金属板W的表面上的束点Bs的光束直径为第二光束直径。优选将FP＝0.0作为基准位置。电流控制部501在激光束的焦点位于基准位置以外的预定位置时控制电流扫描仪单元32，以使激光束以从基准振幅Qy0减去差值而得到的振幅振动即可，上述差值是从第二光束直径减去第一光束直径而得到的。

在图9中，以图5所示的正交振动模式为例，但是即使在图4所示的平行振动模式或其它振动模式的情况下也同样，电流控制部501根据焦点相对于金属板W的相对位置改变振幅。

如上所述，根据一个或一个以上实施方式，即使激光束的焦点移动，各振动模式的振幅也会变化，因此，能够使束点Bs位于振动方向的两端部时的激光束的照射范围恒定。激光束的照射范围是束点Bs位于振动方向的两端部时的两外侧间的距离。根据一个或一个以上实施方式，能够维持预先设定的照射范围，因此，即使使激光束的焦点移动，也能够良好地切断金属板W。

尤其是，在对如正交振动模式那样切断金属板W时所形成的槽Wk的切口宽度进行设定时，不优选通过使激光束的焦点移动来改变切口宽度。根据一个或一个以上实施方式，能够在不改变切口宽度的情况下切断金属板W。

然而，根据一个或一个以上实施方式，还具有如下效果：使焦点在金属板W的表面的正交方向上移动时，能够扩大可切断金属板W的范围。图10表示当使用正交振动模式且使作为FP＝0.0～+7.0的焦点位置每隔1.0mm不同而切断了作为金属板W的板厚12mm的软钢时的实验结果。

如图10所示，在现有技术中，无论焦点的正交方向上的位置如何，使振幅Qy恒定在400μm。在图10中，“良好”是表示能够以良好的切断面品质切断金属板W的情况，“可”是指切断面品质不是很好，但能够切断金属板W的情况，“不可”是指无法切断金属板W的情况。将振幅Qy恒定在400μm的现有技术的情况下，在FP＝0.0～+7.0下，分别得到了良好、良好、良好、可、不可、不可、不可的结果。

在一个或一个以上实施方式中，将FP＝0.0处的振幅Qy作为基准振幅Qy0的400μm，在FP＝+1.0～+7.0下，分别将振幅Qy设为398、388、366、343、319、293、269μm。在FP＝0.0～+7.0下，分别得到了可、良好、良好、良好、良好、可、可、不可的结果。这样，根据一个以上实施方式，能够扩大可切断金属板W的范围。另外，根据一个或一个以上实施方式，能够扩大可良好地切断金属板W的范围。

图10中示出了使用软钢作为金属板W进行实验的结果，但并没有脱离维持激光束的照射范围这一主旨，因此，即使金属板W为不锈钢或铝合金，也能够获得同样的效果。

本发明并不限定于以上说明的一个或一个以上实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

本申请的公开与2018年10月12日提出申请的特愿2018-193150号记载的主题相关联，其全部内容通过引用合并于此。