激光加工方法和激光加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及激光加工方法和激光加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]日本專利申請(qǐng)公布第3-199907號(hào)(JP3-199907A)描述了以下技術(shù):使用激光束當(dāng)在由高強(qiáng)度金屬材料或陶瓷材料制成的平板狀工件中形成預(yù)定尺寸的通孔時(shí)，在測(cè)量通孔的同時(shí)形成通孔。更具體地，基于流體流過通孔的每單位時(shí)間流量來測(cè)量通孔的尺寸。例如，提供了保護(hù)氣體如氦氣來減小由所發(fā)射的激光束產(chǎn)生的等離子的阻擋效應(yīng)。也就是說，流過通孔的流體為保護(hù)氣體。
[0003]雖然在JP3-199907A中所描述的技術(shù)能夠借助于使用激光束來相對(duì)精確地形成通孔，但是在精度方面仍然存在改進(jìn)的余地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明提供了一種通過發(fā)射激光來在工件中精確地形成通孔的激光加工方法和激光加工設(shè)備。
[0005]本發(fā)明的第一方面涉及一種激光加工方法，該激光加工方法包括:通過發(fā)射激光來在工件中形成通孔;通過用相機(jī)拍攝其中形成有通孔的工件的圖像來生成圖像數(shù)據(jù)；以及通過基于所生成的圖像數(shù)據(jù)擴(kuò)大通孔的孔直徑來調(diào)節(jié)通孔的孔直徑。根據(jù)本發(fā)明的該第一方面，能夠精確地形成通孔。
[0006]在本發(fā)明的第一方面，該工件可以具有第一表面和第二表面，激光被發(fā)射到該第一表面上，該第二表面在工件的與第一表面相反的一側(cè)。此外，可以通過基于所生成的圖像數(shù)據(jù)擴(kuò)大通孔在第二表面中的孔直徑來調(diào)節(jié)通孔在第二表面中的孔直徑。根據(jù)該方法，能夠?qū)崿F(xiàn)通孔在第二表面中的孔直徑的精度。此外，在本發(fā)明的第一方面，可以通過用相機(jī)拍攝工件的第二表面的圖像來生成圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)該方法，能夠通過相機(jī)毫無困難地拍攝通孔在第二表面中的孔直徑的圖像，而不管工件的板厚度如何。此外，在本發(fā)明的第一方面，當(dāng)用相機(jī)拍攝工件的第二表面的圖像時(shí)，相機(jī)的光軸可以相對(duì)于激光的發(fā)射方向成一定角度。根據(jù)該方法，即使在發(fā)射激光的同時(shí)，仍然能夠通過相機(jī)毫無困難地拍攝工件的第二表面的圖像。替代地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的激光加工方法還可以包括:在發(fā)射激光的同時(shí)，在工件的第二表面與相機(jī)之間插入用于阻擋激光的板。根據(jù)該方法，能夠防止相機(jī)被激光損壞。
[0007]在本發(fā)明的第一方面，可以在工件中形成多個(gè)通孔。在JP 3-199907A中，通過測(cè)量流體流過通孔的流量來估計(jì)通孔的孔直徑。因此，當(dāng)在工件中形成多個(gè)通孔時(shí)，無法單獨(dú)確定多個(gè)通孔的孔直徑。與此相反，利用上述方法，因?yàn)橥ㄟ^相機(jī)來拍攝工件的圖像，所以能夠單獨(dú)確定多個(gè)通孔的孔直徑。
[0008]本發(fā)明的第二方面涉及一種激光加工設(shè)備，該激光加工設(shè)備包括:通孔形成單元，其被配置成通過發(fā)射激光來在工件中形成通孔；以及相機(jī)，其被配置成拍攝其中形成有通孔的工件的圖像并且生成工件的圖像的圖像數(shù)據(jù)。通孔形成單元被配置成通過基于由相機(jī)生成的圖像數(shù)據(jù)擴(kuò)大通孔的孔直徑來調(diào)節(jié)通孔的孔直徑。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠精確地形成通孔。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該工件可以具有第一表面和第二表面，激光被發(fā)射到該第一表面上，該第二表面在工件的與第一表面相反的一側(cè)。此外，通孔形成單元可以被配置成:通過基于由相機(jī)生成的圖像數(shù)據(jù)擴(kuò)大通孔在第二表面中的孔直徑來調(diào)節(jié)通孔在第二表面中的孔直徑。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)通孔在第二表面中的孔直徑的精度。此外，在本發(fā)明的第二方面，相機(jī)可以被配置成:拍攝工件的第二表面的圖像，并且根據(jù)第二表面的圖像來生成圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠通過相機(jī)毫無困難地拍攝通孔在第二表面中的孔直徑的圖像，而不管工件的板厚度如何。此外，在本發(fā)明的第二方面，當(dāng)用相機(jī)拍攝工件的第二表面的圖像時(shí)，相機(jī)的光軸可以相對(duì)于激光的發(fā)射方向成一定角度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在發(fā)射激光的同時(shí)，仍然能夠用相機(jī)毫無困難地拍攝工件的第二表面的圖像。替代地，在本發(fā)明的第二方面，通孔形成單元還可以包括板，所述板用于在激光被發(fā)射的同時(shí)通過被插入到工件的第二表面與相機(jī)之間來阻擋激光。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠防止相機(jī)被激光損壞。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面和第二方面，能夠通過發(fā)射激光來在工件中精確地形成通孔。
【附圖說明】
[0011]下面將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的要素，并且在附圖中:
[0012]圖1是燃料噴射閥的局部剖視圖；
[0013]圖2是燃料噴射板的俯視圖；
[0014]圖3是示出從燃料噴射孔中噴射的燃料的流量與燃料噴射孔的開口的孔直徑之間的關(guān)系的曲線圖；
[0015]圖4是圖示由于加工方法的差異而引起燃料噴射孔的開口的孔直徑的變化的曲線圖；
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施方式的激光束機(jī)器的整體視圖；
[0017]圖6是圖示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的聚光透鏡的光軸與面?zhèn)鞲衅魍哥R的光軸之間的關(guān)系的視圖；
[0018]圖7是根據(jù)第一示例實(shí)施方式的控制器的框圖；
[0019]圖8是圖示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的燃料噴射孔的加工工藝的視圖；
[0020]圖9是圖示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的激光束機(jī)器的操作流程的流程圖；
[0021]圖10是圖示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的激光加工的加工條件的曲線圖；
[0022]圖11是圖示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的燃料噴射孔的開口的孔直徑的變化的曲線圖；
[0023]圖12是根據(jù)本發(fā)明的第二示例實(shí)施方式的激光束機(jī)器的整體視圖；
[0024]圖13是示出根據(jù)第二示例實(shí)施方式的聚光透鏡的光軸與面?zhèn)鞲衅魍哥R的光軸之間的關(guān)系的視圖；
[0025]圖14是根據(jù)第二示例實(shí)施方式的控制器的框圖；以及
[0026]圖15是圖示根據(jù)第二示例實(shí)施方式的激光束機(jī)器的操作流程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027](燃料噴射閥I)
[0028]首先，將參照?qǐng)D1和圖2來描述燃料噴射閥I。如圖1所示，燃料噴射閥I包括:圓筒形殼體2;環(huán)形閥座3;閥體4，其能夠在殼體2內(nèi)部前進(jìn)和撤回；以及圓形板狀燃料噴射板6(即，要加工的工件)，其具有多個(gè)燃料噴射孔5(通孔)。當(dāng)閥體4從環(huán)形閥座3移開時(shí)，在壓力下供給到殼體2中的燃料被供給到燃料噴射板6 ο燃料噴射板6具有板內(nèi)表面7 (第二表面)和板外表面8(第一表面)，板內(nèi)表面7與閥體4相對(duì)，板外表面8在燃料噴射板6的與板內(nèi)表面7相反的一側(cè)。燃料噴射板6為例如200微米至300微米。
[0029]如圖2所示，多個(gè)燃料噴射孔5被形成為排成不同直徑的兩個(gè)圓即圓9和圓10。如圖1和圖2所示，每個(gè)燃料噴射孔5被形成為使得從板內(nèi)表面7朝向板外表面8變寬。如圖2所示，當(dāng)從上方觀察板內(nèi)表面7時(shí)，每個(gè)燃料噴射孔5在板內(nèi)表面7中的開口 11具有橢圓形狀。開口11的這種橢圓形狀的長(zhǎng)軸與燃料噴射板6的徑向方向?qū)?zhǔn)。同樣，當(dāng)從上方觀察板內(nèi)表面7時(shí)，每個(gè)燃料噴射孔5在板外表面8中的開口 12具有橢圓形狀。開口 12的這種橢圓形狀的長(zhǎng)軸正交于燃料噴射板6的徑向方向。此外，通過將開口 12形成為相對(duì)于開口 11偏移到燃料噴射板6的外周側(cè)，使燃料噴射孔5從板內(nèi)表面7至板外表面8朝向燃料噴射板6的外周側(cè)傾斜。每個(gè)燃料噴射孔5的開口 11的孔直徑為200微米。這里，術(shù)語(yǔ)“孔直徑”可以被定義為當(dāng)開口11為橢圓體時(shí)具有與開口 11的面積相同的面積的真圓的直徑，或者被定義為開口 11的長(zhǎng)軸或短軸。當(dāng)一致地通過相同長(zhǎng)度來定義孔直徑時(shí)，可以根據(jù)情況來選擇這兩種定義中的任一種。將供給到燃料噴射板6的燃料經(jīng)由燃料噴射孔5噴射到圓筒中。
[0030]通過數(shù)值計(jì)算的流體分析的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)獲知:I)每個(gè)燃料噴射孔5的開口11的孔直徑是從燃料噴射孔5中所噴射的燃料的流量的變化的主導(dǎo)因素；以及2)為了滿足當(dāng)前所需流量的精度，如圖3所示，每個(gè)燃料噴射孔5的開口 11的孔直徑的變化必須保持在目標(biāo)值的± I微米范圍內(nèi)。
[0031 ]然而，如圖4所示，照慣例利用通常廣泛采用的沖壓成型，每個(gè)燃料噴射孔5的開口11的孔直徑的變化最終達(dá)到大約目標(biāo)值的±3微米。因此，利用沖壓成型難以滿足所需精度，所以沖壓成型后的品質(zhì)檢驗(yàn)和修正過程是必要的。此外，即使采用激光加工來取代沖壓成型，也很難使每個(gè)燃料噴射孔5的開口 11的孔直徑的變化保持在目標(biāo)值的± I微米范圍內(nèi)。因此，如同利用沖壓成型一樣，沖壓成型后的品質(zhì)檢驗(yàn)和修正工藝是必要的。這是因?yàn)椋词估眉す馐鴻C(jī)器，由于時(shí)間衰減等，激光輸出和激光束直徑的變化以及光軸的偏移等仍然是不可避免的。
[0032]以下描述了用于解決這些問題的本發(fā)明的示例實(shí)施方式。
[0033](第一示例實(shí)施方式)
[0034]在下文中，將參照?qǐng)D5至圖11來描述本發(fā)明的第一示例實(shí)施方式。
[0035]激光束機(jī)器20(激光加工設(shè)備)包括通孔形成