CN101085493A - 激光振荡装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制了激光振荡器的热变形导致的反射镜支承构件的变形的激光振荡装置。该激光振荡装置具有箱体，在该箱体的内部具有产生激光的激光振荡器，引导由该激光振荡器产生的激光的第1反射镜，以及与第1反射镜平行地配置、进一步引导来自第1反射镜的激光的第2反射镜；第1反射镜和第2反射镜都安装于共用的反射镜支承构件，该反射镜支承构件相对激光振荡器的箱体由位于三角形的各顶点的仅3个固定构件机械地接合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于激光加工机等的激光振荡装置。
背景技术
在由激光束对被加工物进行加工的激光加工机中，使用具有激光振荡器和多个反射镜的激光振荡装置。激光振荡器具有箱体，在该箱体的内部产生激光。该激光作为激光束通过多个反射镜传送到对被加工物进行加工的加工部。
激光加工机例如公开于日本特开2002-316291号公报(专利文献1)的图1。在公开于该专利文献1的激光加工机的激光振荡装置中，从激光振荡器输出的直线偏振的激光束由第1折向反射镜进行圆偏振，该受到圆偏振的激光束由第2折向反射镜(凸面镜)和第3折向反射镜(凹面镜)扩大光束直径，同时被校正成大体平行的光束，送出到加工部。一般情况下，从激光振荡器输出的激光中包含直线偏振光成分，该激光的直线偏振光成分使得相对被加工物的、激光的吸收率在加工方向上不同，加工质量产生各向异性。为此，使从激光振荡器输出的激光成为圆偏振光。专利文献1的第1折向反射镜构成将直线偏振光的激光变换成圆偏振光的圆偏振反射镜。
另外，在日本特开平11-163442号公报(专利文献2)的图1中，公开了用于激光加工机的YAG激光振荡装置。在该YAG激光振荡装置中，在共用的基座板上配置基波振荡部、二次谐波发生部、三次谐波发生部、及反射特定波长的光的2个二向色镜。该专利文献2的基波振荡部构成激光振荡器。
[专利文献1]日本特开2002-316291号公报，特别是图1
[专利文献2]日本特开平11-163442号公报，特别是图1
在公开于专利文献1的使用圆偏振反射镜的激光振荡装置中，圆偏振反射镜安装于激光振荡器的箱体。为此，随着激光振荡器的箱体的热变形，圆偏振反射镜的角度变化，在激光轴产生偏差。从圆偏振反射镜到加工部的距离较长，一般为10m以上，圆偏振反射镜的很小的角度变化，都会使加工位置产生大的变化。另外，即使在公开于专利文献2的使用2个二向色镜的激光振荡装置中，各二向色镜也安装于共用的基座板上。为此，激光振荡器的热量使基座板变形，各二向色镜的平行性被破坏，激光的光轴产生偏差，存在加工位置产生偏差的问题。
发明内容
本发明提供一种可改善以上那样的激光的光轴偏差的激光振荡装置。
本发明的激光振荡装置具有箱体，在该箱体的内部具有产生激光的激光振荡器，引导由上述激光振荡器发生的上述激光的第1反射镜，以及与上述第1反射镜平行地配置、进一步引导来自上述第1反射镜的上述激光的第2反射镜，其特征在于：上述第1反射镜和上述第2反射镜都安装于共用的反射镜支承构件，该反射镜支承构件相对上述激光振荡器的箱体由位于三角形的顶点的仅3个固定构件机械地接合。
在本发明的激光振荡装置中，第1反射镜和第2反射镜都安装于共用的反射镜支承构件，该反射镜支承构件相对激光振荡器的箱体由位于三角形的各顶点的仅3个固定构件机械地接合，所以，即使激光振荡器的箱体产生热变形，也可将反射镜支承构件的变形抑制得足够小，可将第1、第2反射镜的激光的光轴偏差抑制得足够小。
附图说明
图1为示出本发明激光振荡装置的实施形式1的透视图。
图2为说明实施形式1的反射镜支承构件的变形的说明图。
图3为说明4点构造的反射镜支承构件的变形的说明图。
图4为示出本实施形式1的反射镜的平行性的说明图。
图5为示出本发明激光振荡装置的实施形式2的透视图。
图6为示出本发明激光振荡装置的实施形式3的透视图。
图7为示出实施形式3的箱形反射镜支承体的透视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的几个实施形式。
实施形式1
图1为示出本发明激光振荡装置的实施形式1的透视图。该实施形式1的激光振荡装置100例如用于激光加工机。
实施形式1的激光振荡装置100具有激光振荡器10和光学单元20。激光振荡器10具有箱体11，在该箱体11的内部产生激光。箱体11由金属例如钢板形成为长方体的箱形，具有正面壁11A、背面壁11B、周壁11C。由激光振荡器10产生的激光成为激光束LB，从正面壁11A朝与其垂直交叉的方向引出。在正面壁11A形成3个安装台12A、12B、12C。
激光振荡器10使用例如由日本特开昭60-254684号公报的图2公开的激光振荡器。该激光振荡器为气体激光振荡器，在箱体11的内部封入CO2等激光气体。在封入了激光气体的箱体11内，如日本特开昭60-254684号公报的图2所示那样，配置使激光气体循环的送风机、使激光气体冷却的热交换器、及对激光气体进行激励的一对放电电极。在激光器振荡过程中，激光气体产生温度差，在箱体11产生温度分布，基于该温度分布，箱体11发生热变形。用于例如激光加工机的激光振荡器10为高输出，内部产生的热量大，所以，不能避免箱体11的热变形。
光学单元20具有反射镜系统21和反射镜支承构件41。反射镜系统21具有相互平行地配置的第1反射镜22和第2反射镜24。在实施形式1中，第1反射镜22为圆偏振反射镜，第2反射镜24为由普通反射镜构成的折向反射镜。第1反射镜22使激光束LB按45°的入射角入射地设置。
在日本特开平8-192283号公报的图25中，公开了使从激光振荡器输出的直线偏振光的激光成为圆偏振光的方法。相对按入射角45°使用的反射镜的反射面，形成电介质多层膜，该电介质多质膜以直线偏振的激光的偏振面与S偏振光轴(或P偏振光轴)构成45°的入射配置(方位角45°)，在反射的激光的S偏振光与P偏振光的两成分间产生90°(λ/4)的相位差地进行了光学膜设计，从而可将直线偏振光变换成圆偏振光，将这样的反射镜称为圆偏振反射镜。在这里，S偏振光为具有与入射面垂直的偏振面的成分，P偏振光为具有与其垂直即平行于入射面的偏振面的成分。圆偏振反射镜22与公开于该日本特开平8-192283的圆偏振反射镜相同。
反射镜支承构件41由金属例如钢板形成为长方形的平板状。该反射镜支承构件41具有相向的一对主面41A、41B、相向的一对长边42A、42B、相向的一对短边42C、42D、及4个角部43A～43D。主面41A、41B为相互平行的平面。角部43A形成于左长边42A与上短边42C间，角部43B形成于右长边42B与上短边42C间，角部43C形成于右长边42B与下短边42D间，角部43D形成于左长边42A与下短边42D间。
第1反射镜22安装于反射镜块23，该反射镜块23直接安装于反射镜支承构件41的主面41A的上部中央。第2反射镜24安装于反射镜块25，该反射镜块25直接安装于反射镜支承构件41的主面41A的下部中央。反射镜块23、25分别将其两端面形成为直角等腰三角形，形成为三棱柱状。反射镜22、24以各自的反射镜的中心面相对反射镜支承构件41的主面41A倾斜45°、相互平行的状态，由反射镜块23、25支承。激光束LB按45°的角度入射到第1反射镜22的入射面，从该入射面以45°的角度反射，此后，以45°的入射角入射到第2反射镜24的入射面，从该入射面以45°的角度反射，引导至激光加工机的加工部。
反射镜支承构件41由仅包含3个固定件45A、45B、45C的3点固定构造，直接安装在形成于激光振荡器10的箱体11的正面壁11A的安装台12A、12B、12C。固定件45A将反射镜支承构件41的角部43A固定于正面壁11A。固定件45B将反射镜支承构件41的角部43B固定于正面壁11A。固定件45C将反射镜支承构件41的角部43C固定于正面壁11A。在角部43D未配置固定件，该角部43D不固定于正面壁11A，为自由状态。这样，仅用3个固定件45A、45B、45C将3个角部45A、45B、45C固定于正面壁11A，结果，3个固定件45A、45B、45C位于三角形的各顶点。这些固定件45A、45B、45C例如由具有相同外形尺寸的螺栓构成。
图2、图3为说明激光振荡器10的箱体11的正面壁11A的热变形和该热变形导致的反射镜支承构件41的变形的说明图。图2示出实施形式1的3点固定构造的正面壁11A的热变形和该热变形导致的反射镜支承构件41的变形，另外，图3为了与图2比较，示出4点固定构造的正面壁11A的热变形和该热变形导致的反射镜支承构件41的变形。图2的3点固定构造由固定件45A～45C将反射镜支承构件41的角部43A～43C固定于正面壁11A的安装台12A～12C。图3的4点固定构造在反射镜支承构件41的角部43D也设置固定件45D，反射镜支承构件41由4个固定件45A～45D固定于正面壁11A的安装台12A～12D。
在实施形式1的3点固定构造中，如图2所示那样，即使正面壁11A产生热变形，在反射镜支承构件41也基本不发生变形，但在4点固定构造中，如图3所示那样，随着正面壁11A的热变形，在反射镜支承构件41产生大的变形。具体地说，设想这样的场合，即，正面壁11A的安装台12A～12D基于正面壁11A的热变形，按相互不同的隆起量隆起。在4点固定构造中，由于4个固定件45A～45D产生过剩约束，所以，基于各安装台12A～12D的相互不同的隆起量，在长边42A、42B和短边42C、42D的各个边，平行性发生变化。这样，由于反射镜支承构件41的平面度变化，所以，反射镜22、24的相对角度变化，其平行性破坏。如采用4点以上的多点固定构造，则产生比4点固定构造更过剩的约束，反射镜22、24的相对角度变化。
在实施形式1的3点固定构造中，当箱体11的正面壁11A产生了热变形时，连接固定件45A与固定件45B的线和连接固定件45B与固定件45C的线移动，但角部43D自由，结果，包含两边的平面唯一地决定，平面度不会变化。因此，反射镜支承构件41的平面度也为一定，圆偏振反射镜22与折向反射镜24的相对角度也可保持一定。
图4为关于反射镜22、24的平行性的说明图。反射镜支承构件41固定于激光振荡器10的箱体11的正面壁11A，所以，正面壁11A的热变形导致的反射镜支承构件41的姿势变化不能避免，但在实施形式1的3点固定构造中，反射镜支承构件41的姿势变化为单调变化，该姿势变化成为可实质上保持圆偏振反射镜22与折向反射镜24的平行性的姿势变化。例如图4所示那样，在第1反射镜22比第2反射镜24更从正面壁11A离开的那样的单调姿势变化中，反射镜22、24的平行性实质上得到保持。在该场合，反射镜22、24的光轴的角度从图4中用实线所示状态如虚线所示那样变化，但第1反射镜22的光轴角度变化与第2反射镜24的光轴角度变化实质上相互抵消，所以，从第2反射镜24输出的激光束LB的光轴角度变化实质上不产生，可实质上保持一定，加工位置的变化也实质上可消除，可获得良好的加工质量。
这样在实施形式1中，第1反射镜22与第2反射镜24都安装于反射镜支承构件41，该反射镜支承构件41由位于三角形的各顶点的仅3个固定件45A～45C相对激光振荡器10的箱体11安装，所以，可将箱体10的热变形导致的反射镜支承构件41的变形抑制得足够小，可抑制激光的光轴变化。
实施形式2
图5为示出本发明激光振荡装置的实施形式2的透视图。该实施形式2的激光振荡装置100A使用光学单元20A代替实施形式1的光学单元20。该光学单元20A具有反射镜系统21、反射镜支承构造30、及反射镜支承构件411。反射镜系统21与实施形式1同样地具有第1反射镜22和第2反射镜24。反射镜支承构造30共同地支承这些反射镜22、24。该反射镜支承构造30在实施形式2中形成为圆筒状的反射镜支承体31。反射镜支承构件411在实施形式1使用的反射镜支承构件41上附加一对安装臂46。该安装臂46一体形成于反射镜支承构件411的主面41A，由该安装臂46将反射镜支承体31安装于反射镜支承构件411。安装第1反射镜22的反射镜块23A和安装第2反射镜24的反射镜块25A拧入到圆筒状的反射镜支承体31的两端部地构成为圆筒状。其它与实施形式1相同地构成。
在该实施形式2中，反射镜支承构件411由仅包含3个固定件45A～45C的3点固定构造将其4个角部43A～43D中的3个角部43A～43C固定于激光振荡器10的箱体11的正面壁11A，在角部43D不设置固定件，角部43D自由。
反射镜支承体31由金属例如钢板构成为圆筒状，与平板相比，具有更高的刚性。该反射镜支承体31与箱体11的正面壁11A相向，其中心轴沿铅直方向延伸地配置。在该反射镜支承体31的上端部安装第1反射镜22的反射镜块23A，在反射镜支承体31的下端部安装第2反射镜24的反射镜块25A。在该实施形式2中，第1反射镜22为圆偏振反射镜，第2反射镜24为折向反射镜。来自激光振荡器10的激光束LB按45°的入射角入射到圆偏振反射镜22的入射面，在该入射面按45°的角度反射，然后，通过反射镜支承体31的内部，按45°的入射角在折向反射镜24入射到入射面，在该入射面按45°的角度反射，引导至激光加工机的加工部。
在反射镜块23A、25A附设冷却配管33。向该冷却配管33供给冷却水34，冷却反射镜22、24。用于激光加工机的激光振荡器10的输出高，反射镜22、24吸收其高输出的激光束LB的一部分，所以，由冷却配管33对反射镜22、24进行冷却很重要。
反射镜支承体31在激光振荡器10运行前成为与外气温度相等的温度，反射镜支承体31在其所有部分都成为与外气温度相等的温度，但随着激光振荡器10的运行开始，由冷却配管33冷却反射镜块23A、23B时，在反射镜22、24的周边部与冷却配管33的连接部的周边，温度局部地下降，所以，在反射镜支承体31产生局部的温度变化，在反射镜支承体31产生热应力。然而，反射镜支承体31被构成为刚性比平板高的圆筒状，所以，反射镜支承体31即使受到其热应力作用，弯曲和扭转变形也被抑制得较小。因此，即使由冷却配管33进行冷却，反射镜支承体31的变形也较小，可实质性地维持反射镜22、24的平行性，可将激光束LB的光轴变化抑制得足够小。
在实施形式2中，可获得与实施形式1同样的效果，此外，将反射镜支承体31构成为刚性高的圆筒状，所以，即使由冷却配管33对反射镜22、24进行冷却，反射镜支承体31的变形也较小，可实质上维持反射镜22、24的平行性，可将激光束LB的光轴的变化抑制得足够小，可进行良好的加工。
实施形式3
图6为示出本发明激光振荡装置的实施形式3的透视图，图7为从激光振荡器10侧看到实施形式3的箱形反射镜支承体35的透视图。
该实施形式3的激光振荡装置100B包含激光振荡器10、支承基板17、及光学单元20B。支承基板17例如水平地配置。在该支承基板17上隔开间隔地安装激光振荡器10和光学单元20B，激光振荡器10与光学单元20B在共用的支承基板17上相互进行机械接合。激光振荡器10将其周壁11C中的底壁13接合于支承基板17，由固定件15安装于支承基板17上。底壁13具有长方形的形状，具有4个角部14，但这些所有的角部14由固定件15固定于支承基板17。固定件15例如为螺栓。
光学单元20B具有反射镜系统21和反射镜支承构造30。反射镜系统21与实施形式1相同，具有第1反射镜22和第2反射镜24，这些反射镜22、24分别与实施形式1同样地安装于反射镜块23、25。在反射镜块23、25附设冷却配管33。向该冷却配管33供给冷却水34，对反射镜22、24进行冷却。
反射镜支承构造30在该实施形式3中构成为箱形反射镜支承体35。该箱形反射镜支承体35由金属例如钢板构成为长方体的箱形。该箱形反射镜支承体35具有反射镜支承构件412、相向的一对侧壁36A、36B、与反射镜支承构件412相向的上壁37、正面壁38、及一对的对角肋39A、39B。这些反射镜支承构件412、一对侧壁36A、36B、上壁37、正面壁38、一对对角肋39A、39B相互一体形成。
箱形反射镜支承体35具有4个角部35A～35D。角部35A形成于侧壁36A与上壁37间。角部35B形成于侧壁36B与上壁37间。角部35C形成于侧壁36A与反射镜支承构件412间。角部35D形成于侧壁36B与反射镜支承构件412间。对角肋39A在角部35A与角部36D间延伸地形成，对角肋39B在角部35B与角部36C间延伸地形成。对角肋39A、39B在它们的中间位置相互交叉。
反射镜块23安装于箱形反射镜支承体35的正面壁38的上部中央，反射镜块25安装于其正面壁38的下部中央。在该实施形式3中，同样，第1反射镜22为圆偏振反射镜，第2反射镜24为折向反射镜。来自激光振荡器10的激光束LB按45°的入射角入射到第1反射镜22的入射面，在该入射面按45°的角度反射，此后，在第2反射镜24以45°的入射角入射到入射面，在该入射面按45°的角度反射，引导至激光加工机的加工部。
反射镜支承构件412构成为长方形的形状。该反射镜支承构件412与实施形式1的反射镜支承构件41同样，具有4个角部43A～43D，由3点固定构造固定于支承基板17。在4个角部43A～43D中，在3个角部43A～43C分别配置固定件45A～45C，角部43A～43C分别由固定件45A～45C固定于支承基板17上。固定件45A～45C在形成于支承基板17的安装台12A～12C上固定角部43A～43C。在角部43D不配置固定件，该角部43D自由。反射镜支承构件412形成为仅包含3个固定件45A～45C的3点固定构造。支承基板17从激光振荡器10受到热变形而变形，但由于反射镜支承构件412由3点固定构造固定于支承基板17，所以，支承基板17的变形带来的箱形反射镜支承体35的变形被抑制得足够小。
箱形反射镜支承体35在激光振荡器10运行前成为与外气温度相等的温度，反射镜支承体35的所有部分都成为与外气温度相等的温度，但当随着激光振荡器10的运行开始而由冷却配管33冷却反射镜块23、25时，在正面壁38，反射镜块23、25的周边部的温度局部下降，所以，在正面壁38产生局部的温度变化，在箱形反射镜支承体35产生热应力。然而，箱形反射镜支承体35由于构成为包含对角肋39A、39B的刚性高的箱形，所以，即使在箱形反射镜支承体35的正面壁38受到其热应力的作用，弯曲和扭转变形也被抑制得足够小。因此，即使由冷却配管33进行冷却，箱形反射镜支承体35的变形也较小，可实质上维持反射镜22、24的平行性，激光束LB的光轴的变化可抑制得足够小。
在实施形式3中，可获得与实施形式1同样的效果，此外，箱形反射镜支承体35为包含对角肋39A、39B的高刚性的构造，所以，即使由冷却配管33冷却反射镜22、24，反射镜支承体35的变形也小，可实质地维持反射镜22、24的平行性，可将激光束LB的光轴变化抑制得足够小，可进行良好的加工。
实施形式1、2、3都将第1反射镜22形成为圆偏振反射镜，将第2反射镜24形成为折向反射镜，但在选择激光的振荡波长的场合，将第1、第2反射镜22、24都换成二向色镜。在该场合，也可获得与实施形式1、2、3同样的效果。
本发明的激光振荡装置可利用于激光加工机等使用高输出的激光的设备。
Claims (7)
1.一种激光振荡装置，具有箱体，在该箱体的内部具有产生激光的激光振荡器，
引导由上述激光振荡器产生的上述激光的第1反射镜，以及
与上述第1反射镜平行地配置、进一步引导来自上述第1反射镜的上述激光的第2反射镜，
其特征在于：
上述第1反射镜和上述第2反射镜都安装于共用的反射镜支承构件，该反射镜支承构件相对上述激光振荡器的箱体由位于三角形的各顶点的仅3个固定构件机械地接合。
2.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于：上述反射镜支承构件由上述3个固定构件直接安装于上述激光振荡器的箱体。
3.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于：上述激光振荡器的箱体安装于支承基板，另外，上述反射镜支承构件由上述3个固定构件安装于上述支承基板。
4.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于：还具有共同地支承上述第1反射镜和上述第2反射镜的反射镜支承构造，该反射镜支承构造构成为刚性比平板高的形状，安装于上述反射镜支承构件。
5.根据权利要求4所述的激光振荡装置，其特征在于：作为上述反射镜支承构造，使用圆筒状的反射镜支承体。
6.根据权利要求4所述的激光振荡装置，其特征在于：作为上述反射镜支承构造，使用方形的箱形反射镜支承体，该箱形反射镜支承体包含4个角部和连接该各角部的对角肋。
7.根据权利要求4所述的激光振荡装置，其特征在于：在上述第1反射镜和上述第2反射镜附设对它们进行冷却的冷却配管。
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