CN105364301B

CN105364301B - 能够切换纤芯的激光加工装置

Info

Publication number: CN105364301B
Application number: CN201510463525.3A
Authority: CN
Inventors: 森敦
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: US9470842B2; CN105364301A; JP5931141B2; JP2016043405A; DE102015010892A1; US20160062036A1

Abstract

本发明提供一种激光加工装置，其具备：生成激光的激光源；对激光源所生成的激光进行传输的第一传输部及第二传输部；以及将第二传输部所传输来的激光聚光并向被加工物照射的加工头。第二光传输部具有多个纤芯，利用上述纤芯的任一个纤芯来向加工头传输激光，上述纤芯的分别面向加工头的射出端固定地配置于加工头。激光加工装置还具备对多个纤芯中实际上向加工头传输激光的纤芯进行切换的切换部。

Description

能够切换纤芯的激光加工装置

技术领域

本发明涉及能够切换向加工头传输激光的纤芯的激光加工装置。

背景技术

以往公知一种激光加工装置，其具备传输由激光源生成的激光的光纤、和将从光纤射出的激光聚光并向被加工物照射的加工头。这样的激光加工装置在JP-B-3978066、JP-A-H02-232618、以及JP-A-2014-029537等中举例表示。在一般的激光加工装置中，根据光纤的芯径以及聚光光学系统的成像倍率来决定被加工物上的聚光径以及聚光角，并与之对应地使加工性能变化。被加工物上的最佳的聚光径与激光加工的种类(例如，焊接、切断、做记号等)、以及被加工物的材质及厚度等对应地决定。

图12是用于对纤芯FC的芯径D₀以及射出端的扩散角A_f、与聚光点的聚光径D_C以及聚光角A_C之间的关系进行说明的示意图。一般而言，根据纤芯FC的射出端与聚光透镜L之间的距离d₁、聚光透镜L与聚光点之间的距离d₂、以及聚光透镜L的焦距d₃，来决定聚光光学系统S的成像倍率，由此也决定聚光光学系统S的聚光角A_C。此处，为了使聚光径D_C变化而使成像倍率变化即可，但与此同时聚光角A_C也变化。这是由于，纤芯FC的芯径D₀与射出端的扩展角A_f的积具有等于聚光点的聚光径D_C与聚光角A_C的积的关系。另一方面，在扩散角A_f相同的情况下，若适当地变更芯径D₀，则能够不使聚光角A_C变化地使聚光径D_C变化。或者，也能够不使聚光径D_C变化地使聚光角A_C变化。这样，通过适当地变更向聚光光学系统S传输激光的纤芯FC的芯径D₀，能够得到最佳的聚光径D_C以及聚光角A_C。然而，为了变更纤芯FC的芯径D₀，需要更换与加工头连接的光纤本身，从而此时有加工头内的光学元件受到污染而加工精度降低的担忧。其理由是，由于大多激光加工装置容纳在防止激光的漏出而保护使用者的壳体，所以由激光加工产生的尘埃充满壳体内。

与此相关联地，JP-A-2012-024782中，提出了选择性地使用芯径不同的多个工艺纤维(process fiber)中任一个来向加工头传输激光的激光加工装置。更加具体而言，JP-A-2012-024782的激光加工装置中，通过用马达使安装有多个工艺纤维的板部件旋转，将任一个工艺纤维定位在来自纤维供给器(feeding fiber)的射出光的光路上。根据JP-A-2012-024782的激光加工装置，每当变更聚光径或聚光角时，不需要更换工艺纤维。然而，由于JP-A-2012-024782的激光加工装置在加工头的激光的射入部分的附近具有通过马达而旋转的旋转部件，所以依然有加工头的周围的尘埃从上述的射入部分侵入加工头内而污染光学元件的担忧。并且，由于光纤的射出端或多或少发热，所以优选在其周围设置各种冷却构造，但由于JP-A-2012-024782的多个工艺纤维由马达驱动，所以难以设置适当的冷却构造。

发明内容

从而需求能够不更换与加工头连接的光纤而是调整激光的聚光径以及聚光角等并且能够可靠地防止加工头内的光学元件受到污染的激光加工装置。

根据本发明的第一方案，提供一种激光加工装置，具备：激光源，其生成激光；光传输部，其对激光源所生成的激光进行传输；以及加工头，其将光传输部所传输来的激光聚光并向被加工物照射，光传输部具有多个纤芯，利用多个纤芯的任一个来向加工头传输激光，多个纤芯的分别面向加工头的射出端固定地配置于加工头，激光加工装置还具备切换部，该切换部对多个纤芯中的向加工头传输激光的纤芯进行切换。

根据本发明的第二方案，在第一方案的基础上提供如下激光加工装置，多个纤芯的各个射出端熔接于具有与多个纤芯分别相同的折射率的单一光学部件，对将透过光学部件后的激光射出的光学部件的射出面实施抗反射涂层。

根据本发明的第三方案，在第一或者第二方案的基础上提供如下激光加工装置，多个纤芯分别容纳于多个光纤，多个光纤的射出端相互接合。

根据本发明的第四方案，在第一或者第二方案的基础上提供如下激光加工装置，多个纤芯的各个纤芯容纳于一个光纤。

根据本发明的第五方案，在第一～第四方案中任一方案的基础上提供如下激光加工装置，切换部具有在激光源所生成的激光的光路上相对于与光路垂直的平面倾斜配置的光学基板，通过使光学基板绕沿着光路设置的轴线旋转，来对向加工头传输激光的纤芯进行切换。

根据本发明的第六方案，在第一～第四方案中任一方案的基础上提供如下激光加工装置，切换部具有在激光源所生成的激光的光路上配置的光学基板，通过使光学基板绕与光路垂直的轴线旋转，来对向加工头传输激光的纤芯进行切换。

在本发明的第一～第六方案中任一方案的基础上提供如下激光加工装置，多个纤芯包括直径、剖面形状以及折射率的至少任一个不同的两个以上的纤芯。

对照附图所表示的本发明的例示的实施方式的详细说明，本发明的上述以及其它目的、特征、以及优点会变得更加清楚。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的激光加工装置的整体构造的立体图。

图2是用于说明图1中的切换部的动作的示意图。

图3是表示本实施方式的激光加工装置的切换部的第一变形例的、与图2相同的示意图。

图4是表示本实施方式的激光加工装置的切换部的第二变形例的、与图2相同的示意图。

图5是图2中的第二传输部的射出端的附近的横向剖视图。

图6是图2中的第二传输部的射出端的附近的纵向剖视图。

图7是表示从加工头取下了第二传输部的状态的、与图6相同的纵向剖视图。

图8是本发明的第二实施方式的激光加工装置的第二传输部的横向剖视图。

图9是图8的第二传输部的射出端的附近的纵向剖视图。

图10是用于说明本实施方式的激光加工装置的切换部的动作的示意图。

图11是表示本实施方式的激光加工装置的切换部的变形例的、与图10相同的示意图。

图12是用于说明纤芯的芯径与聚光径以及聚光角之间的关系的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地对本发明的实施方式进行说明。各附图中，对相同的构成要素赋予相同的符号。此外，以下的记载不对权利要求书所记载的发明的技术范围、用语的意义等进行限定。

参照图1～图7，对本发明的第一实施方式的激光加工装置进行说明。本实施方式的激光加工装置构成为，为了对被加工物实施各种激光加工(切断、焊接、或者做记号等)，而用加工头的聚光光学系统将通过光纤而传输来的光束聚光并向被加工物照射。图1是表示本实施方式中例示的激光加工装置1的整体构造的立体图。如图1所示，激光加工装置1由如下部件构成：产生激光的激光源2；传输激光源所产生的激光的电缆状的光传输部3；将光传输部3传输来的激光聚光并向被加工物W照射的加工头4；以及在光传输部所形成的激光的传输路的中途配置的切换部5。以下依次对这些构成要素进行说明。

首先，本例的激光源2是由激光介质、光谐振器、以及激励源等构成的各种激光振荡器。接着，本例的光传输部3由从激光源2延伸至切换部5的第一传输部31、和从切换部5延伸至加工头4的第二传输部32构成。而且，本例的第一传输部31由一根单芯光纤构成，本例的第二传输部32由多个单芯光纤的束构成。尤其是，第二传输部32由纤芯的直径、剖面形状、以及折射率的任一个不同的多个单芯光纤的束构成。这些光纤分别遍及第二传输部32的延伸方向的大致全长而延伸，在至面向加工头4的前端部之前，能够独立地传输入射到面向切换部5的基端部的激光。以下，有时将面向第二传输部32、光纤以及纤芯的切换部5的端面称作射入端，并将它们的面向加工头4的端面称作射出端。

接着，本例的加工头4具有筒状的主体部40、和配置于主体部40的内侧的聚光光学系统41。如图1所示，加工头4的主体部40具有供第二传输部32的光纤的前端部连接的基端部、和供由铜等各种材料形成的加工喷嘴42安装的前端部。并且，加工头4的聚光光学系统41以使球面像差变小的方式具有由两片非球面透镜构成的组透镜、或者由四片左右的球面透镜构成的组透镜(参照图2～图4等)。加工喷嘴42配置在聚光光学系统41的聚光点的附近。位于加工喷嘴42与聚光光学系统41的最终级的光学元件之间的主体部40的内部空间为气密空间，向该内部空间导入规定压力的辅助气体。使向该内部空间导入的辅助气体从加工喷嘴42的前端喷出。加工喷嘴42的孔径通常为0.8mm～6.0mm左右。喷出的辅助气体的气流优选与射出的激光的光路彼此同轴，从而加工喷嘴42具备在2mm～5mm左右的范围内动作的轴心调整机构(未图示)。或者，能够采用构成为相对于加工喷嘴42的中心对准射出的激光的光路的对准机构部。

如图1所示，本例的加工头4安装于移动机构部6，该移动机构部6在载置被加工物W的工作台T的上方使加工头4平面地移动。更加具体而言，本例的移动机构部6具有：隔着工作台T而相互平行地延伸的一对导轨60；在一对导轨60上相对于该一对导轨60垂直地配置的棒状的第一滑架61；以及能够移动地安装于第一滑架61上的规定的形状的第二滑架62。而且，本例的加工头4以加工喷嘴42的前端与工作台T的上表面对置的方式安装于第二滑架62。第一滑架61以及第二滑架62构成为分别沿图中的箭头A11以及箭头A12的方向滑动。由此，加工头4能够一边在工作台T的上方沿箭头A11以及箭头A12的方向移动，一边向被加工物W照射激光。第一滑架61以及第二滑架62分别由未图示的伺服马达等驱动装置驱动。

如图1所示，工作台T、加工头4、以及移动机构部6容纳于箱状的壳体H的内侧。由于成为这样的构造，会在壳体H的内部空间充满在激光加工中产生的尘埃。此外，在壳体H的任意的位置，形成有用于导入第二传输部32的贯通孔，包括第二传输部32的射出端的规定部分与加工头4一起容纳于壳体H的内侧。这样的壳体H起到防止从加工头4照射来的激光向装置的外部漏出而对使用者产生危害，并且防止在激光加工中产生的尘埃向装置的外部放出的作用。图1中，为了良好地理解壳体H的内部构造，以虚线表示壳体H的轮廓，并且以实线表示壳体H的内部构造。

接着，本例的切换部5具有与使用者的选择对应地切换第二传输部32的多个纤芯中实际上传输激光的纤芯的功能。也就是说，本例的切换部5具有使从第一传输部31射出来的激光选择性地向第二传输部32的多个纤芯中任一个射入的功能。由此，变更向加工头4传输激光的纤芯的直径，从而即使不更换与加工头4连接的光纤本身，也能够变更加工头4的聚光径或者聚光角。参照图2后述切换部5的详细的动作。

继续参照图1，本例的激光加工装置1具备均配置于壳体H的外侧的控制装置7以及集尘机8。本例的控制装置7具有控制第一滑架61以及第二滑架62等可动部分的动作的功能。并且，本例的集尘机8具有捕捉在激光加工中在壳体H的内侧产生的尘埃而将其向壳体H的外侧排出的功能。

图2是用于说明本例的切换部5的动作的示意图。本例的切换部5是使从第一传输部31的光纤射出的激光选择性地向第二传输部32的多个纤芯FC中任一个射入的光束开关。如图2所示，本例的第二传输部32具有七根纤芯FC。如图2所示，本例的切换部5包括：将从第一传输部31射出来的激光聚光于多个纤芯FC的各个射入端IE的多个聚光光学系统51；以及与上述聚光光学系统51分别对应的快门镜(shutter mirror)52。此外，图2中仅表示了两对聚光光学系统51以及快门镜52，省略了剩余五对聚光光学系统51以及快门镜52。另外，图2中，对于两根纤芯FC，示出了从它们的射入端IE至射出端EE的全长，而对于剩余的五根纤芯FC，仅示出了它们的射入端IE的附近，省略了其它的部分。并且，图2中，从第一传输部31的光纤射出来的激光的光路由箭头A21表示。

如图2所示，各个快门镜52构成为沿着与从第一传输部31射出来的激光的光路垂直的方向，在反射激光的反射位置与不反射激光的退避位置之间往复移动。各个快门镜52的移动方向由图中的箭头A22表示。各个快门镜52由马达等未图示的驱动装置驱动。图2中，处于反射位置的快门镜52由实线示出，处于退避位置的快门镜52由虚线示出。如图2所示，处于反射位置的快门镜52被取向为将从第一传输部31射出来的激光朝向对应的聚光光学系统51反射。而且，本例的切换部5构成为，仅与使用者选择出的一个纤芯FC对应的一个快门镜52配置于反射位置，剩余的快门镜52配置于退避位置。由此，使从第一传输部31射出来的激光仅向由使用者选择出的一个纤芯FC射入。但是，本实施方式的激光加工装置1的切换部5也可以构成为，使用单一聚光光学系统以及与之配合的机构部来代替多个聚光光学系统51以及多个快门镜52，对传输激光的纤芯FC进行切换。像这样构成的切换部5的第一以及第二变形例分别在图3以及图4中示出。

图3是表示本实施方式的激光加工装置1的切换部5的第一变形例的、与图2相同的示意图。如图3所示，本例的切换部5具备将从第一传输部31射出来的激光聚光的单一聚光光学系统53。而且，本例的聚光光学系统53构成为以与从第一传输部31射出来的激光的光路垂直的轴线R3为支点而摆动。从第一传输部31射出来的激光的光路由图中的箭头A31表示。也就是说，本例的切换部5以未图示的马达或者压电元件等为动力源而使聚光光学系统53摆动，从而使聚光光学系统53的聚光点的位置沿图中的上下方向移动。由此，对传输激光的第二传输部32的纤芯FC进行切换。本例的聚光光学系统53的摆动运动的方向由图中的箭头A32表示。根据本例的切换部5，由于不需要设置与多个纤芯FC的射入端IE对应的多个聚光光学系统以及多个快门镜，所以能够将多个纤芯FC的射入端IE以相互接近的方式配置，并且能够缩小切换部5整体的尺寸。

图4是表示本实施方式的激光加工装置1的切换部5的第二变形例的、与图2相同的示意图。与图3的例子相同，本例的切换部5具备单一聚光光学系统54，本例的聚光光学系统54构成为将向该聚光光学系统54射入了的激光聚光而使之向第二传输部32的射入端射入。而且，本例的切换部5还具备变更从第一传输部31射出而向聚光光学系统54射入的激光相对于聚光光学系统54的光轴的倾斜角度的未图示的角度变更部。更加具体而言，本例的切换部5的角度变更部通过使用马达或者压电元件等动力源使面向聚光光学系统54的第一传输部31的前端部稍微弯曲，来变更向聚光光学系统54射入的激光的倾斜角度。由此，聚光光学系统54的聚光点沿图中的上下方向移动，从而对传输激光的第二传输部32的纤芯FC进行切换。从第一传输部31射出而向聚光光学系统54射入的激光的光路由图中的箭头A41表示。并且，第一传输部31的前端部弯曲的方向由图中的箭头A42表示。与上述的第一变形例相同，根据本例的切换部5，与图3的例子相同，能够将多个纤芯FC的射入端IE以相互接近的方式配置，并且能够缩小切换部5整体的尺寸。

再次参照图2，本例的第二传输部32中，多个纤芯FC的射入端IE排列成一列，相对于此，上述纤芯FC的射出端EE以相互接近的方式会聚。图5是图2中的第二传输部32的射出端的附近的横向剖视图。更加具体而言，图5表示沿着图2中的V-V线的第二传输部32的剖面。如图5所示，构成第二传输部32的多个单芯光纤SC在它们的射出端的附近相互结合，其结果，它们的纤芯FC以相互接近的方式配置。多个单芯光纤SC能够通过公知的方法接合。例如，单芯光纤SC的树脂制的保护被膜也可以通过热熔接而相互接合，上述保护被膜的外周面也可以通过各种粘合剂而相互接合。

图5的例子中，以包围纤芯直径为50μm的一根光纤SC₅₀的外周面的方式，沿周向依次排列有纤芯直径为50μm的一根光纤SC₅₀、纤芯直径为70μm的一根光纤SC₇₀、纤芯直径为100μm的一根光纤SC₁₀₀、纤芯直径为200μm的一根光纤SC₂₀₀、纤芯直径为70μm的一根光纤SC₇₀、以及纤芯直径为140μm的一根光纤SC₁₄₀。如图5所示，配置于中央的光纤SC₅₀与沿周向排列的六根光纤SC分别接合。并且，沿周向排列的六根光纤SC也分别与在周向的两侧邻接的两根光纤SC分别接合。此处，各采用两根纤芯直径为50μm的光纤SC₅₀和纤芯直径为70μm的光纤SC₇₀的理由是，纤芯直径小的光纤更容易受到损伤，从而需要这些光纤SC₅₀、SC₇₀备用的情况较多。或者，对于纤芯直径为50μm的两根光纤SC₅₀而言，也可以改变它们的射入端处的聚光角。由于光纤的射入端处的聚光角在达到某程度之前反映于射出端的扩展角，所以通过选择两根，即使被加工物W的表面上的聚光径相同，也能够改变聚光角。由于各个光纤SC的外径约为1mm，所以第二传输部32的射出端的附近的七根光纤SC的束的外径约为3mm。但是，从沿周向排列的六根光纤SC的各个纤芯FC至加工头4的中心线CA的距离大致不足1mm(参照图6)。

如图5所示，本例的第二传输部32具有直径不同的多个纤芯FC。因此，本例的激光加工装置1能够与使用者所选择出的纤芯FC的直径对应地调整加工头4的聚光径以及聚光角等。

此外，本实施方式的激光加工装置1的第二传输部32也可以具有剖面形状不同的多个纤芯FC，也可以具有折射率不同的多个纤芯FC。一般而言，由于从光纤射出的激光的光强度与纤芯的折射率对应地变化，所以通过采用折射率不同的多个纤芯FC，能够调整从加工头4射出的激光的光强度。其结果，能够调整激光加工装置1的加工性能。

再次参照图2，从各纤芯FC的射出端EE至加工头4的聚光光学系统41的距离是100mm左右，从加工头4的聚光光学系统41至加工头4的聚光点的距离是120mm左右。由于该情况下的成像倍率是1.2(120/100)，所以加工头4的聚光径成为向加工头4传输激光的纤芯FC的直径的1.2倍的大小(也参照图12)。此外，从各纤芯FC射出的激光的扩展角例如半角是80mrad，焦点的聚光角例如是96mrad。若选择不同的纤芯径，则当扩展角相同时，聚光径因纤芯径而变化。此时，若更换聚光光学系统41的被加工物侧W侧的透镜，则能够改变成像倍率。若适当地选择成像倍率，则即使聚光径相同也能够实现改变了聚光角的激光加工。上述的例子中，若将成像倍率设为1.0，将纤芯径设为1.2倍，则能够不改变聚光径而得到聚光角80mrad。

接着，图6是图2中的第二传输部32的射出端的附近的纵向剖视图。更加具体而言，图6表示沿着图5中的VI-VI线的第二传输部32的剖面。如图6所示，第二传输部32的各纤芯FC的射出端EE以与在加工喷嘴42的孔的中心通过的加工头4的中心线CA接近的方式配置。此处，各纤芯FC的射出端EE的激光的光路与加工头4的聚光光学系统41的光轴平行的情况较多。因此，若切换纤芯FC则聚光光学系统41的聚光点沿径向稍微移动，但本例的加工头4能够使用上述的轴心调整机构来使加工喷嘴42的轴心与输出激光的光路一致。在成像倍率固定的情况下，通过使几个纤芯FC的射出端EE的激光的光路倾斜，从而能够使加工头4的聚光光学系统41的光轴与输出激光的光路在聚光点交叉。其结果，即使切换纤芯FC，聚光点也不会沿径向移动。

如图6所示，第二传输部32的各个纤芯FC的射出端EE与呈柱形状的单一光学部件9的一个端面91接合。本例的光学部件9由具有与多个纤芯FC相同的折射率的玻璃质的物质形成。多个纤芯FC的射出端EE通过公知的方法而与光学部件9的端面91接合。例如，由于多个纤芯FC由玻璃质的物质形成，所以通过使它们的射出端EE暂时变成高温而软化，从而能够将上述射出端EE接合于光学部件9的端面91。一般而言，虽然纤芯FC具有极低的衰减率，可是在纤芯FC的射出端EE产生随激光的折射引起的一些热。然而，由于本例的纤芯FC的射出端EE接合于具有与纤芯FC相同的折射率的光学部件9，所以随激光的折射引起的上述的发热不在纤芯FC的射出端EE而是在光学部件9的另一端面92产生。如图6所示，由于光学部件9的端面92具有比纤芯FC的射出端EE大很多的表面积，所以能够抑制上述的发热所引起的温度上升。并且，表面积大的光学部件9的端面92冷却也容易。另外，表面积大的光学部件9的端面92具有容易实施抗反射涂层的优点。利用这样的抗反射涂层能够减少激光的衰减。

继续参照图6，在加工头4的主体部40的基端部，设有能够插入上述的光学部件9的筒状的嵌合部401。如图6所示，通过将光学部件9插入嵌合部401，来将第二传输部32安装于加工头4。而且，在第二传输部32安装于加工头4的状态下，多个纤芯FC的射出端EE固定地配置于加工头4。此外，图7是表示从加工头4取下了第二传输部32的状态的、与图6相同的纵向剖视图。如图7所示，通过从嵌合部401拔出光学部件9，来从加工头4取下第二传输部32。其中，由于本例的第二传输部32具有纤芯的直径不同的多个光纤SC，所以不需要为了变更加工头4的聚光角以及聚光径等的目的而从加工头4取下第二传输部32。若将光学部件9插入加工头4的嵌合部401，则光学部件9的外周面无间隙地紧贴于嵌合部401的内周面，从而能够防止在激光加工中产生的尘埃侵入加工头4内。

如图6所示，本例的第二传输部32具有在其射出端附近的外周面安装的筒状的冷却部33。本例的冷却部33构成为对多个纤芯FC的射出端EE的附近进行冷却。更加具体而言，本例的冷却部33具有沿其周向延伸的环状的空洞，通过使冷却剂CM在该空洞的内侧循环，来对多个纤芯FC的射出端EE的附近进行冷却。一般而言，虽然纤芯FC具有极低的衰减率，可是若在激光纤芯FC的射出端EE通过，越过不同折射率的边界面，则在该边界面或多或少产生热。根据这样的理由，要求对纤芯FC的射出端EE的附近进行冷却的冷却构造。本例的激光加工装置1中，由于多个纤芯FC的射出端EE以相互接近的方式配置，所以能够采用一并地冷却多个纤芯FC的射出端EE的简单的构造的冷却部33。

并且，加工头4的主体部40具备安装于筒状的嵌合部401的外周面的环状的防尘密封件402。本例的防尘密封件402能够与设于第二传输部32的规定的环状面、例如筒状的冷却部33的底面抵接。由此，能够进一步提高加工头4的防尘性。并且，本例的防尘密封件402具有在将第二传输部32安装于加工头4时相对于加工头4正确地定位第二传输部32的射出端的功能。由此，将随第二传输部32的装卸引起的激光的光路的偏离抑制为最小限度。这样，本例的激光加工装置1能够具有与以往的装置同等或其以上的防尘性以及冷却功能。

如上所述，由于本实施方式的激光加工装置1具有能够对实际上向加工头4传输激光的纤芯FC进行任意切换的切换部5，所以能够不更换与加工头4连接的光纤而调整输出激光的聚光径以及聚光角等。并且，根据本实施方式的激光加工装置1，通过将熔接于多个纤芯FC的射出端EE的光学部件9嵌入加工头4的嵌合部401，来将多个纤芯FC安装于加工头4。这样，根据本实施方式的激光加工装置1，由于多个纤芯FC的射出端EE固定地配置于加工头4，所以不需要在加工头4的激光的射入部分(即，主体部40的嵌合部401)的附近设置可动部件。由此，根据本实施方式的激光加工装置1，能够防止加工头4的周围的尘埃从上述的射入部分侵入加工头4内而污染光学元件，结果能够提高加工头4的防尘性。

另外，根据本实施方式的激光加工装置1，由于多个单芯光纤SC的射出端的附近相互接合，所以邻接的纤芯FC的射出端EE彼此能够以接近为例如1mm左右的距离配置。由此，从多个纤芯FC射出的激光的光路也相互接近，所以能够缩小随纤芯FC的切换而引起的加工头4的聚光点的移动量。其结果，不需要加工头4的轴心的调整，或者仅仅需要进行微小的范围的调整。另外，由于上述纤芯FC的射出端EE也与加工头4的中心线CA接近，所以选择哪个纤芯FC，几何光学的像差的影响都变小。由此，本实施方式的激光加工装置1能够具有与构成为仅一根单芯光纤连接于加工头的构造的激光加工装置相比也毫不逊色的加工性能。

接下来，参照图8～图11，对本发明的第二实施方式的激光加工装置进行说明。本实施方式的激光加工装置具有与上述的第一实施方式的激光加工机相同的整体构造(参照图1)。因此，参照本实施方式的激光加工装置的各部分时，使用与上述的第一实施方式相同的符号。并且，本实施方式的激光加工装置除以下即将具体说明的部分之外，具有与第一实施方式的激光加工装置相同的功能以及构造。省略与第一实施方式相同的部分的详细的说明。

图8是本实施方式的激光加工装置1中例示的第二传输部32的横向剖视图。如图8所示，本例的第二传输部32由容纳多个纤芯FC的一根多芯光纤MC构成，上述纤芯FC分别在至射出端EE之前能够独立地传输向入射到射入端IE的激光(也参照图10)。

更加具体而言，本例的多芯光纤MC容纳有沿绕其中心轴的周向空开间隔地排列的六根纤芯FC、即直径50μm的两根纤芯FC₅₀、直径150μm的两根纤芯FC₁₅₀、以及直径100μm的两根纤芯FC₁₀₀。多芯光纤MC所容纳的纤芯FC的根数以及排列、各纤芯FC的尺寸以及形状等并不仅仅限定于图中的例子。并且，第二传输部32的多芯光纤MC也可以容纳折射率等性状不同的多个纤芯FC，来代替容纳直径不同的多个纤芯FC。

如图8所示，根据本例的第二传输部32，由于更加缩短邻接的纤芯FC的射出端EE间的距离，所以使从上述纤芯FC射出的激光的光路更加接近。其结果，能够更加缩小随纤芯FC的切换而引起的聚光点的移动量。捆扎有多个单芯光纤SC的情况下的邻接的射出端EE间的距离例如为1mm(参照图5)，相对于此，本例的第二传输部32的邻接的射出端EE间的距离例如为500μm。并且，根据本例的第二传输部32，由于不仅缩小邻接的射出端EE间的距离，也缩短邻接的射入端IE间的距离，所以能够在更短的时间内执行切换部5对纤芯FC的切换。

图9是图8的第二传输部32的射出端的附近的纵向剖视图。更加具体而言，图9表示沿着图8中的IX-IX线的第二传输部32的剖面。如图9所示，根据本例的第二传输部32，由于不需要相互接合多个光纤的射出端的附近，所以能够简化组装第二传输部32的工序。并且，根据本例的第二传输部32，当将多个纤芯FC的射出端EE接合于光学部件9时，由于不需要对齐多个光纤的射出端的位置，所以能够简化组装第二传输部32的工序。而且，根据本例的第二传输部32，由于各纤芯FC的射出端EE以进一步接近加工头4的中心线CA的方式配置，所以几何学的像差的影响进一步变小。

图10是用于说明本实施方式的激光加工装置1中例示的切换部5的动作的示意图。如图10所示，本例的切换部5具备将从第一传输部31射出了的激光聚光的单一聚光光学系统55、以及配置于聚光光学系统55与第二传输部32之间的透光性的光学基板56。从第一传输部31射出而向聚光光学系统55射入的激光的光路由图中的箭头A100表示。如图10所示，向聚光光学系统55射入的激光的光路与聚光光学系统55的光轴一致。在聚光光学系统55通过后的激光向光学基板56的第一主面561射入，接着从光学基板56的第二主面562射出。光学基板56的第一以及第二主面561、562优选相互平行。如图10所示，本例的光学基板56以相对于与聚光光学系统55的光轴垂直的假想平面倾斜角度θ的方式配置。由此，在聚光光学系统55通过后的激光向光学基板56倾斜射入而折射，从而使从光学基板56射出的激光的光路相对于射入光学基板56的激光的光路平行移动规定的距离。这样，激光平行移动的距离d通过以下的数式1而计算。数式1中，t是光学基板56的厚度，n是光学基板56的折射率。例如，在光学基板56的厚度t是5mm、光学基板56的折射率n是1.5、且光学基板56的倾斜角度θ是7°的情况下，激光的移动距离d是205μm。

(数式1)

并且，本例的光学基板56构成为绕沿着聚光光学系统55的光轴设置的旋转轴线R10旋转。因此，随着光学基板56的旋转运动，使从光学基板56射出的激光的聚光点沿具有与上述的移动距离d相等的半径的圆周轨道移动。因此，若第二传输部32的多个纤芯FC在具有与上述的移动距离d相等的半径的圆周上排列，则仅使光学基板56绕旋转轴线R10旋转就能够对激光所要射入的纤芯FC进行切换。并且，多个纤芯FC优选在上述的圆周上等间隔地配置，例如，在多芯光纤MC具有六根纤芯FC的情况下(参照图8)，上述纤芯FC优选以与中心角为60°的扇形的圆弧相等的距离在周向上分离配置。由此，容易相对于各个纤芯FC的射入端IE对聚光光学系统55的聚光点进行定位。此外，本例的光学基板56也可以通过使用者以手动而旋转，也可以通过马达等驱动装置而旋转。

图11是表示本实施方式的激光加工装置的切换部5的变形例的、与图10相同的示意图。如图11所示，本例的切换部5具备将从第一传输部31射出来的激光聚光的单一聚光光学系统57、以及配置于聚光光学系统57与第二传输部32之间的透光性的光学基板58。从第一传输部31射出而向聚光光学系统57射入的激光的光路由图中的箭头A110表示。如图11所示，向聚光光学系统57射入的激光的光路与聚光光学系统57的光轴一致。与图10的例子相同，在聚光光学系统57通过后的激光向光学基板58的第一主面581射入，接着从光学基板58的第二主面582射出。光学基板58的第一以及第二主面581、582优选相互平行。此处，图10的光学基板56绕沿着聚光光学系统55的光轴设置的旋转轴线R10旋转，相对于此，本例的光学基板58构成为分别绕与聚光光学系统57的光轴垂直的两个旋转轴线R11、R12旋转。因此，随着光学基板58绕各个旋转轴线R11、R12旋转，光学基板58的主面581相对于与聚光光学系统57的光轴垂直的假想平面倾斜。其结果，与图10的例子相同，使从光学基板58射出的激光的光路相对于射入光学基板58的激光的光路平行移动规定的距离(参照上述的数式1)。

例如，在光学基板58的厚度是10mm、且光学基板58的折射率是1.5的情况下，若光学基板58绕任一个旋转轴线R11、R12旋转1°，则激光的光路平行移动58μm。由于一般的纤芯FC的直径是50μm～400μm左右，所以由具有上述的厚度以及折射率的光学基板58能够提供良好的调整精度。此外，在多个纤芯FC二维地排列于第二传输部32的射入端的情况下(参照图8)，光学基板58需要具有两个旋转轴线R11、R12，但是在多个纤芯FC一维地排列于第二传输部32的射入端的情况下(参照图2)，光学基板58仅具有其中任一个旋转轴线即可。本例的光学基板58也可以通过使用者以手动而旋转，也可以通过马达等驱动装置而旋转。

如上所述，本实施方式的激光加工装置1与上述的第一实施方式的激光加工装置相同，能够不更换与加工头4连接的光纤而调整输出激光的聚光径以及聚光角等，并且能够防止从加工头4的周围的激光的射入部分(即，主体部40的嵌合部401)侵入加工头4内而污染光学元件。另外，根据本实施方式的激光加工装置1，由于第二传输部32的多个纤芯FC的射出端EE彼此以接近为例如500μm的距离的方式配置，所以能够缩小随纤芯FC的切换而引起的加工头4的聚光点的移动量。另外，由于上述纤芯FC的射出端EE也与加工头4的中心线CA接近，所以选择哪个纤芯FC，几何光学的像差的影响都变小。由此，本实施方式的激光加工装置1能够具有与构成为仅一根单芯光纤连接于加工头的构造的激光加工装置相比也毫不逊色的加工性能。

发明的效果如下。

根据本发明的第一方案，由于利用切换部对向加工头传输激光的一个纤芯进行切换，所以能够不更换与加工头连接的光纤而调整输出激光的聚光径以及聚光角等。并且，根据第一方案，由于多个纤芯的射出端固定地配置于一个加工头，所以不需要在加工头的激光的射入部分的附近设置旋转部件等可动部件。由此，根据第一方案，能够可靠地防止加工头的周围的集尘从上述的射入部分侵入加工头内而污染光学元件，结果能够提高加工头的防尘性。

根据本发明的第二方案，由于多个纤芯的射出端熔接于单一光学部件，所以容易对通过各纤芯后的激光的折射所产生的发热部分进行冷却，并且容易在通过各纤芯后的激光的射出面实施抗反射涂层。

根据本发明的第三方案，由于能够将邻接的纤芯的射出端彼此以接近为例如1mm左右的距离的方式配置，所以能够缩小随纤芯的切换而引起的加工头的聚光点的移动量。

根据本发明的第四方案，由于能够将邻接的纤芯的射出端彼此以接近为例如500μm左右的距离的方式配置，所以能够缩小随纤芯的切换而引起的加工头的聚光点的移动量。

根据本发明的第五方案，通过使用使光学基板绕沿着激光的光路设置的旋转轴线旋转这一简便的方法，能够实现纤芯的切换。

根据本发明的第六方案，通过使用使光学基板绕与激光的光路垂直的旋转轴线旋转这一简便的方法，能够实现纤芯的切换。尤其是，在多个纤芯的射出端二维地排列的情况下，纤芯的切换需要两个旋转轴线，但是在多个纤芯的射出端一维地排列的情况下，纤芯的切换仅仅需要一个旋转轴线。

根据本发明的第七方案，由于能够根据纤芯的直径、剖面形状、以及折射率等调整从加工头射出的激光的性质，所以能够得到与激光加工的种类、被加工物的材质以及板厚等对应的最佳的激光。尤其是，通过变更纤芯的直径，能够调整激光的聚光径以及聚光角等，并且通过变更纤芯的折射率，能够调整激光的光强度。

本发明并不仅仅限定于上述的实施方式，在权利要求书所记载的范围内能够进行各种改变。例如，上述的实施方式的激光加工装置1具备单一激光源2，但是本发明的激光加工装置1也可以具备与第二传输部32所包括的多个纤芯FC数目相同的激光源2。该情况下，例如，激光加工装置1的切换部5以切换各个激光源2的电源的接通、断开的方式动作。并且，上述的实施方式所记载的激光加工装置1的各部的尺寸、形状、以及材质等仅仅是一个例子，为了实现本发明的效果能够采用多样的尺寸、形状、以及材质等。

Claims

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光源，其生成激光；

光传输部，其对上述激光源所生成的激光进行传输；以及

加工头，其将上述光传输部所传输来的激光聚光并向被加工物照射，

上述光传输部具有多个纤芯，利用上述多个纤芯的任一个来向上述加工头传输激光，

上述多个纤芯的分别面向上述加工头的射出端以位于与上述加工头的中心线接近的位置的方式固定地配置于上述加工头，

上述激光加工装置还具备切换部，该切换部对上述多个纤芯中的向上述加工头传输激光的纤芯进行切换，

上述多个纤芯包括直径、剖面形状以及折射率的至少任一个不同的两个以上的纤芯，

上述多个纤芯的分别面向上述加工头的射出端以位于离上述加工头的中心线的距离不足1mm的位置的方式固定地配置于上述加工头。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

上述多个纤芯的各个射出端熔接于具有与上述多个纤芯分别相同的折射率的单一光学部件，

对将透过上述光学部件后的激光射出的上述光学部件的射出面实施抗反射涂层。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述多个纤芯分别容纳于多个光纤，上述多个光纤的射出端相互接合。

4.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述多个纤芯的各个纤芯容纳于一个光纤。

5.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述切换部具有光学基板，该光学基板在上述激光源所生成的激光的光路上相对于与上述光路垂直的平面倾斜配置，通过使上述光学基板绕沿着上述光路设置的轴线旋转，来对向上述加工头传输激光的纤芯进行切换。

6.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述切换部具有在上述激光源所生成的激光的光路上配置的光学基板，通过使上述光学基板绕与上述光路垂直的轴线旋转，来对向上述加工头传输激光的纤芯进行切换。