CN105636738B - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

为了使波段不同的激光的焦点位置一致，激光加工装置具备：激光输出装置，振荡具有多个波段的激光；分光部(16B)，对各波段的激光分别进行分光；以及聚光部(16C、16C)，将由所述分光部(16B)分光了的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及向加工对象的构件照射激光而进行加工的激光加工装置。
背景技术
作为激光加工装置，近年来，尝试使用了高输出的半导体激光。然而，半导体激光包括多个波段的激光，因此在聚光的情况下，各波长的焦点距离不同。
以往，例如在专利文献1及专利文献2中示出了将不同波段的激光重叠而聚光在相同的光轴上的技术，但是并非半导体激光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-196665号公报
专利文献2：日本特开2006-263771号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述的专利文献1所记载的激光加工装置能够将2个激光的输出射束照射到被加工物的同一部位，但是波段不同的激光难以通过聚光透镜将焦点距离设为相同，例如，即便使用冕玻璃和火石玻璃，也难以将波段不同的激光的焦点距离设为相同。因此，如专利文献2记载的激光加工装置那样，特意使重叠的不同的波段的激光的焦点位置在被加工物的厚度方向上不同，从而获得各个波段的作用。然而，为了提高加工精度，希望使激光聚光于更小的点而提高功率密度。
本发明解决上述的课题，目的在于提供一种能够使波段不同的激光的焦点位置一致的激光加工装置。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明的激光加工装置的特征在于，具备：激光输出装置，振荡具有多个波段的激光；分光部，对各波段的激光分别进行分光；以及聚光部，将由所述分光部分光了的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置。
根据该激光加工装置，将由分光部分光了的激光通过聚光部分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置，因此能够使波段不同的激光的焦点位置一致。其结果是，使波段不同的激光聚光于更小的点而提高功率密度，由此能够提高加工精度。
而且，在本发明的激光加工装置中，其特征在于，所述分光部由棱镜构成，所述聚光部由透镜组构成。
根据该激光加工装置，通过应用基于棱镜的分光和基于透镜组的聚光，能够在从激光输出装置入射而向被加工构件照射激光为止抑制激光的能量损失。
而且，在本发明的激光加工装置中，其特征在于，所述分光部构成为棱镜的集合体，该棱镜的集合体将各波段的激光分别分光并形成为以同一光轴为中心且直径不同的多个圆环光，所述聚光部构成为透镜的集合体，该透镜的集合体以同一光轴为中心而对各个圆环光进行聚光。
根据该激光加工装置，通过将各波段的激光分光成以同一光轴为中心的多个圆环光，并将该圆环光以同一光轴为中心进行聚光，由此能够实现装置的小型化。
而且，在本发明的激光加工装置中，其特征在于具备：照射头，具有所述分光部及所述聚光部，照射各波段的激光；移动机构，使对被加工构件进行支承的支承台与所述照射头相对移动；以及控制装置，调整由所述移动机构实现的所述支承台与所述照射头之间的相对移动、以及从激光输出装置输出的激光的各种条件。
根据该激光加工装置，通过调整由移动机构实现的支承台与照射头之间的相对移动及从激光输出装置输出的激光的各种条件，由此使波段不同的激光的焦点位置一致，将波段不同的激光聚光于更小的点而提高功率密度从而提高加工精度，并且能够进行基于激光的被加工构件的加工。
发明效果
根据本发明，能够使波段不同的激光的焦点位置一致。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式的激光加工装置的概略构成图。
图2是示意性地示出本发明的实施方式1的激光加工装置的照射头的概略构成图。
图3是示意性地示出本发明的实施方式2的激光加工装置的照射头的概略构成图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的激光加工装置的一实施方式。此外，并非通过该实施方式来限定本发明。例如，在本实施方式中，说明了对板状的被加工构件进行加工的情况，但是被加工构件的形状并不特别限定。被加工构件的形状可以设为各种形状。而且，在本实施方式中，说明在被加工构件上形成孔的情况、将被加工构件切断成直线状的情况、或者对被加工构件进行焊接的情况，但是也能够通过调整被加工构件上的加工位置、即激光的照射位置，来形成为孔或直线以外的形状、例如具有弯折点的形状、弯曲的形状。而且，在本实施方式中，通过使被加工构件移动而使激光与被加工构件相对移动，但也可以使激光移动，还可以使激光和被加工构件的双方移动。
图1是示意性示出本实施方式的激光加工装置的概略构成图。如图1所示，激光加工装置10具有激光输出装置12、引导光学系统14、照射头16、移动机构18、支承台20以及控制装置22。激光加工装置10通过向设置于支承台20的被加工构件8照射激光L而对被加工构件8进行加工。在此，在本实施方式中，激光加工装置10中，将被加工构件8的表面设为XY平面，将与被加工构件8的表面正交的方向设为Z方向。
在此，本实施方式的被加工构件8是板状的构件。作为被加工构件8，可以使用各种材料，例如，由因科镍合金、哈斯特洛依合金、不锈钢、陶器、钢、碳素钢、陶瓷、硅、钛、钨、树脂、塑料、玻璃等作成的构件。而且，被加工构件8也可以使用由CFRP(碳纤维强化塑料，Carbon Fiber Reinforced Plastics)、GFRP(玻璃纤维强化塑料)、GMT(玻璃长纤维强化塑料)等纤维强化塑料、钢板以外的铁合金、铝合金等各种金属、其他复合材料等作成的构件。而且，在焊接时，也可以具有供给填充金属、粉末等的机构。
激光输出装置12是输出激光的装置。激光输出装置12振荡具有多个波段的激光。该激光输出装置12存在例如半导体激光振荡器。
引导光学系统14是将从激光输出装置12输出的激光向照射头16引导的光学系统。本实施方式的引导光学系统14是光纤。引导光学系统14的一端部与激光输出装置12的激光的出射口连接，另一端部与照射头16连接。引导光学系统14将从激光输出装置12输出的激光朝向照射头16的入射端输出。此外，引导光学系统14的结构并非限定于此。激光加工装置10可以使用反射镜、透镜的组合作为引导光学系统14，通过对激光进行反射、聚光等，来向照射头16引导。或者，可以直接从激光输出装置12引导到照射头16。
照射头16将从引导光学系统14输出的激光L向被加工构件8照射。照射头16的详情在后文叙述。
移动机构18具有臂30和使臂30移动的驱动源32。臂30通过前端来支承照射头16。驱动源32能够使臂30沿XYZ的三轴方向移动。移动机构18通过驱动源32使臂30沿XYZ方向移动，由此能够将来自照射头16的激光L照射到被加工构件8的各种位置。而且，移动机构18具有检测照射头16的XYZ方向的位置的位置检测器34。此外，本实施方式中，作为移动机构18，设为了通过臂30和驱动源32使照射头16移动的机构，但也可以使用通过XY台、XYZ台等使照射头16移动的机构。
支承台20将被加工构件8支承在规定位置。此外，激光加工装置10的支承台20也可以构成为使被加工构件8沿XY方向移动的XY台。
控制装置22对各部的动作进行控制。控制装置22调整从激光输出装置12输出的激光的各种条件，或者通过移动机构18使照射头16移动而调整照射头16相对于被加工构件8的位置。
该激光加工装置10从激光输出装置12输出激光。激光加工装置10通过引导光学系统14将输出的激光L引导到照射头16。激光加工装置10通过位置检测器34来检测照射头16的XYZ方向的位置并通过移动机构18使照射头16移动。由此，激光加工装置10能够对被加工构件8进行加工。
[实施方式1]
图2是示意性地示出本实施方式的激光加工装置的照射头的概略构成图。如图2所示，照射头16在由上述的移动机构18支承的壳体16A的内部设有分光部16B和聚光部16C。分光部16B对于从引导光学系统14入射的各波段的激光分别进行分光。在图2中，示出对于2个波段的激光分别进行分光的方式。聚光部16C将由分光部16B分光后的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置。
分光部16B由棱镜构成，从引导光学系统14入射的激光通过该分光部16B，由此，因折射率的差异而各波段的激光被朝向不同的方向分光。
聚光部16C分别与由分光部16B分光了的各波段的激光对应地设置。各聚光部16C构成为平行光学系统16Ca和聚光光学系统16Cb的透镜组，该平行光学系统16Ca使从分光部16B入射的激光成为平行光，该聚光光学系统16Cb对通过平行光学系统16Ca形成为平行光的激光进行聚光。此外，图2所示的平行光学系统16Ca及聚光光学系统16Cb是示意性结构，并非对透镜结构进行限定。
在该照射头16中，聚光了的激光L向被加工构件8照射。在本实施方式中，激光输出装置12振荡具有多个(在图2中为2个)波段的激光。该激光以如下方式被照射：在由分光部16B分别分光成各波段之后，分别在聚光部16C利用平行光学系统16Ca而形成为平行光，利用聚光光学系统16Cb被聚光，各波段的激光L1、L2独立地使焦点一致地对合于同一位置(被加工构件8的被加工位置(表面))。
这样，本实施方式的激光加工装置10具备：振荡具有多个波段的激光的激光输出装置12；对各波段的激光分别进行分光的分光部16B；将由所述分光部16B分光了的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置的聚光部16C、16C。
根据该激光加工装置10，将由分光部16B分光了的激光通过聚光部16C、16C而分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置，因此能够使波段不同的激光L1、L2的焦点位置一致。其结果，使波段不同的激光L1、L2聚光于更小的点而提升功率密度，由此能够提高加工精度。
而且，在本实施方式的激光加工装置10中，优选的是，分光部16B由棱镜构成，聚光部16C由透镜组构成。
根据该激光加工装置10，通过应用基于棱镜的分光和基于透镜组的聚光，能够在从激光输出装置12入射而激光L照射到被加工构件8为止抑制激光的能量损失。
[实施方式2]
图3是示意性地示出本实施方式的激光加工装置的照射头的概略构成图。如图3所示，照射头16在由上述的移动机构18支承的壳体16D的内部设有准直部16E、分光部16F以及聚光部16G。准直部16E使从引导光学系统14入射的激光成为平行光。分光部16F对从准直部16E入射的各波段的激光分别进行分光。在图3中，示出对于3个波段的激光分别进行分光的方式。聚光部16G将由分光部16F分光了的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置。
分光部16F是连续配置棱镜而形成为圆盘状的集合体，也称为锥形透镜。该分光部16F通过使从准直部16E入射的激光经过，从而利用折射率的差异对各波段的激光分别进行分光，且以同一光轴S为中心而形成直径不同的多个圆环光R1、R2、R3。
聚光部16G构成为将多个(在本实施方式中为3个)透镜16Ga、16Gb、16Gc从中央向外侧连续配置而形成为圆盘状的集合体，以使得以同一光轴S为中心而对各个圆环光R1、R2、R3进行聚光。
在该照射头16中，聚光了的激光L被向被加工构件8照射。在本实施方式中，激光输出装置12振荡出具有多个(在图3中为3个)波段的激光。该激光以如下方式被照射：在利用分光部16F而分别被分光成各波段并形成为圆环光R1、R2、R3之后，分别在聚光部16G处被聚光，各波段的激光L1、L2、L3独立地使焦点一致地对合于同一位置(被加工构件8的被加工位置(表面))。
这样，本实施方式的激光加工装置10具备：振荡具有多个波段的激光的激光输出装置12；对各波段的激光分别进行分光的分光部16F；将由所述分光部16F分光了的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置的聚光部16G。
根据该激光加工装置10，将由分光部16F分光了的激光通过聚光部16G的透镜16Ga、16Gb、16Gc而分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置，因此能够使波段不同的激光L1、L2、L3的焦点位置一致。其结果，使波段不同的激光L1、L2、L3聚光于更小的点而提高功率密度，由此能够提高加工精度。
而且，在本实施方式的激光加工装置10中，优选的是，分光部16F构成为将各波段的激光分别分光并设为以同一光轴S为中心且直径不同的多个圆环光R1、R2、R3的棱镜的集合体，聚光部16G构成为以同一光轴S为中心而对各个圆环光R1、R2、R3进行聚光的透镜16Ga、16Gb、16Gc的集合体。
根据该激光加工装置10，将各波段的激光分光成以同一光轴S为中心的多个圆环光R1、R2、R3，将该圆环光R1、R2、R3以同一光轴S为中心进行聚光，因此能够使波段不同的激光L1、L2、L3的焦点位置一致。其结果，使波段不同的激光L1、L2、L3聚光于更小的点而提升功率密度，由此能够提高加工精度。尤其是根据该激光加工装置10，将各波段的激光分光成以同一光轴S为中心的多个圆环光R1、R2、R3，将该圆环光R1、R2、R3以同一光轴S为中心而进行聚光，由此，与上述的实施方式1相比，能够实现装置的小型化。
附图标记说明
8 被加工构件
10 激光加工装置
12 激光输出装置
16 照射头
16A 壳体
16B 分光部
16C 聚光部
16D 壳体
16E 准直部
16F 分光部
16G 聚光部
16Ga、16Gb、16Gc 透镜
S 光轴

Claims (2)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：
激光输出装置，振荡具有多个波段的激光；
准直部，与激光输出装置相邻设置，使从激光输出装置输出的各波段的激光成为平行光；
分光部，构成为棱镜的集合体，该棱镜的集合体将通过所述准直部成为平行光的、从所述准直部输出的所述各波段的激光分别进行分光并形成为以同一光轴为中心且直径不同的多个圆环光；以及
聚光部，构成为透镜的集合体，该透镜的集合体以将由所述分光部分光而从所述分光部输出的各波段的激光分别独立地聚光并使焦点对合于同一位置的方式，以同一光轴为中心而对各个圆环光进行聚光。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，具备：
照射头，具有所述分光部及所述聚光部，照射各波段的激光；
移动机构，使对被加工构件进行支承的支承台与所述照射头相对移动；以及
控制装置，调整由所述移动机构实现的所述支承台与所述照射头之间的相对移动、以及从激光输出装置输出的激光的各种条件。
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