CN110421251A - 激光加工装置 - Google Patents

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CN110421251A CN201910359483.7A CN201910359483A CN110421251A CN 110421251 A CN110421251 A CN 110421251A CN 201910359483 A CN201910359483 A CN 201910359483A CN 110421251 A CN110421251 A CN 110421251A
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广木知之
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Hachitsu Corp
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Abstract

提供一种激光加工装置，能够利用简单的结构提高加工效率。该激光加工装置具备：多个第一激光器(1a、1b)，其用于输出第一激光；多个第二激光器(2a、2b)，其配置在多个第一激光器的外侧，用于输出第二激光；聚光透镜(3)，其使第一激光和第二激光会聚；多模光纤(4)，其将从聚光透镜(3)入射的第一激光和第二激光以多模方式传输；准直透镜(5)，其对从多模光纤射出的第二激光和以比第二激光的射出角小的射出角射出的第一激光进行准直；以及聚光透镜(6)，其使利用准直透镜进行准直后的第一激光和第二激光会聚后照射到加工对象(7)。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种具备多个激光二极管和多模光纤的激光加工装置。
背景技术
在专利文献1中记载一种进行CFRP(碳纤维增强塑料)等纤维增强复合材料的激光加工的激光加工装置。该激光加工装置使用衍射光学元件等加工光学系统使两种不同的激光分支，一边使其进行高速旋转，一边使用特殊金属反射镜将光轴与其它激光束一起合成来对工件进行照射。
由此，能够进行树脂涂层的金属板、纤维增强树脂等复合材料的去除加工或焊接，并且能够提高激光加工的效率。
另外，已知如下一种方法：即使在使用了单一激光的情况下，也通过利用加热器等进行热输入来使加工效率、加工品质提高。在专利文献2中，在激光炬中，以朝向材料的激光照射部的方式附加设置预热装置，通过利用预热装置进行预热来消除用于预热的能量损耗。
另外，为了利用加工用激光进行加工装置的定位，有时同轴照射与加工用激光不同的激光来进行利用。
专利文献1：日本特开2015-434号公报
专利文献2：日本特开平6-23574号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献2中，由于设置预热装置，因此结构复杂化，并且预热装置价格昂贵。在专利文献1中，由于使用衍射光学元件、特殊金属反射镜，因此结构复杂化。
本发明的课题在于提供一种能够利用简单的结构提高加工效率的激光加工装置。
用于解决问题的方案
本发明所涉及的激光加工装置的第一发明具备：多个第一激光器，其用于输出第一激光；多个第二激光器，其配置在所述多个第一激光器的外侧，用于输出第二激光；第一聚光透镜，其使所述第一激光和所述第二激光会聚；多模光纤，其将从所述第一聚光透镜入射的所述第一激光和所述第二激光以多模方式传输；准直透镜，其对从所述多模光纤射出的所述第二激光和以比所述第二激光的射出角小的射出角射出的所述第一激光进行准直；以及第二聚光透镜，其使利用所述准直透镜进行了准直后的所述第一激光和所述第二激光会聚后照射到加工对象。
在第二发明中，通过脉冲来驱动所述多个第一激光器，通过连续波来驱动所述多个第二激光器。
在第三发明中，在所述第一激光的焦深的范围内使所述加工对象与激光照射端的相对位置变化。
发明的效果
根据本发明，能够利用简单的结构对加工对象照射多种激光，因此能够简单且便宜地提高加工效率。
附图说明
图1是本发明的实施例1的激光加工装置的结构图。
图2是实施例1的激光加工装置的向加工对象照射的照射点的示意图。
图3是用于说明实施例1的激光加工装置的基于多种激光的焦深的图。
附图标记说明
1a、1b：第一激光器；2a、2b：第二激光器；3：聚光透镜；4：多模光纤；5：准直透镜；6：聚光透镜；7：加工对象；10：壳体；BM11a、BM11b、BM12a、BM12b、BM13～BM20：激光；SP1、SP2：照射点。
具体实施方式
(实施例1)
图1是本发明的实施例1的激光加工装置的结构图。激光加工装置具备第一激光器1a、1b、第二激光器2a、2b、聚光透镜3、多模光纤4、准直透镜5以及聚光透镜6。
第一激光器1a、1b、第二激光器2a、2b、聚光透镜3以及多模光纤4设置在箱状的壳体10内。
第一激光器1a、1b是用于输出第一激光的加工用激光器，例如是固体激光器、光纤激光器等。通过脉冲来驱动第一激光器1a、1b。
第二激光器2a、2b是配置在第一激光器1a、1b的外侧的用于输出第二激光的加工辅助用激光器，例如是半导体激光器、光纤激光器等。通过连续波(CW)来驱动第二激光器2a、2b。
激光器1a、1b、2a、2b分别按规定间隔配置。在图1中，激光器1a、1b和激光2a、2b各自的数量是2个，但其个数并不限定于2个，也可以是其它个数。
聚光透镜3对应于本发明的第一聚光透镜，与第一激光器1a、1b及第二激光器2a、2b相向地配置，用于使从第一激光器1a、1b射出的第一激光和从第二激光器2a、2b射出的第二激光会聚。
多模光纤4将从聚光透镜3入射的第一激光和第二激光以多模方式传输。第一激光的入射角比第二激光的入射角小。
准直透镜5对从多模光纤4射出的第二激光和以比第二激光的射出角小的射出角射出的第一激光进行准直。
聚光透镜6对应于本发明的第二聚光透镜，使利用准直透镜5进行了准直后的第一激光和第二激光会聚后照射到加工对象7。
接着说明以这种方式构成的实施例1的激光加工装置的动作。在此，作为加工对象7，例示作为难加工材料的铜材料的加工。
首先，第一激光器1a、1b通过脉冲来驱动，产生超过10W的高输出的第一激光BM11a、11b，并将第一激光BM11a、11b输出到聚光透镜3。
在第一激光器1a、1b的外侧配置的第二激光器2a、2b通过CW来驱动，产生对于铜材料而言具有高的光吸收率且具有500nm以下的波长的热输入用的第二激光BM12a、12b，并将第二激光BM12a、12b输出到聚光透镜3。
第一激光BM11a、11b透过聚光透镜3的位置R1即距透镜中心的距离与第二激光BM12a、12b透过聚光透镜3的位置R2即距透镜中心的距离相比位于内侧。即R1<R2。
聚光透镜3使从第一激光器1a、1b射出的第一激光BM11a、11b和从第二激光器2a、2b射出的第二激光BM12a、12b会聚，由此将第一激光BM13和第二激光BM14引导至多模光纤4。
多模光纤4将从聚光透镜3入射的第一激光BM13和第二激光BM14以多模方式传输。准直透镜5对从多模光纤4射出的第二激光BM16和以比第二激光BM16的射出角小的射出角射出的第一激光BM15进行准直。
聚光透镜6使利用准直透镜5进行了准直后的第一激光BM17和第二激光BM18会聚，以偏离焦点位置的方式将第一激光BM19和第二激光BM20照射到加工对象7。
无论多模光纤自身所具有的NA如何，多模光纤4都以大致保存入射角的方式射出激光，因此在被输出的情况下，入射角大的输入光的射出角也易于扩大。因此，在偏离了焦点位置的点处，如图2所示那样获得与第一激光BM19及第二激光BM20对应的不同直径的照射点SP1、SP2(SP1<SP2)。
此时，如图3所示，在第一激光BM19的焦深DT的范围内使加工对象7与激光照射端的相对位置变化。在此，焦深是指在会聚激光时产生的光点直径在光学上视为相同直径的范围。焦深用±λ/(2NA2)来表示。λ是波长，NA是数值孔径。
在第一激光BM19的焦深DT的范围内且偏离焦点位置的位置处对加工对象7照射激光，由此能够利用第二激光器2a、2b对与第一激光器1a、1b的加工点相比稍大的范围进行热输入。
这样，根据实施例1的激光加工装置，能够将第一激光BM19和第二激光BM20照射到相同的照射点，因此在加工对象是如CFRP那样的复合材料的情况下，通过脉冲驱动来使用第一激光器1a、1b，通过CW驱动来使用第二激光器2a、2b，由此能够利用简单的结构来提高加工效率。
另外，第二激光能够照射比第一激光所照射的范围大的范围，因此例如在作为加工辅助的效果而进行热输入的情况下，能够对包括加工位置(第一激光器1a、1b的照射范围)在内的大范围简单地进行热输入。另外，即使在作为辅助的效果而进行加工位置的定位的情况下，也能够可靠地表示第一激光器1a、1b的照射位置。
此外，本发明并不限定于实施例1的激光加工装置。在实施例1的激光加工装置中，对第一激光器1a、1b进行脉冲驱动，对第二激光器2a、2b进行CW驱动，但也可以例如将第一激光器1a、1b的波长与第二激光器2a、2b的波长设为不同的波长。
产业上的可利用性
本发明能够应用于铜材料、CFRP等复合材料的加工。

Claims (3)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：
多个第一激光器，其用于输出第一激光；
多个第二激光器，其配置在所述多个第一激光器的外侧，用于输出第二激光；
第一聚光透镜，其使所述第一激光和所述第二激光会聚；
多模光纤，其将从所述第一聚光透镜入射的所述第一激光和所述第二激光以多模方式传输；
准直透镜，其对从所述多模光纤射出的所述第二激光和以比所述第二激光的射出角小的射出角射出的所述第一激光进行准直；以及
第二聚光透镜，其使利用所述准直透镜进行了准直后的所述第一激光和所述第二激光会聚后照射到加工对象。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
通过脉冲来驱动所述多个第一激光器，通过连续波来驱动所述多个第二激光器。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
在所述第一激光的焦深的范围内使所述加工对象与激光照射端的相对位置变化。
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