JP2000263267A - Fiber optical system of incidence for laser beam machine - Google Patents

Fiber optical system of incidence for laser beam machine

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JP2000263267A
JP2000263267A JP11070779A JP7077999A JP2000263267A JP 2000263267 A JP2000263267 A JP 2000263267A JP 11070779 A JP11070779 A JP 11070779A JP 7077999 A JP7077999 A JP 7077999A JP 2000263267 A JP2000263267 A JP 2000263267A
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JP
Japan
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laser
laser light
incident
optical system
fiber
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JP11070779A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshinari Suzuki
義成 鈴木
Sadahiko Kimura
定彦 木村
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust a focal depth by providing a fiber optical system of incidence for laser beam machining capable of easily changing a beam cone angle without causing the weight increase of an emitting optical system and without changing the spot diameter of a laser beam at a focal point. SOLUTION: A fiber optical system of incidence is arranged between a laser beam oscillator 11 and an optical fiber 13 and has a fixed aperture 22 and a movable aperture 24. Part of a laser beam converged with an incident side focusing lens 14 is reflected by the movable aperture, is reflected in multiplex between the fixed aperture and the movable aperture and is guided outward. As a result, the laser beam passed the movable aperture has a reduced beam diameter. By this method, the beam diameter which is made incident to a machining head through a collimating lens 26, an emitting side focus lens 27 and the optical fiber 13 is reduced, and the beam cone angle of the laser beam which is emitted from the machining head conducting collimating/converging is changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置用
ファイバ入射光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber incidence optical system for a laser processing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ光を利用し
て、被加工物を切断したり、穴を空けたり、あるいは溶
接を行う装置である。このようなレーザ加工装置の中に
は、レーザ発振器からのレーザ光を光ファイバを用いて
被加工物の近傍に導き、光ファイバの出射端に取り付け
た出射光学系(加工ヘッド)を通して被加工物に照射す
るタイプのものがある。
2. Description of the Related Art A laser processing apparatus is an apparatus for cutting, drilling, or welding a workpiece by using a laser beam. In such a laser processing apparatus, a laser beam from a laser oscillator is guided to the vicinity of a workpiece using an optical fiber, and the workpiece is processed through an emission optical system (processing head) attached to an emission end of the optical fiber. There is a type of irradiation.

【0003】従来のレーザ加工装置では、レーザ発振器
と出射光学系との間が直接光ファイバにより接続されて
いる。そして、出射光学系は、光ファイバの出射端から
出射されたレーザ光を平行光に変換するコリメートレン
ズと、コリメートレンズから出射された平行レーザ光を
集光し、被加工物に照射する加工レンズとを有してい
る。
In a conventional laser processing apparatus, a laser oscillator and an emission optical system are directly connected by an optical fiber. The output optical system includes a collimator lens that converts the laser light emitted from the output end of the optical fiber into parallel light, and a processing lens that collects the parallel laser light emitted from the collimator lens and irradiates the workpiece with the collimated lens. And

【0004】このようなレーザ加工装置では、出射光学
系において、光ファイバの出射端から出射されたレーザ
光が、コリメートレンズにより平行光に変換され、加工
レンズによって集光されて、被加工物に照射される。被
加工物は、レーザ光の照射により局所的に加熱される。
その結果、レーザ光が照射された領域でアブレーション
等が起こり、被加工物には切断等の加工が施される。
In such a laser processing apparatus, in an emission optical system, laser light emitted from an emission end of an optical fiber is converted into parallel light by a collimator lens, condensed by a processing lens, and formed on a workpiece. Irradiated. The workpiece is locally heated by laser light irradiation.
As a result, ablation or the like occurs in a region irradiated with the laser light, and the workpiece is subjected to processing such as cutting.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
では、被加工物に照射されるレーザ光のビームコーンア
ングルは、出射光学系のコリメータレンズ及び加工レン
ズの焦点距離と、光ファイバ、コリメータレンズ、及び
加工レンズの相互の位置関係と、加工レンズに入射する
レーザ光のビーム径によって決まる。つまり、従来のレ
ーザ加工装置では、ビームコーンアングルが固定されて
おり、被加工物の形状等に応じてビームコーンアングル
を変更することができないという問題点がある。
In a conventional laser processing apparatus, the beam cone angle of a laser beam irradiated on a workpiece is determined by the focal length of a collimator lens and a processing lens of an emission optical system, an optical fiber, and a collimator lens. , And the processing lens and the beam diameter of the laser beam incident on the processing lens. That is, in the conventional laser processing apparatus, the beam cone angle is fixed, and there is a problem that the beam cone angle cannot be changed according to the shape of the workpiece.

【0006】また、レーザ加工装置を用いて被加工物の
切断を行う場合、その高さ方向(レーザ光の照射方向)
についての切断加工裕度は、加工点での焦点深度に大き
く依存し、焦点深度が深いほど切断加工裕度が広くな
る。この焦点深度は、加工レンズの焦点距離を長くすれ
ば深くすることができる。しかし、加工レンズの焦点距
離を長くすると、集光点におけるレーザ光のスポット径
が大きくなってしまい、加工に必要なエネルギー密度が
得られなくなるという問題点がある。
When a workpiece is cut using a laser processing apparatus, the height direction (the direction of laser beam irradiation) is used.
The cutting allowance for (1) largely depends on the depth of focus at the processing point, and the deeper the depth of focus, the wider the cutting allowance. This depth of focus can be increased by increasing the focal length of the processing lens. However, when the focal length of the processing lens is increased, the spot diameter of the laser beam at the focal point becomes large, and there is a problem that the energy density required for processing cannot be obtained.

【0007】ここで、ビームコーンアングルを変更でき
るようなビームコーンアングル調節機構を出射光学系に
組み込むことも考えられるが、小型軽量であることが望
まれる出射光学系の大型化、重量化を招き、その出射光
学系の移動制御が困難になるという問題を引き起こして
しまう。
Here, it is conceivable to incorporate a beam cone angle adjusting mechanism capable of changing the beam cone angle into the emission optical system. However, it is necessary to increase the size and weight of the emission optical system, which is desired to be small and lightweight. This causes a problem that the movement control of the emission optical system becomes difficult.

【0008】本発明は、ビームコーンアングルを容易に
変更することができるレーザ加工装置用ファイバ入射光
学系を提供し、もって、出射光学系の重量化を招くこと
なく、また、集光点におけるレーザ光のスポット径を変
えることなく、焦点深度を調整することができるように
することを目的とする。
The present invention provides a fiber input optical system for a laser processing apparatus capable of easily changing a beam cone angle, and thereby does not increase the weight of an output optical system, and provides a laser beam at a focal point. It is an object to adjust the depth of focus without changing the spot diameter of light.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
発振器と、加工ヘッドと、前記レーザ発振器からのレー
ザ光を前記加工ヘッドに伝搬させる第1の光ファイバと
を備えたレーザ加工装置に用いられ、前記レーザ発振器
と前記第1の光ファイバとの間に配置されるレーザ加工
装置用ファイバ入射光学系であって、入射レーザ光を平
行レーザ光にするコリメートレンズと、前記平行レーザ
光を集光し、集光されたレーザ光を第1の光ファイバに
入射させる第1のフォーカシングレンズと、前記コリメ
ートレンズの前段に配置され、前記入射レーザ光の一部
を通過させるとともに残りを反射して当該入射レーザ光
のビーム径を変える第1のアパーチャ手段と、該第1の
アパーチャ手段の前段に配置され、前記入射レーザ光を
通過させ手前記第1のアパーチャ手段へ到達させるとと
もに、前記第1のアパーチャ手段によって反射された反
射レーザ光を、当該第1のアパーチャ手段との間で多重
反射させて外方へ導く第2のアパーチャ手段とを有して
いることを特徴とするレーザ加工装置用ファイバ入射光
学系が得られる。
According to the present invention, there is provided a laser processing apparatus including a laser oscillator, a processing head, and a first optical fiber for transmitting laser light from the laser oscillator to the processing head. A fiber incident optical system for a laser processing apparatus, which is disposed between the laser oscillator and the first optical fiber, wherein the collimating lens converts incident laser light into parallel laser light; A first focusing lens for condensing and converging the converged laser light to the first optical fiber; and a first focusing lens disposed before the collimating lens to pass a part of the incident laser light and reflect the rest. A first aperture means for changing the beam diameter of the incident laser light, and a first aperture means disposed before the first aperture means for allowing the incident laser light to pass therethrough. And second aperture means for causing the reflected laser light reflected by the first aperture means to undergo multiple reflections between the first aperture means and guiding the reflected laser light to the outside. Thus, a fiber incidence optical system for a laser processing apparatus is obtained.

【0010】ここで、前記第1のアパーチャ手段は、前
記入射レーザ光の光軸に沿って移動可能に配設されてい
ることが望ましい。
Here, it is desirable that the first aperture means is provided so as to be movable along the optical axis of the incident laser light.

【0011】また、本発明によれば、前記第1のアパー
チャ手段及び前記第2のアパーチャ手段によって外方に
導かれた反射レーザ光を吸収するレーザ光吸収手段を有
していることを特徴とするレーザ加工装置用出射光学系
が得られる。
Further, according to the present invention, there is provided a laser light absorbing means for absorbing reflected laser light guided outward by the first aperture means and the second aperture means. An emission optical system for a laser processing device is obtained.

【0012】前記レーザ光吸収手段は、例えば、前記第
1のアパーチャ手段及び前記第2のアパーチャ手段に各
々取り付けられた第1の冷却ブロック及び第2の冷却ブ
ロックである。
The laser beam absorbing means is, for example, a first cooling block and a second cooling block attached to the first aperture means and the second aperture means, respectively.

【0013】また、前記第1の冷却ブロック及び前記第
2の冷却ブロックの表面には、溝を形成してもよい。
Further, grooves may be formed on the surfaces of the first cooling block and the second cooling block.

【0014】本発明によるレーザ加工装置用ファイバ入
射光学系は、レーザ発振器から出射するレーザ光を集光
する第2のフォーカシングレンズとともに用いられる
か、または、前記入射レーザビームを出射する光ファイ
バの先端に取り付けられて用いられる。
The fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to the present invention is used together with a second focusing lens for condensing a laser beam emitted from a laser oscillator, or a tip of an optical fiber for emitting the incident laser beam. It is used by being attached to.

【0015】また、本発明によれば、レーザ光を発生す
るレーザ発振器と、前記レーザ光を集光して加工対象物
に照射する加工ヘッドと、前記レーザ発振器から前記加
工ヘッドへ前記レーザ光を伝搬させる光ファイバとを備
えたレーザ加工装置において、前記レーザ発振器と前記
光ファイバとの間、または、前記光ファイバの途中に、
前記加工ヘッドから出射されるレーザ光のビームコーン
アングルを調節するファイバ入射光学系を設けたことを
特徴とするレーザ加工装置が得られる。
Further, according to the present invention, a laser oscillator for generating a laser beam, a processing head for condensing the laser beam and irradiating the laser beam to an object to be processed, and transmitting the laser beam from the laser oscillator to the processing head In a laser processing apparatus having an optical fiber to propagate, between the laser oscillator and the optical fiber, or in the middle of the optical fiber,
There is provided a laser processing apparatus provided with a fiber incident optical system for adjusting a beam cone angle of laser light emitted from the processing head.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0017】本発明のファイバ入射光学系は、図1
(a)及び(b)にそれぞれ示すように、レーザ光を生
成するレーザ発振器11と、レーザ発振器11からのレ
ーザ光を加工対象物に照射する出射光学系(加工ヘッ
ド)12と、これらの間を接続し、レーザ発振器11か
ら出射光学系12まで、レーザ光を伝搬させる光ファイ
バ13(又は13a及び13b)とを有するレーザ加工
装置に利用される。
FIG. 1 shows a fiber incident optical system according to the present invention.
As shown in (a) and (b), respectively, a laser oscillator 11 that generates laser light, an emission optical system (processing head) 12 that irradiates a laser beam from the laser oscillator 11 to a processing target, and And an optical fiber 13 (or 13a and 13b) for transmitting a laser beam from the laser oscillator 11 to the emission optical system 12.

【0018】図1(a)に示すレーザ加工装置では、レ
ーザ発振器11と光ファイバ13との間にファイバ入射
光学系が配設されている。この場合、ファイバ入射光学
系は、直接レーザ発振器11に取り付けられる。そし
て、レーザ発振器11からの平行光であるレーザ光を集
光するために、入射側フォーカシングレンズ14を有し
ている。このレーザ加工装置は、比較的光ファイバ13
が短い場合、例えば、10m以下の場合に適している。
また、図1(b)に示すレーザ加工装置では、光ファイ
バ13aと13bとの間に、ファイバ入射光学系が挿入
されている。この場合、光ファイバ13aから出射した
レーザビームは発散するため、図1(a)に示すような
入射側フォーカシングレンズは不要である。このレーザ
加工装置は、光ファイバ13a及び13bの合計が比較
的長い場合、例えば10m以上の場合に適している。な
お、光ファイバ13bの長さは、光ファイバのNAの影
響を考慮すると、5m以下であることが好ましい。
In the laser processing apparatus shown in FIG. 1A, a fiber incident optical system is provided between a laser oscillator 11 and an optical fiber 13. In this case, the fiber incidence optical system is directly attached to the laser oscillator 11. Further, it has an incident-side focusing lens 14 for condensing laser light, which is parallel light from the laser oscillator 11. This laser processing apparatus has a relatively high optical fiber 13
Is suitable, for example, when the length is 10 m or less.
In the laser processing apparatus shown in FIG. 1B, a fiber incident optical system is inserted between the optical fibers 13a and 13b. In this case, since the laser beam emitted from the optical fiber 13a diverges, the incident side focusing lens as shown in FIG. 1A is unnecessary. This laser processing device is suitable when the total of the optical fibers 13a and 13b is relatively long, for example, when the total length is 10 m or more. The length of the optical fiber 13b is preferably 5 m or less in consideration of the influence of the NA of the optical fiber.

【0019】次に、図2を参照して、本発明の一実施の
形態によるレーザ加工装置用ファイバ入射光学系につい
て詳述する。なお、図2に示すファイバ入射光学系は、
レーザ発振器11に固定されるタイプのものであるた
め、入射側フォーカシングレンズ14を備えているが、
図1(b)に示すように2本の光ファイバ間に接続され
る場合は、この入射側フォーカシングレンズ14は不要
である。また、レーザ発振器11が出射光を集光するフ
ォーカシングレンズを備えている場合も、この入射側フ
ォーカシングレンズ14は不要である。
Next, a fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The fiber incident optical system shown in FIG.
Since it is of a type fixed to the laser oscillator 11, it has an incident-side focusing lens 14.
In the case where the optical fiber is connected between two optical fibers as shown in FIG. 1B, the incident side focusing lens 14 is unnecessary. Also, when the laser oscillator 11 includes a focusing lens for condensing the emitted light, the incident-side focusing lens 14 is unnecessary.

【0020】図2のファイバ入射光学系は、レーザ発振
器11に固定されるケース21内に収められている。そ
して、このファイバ入射光学系は、レーザ発振器11か
らのレーザ光を集光する入射側フォーカシングレンズ1
4に加え、入射側フォーカシングレンズ14で集光され
た後発散したレーザ光を通過させる開口部を有する固定
アパーチャ22、固定アパーチャ22をケース21に固
定する固定冷却ブロック23、固定アパーチャ22の開
口部を通過したレーザ光をさらに通過させる開口部を有
する可動アパーチャ24、可動アパーチャ24を入射側
フォーカシングレンズ14からのレーザ光の光軸に沿っ
て移動可能な状態で支持する可動冷却ブロック25、可
動アパーチャ24の開口部を通過したレーザ光をコリメ
ートする(平行光にする)コリメートレンズ26、及び
コリメートレンズ26によりコリメートされたレーザ光
を集光して光ファイバ13に入射させる出射側フォーカ
シングレンズ27を有している。
The fiber incidence optical system shown in FIG. 2 is housed in a case 21 fixed to the laser oscillator 11. The fiber incident optical system includes an incident side focusing lens 1 for condensing laser light from a laser oscillator 11.
4, a fixed aperture 22 having an opening through which the divergent laser light condensed by the incident-side focusing lens 14 passes, a fixed cooling block 23 for fixing the fixed aperture 22 to the case 21, and an opening of the fixed aperture 22. A movable aperture 24 having an opening for further passing the laser light passing therethrough, a movable cooling block 25 supporting the movable aperture 24 so as to be movable along the optical axis of the laser light from the incident side focusing lens 14, a movable aperture The collimating lens 26 collimates (converts into parallel light) the laser light passing through the opening 24, and the emission-side focusing lens 27 that collects the laser light collimated by the collimating lens 26 and makes the collimated laser light enter the optical fiber 13. are doing.

【0021】図2に示すように、入射側フォーカシング
レンズ14によって点Aに集光されたレーザ光は、その
後、発散しながら固定アパーチャ22に入射する。固定
アパーチャ22の開口部の大きさは、その設置位置にお
いて、入射するレーザ光をすべて通過させる大きさであ
って、可動アパーチャ24によって反射されたレーザ光
の通過を阻止する大きさである。また、可動アパーチャ
24の開口部の大きさは、この可動アパーチャ24が、
最も固定アパーチャ22に近い位置にあるときに、入射
するレーザ光をすべて通過させる大きさであって、可動
アパーチャ24を固定アパーチャ22より遠ざけて、コ
リメートレンズ26に近づけることにより、レーザ光の
一部を遮る大きさとする。
As shown in FIG. 2, the laser beam condensed at the point A by the incident side focusing lens 14 then enters the fixed aperture 22 while diverging. The size of the opening of the fixed aperture 22 is a size that allows all the incident laser light to pass therethrough at the installation position, and a size that blocks the passage of the laser light reflected by the movable aperture 24. The size of the opening of the movable aperture 24 is such that
When the movable aperture 24 is located farther from the fixed aperture 22 and is closer to the collimating lens 26 when the movable aperture 24 is located closer to the collimator lens 26, a part of the laser light is transmitted. To a size that blocks

【0022】固定アパーチャ22及び可動アパーチャ2
4の互いに対向する面は、それぞれレーザ光を反射する
反射面としてある。これにより、可動アパーチャ24で
カットとされたレーザ光は、これら固定アパーチャ22
と可動アパーチャ24との間で多重反射されながら、外
方へと導かれる。
Fixed aperture 22 and movable aperture 2
The surfaces facing each other are reflection surfaces that reflect laser light. As a result, the laser beam cut by the movable aperture 24 is
The light is guided outward while being multiple-reflected between and the movable aperture 24.

【0023】固定冷却ブロック23及び可動冷却ブロッ
ク25の表面には、固定アパーチャ22と可動アパーチ
ャ24との間で多重反射されたレーザ光をすべて吸収す
るようにそれぞれ溝28が形成されている。また、固定
冷却ブロック23及び可動冷却ブロック25の内部に
は、冷却水が循環させてある。さらに、可動冷却ブロッ
ク25には、この可動冷却ブロック25を図の上下方向
に移動させるための高さ調整ネジ29が固定されてお
り、この高さ調整ネジ29は、ケース21の外にその一
部を露出させている。
Grooves 28 are respectively formed on the surfaces of the fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25 so as to absorb all the laser beams multiple-reflected between the fixed aperture 22 and the movable aperture 24. Cooling water is circulated inside the fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25. Further, a height adjusting screw 29 for moving the movable cooling block 25 in the vertical direction in the figure is fixed to the movable cooling block 25, and the height adjusting screw 29 is attached to the outside of the case 21. The part is exposed.

【0024】以下、図3及び図4を参照して、この出射
光学系の動作について説明する。
The operation of the output optical system will be described below with reference to FIGS.

【0025】まず、図3を参照して、高さ調整ネジ29
を操作して、可動アパーチャ24を、固定アパーチャ2
2に最も近づけた場合について説明する。この場合、入
射側フォーカシングレンズ14を透過したレーザ光は、
全て、固定アパーチャ22及び可動アパーチャ24の開
口部を通過し、コリメートレンズ26に入射する。そし
て、コリメートレンズ26に入射したレーザ光は、そこ
でコリメートされた後、出射側フォーカシングレンズ2
7に入射し、そこで集光されて光ファイバ13に入射さ
れる。
First, referring to FIG.
To move the movable aperture 24 to the fixed aperture 2
2 will be described. In this case, the laser beam transmitted through the incident side focusing lens 14 is
All of the light passes through the openings of the fixed aperture 22 and the movable aperture 24 and enters the collimator lens 26. Then, the laser beam incident on the collimating lens 26 is collimated there,
7, the light is condensed there, and is incident on the optical fiber 13.

【0026】光ファイバ13を通して出射光学系12に
伝搬したレーザ光は、コリメートレンズ31によりコリ
メートされ、加工レンズ32により集光されて、加工対
象物に照射される。この場合、出射光学系12から加工
対象物に照射されるレーザ光のビームコーンアングル
は、ファイバ入射光学系が存在しない場合のビームコー
ンアングルと等しくなる。
The laser light that has propagated to the emission optical system 12 through the optical fiber 13 is collimated by a collimating lens 31, condensed by a processing lens 32, and irradiated on a processing target. In this case, the beam cone angle of the laser light emitted from the emission optical system 12 to the object to be processed is equal to the beam cone angle when the fiber incidence optical system does not exist.

【0027】次に、図4を参照して、高さ調整ネジ29
を操作し、可動アパーチャ24を、コリメートレンズ2
6のほうへ近づけた場合について説明する。この場合、
固定アパーチャ22の開口部を通過したレーザ光は、一
部が可動アパーチャ24の開口部をそのまま通過し、残
りが可動アパーチャ24によって反射される。可動アパ
ーチャ24によって反射されるレーザ光の割合は、可動
アパーチャ24をコリメートレンズ26に近づけるほど
大きくなる。また、コリメートレンズ26に入射するレ
ーザ光のビーム径は、可動アパーチャ24をコリメート
レンズ26に近づけるほど小さくなる。
Next, referring to FIG.
To move the movable aperture 24 to the collimating lens 2
The case of approaching 6 will be described. in this case,
A part of the laser light that has passed through the opening of the fixed aperture 22 passes through the opening of the movable aperture 24 as it is, and the rest is reflected by the movable aperture 24. The ratio of the laser beam reflected by the movable aperture 24 increases as the movable aperture 24 approaches the collimator lens 26. Further, the beam diameter of the laser light incident on the collimator lens 26 decreases as the movable aperture 24 approaches the collimator lens 26.

【0028】コリメートレンズ26に入射したレーザ光
は、図3の場合と同様に、コリメートレンズ26でコリ
メートされた後、出射側フォーカシングレンズ27で集
光され、光ファイバ13に入射する。光ファイバ13を
伝搬したレーザ光は、出射光学系12において、コリメ
ートレンズ31でコリメートされ、加工レンズ32で集
光されて被加工物に照射される。
The laser beam incident on the collimating lens 26 is collimated by the collimating lens 26 and then condensed by the focusing lens 27 on the outgoing side, as in the case of FIG. The laser light that has propagated through the optical fiber 13 is collimated by the collimating lens 31 in the emission optical system 12, condensed by the processing lens 32, and irradiated on the workpiece.

【0029】ここで、被加工物に照射されるレーザ光の
レーザビームコーンアングルは、ファイバ入射光学系の
コリメートレンズ17に入射したレーザ光のビーム径が
小さくなっていることに伴い、小さくなる。即ち、可動
アパーチャ24をコリメートレンズ26に近づけるほ
ど、レーザビームコーンアングルは小さくなる。図4で
は、可動アパーチャ24がレーザ光をすべて通過させる
場合のレーザ光を破線で、レーザ光を一部反射する場合
のレーザ光を二点鎖線で示している。また、レーザビー
ムコーンアングルが小さくなるに伴い、焦点深度も大き
くなる。
Here, the laser beam cone angle of the laser beam applied to the workpiece becomes smaller as the beam diameter of the laser beam incident on the collimator lens 17 of the fiber incident optical system becomes smaller. That is, the closer the movable aperture 24 is to the collimating lens 26, the smaller the laser beam cone angle becomes. In FIG. 4, the laser light when the movable aperture 24 allows all of the laser light to pass is indicated by a broken line, and the laser light when the laser light is partially reflected is indicated by a two-dot chain line. Also, as the laser beam cone angle decreases, the depth of focus also increases.

【0030】一方、可動アパーチャ24で反射されたレ
ーザ光は、固定アパーチャ22と可動アパーチャ24と
の間で繰り返し反射され(多重反射)ながら、外方へと
進み、固定冷却ブロック23又は可動冷却ブロック25
に入射する。固定冷却ブロック23及び可動冷却ブロッ
ク25は、協働して入射したレーザ光をほぼ完全に吸収
する。即ち、固定冷却ブロック23及び可動冷却ブロッ
ク25は、入射したレーザ光をほぼ完全に吸収するた
め、その表面で反射されたレーザ光が再び固定冷却ブロ
ック23又は可動冷却ブロック25に入射するよう、そ
の断面が略コの字型となる形状及び配置とされ、表面の
一部に溝28が形成されている。溝28に入射したレー
ザ光は、溝28の側面及び底面で複数回反射されなけれ
ば溝の外へ出ることができず、その間に吸収される。固
定冷却ブロック23及び可動冷却ブロック25は、レー
ザ光を吸収することにより熱を発生する。この熱は、固
定冷却ブロック23及び可動冷却ブロック25の内部
に、それぞれ流した冷却水により外部へ排出される。
On the other hand, the laser light reflected by the movable aperture 24 travels outward while being repeatedly reflected (multiple reflection) between the fixed aperture 22 and the movable aperture 24, and travels outward. 25
Incident on. The fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25 cooperate to almost completely absorb the incident laser light. That is, the fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25 absorb the incident laser light almost completely, so that the laser light reflected on the surface is again incident on the fixed cooling block 23 or the movable cooling block 25. The cross section has a substantially U shape and arrangement, and a groove 28 is formed in a part of the surface. The laser light that has entered the groove 28 cannot go out of the groove unless it is reflected a plurality of times on the side and bottom surfaces of the groove 28 and is absorbed during that time. The fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25 generate heat by absorbing a laser beam. This heat is discharged outside by the cooling water flowing into the fixed cooling block 23 and the movable cooling block 25, respectively.

【0031】以上のように、本実施の形態によるファイ
バ入射光学系は、可動アパーチャ24の位置を調整する
ことにより、加工対象物に照射されるビームコーンアン
グルを任意に変更することができる。同様に、図1
(b)に示すように、2つの光ファイバの間に本実施の
形態によるファイバ入射光学系を挿入した場合も、可動
アパーチャ24の位置を調整することにより、加工対象
物に照射されるビームコーンアングルを任意に変更する
ことができる。
As described above, the fiber incident optical system according to the present embodiment can arbitrarily change the beam cone angle applied to the workpiece by adjusting the position of the movable aperture 24. Similarly, FIG.
As shown in (b), even when the fiber incident optical system according to the present embodiment is inserted between the two optical fibers, the position of the movable aperture 24 is adjusted so that the beam cone irradiated on the workpiece is adjusted. The angle can be changed arbitrarily.

【0032】可動アパーチャ24によってビームカット
されていない状態(図3の状態)でコリメートレンズ3
1に入射するレーザ光のビーム径をDo、可動アパーチ
ャ24によってビームカットされた状態(図4の状態)
でコリメートレンズ31に入射するレーザ光のビーム径
をDaとし、それぞれの場合におけるビームコーンアン
グルをθo及びθa、加工点における出力をPo及びP
aとした場合の、コリメートレンズ31に入射するビー
ム径比(Da/Do)とコーンアングル比(θa/θ
o)との関係を図5に、また、ビーム径比(Da/D
o)と出力比(Pa/Po)との関係を図6に示してお
く。
In a state where the beam is not cut by the movable aperture 24 (the state shown in FIG. 3), the collimator lens 3
The beam diameter of the laser beam incident on the laser beam 1 is Do, and the beam is cut by the movable aperture 24 (the state of FIG. 4).
, The beam diameter of the laser beam incident on the collimating lens 31 is Da, the beam cone angles in each case are θo and θa, and the outputs at the processing points are Po and P
a, the beam diameter ratio (Da / Do) incident on the collimating lens 31 and the cone angle ratio (θa / θ)
FIG. 5 shows the relationship between the beam diameter and the beam diameter ratio (Da / D).
FIG. 6 shows the relationship between o) and the output ratio (Pa / Po).

【0033】なお、上記実施の形態では、可動アパーチ
ャ24を光軸方向に移動させることで、コリメートレン
ズ26に入射するレーザ光のビーム径を変更するように
したが、絞り機構によっても実現することができる。
In the above embodiment, the beam diameter of the laser beam incident on the collimator lens 26 is changed by moving the movable aperture 24 in the direction of the optical axis. Can be.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ発振器と光ファ
イバとの間、又は光ファイバの途中に、設けられるファ
イバ入射光学系を提供することで、加工ヘッドの大型化
及び重量化を招くことなく、この加工ヘッドから出射さ
れるレーザ光のビームコーンアングルを任意に調節する
ことができる。これにより、比較的高いレーザ光出力を
要する加工から、狭い凹部内の加工まで、種々の工程に
適したビームコーンアングルを選択することが可能にな
る。また、被加工物の切断を行う場合に、スポット径を
変えることなく焦点深度を大きくして高さ方向の加工裕
度を持たせることができる。
According to the present invention, by providing a fiber incident optical system provided between the laser oscillator and the optical fiber or in the middle of the optical fiber, the size and weight of the processing head are increased. Instead, the beam cone angle of the laser light emitted from the processing head can be adjusted arbitrarily. This makes it possible to select a beam cone angle suitable for various processes, from processing requiring a relatively high laser beam output to processing in a narrow recess. Further, when cutting a workpiece, it is possible to increase the depth of focus without changing the spot diameter and to provide a processing margin in the height direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態によるファイバ入射光学
系を含むレーザ加工装置の構成を示す構成図であって、
(a)はファイバ入射光学系がレーザ発振器に取り付け
られている例、(b)はファイバ入射光学系が光ファイ
バの途中に設けられている例を示す。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a laser processing apparatus including a fiber incident optical system according to an embodiment of the present invention,
(A) shows an example in which the fiber incident optical system is attached to the laser oscillator, and (b) shows an example in which the fiber incident optical system is provided in the middle of the optical fiber.

【図2】図1(a)のファイバ入射光学系の構成を示す
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a fiber incident optical system in FIG.

【図3】図2のファイバ入射光学系の動作を説明するた
めの図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the fiber incident optical system of FIG. 2;

【図4】図2のファイバ入射光学系の動作を説明するた
めの図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the fiber incident optical system of FIG. 2;

【図5】図4の出射光学系におけるビーム径比とビーム
コーンアングル比との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a beam diameter ratio and a beam cone angle ratio in the emission optical system of FIG.

【図6】図4の出射光学系におけるビーム径比と出力比
との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a beam diameter ratio and an output ratio in the emission optical system of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 レーザ発振器 12 出射光学系 13,13a,13b 光ファイバ 14 入射側フォーカシングレンズ 21 ケース 22 固定アパーチャ 23 固定冷却ブロック 24 可動アパーチャ 25 可動冷却ブロック 26 コリメートレンズ 27 出射側フォーカシングレンズ 28 溝 29 高さ調整ネジ 31 コリメートレンズ 32 加工レンズ Reference Signs List 11 laser oscillator 12 emission optical system 13, 13a, 13b optical fiber 14 incident side focusing lens 21 case 22 fixed aperture 23 fixed cooling block 24 movable aperture 25 movable cooling block 26 collimating lens 27 emission side focusing lens 28 groove 29 height adjusting screw 31 Collimating lens 32 Processing lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H037 AA04 BA06 DA02 DA06 DA35 DA38 4E068 CA07 CB05 CB06 CD01 CD10 CE08 CH08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H037 AA04 BA06 DA02 DA06 DA35 DA38 4E068 CA07 CB05 CB06 CD01 CD10 CE08 CH08

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ発振器と、加工ヘッドと、前記レ
ーザ発振器からのレーザ光を前記加工ヘッドに伝搬させ
る第1の光ファイバとを備えたレーザ加工装置に用いら
れ、前記レーザ発振器と前記第1の光ファイバとの間に
配置されるレーザ加工装置用ファイバ入射光学系であっ
て、 入射レーザ光を平行レーザ光にするコリメートレンズ
と、 前記平行レーザ光を集光し、集光されたレーザ光を前記
第1の光ファイバに入射させる第1のフォーカシングレ
ンズと、 前記コリメートレンズの前段に配置され、前記入射レー
ザ光の一部を通過させるとともに残りを反射して当該入
射レーザ光のビーム径を変える第1のアパーチャ手段
と、 該第1のアパーチャ手段の前段に配置され、前記入射レ
ーザ光を通過させ手前記第1のアパーチャ手段へ到達さ
せるとともに、前記第1のアパーチャ手段によって反射
された反射レーザ光を、当該第1のアパーチャ手段との
間で多重反射させて外方へ導く第2のアパーチャ手段
と、を有していることを特徴とするレーザ加工装置用フ
ァイバ入射光学系。
1. A laser processing apparatus comprising: a laser oscillator; a processing head; and a first optical fiber for transmitting laser light from the laser oscillator to the processing head. A collimating lens for converting incident laser light into parallel laser light; and a collimated laser light for condensing the parallel laser light. A first focusing lens that causes the incident light to enter the first optical fiber, and is disposed in front of the collimating lens, passes a part of the incident laser light and reflects the remainder to reduce the beam diameter of the incident laser light. A first aperture means for changing; and a first aperture means disposed before the first aperture means for passing the incident laser beam and reaching the first aperture means. And second aperture means for guiding the reflected laser light reflected by the first aperture means to the outside through multiple reflection between the first laser and the first aperture means. Characteristic fiber incident optical system for laser processing equipment.
【請求項2】 前記第1のアパーチャ手段が、前記入射
レーザ光の光軸に沿って移動可能に配設されていること
を特徴とする請求項1のレーザ加工装置用ファイバ入射
光学系。
2. A fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to claim 1, wherein said first aperture means is provided so as to be movable along an optical axis of said incident laser light.
【請求項3】 前記第1のアパーチャ手段及び前記第2
のアパーチャ手段によって外方に導かれた反射レーザ光
を吸収するレーザ光吸収手段を有していることを特徴と
する請求項1または2のレーザ加工装置用ファイバ入射
光学系。
3. The first aperture means and the second aperture means.
3. A fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a laser light absorbing means for absorbing the reflected laser light guided outward by said aperture means.
【請求項4】 前記レーザ光吸収手段が、前記第1のア
パーチャ手段及び前記第2のアパーチャ手段に各々取り
付けられた第1の冷却ブロック及び第2の冷却ブロック
であることを特徴とする請求項3のレーザ加工装置用フ
ァイバ入射光学系。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said laser beam absorbing means is a first cooling block and a second cooling block attached to said first aperture means and said second aperture means, respectively. 3. Fiber incident optical system for laser processing equipment.
【請求項5】 前記第1の冷却ブロック及び前記第2の
冷却ブロックの表面に溝を形成したことを特徴とする請
求項4のレーザ加工装置用ファイバ入射光学系。
5. A fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to claim 4, wherein grooves are formed on the surfaces of said first cooling block and said second cooling block.
【請求項6】 前記レーザ発振器から出射したレーザ光
を集光して前記入射レーザ光とする第2のフォーカシン
グレンズを備えていることを特徴とする請求項1,2,
3,4、または5のレーザ加工装置用ファイバ入射光学
系。
6. A focusing lens according to claim 1, further comprising a second focusing lens for condensing the laser light emitted from said laser oscillator to be said incident laser light.
3, 4, or 5, a fiber incident optical system for a laser processing apparatus.
【請求項7】 前記入射レーザ光を出射する第2の光フ
ァイバの先端に取り付けられていることを特徴とする請
求項1,2,3,4、または5のレーザ加工装置用ファ
イバ入射光学系。
7. A fiber incident optical system for a laser processing apparatus according to claim 1, wherein said optical fiber is attached to a tip of a second optical fiber for emitting said incident laser light. .
【請求項8】 レーザ光を発生するレーザ発振器と、前
記レーザ光を集光して加工対象物に照射する加工ヘッド
と、前記レーザ発振器から前記加工ヘッドへ前記レーザ
光を伝搬させる光ファイバとを備えたレーザ加工装置に
おいて、前記レーザ発振器と前記光ファイバとの間、ま
たは、前記光ファイバの途中に、前記加工ヘッドから出
射されるレーザ光のビームコーンアングルを調節するフ
ァイバ入射光学系を設けたことを特徴とするレーザ加工
装置。
8. A laser oscillator that generates laser light, a processing head that focuses the laser light and irradiates the processing target, and an optical fiber that propagates the laser light from the laser oscillator to the processing head. In the provided laser processing apparatus, a fiber incident optical system for adjusting a beam cone angle of laser light emitted from the processing head is provided between the laser oscillator and the optical fiber or in the middle of the optical fiber. A laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
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