JP2002059279A

JP2002059279A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2002059279A
Application number: JP2000244456A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Nishiwaki; 靖樹西脇
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】切断用に設定されているレーザ条件を変えるこ
となく、マーキング加工時には被加工物表面に照射され
るレーザ光のエネルギ密度を簡便に低減し、適宜の太さ
の線でマーキングできるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】切断加工時は、レーザ発振器１から出射さ
れたレーザ光２をビームエキスパンダ３を介して集光レ
ンズ５へ入射し、薄板金属板の被加工物Ｗ上に微小なス
ポットに集光する。そして、マーキング加工時にはレー
ザ発振器１から集光レンズ５への光路に可動レンズ１０
を挿入し、被加工物Ｗの表面へ照射されるレーザ光２を
エネルギ密度が低くスポット径の大きなものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特に薄肉金属板の切断加工に加えてマーキング加
工が行えるレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄肉金属板のレーザ切断加工装置は、図
３に示すように、レーザ発振器１から出射されたレーザ
光２をビームエキスパンダ３を通して径のより大きな平
行ビームに拡大し、集光レンズ５で微小なスポット（集
光点Ａ）にして被加工物Ｗの表面に照射するようにし、
アシストガスＡＧをノズル６から集光点付近に吹き付
け、被加工物ＷをＮＣ制御装置８から指令して移動させ
るようにしている。

【０００３】ところで、メタルマスクなどのように薄肉
金属板にＩＤをマーキングするような製品では切断加工
とマーキング加工を同じレーザ加工装置で行うことが望
ましいが、薄肉金属板の場合には厚肉金属板のように被
加工物の移動速度を変えることによって被加工物へ照射
するレーザ光のエネルギ密度を変えるといった手段は採
れない。

【０００４】そこで、薄肉金属板に切断加工とマーキン
グ加工を行う場合は、マーキング加工時に被加工物上に
照射されるレーザ光のエネルギ密度が小さくなるよう
に、集光レンズを光軸方向に移動させて集光点を被加工
物の表面から外すようにしたり（図３参照）、ビームエ
キスパンダ３を拡大倍率の小さなものに交換したり、ま
た、アパーチャ（絞り）をレーザ光の光路に挿入してレ
ーザ光の光量を制限するといった手段が採られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
集光レンズの位置を移動させるのは、新たな装置を必要
としないが移動の度に行う調整が大変である。即ち、切
断加工のためにセットした励起ランプ電圧、パルス幅お
よび繰り返し周波数などのレーザ発振パラメータや、集
光レンズの位置およびレーザトーチのノズル先端と被加
工物間の位置関係といったレーザ条件を変化させると切
断精度など加工品質に大きな影響を及ぼすので、動かし
たくない。

【０００６】また、ビームエキスパンダの交換による場
合は、交換するのに時間がかかりすぎるという問題があ
る。また、アパーチャ（絞り）をレーザ光の光路に挿入
するようにしたものは、簡便であるが、マーキング加工
される線が細いという難点がある。

【０００７】そこで、本発明は、切断用に設定されてい
るレーザ条件を変えることなく、マーキング加工時には
被加工物表面に照射されるレーザ光のエネルギ密度を簡
便に低減し、適宜の太さの線でマーキングできるレーザ
加工装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では次の手段を採った。即ち、レーザ発振器
から出射されたレーザ光をビームエキスパンダを介して
集光レンズへ入射し、薄肉金属板の被加工物上に微小な
スポットに集光して切断加工するレーザ加工装置におい
て、レーザ発振器から集光レンズへのレーザ光の光路に
レーザ光の集光点の位置を光軸方向に移動させる可動レ
ンズを着脱可能に設け、マーキング加工時に該可動レン
ズを該光路に挿入するようにしたことを特徴としてい
る。

【０００９】このレーザ加工装置は、薄肉金属板の切断
加工とマーキング加工を行うのに好適な装置としたもの
で、マーキング加工時にはレーザ発振器から集光レンズ
への光路に可動レンズを挿入し被加工物の表面に照射さ
れるレーザ光のスポット径を大きくしてエネルギ密度を
低減するようにしたものである。

【００１０】切断加工時におけるレーザ光の集光点は被
加工物の表面に設定する。そして、マーキング加工時に
挿入する可動レンズはビームエキスパンダの前後のいず
れでもよく、また、凸レンズまたは凹レンズのいずれで
もよい。凸レンズの場合は、集光点が被加工物の表面よ
り上方となり、凹レンズの場合は被加工物の表面より下
方となる。これらは、マーキングの字体の太さなどを考
慮して選定すればよい。

【００１１】このレーザ加工装置は、切断またはマーキ
ングのみの加工を行うことができるが、切断加工の後に
続けてマーキング加工を行う場合に特に好適である。可
動レンズの挿入はシリンダなどでマーキング加工と連動
させて行えばよい。なお、マーキング加工時は、アシス
トガスＡＧの噴射は行わない方がムラのない鮮明なマー
キング加工ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工装置の
実施形態例を図面に基づいて説明する。図１はレーザ加
工装置の基本的構成を示すもので、１はレーザ光２を出
射するＹＡＧレーザ形式のレーザ発振器、２はレーザ
光、３は凹レンズと凸レンズを備えレーザ光２を拡大す
るビームエキスパンダ、４は拡大されたレーザ光を下方
へ曲げる反射ミラー、５はレーザ光を集光する集光レン
ズ、１０はビームエキスパンダ３と反射ミラー４との間
でマーキング加工時に光路へ機械的に挿入される可動レ
ンズである。なお、被加工物ＷはＮＣ制御装置などで平
面上を移動制御されるＸＹテーブルに固定される。ま
た、可動レンズ１０は凸レンズを使用している。

【００１３】まず、切断加工するときは、図１（ａ）に
示すように、可動レンズ１０を光路から外して行う。こ
のとき、レーザ発振器１から出射されたレーザビーム２
はビームエキスパンダ３を通して径のより大きな平行ビ
ームに拡大され、反射ミラー４を介して集光レンズ５を
通り微小なスポット径となって被加工物Ｗの表面の一定
の位置Ａに集光される。そして、被加工物Ｗを平面上で
移動させて所定の形状に切断加工する。なお、このと
き、図示してないレーザトーチからアシストガスＡＧと
して酸素ガスを集光点Ａ付近へ噴射させ溶融物を除去す
る。

【００１４】次に、可動レンズ１０を光路に挿入してマ
ーキング加工を行う。可動レンズ１０の挿入により、集
光レンズ５を通ったレーザ光２は図１（ｂ）に示すよう
に被加工物Ｗの表面から距離ｓ上方の点Ａ１で集光す
る。そして、被加工物Ｗの表面へはエネルギ密度の低減
されたスポット径の大きなものが照射される。そして、
被加工物Ｗを移動させてマーキング加工を行う。なお、
このときは、アシストガスＡＧの噴射は行わない。これ
により、溶融物が残ったり除去されたりするといったム
ラがなくなりより適宜な線の太さの鮮明なマーキング加
工ができる。

【００１５】マーキング加工が終わると、可動レンズ１
０を光路から外し、次の切断加工を行う。なお、可動レ
ンズ１０の着脱はＮＣ制御装置からの指令によって図示
してない電動シリンダの作動によって行われる。このよ
うに、このレーザ加工装置では、切断加工、マーキング
加工、切断加工、マーキング加工と連続して行うことが
でき、この場合に操作されるのは可動レンズ１０の着脱
とアシストガスの噴射・停止のみであり、ビームエキス
パンダ３や集光レンズ５の位置は切断加工用として設定
したままの状態である。

【００１６】次に、上記の切断加工とマーキング加工を
交互に連続して行うことができるレーザ加工装置のより
具体的な実施形態例を図２に基づいて説明する。レーザ
加工装置は、ＹＡＧレーザ形式のレーザ発振器１と、ビ
ームエキスパンダ３と、反射ミラー４と、ビームエキス
パンダ３と反射ミラー４との間に配置される可動レンズ
１０とが収納されたレーザ本体２０と、反射ミラー４か
らのレーザ光を集光する集光レンズ５を内装し下端にア
シストガスを噴射するノズル６を備えたレーザトーチ２
５と、被加工物Ｗを載置するＸＹテーブル７と、ＸＹテ
ーブル７の制御および可動レンズ１０の光路への着脱を
行うＮＣ制御装置８とを備えている。そして、可動レン
ズ１０は凸レンズを使用しており、光路への着脱は電動
シリンダによっている。なお、７ａはＸ軸駆動装置、７
ｂはＹ軸駆動装置である。

【００１７】そして、切断加工するときは、被加工物Ｗ
をＸＹテーブル７に固定し、可動レンズ１０を光路から
外す指令がＮＣ制御装置８から出される。レーザ発振器
１から出射されビームエキスパンダ３を通ったレーザ光
２は集光レンズ５を通して微小なスポット径にして被加
工物Ｗの表面の一定の位置に集光され、ＮＣ制御装置８
からの指令に基づいて、被加工物ＷをＸ，Ｙ方向へ移動
させることにより所定の形状に切断加工が行われる。こ
のとき、レーザトーチ２５からアシストガスＡＧを噴射
させる。

【００１８】切断加工が終わると、可動レンズ１０を光
路へ装着する指令がＮＣ制御装置８から出される。可動
レンズ１０が光路に装着されると、レーザ光２は被加工
物Ｗの表面から距離ｓ上方の点Ａで集光するので、被加
工物Ｗの表面にはエネルギ密度の低いスポット径の大き
なレーザ光が照射される。そして、ＮＣ制御装置８から
の指令に基づいて、被加工物ＷをＸ，Ｙ方向へ移動させ
ることによってマーキング加工が行われる。このよう
に、このレーザ加工装置ではＮＣ制御装置８の指令によ
って、切断加工時とマーキング加工時の可動レンズ１０
の脱着とＸＹテーブル７の移動が自動的に行われる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工装置は、レーザ発振器から集光レンズへのレーザ光の
光路にレーザ光の集光点の位置を光軸方向に移動させる
可動レンズを着脱可能に設け、マーキング加工時に該可
動レンズを該光路に挿入するようにしたので、レーザ発
振パラメータ、集光点のスポット径、レーザトーチと被
加工物との相対位置関係など切断加工時のレーザ条件を
変えることなく、マーキング加工時には被加工物の表面
にエネルギ密度の低減されたスポット径の大きなレーザ
光を照射させることができ、適宜の太さの線のマーキン
グ加工ができる。また、その切り換えが極めて簡便に行
うことができ、レーザ発振器の光軸のアライメント（再
調製）時においても可動レンズの調整を必要としないの
で、取り扱いが簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置の一実施形態例の構成
を示す図で、（ａ）は切断加工時の状態を示し、（ｂ）
はマーキング加工時の状態を示す。

【図２】同レーザ加工装置のより具体的な構成図であ
る。

【図３】従来の切断加工とマーキング加工を行うレーザ
加工装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振器２…レーザ光３…ビームエキスパンダ４…反射ミラー５…集光レンズ６…ノズル７…ＸＹテーブル７ａ…Ｘ軸駆動装置７ｂ…Ｙ軸駆動装置８…ＮＣ制御装置１０…可動レンズ２０…レーザ本体２５…レーザトーチＷ…被加工物Ａ，Ａ１…集光点ＡＧ…アシストガス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器から出射されたレーザ光をビ
ームエキスパンダを介して集光レンズへ入射し、薄肉金
属板の被加工物上に微小なスポットに集光して切断加工
するレーザ加工装置において、レーザ発振器から集光レ
ンズへのレーザ光の光路にレーザ光の集光点の位置を光
軸方向に移動させる可動レンズを着脱可能に設け、マー
キング加工時に該可動レンズを該光路に挿入するように
したことを特徴とするレーザ加工装置。