JP2002219588A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents
レーザ加工方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ビーム形状を任意に変更でき、且つレーザビ
ームの断面内での発光強度を任意に変更できるようにし
て、加工対象物を所望の入熱分布で加熱したり、肉厚が
不均一の加工対象物でも良好にレーザ加工できるように
する。 【解決手段】 複数のレーザ発光部１からのレーザビー
ム５を光学素子７により集光して加工対象物６に照射す
ることにより加工対象物６を加工する際に、各レーザ発
光部１から加工対象物６に照射されるレーザビーム５の
発光強度を、所望の入熱分布に応じて制御する。
ームの断面内での発光強度を任意に変更できるようにし
て、加工対象物を所望の入熱分布で加熱したり、肉厚が
不均一の加工対象物でも良好にレーザ加工できるように
する。 【解決手段】 複数のレーザ発光部１からのレーザビー
ム５を光学素子７により集光して加工対象物６に照射す
ることにより加工対象物６を加工する際に、各レーザ発
光部１から加工対象物６に照射されるレーザビーム５の
発光強度を、所望の入熱分布に応じて制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工方法及び
装置に関するものである。
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、レーザビームを加工対象物に
照射することでレーザ加工を行うようにしたレーザ加工
装置が提案されている。レーザ加工装置としては、ＹＡ
Ｇレーザ等にて発せられるレーザビームを、レンズ等の
光学素子を介して加工対象物に照射しており、このと
き、必要に応じてレーザ加工装置と加工対象物とを相対
移動させることにより、走査しながら加工するようにし
ている。
照射することでレーザ加工を行うようにしたレーザ加工
装置が提案されている。レーザ加工装置としては、ＹＡ
Ｇレーザ等にて発せられるレーザビームを、レンズ等の
光学素子を介して加工対象物に照射しており、このと
き、必要に応じてレーザ加工装置と加工対象物とを相対
移動させることにより、走査しながら加工するようにし
ている。
【０００３】しかし、前記したようなＹＡＧレーザは、
単一発光面であるために、得られるビーム形状（レーザ
ビームの断面形状）は一定（例えば円形や楕円形）であ
る。
単一発光面であるために、得られるビーム形状（レーザ
ビームの断面形状）は一定（例えば円形や楕円形）であ
る。
【０００４】近年では、ビーム形状を変更することによ
り、加工対象物を所要の形状でレーザ加工する要求が生
じている。このような要求に応えるには、必要なビーム
形状が得られるように、メタルマスク、液晶マスク等の
マスク材を設けてレーザビームの不要部をカットする
か、又は、形状変換外部光学系を用いることが行われ
る。
り、加工対象物を所要の形状でレーザ加工する要求が生
じている。このような要求に応えるには、必要なビーム
形状が得られるように、メタルマスク、液晶マスク等の
マスク材を設けてレーザビームの不要部をカットする
か、又は、形状変換外部光学系を用いることが行われ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなマスク材、又は形状変換外部光学系を設ける方
法では、加工対象物の加工途中においてビーム形状を変
更できないという問題がある。又、マスク材、形状変換
外部光学系を設置するために構成が複雑になると共に、
それらの設置位置の調整等の操作が繁雑で作業に時間が
掛かるという問題がある。更に、マスク材のように不要
のレーザビームをカットする方法ではレーザビームの一
部が無駄になり、よって電力の消費量が増加するという
問題がある。又、特に液晶マスクは金属材料加工等の高
出力対応が難しいという問題がある。
たようなマスク材、又は形状変換外部光学系を設ける方
法では、加工対象物の加工途中においてビーム形状を変
更できないという問題がある。又、マスク材、形状変換
外部光学系を設置するために構成が複雑になると共に、
それらの設置位置の調整等の操作が繁雑で作業に時間が
掛かるという問題がある。更に、マスク材のように不要
のレーザビームをカットする方法ではレーザビームの一
部が無駄になり、よって電力の消費量が増加するという
問題がある。又、特に液晶マスクは金属材料加工等の高
出力対応が難しいという問題がある。
【０００６】一方、上記レーザ加工装置を用いて、図１
４、図１５に示すように、幅方向に肉厚が異なる加工対
象物、例えば三角柱状の加工対象物ａに対し、レーザビ
ームｂを用いて、焼入れ等の表面改質のための加熱、溶
接、溶断等の作業を行う要求がある。
４、図１５に示すように、幅方向に肉厚が異なる加工対
象物、例えば三角柱状の加工対象物ａに対し、レーザビ
ームｂを用いて、焼入れ等の表面改質のための加熱、溶
接、溶断等の作業を行う要求がある。
【０００７】しかし、このように幅方向に肉厚が異なる
加工対象物ａに対して従来のレーザ加工装置を用いて例
えば図１５に示すようにレーザビームｂを走査しながら
焼入れのための加熱を行う場合には、従来のレーザ加工
装置から発せられるレーザビームｂは図１４に示すよう
に空間の照射強度の分布Ｘが均一であるために、図１６
に示すように加工対象物ａに対する入熱分布Ｙも均一と
なり、このために肉厚が薄い特にコーナ部ｃは入熱過多
となって、図１７に示すようにコーナ部ｃが高温により
溶け落ちてしまう問題を生じる。
加工対象物ａに対して従来のレーザ加工装置を用いて例
えば図１５に示すようにレーザビームｂを走査しながら
焼入れのための加熱を行う場合には、従来のレーザ加工
装置から発せられるレーザビームｂは図１４に示すよう
に空間の照射強度の分布Ｘが均一であるために、図１６
に示すように加工対象物ａに対する入熱分布Ｙも均一と
なり、このために肉厚が薄い特にコーナ部ｃは入熱過多
となって、図１７に示すようにコーナ部ｃが高温により
溶け落ちてしまう問題を生じる。
【０００８】又、上記焼入等の表面改質のための加熱以
外に、溶接或いは溶断等を行う場合にも、上記したよう
に肉厚が不均一な加工対象物ａを加工する場合には同様
の問題を生じる。
外に、溶接或いは溶断等を行う場合にも、上記したよう
に肉厚が不均一な加工対象物ａを加工する場合には同様
の問題を生じる。
【０００９】本発明は上述した実情に鑑みてなしたもの
で、ビーム形状を任意に変更でき、且つレーザビームの
断面内での発光強度を任意に変更できるようにして、加
工対象物を所望の入熱分布で加熱したり、肉厚が不均一
の加工対象物でも良好にレーザ加工できるようにしたレ
ーザ加工方法及び装置を提供することを目的とするもの
である。
で、ビーム形状を任意に変更でき、且つレーザビームの
断面内での発光強度を任意に変更できるようにして、加
工対象物を所望の入熱分布で加熱したり、肉厚が不均一
の加工対象物でも良好にレーザ加工できるようにしたレ
ーザ加工方法及び装置を提供することを目的とするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のレーザ
発光部からのレーザビームを光学素子により集光して加
工対象物に照射することにより加工対象物を加工する際
に、各レーザ発光部から加工対象物に照射されるレーザ
ビームの発光強度を、所望の入熱分布に応じて制御する
ことを特徴とするレーザ加工方法、に係るものである。
発光部からのレーザビームを光学素子により集光して加
工対象物に照射することにより加工対象物を加工する際
に、各レーザ発光部から加工対象物に照射されるレーザ
ビームの発光強度を、所望の入熱分布に応じて制御する
ことを特徴とするレーザ加工方法、に係るものである。
【００１１】本発明は、複数のレーザ発光部からのレー
ザビームを光学素子により集光して加工対象物に照射す
ることにより加工対象物を加工する際に、各レーザ発光
部から加工対象物に照射されるレーザビームの発光強度
を、加工対象物の肉厚に応じて制御することを特徴とす
るレーザ加工方法、に係るものである。
ザビームを光学素子により集光して加工対象物に照射す
ることにより加工対象物を加工する際に、各レーザ発光
部から加工対象物に照射されるレーザビームの発光強度
を、加工対象物の肉厚に応じて制御することを特徴とす
るレーザ加工方法、に係るものである。
【００１２】本発明は、複数のレーザ発光部を有する半
導体レーザと、該半導体レーザの各レーザ発光部に接続
された半導体レーザ駆動電源と、半導体レーザの各レー
ザ発光部の発光強度を、前記半導体レーザ駆動電源を介
して単独に制御する制御装置と、各レーザ発光部から出
射されるレーザビームを集光して加工対象物に照射する
光学素子と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装
置、に係るものである。
導体レーザと、該半導体レーザの各レーザ発光部に接続
された半導体レーザ駆動電源と、半導体レーザの各レー
ザ発光部の発光強度を、前記半導体レーザ駆動電源を介
して単独に制御する制御装置と、各レーザ発光部から出
射されるレーザビームを集光して加工対象物に照射する
光学素子と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装
置、に係るものである。
【００１３】上記手段において、レーザ発光部が半導体
レーザ素子であってもよく、又、レーザ発光部がマイク
ロチップレーザであってもよく、又、各レーザ発光部か
らのレーザビームを光学素子に導くための光ファィバを
備えていてもよく、又、各レーザ発光部からのレーザビ
ームを増幅しながら光学素子に導くためのファイバレー
ザを備えていてもよい。
レーザ素子であってもよく、又、レーザ発光部がマイク
ロチップレーザであってもよく、又、各レーザ発光部か
らのレーザビームを光学素子に導くための光ファィバを
備えていてもよく、又、各レーザ発光部からのレーザビ
ームを増幅しながら光学素子に導くためのファイバレー
ザを備えていてもよい。
【００１４】上記本発明によれば、レーザ加工装置から
発せられるレーザビームのビーム形状を任意に調整する
ことができ、更にレーザビームの発光強度を、加工対象
物に対して所望の入熱分布になるように設定したり、加
工対象物の肉厚に対応するように設定するので、加工対
象物の任意の場所へ所望の入熱を行って加熱したり、加
工対象物の形状、肉厚に対応した好適な加熱を行うこと
ができ、しかもその加工条件を瞬時に変更することがで
き、よって最小の電力消費量で加工することができて、
加工対象物が部分的に入熱過多となって溶け落ちるとい
った問題の発生を防止して、常に良好な加工を行えるよ
うになる。
発せられるレーザビームのビーム形状を任意に調整する
ことができ、更にレーザビームの発光強度を、加工対象
物に対して所望の入熱分布になるように設定したり、加
工対象物の肉厚に対応するように設定するので、加工対
象物の任意の場所へ所望の入熱を行って加熱したり、加
工対象物の形状、肉厚に対応した好適な加熱を行うこと
ができ、しかもその加工条件を瞬時に変更することがで
き、よって最小の電力消費量で加工することができて、
加工対象物が部分的に入熱過多となって溶け落ちるとい
った問題の発生を防止して、常に良好な加工を行えるよ
うになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。
示例と共に説明する。
【００１６】図１〜図４は本発明のレーザ加工装置の実
施の形態を示したものであり、このレーザ加工装置は、
複数のレーザ発光部１を有する半導体レーザ２と、該半
導体レーザ２の各レーザ発光部１に接続された半導体レ
ーザ駆動電源３と、該半導体レーザ駆動電源３に接続さ
れた制御装置４と、各レーザ発光部１から出射されるレ
ーザビーム５を集光して加工対象物６に照射する光学素
子７とを備えている。又、レーザ加工装置に対応して配
置され、加工対象物６を支持して移動するようにした支
持装置８を備えている。
施の形態を示したものであり、このレーザ加工装置は、
複数のレーザ発光部１を有する半導体レーザ２と、該半
導体レーザ２の各レーザ発光部１に接続された半導体レ
ーザ駆動電源３と、該半導体レーザ駆動電源３に接続さ
れた制御装置４と、各レーザ発光部１から出射されるレ
ーザビーム５を集光して加工対象物６に照射する光学素
子７とを備えている。又、レーザ加工装置に対応して配
置され、加工対象物６を支持して移動するようにした支
持装置８を備えている。
【００１７】図１〜図４では、半導体レーザ２は、複数
の半導体レーザ素子１ａ（レーザダイオード）からなる
レーザ発光部１の場合を示しており、図３のように台盤
９に対し、幅方向に複数のレーザ発光部１を一直線状に
備え、その直線と直角の方向に多数列備えて二次マトリ
ックス状に配置して集合体を構成するか、或いは図４に
示すように一直線状に一列になるように台盤９に配置す
る。
の半導体レーザ素子１ａ（レーザダイオード）からなる
レーザ発光部１の場合を示しており、図３のように台盤
９に対し、幅方向に複数のレーザ発光部１を一直線状に
備え、その直線と直角の方向に多数列備えて二次マトリ
ックス状に配置して集合体を構成するか、或いは図４に
示すように一直線状に一列になるように台盤９に配置す
る。
【００１８】半導体レーザ２の各レーザ発光部１は、夫
々半導体レーザ駆動電源３の調節器３ａに接続されてお
り、制御装置４からの制御信号により、各レーザ発光部
１を単独で点灯するか消灯するかを制御したり、又、各
レーザ発光部１の発光強度を各個で独自に制御できるよ
うにしている。従って、制御装置４に予め入力されたプ
ログラムにより、半導体レーザ２の各レーザ発光部１か
ら照射されるレーザビーム５のビーム形状を任意に変更
したり、或いはレーザビーム５の断面内での照射強度の
分布Ｘ（図５参照）を任意に変更できるようにしてい
る。
々半導体レーザ駆動電源３の調節器３ａに接続されてお
り、制御装置４からの制御信号により、各レーザ発光部
１を単独で点灯するか消灯するかを制御したり、又、各
レーザ発光部１の発光強度を各個で独自に制御できるよ
うにしている。従って、制御装置４に予め入力されたプ
ログラムにより、半導体レーザ２の各レーザ発光部１か
ら照射されるレーザビーム５のビーム形状を任意に変更
したり、或いはレーザビーム５の断面内での照射強度の
分布Ｘ（図５参照）を任意に変更できるようにしてい
る。
【００１９】光学素子７は、半導体レーザ２の各レーザ
発光部１からのレーザビーム５をカバーできる大きさの
例えばシリンドリカルレンズとすることができ、前記半
導体レーザ２の各レーザ発光部１から出射されたレーザ
ビーム５を、光学素子７によって加工対象物６表面に対
し所要長さ（図２の幅Ｗ）の直線状に集光するようにし
ている。光学素子７は前記半導体レーザ２の台盤９に取
り付けることができる。
発光部１からのレーザビーム５をカバーできる大きさの
例えばシリンドリカルレンズとすることができ、前記半
導体レーザ２の各レーザ発光部１から出射されたレーザ
ビーム５を、光学素子７によって加工対象物６表面に対
し所要長さ（図２の幅Ｗ）の直線状に集光するようにし
ている。光学素子７は前記半導体レーザ２の台盤９に取
り付けることができる。
【００２０】加工対象物６を変位させる支持装置８は、
例えば図２に示すように左右中央部の肉厚が最も大きく
左右幅端部に向かって肉厚が減少する三角柱状の加工対
象物６を支持する場合、例えばレーザビーム５にて焼入
れのための加熱を行う加工対象物６の広い面が上側にな
るように位置決め具１０を介して上部に支持させる。こ
のとき、図１のように光学素子７にて集光される直線の
レーザビーム５の長さ方向（図２の幅Ｗの方向）に対し
て、加工対象物６が三角形断面を有して延びる方向（長
手方向）が直交するように支持している。そして、支持
装置８は、図示しない駆動機構によって、矢印で示すよ
うに加工対象物６の長手方向に固定台１１上を移動する
ようになっている。この時、加工対象物６上面に直線状
に集光されるレーザビーム５は、その直線状の長さが図
２のように加工対象物６の全幅をカバーできる幅Ｗとな
っている。
例えば図２に示すように左右中央部の肉厚が最も大きく
左右幅端部に向かって肉厚が減少する三角柱状の加工対
象物６を支持する場合、例えばレーザビーム５にて焼入
れのための加熱を行う加工対象物６の広い面が上側にな
るように位置決め具１０を介して上部に支持させる。こ
のとき、図１のように光学素子７にて集光される直線の
レーザビーム５の長さ方向（図２の幅Ｗの方向）に対し
て、加工対象物６が三角形断面を有して延びる方向（長
手方向）が直交するように支持している。そして、支持
装置８は、図示しない駆動機構によって、矢印で示すよ
うに加工対象物６の長手方向に固定台１１上を移動する
ようになっている。この時、加工対象物６上面に直線状
に集光されるレーザビーム５は、その直線状の長さが図
２のように加工対象物６の全幅をカバーできる幅Ｗとな
っている。
【００２１】以下に、上記形態例の作用を説明する。
【００２２】図１、図２に示すレーザ加工装置により、
支持装置８上に支持された例えば三角柱状のように、幅
方向に肉厚が異なる加工対象物６の上面に焼入れのため
の加熱を行う場合について説明する。
支持装置８上に支持された例えば三角柱状のように、幅
方向に肉厚が異なる加工対象物６の上面に焼入れのため
の加熱を行う場合について説明する。
【００２３】制御装置４により半導体レーザ駆動電源３
を作用させると、半導体レーザ２の各レーザ発光部１か
らはレーザビーム５が出射され、レーザビーム５はシリ
ンドリカルレンズからなる光学素子７により直線状に集
光されて、三角柱状の加工対象物６の上面に照射され
る。
を作用させると、半導体レーザ２の各レーザ発光部１か
らはレーザビーム５が出射され、レーザビーム５はシリ
ンドリカルレンズからなる光学素子７により直線状に集
光されて、三角柱状の加工対象物６の上面に照射され
る。
【００２４】このとき、制御装置４には、加工対象物６
の上面形状と、断面形状（肉厚変化）に応じて、半導体
レーザ駆動電源３の調節器３ａを介してレーザ発光部１
を制御するプログラムが予め入力されており、半導体レ
ーザ２の各レーザ発光部１から照射されるレーザビーム
５のビーム形状と、レーザビーム５の発光強度による断
面内での照射強度の分布Ｘ（図５参照）が自動的に制御
される。
の上面形状と、断面形状（肉厚変化）に応じて、半導体
レーザ駆動電源３の調節器３ａを介してレーザ発光部１
を制御するプログラムが予め入力されており、半導体レ
ーザ２の各レーザ発光部１から照射されるレーザビーム
５のビーム形状と、レーザビーム５の発光強度による断
面内での照射強度の分布Ｘ（図５参照）が自動的に制御
される。
【００２５】即ち、ビーム形状は、照射するレーザビー
ム５の幅Ｗが加工対象物６の幅に一致するように、レー
ザ発光部１の必要部分が点灯され不要部分は消灯される
ように制御される。
ム５の幅Ｗが加工対象物６の幅に一致するように、レー
ザ発光部１の必要部分が点灯され不要部分は消灯される
ように制御される。
【００２６】又、レーザビーム５の発光強度は、二つの
方法により制御することができる。第１の方法は、図３
に示すようにレーザ発光部１が二次マトリックス状に配
置されている場合において、加工対象物６の薄肉部に照
射するレーザビーム５の幅方向端部では点灯するレーザ
発光部１の数が少なく、厚肉部である幅方向中央部では
点灯するレーザ発光部１の数が多くなる（例えばすべて
を点灯させる）ようにして、レーザ発光部１の点灯部分
と消灯部分とを組み合わせることにより発光強度を調整
する方法である。
方法により制御することができる。第１の方法は、図３
に示すようにレーザ発光部１が二次マトリックス状に配
置されている場合において、加工対象物６の薄肉部に照
射するレーザビーム５の幅方向端部では点灯するレーザ
発光部１の数が少なく、厚肉部である幅方向中央部では
点灯するレーザ発光部１の数が多くなる（例えばすべて
を点灯させる）ようにして、レーザ発光部１の点灯部分
と消灯部分とを組み合わせることにより発光強度を調整
する方法である。
【００２７】第二の方法は、レーザビーム５の強度が幅
方向端部では小さく、幅方向中央部では大きくなるよう
に、調節器３ａによって例えば各レーザ発光部１への電
流値を変えることにより、各レーザ発光部１の発光強度
を独自に制御する方法である。上記において、第１の点
滅による方法は制御が簡単であり、一方第２の方法は第
一の方法に比してよりきめ細かな制御が可能である。又
第１の方法と第２の方法とを組み合わせて実施すること
も勿論可能である。
方向端部では小さく、幅方向中央部では大きくなるよう
に、調節器３ａによって例えば各レーザ発光部１への電
流値を変えることにより、各レーザ発光部１の発光強度
を独自に制御する方法である。上記において、第１の点
滅による方法は制御が簡単であり、一方第２の方法は第
一の方法に比してよりきめ細かな制御が可能である。又
第１の方法と第２の方法とを組み合わせて実施すること
も勿論可能である。
【００２８】上記した状態において、支持装置８を矢印
方向（加工対象物６の長手方向）に移動させると、加工
対象物６の全幅をカバーする幅Ｗのレーザビーム５によ
って加工対象物６の上面全面が走査されて加熱される。
この時、レーザビーム５は、加工対象物６の肉厚に対応
するように照射強度の分布Ｘが調整されているので、加
工対象物６は肉厚変化に対応して良好に加熱される。
方向（加工対象物６の長手方向）に移動させると、加工
対象物６の全幅をカバーする幅Ｗのレーザビーム５によ
って加工対象物６の上面全面が走査されて加熱される。
この時、レーザビーム５は、加工対象物６の肉厚に対応
するように照射強度の分布Ｘが調整されているので、加
工対象物６は肉厚変化に対応して良好に加熱される。
【００２９】一方、この時、図４のように直線状に一列
のレーザ発光部１を備えた半導体レーザ２では、レーザ
ビーム５の幅を調整することはできるが、第１の方法の
点滅によって幅方向に発光強度を調整することはできな
いので、この場合には第２の方法のように各レーザ発光
部１の発光強度を独自に制御することにより調整する。
のレーザ発光部１を備えた半導体レーザ２では、レーザ
ビーム５の幅を調整することはできるが、第１の方法の
点滅によって幅方向に発光強度を調整することはできな
いので、この場合には第２の方法のように各レーザ発光
部１の発光強度を独自に制御することにより調整する。
【００３０】又、上記形態例では、直線状に集光された
レーザビーム５の長さ方向と、三角柱状の加工対象物６
の長手方向とを直交させて、加工対象物６を長手方向に
移動させる走査によって加工する場合について説明した
が、他の方向での走査によっても加工することができ
る。
レーザビーム５の長さ方向と、三角柱状の加工対象物６
の長手方向とを直交させて、加工対象物６を長手方向に
移動させる走査によって加工する場合について説明した
が、他の方向での走査によっても加工することができ
る。
【００３１】即ち、集光されたレーザビーム５の長さ方
向と、三角柱状の加工対象物６の長手方向とが平行にな
るように加工対象物６を支持装置８で支持し、この状態
で、レーザビーム５が加工対象物６の幅方向一側から他
側に向かうように支持装置８を移動させて走査する方法
である。そしてこの場合には、図３、図４の幅方向に配
置されるレーザ発光部１の発光強度が加工対象物６の肉
厚が小さい幅端部では小さく、肉厚が大きい幅方向中央
部では大きくなるように調整する。又、図３のように幅
方向に複数のレーザ発光部１を一直線状に備え、その直
線と直角の方向に多数列備えて二次マトリックス状の配
置としている場合には、加工対象物６の肉厚の変化に対
応するように、レーザ発光部１を列ごとに点滅させるよ
うにしても、前記と同様に発光強度を調整することがで
きる。又、上記において、レーザ発光部１を幅方向に多
数配置することには限度があるので、長い長さを有する
加工対象物６を加工する場合には、レーザビーム５の幅
Ｗの長さで複数回作業を繰返すことによって、加工対象
物６を全長に亘って加工することができる。
向と、三角柱状の加工対象物６の長手方向とが平行にな
るように加工対象物６を支持装置８で支持し、この状態
で、レーザビーム５が加工対象物６の幅方向一側から他
側に向かうように支持装置８を移動させて走査する方法
である。そしてこの場合には、図３、図４の幅方向に配
置されるレーザ発光部１の発光強度が加工対象物６の肉
厚が小さい幅端部では小さく、肉厚が大きい幅方向中央
部では大きくなるように調整する。又、図３のように幅
方向に複数のレーザ発光部１を一直線状に備え、その直
線と直角の方向に多数列備えて二次マトリックス状の配
置としている場合には、加工対象物６の肉厚の変化に対
応するように、レーザ発光部１を列ごとに点滅させるよ
うにしても、前記と同様に発光強度を調整することがで
きる。又、上記において、レーザ発光部１を幅方向に多
数配置することには限度があるので、長い長さを有する
加工対象物６を加工する場合には、レーザビーム５の幅
Ｗの長さで複数回作業を繰返すことによって、加工対象
物６を全長に亘って加工することができる。
【００３２】上記した形態例によれば、レーザビーム５
の形状を加工対象物６の形状に対応させて任意に設定す
ることができ、よって最小の消費電力量で良好な加工が
行える。更に図５に示すように、半導体レーザの各レー
ザ発光部１から発せられるレーザビーム５の発光強度
を、加工対象物６の肉厚に対応した照射強度の分布Ｘに
なるよう設定できるので、図６に示すように加工対象物
６に対する入熱分布Ｙを加工対象物６の肉厚に対応させ
ることができ、よって、肉厚が薄いコーナ部ｃでも溶け
落ちるようなことがなく、図７に示すように加工対象物
６の表面のみを良好に加熱処理することができる。
の形状を加工対象物６の形状に対応させて任意に設定す
ることができ、よって最小の消費電力量で良好な加工が
行える。更に図５に示すように、半導体レーザの各レー
ザ発光部１から発せられるレーザビーム５の発光強度
を、加工対象物６の肉厚に対応した照射強度の分布Ｘに
なるよう設定できるので、図６に示すように加工対象物
６に対する入熱分布Ｙを加工対象物６の肉厚に対応させ
ることができ、よって、肉厚が薄いコーナ部ｃでも溶け
落ちるようなことがなく、図７に示すように加工対象物
６の表面のみを良好に加熱処理することができる。
【００３３】又、加工対象物６の形状が変更されたり、
加工対象物６の肉厚が変化した場合には、その加工条件
に対応するように制御装置４により瞬時に設定を変更す
ることができる。
加工対象物６の肉厚が変化した場合には、その加工条件
に対応するように制御装置４により瞬時に設定を変更す
ることができる。
【００３４】上記したレーザ加工方法は、前記したよう
に三角柱状の加工対象物６以外にも、例えば図８に示す
形状、或いはその他の肉厚が変化する種々の形状の加工
対象物６に適用することができる。
に三角柱状の加工対象物６以外にも、例えば図８に示す
形状、或いはその他の肉厚が変化する種々の形状の加工
対象物６に適用することができる。
【００３５】又、上記形態例では、加工対象物６の表面
を焼入れのために加熱する場合について説明したが、溶
接作業、及び溶断作業においても同様に行うことによ
り、入熱過多によって加工対象物６が部分的に溶け落ち
る等の問題を防止することができる。
を焼入れのために加熱する場合について説明したが、溶
接作業、及び溶断作業においても同様に行うことによ
り、入熱過多によって加工対象物６が部分的に溶け落ち
る等の問題を防止することができる。
【００３６】図９は、加工対象物６が、例えば所要の厚
さと幅を有する板材１６である場合において、該板材１
６の上面における一部に、例えば三角形状の入熱分布Ｙ
を形成させる場合を示しており、この場合では、図１、
図２における半導体レーザ２の各レーザ発光部１から照
射されるレーザビーム５の発光強度を調整し、レーザビ
ーム５の照射強度の分布Ｘが三角形状になるようにして
いる。この場合、板材１６を図９の紙面と鉛直な方向に
移動して走査させると、入熱断面が三角形状で板材１６
の長手方向に長い加熱部を形成することができる。上記
方法によれば、板材１６の摺動部のみを局所的に焼入れ
するような場合に有効である。
さと幅を有する板材１６である場合において、該板材１
６の上面における一部に、例えば三角形状の入熱分布Ｙ
を形成させる場合を示しており、この場合では、図１、
図２における半導体レーザ２の各レーザ発光部１から照
射されるレーザビーム５の発光強度を調整し、レーザビ
ーム５の照射強度の分布Ｘが三角形状になるようにして
いる。この場合、板材１６を図９の紙面と鉛直な方向に
移動して走査させると、入熱断面が三角形状で板材１６
の長手方向に長い加熱部を形成することができる。上記
方法によれば、板材１６の摺動部のみを局所的に焼入れ
するような場合に有効である。
【００３７】図１０（Ａ）、（Ｂ）は、加工対象物６
が、例えば厚さが薄い板材１７である場合において、板
材１７の平面における加工範囲１８を、走査方向に走査
しながら加熱する場合に適用した例である。このような
薄い板材１７は、端部１７’に熱が集中するとその端部
１７’が溶け落ちてしまう可能性を有する。このため、
図示するように、端部１７’は所要の幅で加熱しないよ
うにし、更に、レーザビーム５の照射強度の分布Ｘが端
部１７’側で小さく、幅方向内側で大きくなるように設
定している。このようにすると端部１７’が溶け落ちる
問題を解消できる。
が、例えば厚さが薄い板材１７である場合において、板
材１７の平面における加工範囲１８を、走査方向に走査
しながら加熱する場合に適用した例である。このような
薄い板材１７は、端部１７’に熱が集中するとその端部
１７’が溶け落ちてしまう可能性を有する。このため、
図示するように、端部１７’は所要の幅で加熱しないよ
うにし、更に、レーザビーム５の照射強度の分布Ｘが端
部１７’側で小さく、幅方向内側で大きくなるように設
定している。このようにすると端部１７’が溶け落ちる
問題を解消できる。
【００３８】図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）
は、上記と同様に厚さが薄い板材１７の平面の加工範囲
１８を、走査方向に走査しながら加熱する場合におい
て、加工範囲１８に斜めに切り欠かれた斜辺１９を有し
ている場合に適用した例である。この場合においても、
端部１７’は所要の幅で加熱しないようにし、又この例
では、レーザビーム５の照射強度の分布Ｘを幅方向で均
一とし、且つ、板材１７を走査するとき斜辺１９によっ
て加工範囲１８の幅が変化するのに追随するように、図
１１（Ｃ）、（Ｄ）のようにレーザビーム５の照射幅を
変化させるようにしている。このようにすると、斜辺１
９が溶け落ちる問題を解消できる。
は、上記と同様に厚さが薄い板材１７の平面の加工範囲
１８を、走査方向に走査しながら加熱する場合におい
て、加工範囲１８に斜めに切り欠かれた斜辺１９を有し
ている場合に適用した例である。この場合においても、
端部１７’は所要の幅で加熱しないようにし、又この例
では、レーザビーム５の照射強度の分布Ｘを幅方向で均
一とし、且つ、板材１７を走査するとき斜辺１９によっ
て加工範囲１８の幅が変化するのに追随するように、図
１１（Ｃ）、（Ｄ）のようにレーザビーム５の照射幅を
変化させるようにしている。このようにすると、斜辺１
９が溶け落ちる問題を解消できる。
【００３９】図１２は、前記形態例の他の例を示したも
のであり、この形態例では、前記半導体レーザ２の各レ
ーザ発光部１から発せられるレーザビーム５を、ファイ
バ入射光学系１２を介して各別に対応して設けた光ファ
イバ１３に導入するようにし、この各光ファイバ１３を
介してレーザビーム５を光学素子７に導くようにしてい
る。このようにすると、半導体レーザ２から離れた位置
まで光ファイバ１３によってレーザビーム５を導いて、
加工対象物６の加工を行うことができる。
のであり、この形態例では、前記半導体レーザ２の各レ
ーザ発光部１から発せられるレーザビーム５を、ファイ
バ入射光学系１２を介して各別に対応して設けた光ファ
イバ１３に導入するようにし、この各光ファイバ１３を
介してレーザビーム５を光学素子７に導くようにしてい
る。このようにすると、半導体レーザ２から離れた位置
まで光ファイバ１３によってレーザビーム５を導いて、
加工対象物６の加工を行うことができる。
【００４０】又、図１２の形態例において備えた光ファ
イバ１３に代えて、ファイバレーザを用いることができ
る。このファイバレーザは、レーザビーム５を増幅する
ことができる機能を有するものであり、従って、半導体
レーザ２の各レーザ発光部１から発せられたレーザビー
ム５を、ファイバレーザにより増幅しながらファイバ入
射光学系１２に導き、レーザ出力を高めることができ
る。
イバ１３に代えて、ファイバレーザを用いることができ
る。このファイバレーザは、レーザビーム５を増幅する
ことができる機能を有するものであり、従って、半導体
レーザ２の各レーザ発光部１から発せられたレーザビー
ム５を、ファイバレーザにより増幅しながらファイバ入
射光学系１２に導き、レーザ出力を高めることができ
る。
【００４１】図１３は、前記形態例の更に他の例を示し
たものであり、この形態例は、前記半導体レーザ２に備
える各レーザ発光部１をマイクロチップレーザ１ｂとし
た場合を示している。マイクロチップレーザ１ｂは、小
型の半導体レーザ１４と、反射ミラーを有するＹＡＧロ
ッド等のレーザ媒質１５とから構成されている。
たものであり、この形態例は、前記半導体レーザ２に備
える各レーザ発光部１をマイクロチップレーザ１ｂとし
た場合を示している。マイクロチップレーザ１ｂは、小
型の半導体レーザ１４と、反射ミラーを有するＹＡＧロ
ッド等のレーザ媒質１５とから構成されている。
【００４２】図１３の形態例において、各レーザ発光部
１から発せられるレーザビーム５は、図１、図２に示す
ようにそのまま光学素子７に導くようにしてもよく、又
図１２に示すように光ファイバ１３を介して光学素子７
に導くようにしてもよく、又、光ファイバ１３に代えて
設けたファイバレーザにより光学素子７に導くようにし
てもよい。
１から発せられるレーザビーム５は、図１、図２に示す
ようにそのまま光学素子７に導くようにしてもよく、又
図１２に示すように光ファイバ１３を介して光学素子７
に導くようにしてもよく、又、光ファイバ１３に代えて
設けたファイバレーザにより光学素子７に導くようにし
てもよい。
【００４３】尚、本発明のレーザ加工方法及び装置は、
上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、例
えば、レーザ発光部の配置方法、レーザビームの走査方
法等は種々変更し得ること、その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において変更を加え得ること、等は勿論で
ある。
上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、例
えば、レーザ発光部の配置方法、レーザビームの走査方
法等は種々変更し得ること、その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において変更を加え得ること、等は勿論で
ある。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のレーザ加工
方法及び装置によれば、レーザ加工装置から発せられる
レーザビームのビーム形状を任意に調整することがで
き、更にレーザビームの発光強度を、加工対象物に対し
て所望の入熱分布になるように設定したり、加工対象物
の肉厚に対応するように設定するので、加工対象物の任
意の場所へ所望の入熱を行って加熱したり、加工対象物
の形状、肉厚に対応した好適な加熱を行うことができ、
しかもその加工条件を瞬時に変更することができ、よっ
て最小の電力消費量で加工することができて、加工対象
物が部分的に入熱過多となって溶け落ちるといった問題
の発生を防止して、常に良好な加工を行える効果があ
る。
方法及び装置によれば、レーザ加工装置から発せられる
レーザビームのビーム形状を任意に調整することがで
き、更にレーザビームの発光強度を、加工対象物に対し
て所望の入熱分布になるように設定したり、加工対象物
の肉厚に対応するように設定するので、加工対象物の任
意の場所へ所望の入熱を行って加熱したり、加工対象物
の形状、肉厚に対応した好適な加熱を行うことができ、
しかもその加工条件を瞬時に変更することができ、よっ
て最小の電力消費量で加工することができて、加工対象
物が部分的に入熱過多となって溶け落ちるといった問題
の発生を防止して、常に良好な加工を行える効果があ
る。
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の形態例の概念を
示す正面図である。
示す正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】半導体レーザにおけるレーザ発光部の配置例を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図４】半導体レーザにおけるレーザ発光部の他の配置
例を示す平面図である。
例を示す平面図である。
【図５】本発明により発光強度を調整したレーザビーム
の説明用線図である。
の説明用線図である。
【図６】図５のレーザビームによる入熱分布を示す説明
用線図である。
用線図である。
【図７】本発明により加工した加工対象物の説明図であ
る。
る。
【図８】加工対象物の他の例を示す説明図である。
【図９】板材の上面を局所的に加熱する例を示す正面図
である。
である。
【図１０】（Ａ）は厚さが薄い板材の平面を所要の加工
範囲で加熱する例を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面
図である。
範囲で加熱する例を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面
図である。
【図１１】（Ａ）は厚さが薄い板材の平面を所要の加工
範囲で加熱する場合で且つ加工範囲に斜辺を有する例を
示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）
のＣ−Ｃ方向、（Ｄ）は（Ｂ）のＤ−Ｄ方向から夫々を
見た照射幅を変化させる状態を示す線図である。
範囲で加熱する場合で且つ加工範囲に斜辺を有する例を
示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）
のＣ−Ｃ方向、（Ｄ）は（Ｂ）のＤ−Ｄ方向から夫々を
見た照射幅を変化させる状態を示す線図である。
【図１２】本発明に係るレーザ加工装置の他の形態例の
概念を示す正面図である。
概念を示す正面図である。
【図１３】本発明に係るレーザ加工装置の更に他の形態
例の概念を示す正面図である。
例の概念を示す正面図である。
【図１４】従来のレーザ加工装置により加工対象物を加
工するレーザビームの説明用線図である。
工するレーザビームの説明用線図である。
【図１５】図１４の平面図である。
【図１６】図１４のレーザビームによる入熱分布を示す
説明用線図である。
説明用線図である。
【図１７】従来のレーザ加工装置によって加工した加工
対象物の説明図である。
対象物の説明図である。
１ レーザ発光部 １ａ 半導体レーザ素子 １ｂ マイクロチップレーザ ２ 半導体レーザ ３ 半導体レーザ駆動電源 ４ 制御装置 ５ レーザビーム ６ 加工対象物 ７ 光学素子 ８ 支持装置 １３ 光ファイバ又はファイバレーザ Ｙ 入熱分布
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/40 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｅ Ｆターム(参考） 4E068 CA02 CD15 CE08 CK01 5F072 AB13 HH03 JJ05 MM08 MM09 MM15 YY06 5F073 AB27 AB28 BA09 EA15 EA18 GA02
Claims (7)
- 【請求項１】 複数のレーザ発光部からのレーザビーム
を光学素子により集光して加工対象物に照射することに
より加工対象物を加工する際に、各レーザ発光部から加
工対象物に照射されるレーザビームの発光強度を、所望
の入熱分布に応じて制御することを特徴とするレーザ加
工方法。 - 【請求項２】 複数のレーザ発光部からのレーザビーム
を光学素子により集光して加工対象物に照射することに
より加工対象物を加工する際に、各レーザ発光部から加
工対象物に照射されるレーザビームの発光強度を、加工
対象物の肉厚に応じて制御することを特徴とするレーザ
加工方法。 - 【請求項３】 複数のレーザ発光部を有する半導体レー
ザと、該半導体レーザの各レーザ発光部に接続された半
導体レーザ駆動電源と、半導体レーザの各レーザ発光部
の発光強度を、前記半導体レーザ駆動電源を介して単独
に制御する制御装置と、各レーザ発光部から出射される
レーザビームを集光して加工対象物に照射する光学素子
と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項４】 レーザ発光部が、半導体レーザ素子であ
ることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。 - 【請求項５】 レーザ発光部が、マイクロチップレーザ
であることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装
置。 - 【請求項６】 各レーザ発光部からのレーザビームを光
学素子に導くための光ファィバを備えていることを特徴
とする請求項３〜５のいずれかに記載のレーザ加工装
置。 - 【請求項７】 各レーザ発光部からのレーザビームを増
幅しながら光学素子に導くためのファイバレーザを備え
ていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載
のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014564A JP2002219588A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | レーザ加工方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001014564A JP2002219588A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | レーザ加工方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002219588A true JP2002219588A (ja) | 2002-08-06 |
Family
ID=18881244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001014564A Pending JP2002219588A (ja) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | レーザ加工方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002219588A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005268394A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | レーザ光照射装置 |
| JP2012227353A (ja) * | 2011-04-20 | 2012-11-15 | Murata Mach Ltd | レーザ発振器制御装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08290281A (ja) * | 1995-04-20 | 1996-11-05 | Nkk Corp | レーザー溶接機 |
| JPH10156559A (ja) * | 1996-11-27 | 1998-06-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | バーコードパターンニング装置 |
| JPH11254160A (ja) * | 1998-03-10 | 1999-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザ装置 |
| JP2000150987A (ja) * | 1998-11-05 | 2000-05-30 | Hoya Corp | 光ファイバレーザとレーザ装置および光ファイバアンプ |
| JP2000312983A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-11-14 | Yaskawa Electric Corp | レーザマーキング方法 |
| JP2002543989A (ja) * | 1999-05-19 | 2002-12-24 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 物品に画像を形成する方法 |
-
2001
- 2001-01-23 JP JP2001014564A patent/JP2002219588A/ja active Pending
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Cited By (3)
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| JP4554242B2 (ja) * | 2004-03-17 | 2010-09-29 | 三井造船株式会社 | レーザ光照射装置およびそれを用いた蛍光観察装置 |
| JP2012227353A (ja) * | 2011-04-20 | 2012-11-15 | Murata Mach Ltd | レーザ発振器制御装置 |
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|
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