JP2002283086A - Method and device for laser beam machining - Google Patents
Method and device for laser beam machiningInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置から加
工対象物まで、光ファイバによりレーザ光を導いてレー
ザ加工を行う際のレーザ加工方法及び装置に係り、特
に、比較的安価なレーザ装置を用いて、高出力の加工を
行うことが可能なレーザ加工方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing method and apparatus for performing laser processing by guiding a laser beam from an optical fiber to an object to be processed by an optical fiber. The present invention relates to a laser processing method and apparatus capable of performing high-power processing using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ加工装置、例えばＹＡＧレーザ光
を用いて溶接・切断・穴あけ・表面改質等の加工を行う
高出力ＹＡＧレーザ加工装置においては、図１に示す如
く、レーザ装置１０から加工対象物２０まで、レーザ光
１２を伝送するために、光ファイバ１４を用いている。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus, for example, a high-power YAG laser processing apparatus that performs processing such as welding, cutting, drilling, and surface modification using a YAG laser beam. The optical fiber 14 is used to transmit the laser light 12 to the object 20.
【０００３】レーザ加工において、レーザ光１２は、例
えばコリメートレンズ１６やフォーカスレンズ１８等に
より集光されて使用される。集光されたレーザ光の径
（スポット径）Ｓは、レンズ構成とファイバ径Ｄに依存
する。しかし、加工及び光学的限界により、レンズ構成
は制限される。そのため、ファイバ径Ｄが重要な要素と
なる。In laser processing, a laser beam 12 is condensed by, for example, a collimator lens 16 or a focus lens 18 and used. The diameter (spot diameter) S of the focused laser light depends on the lens configuration and the fiber diameter D. However, processing and optical limitations limit the lens configuration. Therefore, the fiber diameter D is an important factor.
【０００４】ファイバ径を決定付ける要素は、レーザ光
１２のビーム品質である。光ファイバ１４にレーザ光を
入力する場合、ファイバには入射可能限界角度が存在す
る。通常その数値はＮＡと呼ばれている。その限界角度
を超えないものとして、下記の条件によりファイバ径が
決定される。[0004] The factor that determines the fiber diameter is the beam quality of the laser light 12. When a laser beam is input to the optical fiber 14, the fiber has an incident angle limit. Usually, the numerical value is called NA. Assuming that the limit angle is not exceeded, the fiber diameter is determined by the following conditions.
【０００５】 ビーム品質 ； θ mrad インプットレンズ１３の焦点距離 ； ｆ mm ファイバ径 ； Ｄ mm Ｄ≒θ・ｆ …（１）[0005] Beam quality; θ mrad Focal length of the input lens 13; f mm Fiber diameter; D mm D ≒ θ · f (1)
【０００６】インプットレンズ１３は入射限界角度とビ
ーム径により決定されるので、ファイバ径Ｄはレーザ光
１２のビーム品質に依存することになる。[0006] Since the input lens 13 is determined by the incident limit angle and the beam diameter, the fiber diameter D depends on the beam quality of the laser light 12.
【０００７】入射されたレーザ光は、光ファイバ１４の
端面から出射される。出射された光をレンズ１６、１８
を用いて集光する。この時、下記の計算式が成立する。[0007] The incident laser light is emitted from the end face of the optical fiber 14. The emitted light is transmitted to lenses 16 and 18.
Light is collected using. At this time, the following formula is established.
【０００８】 ファイバ径 ； Ｄ mm コリメートレンズ１６の焦点距離 ； ｆ1 mm フォーカスレンズ１８の焦点距離 ； ｆ2 mm スポット径 ； Ｓ mm Ｓ＝（ｆ2／ｆ1）・Ｄ …（２）Fiber diameter; D mm Focal length of collimating lens 16; f 1 mm Focal length of focusing lens 18; f 2 mm Spot diameter; S mm S = (f 2 / f 1 ) · D (2)
【０００９】コリメートレンズ１６及びフォーカスレン
ズ１８は、光学的限界と加工による制限から選定範囲が
決められる。つまり、スポット径Ｓはファイバ径Ｄによ
り決定される。The selection range of the collimator lens 16 and the focus lens 18 is determined based on optical limitations and limitations due to processing. That is, the spot diameter S is determined by the fiber diameter D.
【００１０】レーザ加工においてスポット径Ｓを小さく
設定できれば、加工点２１での出力を高めることがで
き、加工品質上非常に有利になる。If the spot diameter S can be set small in laser processing, the output at the processing point 21 can be increased, which is very advantageous in processing quality.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、光ファイバ１４の入射側の直径と出射側の直径が等
しくされていたため、出射側の直径を小さくするには入
射側の直径も小さくしなければならず、レーザ装置１０
の能力を高めてビーム品質を上げる必要があり、レーザ
装置が高価になる。あるいは、細いファイバに入射する
ためにレーザ装置の出力をあえて下げる必要がある等の
問題があった。However, conventionally, the diameter of the optical fiber 14 on the incident side and the diameter on the output side are equalized. Therefore, in order to reduce the diameter on the output side, the diameter on the incident side must be reduced. The laser device 10
It is necessary to increase the beam quality by increasing the capability of the laser, and the laser device becomes expensive. Alternatively, there has been a problem that the output of the laser device needs to be deliberately reduced in order to enter a thin fiber.
【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、レーザ装置の能力に拘らず、小さな
スポット径を得ることができ、従って、高出力による加
工を可能とすることを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to obtain a small spot diameter irrespective of the capability of a laser device, and therefore, it is possible to perform processing with high output. Make it an issue.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ装置か
ら加工対象物まで、光ファイバによりレーザ光を導いて
レーザ加工を行う際に、レーザ装置側に配置される入射
側のファイバ径と、加工対象物側に配置される出射側の
ファイバ径が異なる、テーパ状の光ファイバを用いて、
レーザ加工を行うようにして、前記課題を解決したもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of performing laser processing by guiding a laser beam from an optical fiber to an object to be processed by an optical fiber. By using a tapered optical fiber having a different fiber diameter on the emission side arranged on the processing object side,
This problem has been solved by performing laser processing.
【００１４】又、前記光ファイバの出射側径を、入射側
径よりも小さくして、入射可能限界角度が小さい比較的
安価なレーザ装置を用いて、スポット径の小さな高出力
の加工を可能としたものである。In addition, the diameter of the optical fiber at the exit side is made smaller than the diameter at the entrance side, and high-power processing with a small spot diameter can be performed using a relatively inexpensive laser device having a small incident angle limit. It was done.
【００１５】本発明は、又、前記レーザ装置側に配置さ
れる入射側のファイバ径と、加工対象物側に配置される
出射側のファイバ径が異なる、テーパ状の光ファイバを
備えたレーザ加工装置を提供するものである。The present invention is also directed to a laser processing apparatus having a tapered optical fiber, wherein the diameter of the fiber on the incident side arranged on the side of the laser device is different from the diameter of the fiber on the emitting side arranged on the object side. An apparatus is provided.
【００１６】なお、入射側のファイバ径と出射側のファ
イバ径が異なる、テーパ状の光ファイバは、既に光通信
用の光ファイバでは実用化されているが、レーザ加工用
に用いたものはなかった。Although a tapered optical fiber in which the diameter of the fiber on the incident side and the diameter of the fiber on the output side are different has already been put to practical use in optical fibers for optical communication, none has been used for laser processing. Was.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１８】本実施形態は、図１に示したようなレーザ
加工に際して、光ファイバとして、図２に誇張して示す
ような、出射側ファイバ径Ｄ2が入射側ファイバ径Ｄ1よ
りも小さな、テーパ状の光ファイバ３０を用いたもので
ある。In the present embodiment, when the laser processing as shown in FIG. 1 is performed, the diameter of the outgoing fiber D 2 is smaller than the diameter of the incoming fiber D 1 as shown in FIG. In this case, a tapered optical fiber 30 is used.
【００１９】既に説明したように、最終的にスポット径
Ｓを決定しているのは、出射側ファイバ径Ｄ2であるの
で、このように、入射側ファイバ径Ｄ1をそのままに出
射側ファイバ径Ｄ2を小さくすれば、スポット径Ｓをよ
り小さくすることが可能となる。As described above, since the spot diameter S is finally determined by the exit fiber diameter D 2 , the exit fiber diameter D 1 is kept as it is as described above. If D 2 is reduced, the spot diameter S can be further reduced.
【００２０】製作に際しては、ＹＡＧレーザ光伝達用光
ファイバは基本的にガラスであるので、無段階で連続的
に径を絞ることができる。そこで、円錐形にファイバを
製作し、入射径と出射径が異なったテーパ状ファイバと
することができる。In manufacturing, since the optical fiber for transmitting the YAG laser light is basically made of glass, the diameter can be continuously reduced in a stepless manner. Therefore, a fiber having a conical shape can be manufactured to be a tapered fiber having different incident and outgoing diameters.
【００２１】入射側ファイバ径Ｄ1と出射側ファイバ径
Ｄ2の関係としては、例えば、出射側ファイバ径Ｄ2を入
射側ファイバ径Ｄ1の１／２位とすることができる。The relationship between the incident-side fiber diameter D 1 and the exit-side fiber diameter D 2 is, for example, that the exit-side fiber diameter D 2 is about の of the incident-side fiber diameter D 1 .
【００２２】なお、前記実施形態においては、本発明
が、ＹＡＧレーザ加工装置に用いられていたが、本発明
の適用対象は、これに限定されず、他のレーザ加工装置
にも同様に適用できることは明らかである。In the above embodiment, the present invention is applied to a YAG laser processing apparatus. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other laser processing apparatuses. Is clear.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明によれば、入射側ファイバ径をそ
のままに、出射側ファイバ径を小さくして、スポット径
をより小さくすることが可能になる。従って、レーザ装
置側でビーム径を絞るためにコストがかかったり、出力
を下げたり、あるいは、スポット径が大きすぎて出力不
足を生じることなく、レーザ加工を行うことが可能とな
る。According to the present invention, the spot diameter can be further reduced by reducing the diameter of the exit fiber while keeping the diameter of the incident fiber. Therefore, laser processing can be performed without reducing the beam diameter on the side of the laser device, reducing the output, or causing an insufficient output due to an excessively large spot diameter.
【図１】従来のレーザ加工装置の一例の概要を示す光路
図FIG. 1 is an optical path diagram showing an outline of an example of a conventional laser processing apparatus.
【図２】本発明に係るレーザ加工装置の実施形態の構成
を示す光路図FIG. 2 is an optical path diagram showing a configuration of an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.
１０…レーザ装置 １２…レーザ光 １３…インプットレンズ １６…コリメートレンズ １８…フォーカスレンズ ２０…加工対象物 ２１…加工点 Ｓ…スポット径 ３０…光ファイバ Ｄ1…入射側ファイバ径 Ｄ2…出射側ファイバ径10 ... laser apparatus 12 ... laser light 13 ... input lens 16 ... collimator lens 18 ... focus lens 20 ... workpiece 21 ... machining point S ... spot diameter 30 ... optical fiber D 1 ... entrance-side fiber diameter D 2 ... exit side fiber Diameter
Claims (3)
バによりレーザ光を導いてレーザ加工を行う際に、レー
ザ装置側に配置される入射側のファイバ径と、加工対象
物側に配置される出射側のファイバ径が異なる、テーパ
状の光ファイバを用いて、レーザ加工を行うことを特徴
とするレーザ加工方法。When a laser beam is guided by an optical fiber from a laser device to an object to be processed to perform laser processing, the diameter of a fiber on an incident side arranged on the laser device side and the diameter of a fiber arranged on the object side are set. A laser processing method, wherein laser processing is performed using a tapered optical fiber having a different fiber diameter on an emission side.
りも小さくされていることを特徴とする請求項１に記載
のレーザ加工方法。2. The laser processing method according to claim 1, wherein an emission side diameter of the optical fiber is smaller than an incidence side diameter.
バ径と、加工対象物側に配置される出射側のファイバ径
が異なる、テーパ状の光ファイバを備えたことを特徴と
するレーザ加工装置。3. A laser processing apparatus comprising a tapered optical fiber, wherein a diameter of a fiber on an incident side arranged on a laser device side is different from a diameter of a fiber on an emission side arranged on a processing object side. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001086082A JP2002283086A (en) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Method and device for laser beam machining |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001086082A JP2002283086A (en) | 2001-03-23 | 2001-03-23 | Method and device for laser beam machining |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2002283086A true JP2002283086A (en) | 2002-10-02 |
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ID=18941506
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002283086A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7285744B2 (en) * | 2003-08-21 | 2007-10-23 | Leister Process Technologies | Method and apparatus for simultaneously heating materials |
-
2001
- 2001-03-23 JP JP2001086082A patent/JP2002283086A/en active Pending
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| US7285744B2 (en) * | 2003-08-21 | 2007-10-23 | Leister Process Technologies | Method and apparatus for simultaneously heating materials |
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