JP2003029200A

JP2003029200A - レーザ出力分割装置

Info

Publication number: JP2003029200A
Application number: JP2001215191A
Authority: JP
Inventors: Yuko Kanazawa; 祐孝金澤; Shigeki Iida; 茂樹飯田; Eiji Morita; 英二盛田; Akihiro Nishimi; 昭浩西見; Hirofumi Sonoda; 弘文園田; Junichi Ifukuro; 順一衣袋; Kenji Okuyama; 健二奥山
Original assignee: IHI Corp; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光を奇数を含む複数のレーザ光に分割
することができ、任意の分割比に分割でき、分割精度が
高く、出力の損失が小さく、かつ空間分割と時間分割の
両方が可能なレーザ出力分割装置を提供する。【解決手段】レーザ光２に対して一定の角度をなす全
反射面を有する反射ミラー１２と、反射ミラーをレーザ
光に対して斜めに出入りさせるミラー直動ステージ１４
と、反射ミラーで反射した反射レーザ光７ａの出力を検
出する反射出力モニタ１６と、反射ミラーで遮ぎられず
に透過した透過レーザ光７ｂの出力を検出する透過出力
モニタ１８と、反射出力モニタと透過出力モニタの出力
を比較してミラー直動ステージを移動させるステージ制
御装置２０とを備え、反射出力モニタと透過出力モニタ
の出力を比較し、反射レーザ光７ａと透過レーザ光７ｂ
の出力比があらかじめ設定した比率になるようにミラー
直動ステージを移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単一のレーザ光を
複数のレーザ光に空間分割又は時間分割するレーザ出力
分割装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加工用の大出力レーザ（例えばＹＡＧレ
ーザやＣＯ₂レーザ）をレーザ加工に用いる場合、レー
ザ出力を分割する必要が生じる。そのため、レーザ光を
複数に分割する手段として、種々の出願が既にされてい
る。

【０００３】特開昭６１−９２７９３号の「レーザ加工
装置」は、図３（Ａ）に模式的に示すように、レーザ光
２を分割装置３（角錐ミラー又はハーフミラー）で分割
し、分割前後のレーザ光の出力を出力モニタ４ａ，４ｂ
で計測し、その計測値を比較し分割装置を駆動して分割
比を制御して被加工物１に照射するものである。

【０００４】特開平８−３６１４４号の「レーザ分岐装
置」は、図３（Ｂ）に模式的に示すように、レーザ光２
に対する反射率及び透過率が連続的に変化する部分反射
透過ミラー５ａ〜５ｄをレーザ光２ａ〜２ｄが所定の方
向に反射及び透過するように位置を調整して配置するも
のである。

【０００５】特開平１１−３４７７７６号の「ビーム分
割システム」は、図３（Ｃ）に模式的に示すように、ス
ライスミラー６ａによりレーザ光２をその中心線で上下
に２分割し、次いでスライスミラー６ｂ，６ｃで分割し
たレーザ光２ａをその中心線で左右に２分割して、４つ
のレーザ光２ｃに分割するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６１−
９２７９３号の装置では、分割装置として角錐ミラーを
用いる場合、角錐頂部を高精度に仕上げるのが困難であ
り、その結果、分割比の精度が低い問題があった。ま
た、分割装置としてハーフミラーを用いる場合、ハーフ
ミラーの透過率を所定の値にすることが難しく、透過率
のばらつきによる出力のアンバランスをチョッパ等で調
整するため出力損失を伴う問題があった。また、特開平
８−３６１４４号の装置では、反射率及び透過率が連続
的に変化する部分反射透過ミラーの製作とその調整が困
難であり、かつこのようなミラーは高価であった。更
に、特開平１１−３４７７７６号の装置では、レーザ光
の中心線で２分割するため、奇数分割が困難であり、か
つ装置の構成が複雑となる問題点があった。また、実際
のビームに強度分布の不均一がある場合には分割比が一
定とならない欠点があった。

【０００７】上述したように、レーザ光の空間分割で
は、所望の分割比を得るために従来から数々の提案がな
されているが、実用的には分割比の精度が低く、出力の
損失を伴う、等の問題点があった。

【０００８】また、上述した従来のレーザ出力分割装置
では、レーザ光を時間的に分割すること、すなわち複数
の箇所にレーザ光を時間的に切り換えることが困難であ
った。

【０００９】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、レーザ光を奇数を含む複数のレーザ光に分割する
ことができ、任意の分割比に分割でき、分割精度が高
く、出力の損失が小さく、かつ空間分割と時間分割の両
方が可能なレーザ出力分割装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
光（２）に対して一定の角度をなす全反射面を有する反
射ミラー（１２）と、該反射ミラーをレーザ光に対して
斜めに出入りさせるミラー直動ステージ（１４）と、反
射ミラーで反射した反射レーザ光（７ａ）の出力を検出
する反射出力モニタ（１６）と、反射ミラーで遮ぎられ
ずに透過した透過レーザ光（７ｂ）の出力を検出する透
過出力モニタ（１８）と、反射出力モニタと透過出力モ
ニタの出力を比較してミラー直動ステージを移動させる
ステージ制御装置（２０）とを備えたことを特徴とする
レーザ出力分割装置が提供される。

【００１１】本発明の好ましい実施形態によれば、反射
出力モニタと透過出力モニタの出力を比較し、反射レー
ザ光（７ａ）と透過レーザ光（７ｂ）の出力比があらか
じめ設定した比率になるようにミラー直動ステージを移
動させる。

【００１２】本発明の構成によれば、ミラー直動ステー
ジ（１４）によりレーザ光（２）を完全に遮る位置に反
射ミラー（１２）を移動すると、反射レーザ光（７ａ）
のみの出力となり、逆にレーザ光（２）を全く遮ぎらな
い位置に反射ミラー（１２）を移動すると、透過レーザ
光（７ｂ）のみの出力となる。従って、反射ミラー（１
２）の移動でレーザ光が通る光路を切り換えることがで
き、時間分割となる。これに対し、反射ミラー（１２）
がレーザー光（２）を部分的に反射する位置ではレーザ
光は反射レーザ光（７ａ）と透過レーザ光（７ｂ）の２
つに空間的に分割できる。従って、本発明のレーザ出力
分割装置は、１台の装置で時間分割と空間分割が両方と
もできる。

【００１３】更に、空間分割の場合、出力モニタ（１
６，１８）からのフィードバック信号に基づき反射ミラ
ーが設置されているミラー直動ステージ（１４）を動か
すことにより、分割比を予め設定した任意の値に正確に
一致させることができる。

【００１４】また、本発明では、出力損失を伴うチョッ
パ等を用いず、ロスの非常に小さい出力モニタ（１６，
１８）で出力調整するので、レーザ出力の損失がほとん
どなく、正確かつ効率的なレーザ出力の分割が可能であ
る。

【００１５】更に、本発明では、分割比を任意の値に正
確に一致させることができるので、２組のミラー直動ス
テージ（１４）を用いて、レーザ光を高精度に３分割す
ることができ、更に、４分割以上にも容易に適用でき
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

【００１７】図１は、本発明のレーザ出力分割装置の第
１実施形態図である。この図において、（Ａ）は空間分
割、（Ｂ）は時間分割の場合を示している。図１（Ａ）
（Ｂ）において、本発明のレーザ出力分割装置１０は、
反射ミラー１２、ミラー直動ステージ１４、反射出力モ
ニタ１６、透過出力モニタ１８及びステージ制御装置２
０を備える。

【００１８】レーザ光２は、加工用の大出力レーザ装置
１１（例えばＹＡＧレーザやＣＯ₂レーザ）で発生さ
せ、被加工物１の異なる箇所に空間的に分割して同時に
照射し、或いは時間的に分割して切り換えて照射するよ
うになっている。分割したレーザ光７ａ，７ｂは例え
ば、レンズ系１５により被加工物１の異なる対象箇所に
同時に照射して溶接等のレーザ加工に用いる。

【００１９】反射ミラー１２は、この例では１枚であ
り、レーザ光２に対して一定の角度（例えば４５°）を
なす全反射面を有する。全反射面で反射した反射レーザ
光７ａは、この図で下方に反射し、反射ミラーで遮ぎら
れずに透過した透過レーザ光７ｂは、そのまま図で右方
に直進する。

【００２０】ミラー直動ステージ１４は、この例では１
枚の反射ミラー１２をレーザ光２に対して斜めに出入り
させ、反射ミラー１２による反射レーザ光７ａと透過レ
ーザ光７ｂの比率を変化させるようになっている。

【００２１】反射出力モニタ１６は、反射ミラー１２で
反射した反射レーザ光７ａの出力を検出する。また、透
過出力モニタ１８は、反射ミラー１２で遮ぎられずに透
過した透過レーザ光（７ｂ）の出力を検出する。反射出
力モニタ１６及び透過出力モニタ１８は、例えば、光路
内に挿入してレーザ光の一部を回折させることにより取
り出す透過型回折格子、あるいは光路内に挿入してレー
ザ光の一部を反射させて取り出すビームスプリッタであ
り、いずれの場合も光学素子の両面にレーザ光に対する
無反射コーティングを施して損失を１%未満に抑える。
また、モニタ光としてビームを直角に曲げる全反射の折
返しミラーの透過光を用いることもできる。なお、この
図で１７は出力モニタ１６，１８用の計測器である。

【００２２】ステージ制御装置２０は、反射出力モニタ
１６と透過出力モニタ１８の出力を比較し、反射レーザ
光７ａと透過レーザ光７ｂの出力比があらかじめ設定し
た比率になるようにミラー直動ステージ１４を移動させ
る。

【００２３】上述した本発明の構成によれば、ミラー直
動ステージ１４により図１（Ｂ）に示すようにレーザ光
２を完全に遮る位置に反射ミラー１２を移動すると、反
射レーザ光７ａのみの出力となり、逆にレーザ光２を全
く遮ぎらない位置に反射ミラー１２を移動すると、透過
レーザ光７ｂのみの出力となる。従って、反射ミラー１
２の移動のみでレーザ光２が通る光路を切り換えること
ができ、時間分割ができる。

【００２４】また、図１（Ａ）に示すように、反射ミラ
ー１２がレーザー光２を部分的に反射する位置ではレー
ザ光２は反射レーザ光７ａと透過レーザ光７ｂの２つに
空間的に分割できる。従って、本発明のレーザ出力分割
装置１０は、１台の装置で時間分割と空間分割が両方と
もできる。

【００２５】更に、空間分割の場合、出力モニタ１６，
１８からのフィードバック信号に基づき反射ミラーが設
置されているミラー直動ステージ１４を動かすことによ
り、分割比を予め設定した任意の値に正確に一致させる
ことができる。

【００２６】また、本発明では、出力損失を伴うチョッ
パ等を用いず、ロスの非常に小さい出力モニタ１６，１
８で出力調整するので、レーザ出力の損失がほとんどな
く、正確かつ効率的なレーザ出力の分割が可能である。

【００２７】図２は、本発明のレーザ出力分割装置の第
２実施形態図である。この図において、（Ａ）は空間分
割、（Ｂ）は時間分割の場合を示している。

【００２８】図２（Ａ）（Ｂ）において、本発明のレー
ザ出力分割装置１０は、２枚の反射ミラー１２、２組の
ミラー直動ステージ１４、２組の反射出力モニタ１６、
１組の透過出力モニタ１８及び単一のステージ制御装置
２０を備える。その他の構成は図１と同様である。

【００２９】図２の構成によれば、単一のミラーで、分
割比を任意の値に正確に一致させることができるので、
図２（Ａ）に示すように、２組のミラー直動ステージ１
４を用いて、レーザ光２を高精度に３分割することがで
きる。また、図２（Ｂ）に示すように、ミラー直動ステ
ージ１４によりレーザ光２を完全に遮る位置に２枚目の
反射ミラー１２を移動すると、単一の反射レーザ光７ａ
のみの出力となり、逆にレーザ光２を全く遮ぎらない位
置に２枚の反射ミラー１２を移動すると、透過レーザ光
７ｂのみの出力となる。従って、２枚の反射ミラー１２
の移動のみでレーザ光２が通る光路を３ヶ所に切り換え
ることができ、時間分割ができる。

【００３０】更に、３組以上のミラー直動ステージ１４
を用いて、４分割以上にレーザ光を空間分割又は時間分
割することも容易にできる。

【００３１】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明は、直線状に動く
ミラーにより、ビームを分割し、分割後のレーザ出力を
測定するパワーセンサからの信号により、ミラーを位置
調整することにより、任意の分割比を正確に得られるこ
とを特徴とする。また、本発明の別の特徴は、１台の装
置で時間分割と空間分割が両方ともできることにある。
更に、本発明では、従来例のようなレーザ出力の損失が
なく、正確かつ効率的なレーザ出力の分割が可能であ
る。

【００３３】従って、本発明のレーザ出力分割装置は、
レーザ光を奇数を含む複数のレーザ光に分割することが
でき、任意の分割比に分割でき、分割精度が高く、出力
の損失が小さく、かつ空間分割と時間分割の両方が可能
である、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ出力分割装置の第１実施形態図
である。

【図２】本発明のレーザ出力分割装置の第２実施形態図
である。

【図３】従来のレーザ出力分割装置の模式図である。

【符号の説明】

１被加工物、２，２ａ〜２ｄレーザ光、３分割装
置（角錐ミラー又はハーフミラー）、４ａ，４ｂ出力
モニタ、５ａ〜５ｄ部分反射透過ミラー、６ａ，６
ｂ，６ｃスライスミラー、７ａ反射レーザ光、７ｂ
透過レーザ光、１０レーザ出力分割装置、１１レ
ーザ装置、１２反射ミラー、１４ミラー直動ステー
ジ、１５レンズ系、１６反射出力モニタ、１７計
測器、１８透過出力モニタ、２０ステージ制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯田茂樹東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者盛田英二東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者西見昭浩東京都江東区豊洲３丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者園田弘文千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社機器・オプト事業部内 (72)発明者衣袋順一千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社機器・オプト事業部内 (72)発明者奥山健二千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号日鐵溶接工業株式会社機器・オプト事業部内Ｆターム(参考） 2H041 AA02 AA06 AB16 AC01 AZ02 AZ06 2H043 BB05 BB07 4E068 CA02 CC01 CD04 CD11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光（２）に対して一定の角度をな
す全反射面を有する反射ミラー（１２）と、該反射ミラ
ーをレーザ光に対して斜めに出入りさせるミラー直動ス
テージ（１４）と、反射ミラーで反射した反射レーザ光
（７ａ）の出力を検出する反射出力モニタ（１６）と、
反射ミラーで遮ぎられずに透過した透過レーザ光（７
ｂ）の出力を検出する透過出力モニタ（１８）と、反射
出力モニタと透過出力モニタの出力を比較してミラー直
動ステージを移動させるステージ制御装置（２０）とを
備えたことを特徴とするレーザ出力分割装置。
【請求項２】反射出力モニタと透過出力モニタの出力
を比較し、反射レーザ光（７ａ）と透過レーザ光（７
ｂ）の出力比があらかじめ設定した比率になるようにミ
ラー直動ステージを移動させる、ことを特徴とする請求
項１に記載のレーザ出力分割装置。