JP2007044719A

JP2007044719A - Laser machining apparatus

Info

Publication number: JP2007044719A
Application number: JP2005230358A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akaha; 崇赤羽; Masanari Watanabe; 眞生渡辺; Takashi Ishide; 孝石出; Shuho Tsubota; 秀峰坪田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2007-02-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser machining apparatus capable of miniaturizing a machining head, and suppressing attenuation of the light incident inside the machining head. <P>SOLUTION: Beams around a part irradiated with laser beams 1 on a work 100 incident inside a machining head 10 are split by a diffraction grating 16 into reflected laser beams 1a, infrared ray 3 and the ultraviolet ray 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光発振手段からのレーザ光を加工ヘッドから被加工物に照射して当該被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam from a laser beam oscillator.

レーザ光発振手段からのレーザ光を加工ヘッドから被加工物に照射して当該被加工物を加工する従来のレーザ加工装置の要部の概略構成を図２に示す。 FIG. 2 shows a schematic configuration of a main part of a conventional laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam from a laser beam oscillation means from a processing head.

図２に示すように、レーザ光１（例えば１０９０ｎｍ）を発振するレーザ光発振装置１２０のレーザ光発振口には、光ファイバ１２１の基端が連結されている。光ファイバ１２１の先端側は、加工ヘッド１１０のケーシング１１１の内部に挿入されている。光ファイバ１２１の先端の軸心の延長線上には、コリメートレンズ１１２が配設されている。コリメートレンズ１１２の光軸上には、当該レンズ１１２からのレーザ光１を反射する一方、当該レーザ光１の波長以外の光を透過させるレーザ光反射ミラー１１３が配設されている。レーザ光反射ミラー１１３のレーザ光反射側の光軸上には、被加工物１００へ向けてレーザ光１を照射する集光レンズ１１４が配設されている。 As shown in FIG. 2, the base end of an optical fiber 121 is connected to a laser beam oscillation port of a laser beam oscillation device 120 that oscillates laser beam 1 (for example, 1090 nm). The distal end side of the optical fiber 121 is inserted into the casing 111 of the processing head 110. A collimating lens 112 is disposed on the extension line of the axial center of the tip of the optical fiber 121. On the optical axis of the collimating lens 112, a laser light reflecting mirror 113 that reflects the laser light 1 from the lens 112 and transmits light other than the wavelength of the laser light 1 is disposed. A condensing lens 114 for irradiating the workpiece 100 with the laser beam 1 is disposed on the optical axis of the laser beam reflecting mirror 113 on the laser beam reflecting side.

前記集光レンズ１１４の光軸上の前記レーザ光反射ミラー１１３の背面側には、可視光２を反射する一方、当該可視光２の波長以外の光を透過させる可視光反射ミラー１１５が配設されている。前記集光レンズ１１４の光軸上の前記可視光反射ミラー１１５の背面側には、反射レーザ光１ａ（例えば１０９０ｎｍ）のみを反射する第一のバンドパスフィルタ１１６ａが配設されている。前記集光レンズ１１４の光軸上の前記第一のバンドパスフィルタ１１６ａの背面側には、所定の波長領域（１１００〜１７００ｎｍ）の赤外光３のみを反射する第二のバンドパスフィルタ１１６ｂが配設されている。 On the back side of the laser light reflecting mirror 113 on the optical axis of the condenser lens 114, a visible light reflecting mirror 115 that reflects visible light 2 and transmits light other than the wavelength of the visible light 2 is disposed. Has been. On the back side of the visible light reflecting mirror 115 on the optical axis of the condenser lens 114, a first band pass filter 116a that reflects only the reflected laser beam 1a (for example, 1090 nm) is disposed. On the back side of the first bandpass filter 116a on the optical axis of the condenser lens 114, a second bandpass filter 116b that reflects only the infrared light 3 in a predetermined wavelength region (1100 to 1700 nm). It is arranged.

前記可視光反射ミラー１１５の可視光２の反射方向には、集光レンズ１１７ａが配設されている。集光レンズ１１７ａの集光焦点位置には、可視光２を撮影するＣＣＤ方式又はＣ−ＭＯＳ方式のカメラ１１８ａが配設されている。前記第一のバンドパスフィルタ１１６ａの反射レーザ光１ａの反射方向には、集光レンズ１１７ｂが配設されている。集光レンズ１１７ｂの集光焦点位置には、反射レーザ光１ａを検出する反射レーザ光センサ１１８ｂが配設されている。 A condensing lens 117 a is arranged in the reflection direction of the visible light 2 of the visible light reflecting mirror 115. A CCD-type or C-MOS-type camera 118a for photographing the visible light 2 is disposed at the condensing focal position of the condenser lens 117a. A condensing lens 117b is arranged in the reflection direction of the reflected laser beam 1a of the first band pass filter 116a. A reflected laser beam sensor 118b that detects the reflected laser beam 1a is disposed at the focal point of the condenser lens 117b.

前記第二のバンドパスフィルタ１１６ｂの上記赤外光３の反射方向には、集光レンズ１１７ｃが配設されている。集光レンズ１１７ｃの集光焦点位置には、上記赤外光３を検出する赤外光センサ１１８ｃが配設されている。前記集光レンズ１１４の光軸上の前記第二のバンドパスフィルタ１１６ｂの背面側には、集光レンズ１１７ｄが配設されている。集光レンズ１１７ｄの集光焦点位置には、紫外光４を検出する紫外光センサ１１８ｄが配設されている。 A condensing lens 117c is disposed in the reflection direction of the infrared light 3 of the second band pass filter 116b. An infrared light sensor 118c for detecting the infrared light 3 is disposed at a condensing focal position of the condensing lens 117c. A condenser lens 117d is disposed on the back side of the second band pass filter 116b on the optical axis of the condenser lens 114. An ultraviolet light sensor 118d for detecting the ultraviolet light 4 is disposed at the condensing focal position of the condensing lens 117d.

前記カメラ１１８ａ、前記反射レーザ光センサ１１８ｂ、前記赤外光センサ１１８ｃ、前記紫外光センサ１１８ｄは、演算制御装置１３０の入力部にそれぞれ電気的に接続している。演算制御装置１３０の出力部は、前記レーザ光発振装置１２０に電気的に接続している。なお、図２中、１３１は、ディスプレイ等の表示装置である。 The camera 118a, the reflected laser light sensor 118b, the infrared light sensor 118c, and the ultraviolet light sensor 118d are electrically connected to the input unit of the arithmetic control device 130, respectively. The output unit of the arithmetic control device 130 is electrically connected to the laser light oscillation device 120. In FIG. 2, reference numeral 131 denotes a display device such as a display.

このような従来のレーザ加工装置の作用を次に説明する。 The operation of such a conventional laser processing apparatus will be described next.

演算制御装置１３０を作動して、レーザ光発振装置１２０から光ファイバ１２１を介して加工ヘッド１１０のケーシング１１１内にレーザ光１を発振すると、当該レーザ光１は、コリメートレンズ１１２を介してレーザ光反射ミラー１１３で反射され、集光レンズ１１４で被加工物１００へ集光されて、被加工物１００をレーザ加工する。 When the arithmetic and control unit 130 is operated and the laser beam 1 is oscillated from the laser beam oscillation device 120 into the casing 111 of the processing head 110 via the optical fiber 121, the laser beam 1 is transmitted through the collimator lens 112. The light is reflected by the reflecting mirror 113 and condensed on the workpiece 100 by the condenser lens 114, and the workpiece 100 is laser processed.

このようにして被加工物１００にレーザ光１を照射して被加工物１００をレーザ加工すると、被加工物１００のレーザ光１の照射箇所からプラズマ発光に伴う紫外光４（４００〜８００ｎｍ）が放射されると共に、発熱に伴う赤外光３（１１００〜１７００ｎｍ）が放射され、これら赤外光３及び紫外光４は、上記レーザ光１の照射された被加工物１００部分の可視光２及び反射レーザ光１ａと共に前記集光レンズ１１４を介して加工ヘッド１１０のケーシング１１１の内部に入射する。 In this way, when the workpiece 100 is irradiated with the laser beam 1 and the workpiece 100 is laser-processed, ultraviolet light 4 (400 to 800 nm) accompanying plasma emission is emitted from the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100. In addition to the radiation, infrared light 3 (1100 to 1700 nm) accompanying heat generation is emitted. These infrared light 3 and ultraviolet light 4 are visible light 2 and 100 parts of the workpiece 100 irradiated with the laser light 1. The light enters the casing 111 of the processing head 110 through the condenser lens 114 together with the reflected laser beam 1a.

加工ヘッド１１０のケーシング１１１の内部に入射した上記光１ａ，２〜４のうち、反射レーザ光１ａの多くは、レーザ光反射ミラー１１３で反射されるものの、反射レーザ光１ａの一部及び上記光２〜４は、レーザ光反射ミラー１１３を透過して可視光反射ミラー１１５に到達する。 Of the light 1a and 2 to 4 incident on the inside of the casing 111 of the processing head 110, most of the reflected laser light 1a is reflected by the laser light reflecting mirror 113, but a part of the reflected laser light 1a and the light are reflected. 2 to 4 pass through the laser light reflecting mirror 113 and reach the visible light reflecting mirror 115.

可視光２は、上記可視光反射ミラー１１５で反射され、集光レンズ１１７ａで集光されてカメラ１１８ａに入射される一方、反射レーザ光１ａ，赤外光３，紫外光４は、上記可視光反射ミラー１１５を透過して第一のバンドパスフィルタ１１６ａに到達する。反射レーザ光１ａは、上記バンドパスフィルタ１１６ａで反射され、集光レンズ１１７ｂで集光されて反射レーザ光センサ１１８ｂに入射される一方、赤外光３及び紫外光４は、上記バンドパスフィルタ１１６ａを透過して第二のバンドパスフィルタ１１６ｂに到達する。 Visible light 2 is reflected by the visible light reflecting mirror 115, condensed by a condenser lens 117a, and incident on the camera 118a, while reflected laser light 1a, infrared light 3, and ultraviolet light 4 are reflected by the visible light. The light passes through the reflection mirror 115 and reaches the first bandpass filter 116a. The reflected laser beam 1a is reflected by the bandpass filter 116a, collected by the condenser lens 117b and incident on the reflected laser beam sensor 118b, while the infrared light 3 and the ultraviolet light 4 are reflected by the bandpass filter 116a. And reaches the second band-pass filter 116b.

赤外光３は、上記バンドパスフィルタ１１６ｂで反射され、集光レンズ１１７ｃで集光されて赤外光センサ１１８ｃに入射される一方、紫外光４は、上記バンドパスフィルタ１１６ｂを透過し、集光レンズ１１７ｄで集光されて紫外光センサ１１８ｄに入射される。 The infrared light 3 is reflected by the bandpass filter 116b, collected by the condenser lens 117c, and incident on the infrared light sensor 118c, while the ultraviolet light 4 passes through the bandpass filter 116b and is collected. The light is condensed by the optical lens 117d and is incident on the ultraviolet light sensor 118d.

演算制御装置１３０は、前記カメラ１１８ａで撮影された可視光２の信号を演算処理して、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の映像を前記表示装置１３１に表示すると共に、前記反射レーザ光センサ１１８ｂでの反射レーザ光１ａの検出信号に基づいて、レーザ光１の利用効率を求める一方、前記赤外光センサ１１８ｃでの赤外光３の検出信号に基づいて、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の温度を求めると共に、前記紫外光センサ１１８ｄでの前記紫外光４の検出信号に基づいて、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の溶接や切断等の加工性状を求める。 The arithmetic and control unit 130 performs arithmetic processing on the signal of the visible light 2 photographed by the camera 118a, displays an image around the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100 on the display unit 131, and also reflects the reflection. The use efficiency of the laser light 1 is obtained based on the detection signal of the reflected laser light 1a from the laser light sensor 118b, while the workpiece 100 is obtained based on the detection signal of the infrared light 3 from the infrared light sensor 118c. The temperature around the irradiated portion of the laser beam 1 is obtained, and welding or cutting around the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100 is performed based on the detection signal of the ultraviolet light 4 from the ultraviolet light sensor 118d. Determine processing properties.

そして、上記演算制御装置１３０は、求められた上記利用効率や上記温度や上記加工性状に基づいて、レーザ光１による被加工物１００の加工部分の温度や加工性状やレーザ光１の利用効率が予め定められた温度範囲や加工性状や利用効率となるように、加工ヘッド１１０から出射するレーザ光１の出力等を調整するようにレーザ光発振装置１２０を制御する。これにより、被加工物１は、目的とする性状でレーザ加工されるようになる。 The arithmetic and control unit 130 determines the temperature and processing characteristics of the processing portion of the workpiece 100 by the laser beam 1 and the usage efficiency of the laser beam 1 based on the obtained utilization efficiency, the temperature, and the processing property. The laser beam oscillation device 120 is controlled so as to adjust the output of the laser beam 1 emitted from the machining head 110 so that the predetermined temperature range, machining properties, and utilization efficiency are obtained. As a result, the workpiece 1 is laser processed with the intended properties.

特許第３４３９１３８号公報Japanese Patent No. 3439138

前述したような従来のレーザ加工装置においては、可視光反射ミラー１１５、第一のバンドパスフィルタ１１６ａ、第二のバンドパスフィルタ１１６ｂにより、加工ヘッド１１０のケーシング１１１内に入射した前記光１ａ，２〜４を順次分光していくため、当該加工ヘッド１１０のケーシング１１１内の当該光１ａ，２〜４の光路長が非常に長くなり、ケーシング１１１のサイズが大型化してしまうと共に、検出する前記光３，４の強度が低下して検出感度が低下してしまうという問題があった。 In the conventional laser processing apparatus as described above, the lights 1a and 2 incident on the casing 111 of the processing head 110 by the visible light reflecting mirror 115, the first band pass filter 116a, and the second band pass filter 116b. -4 are sequentially dispersed, the optical path lengths of the lights 1a and 2-4 in the casing 111 of the processing head 110 become very long, the size of the casing 111 is increased, and the light to be detected is detected. There was a problem that the detection sensitivity was lowered due to a decrease in the strength of 3 and 4.

このようなことから、本発明は、加工ヘッドの小型化を図ることができると共に、加工ヘッドの内部に入射した光の減衰を抑制することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of reducing the size of the processing head and suppressing the attenuation of light incident on the processing head.

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光発振手段からのレーザ光を加工ヘッドから被加工物に照射して当該被加工物を加工するレーザ加工装置において、前記加工ヘッドに設けられて、前記被加工物への前記レーザ光の照射部分周辺の光を当該加工ヘッドの内部に入射させる照射周辺光入射光学系と、前記加工ヘッドの内部に設けられて、前記照射周辺光入射光学系により当該加工ヘッドの内部に入射した前記光から赤外光及び紫外光を分光する回折格子と、前記回折格子で分光された前記赤外光を検出する赤外光検出手段と、前記回折格子で分光された前記紫外光を検出する紫外光検出手段と、前記赤外光検出手段からの信号に基づいて、前記被加工物の前記レーザ光の照射部分周辺の温度を算出する温度算出手段と、前記紫外光検出手段からの信号に基づいて、前記被加工物の前記レーザ光の照射部分周辺の加工性状を求める加工性状算出手段とを備えていることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a first invention for solving the above-described problem is a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with laser light from a laser beam oscillation means from a processing head. The irradiation peripheral light incident optical system is provided in the processing head, and is provided in the processing head. The irradiation peripheral light incident optical system is configured to make light in the vicinity of the irradiated portion of the laser beam applied to the workpiece enter the processing head. A diffraction grating that separates infrared light and ultraviolet light from the light incident on the inside of the processing head by the irradiation ambient light incident optical system, and infrared that detects the infrared light dispersed by the diffraction grating Based on signals from the light detection means, the ultraviolet light detection means for detecting the ultraviolet light dispersed by the diffraction grating, and the signal from the infrared light detection means, the periphery of the laser light irradiation portion of the workpiece Calculate temperature And temperature calculation means for, based on a signal from the ultraviolet light detecting means, characterized in that it comprises a machining property calculation means for calculating a machining properties near the irradiated portion of the laser beam of the workpiece.

第二番目の発明に係るレーザ加工装置は、第一番目の発明において、前記回折格子が、前記照射周辺光入射光学系により当該加工ヘッドの内部に入射した前記光から反射レーザ光をさらに分光するものであり、前記回折格子で分光された前記反射レーザ光を検出する反射レーザ光検出手段と、前記反射レーザ光検出手段からの信号に基づいて、前記レーザ光の利用効率を求める利用効率算出手段とを備えていることを特徴とする。 In a laser processing apparatus according to a second invention, in the first invention, the diffraction grating further divides the reflected laser light from the light incident on the processing head by the irradiation ambient light incident optical system. A reflected laser light detecting means for detecting the reflected laser light dispersed by the diffraction grating; and a utilization efficiency calculating means for obtaining a utilization efficiency of the laser light based on a signal from the reflected laser light detecting means. It is characterized by having.

第三番目の発明に係るレーザ加工装置は、第一番目又は第二番目の発明において、前記加工ヘッドの内部に設けられて、前記照射周辺光入射光学系により当該加工ヘッドの内部に入射した前記光から可視光を分光する可視光分光手段と、前記可視光分光手段で分光された前記可視光を撮影する可視光撮影手段と、前記可視光撮影手段からの信号に基づいて、前記被加工物の前記レーザ光の照射部分周辺の映像を表示する映像表示手段とを備えていることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a third invention is the laser processing apparatus according to the first or second invention, wherein the laser processing apparatus is provided in the processing head and is incident on the processing head by the irradiation ambient light incident optical system. Visible light spectroscopic means for splitting visible light from light, visible light photographing means for photographing the visible light dispersed by the visible light spectroscopic means, and the workpiece based on a signal from the visible light photographing means And an image display means for displaying an image around the irradiated portion of the laser beam.

第四番目の発明に係るレーザ加工装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記被加工物の前記レーザ光の照射部分周辺の温度が予め定められた温度範囲となるように、前記温度算出手段で算出された温度の値に基づいて、前記レーザ光発振手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to third aspects, the temperature around the irradiated portion of the laser beam of the workpiece is in a predetermined temperature range. And a control means for controlling the laser light oscillation means based on the temperature value calculated by the temperature calculation means.

第五番目の発明に係るレーザ加工装置は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記被加工物の前記レーザ光の照射部分周辺の加工性状が予め定められた性状となるように、前記加工性状算出手段で求められた加工性状に基づいて、前記レーザ光発振手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the processing characteristics around the irradiated portion of the laser beam of the workpiece become predetermined characteristics. And a control means for controlling the laser light oscillation means based on the work properties obtained by the work property calculation means.

第六番目の発明に係るレーザ加工装置は、第二番目の発明において、前記レーザ光の利用効率が予め定められた利用効率となるように、前記利用効率算出手段で求められた利用効率に基づいて、前記レーザ光発振手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus according to the second aspect, wherein the utilization efficiency calculated by the utilization efficiency calculation means is set so that the utilization efficiency of the laser beam is a predetermined utilization efficiency. And a control means for controlling the laser light oscillation means.

第七番目の発明に係るレーザ加工装置は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記赤外光が、１１００〜１７００ｎｍの波長領域又は５８００〜９５００ｃｍ^-1の波数領域のものであり、前記紫外光が、４００〜８００ｎｍの波長領域又は１２５００〜２５０００ｃｍ^-1の波数領域のものであることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a seventh invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to sixth inventions, wherein the infrared light has a wavelength region of 1100 to 1700 nm or a wave number region of 5800 to 9500 cm ^−1. And the ultraviolet light has a wavelength range of 400 to 800 nm or a wave number range of 12,500 to 25000 cm ⁻¹ .

本発明に係るレーザ加工装置によれば、加工ヘッドの内部に入射した光に対して回折格子で赤外光及び紫外光に分光するので、加工ヘッドの小型化を図ることができると共に、加工ヘッドの内部に入射した光の減衰を抑制することができる。 According to the laser processing apparatus of the present invention, since the light incident on the inside of the processing head is split into infrared light and ultraviolet light by the diffraction grating, the processing head can be miniaturized and the processing head can be reduced in size. Attenuation of the light incident on the inside can be suppressed.

本発明に係るレーザ加工装置の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、レーザ加工装置の要部の概略構成図である。 An embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a laser processing apparatus.

図１に示すように、レーザ光１（例えば１０９０ｎｍ）を発振するレーザ光発振装置２０のレーザ光発振口には、光ファイバ２１の基端が連結されている。光ファイバ２１の先端側は、加工ヘッド１０のケーシング１１の内部に挿入されている。光ファイバ２１の先端の軸心の延長線上には、コリメートレンズ１２が配設されている。コリメートレンズ１２の光軸上には、当該レンズ１２からのレーザ光１を反射する一方、当該レーザ光１の波長以外の光を透過させるレーザ光反射ミラー１３が配設されている。レーザ光反射ミラー１３のレーザ光反射側の光軸上には、被加工物１００へ向けてレーザ光１を照射する集光レンズ１４が配設されている。 As shown in FIG. 1, the base end of an optical fiber 21 is connected to a laser beam oscillation port of a laser beam oscillation device 20 that oscillates laser beam 1 (for example, 1090 nm). The distal end side of the optical fiber 21 is inserted into the casing 11 of the processing head 10. A collimating lens 12 is disposed on an extension line of the axial center at the tip of the optical fiber 21. On the optical axis of the collimating lens 12, there is disposed a laser light reflecting mirror 13 that reflects the laser light 1 from the lens 12 and transmits light other than the wavelength of the laser light 1. A condensing lens 14 for irradiating the workpiece 100 with the laser beam 1 is disposed on the optical axis of the laser beam reflecting mirror 13 on the laser beam reflecting side.

前記集光レンズ１４の光軸上の前記レーザ光反射ミラー１３の背面側には、可視光２を反射する一方、当該可視光２の波長以外の光を透過させる可視光反射ミラー１５が配設されている。この可視光反射ミラー１５の可視光２の反射方向には、集光レンズ１７ａが配設されている。この集光レンズ１７ａの集光焦点位置には、可視光２を撮影するＣＣＤ方式又はＣ−ＭＯＳ方式のカメラ１８ａが配設されている。 On the back side of the laser light reflecting mirror 13 on the optical axis of the condenser lens 14, a visible light reflecting mirror 15 that reflects visible light 2 and transmits light other than the wavelength of the visible light 2 is disposed. Has been. A condensing lens 17 a is arranged in the reflection direction of the visible light 2 of the visible light reflecting mirror 15. A CCD-type or C-MOS-type camera 18a for photographing the visible light 2 is disposed at the condensing focal position of the condensing lens 17a.

前記集光レンズ１４の光軸上の前記可視光反射ミラー１５の背面側には、当該可視光反射ミラー１５を透過した光を反射する反射ミラー１６ａが配設されている。この反射ミラー１６ａの反射方向には、当該反射ミラー１６ａで反射された光から反射レーザ光１ａ（例えば１０９０ｎｍ）と所定の波長領域（１１００〜１７００ｎｍ）の赤外光３と所定の波長領域（４００〜８００ｎｍ）の紫外光４とを分光する回折格子１６ｂが配設されている。 On the back side of the visible light reflecting mirror 15 on the optical axis of the condenser lens 14, a reflecting mirror 16 a that reflects the light transmitted through the visible light reflecting mirror 15 is disposed. The reflection direction of the reflection mirror 16a includes reflected laser light 1a (for example, 1090 nm), infrared light 3 of a predetermined wavelength region (1100 to 1700 nm) and a predetermined wavelength region (400 from the light reflected by the reflection mirror 16a. A diffraction grating 16b that splits the ultraviolet light 4 (˜800 nm) is disposed.

前記回折格子１６ｂの反射レーザ光１ａの出射方向には、集光レンズ１７ｂが配設されている。集光レンズ１７ｂの集光焦点位置には、反射レーザ光１ａを検出する反射レーザ光センサ１８ｂが配設されている。前記回折格子１６ｂの前記赤外光３の出射方向には、集光レンズ１７ｃが配設されている。集光レンズ１７ｃの集光焦点位置には、前記赤外光３を検出する赤外光センサ１８ｃが配設されている。前記回折格子１６ｂの前記紫外光４の出射方向には、集光レンズ１７ｄが配設されている。集光レンズ１７ｄの集光焦点位置には、前記紫外光４を検出する紫外光センサ１８ｄが配設されている。 A condenser lens 17b is disposed in the direction in which the reflected laser beam 1a is emitted from the diffraction grating 16b. A reflected laser beam sensor 18b for detecting the reflected laser beam 1a is disposed at the focal position of the condenser lens 17b. A condenser lens 17c is disposed in the direction of emission of the infrared light 3 from the diffraction grating 16b. An infrared light sensor 18c for detecting the infrared light 3 is disposed at a condensing focal position of the condenser lens 17c. A condensing lens 17d is disposed in the emission direction of the ultraviolet light 4 from the diffraction grating 16b. An ultraviolet light sensor 18d for detecting the ultraviolet light 4 is disposed at the condensing focal position of the condenser lens 17d.

前記カメラ１８ａ、前記反射レーザ光センサ１８ｂ、前記赤外光センサ１８ｃ、前記紫外光センサ１８ｄは、演算制御装置３０の入力部にそれぞれ電気的に接続している。演算制御装置３０の出力部は、前記レーザ光発振装置２０に電気的に接続している。なお、図１中、３１は、ディスプレイ等の表示装置である。 The camera 18 a, the reflected laser light sensor 18 b, the infrared light sensor 18 c, and the ultraviolet light sensor 18 d are electrically connected to the input unit of the arithmetic control device 30. The output unit of the arithmetic control device 30 is electrically connected to the laser light oscillation device 20. In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a display device such as a display.

このような本実施形態においては、レーザ光発振装置２０、光ファイバ２１等によりレーザ光発振手段を構成し、コリメートレンズ１２、レーザ光反射ミラー１３、集光レンズ１４等によりレーザ光照射光学系を構成し、レーザ光反射ミラー１３、集光レンズ１４等により照射周辺光入射光学系を構成し、可視光反射ミラー１５等により可視光分光手段を構成し、集光レンズ１７ａ、カメラ１８ａ等により可視光撮影手段を構成し、集光レンズ１７ｂ、反射レーザ光センサ１８ｂ等により反射レーザ光検出手段を構成し、集光レンズ１７ｃ、赤外光センサ１８ｃ等により紫外光検出手段を構成し、集光レンズ１７ｄ、紫外光センサ１８ｄ等により紫外光検出手段を構成し、演算制御装置３０、表示装置３１等により、温度算出手段、加工性状算出手段、利用効率算出手段、映像表示手段、制御手段をそれぞれ兼ねて構成している。 In this embodiment, a laser beam oscillation means is constituted by the laser beam oscillation device 20, the optical fiber 21 and the like, and a laser beam irradiation optical system is constituted by the collimator lens 12, the laser beam reflection mirror 13, the condenser lens 14, and the like. The laser light reflecting mirror 13 and the condensing lens 14 constitute an irradiation ambient light incident optical system, the visible light reflecting mirror 15 and the like constitute a visible light spectroscopic means, and the condensing lens 17a and the camera 18a etc. A light photographing means is constituted, a reflected laser light detecting means is constituted by the condenser lens 17b, the reflected laser light sensor 18b, etc., and an ultraviolet light detecting means is constituted by the condenser lens 17c, the infrared light sensor 18c, etc. The lens 17d, the ultraviolet light sensor 18d, and the like constitute ultraviolet light detection means, and the arithmetic control device 30, the display device 31 and the like provide temperature calculation means and processing properties. Detecting means, use efficiency calculation means constitute doubles as an image display means, control means, respectively.

このような本実施形態に係るレーザ加工装置の作用を次に説明する。 Next, the operation of the laser processing apparatus according to this embodiment will be described.

演算制御装置３０を作動して、レーザ光発振装置２０から光ファイバ２１を介して加工ヘッド１０のケーシング１１内にレーザ光１を発振すると、当該レーザ光１は、コリメートレンズ１２を介してレーザ光反射ミラー１３で反射され、集光レンズ１４で被加工物１００へ集光されて、被加工物１００をレーザ加工する。 When the arithmetic and control unit 30 is operated to oscillate the laser beam 1 from the laser beam oscillator 20 through the optical fiber 21 into the casing 11 of the machining head 10, the laser beam 1 is transmitted through the collimator lens 12. The light is reflected by the reflecting mirror 13 and condensed on the workpiece 100 by the condenser lens 14, and the workpiece 100 is laser processed.

このようにして被加工物１００にレーザ光１を照射して被加工物１００をレーザ加工すると、被加工物１００のレーザ光１の照射箇所からプラズマ発光に伴う紫外光４（４００〜８００ｎｍ）が放射されると共に、発熱に伴う赤外光３（１１００〜１７００ｎｍ）が放射され、これら赤外光４及び紫外光５は、上記レーザ光１の照射された被加工物１００部分の可視光２及び反射レーザ光１ａと共に前記集光レンズ１４を介して加工ヘッド１０のケーシング１１の内部に入射する。 In this way, when the workpiece 100 is irradiated with the laser beam 1 and the workpiece 100 is laser-processed, ultraviolet light 4 (400 to 800 nm) accompanying plasma emission is emitted from the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100. In addition to the radiation, infrared light 3 (1100 to 1700 nm) accompanying heat generation is emitted. These infrared light 4 and ultraviolet light 5 are visible light 2 and 100 parts of the workpiece 100 irradiated with the laser light 1. The light enters the casing 11 of the machining head 10 through the condenser lens 14 together with the reflected laser beam 1a.

加工ヘッド１０のケーシング１１の内部に入射した上記光１ａ，２〜４のうち、反射レーザ光１ａの多くは、レーザ光反射ミラー１３で反射されるものの、反射レーザ光１ａの一部及び上記光２〜４は、レーザ光反射ミラー１３を透過して可視光反射ミラー１５に到達する。 Of the lights 1a and 2 to 4 incident on the inside of the casing 11 of the processing head 10, most of the reflected laser light 1a is reflected by the laser light reflecting mirror 13, but a part of the reflected laser light 1a and the light are reflected. 2 to 4 pass through the laser light reflecting mirror 13 and reach the visible light reflecting mirror 15.

可視光２は、上記可視光反射ミラー１５で反射され、集光レンズ１７ａで集光されてカメラ１８ａに入射される一方、反射レーザ光１ａ，赤外光３，紫外光４は、上記可視光反射ミラー１５を透過して前記反射ミラー１６ａで反射され、回折格子１６ｂに入射する。 Visible light 2 is reflected by the visible light reflecting mirror 15, condensed by a condenser lens 17a and incident on a camera 18a, while reflected laser light 1a, infrared light 3, and ultraviolet light 4 are reflected by the visible light. The light passes through the reflection mirror 15, is reflected by the reflection mirror 16a, and enters the diffraction grating 16b.

反射レーザ光１ａは、前記回折格子１６ｂにより回折して、集光レンズ１７ｂに入射し、反射レーザ光センサ１８ｂで検出される。赤外光３は、前記回折格子１６ｂにより回折して、集光レンズ１７ｃに入射し、赤外光センサ１８ｃで検出される。紫外光４は、前記回折格子１６ｂにより回折して、集光レンズ１７ｄに入射し、紫外光センサ１８ｄで検出される。 The reflected laser beam 1a is diffracted by the diffraction grating 16b, enters the condenser lens 17b, and is detected by the reflected laser beam sensor 18b. The infrared light 3 is diffracted by the diffraction grating 16b, enters the condenser lens 17c, and is detected by the infrared light sensor 18c. The ultraviolet light 4 is diffracted by the diffraction grating 16b, enters the condenser lens 17d, and is detected by the ultraviolet light sensor 18d.

演算制御装置３０は、前記カメラ１８ａで撮影された可視光２の信号を演算処理して、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の映像を前記表示装置３１に表示すると共に、前記反射レーザ光センサ１８ｂでの反射レーザ光１ａの検出信号に基づいて、レーザ光１の利用効率を求める一方、前記赤外光センサ１８ｃでの赤外光３の検出信号に基づいて、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の温度を求めると共に、前記紫外光センサ１８ｄでの紫外光４の検出信号に基づいて、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の溶接や切断等の加工性状を求める。 The arithmetic control device 30 performs arithmetic processing on the signal of the visible light 2 photographed by the camera 18a, displays an image around the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100 on the display device 31, and also reflects the reflection. The use efficiency of the laser beam 1 is obtained based on the detection signal of the reflected laser beam 1a at the laser beam sensor 18b, while the workpiece 100 is calculated based on the detection signal of the infrared beam 3 at the infrared sensor 18c. The temperature around the irradiated portion of the laser beam 1 is obtained, and processing such as welding or cutting around the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100 is performed based on the detection signal of the ultraviolet light 4 from the ultraviolet light sensor 18d. Find properties.

そして、上記演算制御装置３０は、求められた上記利用効率や上記温度や上記加工性状に基づいて、被加工物１００のレーザ光１の照射部分周辺の温度や加工性状やレーザ光１の利用効率、すなわち、レーザ光１による被加工物１００の加工部分の温度や加工性状やレーザ光の利用効率が予め定められた温度範囲や加工性状や利用効率となるように、加工ヘッド１０から出射するレーザ光１の出力等を調整するようにレーザ光発振装置２０を制御する。これにより、被加工物１を目的とする性状でレーザ加工することができる。 The arithmetic and control unit 30 then determines the temperature and workability around the irradiated portion of the laser beam 1 of the workpiece 100 and the use efficiency of the laser light 1 based on the obtained use efficiency, the temperature, and the workability. That is, the laser emitted from the processing head 10 so that the temperature and processing characteristics of the processing portion of the workpiece 100 by the laser beam 1 and the utilization efficiency of the laser beam become the predetermined temperature range, processing characteristics and utilization efficiency. The laser light oscillation device 20 is controlled so as to adjust the output of the light 1 and the like. As a result, the workpiece 1 can be laser processed with the intended properties.

つまり、従来は、加工ヘッド１１０のケーシング１１１の内部に入射した光から反射レーザ光１ａと赤外光３と紫外光４とを前記バンドパスフィルタ１１６ａ，１１６ｂにより順次分光するようにしていたが、本実施形態は、加工ヘッド１０のケーシング１１の内部に入射した光から反射レーザ光１ａと赤外光３と紫外光４とを前記回折格子１６ｂにより同時に分光するようにしたのである。 In other words, conventionally, the reflected laser light 1a, infrared light 3, and ultraviolet light 4 are sequentially separated from the light incident inside the casing 111 of the processing head 110 by the band-pass filters 116a and 116b. In the present embodiment, the reflected laser beam 1a, infrared light 3 and ultraviolet light 4 are simultaneously split by the diffraction grating 16b from the light incident on the casing 11 of the processing head 10.

このため、本実施形態においては、加工ヘッド１０のケーシング１１内に入射させて分光する前記光２〜４の光路長が短くて済むようになる。 For this reason, in this embodiment, the optical path lengths of the light beams 2 to 4 that are incident on the casing 11 of the processing head 10 and split are reduced.

したがって、本実施形態によれば、加工ヘッド１０のケーシング１１のサイズを小さくすることができると共に、検出する前記光３，４の強度の低下を抑制することができ、検出感度を向上させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the size of the casing 11 of the machining head 10 can be reduced, and the decrease in the intensity of the light 3 and 4 to be detected can be suppressed, and the detection sensitivity can be improved. it can.

なお、本実施形態では、加工ヘッド１０のケーシング１１内に入射して可視光２を分光された光から反射レーザ光１ａ（例えば１０９０ｎｍ：赤外光波長領域）と所定の波長領域（１１００〜１７００ｎｍ）の赤外光３と所定の波長領域（４００〜８００ｎｍ）の紫外光４とを分光する場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、加工ヘッド１０のケーシング１１内に入射して可視光２を分光された光から反射レーザ光１ａ（赤外光波数領域）と所定の波数領域（５８００〜９５００ｃｍ^-1）の赤外光３と所定の波数領域（１２５００〜２５０００ｃｍ^-1）の紫外光４とに分光することでも上述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。 In the present embodiment, the reflected laser light 1a (for example, 1090 nm: infrared light wavelength region) and a predetermined wavelength region (1100 to 1700 nm) from the light that is incident on the casing 11 of the processing head 10 and is split into the visible light 2 are used. ) And the ultraviolet light 4 in a predetermined wavelength region (400 to 800 nm) have been described. As another embodiment, for example, the light is incident on the casing 11 of the processing head 10 and is visible. ultraviolet laser beam reflected 1a light 2 from dispersed light infrared light 3 with a predetermined wave number region of (infrared wave number range) and a predetermined wave number region (5800~9500cm ^{^-1)} (12500~25000cm ^-1) The same effect as in the above-described embodiment can be obtained by splitting the light 4.

本発明に係るレーザ加工装置は、金属加工産業等において極めて有益に利用することができる。 The laser processing apparatus according to the present invention can be used extremely beneficially in the metal processing industry and the like.

本発明に係るレーザ加工装置の実施形態の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of embodiment of the laser processing apparatus which concerns on this invention. 従来のレーザ加工装置の一例の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of an example of the conventional laser processing apparatus.

Explanation of symbols

１レーザ光
１ａ反射レーザ光
２可視光
３赤外光
４紫外光
１０加工ヘッド
１１ケーシング
１２コリメートレンズ
１３レーザ光反射ミラー
１４集光レンズ
１５可視光反射ミラー
１６ａ反射ミラー
１６ｂ回折格子
１７ａ〜１７ｄ集光レンズ
１８ａカメラ
１８ｂ反射レーザ光センサ
１８ｃ赤外光センサ
１８ｄ紫外光センサ
２０レーザ光発振装置
２１光ファイバ
３０演算制御装置
３１表示装置
１００被加工物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light 1a Reflected laser light 2 Visible light 3 Infrared light 4 Ultraviolet light 10 Processing head 11 Casing 12 Collimating lens 13 Laser light reflecting mirror 14 Condensing lens 15 Visible light reflecting mirror 16a Reflecting mirror 16b Diffraction gratings 17a-17d Condensing Lens 18a Camera 18b Reflected laser light sensor 18c Infrared light sensor 18d Ultraviolet light sensor 20 Laser light oscillation device 21 Optical fiber 30 Arithmetic control device 31 Display device 100 Workpiece

Claims

In a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece from a processing head with laser light from a laser beam oscillation means,
An irradiation peripheral light incident optical system that is provided in the processing head and makes the light around the irradiation portion of the laser beam to the workpiece enter the processing head;
A diffraction grating that is provided inside the processing head and separates infrared light and ultraviolet light from the light incident on the processing head by the irradiation ambient light incident optical system;
Infrared light detecting means for detecting the infrared light spectrally separated by the diffraction grating;
Ultraviolet light detection means for detecting the ultraviolet light spectrally separated by the diffraction grating;
Based on a signal from the infrared light detection means, a temperature calculation means for calculating the temperature around the irradiated portion of the laser beam of the workpiece;
A laser processing apparatus, comprising: a processing property calculation unit that determines a processing property of the workpiece around the irradiated portion of the laser beam based on a signal from the ultraviolet light detection unit.

In claim 1,
The diffraction grating further disperses the reflected laser light from the light incident on the processing head by the irradiation ambient light incident optical system,
Reflected laser light detection means for detecting the reflected laser light dispersed by the diffraction grating;
And a utilization efficiency calculation means for obtaining a utilization efficiency of the laser light based on a signal from the reflected laser light detection means.

In claim 1 or claim 2,
Visible light spectroscopic means that is provided inside the processing head and separates visible light from the light incident on the processing head by the irradiation ambient light incident optical system;
Visible light photographing means for photographing the visible light separated by the visible light spectroscopic means;
A laser processing apparatus, comprising: an image display means for displaying an image of the periphery of the irradiated portion of the workpiece on the basis of a signal from the visible light photographing means.

In any one of Claims 1-3,
Control for controlling the laser light oscillation means based on the temperature value calculated by the temperature calculation means so that the temperature around the laser light irradiation portion of the workpiece falls within a predetermined temperature range. A laser processing apparatus comprising: means.

In any one of Claims 1-3,
Control for controlling the laser light oscillation means on the basis of the processing properties obtained by the processing property calculation means so that the processing properties around the irradiated portion of the laser beam of the workpiece become predetermined properties. A laser processing apparatus comprising: means.

In claim 2,
Control means for controlling the laser light oscillation means based on the utilization efficiency obtained by the utilization efficiency calculation means so that the utilization efficiency of the laser light becomes a predetermined utilization efficiency. Laser processing equipment.

In any one of Claims 1-6,
The infrared light has a wavelength range of 1100 to 1700 nm or a wave number range of 5800 to 9500 cm ⁻¹ ;
The ultraviolet processing light has a wavelength region of 400 to 800 nm or a wave number region of 12,500 to 25000 cm ⁻¹ .