JP2010212563A - レーザ発振装置およびレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のレーザ発振装置のメカニカルシャッタは繰り返し精度の問題でレーザ光がアブソーバにずれて入射する問題があった。
【解決手段】レーザ光６６を射出するレーザ発振装置６５のレーザ光の光路上に出入りする反射鏡２と、反射鏡２によるレーザ光の反射光路上に配置した凹状のレーザ光受けを有するアブソーバ９を備え、反射鏡２を反射光路の軸線上に移動させる駆動装置５を設け、駆動装置５により反射鏡２によるレーザ光の反射位置に反射鏡２を位置させたときに、反射光路がアブソーバ９の凹状部分の中心からレーザ光のビーム径以上ずれた位置となる位置関係とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光をアブソーバに反射する反射鏡を備えたレーザ発振装置及びレーザ加工機に関するものである。

レーザ光を射出するレーザ発振装置には、安全のためにレーザ発振装置で発振したレーザ光をレーザ加工やレーザ溶接など熱源の必要な時以外には外部へ照射させないメカニカルシャッタなどの保護装置を設けている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来のメカニカルシャッタの概略構成の一例を図６、図７に示す。以下、図６、図７を参照しながら従来のメカニカルシャッタを説明する。

この図６に於いて、４１はレーザ光を反射させるほぼ全反射の反射鏡であり、メカニカルシャッタは、反射鏡４１を保持するミラーブロック４２、ミラーブロック４２を開閉させる電磁ソレノイドなどの駆動装置４３、反射鏡４１により反射したレーザ光を吸収させるためにドータイトなどの高吸収剤を塗布したアブソーバ内筒４５とアブソーバ外筒４６で構成されたアブソーバ４４、ミラーブロック４２とアブソーバ４４を冷却するための冷却水流路４７、ミラーブロック４２の開閉検出のためのリミットスイッチ４８、４９、各機器をとりつけるベース５１、カバー５２を備えており、このメカニカルシャッタの駆動装置４３の要部を示す図７において、駆動装置４３は、リミットスイッチ４８，４９に信号を送るセンサドグ５０、駆動装置４３の回転軸５３と鉛直方向にミラーブロック４２を連結するテーパピン５４を備えている。

以上が従来のメカニカルシャッタの構成であり、次にその動作について説明する。

レーザ発振装置より発振したレーザ光はカバー５２の穴を通過しミラーブロック４２に装着された反射鏡４１で反射されアブソーバ内筒４５の円錐形状部へ達し、一部は多段反射を繰り返してレーザ光は吸収される。この状態からレーザ加工やレーザ溶接のためにレーザ光をメカニカルシャッタ外へ照射させるときは駆動装置４３に電力が供給されミラーブロック４２が回転する。ミラーブロック４２の回転と供にセンザドグ５０も回転しリミットスイッチ４８の光電部を遮光してメカニカルシャッタ“開”の位置検出を行う。逆に外部への射光をやめ元に戻す際には駆動装置４３に電力供給がなくなり、ミラーブロック４２の自重にて反射鏡４１は落下し元の状態に戻る。このときセンサドグ５０も元に戻りリミットスイッチ４９の光電部を遮光してメカニカルシャッタ“閉”の位置検出を行う。またアブソーバ４４とミラーブロック４２へは常時冷却水が循環しており部品の焼損を阻止している。
特開昭６０−２４０３９２号公報

この様な従来のメカニカルシャッタは、回転軸５３に連結されたミラーブロック４２の繰り返し位置再現性が、駆動装置本体の精度に直接影響し、電磁ソレノイドなどの駆動装置においては繰り返し精度が±１度ほど変化するために、この角度ずれによって反射鏡４１で反射されたレーザ光がアブソーバ４４にずれて入射するために、センターあわせなどの位置調整の必要や一部多段反射をせずに反射光として反射されベース５１やカバー５２などを加熱するなどの問題があった。

本発明は前述のごとき問題を鑑みてなされたもので、高繰り返し位置精度が得られるメカニカルシャッタを備えたレーザ発振装置およびレーザ加工機を提供するものである。

上記問題点を解決するために本発明は、レーザ光を射出するレーザ発振装置の前記レーザ光の光路上に出入りする反射鏡と、前記反射鏡によるレーザ光の反射光路上に配置した凹状のレーザ光受けを有するアブソーバを備え、前記反射鏡を前記反射光路の軸線上に移動させる駆動装置を設け、前記駆動装置により前記反射鏡によるレーザ光の反射位置に前記反射鏡を位置させたときに、前記反射光路が前記アブソーバの凹状部分の中心から前記レーザ光のビーム径以上ずれた位置となる位置関係としたものである。

この構成により、反射鏡が反射光路上を移動し、反射鏡によるレーザ光の反射位置に反射鏡を位置させたときに、反射光路がアブソーバの凹状部分の中心からレーザ光のビーム径以上ずれた位置へスライドするので、アブソーバに対するレーザ光との反射角度を保つことができ、繰り返し精度よくアブソーバでレーザ光を吸収することができる。

本発明により、高繰り返し位置精度が得られ大出力レーザ光にも対応できるレーザ発振装置を提供することが出来る。

以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるレーザ加工機の構成図を示している。

図に示すレーザ加工機は、加工ワーク６１を乗せる加工テーブル６２と、加工テーブル６２の移動またはレーザ光を集光する集光手段６７の少なくとも一方を移動する位置決め手段６３と、前記位置決め手段６３を制御する数値制御手段６４と、レーザ発振装置６５と、レーザ光路６６とにより構成されている。

レーザ発振装置６５より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路６６で伝送され集光手段６７により集光されて、加工ワーク６１に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段６４により位置決め手段６３に指令が出力され、加工テーブル６２または集光手段６７の少なくとも一方を動作させて加工ワーク６１を加工される。

本実施の形態は、このレーザ加工機のレーザ発振装置６５に用いたメカニカルシャッタ６５ａの構造として、以下の実施の形態２、３、４に述べるように、反射鏡を反射光路の軸線上に移動させる駆動装置を設け、駆動装置により反射鏡によるレーザ光の反射位置に反射鏡を位置させたときに、反射光路がアブソーバの凹状部分の中心からレーザ光のビーム径以上ずれた位置となる位置関係としたことを特徴とするものである。

この構成により、反射鏡が反射光路上を移動し、反射鏡によるレーザ光の反射位置に反射鏡を位置させたときに、反射光路がアブソーバの凹状部分の中心からレーザ光のビーム径以上ずれた位置へスライドするので、アブソーバに対するレーザ光との反射角度を保つことができ、繰り返し精度よくアブソーバでレーザ光を吸収することができる。

（実施の形態２）
図２は本実施の形態２の前述したメカニカルシャッタ６５ａの概略構成を示す構成図で、（ｂ）はレーザ光の光路方向に見た正面図、（ａ）は反射光路で破断した側面図、図３はそのメカニカルシャッタ６５ａの駆動装置の概略構成を示す図で、（ｂ）はレーザ光の光路方向に見た正面図、（ａ）は反射光路で破断した側面図である。

なお、本実施の形態２において実施の形態１と同様な構成については図１と同じ符号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように本実施の形態のメカニカルシャッタ６５ａは、レーザ発振装置６５から放出されるレーザ光６６の光軸上１に反射鏡２が配置されている。前記反射鏡２はミラーブロック３に固定されており、前記ミラーブロック３はリニアガイド４に固定され駆動装置５の回転機構を直線運動に変えている。

このミラーブロック３の反射鏡２により反射したレーザ光の反射光路上にはドータイトなどの高吸収剤を塗布した凹形状のアブソーバ内筒１０とアブソーバ外筒１１で構成されているアブソーバ９を配置しており、詳しくは前記反射鏡２により反射されたレーザ光の反射光路がアブソーバ内筒１０の凹状部分の中心からレーザ光のビーム径以上ずれた図中Ａの位置となるように配置されている。

なお、反射鏡２により反射したレーザ光の反射光路とは反対方向側にガイド光発生装置７を配置して、後述するガイド光反射鏡８でガイド光をレーザ発振装置６５から射出し、レーザ光の光路と合致するようにガイド光発生装置７とガイド光反射鏡８の位置を決めている。

また、前記ミラーブロック３とアブソーバ９は冷却水流路１２で冷却するように構成している。

そして、ミラーブロック３の開閉検出のためのリミットスイッチ１３、１４と、前記リミットスイッチ１３、１４に信号を送るセンサドグ１５を設けており、各機器はベース１６に取り付けており、駆動装置５をカバー１７で覆うようにしいる。

この駆動装置５は、図３に示すように、前記回転運動を直線運動に変える際のアーム１８、アーム１８内に設けた穴部１９、前記ミラーブロック３に固定されて前記回転運動を直線運動に変える際に発生する摩擦を低減させるベアリング６、反射鏡２の鏡面とは反対側に前記ガイド光を反射するガイド光反射鏡８を備えている。

以上がメカニカルシャッタ６５ａの構成であり、次にその動作について説明する。

レーザ発振装置６５で発振したレーザ光はカバー１７の穴を通過しミラーブロック３に装着された反射鏡２で反射されアブソーバ内筒１０の凹形状部へ達し、多段反射を繰り返してレーザ光は吸収される。

この状態からレーザ加工やレーザ溶接のためにレーザ光をメカニカルシャッタ外へ照射させるときは図２における駆動装置５に電力が供給されアーム１８が回転し、前記アーム内に設けられた穴部１９をベアリング６が回転しながら滑っていき、前記ベアリング６は前記ミラーブロック３に固定されているため前記リニアガイド４に案内されるように持ち上がる。

そして、ミラーブロック３の上昇と供にセンザドグ１５も上昇しリミットスイッチ１３の光電部を遮光してメカニカルシャッタ“開”の位置検出を行う。逆に外部への射光をやめ元に戻す際には駆動装置５に電力供給がなくなり、ミラーブロック３の自重にて反射鏡２は落下し元の状態に戻る。このときセンサドグ１５も元に戻りリミットスイッチ１４の光電部を遮光してメカニカルシャッタ“閉”の位置検出を行う。またアブソーバ９とミラーブロック３へは常時冷却水流路１２に冷却水が循環しており部品の焼損を阻止している。

前述したように前記アブソーバ内筒１０へ入射されるレーザ光は一部多段反射を繰り返し減衰されているが、本来は全てのレーザ光が多段反射されるのが望ましい。レーザ光の反射回数は多ければ多いほど前記レーザ光を吸収し反射光の抑制につながり、大出力のレーザ発振装置にも対応できる。

また前記レーザ光のビーム径以上ずれた位置となる位置関係を保つためにリニアガイドを装着しており、これにより前記レーザ光の多段反射軌跡がほぼ一定になることから、継時的変化による反射光発生も抑制さる。また近年ガイド光などレーザ光の通過経路を目視できるように可視光などがレーザ光軸上に配置されることがあるが遠距離地点での位置精度の確保に対しても有効な手段となっている。

また図は省略するが、低出力のレーザ発振装置においては、メカニカルシャッタ６５ａの反射鏡２の代わりにミラーブロック３の表面を鏡面仕上げし反射鏡と一体化することも有効な手段となっている。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３を示す駆動装置の概略構成図である。

なお、本実施の形態３において実施の形態１、２と同様な構成については図１、２、３と同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態３の特徴とする構成は、駆動装置５の反射鏡２の反射光路上を移動させる機構であり、具体的にはミラーブロック３に固定されたラックギア２１と駆動装置５に固定された歯車２２である。

この構成のように、歯車２２を回転駆動することで、この歯車２２と噛み合ったラックギア２１が前後方向に移動することができる。

したがって、このラックギア２１の移動方向と、反射鏡２の反射光路を合わせることにより、実施の形態２のものより簡単な構成で繰り返し精度よくアブソーバでレーザ光を吸収することができる。

なお、ラックギア２１と歯車２２の場合、バックラッシュが発生するので、予め歯車２２の回転駆動時の制御タイミングを、このバックラッシュ時間と距離を考慮する必要がある。

また、図５に示すように、駆動装置５の反射鏡２の反射光路上を移動させる機構として、ラックギア２１と歯車２２に代えて、リニアモータ３１とミラーブロック３を直結する構成を用いても良い。

この構成のように、リニアモータ３１を使用することで、より簡単な構成で反射鏡２を前後方向に移動することができる。

したがって、このリニアモータ３１の移動方向と、反射鏡２の反射光路を合わせることにより、実施の形態２や３のものより簡単な構成で繰り返し精度よくアブソーバでレーザ光を吸収することができる。

本発明は、繰り返し精度よくアブソーバでレーザ光を吸収することができ、大出力レーザ光にも対応できるのでレーザ発振装置およびレーザ加工装置として有用である。

本発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の構成図 本発明の実施の形態２におけるメカニカルシャッタの概略構成図 本発明の実施の形態２におけるメカニカルシャッタの駆動装置の概略構成図 本発明の実施の形態３におけるメカニカルシャッタの駆動装置の概略構成図 本発明の実施の形態３における別の構成例のメカニカルシャッタの駆動装置の概略構成図 従来のメカニカルシャッタの概略構成図 従来のメカニカルシャッタの駆動装置の概略構成図

１ レーザ光の光軸
２ 反射鏡
３ ミラーブロック
４ リニアガイド
５ 駆動装置
６ ベアリング
７ ガイド光発生装置
８ ガイド光反射鏡
９ アブソーバ
１０ アブソーバ内筒
１１ アブソーバ外筒
１２ 冷却水路
１３、１４ リミットスイッチ
１５ センサドグ
１６ ベース
１７ カバー
１８ アーム
１９ 穴部
２１ ラックギア
２２ 歯車
３１ リニアモータ
６１ 加工ワーク
６２ 加工テーブル
６３ 駆動装置
６４ 数値制御手段
６５ レーザ発振装置
６６ レーザ光路
６７ レーザ光集光手段

Claims (3)

1. レーザ光を射出するレーザ発振装置の前記レーザ光の光路上に出入りする反射鏡と、前記反射鏡によるレーザ光の反射光路上に配置した凹状のレーザ光受けを有するアブソーバを備え、前記反射鏡を前記反射光路の軸線上に移動させる駆動装置を設け、前記駆動装置により前記反射鏡によるレーザ光の反射位置に前記反射鏡を位置させたときに、前記反射光路が前記アブソーバの凹状部分の中心から前記レーザ光のビーム径以上ずれた位置となる位置関係としたレーザ発振装置。
2. 前記反射鏡の鏡面の反対側にガイド光を反射するガイド光反射鏡を設け、前記駆動装置により前記反射鏡によるレーザ光の反射位置に前記反射鏡を位置させたときに前記ガイド光反射鏡で反射したガイド光が前記レーザ発振装置のレーザ光の光路上に位置する請求項１記載のレーザ発振装置。
3. 加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段のうち少なくとも一方を移動する位置決め手段と、前記位置決め手段を制御する数値制御手段と、請求項１または２に記載のレーザ発振装置を備えたレーザ加工機。

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