JP2014213341A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバーレーザ発振器の複数の構成要素を、レーザ加工機のフレームの適宜複数箇所に分散配置したレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工機２５とファイバーレーザ発振器１とを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工機２５は、レーザ光を集光してワークへ照射する集光レンズをレーザ加工ヘッド３５に備え、前記ファイバーレーザ発振器１において、複数のレーザ発振器モジュール５を備えたモジュールユニット７と、各レーザ発振器モジュール５において発振されたレーザ光をフィーディングファイバ１１に導入するためのコンバイナ９と、前記各レーザ発振器モジュール５に備えられた各半導体レーザを制御するための制御部１７と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部１９と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部２１とを、前記レーザ加工機２５におけるフレーム及び／又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してある。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークテーブル上のワークに対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、ファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置に係り、さらに詳細には、前記ファイバーレーザ発振器における複数の構成要素を、前記レーザ加工機の複数箇所に分散配置して、全体的構成の省スペース化を図ったレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークへ照射するための集光レンズを内装したレーザ加工ヘッドを、前記ワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在に備えたレーザ加工機とを備えている。ところで、レーザ発振器には種々の構成のレーザ発振器がある。近年は、レーザ発振器としてファイバーレーザ発振器が使用されている。

レーザ発振器としてファイバーレーザ発振器を備えたレーザ加工装置は、従来の一般的なレーザ加工装置と同様に、ファイバーレーザ発振器は１つの筐体内に各構成要素を内装した構成である。そして、レーザ加工機とファイバーレーザ発振器とはそれぞれ別個に設置してあり、上記レーザ発振器とレーザ加工機はフィードファイバー（フィーディングファイバー）を介して接続してある。したがって、大きな設置スペースが必要である、という問題がある。

そこで、ファイバーレーザ発振器における電源ユニットと発振器ユニットとをそれぞれ別ユニットに構成し、前記発振器ユニットを、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド内に備えた構成のレーザ加工装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２５４４７８号公報

前記特許文献１に記載されているように、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド内に発振器ユニットを備えた構成においては、レーザ加工ヘッドの形状寸法が大きくなると共に、レーザ加工ヘッド内に発熱源を備えることとなり、レーザ加工ヘッド内に備えられた、例えばベンドミラーなどの光学部品に熱影響を与えるおそれがある。なお、前記発熱源を冷却するための冷却手段をレーザ加工ヘッドに備えることも可能である。しかし、冷却手段をレーザ加工ヘッドに備えることにより、レーザ加工ヘッドがそれだけ大きくなる、という問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークテーブル上のワークに対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、上記レーザ加工ヘッドへ伝送するレーザ光を発振するファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工機は、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を平行光線化するためのコリメートレンズを備えると共に、レーザ光を集光して前記ワークへ照射する集光レンズを前記レーザ加工ヘッドに備え、前記ファイバーレーザ発振器は、複数のレーザ発振器モジュールを備えたモジュールユニットと、各レーザ発振器モジュールにおいて発振されたレーザ光をフィーディングファイバに導入するためのコンバイナと、前記各レーザ発振器モジュールに備えられた各半導体レーザを制御するための制御部と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部と、を備えており、前記モジュールユニットと前記コンバイナと前記制御部と前記電源部と前記冷却部は、前記レーザ加工機におけるフレーム及び／又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してあることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工装置において、前記モジュールユニット、前記コンバイナ、前記制御部、前記電源部、前記冷却部の適数は、前記レーザ加工ヘッドの移動範囲外に配置してあることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工装置において、前記冷却部は、前記レーザ加工ヘッドの光学系を冷却する冷却器への冷媒供給をも兼ねていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ファイバーレーザ発振器における複数の構成要素を、レーザ加工機におけるフレーム又は加工テーブルの複数箇所に分散配置した構成であるから、ファイバーレーザ発振器における各構成要素のレイアウトの自由度が大きくなると共に、全体的構成の専有面積を小さくしての省スペース化を図ることができるものである。

従来のファイバーレーザ発振器の構成を概念的、概略的に示した説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を概念的、概略的に示した平面説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、理解を容易にするために、従来のファイバーレーザ発振器の全体的構成について説明する。

図１に概念的、概略的に示すように、従来のファイバーレーザ発振器１は、筐体３を備えており、この筐体３内には、複数のレーザ発振器モジュール５をユニット化して備えたモジュールユニット７が備えられている。上記レーザ発振器モジュール５は、半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）やアクティブファイバなどを備えた構成であって、レーザ発振を行う発振器モジュールである。なお、この種のモジュールは、例えばファイバーレーザモジュール等として既に知られた構成であるから、レーザ発振器モジュール５の構成についての詳細な説明は省略する。

また、前記筐体３内には、ビームコンバイナ９が備えられている。このビームコンバイナ９は、前記各レーザ発振器モジュール５によって発振されたレーザ光をフィーディングファイバ１１に導入する作用をなすものであって、前記各レーザ発振器モジュール５に接続した各ファイバ１２は前記ビームコンバイナ９に融着接続してある。したがって、前記各レーザ発振器モジュール５から発振されたレーザ光は一括して前記フィーディングファイバ１１に導入されるものである。

前記フィーディングファイバ１１は、ファイバーカプラ１３を介して、レーザ加工ヘッド（図１においては図示省略）に接続したプロセスファイバ１５と接続してある。上記ファイバーカプラ１３は、コリメーションレンズと集光レンズとを備えた構成であって、既に知られた構成である。したがって、詳細な説明は省略する。

前記筐体３内には、前記モジュールユニット７における各レーザ発振器モジュール５に備えられたレーザダイオードの出力を制御するための制御部１７が備えられていると共に、前記レーザダイオード用や制御部１７用の電源部１９が備えられている。さらに、前記筐体３内には、例えば前記レーザダイオード等の発熱源やファイバーカプラ１３等の要冷却部の冷却を行う冷却部２１が備えられている。

上記構成より理解されるように、モジュールユニット７における各レーザ発振器モジュール５とビームコンバイナ９は、ファイバ１２によって接続してある。したがって、前記ファイバ１２を長くすることにより、前記各レーザ発振器モジュール５を備えたモジュールユニット７とビームコンバイナ９は離隔して配置することができる。また、ビームコンバイナ９とファイバーカプラ１３はフィーディングファイバ１１を介して接続した構成であるから、離隔して配置することができるものである。

前記制御部１７と電源部１９は配線（図示省略）を介して接続してあり、前記モジュールユニット７における各レーザ発振器モジュール５のレーザダイオード（ＬＤ）と前記制御部１７は配線を介して接続してある。したがって、前記モジュールユニット７、制御部１７、電源部１９のそれぞれも離隔して配置することも可能である。

前記冷却部２１の構成としては、例えば送風ファンを備えた構成や冷媒として冷却水を非冷却部へ供給する構成の場合であっても、送風通路や冷媒通路を長くすることにより、冷却部を非冷却部から離隔して配置することができるものである。

すなわち、ファイバーレーザ発振器１におけるモジュールユニット７、ビームコンバイナ９、ファイバーカプラ１３、制御部１７、電源部１９、冷却部２１等の各構成要素は、筐体３内に一括して配置する必要はなく、適宜の各構成要素をそれぞれ適宜に離隔して配置することができるものである。したがって、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、レーザ加工機におけるフレーム内など適宜位置に、ファイバーレーザ発振器１における各構成要素を分散配置してある。

図２を参照するに、図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置２３の全体的構成を概念的、概略的に示した平面説明図である。

図２に示すように、前記レーザ加工装置２３は、レーザ加工機２５と前記ファイバーレーザ発振器１とを備えた構成である。前記レーザ加工機２５は、板状のワークＷを載置支持するワークテーブル２７を備えており、このワークテーブル２７のＹ軸方向の両側部には、Ｘ軸方向に長いガイド部２９が備えられている。このガイド部２９にはＹ軸方向に長いＸ軸キャリッジ３１がＸ軸方向へ移動自在に備えられている。

上記Ｘ軸キャリッジ３１にはＹ軸方向へ移動自在なＹ軸キャリッジ３３がＹ軸方向へ移動自在に備えられており、このＹ軸キャリッジ３３には、内部に集光レンズ（図示省略）を備えたレーザ加工ヘッド３５がＺ軸方向へ上下動自在に備えられている。さらに、前記Ｙ軸キャリッジ３３には、コリメータユニット３７が備えられている。このコリメータユニット３７には、ファイバーカプラ１３に一端側を接続した前記プロセスファイバ１５の他端部が接続してある。なお、コリメータユニット３７の構成は既に知られているので、詳細な説明は省略する。

前記ファイバーレーザ発振器１におけるモジュールユニット７、ビームコンバイナ９、ファイバーカプラ１３、制御部１７、電源部１９及び冷却部２１の各構成要素は、前記レーザ加工機２５におけるベースフレームなどの適宜のフレーム４１又はワークテーブル２７などの適宜複数箇所に離隔して分散配置してある。すなわち、ファイバーレーザ発振器１は、筐体３を有しておらず、各構成要素毎にレーザ加工機１におけるフレームなどの固定構成要素に適宜に分散配置してある。なお、前記冷却部２１は水冷式であって冷却水を出入自在に構成してある。そして、冷却部２１は、冷却水又は熱交換された適宜の冷媒を、ファイバーレーザ発振器１及びレーザ加工機２５において冷却が必要な要冷却部へパイプＰを介して供給する構成である。

ところで、前記ファイバーレーザ発振器１における各構成要素は、図２に示すように、フレーム４１の上面又は側面に配置することが望ましい。なお、前記各構成要素の配置位置は、前記レーザ加工機２５におけるレーザ加工ヘッド３５が移動する移動領域の範囲外に配置することが望ましいものである。

以上のごとき説明より理解されるように、ファイバーレーザ発振器１において複数のレーザ発振器モジュール５を備えたモジュールユニット７、ビームコンバイナ９、ファイバーカプラ１３、制御部１７、電源部１９、冷却部２１の各構成要素を、レーザ加工機５における適宜のフレーム等に分散配置した構成であるから、ファイバーレーザ発振器用の筐体３は不要であり、ファイバーレーザ加工装置２３における全体的構成の省スペース化を図ることができるものである。また、各構成要素が分散配置してあることにより保守管理を容易に行い得るものである。

また、前記構成により、ファイバーレーザ発振器１の制御部とレーザ加工機２５の制御部とを共用することや電源部や冷却部２１等をも共用することも可能になるものであり、全体的構成のコンパクト化が容易なものである。

１ ファイバーレーザ発振器
５ レーザ発振器モジュール
７ モジュールユニット
９ ビームコンバイナ
１１ フィーディングファイバ
１３ ファイバーカプラ
１５ プロセスファイバ
１７ 制御部
１９ 電源部
２１ 冷却部
２３ レーザ加工装置
２５ レーザ加工機
３１ Ｘ軸キャリッジ
３５ レーザ加工ヘッド
３７ コリメータユニット

Claims (3)

1. ワークテーブル上のワークに対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機と、上記レーザ加工ヘッドへ伝送するレーザ光を発振するファイバーレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置であって、
   前記レーザ加工機は、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を平行光線化するためのコリメートレンズを備えると共に、レーザ光を集光して前記ワークへ照射する集光レンズを前記レーザ加工ヘッドに備え、
   前記ファイバーレーザ発振器は、複数のレーザ発振器モジュールを備えたモジュールユニットと、各レーザ発振器モジュールにおいて発振されたレーザ光をフィーディングファイバに導入するためのコンバイナと、前記各レーザ発振器モジュールに備えられた各半導体レーザを制御するための制御部と、前記各レーザ発振器用及び前記制御部用の電源部と、前記各半導体レーザを冷却する冷却器へ冷媒を供給する冷却部と、を備えており、前記モジュールユニットと前記コンバイナと前記制御部と前記電源部と前記冷却部は、前記レーザ加工機におけるフレーム及び／又はワークテーブルの複数箇所に分散して配置してあることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記モジュールユニット、前記コンバイナ、前記制御部、前記電源部、前記冷却部の適数は、前記レーザ加工ヘッドの移動範囲外に配置してあることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記冷却部は、前記レーザ加工ヘッドの光学系を冷却する冷却器への冷媒供給をも兼ねていることを特徴とするレーザ加工装置。

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