JP2016221579A - Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same - Google Patents

Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct diode laser processing device that can cut a work-piece with high quality at high speed.SOLUTION: The direct diode laser processing device comprises: a laser oscillator that oscillates laser light with multiple wavelengths; a transmitting fiber that transmits the laser light with multiple wavelengths oscillated by the laser oscillator; and a laser processor that condenses the laser light with multiple wavelengths transmitted by the transmitting fiber so as to process a work-piece, which performs control so that the wavelengths of the laser light with multiple wavelengths are set to less than 1000 nm, beam parameter products of the laser light with multiple wavelengths are set to 4 mm*mrad-25 mm*mrad and cutting speed of the work-piece is set to 0.1 m/min-60 m/min on the basis of a thickness and a rate of absorption of the work-piece.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法に関する。   The present invention relates to a direct diode laser processing apparatus and a sheet metal processing method using the same.

従来、板金加工用のレーザ加工装置として、炭酸ガス(CO)レーザ発振器やYAGレーザ発振器、ファイバレーザ発振器をレーザ光源として用いたものが知られている。ファイバレーザ発振器は、YAGレーザ発振器よりも光品質に優れ、発振効率が極めて高い等の利点を有する。このため、ファイバレーザ発振器を用いたファイバレーザ加工装置は、産業用、特に板金加工用(切断又は溶接等)に利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a laser processing apparatus for processing a sheet metal, an apparatus using a carbon dioxide (CO 2 ) laser oscillator, a YAG laser oscillator, or a fiber laser oscillator as a laser light source is known. The fiber laser oscillator has advantages such as better light quality and extremely high oscillation efficiency than the YAG laser oscillator. For this reason, a fiber laser processing apparatus using a fiber laser oscillator is used for industrial purposes, particularly for sheet metal processing (cutting or welding).

更に近年では、ダイレクトダイオードレーザ(DDL:Direct Diode Laser)発振器をレーザ光源として用いるDDL加工装置が開発されている(特許文献1参照)。   Further, in recent years, a DDL processing apparatus using a direct diode laser (DDL) oscillator as a laser light source has been developed (see Patent Document 1).

米国特許第5715270号US Pat. No. 5,715,270

しかしながら、特許文献1では、DDL加工装置を切断加工に適用し得ることを示唆しているにすぎず、DDL加工装置による切断加工の品質及び速度を、従来から使用されているCOレーザ加工装置やファイバレーザ加工装置に対抗できる水準まで高めるための具体的な比較検討は成されていない。 However, Patent Document 1 merely suggests that may be applied to cutting the DDL machining apparatus, the quality and speed of cutting by DDL processing apparatus are conventionally used CO 2 laser processing device No specific comparative study has been made to raise the level to a level that can compete with fiber laser processing equipment.

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、被加工材を良好な品質で高速に切断することができるダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a direct diode laser processing apparatus capable of cutting a workpiece at high speed with good quality and a sheet metal processing method using the same. It is to be.

本発明の一態様によれば、多波長のレーザ光を発振するレーザ共振器と、レーザ共振器により発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を集光して被加工材を加工するレーザ加工機とを備え、被加工材の厚さ及び吸収率に基づいて、多波長のレーザ光の波長を1000nm未満、多波長のレーザ光のビームパラメータ積を4mm・mrad〜25mm・mrad、且つ被加工材の切断速度を0.1m/min〜60m/minに制御するダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, a laser resonator that oscillates multi-wavelength laser light, a transmission fiber that transmits multi-wavelength laser light oscillated by the laser resonator, and a multi-wavelength transmitted by the transmission fiber A laser processing machine for condensing the laser beam to process the workpiece, and based on the thickness and absorption rate of the workpiece, the wavelength of the multi-wavelength laser beam is less than 1000 nm, Provided are a direct diode laser processing apparatus that controls a beam parameter product to 4 mm · mrad to 25 mm · mrad and a cutting speed of a workpiece to 0.1 m / min to 60 m / min, and a sheet metal processing method using the same. .

本発明によれば、被加工材を良好な品質で高速に切断することができるダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the direct-diode laser processing apparatus which can cut | disconnect a workpiece material with favorable quality at high speed, and the processing method of a sheet metal using the same can be provided.

本発明の実施形態に係るDDL加工装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the DDL processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)は、本発明の実施形態に係るレーザ発振器の一例を示す側面図である。図2(b)は、本発明の実施形態に係るレーザ発振器の一例を示す正面図である。FIG. 2A is a side view showing an example of a laser oscillator according to the embodiment of the present invention. FIG. 2B is a front view showing an example of a laser oscillator according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るDDLモジュールの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the DDL module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るDDL加工装置における光学パラメータを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the optical parameter in the DDL processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るDDL加工装置におけるレーザ光の入射角を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the incident angle of the laser beam in the DDL processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る被加工部材の良好な切断品位の切断面を示す画像である。It is an image which shows the cut surface of the favorable cutting quality of the to-be-processed member which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第1の実施例に係る軟鋼の厚さに対するDDL加工装置の切断速度比、A/d比、ファイバレーザ加工装置の切断速度比を表すグラフである。It is a graph showing the cutting speed ratio of a DDL processing apparatus with respect to the thickness of the mild steel based on 1st Example of this invention, A / d ratio, and the cutting speed ratio of a fiber laser processing apparatus. 本発明の第2の実施例に係るアルミニウムの厚さに対するDDL加工装置の切断速度比、A/d比、ファイバレーザ加工装置の切断速度比を表すグラフである。It is a graph showing the cutting speed ratio of a DDL processing apparatus with respect to the thickness of the aluminum which concerns on 2nd Example of this invention, A / d ratio, and the cutting speed ratio of a fiber laser processing apparatus. 図9(a)は、第3の実施例に係るレーザ光の入射角と鉄の吸収率との関係を示すグラフである。図9(b)は、第3の実施例に係るレーザ光の入射角とアルミニウムの吸収率との関係を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing the relationship between the incident angle of the laser beam and the iron absorptance according to the third embodiment. FIG. 9B is a graph showing the relationship between the incident angle of the laser beam and the absorptance of aluminum according to the third embodiment.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

図1を参照して、本発明の実施形態に係るダイレクトダイオードレーザ(以下、「DDL」という)加工装置の全体構成を説明する。本発明の実施形態に係るDDL加工装置は、図1に示すように、多波長のレーザ光LBを発振するレーザ発振器11と、レーザ発振器11により発振されたレーザ光LBを伝送する伝送ファイバ(プロセスファイバ)12と、伝送ファイバ12により伝送されたレーザ光LBを高エネルギー密度に集光させて被加工材(ワーク)Wに照射するレーザ加工機13とを備える。   With reference to FIG. 1, an overall configuration of a direct diode laser (hereinafter referred to as “DDL”) processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, a DDL processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser oscillator 11 that oscillates multi-wavelength laser light LB, and a transmission fiber (process) that transmits the laser light LB oscillated by the laser oscillator 11. Fiber) 12 and a laser beam machine 13 for condensing the laser beam LB transmitted by the transmission fiber 12 to a high energy density and irradiating the workpiece (workpiece) W.

レーザ加工機13は、伝送ファイバ12から射出されたレーザ光LBをコリメータレンズ15で略平行光に変換するコリメータユニット14と、略平行光に変換されたレーザ光LBを、X軸及びY軸方向に垂直なZ軸方向下方に向けて反射するベンドミラー16と、ベンドミラー16により反射されたレーザ光LBを集光レンズ18で集光する加工ヘッド17とを備える。コリメータレンズ15及び集光レンズ18としては、例えば石英製の平凸レンズ等の一般的なレンズが使用可能である。   The laser processing machine 13 includes a collimator unit 14 that converts the laser light LB emitted from the transmission fiber 12 into substantially parallel light by the collimator lens 15, and the laser light LB converted to substantially parallel light in the X-axis and Y-axis directions. A bending mirror 16 that reflects downward in the Z-axis direction perpendicular to the laser beam, and a processing head 17 that condenses the laser beam LB reflected by the bending mirror 16 with a condenser lens 18. As the collimator lens 15 and the condenser lens 18, for example, a general lens such as a quartz plano-convex lens can be used.

なお、図1では図示を省略するが、コリメータユニット14内には、コリメータレンズ15を光軸に平行な方向(X軸方向)に駆動するレンズ駆動部が設置されている。また、DDL加工装置は、レンズ駆動部を制御する制御部を更に備える。   Although not shown in FIG. 1, a lens driving unit that drives the collimator lens 15 in a direction parallel to the optical axis (X-axis direction) is installed in the collimator unit 14. The DDL processing apparatus further includes a control unit that controls the lens driving unit.

レーザ加工機13は更に、被加工材Wが載置される加工テーブル21と、加工テーブル21上においてX軸方向に移動する門型のX軸キャリッジ22と、X軸キャリッジ22上においてX軸方向に垂直なY軸方向に移動するY軸キャリッジ23とを備える。コリメータユニット14内のコリメータレンズ15、ベンドミラー16、及び加工ヘッド17内の集光レンズ18は、予め光軸の調整が成された状態でY軸キャリッジ23に固定され、Y軸キャリッジ23と共にY軸方向に移動する。なおY軸キャリッジ23に対して上下方向へ移動可能なZ軸キャリッジを設け、当該Z軸キャリッジに集光レンズ18を設けることも出来る。   The laser processing machine 13 further includes a processing table 21 on which the workpiece W is placed, a portal X-axis carriage 22 that moves in the X-axis direction on the processing table 21, and an X-axis direction on the X-axis carriage 22. And a Y-axis carriage 23 that moves in the Y-axis direction perpendicular to the axis. The collimator lens 15 in the collimator unit 14, the bend mirror 16, and the condensing lens 18 in the processing head 17 are fixed to the Y-axis carriage 23 in a state where the optical axis has been adjusted in advance. Move in the axial direction. It is also possible to provide a Z-axis carriage that can move in the vertical direction with respect to the Y-axis carriage 23 and to provide the condenser lens 18 on the Z-axis carriage.

本発明の実施形態に係るDDL加工装置は、集光レンズ18により集光されて最も小さい集光直径(最小集光直径)のレーザ光LBを被加工材Wに照射し、また同軸にアシストガスを噴射して溶融物を除去しながら、X軸キャリッジ22及びY軸キャリッジ23を移動させる。これにより、DDL加工装置は被加工材Wを切断加工することができる。被加工材Wとしては、ステンレス鋼、軟鋼、アルミニウム等の種々の材料が挙げられる。被加工材Wの板厚は、例えば0.1mm〜50mm程度である。   The DDL processing apparatus according to the embodiment of the present invention irradiates the workpiece W with the laser beam LB having the smallest condensing diameter (minimum condensing diameter) condensed by the condensing lens 18 and coaxially assist gas. The X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 are moved while the melt is removed by spraying. Thereby, the DDL processing apparatus can cut the workpiece W. Examples of the workpiece W include various materials such as stainless steel, mild steel, and aluminum. The plate thickness of the workpiece W is, for example, about 0.1 mm to 50 mm.

次に、図2及び図3を参照して、レーザ発振器11について説明する。レーザ発振器11は、図2(a)及び図2(b)に示すように、筐体60と、筐体60内に収容され、伝送ファイバ12に接続されているDDLモジュール10と、筐体60内に収容され、DDLモジュール10に電力を供給する電源部61と、筐体60内に収容され、DDLモジュール10の出力等を制御する制御モジュール62等が設けられている。また、筐体60の外側には、筐体60内の温度及び湿度を調整する空調機器63が設置されている。   Next, the laser oscillator 11 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B, the laser oscillator 11 includes a housing 60, the DDL module 10 housed in the housing 60 and connected to the transmission fiber 12, and the housing 60. A power supply unit 61 that is housed in the DDL module 10 and supplies power to the DDL module 10, a control module 62 that is housed in the housing 60 and controls the output of the DDL module 10, and the like are provided. An air conditioner 63 that adjusts the temperature and humidity in the housing 60 is installed outside the housing 60.

DDLモジュール10は、図3に示すように、多波長(multiple-wavelength)λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光を重畳して出力する。DDLモジュール10は、複数のレーザダイオード(以下、「LD」という)3,3,3,・・・3(nは4以上の整数)と、LD3,3,3,・・・3にファイバ4,4,4,・・・4を介して接続され、多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光に対してスペクトルビーム結合(spectral beam combining)を行うスペクトルビーム結合部50と、スペクトルビーム結合部50からのレーザ光を集光して伝送ファイバ12へ入射させる集光レンズ54とを備える。 As shown in FIG. 3, the DDL module 10 superimposes and outputs laser beams of multiple wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 ,..., Λ n ). The DDL module 10 includes a plurality of laser diodes (hereinafter referred to as “LD”) 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n (n is an integer of 4 or more), LD 3 1 , 3 2 , 3 3 , · · · 3 n to the fiber 4 1, 4 2, 4 3, is connected via a · · · 4 n, multiple wavelengths lambda 1, lambda 2, lambda 3, · · ·, to the laser beam of lambda n A spectral beam combining unit 50 that performs spectral beam combining, and a condensing lens 54 that condenses the laser light from the spectral beam combining unit 50 and enters the transmission fiber 12 are provided.

複数のLD3,3,3,・・・3としては、各種の半導体レーザが採用可能である。LD3,3,3,・・・3の種類と数の組み合わせは特に限定されず、板金加工の目的に合わせて適宜選択可能である。LD3,3,3,・・・3の波長λ,λ,λ,・・・,λは、例えば1000nm未満で選択したり、800nm〜990nmの範囲で選択したり、910nm〜950nmの範囲で選択したりすることができる。 Multiple LD3 1, 3 2, 3 3 , as a · · · 3 n, various kinds of semiconductor lasers can be employed. The combination of the types and numbers of LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose of sheet metal processing. The wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 ,..., Λ n of the LD 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are selected to be, for example, less than 1000 nm, or in the range of 800 nm to 990 nm. , In the range of 910 nm to 950 nm.

多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光は、例えば、波長帯域毎に群(ブロック)管理されて制御される。そして、波長帯域毎に個別に出力を可変調節することができる。また、全波長帯域の出力を所望の吸収率となるよう調整することができる。 The laser beams having multiple wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 ,..., Λ n are controlled by group (block) management for each wavelength band, for example. The output can be variably adjusted individually for each wavelength band. Further, the output of the entire wavelength band can be adjusted to have a desired absorption rate.

切断加工に際しては、LD3,3,3,・・・3を同時に動作させると共に、酸素、窒素等の適宜のアシストガスを焦点位置近傍へ吹き付ける。これにより、LD3,3,3,・・・3からの各波長のレーザ光が、相互に協働すると共に、酸素等のアシストガスとも協働してワークを高速で溶融する。また当該溶融ワーク材料がアシストガスにより吹き飛ばされてワークが高速で切断される。 In the cutting process, LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are simultaneously operated, and an appropriate assist gas such as oxygen or nitrogen is blown near the focal position. As a result, the laser beams of the respective wavelengths from the LD 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n cooperate with each other and also with the assist gas such as oxygen to melt the workpiece at a high speed. Further, the molten work material is blown off by the assist gas, and the work is cut at a high speed.

スペクトルビーム結合部50は、ファイバ4,4,4,・・・4の射出端側を束ねて固定しファイバアレイ4とする固定部51と、ファイバ4,4,4,・・・4からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ52と、多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光を回折し光軸を一致させる回折格子(diffraction grating)53と、LD3,3,3,・・・3後端部に設けた反射面と共に共振器を構成する部分反射カプラ55を備える。図3では一例として、部分反射カプラ55がコリメータレンズ52と集光レンズ54との間に配置されているが、部分反射カプラ55の配置位置はこれに限定されるものではない。具体的には、部分反射カプラ55は光軸に対して45度の角度で配置され、反射光の一部は、外部に設けたミラー(図示省略)とLD3,3,3,・・・3との間で、特定の波長を共振させることで波長を固定(ロック)し安定化させている。 The spectral beam combining unit 50 includes a fixing unit 51 that bundles and fixes the emission ends of the fibers 4 1 , 4 2 , 4 3 ,... 4 n to form a fiber array 4, and fibers 4 1 , 4 2 , 4 3. , a collimator lens 52 to the laser light into parallel light from · · · 4 n, multiple wavelengths λ 1, λ 2, λ 3 , ···, a diffraction grating for matching an optical axis diffracting a laser beam of lambda n (Diffraction grating) 53 and LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are provided with a partial reflection coupler 55 that constitutes a resonator together with a reflection surface provided at the rear end. In FIG. 3, as an example, the partial reflection coupler 55 is disposed between the collimator lens 52 and the condenser lens 54, but the arrangement position of the partial reflection coupler 55 is not limited to this. Specifically, the partial reflection coupler 55 is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis, and a part of the reflected light includes an external mirror (not shown) and LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,. .. The wavelength is fixed (locked) and stabilized by resonating a specific wavelength between 3 and n .

次に、図4を参照して、伝送ファイバ12から射出されたレーザ光の光学パラメータについて説明する。伝送ファイバ12から広がり角θで射出されたレーザ光LBは、コリメータレンズ15によりビーム径Dの平行光に変換され、集光レンズ18により集光され、焦点距離fにおいて最小集光直径dとなる。レーザ光の波長λ、焦点距離f以後のレーザ光の広がり角αである場合、最小集光直径d、レーリー長Zr、及びビームパラメータ積(BPP)は、次の(1)式〜(3)式により表される。ただし、Wは最小集光半径であり、M=BPP×π/λである。 Next, the optical parameters of the laser beam emitted from the transmission fiber 12 will be described with reference to FIG. The laser beam LB emitted from the transmission fiber 12 with a divergence angle θ is converted into parallel light having a beam diameter D by the collimator lens 15, condensed by the condenser lens 18, and becomes the minimum condensed diameter d at the focal length f. . When the wavelength λ of the laser beam and the spread angle α of the laser beam after the focal length f are satisfied, the minimum condensing diameter d, the Rayleigh length Zr, and the beam parameter product (BPP) are expressed by the following equations (1) to (3). It is expressed by the formula. However, W 0 is the minimum condensing radius, is M 2 = BPP × π / λ .

d=2W=1.27×f×M×λ/D ・・・(1)
Zr=πd/4Mλ ・・・(2)
BPP=W×α(mm・mrad) ・・・(3)
また、被加工材Wの切断速度V[mm/s]は、下記式(4)により表すことができる。
d = 2W 0 = 1.27 × f × M 2 × λ / D (1)
Zr = πd 2 / 4M 2 λ (2)
BPP = W 0 × α (mm · mrad) (3)
Moreover, the cutting speed V [mm / s] of the workpiece W can be expressed by the following formula (4).

ここで、P:レーザパワー[W]、A:吸収率、E:融解エネルギーあるいは蒸発エネルギー[J/mm]、d:ビーム直径[mm]、t:板厚[mm]である。但し、すべてのエネルギーは吸収され、溶融材料はアシストガスによって完全に排出されると仮定する。 Here, P: laser power [W], A: absorption rate, E: melting energy or evaporation energy [J / mm 3 ], d: beam diameter [mm], and t: plate thickness [mm]. However, it is assumed that all energy is absorbed and the molten material is completely discharged by the assist gas.

本発明の実施形態においては、被加工材Wの切断加工において良好な切断品位を実現するために、被加工材Wの厚さ及び吸収率に応じて、DDL加工装置の加工条件を以下のように制御する。   In the embodiment of the present invention, in order to achieve a good cutting quality in the cutting process of the workpiece W, the processing conditions of the DDL processing apparatus are as follows according to the thickness and the absorption rate of the workpiece W: To control.

多波長のレーザ光の波長は、例えば1000nm未満であり、800nm〜900nm程度であってもよく、910nm〜950nm程度であってもよい。   The wavelength of the multi-wavelength laser light is, for example, less than 1000 nm, may be about 800 nm to 900 nm, and may be about 910 nm to 950 nm.

多波長のレーザ光のBPPは、例えば4mm・mrad〜25mm・mrad程度であり、7mm・mrad〜20mm・mrad程度であってもよい。またレーザパワーは、例えば1.2kW〜4.0kW程度であり、1.6kW〜2.0kW程度が好ましい。   The BPP of the multi-wavelength laser light is, for example, about 4 mm · mrad to 25 mm · mrad, and may be about 7 mm · mrad to 20 mm · mrad. The laser power is, for example, about 1.2 kW to 4.0 kW, and preferably about 1.6 kW to 2.0 kW.

集光直径(ビームウエスト)は、例えば150μm〜370μm程度であり、247μm〜364μm程度であってもよく、150μm〜364μm程度であってもよい。ビームウエストを形成する集光レンズ18への入射直径は20mmで、例えば集光直径dは、300μm〜364μm程度であり、焦点距離は例えば150mm〜190mm程度である。   The condensed diameter (beam waist) is, for example, about 150 μm to 370 μm, may be about 247 μm to 364 μm, and may be about 150 μm to 364 μm. The incident diameter to the condensing lens 18 forming the beam waist is 20 mm, for example, the condensing diameter d is about 300 μm to 364 μm, and the focal length is about 150 mm to 190 mm, for example.

被加工材Wの厚さは、例えば0.2mm〜30mm程度である。被加工材Wが銅板の場合には0.4mm〜6mm程度であり、軟鋼板の場合には厚さは1mm〜12mm程度であり、アルミニウム板の場合には厚さは0.8mm〜4mm程度であり、ステンレス鋼板の場合には厚さは0.3mm〜12mm程度である。   The thickness of the workpiece W is, for example, about 0.2 mm to 30 mm. When the workpiece W is a copper plate, the thickness is about 0.4 mm to 6 mm. When the workpiece W is a mild steel plate, the thickness is about 1 mm to 12 mm. When the workpiece W is an aluminum plate, the thickness is about 0.8 mm to 4 mm. In the case of a stainless steel plate, the thickness is about 0.3 mm to 12 mm.

被加工材Wの切断速度は、例えば0.1m/min〜60m/min程度であり、0.8m/min〜18m/min程度であってもよく、14.6mm/秒〜291.7mm/秒程度であってもよい。被加工材Wの単位切断長さ当たりのジュール熱は、例えば6.9J/mm〜137.1J/mm程度である。   The cutting speed of the workpiece W is, for example, about 0.1 m / min to 60 m / min, and may be about 0.8 m / min to 18 m / min, and 14.6 mm / sec to 291.7 mm / sec. It may be a degree. The Joule heat per unit cutting length of the workpiece W is, for example, about 6.9 J / mm to 137.1 J / mm.

<第1の実施例>
次に、第1の実施例として、本発明の実施形態に係るDDL加工装置と、比較例としてのCOレーザ加工装置とYbファイバレーザ加工装置を用いて、1.0mm、1.6mm、2.3mm、3.2mm、4.5mm、6mm、9mm、12mm、16mmの板厚の軟鋼の高速切断加工した実験結果を説明する。
<First embodiment>
Next, as a first example, using a DDL processing apparatus according to an embodiment of the present invention, a CO 2 laser processing apparatus and a Yb fiber laser processing apparatus as comparative examples, 1.0 mm, 1.6 mm, 2 Experimental results of high-speed cutting of mild steel with a thickness of 3 mm, 3.2 mm, 4.5 mm, 6 mm, 9 mm, 12 mm, and 16 mm will be described.

高速切断加工を目的として、レーザの種類以外の条件を一致させるために、出力は2kWとし、入射角70°における吸収率に基づいて加工条件を制御する。入射角とは、図5に示すように、レーザ光LBの中心線と、レーザ光が照射される被加工材Wの切断前面(切断フロント)Fからの垂線とのなす角βをいう。例えば、集光直径d当たりの、入射角70°における材料の吸収率は、0.00042%/μm〜0.11%/μm程度である。   For the purpose of high-speed cutting, in order to match conditions other than the type of laser, the output is 2 kW, and the processing conditions are controlled based on the absorption rate at an incident angle of 70 °. As shown in FIG. 5, the incident angle refers to an angle β formed by the center line of the laser beam LB and the perpendicular from the cutting front surface (cutting front) F of the workpiece W irradiated with the laser beam. For example, the absorptance of the material at an incident angle of 70 ° per collection diameter d is about 0.00042% / μm to 0.11% / μm.

各種加工装置による熱加工の場合、材料を溶かしながら加工を行うため、特に材料の切断時にその溶けた物質が材料下部に溶融物(ドロス)となって付着する場合があるが、第1の実施例では、図6に示すように、ドロスが未発生であり、切断面が均一で融け落ちて凹んだり波打ったりしていない状態を良好な切断品位であると定め、各加工装置において、この良好な切断品位が得られる加工条件に制御する。   In the case of thermal processing by various processing devices, since the processing is performed while melting the material, the dissolved substance may adhere to the lower part of the material as a molten material (dross), particularly in the first implementation. In the example, as shown in FIG. 6, dross has not occurred, and the state where the cut surface is uniform and melted away and is not dented or wavy is defined as a good cutting quality. Control the processing conditions to obtain good cutting quality.

第1の実施例では、DDL加工装置におけるレーザ光のBPPは10.3mm・mradとし、COレーザ加工装置におけるレーザ光のBPPは8mm・mradとし、ファイバレーザ加工装置におけるレーザ光のBPPは2.3mm・mradとした。 In the first embodiment, the BPP of laser light in the DDL processing apparatus is 10.3 mm · mrad, the BPP of laser light in the CO 2 laser processing apparatus is 8 mm · mrad, and the BPP of laser light in the fiber laser processing apparatus is 2 3 mm · mrad.

また、各加工装置において、アシストガスは酸素とし、DDL加工装置においてはアシストガスのガス圧を0.05MPa〜1.5MPaで制御した。また、DDL加工装置において、集光直径dは一定の364μmで制御し、被加工材Wの単位切断長さ当たりのジュール熱を12.0J/mm〜137.1J/mmで制御し、切断速度は14.6mm/秒〜166.7mm/秒で制御した。   In each processing apparatus, the assist gas was oxygen, and in the DDL processing apparatus, the gas pressure of the assist gas was controlled at 0.05 MPa to 1.5 MPa. In the DDL processing apparatus, the condensing diameter d is controlled at a constant 364 μm, the Joule heat per unit cutting length of the workpiece W is controlled from 12.0 J / mm to 137.1 J / mm, and the cutting speed Was controlled at 14.6 mm / sec to 166.7 mm / sec.

ここで、レーザ板金加工の切断速度と、被加工材Wの吸収率と集光直径と、出力とに着目した。即ち、単位切断長さ当りのジュール熱Ein(J/mm)と、集光直径dにおける吸収率Aの比(A/d)に着目した。また、各加工装置の対比のため、COレーザ加工装置の値を基準の1.0とした切断速度比と、集光直径dにおける吸収率Aの比(A/d比)を計算した。 Here, attention was paid to the cutting speed of the laser sheet metal processing, the absorption rate of the workpiece W, the condensing diameter, and the output. That is, attention was paid to the ratio (A / d) of Joule heat Ein (J / mm) per unit cutting length to the absorption rate A in the condensed diameter d. Further, for comparison of each processing apparatus, a cutting speed ratio with the value of the CO 2 laser processing apparatus as 1.0 as a reference and an absorptivity A ratio (A / d ratio) at the condensed diameter d were calculated.

表1は、1.0mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表1から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 1 shows the experimental results when 1.0 mm mild steel is cut. From Table 1, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表2に、1.6mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表2から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 2 shows the experimental results when a 1.6 mm mild steel was cut. From Table 2, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表3に、2.3mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表3から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 3 shows the experimental results when a 2.3 mm mild steel was cut. From Table 3, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表4は、3.2mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表4から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 4 shows the experimental results when a 3.2 mm mild steel was cut. From Table 4, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表5は、4.5mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表5から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 5 shows the experimental results when cutting 4.5 mm mild steel. From Table 5, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表6は、6mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表6から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 6 shows the experimental results when cutting 6 mm mild steel. From Table 6, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表7は、9mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表7から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、CO2レーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。   Table 7 shows the experimental results when 9 mm mild steel was cut. From Table 7, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Moreover, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than the CO2 laser processing apparatus and is more efficient.

表8は、12mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表8から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 8 shows the experimental results when cutting 12 mm mild steel. From Table 8, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表9は、16mmの軟鋼を切断した場合の実験結果を示す。表9から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、効率が良いことが分かる。 Table 9 shows the experimental results when cutting 16 mm mild steel. From Table 9, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus and is efficient.

表1〜表9に示した実験結果から、図7に示すグラフを作成した。図7に示すように、DDL加工装置は表1〜表9に示した加工条件の下で、COレーザ加工装置より高速に切断可能で、ファイバレーザ加工装置と比較しても高速に切断可能であると評価できる。なお、ステンレス鋼(厚さ1mm)における結果は、切断速度比が1.9であり、大まかな傾向として、対COレーザ加工装置の結果が軟鋼の結果に一致している。 From the experimental results shown in Tables 1 to 9, the graph shown in FIG. 7 was created. As shown in FIG. 7, the DDL processing apparatus can cut faster than the CO 2 laser processing apparatus under the processing conditions shown in Tables 1 to 9, and can also cut faster than the fiber laser processing apparatus. Can be evaluated. In addition, the result in stainless steel (thickness 1 mm) has a cutting speed ratio of 1.9, and as a general tendency, the results for the CO 2 laser processing apparatus agree with the results for mild steel.

<第2の実施例>
次に、第2の実施例として、第1の実施例と同様に、本発明の実施形態に係るDDL加工装置と、比較例としてのCOレーザ加工装置とYbファイバレーザ加工装置を用いて、1mm、2mm、3mm、4mmの板厚のアルミニウムの高速切断加工について説明する。第2の実施例でも、各加工装置について、図6に示した良好な切断品位が得られる加工条件を選択した。
<Second embodiment>
Next, as a second example, similarly to the first example, using a DDL processing apparatus according to an embodiment of the present invention, a CO 2 laser processing apparatus and a Yb fiber laser processing apparatus as comparative examples, The high-speed cutting of aluminum having a plate thickness of 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 4 mm will be described. Also in the second example, for each processing apparatus, the processing conditions for obtaining good cutting quality shown in FIG. 6 were selected.

第2の実施例では、DDL加工装置におけるレーザ光のBPPは10.3mm・mradとし、COレーザ加工装置におけるレーザ光のBPPは8mm・mradとし、ファイバレーザ加工装置におけるレーザ光のBPPは2.3mm・mradとした。 In the second embodiment, the BPP of laser light in the DDL processing apparatus is 10.3 mm · mrad, the BPP of laser light in the CO 2 laser processing apparatus is 8 mm · mrad, and the BPP of laser light in the fiber laser processing apparatus is 2 3 mm · mrad.

また、各加工装置において、アシストガスは窒素とし、DDL加工装置においてはアシストガスのガス圧を0.8MPa〜1.5MPaで制御した。また、DDL加工装置において、集光直径dは一定の364μm又は300μmで制御し、被加工材Wの単位切断長さ当たりのジュール熱は6.9J/mm〜43.6J/mmで制御し、且つ被加工材Wの切断速度は45.8mm/秒〜291.7mm/秒で制御した。   In each processing apparatus, the assist gas was nitrogen, and in the DDL processing apparatus, the gas pressure of the assist gas was controlled at 0.8 MPa to 1.5 MPa. In the DDL processing apparatus, the condensing diameter d is controlled at a constant 364 μm or 300 μm, and the Joule heat per unit cutting length of the workpiece W is controlled at 6.9 J / mm to 43.6 J / mm, In addition, the cutting speed of the workpiece W was controlled at 45.8 mm / sec to 291.7 mm / sec.

表10は、1mmのアルミニウムを切断した場合の実験結果を示す。表10から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱はCOレーザ加工装置よりも小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度はCOレーザ加工装置よりも速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、最も大きく、効率が良いことが分かる。 Table 10 shows the experimental results when cutting 1 mm of aluminum. From Table 10, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is smaller and better than the CO 2 laser processing apparatus. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is faster than that of the CO 2 laser processing apparatus, and the processing can be performed at a high speed. It can also be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is the largest and the efficiency is high.

表11は、2mmのアルミニウムを切断した場合の実験結果を示す。表11から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、最も大きく、効率が良いことが分かる。   Table 11 shows the experimental results when cutting 2 mm of aluminum. From Table 11, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. It can also be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is the largest and the efficiency is high.

表12は、3mmのアルミニウムを切断した場合の実験結果を示す。表12から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱は最も小さく良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度は最も速く、高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、最も大きく、効率が良いことが分かる。   Table 12 shows the experimental results when cutting 3 mm of aluminum. From Table 12, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is the smallest and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is the fastest, and the processing was possible at a high speed. It can also be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is the largest and the efficiency is high.

表13は、4mmのアルミニウムを切断した場合の実験結果を示す。表13の実験では、DDL加工装置の集光直径dを247μmから300μmに変更したため、A/d及びA/d比の値も変化している。表13から、DDL加工装置の単位切断長さ当たりのジュール熱はCOレーザ加工装置よりも小さく、ファイバレーザ加工装置と同等であり良好であることが分かる。また、DDL加工装置の切断速度はCOレーザ加工装置よりも速く、ファイバレーザ加工装置と同等であり高速で加工できたことが分かる。また、DDL加工装置のA/dは、COレーザ加工装置よりも大きく、ファイバレーザ加工装置と同等であり効率が良いことが分かる。 Table 13 shows the experimental results when cutting 4 mm of aluminum. In the experiment of Table 13, since the condensing diameter d of the DDL processing apparatus was changed from 247 μm to 300 μm, the values of A / d and A / d ratio also changed. From Table 13, it can be seen that the Joule heat per unit cutting length of the DDL processing apparatus is smaller than that of the CO 2 laser processing apparatus and is equivalent to that of the fiber laser processing apparatus and good. Further, it can be seen that the cutting speed of the DDL processing apparatus is faster than that of the CO 2 laser processing apparatus, which is equivalent to that of the fiber laser processing apparatus and can be processed at a high speed. Further, it can be seen that the A / d of the DDL processing apparatus is larger than that of the CO 2 laser processing apparatus, is equivalent to the fiber laser processing apparatus, and is efficient.

表10〜表13に示した実験結果から、図8のグラフを作成した。図8に示すように、DDL加工装置は上記加工条件の下で、COレーザ加工装置より高速に切断可能であると評価できる。また、ファイバレーザ加工装置と比較しても、アルミニウムの厚さ2mm以上4mm未満においては、表10〜表13に示した加工条件の下で高速に切断可能であると評価できる。 From the experimental results shown in Tables 10 to 13, the graph of FIG. 8 was created. As shown in FIG. 8, it can be evaluated that the DDL processing apparatus can be cut faster than the CO 2 laser processing apparatus under the above processing conditions. Further, even when compared with a fiber laser processing apparatus, it can be evaluated that cutting can be performed at high speed under the processing conditions shown in Tables 10 to 13 when the aluminum thickness is 2 mm or more and less than 4 mm.

<第3の実施例>
第3の実施例として、被加工材Wに対するレーザ光の入射角と材料の吸収率との関係について説明する。
<Third embodiment>
As a third embodiment, the relationship between the incident angle of the laser beam on the workpiece W and the absorption rate of the material will be described.

図9(a)及び図9(b)は、鉄及びアルミニウムについての吸収特性の計算結果をそれぞれ示す。例えば、10.6μmは、COレーザ加工装置で使用される波長であり、1080nmは、ファイバレーザ加工装置で使用される波長であり、910nm〜950nmの範囲は、DDL加工装置で使用される波長である。 FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b) show the calculation results of the absorption characteristics for iron and aluminum, respectively. For example, 10.6 μm is a wavelength used in a CO 2 laser processing apparatus, 1080 nm is a wavelength used in a fiber laser processing apparatus, and a range of 910 nm to 950 nm is a wavelength used in a DDL processing apparatus. It is.

図9(a)及び図9(b)において、第1及び第2の実施例で示したように、レーザ光の切断前面への入射角が70度の吸収率に着目すると、鉄及びアルミニウムのいずれにおいても、910nm〜950nmの波長範囲に対する吸収率が、10.6μmの波長に対する吸収率よりも高いことが分かる。即ち、一般的にDDL加工装置で使用される波長の範囲の吸収率は、COレーザ加工装置で使用される波長の範囲の吸収率よりも大幅に高いことが分かる。 In FIGS. 9A and 9B, as shown in the first and second embodiments, when attention is paid to the absorption rate at which the incident angle of the laser beam on the cut front surface is 70 degrees, the iron and aluminum In any case, it can be seen that the absorptance with respect to the wavelength range of 910 nm to 950 nm is higher than the absorptance with respect to the wavelength of 10.6 μm. That is, it can be seen that the absorptance in the wavelength range generally used in the DDL processing apparatus is significantly higher than the absorptance in the wavelength range used in the CO 2 laser processing apparatus.

したがって、DDL加工装置で使用される波長の範囲の吸収率特性を有効利用するように、DDL加工装置における多波長のレーザ光の波長として、1000nm未満、好ましくは910nm〜950nmの範囲で選択しつつ、他の加工条件を制御することにより、COレーザ加工装置よりも高速で切断加工できる。 Therefore, the wavelength of the multi-wavelength laser light in the DDL processing apparatus is selected to be less than 1000 nm, preferably in the range of 910 nm to 950 nm so as to effectively use the absorptivity characteristics in the wavelength range used in the DDL processing apparatus. By controlling other processing conditions, cutting can be performed at a higher speed than the CO 2 laser processing apparatus.

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、被加工材Wの吸収率及び厚さに応じて、DDL加工装置の切断速度等の加工条件を制御することにより、COレーザ加工装置よりも入射角を小さくでき、レーザ切断加工における熱切断の比切断材の溶融効果をCOレーザ加工装置よりも高めることができる。また、被加工材Wの材質と厚さによっては、被加工材Wの吸収率及び厚さと集光径との関係から、ファイバレーザ加工装置よりも効率良く高速に加工することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the CO 2 laser processing apparatus is controlled by controlling the processing conditions such as the cutting speed of the DDL processing apparatus according to the absorption rate and thickness of the workpiece W. The incident angle can be made smaller than that, and the melting effect of the specific cutting material of the thermal cutting in the laser cutting process can be enhanced as compared with the CO 2 laser processing apparatus. Further, depending on the material and thickness of the workpiece W, it is possible to process the workpiece W more efficiently and at a higher speed than the fiber laser processing apparatus because of the relationship between the absorptivity and thickness of the workpiece W and the light collection diameter.

(その他の実施形態)
本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described with reference to embodiments, it should not be understood that the description and drawings that form part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. It goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

10…DDLモジュール
11…レーザ発振器
12…伝送ファイバ(プロセスファイバ)
13…レーザ加工機
14…コリメータユニット
15…コリメータレンズ
16…ベンドミラー
17…加工ヘッド
18…集光レンズ
21…加工テーブル
22…X軸キャリッジ
23…Y軸キャリッジ
,3,3,・・・3…レーザダイオード(LD)
,4,4,・・・4…ファイバ
50…スペクトルビーム結合部
51…固定部
52…コリメータレンズ(光学素子)
53…回折格子(光学素子)
54…集光レンズ(光学素子)
55…部分反射カプラ
60…筐体
61…電源部
62…制御モジュール
63…空調機器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DDL module 11 ... Laser oscillator 12 ... Transmission fiber (process fiber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Laser processing machine 14 ... Collimator unit 15 ... Collimator lens 16 ... Bend mirror 17 ... Processing head 18 ... Condensing lens 21 ... Processing table 22 ... X-axis carriage 23 ... Y-axis carriage 3 1 , 3 2 , 3 3 ,. .... 3 n Laser diode (LD)
4 1 , 4 2 , 4 3 ,... 4 n ... Fiber 50... Spectral beam coupling part 51... Fixed part 52.
53 ... Diffraction grating (optical element)
54 ... Condensing lens (optical element)
55 ... Partially reflective coupler 60 ... Housing 61 ... Power source 62 ... Control module 63 ... Air conditioning equipment

Claims (8)

多波長のレーザ光を発振するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器により発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を集光して被加工材を加工するレーザ加工機
とを備え、
前記被加工材の厚さ及び吸収率に基づいて、
前記多波長のレーザ光の波長を1000nm未満、
前記多波長のレーザ光のビームパラメータ積を4mm・mrad〜25mm・mrad、且つ
前記被加工材の切断速度を0.1m/min〜60m/min
に制御することを特徴とするダイレクトダイオードレーザ加工装置。
A laser resonator that oscillates multi-wavelength laser light;
A transmission fiber for transmitting multi-wavelength laser light oscillated by the laser resonator;
A laser processing machine for condensing multi-wavelength laser light transmitted by the transmission fiber and processing a workpiece;
Based on the thickness and absorption rate of the workpiece,
The wavelength of the multi-wavelength laser light is less than 1000 nm,
The beam parameter product of the multi-wavelength laser light is 4 mm · mrad to 25 mm · mrad, and the cutting speed of the workpiece is 0.1 m / min to 60 m / min.
A direct diode laser processing apparatus, characterized in that
前記被加工材に吹き付けるアシストガスの圧力を0.05MPa〜1.5MPaに制御することを特徴とする請求項1に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。   The direct diode laser processing apparatus according to claim 1, wherein the pressure of the assist gas sprayed on the workpiece is controlled to 0.05 MPa to 1.5 MPa. 前記多波長のレーザ光の集光直径を247μm〜364μmに制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。   3. The direct diode laser processing apparatus according to claim 1, wherein a condensing diameter of the multi-wavelength laser light is controlled to 247 μm to 364 μm. 前記被加工材の単位切断長さ当たりのジュール熱を6.9J/mm〜137.1J/mmに制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。   The direct diode laser processing according to any one of claims 1 to 3, wherein a Joule heat per unit cutting length of the workpiece is controlled to 6.9 J / mm to 137.1 J / mm. apparatus. 前記多波長のレーザ光の集光直径に対する、入射角70°の吸収率の比を0.00042%/μm〜0.11%/μmに制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。   The ratio of the absorptivity at an incident angle of 70 ° with respect to the condensed diameter of the multi-wavelength laser light is controlled to 0.00042% / μm to 0.11% / μm. The direct diode laser processing apparatus according to claim 1. 前記被加工材が厚さ1mm〜16mmの軟鋼であり、
前記被加工材に吹き付けるアシストガスの圧力を0.05MPa〜1.5MPa、
前記被加工材の単位切断長さ当たりのジュール熱を12.0J/mm〜137.1J/mm、且つ
前記被加工材の切断速度を14.6mm/秒〜166.7mm/秒
に制御することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
The workpiece is mild steel having a thickness of 1 mm to 16 mm,
The pressure of the assist gas sprayed on the workpiece is 0.05 MPa to 1.5 MPa,
The Joule heat per unit cutting length of the workpiece is controlled to 12.0 J / mm to 137.1 J / mm, and the cutting speed of the workpiece is controlled from 14.6 mm / sec to 166.7 mm / sec. The direct diode laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記被加工材が厚さ1mm〜4mmのアルミニウムであり、
前記被加工材に吹き付けるアシストガスの圧力を0.8MPa〜1.5MPa、
前記被加工材の単位切断長さ当たりのジュール熱が6.9J/mm〜43.6J/mm、且つ
前記被加工材の切断速度を45.8mm/秒〜291.7mm/秒
に制御することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
The workpiece is aluminum having a thickness of 1 mm to 4 mm,
The pressure of the assist gas sprayed on the workpiece is 0.8 MPa to 1.5 MPa,
The Joule heat per unit cutting length of the workpiece is controlled to 6.9 J / mm to 43.6 J / mm, and the cutting speed of the workpiece is controlled to 45.8 mm / sec to 291.7 mm / sec. The direct diode laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
請求項1〜7のいずれか1項のダイレクトダイオードレーザ加工装置を用いて板金を切断加工することを特徴とする板金の加工方法。   A sheet metal processing method, comprising: cutting a sheet metal using the direct diode laser processing apparatus according to claim 1.
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