JP2017221979A - 光合焦用レンズが単一のレーザビームマシニング装置及びレーザマシニング方法 - Google Patents
光合焦用レンズが単一のレーザビームマシニング装置及びレーザマシニング方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
光出射点、レンズ又はその双方の変位過程でそのセンサにより計測された光強度の実曲線を求めるステップと、
使用したレンズに関し求まった実曲線を理想的なレンズに関する設定曲線と比較しそれら実曲線・設定曲線間の乖離が可所定のしきい値を超過した場合に警報を発令させるステップと、
を実行させることが有益である。
プロセスファイバ:50μm径、レンズ:ZnS製非球面レンズ、入射面:平坦、出射面:曲率半径=90mmの凸面、非球面補正:4次及び6次
a)短焦点距離時:作動距離=約290mm、ファイバ端・レンズ間距離=90mm、結果たる合焦半径=約54μm、レイリー長(合焦深度)=約1.4mm
b)長焦点距離時:作動距離=約780mm、ファイバ端・レンズ間距離=75mm、結果たる合焦半径=約177μm、レイリー長(合焦深度)=約15mm。
プロセスファイバ:50μm径、レンズ:ZnS製非球面レンズ、入射面:平坦、出射面:曲率半径=60mmの凸面、非球面補正:4次
a)短焦点距離時:作動距離=約150mm、ファイバ端・レンズ間距離=65mm、結果たる合焦半径=約38μm、レイリー長(合焦深度)=約0.7mm
b)長焦点距離時:作動距離=約465mm、ファイバ端・レンズ間距離=50mm、結果たる合焦半径=約158μm、レイリー長(合焦深度)=約12mm。
光出射点B、レンズ8又はその双方の変位過程でセンサ9により計測された光強度Iの実曲線を求めるステップと、
使用したレンズ8’に関しその実曲線を理想的なレンズ8に関する設定曲線と比較しそれら実曲線・設定曲線間の乖離が可所定のしきい値を超過した場合に警報を発令させるステップと、
を実行するユニットが接続されている。
レンズ8・ガラスディスク11間圧密空間;即ちその空間への流体の流入やその空間からの流体の流出に応じ光出射点B、レンズ8又はその双方が変位する空間
光出射点B・レンズ8間圧密空間;即ちその空間への流体の流入やその空間からの流体の流出に応じ光出射点B、レンズ8又はその双方が変位する空間
伝搬方向に沿い光出射点Bの上流に位置する圧密空間;即ちその空間への流体の流入又はその空間からの流体の流出に応じ光出射点B、レンズ8又はその双方が変位する空間
といった圧密空間が発生する。
Claims (40)
- 光出射点(B)であって、当該光出射点(B)から離れるにつれ直径が増加する未合焦のレーザ光(A)を出射する光出射点(B)と、
伝搬方向に沿い光出射点(B)の下流にあり伝搬方向沿いに可動な単一のレンズ(8)と、
を備え、当該レーザ光(A)をそのレンズ(8)で合焦させつつワークピース(7)側のマシニング点に送るレーザビームマシニング装置(1)であって、
それら光出射点(B)・レンズ(8)間の第1距離(ma,mb)、レンズ(8)・ワークピース(7)側マシニング点間の第2距離(la,lb)、並びに光出射点(B)・同マシニング点間の距離である第3距離が可変であり、
少なくとも第1距離と第3距離は、互いに独立して変化させることができ、
前記レーザ光(A)の焦点は、前記レーザ光(A)の合焦深度の調整とは独立して設定できる、
ことを特徴とするレーザビームマシニング装置。 - 請求項1記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レンズ(8)が非球面レンズであることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1又は2記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レーザ光(A)によって照明される面積がレンズ面積に比し25〜100%の範囲に収まるよう光出射点(B)・レンズ(8)間距離の可変範囲が制限されていることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至3のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)・レンズ(8)間距離の可変範囲全体に亘りシュトレール比が0.9超であることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項2乃至4のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レンズ(8)が、偶非球面性を呈するよう整形された非球面を有することを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)及び上記レンズ(8)が、上記未合焦のレーザ光(A)がそのレンズ(8)に直接入射する位置関係であることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至6のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)及び上記レンズ(8)を上記ワークピース(7)側のマシニング点に対し互いに同期して同距離に亘り変位させる駆動系を備えることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至7のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レンズ(8)がZnS製であることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至8のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レンズ(8)、そのホルダ又はその双方が流体除熱式であることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至9のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、伝搬方向に沿い上記レンズ(8)の下流に透明ディスク(11)が備わることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項10記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、透明ディスク(11)・レンズ(8)間に圧密性の空間があり、その空間への流体の流入又はその空間からの流体の流出に応じ上記光出射点(B)、上記レンズ(8)又はその双方が変位することを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至11のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、光出射点(B)・レンズ(8)間に圧密性の空間があり、その空間への流体の流入又はその空間からの流体の流出に応じ上記光出射点(B)、上記レンズ(8)又はその双方が変位することを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至12のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、伝搬方向に沿い上記光出射点(B)の上流に圧密性の空間があり、その空間への流体の流入又はその空間からの流体の流出に応じ当該光出射点(B)、上記レンズ(8)又はその双方が変位することを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至13のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記レンズ(8)により集光されることなく円錐状に散乱する散乱光(C)内に感光センサ(9)が備わることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項14記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、センサ(9)及びそれに接続された評価ユニット(21)を備え、その評価ユニット(21)が、
上記光出射点(B)、上記レンズ(8)又はその双方の変位過程でそのセンサ(9)により計測された光強度(I)の実曲線を求めるステップと、
使用したレンズ(8’)に関し求まった実曲線を理想的なレンズ(8)に関する設定曲線と比較しそれら実曲線・設定曲線間の乖離が所定のしきい値を超過した場合に警報を発令させるステップと、
を実行することを特徴とするレーザビームマシニング装置。 - 請求項1乃至15のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)における上記レーザ光(A)の出射角(α)が45°未満であることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至16のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)が光ファイバ(3)の端部又はダイオードレーザで形成されることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 請求項1乃至17のうちいずれか一項記載のレーザビームマシニング装置(1)であって、上記光出射点(B)及び上記レンズ(8)を収容するマシニングヘッド(4)が備わることを特徴とするレーザビームマシニング装置。
- 光出射点(B)であって、当該光出射点(B)から離れるにつれ直径が増加する未合焦のレーザ光(A)を出射する光出射点(B)と、
伝搬方向に沿い光出射点(B)の下流にある単一のレンズ(8)と、
を備え、当該レーザ光(A)をそのレンズ(8)で合焦させつつワークピース(7)側のマシニング点に送るレーザビームマシニング装置(1)を使用するに際し、光出射点(B)・レンズ(8)間の距離(ma,mb)を変化させつつそのワークピース(7)を切削するレーザマシニング装置の使用方法。 - 光出射アウトレットであって、当該光出射アウトレットから離れるにつれ直径が増加する未合焦のレーザ光を出射する光出射アウトレットと、
上記光出射アウトレットから出射されたレーザ光の伝搬方向にありその光出射アウトレットからの距離が第1可制御可変距離であるレンズと、
上記レンズの下流にありそのレンズからの距離が第2可制御可変距離、上記光出射アウトレットからの距離が第3可制御可変距離であるレーザマシニング座と、
上記第1、第2及び第3可制御可変距離を可制御的に調整する駆動系と、
を備え、上記駆動系の配下で上記レンズ及び上記光出射アウトレットが駆動され、
少なくとも前記第1可制御可変距離と前記第2可制御可変距離は、互いに独立して変化させることができ、
前記レーザ光の焦点は、前記レーザ光の合焦深度の調整とは独立して設定できる、
レーザマシニング装置。 - 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記レンズが非球面レンズであるレーザマシニング装置。
- 請求項21記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記レンズが、偶非球面性を呈するよう整形された非球面を1個又は複数個有するレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記レンズがZnS製のレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記第1、第2及び第3可制御可変距離の可操作範囲全体に亘りシュトレール比が0.9超のレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記レンズの面積に比した照明面積の百分率が25〜100%の範囲内となるよう上記駆動系が上記第1可制御可変距離の値域を制限するレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記光出射アウトレットから出射された未合焦のレーザ光が上記レンズに直接入射するレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記光出射アウトレットにおける上記レーザ光の出射角が45°未満のレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記光出射アウトレットにレーザ光を供給するダイオードレーザを備えるレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、更に、その端部から上記光出射アウトレットにレーザ光を供給する光ファイバを備えるレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、上記駆動系の配下で上記第2及び第3可制御可変距離を互いに同時に且つ等量に亘り変化させるレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記レンズにより集光されることなく円錐状に散乱する散乱光内に感光センサが備わるレーザマシニング装置。
- 請求項31記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記感光センサと連携する評価ユニットを備え、その評価ユニットが、その感光センサで計測される光強度の実曲線を求め設定曲線と比較するレーザマシニング装置。
- 請求項20記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記レンズ・上記レーザマシニング座間に透光ディスクが備わるレーザマシニング装置。
- 請求項33記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記透光ディスク・上記レンズ間に第1流体室が備わるレーザマシニング装置。
- 請求項34記載のレーザマシニング装置であって、更に、上記光出射アウトレット・上記レンズ間に第2流体室が備わるレーザマシニング装置。
- 請求項35記載のレーザマシニング装置であって、
更に、上記第2流体室に隣接して設けられ、流体が流入出することで体積変化する第3流体室を備え、
上記第2流体室が上記第1流体室にその隣接して設けられ、流体が流入出することで前記第2流体室が体積変化するレーザマシニング装置。 - 光出射アウトレットから離れるにつれ直径が増加する未合焦のレーザ光を供給するステップと、
上記光出射アウトレットとその光出射アウトレットから出射されたレーザ光の伝搬方向にある単一のレンズとの間の距離たる第1可変距離を駆動系の働きで可制御的に調整するステップと、
上記レンズとその下流にあるレーザマシニング座との間の距離たる第2可変距離を上記駆動系の働きで可制御的に第1可変距離から独立して調整するステップと、
上記光出射アウトレット間と上記レーザマシニング座との間の距離たる第3可変距離を上記駆動系の働きで可制御的に第1可変距離および第2可変距離から独立して調整するステップと、
上記レンズの働きで上記レーザマシニング座にて上記レーザ光を合焦させるステップと、
合焦されたレーザ光でレーザマシニング動作を実行するステップと、
を有し、
前記レーザ光の焦点は、前記レーザ光の合焦深度の調整と独立して設定できる、
レーザマシニング方法。 - 請求項37記載のレーザマシニング方法であって、更に、上記レンズの面積に比した照明面積の百分率が25〜100%の範囲内となるよう上記第1可変距離の値域を制限するステップを有するレーザマシニング方法。
- 請求項37記載のレーザマシニング方法であって、更に、
上記レンズの散乱光円錐内に感光センサを準備するステップと、
上記感光センサから評価ユニットへとデータを伝送するステップと、
上記光出射アウトレット、上記レンズ又はその双方の変位過程で上記感光センサにより計測された光強度の実曲線を求めるステップと、
その光強度実曲線を理想的なレンズに関する光強度設定曲線と比較するステップと、
その光強度実曲線・光強度設定曲線間比較によってしきい値超の乖離が判明した場合に警報信号を発するステップと、
を有するレーザマシニング方法。 - 光出射アウトレットであって、当該光出射アウトレットから離れるにつれ直径が増加する未合焦のレーザ光を出射する光出射アウトレットと、
上記光出射アウトレットから出射されたレーザ光の伝搬方向にありその光出射アウトレットからの距離が第1可制御可変距離であるレンズと、
それら光出射アウトレット及びレンズが組み込まれたマシニングヘッドと、
上記レンズの下流にありそのレンズからの距離が第2可制御可変距離、上記光出射アウトレットからの距離が第3可制御可変距離であるレーザマシニング座と、
上記レンズ・上記レーザマシニング座間にある透光ディスクと、
上記第1、第2及び第3可制御可変距離を可制御的に調整する駆動系と、
を備え、上記駆動系の配下で上記レンズ及び上記光出射アウトレットが駆動され、
さらに、少なくとも前記第1可制御可変距離と前記第2可制御可変距離が、互いに独立して変化させることができ、
前記レーザ光の焦点は、前記レーザ光の合焦深度の調整と独立して設定できる、
レーザマシニング装置。
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