JP2018059747A - Laser machining apparatus, and laser machining method - Google Patents

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孝一 黒澤
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser machining apparatus that can achieve satisfactory machining performance by irradiating a machining object immediately in front of the machining tool with a small-diameter laser beam even if the shape and surrounding environment of the machining object cannot be accurately known.SOLUTION: A laser machining apparatus is equipped with a laser oscillator or oscillators that oscillate laser beams, a machining tool 8 for machining objects to be machined and an optical fiber or fibers 1 for guiding laser beams from the laser oscillator or oscillators. It is further equipped with an optical fiber feed-out/lead-in mechanism 9 that can set as desired the distance from the laser beam 5 emitting end face of the optical fiber or fibers 1 to immediately before the machining point with the machining tool 8 by arranging at least one optical fiber 1 when a machining object 6 is to be removed from the machining tool 8 in a state of being kept at high temperature by irradiating the object 6 with the laser beam 5 without the presence of any lens in-between.SELECTED DRAWING: Figure 2(A)

Description

本発明はレーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、例えば、炉心溶融した原子炉内部のような被加工物の形状、寸法の詳細が水中(真水、気水、海水及び除去する構造物から排出される溶剤の混ざる水、ホウ素など加工前に投入される有機物の混じった水)及びガス(除去する構造物から排出される気体、及び排出された物と反応した新たな気体)が充満するような雰囲気のため把握できない状態で加工を行わなければならない場所での使用に好適なレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method. For example, details of the shape and dimensions of a workpiece such as the inside of a reactor melted in a core are exhausted from underwater (fresh water, air, seawater and structures to be removed). Such as water mixed with solvent, water mixed with organic matter such as boron, etc.) and gas (gas discharged from the structure to be removed and new gas reacted with the discharged material) The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method suitable for use in a place where processing must be performed in a state where it cannot be grasped due to the atmosphere.

従来から光ファイバで導光されたレーザ光を、被加工物に照射して所定の形状に加工することが広く行われている。   Conventionally, a laser beam guided by an optical fiber is irradiated onto a workpiece to be processed into a predetermined shape.

この従来から行われている光ファイバで導光されたレーザ光を、少なくとも1つ以上のレンズを介して被加工物の加工点に照射する方法には、大別すると以下の2つの方法がある。   The conventional method of irradiating the processing point of the workpiece with the laser light guided by the optical fiber through at least one lens is roughly divided into the following two methods. .

1つ目は、シングルモード光ファイバ(以下、SMFという)から出射された光(NA0.1のため全角約12度で広がる)を、コリメートレンズと呼ばれる第1のレンズでレーザ光を平行光にした後、フォーカシングレンズと呼ばれる第2のレンズでレーザ光を集光して被工作物に照射する方法である。この方法は、SMFを使用しているため、集光されたビーム径をSMFのコア径(通常、10μm前後)近くまで絞ることができる。   First, the light emitted from a single-mode optical fiber (hereinafter referred to as SMF) (spread at about 12 degrees in all angles because of NA 0.1) is converted into parallel light by a first lens called a collimating lens. After that, the laser beam is condensed by a second lens called a focusing lens and irradiated onto the workpiece. Since this method uses SMF, the diameter of the focused beam can be reduced to near the core diameter of SMF (usually around 10 μm).

通常、収差の影響を少なくするために、第1のレンズの焦点距離f1と第2のレンズの焦点距離f2は同じものが用いられ、第2のレンズの出射面から照射点までのワーキングディスタンス(WD)は、第2のレンズのバックフォーカスにほぼ等しい。このとき、加工中に被工作物からの飛散物が第2のレンズに付着しないようWDはできるだけ長いほうが好ましいため、焦点距離f2は100mm以上のものが用いられる。   Usually, in order to reduce the influence of aberration, the focal length f1 of the first lens and the focal length f2 of the second lens are the same, and the working distance from the exit surface of the second lens to the irradiation point ( (WD) is approximately equal to the back focus of the second lens. At this time, it is preferable that the WD is as long as possible so that scattered objects from the workpiece do not adhere to the second lens during processing. Therefore, a focal length f2 of 100 mm or more is used.

2つ目は、SMFから出射された光を1枚のレンズで被加工物に照射する方法である。この方法は、ファイバ端面を焦点距離fより離す位置に置き、NAは変わらないことから、レンズでのビーム径が大きくなるガラスと空気の界面が、2つしかない1レンズ系で2レンズ系(ガラスと空気の界面は4つ)と同等な集光径を得るには、界面当たりの曲げる能力が高くなければならない。つまり、曲率が小さく焦点距離が短いレンズを選択せざるを得ない。   The second method is a method of irradiating the workpiece with light emitted from the SMF with a single lens. In this method, the fiber end face is placed at a position away from the focal length f, and the NA does not change. Therefore, a single lens system having only two interfaces between glass and air, which increases the beam diameter of the lens, is a two-lens system ( In order to obtain a condensing diameter equivalent to that of four interfaces between glass and air, the ability to bend per interface must be high. That is, a lens having a small curvature and a short focal length must be selected.

従って、照射ヘッドと被工作物との距離が短くなり、加工点からの跳ね返るスラッジなどがレンズに付着し、それが加熱されレンズが壊れる問題と、レンズの排熱を考慮する問題が新たに増える。そのため、高出力用途には使われていない。
1レンズ系、2レンズ系でコア径10μm前後のSMFの代わりにコア径100μmから400μm程度のマルチモード光ファイバ(以下、MMFという)を用いることもできる。MMFにすることで大きな出力が得られるメリットはあるが、多モードのためSMFと同じ集光径にすることは理論的に不可能である。
Therefore, the distance between the irradiation head and the workpiece is shortened, sludge that rebounds from the processing point adheres to the lens, and the lens is broken by heating it, and the problem that considers the exhaust heat of the lens is newly increased. . Therefore, it is not used for high output applications.
A multimode optical fiber (hereinafter referred to as MMF) having a core diameter of about 100 μm to 400 μm can be used instead of SMF having a core diameter of about 10 μm in a single lens system and a two lens system. Although there is a merit that a large output can be obtained by using the MMF, it is theoretically impossible to set the same condensing diameter as the SMF because of the multimode.

仮にSMF10μmの500W出力とMMF500μmの4kW出力を用いたとして、パワー密度で比較すると、前者が6,400kW/mm、後者が20kW/mmとなる。SMFの方が一見良さそうに見えるが、エネルギーの絶対量はMMFの方が高く、厚板の切断や溶接に圧倒的に適している。 If the using 4kW output of 500W output and MMF500μm of SMF10myuemu, when compared with the power density, the former 6,400kW / mm 2, the latter is 20 kW / mm 2. SMF looks better at first glance, but the absolute amount of energy is higher with MMF, which is overwhelmingly suitable for cutting and welding thick plates.

一方、SMFは、光を集光して絞り込めるので微細な領域に適した加工と言える。そのため、SMFは、微細な部分へのマーキング及びシーム溶接に使われている。   On the other hand, SMF can be said to be a process suitable for a fine region because light is condensed and narrowed down. For this reason, SMF is used for marking on fine parts and seam welding.

そもそも1kWにも満たない光出力では、ジルコニアなどのセラミックスの組成を破壊することが難しい。そのため、SMFにより高いエネルギーを伝送しようと考える場合がある。   In the first place, when the light output is less than 1 kW, it is difficult to destroy the composition of ceramics such as zirconia. For this reason, there is a case where high energy is transmitted by SMF.

1kW以上の出力で10μmのコア径に導光するということは、石英の破壊閾値に近づくことになる。さらに、ゴミなどが付着しやすい界面において、自らの光パワーで破壊される確率が高くなる。そのため、現実的には、この選択はあり得ない。   Guided to a core diameter of 10 μm with an output of 1 kW or more approaches the fracture threshold of quartz. Furthermore, at the interface where dust or the like easily adheres, the probability of being destroyed by its own optical power increases. Therefore, in reality, this choice is not possible.

また、2レンズ系の場合は、次に示す問題がある。即ち、SMFから出た光は開口角NA=0.1で広がる。第1のレンズを出た直後の平行光の直径dとSMFの開口角NA及び焦点距離fの関係は、d=2*NA*fで表される。よって、仮にf=100mm、NA=0.1とするとd=20mmとなる。   The two lens system has the following problems. That is, the light emitted from the SMF spreads at an aperture angle NA = 0.1. The relationship between the diameter d of the parallel light immediately after exiting the first lens, the aperture angle NA of the SMF, and the focal length f is expressed by d = 2 * NA * f. Therefore, if f = 100 mm and NA = 0.1, d = 20 mm.

NAは光パワーの95%で表されるため、100%近く得るには、経験的にレンズ直径Dは計算値dの1.5倍が妥当である(30mm)。   Since NA is expressed by 95% of the optical power, it is empirically appropriate that the lens diameter D is 1.5 times the calculated value d (30 mm) in order to obtain nearly 100%.

更に、レンズを収納する筐筒の直径D´は、レンズ直径Dより当然大きくしなければならない(40mm程度)。加えて、レンズを収納する筐筒とSMFを固定するための構造の長さの合計は、少なく見積もっても200mm(SMFの固定長80mm+レンズ1とレンズ2の距離20mm+SMFとレンズ1の距離100mm)は必要となる。よって、被工作物の形状及び寸法の詳細が把握できない状況下も用いることを目的とする出射ヘッドを工具の先端に近づけようとすると被工作物と干渉することが容易に想像できる。   Furthermore, the diameter D ′ of the casing that houses the lens must naturally be larger than the lens diameter D (about 40 mm). In addition, the total length of the case for housing the lens and the structure for fixing the SMF is at least 200 mm (the SMF fixing length is 80 mm + the distance between the lens 1 and the lens 2 is 20 mm + the distance between the SMF and the lens 1 is 100 mm). Is needed. Therefore, it can be easily imagined that if the emission head intended to be used even in a situation where the details of the shape and dimensions of the workpiece cannot be grasped is brought close to the tip of the tool, it interferes with the workpiece.

また、MMF出力のレーザは、少なくとも2本以上のSMF出力レーザを溶融型光カプラで合波する。合波する本数を多くすると、最適化したとしてものコア径が大きくなる方向になる。1レンズ系、2レンズ系に関わらずコア径が大きくなると被工作物への集光は難しくなり、かつ、WDが長くできない。   In addition, the MMF output laser combines at least two SMF output lasers with a fusion optical coupler. Increasing the number of multiplexed waves tends to increase the core diameter even if optimized. Regardless of the one-lens system or the two-lens system, if the core diameter is increased, it is difficult to focus on the workpiece, and the WD cannot be increased.

レーザ光を被工作物へ照射して加工する先行技術文献としては、特許文献1を挙げることができる。   Patent Document 1 can be cited as a prior art document for processing by irradiating a workpiece with laser light.

この特許文献1には、脆性材料から成る工作物を加工した後の加工面にレーザ光を照射し、結晶粒界の添加物を溶解させクラックを埋めるようにして加工面に発生したクラックを消滅させ、脆性工作物の強度を低下させないために、工作物に含まれている添加物を溶融する程度の熱容量を持つレーザ光を、工具によって加工された工作物の加工箇所へ照射することが記載されている。   In this Patent Document 1, a laser beam is irradiated to a processed surface after processing a workpiece made of a brittle material, and the cracks generated on the processed surface are eliminated by dissolving the additive at the crystal grain boundary and filling the crack. In order to prevent the strength of the brittle workpiece from being reduced, a laser beam having a heat capacity to melt the additive contained in the workpiece is irradiated to the machining portion of the workpiece machined by the tool. Has been.

特開平5−208406号公報JP-A-5-208406

しかしながら、上述した従来のレンズを使う照射方法によれば、例えば、原子炉内部のような高い放射線が放出される環境では、レンズの両面に施す反射防止膜が放射線の影響で劣化し光を吸収し初める。また、反射防止膜を施さないとするなら、前記2レンズ系の場合、ガラスと空気との界面が4つあり、それぞれのフレネル損失が約4%生じているため、合計で16%もの光が照射ヘッド内部で拡散される。同時に湿度が100%近い環境下では浮遊している不純物がレンズの表面に付着して、これも光の吸収の原因となる。   However, according to the irradiation method using the conventional lens described above, in an environment where high radiation is emitted, for example, inside a nuclear reactor, the antireflection film applied to both surfaces of the lens deteriorates due to the influence of radiation and absorbs light. Start to do. If the anti-reflective film is not applied, in the case of the two-lens system, there are four interfaces between glass and air, and each of them has about 4% of Fresnel loss. Diffused inside the irradiation head. At the same time, in an environment where the humidity is close to 100%, floating impurities adhere to the surface of the lens, which also causes light absorption.

結果として、吸収及び拡散された光が熱に変換され、急激に温度上昇をして、レンズが溶融する可能性がある。また、光が十分に照射されない場合、必要な加工性能を得ることができなくなることから、このような問題は早急に解決することが望ましい。   As a result, the absorbed and diffused light is converted into heat, and the temperature rapidly increases, and the lens may melt. In addition, if the light is not sufficiently irradiated, it becomes impossible to obtain the required processing performance, so it is desirable to solve such a problem as soon as possible.

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points. The object of the present invention is to provide light having a small diameter immediately before a tool even if the shape and surrounding environment of the workpiece cannot be accurately grasped. It is an object to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of irradiating a laser beam.

本発明のレーザ加工装置は、上記目的を達成するために、レーザ光を発振するレーザ発振器と、被加工物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置であって、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも1つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構を備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a laser processing apparatus of the present invention includes a laser oscillator that oscillates laser light, a processing tool for processing a workpiece, and an optical fiber that guides laser light from the laser oscillator. A laser processing apparatus comprising: a laser beam guided to the optical fiber; and the workpiece is irradiated with the laser beam without passing through a lens; At the time of removal by the processing tool, at least one optical fiber is disposed immediately before the processing point by the processing tool, and the portion immediately before the processing point from the emission end face of the laser light from the optical fiber. An optical fiber feeding / retracting mechanism capable of arbitrarily setting the distance to is provided.

また、本発明のレーザ加工方法は、上記目的を達成するためにレーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置を用いて、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも1つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出す、或いは引き込み前記レーザ光を出射して前記被工作物を加工することを特徴とする。   The laser processing method of the present invention includes a laser oscillator that oscillates laser light to achieve the above object, a processing tool for processing a workpiece, and an optical fiber that guides laser light from the laser oscillator. The laser beam is guided to the optical fiber, and the workpiece is heated to a high temperature by irradiating the workpiece with the laser beam without using a lens. At the time of removing with the processing tool, at least one optical fiber is disposed immediately before the processing point by the processing tool, and immediately before the processing point from the emission end face of the laser light from the optical fiber. The optical fiber is sent out by an optical fiber feed-in / out mechanism that can arbitrarily set the distance to the part, or the laser beam is drawn out to process the workpiece. And wherein the door.

本発明によれば、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the shape and surrounding environment of a workpiece cannot be grasped | ascertained correctly, the light with a small diameter can be irradiated to the workpiece just before a tool.

一般的なレーザ加工装置を示す側面図である。It is a side view which shows a general laser processing apparatus. 図1(A)の正面図である。FIG. 2 is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置の実施例1を示す側面図である。It is a side view which shows Example 1 of the laser processing apparatus of this invention. 図2(A)の正面図である。FIG. 3 is a front view of FIG. 光ファイバと工作物との距離関係を示す図である。It is a figure which shows the distance relationship between an optical fiber and a workpiece. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用されるMMFの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of MMF used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用されるMMFの配置例の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the example of arrangement | positioning of MMF used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバ1の先端形状を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip shape of the optical fiber 1 used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバの先端の加工を示し、光ファイバの先端が不規則な形で欠けた状態を示す図である。It is a figure which shows the process of the front-end | tip of the optical fiber used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention, and shows the state which the front-end | tip of the optical fiber chipped in the irregular shape. 図7(A)の状態から光ファイバを送り出し、先端を工作物に押し当てて光ファイバの先端の端面を出すようにした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which sent out the optical fiber from the state of FIG. 7 (A), pressed the front-end | tip to a workpiece, and protruded the end surface of the front-end | tip of an optical fiber. 図7(A)の状態から光ファイバを引き戻して所定の距離を確保した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which pulled back the optical fiber from the state of FIG. 7 (A), and ensured the predetermined distance. 通常の光ファイバの端面に近い拡散角でレーザ光を照射している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is irradiating a laser beam with the diffusion angle close | similar to the end surface of a normal optical fiber. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバを工作物に押し当てるのではなく、その手前で欠けた部分を除去する構想の一例であり、送り出し用ローラにて所定の位置まで光ファイバを引き戻し、ダイヤモンドクリーバー刃にて押して光ファイバに傷をつける状態を示す図である。The optical fiber used in the first embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention is an example of a concept of removing a chipped portion in front of the workpiece rather than pressing it against a workpiece. It is a figure which shows the state which pulls back an optical fiber and pushes with a diamond cleaver blade and damages an optical fiber. 図8(A)に示した送り出し用ローラの替わりに引き出し用ローラを設けて光ファイバを引き出したり戻したりする構造を示す図である。It is a figure which shows the structure which provides a drawing-out roller instead of the sending-out roller shown to FIG. 8 (A), and draws out or returns an optical fiber. 送り出し用ローラと引き出し用ローラの両方を取付けて、光ファイバの送給を行う構造を示す図である。It is a figure which shows the structure which attaches both the sending roller and the drawing roller, and feeds an optical fiber. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用されるダイヤモンド砥石の冷却装置を備えた構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure provided with the cooling device of the diamond grindstone used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention. 図9(A)の正面図である。FIG. 10A is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置を水中で施工する場合の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example in the case of constructing the laser processing apparatus of this invention in water. 図10(A)の正面図である。It is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の例であり、光ファイバ押し付け機構の非押し付け時の側面図である。It is an example of the refreshing method of the optical fiber when the front-end | tip of the optical fiber used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention is missing, and is a side view at the time of the non-pressing of an optical fiber pressing mechanism. 図11(A)の正面図である。It is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の例であり、光ファイバ押し付け機構の押し付け時の側面図である。It is an example of the refreshing method of the optical fiber when the front-end | tip of the optical fiber used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention has chipped, and is a side view at the time of pressing of an optical fiber pressing mechanism. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の他の例であり、光ファイバ押し付け機構の非押し付け時の側面図である。It is another example of the refreshing method of the optical fiber when the front-end | tip of the optical fiber used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention is missing, and is a side view at the time of non-pressing of an optical fiber pressing mechanism. . 図12(A)の正面図である。It is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用される光ファイバの先端が欠けてしまった場合の光ファイバのリフレッシュ法の他の例であり、光ファイバ押し付け機構の押し付け時の側面図である。It is another example of the refreshing method of the optical fiber when the front-end | tip of the optical fiber used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention is missing, and is a side view at the time of pressing of an optical fiber pressing mechanism. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用されるダイヤモンド砥石に替えてワイヤピーニング装置を用いた例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which replaced with the diamond grindstone used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention, and used the wire peening apparatus. 図13(A)の正面図である。FIG. 14 is a front view of FIG. 本発明のレーザ加工装置の実施例1に使用されるダイヤモンド砥石に替えて切削バイトを用いた例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which replaced with the diamond grindstone used for Example 1 of the laser processing apparatus of this invention, and used the cutting tool. 図14(A)の正面図である。FIG. 15 is a front view of FIG.

以下、図示した実施例に基づいて本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法を説明する。なお、各図において同一構成部品には同符号を使用する。また、以下に説明する実施例では、水平面内における任意の方向をX方向、水平面内においてX方向に直交する方向をY方向、X方向及びY方向に直交する方向(鉛直方向)をZ方向と定義する。   The laser processing apparatus and laser processing method of the present invention will be described below based on the illustrated embodiments. In the drawings, the same reference numerals are used for the same components. In the embodiments described below, an arbitrary direction in the horizontal plane is the X direction, a direction orthogonal to the X direction in the horizontal plane is the Y direction, and a direction (vertical direction) orthogonal to the X direction and the Y direction is the Z direction. Define.

図1(A)及び図1(B)は、一般的なファイバレーザを用いたレーザ加工装置を示すものである。   1A and 1B show a laser processing apparatus using a general fiber laser.

該図に示すように、ファイバレーザを用いたレーザ加工装置は、光ファイバ1で導いたレーザをレーザヘッド2内で第1レンズ3、第2レンズ4の二枚のレンズ、又は図示していないが1枚のレンズにより集光することでレーザ光5を工作物(例えば、燃料デブリ)6を加熱し、加熱部分7を加工工具であるダイヤモンド砥石8で削り取り加工する方法である。なお、8aは、ダイヤモンド砥石8を回転させる軸である。   As shown in the figure, the laser processing apparatus using a fiber laser is not shown in the figure with two lenses of a first lens 3 and a second lens 4 within the laser head 2 of the laser guided by the optical fiber 1 or not shown. Is a method of heating the workpiece (for example, fuel debris) 6 by condensing the laser beam 5 by a single lens and scraping the heated portion 7 with a diamond grindstone 8 as a processing tool. In addition, 8a is an axis | shaft which rotates the diamond grindstone 8. FIG.

図2(A)及び図2(B)は、本発明のレーザ加工装置の実施例1を示すものである。   FIG. 2A and FIG. 2B show Example 1 of the laser processing apparatus of the present invention.

該図に示す本実施例のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器(図示せず)と、被加工物である工作物(例えば、燃料デブリ)を加工するための加工工具であるダイヤモンド砥石8と、レーザ発振器からレーザ光5を導光する光ファイバ1と、光ファイバ1からのレーザ光5の出射端面から加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構9とをから概略構成されている。   The laser processing apparatus of this embodiment shown in the figure includes a laser oscillator (not shown) that oscillates laser light and a diamond that is a processing tool for processing a workpiece (for example, fuel debris) that is a workpiece. A grindstone 8, an optical fiber 1 that guides laser light 5 from a laser oscillator, and an optical fiber feed-in / out mechanism 9 that can arbitrarily set the distance from the emission end face of the laser light 5 from the optical fiber 1 to the portion immediately before the processing point. It is roughly composed of

即ち、本実施例のレーザ加工装置は、図1(A)及び図1(B)に示した一般的なファイバレーザを用いたレーザ加工装置のような光ファイバ1の先端にレーザヘッド2を設けずに(第1レンズ3、第2レンズ4を設けずに)、光ファイバ1の送り出し及び引き込みを行う光ファイバ送り出し引き込み機構(光ファイバ1からのレーザ光5の出射端面からダイヤモンド砥石8による研削点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構)9とファイバガイド10を設け、光ファイバ送り出し引き込み機構9により光ファイバを送り出す、或いは引き込みレーザ光5を出射して工作物6を加工するものである。他の構成は、図1(A)及び図1(B)と同様である。   That is, the laser processing apparatus of this embodiment is provided with the laser head 2 at the tip of the optical fiber 1 like the laser processing apparatus using the general fiber laser shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). (Without providing the first lens 3 and the second lens 4), an optical fiber feeding / drawing mechanism for feeding and drawing the optical fiber 1 (grinding with a diamond grindstone 8 from the emitting end face of the laser beam 5 from the optical fiber 1) An optical fiber feed-in / out mechanism (which can arbitrarily set the distance to the point immediately before the point) 9 and a fiber guide 10 are provided, and the optical fiber is fed out by the optical fiber feed-in / out mechanism 9 or the drawn laser beam 5 is emitted to make the workpiece 6 Is to process. Other structures are the same as those in FIGS. 1A and 1B.

本実施例における光ファイバ送り出し引き込み機構9は、後述する例えば図5のように、機器内部に設けた一対のローラが光ファイバを挟み回転することで、送り出し或いは引き込みを行うものである。   The optical fiber delivery / retraction mechanism 9 in the present embodiment performs delivery or withdrawal as a pair of rollers provided inside the device rotate with the optical fiber interposed therebetween, as shown in FIG.

本実施例における光ファイバ1には、照射ポイントの案内を目的とする光出力0.1mW以上の波長400nmから700nmの可視光波長と加工を目的とするレーザ発振する光出力100W以上の波長800nmから3,000nmのレーザ光を入射させる。   The optical fiber 1 in this embodiment has a visible light wavelength of 400 nm to 700 nm with a light output of 0.1 mW or more for the purpose of guiding the irradiation point, and a wavelength of 800 nm of light output for laser oscillation of 100 W or more for the purpose of processing. A laser beam of 3,000 nm is incident.

このような本実施例の構成とすることにより、工作物6の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さいレーザ光5をダイヤモンド砥石(工具)8の直前の工作物6に照射することができることは勿論、施工時の周囲との干渉を避けることが可能となる。また、図1(A)及び図1(B)に示したレーザ加工装置のような第1及び第2レンズ3及び4を用いないことから、後述するように光ファイバ1の先端が欠ける、或いは汚れた場合のリフレッシュも部品の交換なしで実施することが可能である。   By adopting such a configuration of the present embodiment, the laser beam 5 having a small diameter is applied to the workpiece 6 immediately before the diamond grindstone (tool) 8 even if the shape and surrounding environment of the workpiece 6 cannot be accurately grasped. Of course, it is possible to avoid the interference with the surroundings during construction. Further, since the first and second lenses 3 and 4 as in the laser processing apparatus shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B) are not used, the tip of the optical fiber 1 is missing as described later, or Refreshing when dirty becomes possible without replacement of parts.

なお、ダイヤモンド砥石8の光ファイバ送り出し引き込み機構9側にスペースがあれば、光ファイバ1および光ファイバ送り出し引き込み機構9を複数取り付け、複数のレーザ光5を工作物6に照射する構成としてもよい。また、複数のレーザ光5の出力をそれぞれ任意の値に設定することで、それぞれに予熱、本加熱、後熱の役割を持たせてもよい。   If there is a space on the side of the optical fiber delivery / retraction mechanism 9 of the diamond grindstone 8, a plurality of optical fibers 1 and optical fiber delivery / retraction mechanisms 9 may be attached to irradiate the workpiece 6 with a plurality of laser beams 5. In addition, by setting the outputs of the plurality of laser beams 5 to arbitrary values, they may have the roles of preheating, main heating, and postheating, respectively.

図3には、光ファイバ1と工作物6の関係について示す。レーザ光5で工作物6に照射するレーザ光5の幅をd、光ファイバ1と工作物6の距離をlとすると、以下の関係がある。   FIG. 3 shows the relationship between the optical fiber 1 and the workpiece 6. When the width of the laser beam 5 irradiated to the workpiece 6 with the laser beam 5 is d and the distance between the optical fiber 1 and the workpiece 6 is l, the following relationship is established.

d=2×l×NA
図4及び図5には、本実施例のレーザ加工装置に使用されるMMFの代表的な配置例を示す。
d = 2 × l × NA
4 and 5 show typical arrangement examples of the MMF used in the laser processing apparatus of this embodiment.

図4に示す例は、ダイヤモンド砥石8の両側に2本の光ファイバ1a、1bを設定し、それぞれの光ファイバ1a、1bは保護パイプ11a、11bで保護され、それぞれに光ファイバ送り出し引き込み機構9a、9bが設置されている。   In the example shown in FIG. 4, two optical fibers 1a and 1b are set on both sides of the diamond grindstone 8, and the optical fibers 1a and 1b are protected by protective pipes 11a and 11b, respectively. 9b are installed.

また、図5に示す例は、保護パイプ11の下端と光ファイバ送り出し引き込み機構9の上端が接続され、光ファイバ送り出し引き込み機構9の内部には、光ファイバ1a、1bを送り出す一対の送り出し用ローラ13a、13bと、光ファイバ1a、1bに傷をつけるダイヤモンドクリーバー刃14と、光ファイバ1a、1を押し込む押込み板15が組み込まれている。また、光ファイバ送り出し引き込み機構9の上端と下端には、光ファイバ1a、1bが通過(送り出し、引き込み)するための貫通孔が設けられている。   In the example shown in FIG. 5, the lower end of the protective pipe 11 and the upper end of the optical fiber delivery / retraction mechanism 9 are connected. Inside the optical fiber delivery / retraction mechanism 9, a pair of delivery rollers for delivering the optical fibers 1 a and 1 b. 13a and 13b, a diamond cleaver blade 14 for scratching the optical fibers 1a and 1b, and a pushing plate 15 for pushing the optical fibers 1a and 1 are incorporated. Further, at the upper end and the lower end of the optical fiber delivery / retraction mechanism 9, through-holes through which the optical fibers 1a, 1b pass (delivery, withdrawal) are provided.

図6は、本実施例のレーザ加工装置に使用される光ファイバ1の先端形状を示すものである。   FIG. 6 shows the tip shape of the optical fiber 1 used in the laser processing apparatus of the present embodiment.

該図に示すように、光ファイバ1は自身の保護のため、パターン1のように周囲が被覆(UVコート12)されている。後述する光ファイバ1の端面の加工の際に、UVコート12が不要となる場合には、光ファイバ送り出し引き込み機構9内に設けたリムーバでUVコート12を除去しても良いし、初期状態で被覆の無い光ファイバ1を用いても良い(パターン2に示す)。   As shown in the figure, the periphery of the optical fiber 1 is coated (UV coating 12) as in the pattern 1 to protect itself. When the UV coating 12 is not required when processing the end face of the optical fiber 1 described later, the UV coating 12 may be removed by a remover provided in the optical fiber feeding / withdrawing mechanism 9, or in an initial state. An uncoated optical fiber 1 may be used (shown in pattern 2).

図7(A)、図7(B)、図7(C)及び図7(D)は、本実施例のレーザ加工装置に使用される光ファイバ1の先端の加工について示すものである。   FIGS. 7A, 7B, 7C, and 7D show the processing of the tip of the optical fiber 1 used in the laser processing apparatus of the present embodiment.

図7(A)に示すように、何らかの原因でフ光ファイバ1の先端が不規則な形に欠けた場合、レーザ光5は拡散する。レーザ光5が拡散することで出力が減少するため、図7(B)に示すように、光ファイバ1を送り出し、先端を工作物6に押し当てて光ファイバ1の先端の端面を出すようにする。その後、図7(C)に示すように、光ファイバ1を引き戻して所定の距離を確保することで、図7(D)に示すように、通常の光ファイバ1の端面に近い拡散角でレーザ光5を照射し、工作物6を施工することができるようになる。   As shown in FIG. 7A, when the tip of the optical fiber 1 lacks an irregular shape for some reason, the laser beam 5 diffuses. Since the output decreases as the laser beam 5 diffuses, as shown in FIG. 7B, the optical fiber 1 is sent out, the tip is pressed against the workpiece 6, and the end face of the tip of the optical fiber 1 is brought out. To do. Thereafter, as shown in FIG. 7C, the optical fiber 1 is pulled back to secure a predetermined distance, so that the laser is diffused at a diffusion angle close to the end face of the normal optical fiber 1 as shown in FIG. The light 5 is irradiated and the workpiece 6 can be constructed.

図8(A)、図8(B)及び図8(C)は、本実施例の光ファイバ送り出し引き込み機構9で光ファイバ1を工作物6に押し当てるのではなく、その手前で欠けた部分を除去する構想の一例である。   8 (A), 8 (B), and 8 (C) are portions where the optical fiber 1 is not pressed against the workpiece 6 by the optical fiber feeding / retracting mechanism 9 of the present embodiment, but is missing in front of it. It is an example of the concept which removes.

図8(A)は、一対の送り出し用ローラ13a、13bにて矢印(イ)のように所定の位置まで光ファイバ1を引き戻し、ダイヤモンドクリーバー刃14にて矢印(ロ)のように押して光ファイバ1に傷をつける。その後、ダイヤモンドクリーバー刃14が矢印(ハ)のように退避し、押し込み板15を矢印(ニ)の方向に押し込んだ後、矢印(ホ)のように送り込みガイドパイプ16に押し込むようにして光ファイバ1に曲げ方向の力を加え、光ファイバ1の先端の欠けた部分を除去する構造である。   In FIG. 8A, the optical fiber 1 is pulled back to a predetermined position as indicated by an arrow (A) by a pair of feed rollers 13a and 13b, and pushed by a diamond cleaver blade 14 as indicated by an arrow (B). Scratch 1 After that, the diamond cleaver blade 14 is retracted as shown by an arrow (c), and the push-in plate 15 is pushed in the direction of the arrow (d) and then pushed into the guide pipe 16 as shown by the arrow (e). In this structure, a force in the bending direction is applied to 1 to remove the chipped portion of the optical fiber 1.

図8(B)は、図8(A)に示した送り出し用ローラ13a、13bの替わりに引き出し用ローラ17a、17bを設けて光ファイバ1を引き出したり戻したりする構造である。   FIG. 8B shows a structure in which the drawing rollers 17a and 17b are provided instead of the sending rollers 13a and 13b shown in FIG.

図8(C)は、送り出し用ローラ13a、13bと引き出し用ローラ17a、17bの両方を取付けて、光ファイバ1の送給を確実に行うことを目的とした構造である。   FIG. 8C shows a structure for ensuring the feeding of the optical fiber 1 by attaching both the feeding rollers 13a and 13b and the drawing rollers 17a and 17b.

図9(A)及び図9(B)は、本実施例のレーザ加工装置に使用されるダイヤモンド砥石8の冷却装置について示したものである。   FIG. 9A and FIG. 9B show a cooling device for the diamond grindstone 8 used in the laser processing apparatus of this embodiment.

該図に示すように、本実施例では、ダイヤモンド砥石8を挟んで一方側に光ファイバ送り出し引き込み機構9を設け、反対側に冷却水噴射ノズル18aを備えた砥石用冷却機構18を設けているもので、砥石用冷却機構18の冷却水噴射ノズル18aから冷却水を噴射することで、ダイヤモンド砥石8を冷却するものである。   As shown in the figure, in this embodiment, an optical fiber feeding / drawing mechanism 9 is provided on one side with the diamond grinding stone 8 interposed therebetween, and a grinding wheel cooling mechanism 18 having a cooling water jet nozzle 18a is provided on the opposite side. Therefore, the diamond grindstone 8 is cooled by jetting cooling water from the cooling water jet nozzle 18a of the grindstone cooling mechanism 18.

つまり、工作物6はレーザ光5で加熱されており、工作物6に冷却水をかけてしまうと施工効率が低下してしまうため、ダイヤモンド砥石8へ冷却水を噴射することにより、工作物6へ冷却水がかからないように施工している。また、ダイヤモンド砥石8の光ファイバ送り出し引き込み機構9側にスペースがあれば、砥石用冷却機構18を光ファイバ1と同じ側に取り付けることも可能である。   That is, since the workpiece 6 is heated by the laser beam 5 and the cooling water is applied to the workpiece 6, the construction efficiency is lowered. Therefore, the workpiece 6 is injected by injecting the cooling water to the diamond grindstone 8. It is constructed so that it will not be exposed to cooling water. Further, if there is a space on the side of the optical fiber feeding / withdrawing mechanism 9 of the diamond grindstone 8, the grindstone cooling mechanism 18 can be attached to the same side as the optical fiber 1.

図10(A)及び図10(B)は、本発明のレーザ加工装置を水中で施工する場合の一例を示すものである。   10 (A) and 10 (B) show an example in which the laser processing apparatus of the present invention is applied in water.

該図に示すように、本実施例は、ダイヤモンド砥石8の周囲に水中19の雰囲気作成用のカバー20を設置したものである。   As shown in the figure, in this embodiment, a cover 20 for creating an atmosphere of underwater 19 is provided around the diamond grindstone 8.

この水中19の雰囲気作成用のカバー20はボックス状を成し、上部には希ガス供給ライン23が接続され、下部の四隅には伸縮式のポール21が設けられている。工作物6側の状態が不明であるため、図10(A)及び図10(B)では、カバー20の下部の四隅に伸縮式のポール21を取付けて工作物6の表面に倣うようにし、また、気中雰囲気をつくるためにカバー20内に、希ガス供給ライン23から窒素やアルゴン等のガス22を供給し、工作物6の倣い面に吐き出すようにしている。   The underwater 19 atmosphere creation cover 20 has a box shape, a rare gas supply line 23 is connected to the upper portion, and telescopic poles 21 are provided at the lower four corners. Since the state on the workpiece 6 side is unknown, in FIGS. 10A and 10B, telescopic poles 21 are attached to the lower four corners of the cover 20 so as to follow the surface of the workpiece 6. Further, in order to create an air atmosphere, a gas 22 such as nitrogen or argon is supplied into the cover 20 from a rare gas supply line 23 and discharged to the copying surface of the workpiece 6.

図11(A)、図11(B)、図11(C)及び図12(A)、図12(B)、図12(C)は、図7(A)、図7(B)、図7(C)及び図7(D)に示すように、光ファイバ1の先端が欠けてしまった場合の光ファイバ1のリフレッシュ法の別の例を示すものである。   11 (A), FIG. 11 (B), FIG. 11 (C), FIG. 12 (A), FIG. 12 (B), and FIG. 12 (C) are shown in FIG. 7 (A), FIG. 7 (B), and FIG. As shown in FIGS. 7C and 7D, another example of the refreshing method of the optical fiber 1 when the tip of the optical fiber 1 is missing is shown.

図7(A)、図7(B)、図7(C)及び図7(D)では、光ファイバ1を工作物6に押し当てて先端をリフレッシュする方法としたが、図11(A)、図11(B)、図11(C)及び図12(A)、図12(B)、図12(C)では、光ファイバ1をダイヤモンド砥石8に当てることでリフレッシュする方法を示す。   7 (A), 7 (B), 7 (C) and 7 (D), the optical fiber 1 is pressed against the workpiece 6 to refresh the tip, but FIG. 11 (A) 11B, FIG. 11C, FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C show a refreshing method by applying the optical fiber 1 to the diamond grindstone 8.

そのために、本実施例では、光ファイバ送り出し引き込み機構9と、この光ファイバ送り出し引き込み機構9を軸にして回転、或いは水平方向に押出すことで、光ファイバ1をダイヤモンド砥石8に押し付ける光ファイバ押し付けアーム24を設けている。   For this purpose, in this embodiment, the optical fiber feeding / withdrawing mechanism 9 and the optical fiber pressing that pushes the optical fiber 1 against the diamond grindstone 8 by rotating or pushing the optical fiber feeding / withdrawing mechanism 9 as an axis. An arm 24 is provided.

そして、図11(A)、図11(B)及び図11(C)では、光ファイバ押し付けアーム24を、図11(A)及び図11(B)の側面方向の非押し付け時の状態から光ファイバ送り出し引き込み機構9を軸にして回転させ、図11(C)の側面方向の押し付け時の状態のように、ダイヤモンド砥石8の曲面部へ側面方向から押し付けてダイヤモンド砥石8の円周の端部に接触させて切断し、新たな面を出すようにしてリフレッシュしている。   11 (A), 11 (B), and 11 (C), the optical fiber pressing arm 24 is moved from the non-pressed state in the side direction in FIGS. 11 (A) and 11 (B). The fiber feeding / withdrawing mechanism 9 is rotated as an axis, and the end of the circumference of the diamond grindstone 8 is pressed against the curved surface of the diamond grindstone 8 from the side as shown in FIG. It is refreshed by bringing it into contact with the material and cutting it to reveal a new surface.

また、図12(A)、図12(B)及び図12(C)では、光ファイバ押し付けアーム24を、図12(A)及び図12(B)の側面方向の非押し付け時の状態から光ファイバ送り出し引き込み機構9を軸にして回転させ、図12(C)の側面方向の押し付け時の状態のように、ダイヤモンド砥石8の平面部へ側面方向から押し付けてダイヤモンド砥石8の側面に接触させて切断し、新たな面を出すようにしてリフレッシュしている。   12 (A), 12 (B), and 12 (C), the optical fiber pressing arm 24 is moved from the state when not pressed in the side direction in FIGS. 12 (A) and 12 (B). The fiber feeding / withdrawing mechanism 9 is rotated as an axis, and is pressed against the flat portion of the diamond grindstone 8 from the lateral direction so as to contact the side surface of the diamond grindstone 8 as shown in FIG. It is refreshed by cutting and bringing out a new surface.

図13(A)及び図13(B)は、図2(A)及び図2(B)で説明したファイバレーザを用いた際に、ダイヤモンド砥石8に替えて加工工具としてワイヤピーニング装置25を用いた場合を示すものである。   13 (A) and 13 (B) use the wire peening device 25 as a processing tool in place of the diamond grindstone 8 when the fiber laser described in FIGS. 2 (A) and 2 (B) is used. It shows the case where there was.

ファイバレーザにより工作物6を加熱溶融した後、溶融物を排出するのにワイヤピーニング装置25を用いることでも対応できる。   It is also possible to use the wire peening apparatus 25 to discharge the melt after the workpiece 6 is heated and melted by the fiber laser.

図14(A)及び図14(B)は、図2(A)及び図2(B)で説明したファイバレーザを用いた際に、ダイヤモンド砥石8に替えて加工工具として形削り盤(シェーパー)に用いる切削バイト26を用いた場合を示すものである。   14A and 14B show a shaper (shaper) as a processing tool in place of the diamond grindstone 8 when the fiber laser described in FIGS. 2A and 2B is used. The case where the cutting tool 26 used for is used is shown.

ファイバレーザにより工作物を加熱溶融した後、溶融物を排出するのに切削バイト26を用いることでも対応できる。   It is also possible to use the cutting tool 26 to discharge the melt after the workpiece is heated and melted by the fiber laser.

以上説明したように,光ファイバ1の端面のパワー密度は非常に高く、端面に寄ってくる水蒸気及び浮遊物は光ファイバ1の端面にたどり着く前に蒸散されるため、環境雰囲気で光ファイバ1の端面が破壊されることはなく、加工に必要な光エネルギーを工具前の被加工物面に効率よく照射することができる。   As described above, the power density of the end face of the optical fiber 1 is very high, and water vapor and suspended matter approaching the end face are evaporated before reaching the end face of the optical fiber 1. The end face is not destroyed, and the light energy necessary for machining can be efficiently applied to the workpiece surface before the tool.

よって、被工作物の形状及び周囲環境が正確に把握できなくても、径が小さい光を工具の直前の被工作物に照射することができる。   Therefore, even if the shape of the work piece and the surrounding environment cannot be accurately grasped, the work piece immediately before the tool can be irradiated with light having a small diameter.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1、1a、1b…光ファイバ、2…レーザヘッド、3…第1レンズ、4…第2レンズ、5…レーザ光、6…工作物、7…加熱部分、8…ダイヤモンド砥石、8a…ダイヤモンド砥石の軸、9、9a、9b…光ファイバ送り出し引き込み機構、10…ファイバガイド、11、11a、11b…保護パイプ、12…UVコート、13a、13b…送り出し用ローラ、14…ダイヤモンドクリーバー刃、15…押込み板、16…ガイドパイプ、17a、17b…引き出し用ローラ、18…砥石冷却機構、18a…冷却水噴射ノズル、19…水中、20…カバー、21…伸縮式のポール、22…ガス、23…希ガス供給ライン、24…光ファイバ押し付けアーム、25…ワイヤピーニング装置、26…切削用バイト、27…切削用バイトの軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Optical fiber, 2 ... Laser head, 3 ... 1st lens, 4 ... 2nd lens, 5 ... Laser beam, 6 ... Workpiece, 7 ... Heated part, 8 ... Diamond grindstone, 8a ... Diamond grindstone , 9, 9 a, 9 b... Optical fiber feeding and retracting mechanism, 10... Fiber guide, 11, 11 a, 11 b. Push plate, 16 ... guide pipe, 17a, 17b ... drawing roller, 18 ... grinding stone cooling mechanism, 18a ... cooling water injection nozzle, 19 ... underwater, 20 ... cover, 21 ... extensible pole, 22 ... gas, 23 ... Noble gas supply line, 24 ... optical fiber pressing arm, 25 ... wire peening device, 26 ... cutting tool, 27 ... cutting tool shaft.

Claims (15)

レーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置であって、
前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも1つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser processing apparatus comprising: a laser oscillator that oscillates laser light; a processing tool for processing a workpiece; and an optical fiber that guides laser light from the laser oscillator,
When the laser beam is guided to the optical fiber and is removed by the processing tool in a state where the workpiece is heated to a high temperature by irradiating the workpiece with the laser beam without passing through a lens, An optical fiber in which at least one of the optical fibers is disposed immediately before a processing point by a processing tool, and the distance from the laser light emission end surface to the immediately preceding portion of the processing point can be arbitrarily set. A laser processing apparatus comprising a delivery / retraction mechanism.
請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記光ファイバ送り出し引き込み機構は、前記光ファイバを送り出し及び/又は引き出す一対の送り出し及び/又は引き出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus of Claim 1,
The optical fiber feeding / drawing mechanism includes a pair of feeding and / or drawing rollers for feeding and / or drawing the optical fiber, a blade for scratching the optical fiber, and a pushing plate for pushing the optical fiber. A laser processing apparatus.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石の両側に2本の前記光ファイバを設定し、それぞれの前記光ファイバは保護パイプで保護され、それぞれに前記光ファイバ送り出し引き込み機構が設置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The processing tool is a grindstone, two optical fibers are set on both sides of the grindstone, each of the optical fibers is protected by a protection pipe, and each of the optical fiber feeding and retracting mechanisms is installed. A featured laser processing apparatus.
請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを保護する保護パイプの下端と前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端が接続されると共に、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の内部には、前記光ファイバを送り出す一対の送り出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とが組み込まれ、かつ、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端と下端には、前記光ファイバが通過するための貫通孔が設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus of Claim 1,
The processing tool is a grindstone, and a lower end of a protective pipe that protects the optical fiber is connected to an upper end of the optical fiber feeding / withdrawing mechanism, and a pair of the optical fiber is fed into the optical fiber feeding / withdrawing mechanism. A feeding roller, a blade for scratching the optical fiber, and a pushing plate for pushing the optical fiber, and the optical fiber passes through the upper end and the lower end of the optical fiber feeding / retracting mechanism. A laser processing apparatus having a through hole.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記光ファイバは、その周囲がUVコートされていることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The laser processing apparatus, wherein the optical fiber is UV coated around the optical fiber.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石を挟んで一方側に前記光ファイバ送り出し引き込み機構を設け、反対側に冷却水噴射ノズルを備えた砥石用冷却機構を設けていることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The machining tool is a grindstone, the optical fiber feeding / drawing mechanism is provided on one side across the grindstone, and a grindstone cooling mechanism having a cooling water jet nozzle is provided on the opposite side. apparatus.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石で水中に設置されており、前記砥石の周囲に水中の雰囲気作成用のカバーを設置すると共に、前記カバーはボックス状を成し、上部には希ガス供給ラインが接続され、下部の四隅には伸縮式のポールが設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The processing tool is installed in water with a grindstone, and a cover for creating an underwater atmosphere is installed around the grindstone, the cover forms a box shape, and a rare gas supply line is connected to the upper part, Laser processing apparatus characterized in that telescopic poles are provided at the lower four corners.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを前記砥石に押し付ける光ファイバ押し付けアームを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The processing tool is a grindstone, and includes an optical fiber pressing arm that presses the optical fiber against the grindstone.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は、ワイヤピーニング装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The laser processing apparatus, wherein the processing tool is a wire peening apparatus.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置において、
前記加工工具は、切削バイトであることを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The laser processing apparatus, wherein the processing tool is a cutting tool.
レーザ光を発振するレーザ発振器と、被工作物を加工するための加工工具と、前記レーザ発振器からレーザ光を導光する光ファイバとを備えたレーザ加工装置を用いて、前記光ファイバにレーザ光を導光させ、レンズを介することなく、前記被工作物に前記レーザ光を照射することにより該被工作物を高温にした状態で前記加工工具により除去する際に、
前記加工工具による加工点の直前部に、前記光ファイバを少なくとも1つ配置し、かつ、前記光ファイバからの前記レーザ光の出射端面から前記加工点の直前部までの距離を任意に設定できる光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出す、或いは引き込み前記レーザ光を出射して前記被工作物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
Using a laser processing apparatus including a laser oscillator that oscillates laser light, a processing tool for processing a workpiece, and an optical fiber that guides laser light from the laser oscillator, laser light is applied to the optical fiber. When the workpiece is removed by the processing tool in a state where the workpiece is heated to a high temperature by irradiating the workpiece with the laser beam without passing through a lens,
Light in which at least one of the optical fibers is disposed immediately before the processing point by the processing tool, and the distance from the laser light emission end face from the optical fiber to the immediately preceding portion of the processing point can be arbitrarily set A laser processing method, wherein the optical fiber is sent out by a fiber feeding / drawing mechanism or the laser beam is drawn out to process the workpiece.
請求項11に記載のレーザ加工方法において、
前記光ファイバの先端が欠けた場合には、前記光ファイバ送り出し引き込み機構により前記光ファイバを送り出し、その先端を前記被工作物に押し当てて前記光ファイバの先端の端面を出すようにし、その後、前記光ファイバを前記光ファイバ送り出し引き込み機構により引き戻して所定の距離を確保して、前記光ファイバから前記レーザ光を照射して前記被工作物を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 11, wherein
When the tip of the optical fiber is chipped, the optical fiber is sent out by the optical fiber feed-in / out mechanism, the tip of the optical fiber is pressed against the workpiece, and the end face of the tip of the optical fiber is brought out, A laser processing method, wherein the optical fiber is pulled back by the optical fiber feeding / drawing mechanism to secure a predetermined distance, and the workpiece is processed by irradiating the laser light from the optical fiber.
請求項11に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石であり、前記光ファイバを保護する保護パイプの下端と前記光ファイバ送り出し引き込み機構の上端が接続されると共に、前記光ファイバ送り出し引き込み機構の内部には、前記光ファイバを送り出す一対の送り出し用ローラと、前記光ファイバに傷をつける刃と、前記光ファイバを押し込む押込み板とが組み込まれ、
前記一対の送り出し用ローラにより所定の位置まで前記光ファイバを引き戻し、前記刃で押して前記光ファイバに傷をつけ、その後、前記刃が退避し、前記押し込み板を押し込んだ後、送り込みガイドパイプに押し込むようにして前記光ファイバに曲げ方向の力を加え、前記光ファイバの先端の欠けた部分を除去することを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 11, wherein
The processing tool is a grindstone, and a lower end of a protective pipe that protects the optical fiber is connected to an upper end of the optical fiber feeding / withdrawing mechanism, and a pair of the optical fiber is fed into the optical fiber feeding / withdrawing mechanism. A feeding roller, a blade for scratching the optical fiber, and a pushing plate for pushing the optical fiber are incorporated,
The optical fiber is pulled back to a predetermined position by the pair of feeding rollers, and is pressed by the blade to damage the optical fiber, and then the blade is retracted, the pushing plate is pushed in, and then pushed into the feeding guide pipe. In this way, a bending force is applied to the optical fiber to remove the chipped portion of the optical fiber tip.
請求項11に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石であり、該砥石を挟んで一方側に前記光ファイバ送り出し引き込み機構を設け、反対側に冷却水噴射ノズルを備えた砥石用冷却機構を設け、
前記砥石用冷却機構の冷却水噴射ノズルから冷却水を噴射することで、前記砥石を冷却することを特徴とするレーザ加工方法
The laser processing method according to claim 11, wherein
The processing tool is a grindstone, the optical fiber feeding and drawing mechanism is provided on one side across the grindstone, and a grindstone cooling mechanism having a cooling water spray nozzle is provided on the opposite side,
A laser processing method, wherein the grindstone is cooled by jetting cooling water from a cooling water jet nozzle of the cooling mechanism for the grindstone.
請求項11に記載のレーザ加工方法において、
前記加工工具は砥石で水中に設置されており、前記砥石の周囲に水中の雰囲気作成用のカバーを設置すると共に、前記カバーはボックス状を成し、上部には希ガス供給ラインが接続され、下部の四隅には伸縮式のポールが設けられ、
前記カバーの下部の四隅に取り付けられている前記ポールが前記被工作物の表面に倣うように移動し、かつ、前記カバー内に、前記希ガス供給ラインからガスを供給し、前記被工作物の倣い面に吐き出すようにしていることを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 11, wherein
The processing tool is installed in water with a grindstone, and a cover for creating an underwater atmosphere is installed around the grindstone, the cover forms a box shape, and a rare gas supply line is connected to the upper part, Telescopic poles are provided at the bottom four corners,
The poles attached to the lower four corners of the cover move so as to follow the surface of the workpiece, and gas is supplied from the rare gas supply line into the cover. A laser processing method characterized by discharging to a copying surface.
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