JP2019141868A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019141868A
JP2019141868A JP2018027003A JP2018027003A JP2019141868A JP 2019141868 A JP2019141868 A JP 2019141868A JP 2018027003 A JP2018027003 A JP 2018027003A JP 2018027003 A JP2018027003 A JP 2018027003A JP 2019141868 A JP2019141868 A JP 2019141868A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser light
workpiece
processing apparatus
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018027003A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6740267B2 (ja
Inventor
森 敦
Atsushi Mori
敦 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2018027003A priority Critical patent/JP6740267B2/ja
Priority to US16/269,978 priority patent/US11305383B2/en
Priority to DE102019000950.9A priority patent/DE102019000950A1/de
Priority to CN201910114097.1A priority patent/CN110181170B/zh
Publication of JP2019141868A publication Critical patent/JP2019141868A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6740267B2 publication Critical patent/JP6740267B2/ja
Priority to US17/654,388 priority patent/US20220193827A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/388Trepanning, i.e. boring by moving the beam spot about an axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0892Controlling the laser beam travel length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

【課題】出射光軸の回転にワークと光学部品との相対移動を加えてレーザ光を照射する加工装置において、良好な加工速度とレーザ照射が行える加工条件でレーザ加工ができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、レーザ光LLを反射可能又は透過可能で回転軸W1,W2の周りに回転可能な光学部品24a,24bと、レーザ光LLを集光する集光光学系23とを有する加工ヘッド12と、加工ヘッド12と被加工物60とを相対的に移動可能な移動機構と、被加工物60にレーザ光LLを出射したときの出射光軸が到達する照射予定位置を曲線状又は直線状に移動させるように光学部品24a,24bの回転を制御し、加工ヘッド12と被加工物60とを相対的に移動させるように移動機構による移動を制御し、光学部品24a,24bの回転角度に基づいてレーザ光LLの出射条件を変更するようにレーザ光源30の出射出力を制御する制御部と、を備える。【選択図】図2A

Description

本発明は、レーザ光を被加工物に照射して被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。
従来、トレパニングヘッド等、光学部品を一定の速度で回転させ、レーザ光を偏向させて被加工物(以下、「ワーク」とも呼ぶ。)に照射し、ワークを加工するレーザ加工装置に関する技術が知られている。このレーザ加工装置のレーザ照射装置である加工ヘッドとワークとを相対移動させることでワーク上にサイクロイド曲線等の軌跡を描くようにレーザ光を出射する装置も知られている。
例えば、加工ヘッドをワークに対して相対移動させながらレーザ光をワークに照射し、ワークを加工する技術が特許文献1に開示されている。これとは反対に、ワークを加工ヘッドに対して相対移動させつつレーザ光をワークに照射し、ワークを加工する技術が特許文献2に開示されている。
具体的に、特許文献1に開示される技術では、第1プリズム及び第2プリズムを有する加工ヘッドは、第1プリズム及び第2プリズムを回転させることによりレーザ光を旋回させながら、ワーク上を直進し、レーザ光によりワークを加工する。
また、特許文献2に開示される技術では、加工ヘッドは、一組のプリズムを有し、一組のプリズムを回転させることによりレーザ光を旋回させながら、直進する板材を加工する。
特許第6071641号公報 特開2000−141070号公報
しかしながら、レーザ光の走査速度が一定ではないので、レーザ光の出射光軸の回転に、ワークに対する光学部品の相対移動が加わると、被加工物におけるレーザの照射結果が不均一になる。
加工ヘッド内の光学部品の回転によるレーザ光の旋回運動と、加工ヘッドとワークとを相対移動させる運動とにより、ワーク上のレーザ光が照射される点は、サイクロイド曲線等の軌跡を描くことになる。このとき、ワークに対するレーザ光の照射点の走査速度は一定ではなくなる。例えば、一定の出力のレーザ光を照射した場合、照射点の軌跡における単位長さあたりの入熱量が変化するため、レーザ加工の結果は不均一なものになる。
これに対して、レーザ光の走査速度に応じてレーザ光の強弱を変更するパワーコントロールを行っても、レーザ光が高速で走査される高速部及びレーザ光が低速で走査される低速部の照射結果が所望のレーザ加工の結果にならないことがある。これは、ワークの単位長さあたりの入熱が同じでも、材料の熱伝導に、ある程度の時間が掛かるため、結果として同じ加工現象にはならないからである。
そこで、本発明は、上記のような、レーザ光の出射光軸の回転に、ワークに対する光学部品の相対移動を加えてレーザ光を照射する加工装置において、良好な加工速度とレーザ照射が行える加工条件によりレーザ加工をすることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
(1)本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源(例えば、後述のレーザ光源30)と、レーザ光(例えば、後述のレーザ光LL)を反射可能又は透過可能であると共に回転軸(例えば、後述の回転軸W1,W2,W3)まわりに回転可能な光学部品(例えば、後述の第1ミラー24a、第2ミラー24b、ミラー24c)と、レーザ光を集光する集光光学系(例えば、後述の第3レンズ23)とを有する加工ヘッド(例えば、後述の加工ヘッド12)と、前記加工ヘッドと、前記レーザ光により加工される被加工物(例えば、後述のワーク60)と、を相対的に移動可能な移動機構(例えば、後述の移動機構50)と、前記被加工物に対してレーザ光を出射したときの出射光軸が到達する照射予定位置を曲線状又は直線状に移動させるように前記光学部品の回転を制御し、前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させるように前記移動機構による移動を制御し、前記光学部品の回転角度に基づいて前記レーザ光の出射条件を変更するように前記レーザ光源の出射出力を制御する制御部(例えば、後述の制御部70)と、を備えるレーザ加工装置(例えば、後述のレーザ加工装置100)に関する。
(2) (1)のレーザ加工装置において、前記レーザ光の出射条件は、前記光学部品の前記回転角度が所定の回転角度の範囲内にある場合に、前記レーザ光源の出射出力を第1出力値に設定し、前記光学部品の前記回転角度が前記所定の回転角度の範囲外にある場合に、前記レーザ光源の出射出力を前記第1出力値よりも小さい第2出力値、又はオフに設定してもよい。
(3) (2)のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動方向(例えば、後述の相対移動方向X1)に基づいて、前記回転角度の範囲を変更するように制御してもよい。
(4) (1)〜(3)の何れかのレーザ加工装置において、前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動速度と、前記出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度とを合成した合成速度の絶対値に基づいて、前記レーザ光の出射条件を変更するように前記レーザ光源の出射出力を制御してもよい。
(5) (1)〜(4)の何れかのレーザ加工装置において、前記光学部品は、複数あり、前記制御部は、複数の前記光学部品を、互いに位相を保ちつつ、同じ回転数で同方向に回転させるように制御してもよい。
(6) (1)〜(4)の何れかのレーザ加工装置において、前記光学部品は、複数あり、前記制御部は、複数の前記光学部品を、同じ回転数で互いに逆方向に回転させるように制御してもよい。
(7) (6)のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動方向と、前記出射光軸を直線往復運動させる方向とに基づいて、逆方向に回転する複数の前記光学部品の位相を変更するように制御してもよい。
(8) (1)〜(5)の何れかのレーザ加工装置において、前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動速度と、前記出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度とに基づいて、前記光学部品の回転数を変化させるように制御してもよい。
(9) (1)〜(8)の何れかのレーザ加工装置において、前記制御部は、被加工物に前記レーザ光が照射される幅が入力されることにより、前記レーザ光が曲線運動又は直線往復運動する振幅の大きさを変更するように制御してもよい。
本発明によれば、良好な加工速度とレーザ照射が行える加工条件によりレーザ加工をすることができるレーザ加工装置を提供することができる。
本発明の実施形態のレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置が有する加工ヘッドの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置が有する制御部に関する制御ブロック図である 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の軌跡L1を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の軌跡L2を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の軌跡L3を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の照射強度を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の照射強度を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置のレーザ光の照射強度を示す概略図である。 本発明の実施形態のレーザ加工装置が有する第1ミラー及び第2ミラーの回転角度の変化とレーザ出力のタイミングの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ照射点の実際の移動速度を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ照射点の実際の移動速度を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置におけるレーザ光源が第1出力値でレーザ光を出力するときのパワーコントロールを示すグラフである。 加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の照射範囲の関係を示す概略図である。 加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の照射範囲の関係を示す概略図である。 加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の照射範囲の関係を示す概略図である。 加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の照射範囲の関係を示す概略図である。 本発明の変形例2に係るレーザ加工装置における加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の出射光軸の直線往復運動の方向との関係を示す概略図である。 本発明の変形例3に係るレーザ加工装置における加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の出射光軸の直線往復運動の方向との関係を示す概略図である。 本発明の変形例3に係るレーザ加工装置における加工ヘッドの相対移動方向とレーザ光の出射光軸の直線往復運動の方向との関係を示す概略図である。 本発明の変形例5に係るレーザ加工装置によるレーザ加工幅を示す概略図である。 本発明の変形例5に係るレーザ加工装置によるレーザ加工幅を示す概略図である。 本発明の変形例5に係るレーザ加工装置におけるレーザ加工幅が入力されたときのレーザ照射点の接線速度と時間との関係を示すグラフである。 本発明の変形例5に係るレーザ加工装置におけるレーザ加工幅が入力されたときのレーザ照射点の接線速度と時間との関係を示すグラフである。 本発明のその他の変形例に係るレーザ加工装置の一部の構成を示す概略斜視図である。 本発明のその他の変形例に係るレーザ加工装置の一部の構成を示す概略図である。 本発明のその他の変形例に係るレーザ加工装置の一部の構成を示す概略図である。
〔レーザ加工装置100の全体構成〕
図1は、一般的なレーザ加工装置100の構成を示す斜視図である。レーザ加工装置100は、レーザ光LLを被加工物としてのワーク60に照射してワーク60を加工する装置であり、加工テーブル51と、移動機構50と、加工ヘッド12と、を備える。加工テーブル51は、ワーク60が載置される台である。ワーク60は、この加工テーブル51の上に固定される。
一般的なレーザ加工装置における移動機構50は、X軸方向ガイド52と、Y軸方向ガイド53と、図1には図示しないZ軸方向ガイド54(図2B参照)とを備える。加工ヘッド12は、Z軸方向ガイド54上に設置され、Z軸方向ガイド54はY軸方向ガイド53上に設置され、Y軸方向ガイド53はX軸方向ガイド52上に設置される。
X軸方向ガイド52は、X軸方向に移動自在となるような機構となっている。Y軸方向ガイド53は、加工テーブル51を跨ぎ、加工テーブル51上でZ軸方向ガイド54に設置された加工ヘッド12をY軸方向に移動自在に支持する機構となっている。ワーク60を加工テーブル51上に設置し、図示しないサーボモータで、X軸及びY軸の運動を制御することで、Z軸方向ガイド54に設置された加工ヘッド12をワーク60上の任意の位置に移動させることができる。加工ヘッド12をZ軸方向ガイド54でワーク60に近接、退避させることで、集光光学系である第3レンズ23によって集光されたレーザ光をワークに対してレーザ加工に適した配置に位置させることができる。
図2Aは、加工ヘッド12の構成を示す概略図である。加工ヘッド12は、レーザ光源30と、第1レンズ21と、第2レンズ22と、複数の光学部品としての第1ミラー24a及び第2ミラー24bと、駆動部品としての第1モータ25a及び第2モータ25bと、集光光学系としての第3レンズ23と、を備える。
レーザ光源30が出射するレーザ光LLは、第1レンズ21に導かれる。
第1レンズ21は、レーザ光源30におけるレーザ光の出射口に対向して配置される。第1レンズ21は、凹レンズであり、レーザ光源30が出射したレーザ光LLを拡大する。
第2レンズ22は、コリメータレンズであり、第1レンズ21が拡大したレーザ光LLを平行光に変換する。平行光となったレーザ光LLは、第3レンズ23に導かれる。
第1ミラー24aは、第2レンズ22を透過したレーザ光LLを第2ミラー24bへと反射する。第1ミラー24aには、第1モータ25aが取り付けられている。従って、第1モータ25aが回転すると、第1ミラー24aは回転する。第1ミラー24aにおけるレーザ光を受ける反射面は、第1モータ25aの回転軸W1(第1ミラー24aの回転軸でもある)と直交する面に対して傾斜している。
第2ミラー24bは、第1ミラー24aから届いたレーザ光LLを第3レンズ23へと反射する。第2ミラー24bには、第2モータ25bが取り付けられている。従って、第2モータ25bが回転すると、第2ミラー24bは回転する。第2ミラー24bにおける反射面は、第2モータ25bの回転軸W2(第2ミラー24bの回転軸でもある)と直交する面に対して傾斜している。
ここで、第1ミラー24a、第2ミラー24bで反射されるレーザ光の反射後の光軸を考える。もし、第1モータ25a、第2モータ25bの回転軸W1,W2上に設置された第1ミラー24a、第2ミラー24bの反射面と回転軸W1,W2とが垂直であれば、入射光軸と回転軸W1,W2との角度、すなわち入射角は、第1モータ25a、第2モータ25bの回転位相によらず一定であるので、出射光軸すなわちレーザ光の反射方向も、第1モータ25a、第2モータ25bの回転位相によらず一定となる。
一方、第1ミラー24a、第2ミラー24bが、回転軸W1,W2と直交する面に対して傾斜している場合には、第1モータ25a、第2モータ25bの回転位相に応じて入射角が変化する。このため、出射光軸もモータ回転位相に応じて方向が変わる。結果として、反射面に傾斜がある場合の出射光軸は、傾斜がない場合の出射光軸を中心に旋回することとなる。例えば、傾斜が10[mrad]であれば、傾斜がない場合の出射光軸に対して10[mrad]偏向した方向に出射され、その向きは第1モータ25a、第2モータ25bの回転位相に依存する。この場合、例えば第2ミラー24bとワーク60との距離が300[mm]とするなら、ワーク60上の照射点は、傾斜がない場合より3[mm]離れた点となる。そして、第1モータ25a、第2モータ25bが回転するにつれ、照射点は半径3mmの円周上を動く。
第2ミラー24bは、ワーク60の上で、第1ミラー24aと共にレーザ光LLの出射光軸を仮想光軸まわりに回転させる。「出射光軸」は、第2ミラー24bが回転軸W2と直交する面に対して傾斜している場合のレーザ光の光軸である。「仮想光軸」は、第2ミラー24bの中心と第3レンズ23の中心とを結ぶ仮想の光軸である。
第3レンズ23は、集光レンズであり、第1ミラー24a及び第2ミラー24bにより反射された光を集光して、ワーク60に到達させる。
上述の仕組みにより、第3レンズ23により集光されたレーザ光LLは、ワーク60上で円形の軌跡Lを描く。
図2Bは、制御部70に関する構成を示すブロック図である。制御部70は、第1モータ25aと、第2モータ25bと、図1に図示しないX方向駆動用モータ71と、Y方向駆動用モータ72と、Z方向駆動用モータ73と、レーザ光源30と、に接続されている。
X方向駆動用モータ71は、X軸方向ガイド52に接続されており、X軸方向ガイド52をX軸方向に移動させる。Y方向駆動用モータY72は、Y軸方向ガイド53を介して加工ヘッド12をY軸方向に移動させる。Z方向駆動用モータ73は、Z軸方向ガイド54を介して、加工ヘッド12をZ軸方向に移動させる。
図1に戻って説明する。制御部70は、X軸方向ガイド52、Y軸方向ガイド53の駆動を制御する。これにより、加工ヘッド12とワーク60とは相対的に移動する。
制御部70は、加工ヘッド12において、第1ミラー24a及び第2ミラー24bを所定の回転数で回転させるように制御する。これにより、レーザ光LLの出射光軸は仮想光軸周りに曲線運動をし、又は、レーザ光の出射光軸は仮想光軸を中心として直線往復運動をする。
また、制御部70は、レーザ光源30の出射出力を制御する。これにより、所定のタイミングで所定のレーザ出力条件によるレーザ照射が可能になっている。
制御部70は、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度に基づいてレーザ光の照射条件を変更するように、レーザ光源30からのレーザ出力を制御することもできる。これに関しては、図3以後の図面を参照しつつ後述する。
次に、レーザ加工装置100の動作例を簡単に説明する。この例では、制御部70は、X軸方向ガイド52をX軸方向に移動させるように制御するものとする。同時に、制御部70は、加工ヘッド12を駆動させ、第1モータ25aの回転により回転軸W1のまわりに第1ミラー24aを回転させ、また、第2モータ25bの回転により回転軸W2のまわりに第2ミラー24bを回転させるように制御する。第1モータ25aと第2モータ25bは等しい回転速度で互いの回転位相差を保ったまま回転するように制御される。そして、制御部70は、レーザ光源30を駆動させ、レーザ光源30からレーザ光LLを出射させる。
このときに、レーザ光LLは、第1レンズ21及び第2レンズ22を透過し、回転する第1ミラー24a及び第2ミラー24bに反射して、第3レンズ23で集光され、ワーク60に到達する。これにより、レーザ光LLは、ワーク60に螺旋状の軌跡を形成しながら照射される。
図3A〜図3Cは、第1モータ25aと第2モータ25bの位相を保持して同じ回転数で回転させ、さらに加工ヘッド12をX軸正方向に移動させたときの、ワーク60上のレーザ照射点の軌跡を示す概略図である。
図3Aは、加工ヘッド12がワーク60に対して相対移動する相対移動方向X1の速度が所定速度であり、第1モータ25a及び第2モータ25bの回転数が所定回転数である場合のレーザ光の軌跡L1を示す。レーザ光の軌跡L1は、図3Aの右方向に進みながら螺旋状に描かれ、隣接する螺旋状の軌跡が接している。軌跡上の各点は、一定の時間間隔をあけたときの照射点の位置であり、間隔が狭いと低速、広いと高速ということを表している。
これに対し、図3Bは、図3AよりもX軸方向の移動を速くした場合を示しており、図3Cは、図3AよりもX軸方向の移動を遅くした場合を示しており、各々、軌跡の重なり具合が異なることがわかる。
図4A〜図4Cは、図3A〜図3Cの場合と同様に、第1モータ25a及び第2モータ25bの位相を保持しつつ同じ回転数で回転したときにレーザ光を出射した範囲を示す図である。図4A〜図4Cにおいて、軌跡の太線部分は、第1出力値でレーザ光を出射した部分であり、軌跡の細線(四角のドットが連なる線)部分は、第1出力値よりも小さい第2出力値でレーザ光を出射した部分である。
図4Aは、レーザ光の照射予定ルート(レーザ光の照射予定位置の集合 = 螺旋の全体)のうち、1周期の間の1つの回転角度ωt1(ωは角速度、tは時間、tの後の数字は識別のために付与される)の範囲において、レーザ光を出射したレーザ光の出射光軸の軌跡を示す概略図である。「照射予定位置」は、レーザ光が実際に照射される位置のみならず、仮にレーザ出力が有れば照射される位置を含み、更に、レーザ出力が0Wのためレーザ光が照射されない位置も含む。第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲内にある場合に、レーザ光の出射光軸が加工ヘッド12の相対移動方向X1の上流側に位置する回転角度ωt1の範囲S1(図4A中の太線部分)にあり、このときに、制御部70は、第1出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
また、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲外にある場合に、レーザ光の出射光軸が回転角度ωt1の範囲S1以外の回転角度の範囲S2,S3(図4Aの細線部分)にあり、このときに、制御部70は、第1出力値よりも小さい第2出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
図4Bは、レーザ光の照射予定ルート(螺旋の全体)のうち、1周期の間の2つの回転角度ωt4,ωt5の範囲において、レーザ光を出射したレーザ光の出射光軸の軌跡を示す概略図である。第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲内にある場合に、レーザ光の出射光軸が加工ヘッド12の相対移動方向X1の上流側に位置する回転角度ωt4の範囲S4又は下流側に位置する回転角度ωt5の範囲S5にあり、このときに、制御部70は、第1出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
また、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲外にある場合に、レーザ光の出射光軸が回転角度ωt4の範囲S4及び回転角度ωt5の範囲S5以外の回転角度の範囲S6,S7(図4Bの細線部分)にあり、このときに、制御部70は、第1出力値よりも小さい第2出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
図4Cは、レーザ光の照射予定ルート(螺旋の全体)のうち、1周期の間の2つの回転角度ωt8,ωt9の範囲において、レーザ光を出射したレーザ光の出射光軸の軌跡を示す概略図である。第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定角度の範囲内にある場合に、レーザ光の出射光軸が加工ヘッド12の相対移動方向X1の上流側に位置する回転角度ωt8の範囲S8又は下流側に位置する回転角度ωt9の範囲S9にあり、このときに、制御部70は、第1出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
また、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定角度の範囲外にある場合に、レーザ光の出射光軸が回転角度ωt8の範囲S8及び回転角度ωt9の範囲S9以外の回転角度の範囲S10,S11(図4Cの細線部分)にあり、このときに、制御部70は、第1出力値よりも小さい第2出力値でレーザ光を出射するようにレーザ光源30を制御する。
図5Aは、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度とレーザ出力のタイミングとの関係を示すグラフである。第1ミラー24aの角度曲線Z1及び第2ミラー24bの角度曲線Z2のグラフと、制御部70がレーザ光源30に加える出力値のグラフとが記載されている。制御部70は、第1ミラー24aの回転角度に基づいて、レーザ光源30からレーザ光を出射するように制御する。ここでは、制御部70は、振幅の半分よりも大きい領域において、レーザ光源30の照射出力を第1出力値にしてレーザ光を出力するように制御し、振幅の半分以下の領域において、レーザ光源30の照射出力を第2出力値にしてレーザ光を出力するように制御する。
第1出力値は、第1ミラー24a及び第2ミラー24bが所定の回転角度の範囲内の場合に出力される出力値である。例えば、図5Aの例では、第1出力値は3000[W]である。
一方、第2出力値は、第1ミラー24a及び第2ミラー24bが所定の回転角度の範囲外の場合に出力される出力値である。第2出力値は、第1出力値よりも小さい値である。例えば、図5Aの例では、第2出力値は200[W]である。なお、第2出力値は0[W]とする(出力をオフにする)ことも可能である。
ちなみに、典型例として、レーザ溶接加工の場合には、照射予定ルートの全幅が1〜20mm、光学部品の回転数が60〜60000rpm、加工ヘッドとワークの移動速度を0.1〜20m/minの間で設定することが多い。
図5Bは、レーザ加工装置100におけるレーザ照射点pの実際の移動速度を示す概略図である。図5Cは、レーザ加工装置100におけるレーザ照射点pの実際の移動速度Vと、加工ヘッド12の相対移動速度vと、レーザ照射点pの接線速度rωとの関係を示す概略図である。制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1の相対移動速度vと、出射光軸(レーザ照射点pを参照)を回転させるときの接線速度rωとを合成した合成速度(照射点の実際の移動速度V)の絶対値に基づいて、レーザ光の出射条件を変更するようにレーザ光源30を制御する。
図5Dは、レーザ照射点pの実際の移動速度に基づいてレーザ光の照射条件を変更した場合に、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度とレーザ出力のタイミングとの関係を示すグラフである。制御部70は、レーザ光の出射光軸の接線速度rωが速くなるに従って、レーザ光源30の出射出力を第1出力値よりも緩やかに大きくなるように変更していき(図5Dのパワーコントロール部分Kを参照)、一方、レーザ光の出射光軸の接線速度rωが遅くなるに従って、レーザ光源30の出射出力を緩やかに第1出力値に近づくように変更(図5Dのパワーコントロール部分Kを参照)するように、レーザ光源30を制御する。
図6A〜図6Dは、加工ヘッド12の走査方向とレーザ光の照射範囲との関係を示す概略図である。制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1に基づいて、レーザ光を第1出力値で出力する回転角度の範囲を変更するようにレーザ光源30を制御する。
所定の回転角度の範囲の詳細を以下に説明する。加工ヘッド12がワーク60に対して相対的に移動する相対移動方向X1は、レーザ光の出射光軸を回転させる回転走査方向R1と、直交点Jにおいて直交する。制御部70は、この直交点Jからレーザ光の出射光軸の回転走査方向の上流側の上流点J1までの所定角度の範囲と、レーザ光の出射光軸の回転走査方向の下流側の下流点J2までの所定角度の範囲とに対して、レーザ光源30からレーザ光を第1出力値で出力させるようにレーザ光源30を制御する。
図6Aに示されるように、加工ヘッド12がX軸方向に沿って相対移動方向X1に相対移動している間に、レーザ光は、回転走査方向R1に上流点J1から下流点J2まで進む範囲において、第1出力値で照射されている。簡単に言うと、レーザ光の円形軌跡のうち加工ヘッド12が相対移動する方向側の円弧において、レーザ光は第1出力値で出力されている。そして、加工ヘッド12がX軸方向に沿って相対移動方向X1に相対移動している間であって、前述した所定の回転角度の範囲以外の範囲(レーザ光が回転走査方向R1に下流点J2から上流点J1まで進む範囲)において、レーザ光は第2出力値で出力される。
図6Bに示されるように加工ヘッド12がX軸に対して約45°の方向に相対移動している間も、制御部70は、加工ヘッド12の相対移動方向X1と直交するレーザ光の照射範囲において第1出力値でレーザ光を出力するように、レーザ光源30を制御する。
図6Cに示されるように加工ヘッド12がX軸のマイナス方向に相対移動している間も、制御部70は、加工ヘッド12の相対移動方向X1と直交するレーザ光の照射範囲において第1出力値でレーザ光を出力するように、レーザ光源30を制御する。
図6Dのように加工ヘッド12がX軸方向に相対移動している間で、レーザ光が時計回りに移動したときも、制御部70は、加工ヘッド12の相対移動方向X1と直交するレーザ光の照射範囲において第1出力値でレーザ光を出力するように、レーザ光源30を制御する。
〔実施形態の効果〕
実施形態のレーザ加工装置100によれば、例えば、以下の効果が奏される。
実施形態のレーザ加工装置100は、レーザ光を出射するレーザ光源30と、レーザ光LLを反射可能又は透過可能であると共に回転軸W1,W2のまわりに回転可能な光学部品としての第1ミラー24a,第2ミラー24bと、レーザ光LLを集光する集光光学系としての第3レンズ23とを有する加工ヘッド12と、レーザ光LLにより加工される被加工物としてのワーク60と、を相対的に移動可能な移動機構50と、ワーク60に対してレーザ光LLを出射したときの出射光軸が到達する照射予定位置を曲線状又は直線状に移動させるように光学部品24a,24bの回転を制御し、加工ヘッド12とワーク60とを相対的に移動させるように移動機構50による移動を制御し、光学部品24a,24bの回転角度に基づいてレーザ光LLの出射条件を変更するようにレーザ光源30の出射出力を制御する制御部70と、を備える。
そのために、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転によるレーザ光の照射予定位置の曲線運動又は直線往復運動と、加工ヘッド12とワーク60との相対移動と、によって変わるレーザ光の出射位置の軌跡の範囲毎に、レーザ光の出射条件を変更することができる。その結果、レーザ加工装置100によるレーザ加工では、既に加工した部分に重複してレーザ光を照射せず、意図しないレーザ加工を避けることができ、また、ワークに対するレーザ照射点の走査速度が好ましい部分のみの加工により品質の良いレーザ加工が可能となる。従って、良好な加工速度とレーザ照射が行える加工条件によりレーザ加工をすることができる。これにより、良好なレーザ溶接、レーザ焼き入れ、レーザマーキング、レーザクリニング、レーザアブレーション等の加工結果を得ることができる。
実施形態のレーザ加工装置100においては、レーザ光の出射条件は、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲内にある場合に、レーザ光源30の出射出力を第1出力値に設定し、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転角度が所定の回転角度の範囲外にある場合に、レーザ光源30の出射出力を第1出力値よりも小さい第2出力値に又はオフに設定することである。そのために、走査速度が好ましいレーザ光によりレーザ加工をし、走査速度が不適当なレーザ光による影響を減少させることができる。
実施形態のレーザ加工装置100においては、加工ヘッド12がワーク60に対して相対的に移動する相対移動方向X1に基づいて、レーザ光を照射する回転角度の範囲が変化する。具体的には、加工ヘッド12の相対移動方向X1と出射光軸の回転走査方向R1とが略直交するときに、制御部70は、レーザ光を第1出力値で出力する(図6A〜図6C参照)ように、レーザ光源30を制御する。そのために、加工ヘッド12がワーク60に対してどの方向に進んでも、一定品質のレーザ加工の実現が容易である。
加工ヘッド12の相対移動方向X1と出射光軸の回転走査方向R1とが略平行な場合には、レーザ照射点の移動速度が速すぎたり遅過ぎたりするので、加工精度が落ち、加工ヘッド12の相対移動方向X1と出射光軸の回転走査方向R1とが略直交する場合には、レーザ照射点の移動速度が良好で、加工精度が向上する点について、以下に補足説明する。
例えば、図4Aを参照すると、軌跡L1のうち、加工ヘッド12の相対移動方向X1とレーザ光の回転走査方向R1とが同方向に揃っている地点P1では、加工ヘッド12の相対移動速度とレーザ光の回転走査速度との相乗効果により、レーザの走査速度が速くなる。これに対して、軌跡L1のうち、加工ヘッド12の相対移動方向X1とレーザ光の回転走査方向R1とで方向が逆方向になっている地点P2では、加工ヘッド12の相対移動速度とレーザ光の回転走査速度との相殺効果により、レーザの走査速度が遅くなる。従って、このように、加工ヘッド12の相対移動速度とレーザ光の回転走査速度による相乗効果や相殺効果を生じる箇所を回避する。
これに対して、加工ヘッド12の相対移動方向X1と出射光軸の回転走査方向R1とが略直交するときには、前述の相乗効果や相殺効果が少なく、レーザ照射点の移動速度が良好であり、加工精度が向上する。従って、このタイミングでレーザ加工に適したレーザ光の回転角度の範囲にレーザ光を第1出力値で照射して、ワーク60を良好に加工することができる。なお、加工ヘッド12の相対移動方向X1と出射光軸の回転走査方向R1とが略平行なときにレーザ光を増加又は減少させて照射するとしても、レーザ光を等間隔に照射するので、入熱量が過多又は過少になることは回避される。
実施形態のレーザ加工装置100においては、制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動速度vと、出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度rωとを合成した合成速度の絶対値に基づいて、レーザ光の照射条件を変更するようにレーザ光源30の出射出力を制御する。そのため、加工ヘッド12の相対移動速度v及び出射光軸の接線速度rωに依存せずに単位長さ当たりの入熱量を一定にすることができ、入熱が過少又は過多になることを抑制することができる。
〔変形例1〕
変形例1に係るレーザ加工装置では、制御部70は、第1ミラー24a及び第2ミラー24bを、互いに位相を保ちつつ、同じ回転数で同方向に回転させるように制御する。そのため、変形例1のレーザ加工装置によれば、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの位相を保ちつつ回転させることで、位相のズレにより大きな円を作ることもでき、また、小さな円を作ることもできる。
〔変形例2〕
図7Aは、変形例2に係るレーザ加工装置における加工ヘッド12のワーク60に対する相対移動方向X1とレーザ光の出射光軸を移動させる方向Yとの関係を示す概略図である。制御部70は、第1モータ25a及び第2モータ25bを同じ回転数で逆方向に回転させることにより、第1ミラー24a及び第2ミラー24bを、同じ回転数で逆方向に回転させるように制御する。
そのため、レーザ光は、2枚の第1ミラー24a及び第2ミラー24bに反射されてワーク60上で直線往復運動をする。制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1(ワーク60の送り方向)と、出射光軸を移動させる方向Y1と、を垂直に設定する。レーザ光がワーク60に描く軌跡は、X軸方向にジグザグに描かれる。このようなレーザ光を直線往復運動の中心部だけに照射する。これにより、良好なレーザ照射点の移動速度のみでレーザ加工を行い、高品質な加工結果を得ることができる。
〔変形例3〕
図7Bは、変形例3に係るレーザ加工装置における加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1と、レーザ光の出射光軸を直線往復運動させる方向Y2との関係を示す概略図である。図7Cは、変形例3に係るレーザ加工装置における加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1と、レーザ光の出射光軸を直線往復運動させる方向Y3との関係を示す概略図である。変形例3では、制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動方向X1と、出射光軸を直線往復運動させる方向とに基づいて、逆方向に回転する複数のミラー24a、24bの位相を変更するように制御する。なお、図7Bにおいて、軌跡の太線部分は、細線部分との区別のために、黒い四角形と白い四角形とが交互に配列した太線で示されている。
制御部70は、前記位相を変更することにより、図7Bに示されるように、加工ヘッド12がワーク60に対して相対的に移動する相対移動方向X1と、レーザ光の出射光軸を移動させる方向Y2とが45°となるように、加工ヘッド12を制御する。これにより、レーザ光の軌跡をワーク60に描くことができる。また、制御部70は、前記位相を更に変更することにより、図7Cに示されるように、加工ヘッド12がワーク60に対して相対的に移動する相対移動方向X1と、レーザ光の出射光軸を移動させる方向Y3とが11.25°となるように、加工ヘッド12を制御する。これにより、レーザ光の軌跡をワーク60に描くことができる。
そのため、加工ヘッド12の相対移動方向と、レーザ光の出射光軸の直線往復運動の方向とを合わせることができる。
〔変形例4〕
変形例4に係るレーザ加工装置では、制御部70は、加工ヘッド12をワーク60に対して相対的に移動させる相対移動速度と、出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度とに基づいて、第1ミラー24a及び第2ミラー24bの回転数を変化させるように制御する。
そのため、レーザで走査する速度が変わっても、照射ピッチは変わらない。すなわち、加工ヘッド12の相対移動速度が速いときには、レーザ光の出射光軸を速く回転させ、一方、加工ヘッド12の相対移動速度が遅いときには、レーザ光の出射光軸を遅く回転させることができる。
〔変形例5〕
図8Aは、変形例5に係るレーザ加工装置において狭いレーザ加工幅が入力されたときのレーザ光の軌跡を示す概略図である。図8Bは、広いレーザ加工幅が入力されたときのレーザ光の軌跡を示す概略図である。図9Aは、変形例5に係るレーザ加工装置におけるレーザ加工幅が狭く設定されたときのレーザ照射点の接線速度と時間との関係を示すグラフである。図9Bは、レーザ加工幅が広く設定されたときのレーザ照射点の接線速度と時間との関係を示すグラフである。
ここで、図5B、図5Cを参照しつつ、レーザ光のレーザ照射点pが、XY座標平面上で、(r,0)をt=0で出発して、角速度ωで回転し、速度(v,0)で移動するときを想定する。
レーザ照射点pの時刻tにおける円の中心からのベクトルは、(r*cos(ωt),r*sin(ωt))なので、位置p(t)は、次式で表される。
p(t)=(vt+r*cos(ωt),r*sin(ωt))
この式を時刻tで一階微分すると速度ベクトルとなり、次式が成り立つ。
p’(t)=(v−rω*sin(ωt),rω*cos(ωt))
この絶対値が照射点の実際の走査速度となるので、この照射点の実際の走査速度をVとすると次式が成り立つ。
=v−2vrω*sin(ωt)+rω*sin(ωt)+rω*cos(ωt)
∴ V=v−2vrω*sin(ωt)+rω・・・(1)
図5Bのレーザ照射点p1の位置では、ωt=π/2となり、
=v−2vrω+rωとなり、照射点の実際の走査速度Vが最小になる。
図5Bのレーザ照射点p2の位置では、ωt=3π/2となり、
=v+2vrω+rωとなり、照射点の実際の走査速度Vが最大になる。
図5Bのレーザ照射点p3、p4の位置では、ωt=0、πとなり、
=v+rω・・・(2)
となり、(2)式におけるVは、照射点の実際の走査速度の平均になる。
半径の2倍、すなわち2rが、レーザを照射する軌跡の振幅、言い換えればレーザ加工幅となる。レーザ加工幅を変えても、すなわちrを大小させても、走査速度の平均Vと加工ヘッド12の相対移動速度vを変化させないようにするには、rからωを計算すればよく、このとき所望のレーザ加工幅から、角速度ω及び半径rを計算することができる。
例えば、図8Aの狭い加工幅(2r1)が入力された場合には、上記(2)式から、rが小さければωが大きくなり、rが大きければωが小さくなる。そして、周期と角速度には、T=2π/ωなる関係があるので、ωが大きければTが小さくなり、ωが小さければTが大きくなる。従って、rが小さければ、ωが大きく、Tが小さく、一方、rが大きければ、ωが小さく、Tが大きい。
このことから、図8Aに示されるように、狭いレーザ加工幅2r1のレーザを出射する場合には、図9Aに示されるように、レーザの出射光軸の周期T1が小さく設定される。図8Bに示されるように、広いレーザ加工幅2r2のレーザを出射する場合には、図9Bに示されるように、レーザの出射光軸の周期T2が大きく設定される。
そして、このとき、加工ヘッド12の相対移動の方向に直交してレーザ光が走査される部分では、つまりωtが0、π、2π、3π...nπ(nは整数)となる近傍では、レーザ加工幅によらず、(2)式のとおり、レーザ光の走査速度Vを変えずにレーザ加工が可能であることを示している。
なお、これは、一例であって、ピッチ及び接線速度を保ってレーザ加工幅を変更するなどが可能である。
変形例5の構成によれば、レーザ加工幅を指定することで、レーザ光の曲線運動又は直線往復運動の振幅の大きさが自動的に計算されて設定される。オペレータはレーザ加工幅を指定するだけでよい。
また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である(前述の変形例1〜5を含む)。
例えば、図10Aのように、前述した加工ヘッド12の第1ミラー24a、第2ミラー24b、第1モータ25a、第2モータ25bに代えて、1個のミラー24c、1個のモータ25cが用いられてもよい。ミラー24c及びモータ25cは、回転軸W3のまわりを回転する。このような構成であっても、前述した図4と同様な軌跡のレーザ光を照射することができる。つまり、光学部品の個数は、1個でもよく、複数個であってもよい。
図10Bのように、前述した加工ヘッド12の第1ミラー24a、第2ミラー24bに代えて、レーザ光を透過可能な光学部品として第1プリズム241、第2プリズム242が用いられてもよい。第1プリズム241、第2プリズム242には、例えば、一方の面が光軸に直交する面であり、他方の面が光軸に直交する面に対して傾斜する面のものが用いられてもよい。さらに、図10Cのように、前述した加工ヘッド12の第1ミラー24a、第2ミラー24bに代えて、レーザ光を透過可能な光学部品として第1平板レンズ243、第2平板レンズ244が用いられていてもよい。
移動機構は、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動可能であれば、被加工物を移動させるものであってもよく、また、加工ヘッド及び被加工物の両方を移動させるものであってもよい。
レーザ光を集光する集光光学系の後に、回転軸まわりに回転可能な光学部品が配置され、集光光学系により集光されたレーザ光を、光学部品より反射又は透過させる構成であってもよい。
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各実施形態及び各変形例を適宜組合せてもよい。
12 加工ヘッド
21 第1レンズ
22 第2レンズ
23 第3レンズ(集光光学系)
24a 第1ミラー(光学部品)
24b 第2ミラー(光学部品)
25a 第1モータ
25b 第2モータ
30 レーザ光源
50 移動機構
52 X軸方向ガイド
53 Y軸方向ガイド
60 ワーク(被加工物)
70 制御部
100 レーザ加工装置
L1,L2,L3 軌跡
LL レーザ光
R1 回転走査方向
W1,W2,W3 回転軸
X1 相対移動方向

Claims (9)

  1. レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を反射可能又は透過可能であると共に回転軸まわりに回転可能な光学部品と、レーザ光を集光する集光光学系とを有する加工ヘッドと、
    前記加工ヘッドと、前記レーザ光により加工される被加工物と、を相対的に移動可能な移動機構と、
    前記被加工物に対してレーザ光を出射したときの出射光軸が到達する照射予定位置を曲線状又は直線状に移動させるように前記光学部品の回転を制御し、前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させるように前記移動機構による移動を制御し、前記光学部品の回転角度に基づいて前記レーザ光の出射条件を変更するように前記レーザ光源の出射出力を制御する制御部と、
    を備えるレーザ加工装置。
  2. 前記レーザ光の出射条件は、
    前記光学部品の前記回転角度が所定の回転角度の範囲内にある場合に、前記レーザ光源の出射出力を第1出力値に設定し、
    前記光学部品の前記回転角度が前記所定の回転角度の範囲外にある場合に、前記レーザ光源の出射出力を前記第1出力値よりも小さい第2出力値に又はオフに設定することである、
    請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動方向に基づいて、前記回転角度の範囲を変更するように制御する、
    請求項2に記載のレーザ加工装置。
  4. 前記制御部は、前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動速度と、前記出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度とを合成した合成速度の絶対値に基づいて、前記レーザ光の出射条件を変更するように前記レーザ光源の出射出力を制御する、
    請求項1から3の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
  5. 前記光学部品は、複数あり、
    前記制御部は、複数の前記光学部品を、互いに位相を保ちつつ、同じ回転数で同方向に回転させるように制御する、
    請求項1から4の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
  6. 前記光学部品は、複数あり、
    前記制御部は、複数の前記光学部品を、同じ回転数で互いに逆方向に回転させるように制御する、
    請求項1から4の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
  7. 前記制御部は、
    前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動方向と、前記出射光軸を直線往復運動させる方向とに基づいて、逆方向に回転する複数の前記光学部品の位相を変更するように制御する、
    請求項6に記載のレーザ加工装置。
  8. 前記制御部は、
    前記加工ヘッドを前記被加工物に対して相対的に移動させる相対移動速度と、前記出射光軸を曲線状に走査するときの接線速度とに基づいて、前記光学部品の回転数を変化させるように制御する、
    請求項1から5の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
  9. 前記制御部は、被加工物に前記レーザ光が照射される幅が入力されることにより、前記レーザ光が曲線運動又は直線往復運動する振幅の大きさを変更するように制御する、
    請求項1から8の何れか1項に記載のレーザ加工装置。
JP2018027003A 2018-02-19 2018-02-19 レーザ加工装置 Active JP6740267B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018027003A JP6740267B2 (ja) 2018-02-19 2018-02-19 レーザ加工装置
US16/269,978 US11305383B2 (en) 2018-02-19 2019-02-07 Laser machine
DE102019000950.9A DE102019000950A1 (de) 2018-02-19 2019-02-08 Lasermaschine
CN201910114097.1A CN110181170B (zh) 2018-02-19 2019-02-14 激光加工装置
US17/654,388 US20220193827A1 (en) 2018-02-19 2022-03-10 Laser machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018027003A JP6740267B2 (ja) 2018-02-19 2018-02-19 レーザ加工装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019141868A true JP2019141868A (ja) 2019-08-29
JP6740267B2 JP6740267B2 (ja) 2020-08-12

Family

ID=67482189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018027003A Active JP6740267B2 (ja) 2018-02-19 2018-02-19 レーザ加工装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11305383B2 (ja)
JP (1) JP6740267B2 (ja)
CN (1) CN110181170B (ja)
DE (1) DE102019000950A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021112039A1 (ja) * 2019-12-02 2021-06-10
WO2022255244A1 (ja) * 2021-06-03 2022-12-08 株式会社トヨコー レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び、レーザ照射処理表面

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211982B4 (de) * 2017-07-13 2019-04-18 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken
CN111315529B (zh) * 2017-11-07 2022-08-19 住友电工烧结合金株式会社 铁系烧结体、铁系烧结体的激光标记方法以及铁系烧结体的制造方法
DE102018126381A1 (de) * 2018-02-15 2019-08-22 Schott Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einfügen einer Trennlinie in ein transparentes sprödbrüchiges Material, sowie verfahrensgemäß herstellbares, mit einer Trennlinie versehenes Element
JP6740267B2 (ja) * 2018-02-19 2020-08-12 ファナック株式会社 レーザ加工装置
EP4051153A4 (en) * 2019-10-28 2023-11-29 President And Fellows Of Harvard College COMPACT LASER STEERING END EFFECTOR
CN114630721B (zh) * 2019-11-11 2024-04-16 三菱电机株式会社 层叠造形装置
CN113751880A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 Nps株式会社 蚀刻装置
CN116441712B (zh) * 2023-03-27 2024-05-14 中钰匠鑫机械制造有限公司 一种可防止工件变形的激光复合焊接装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000141070A (ja) * 1998-11-05 2000-05-23 Amada Eng Center Co Ltd レーザ加工ヘッド
JP2004136307A (ja) * 2002-10-16 2004-05-13 Toshiba Corp レーザ加工方法とレーザ加工装置
JPWO2015129248A1 (ja) * 2014-02-25 2017-03-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ溶接方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0671641B2 (ja) 1987-04-22 1994-09-14 三菱重工業株式会社 ベルト式連続鋳造機のサイドダム装置
AU2008205423B2 (en) * 2007-08-13 2013-09-12 Lumentum Operations Llc Light steering using an array of tunable phase delay elements
JP5409711B2 (ja) * 2011-06-29 2014-02-05 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザ光によるワーク加工装置
JP6071641B2 (ja) 2013-02-27 2017-02-01 三菱重工業株式会社 加工装置、加工方法
JP2014231071A (ja) * 2013-05-29 2014-12-11 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザ光による基板切断装置
JP5627760B1 (ja) * 2013-12-18 2014-11-19 三菱重工業株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP5931141B2 (ja) * 2014-08-26 2016-06-08 ファナック株式会社 ファイバコアを切り替え可能なレーザ加工装置
US11077526B2 (en) * 2015-09-09 2021-08-03 Electro Scientific Industries, Inc. Laser processing apparatus, methods of laser-processing workpieces and related arrangements
CN206241474U (zh) * 2016-11-28 2017-06-13 深圳中科光子科技有限公司 一种激光加工装置
KR102603393B1 (ko) * 2016-12-06 2023-11-17 삼성디스플레이 주식회사 레이저 가공 장치
JP6588498B2 (ja) * 2017-06-12 2019-10-09 ファナック株式会社 レーザ加工装置
JP6740267B2 (ja) * 2018-02-19 2020-08-12 ファナック株式会社 レーザ加工装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000141070A (ja) * 1998-11-05 2000-05-23 Amada Eng Center Co Ltd レーザ加工ヘッド
JP2004136307A (ja) * 2002-10-16 2004-05-13 Toshiba Corp レーザ加工方法とレーザ加工装置
JPWO2015129248A1 (ja) * 2014-02-25 2017-03-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ溶接方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021112039A1 (ja) * 2019-12-02 2021-06-10
JP7291804B2 (ja) 2019-12-02 2023-06-15 株式会社アマダ 座標パターンファイル作成装置、軌跡パターン作成装置、及びレーザ加工機の制御方法
WO2022255244A1 (ja) * 2021-06-03 2022-12-08 株式会社トヨコー レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び、レーザ照射処理表面

Also Published As

Publication number Publication date
JP6740267B2 (ja) 2020-08-12
DE102019000950A1 (de) 2019-08-22
US11305383B2 (en) 2022-04-19
US20190255660A1 (en) 2019-08-22
CN110181170A (zh) 2019-08-30
CN110181170B (zh) 2021-12-07
US20220193827A1 (en) 2022-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6740267B2 (ja) レーザ加工装置
JP6588498B2 (ja) レーザ加工装置
JP4786372B2 (ja) 倣いレーザビーム振動装置及びビーム振動レーザ加工装置
JPH07185866A (ja) レーザビーム振動装置およびそれを備えたレーザ加工装置
JP2004136307A (ja) レーザ加工方法とレーザ加工装置
WO2020036021A1 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP6484204B2 (ja) ガルバノスキャナ
WO2020085279A1 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
CN112823075B (zh) 激光加工机及激光加工方法
US20230013501A1 (en) Laser welding method and laser welding device
JP2005319477A (ja) レーザ加工機
JP6638032B1 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP2727379B2 (ja) レーザーロボットの制御方法
JP7053933B1 (ja) ワーク加工方法およびレーザ加工機
JP4376221B2 (ja) スキャン光学ユニット及びその制御方法並びにレーザ加工装置
TWI733129B (zh) 雷射加工方法及雷射加工裝置
WO2022075208A1 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
WO2021241387A1 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
JP2020093277A (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP7213440B2 (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
JP7291527B2 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
CN112352186B (zh) 导光装置及激光加工装置
JP2022060808A (ja) レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
JP6186049B1 (ja) 多軸制御の容易なレーザ加工装置
JP2017104875A (ja) レーザー加工装置及びレーザー加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190710

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190913

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191009

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200212

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200310

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200623

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200722

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6740267

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150