JP2590416Y2 - 光軸移動型レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、光軸移動型レーザ加工
装置に関し、特に光軸移動型レーザ加工装置におけるレ
ーザビーム伝播構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置には、レーザビームを加
工部へ照射するレーザビームノズルを保持したレーザ加
工ヘッドが横水平方向（Ｙ軸方向）と垂直方向（Ｚ軸方
向）とに移動し、ワークテーブルにて加工物が前後水平
方向（Ｘ軸方向）に移動する２軸光移動１軸テーブル移
動型の如き光軸移動型レーザ加工装置がある。

【０００３】光軸移動型レーザ加工装置においては、レ
ーザ加工ヘッドがＹ軸方向、Ｚ軸方向に移動すると、レ
ーザ発振器よりレーザビームノズルまでの光路長が変化
する。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】レーザビームは伝播過
程にて広がりを生じ、光路長が長いほどビーム径が大き
くなるから、光路長が変化すると、レーザ加工ベッドに
設けられている集光レンズに入射するレーザビームのビ
ーム径が変化し、これに応じて集光レンズにより集束さ
れるレーザビームのスポット径が変化する。

【０００５】このためレーザ加工ヘッドの移動に伴い加
工部に照射されるレーザビームのエネルギ密度が変化
し、加工性能が変動すると云う現象が生じる。

【０００６】レーザ加工ヘッドのＹ軸方向の移動幅はＺ
軸方向のそれに比して大きいため、レーザ加工ヘッドが
Ｙ軸方向の一方のストロークエンドに位置している場合
と他方のストロークエンドに位置している場合とでは、
レーザビームのスポット径が比較的大きく変化し、これ
に起因して実害が生じるほど加工性能が変動することが
ある。

【０００７】本考案は、従来の光軸移動型レーザ加工装
置に於ける上述の如き問題点に着目してなされたもので
あり、レーザ加工ヘッドの軸ストローク全域に亘って均
一のエネルギ密度のもとに安定した加工性能が得られる
よう改良された光軸移動型レーザ加工装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本考
案によれば、レーザビームを加工部へ照射するレーザビ
ームノズルを保持したレーザ加工ヘッドが一つの座標軸
方向に移動可能に設けられている光軸移動型レーザ加工
装置において、レーザ加工ヘッドの移動方向の両側より
各々レーザビームを前記レーザ加工ヘッドの移動方向に
沿う光路を含んで前記レーザ加工ヘッドの両側に伝播す
る光路手段と、前記レーザ加工ヘッドに設けられ当該レ
ーザ加工ヘッドの両側に与えられたレーザビームを一つ
のビームに結合する光結合手段とを有し、前記光結合手
段により結合されたレーザビームを前記レーザビームノ
ズルに供給するよう構成されていることを特徴とする光
軸移動型レーザ加工装置によって達成される。

【０００９】

【作用】上述の如き構成によれば、レーザ加工ヘッドの
移動方向の両側より各々レーザビームがレーザ加工ヘッ
ドの両側に与えられ、このレーザビームは光結合手段に
より一つのビームに結合されて一つのレーザビームとし
てレーザビームノズルに供給され、加工部におけるエネ
ルギ密度は両レーザビームが重畳合成されたものにな
る。

【００１０】レーザ加工ヘッドが１つの座標軸方向に移
動すると、レーザ加工ヘッドの一方の側に与えられるレ
ーザビームの光軸長さが長くなることに応じてレーザ加
工ヘッドの他方の側に与えられるレーザビームの光軸長
さが短くなり、この両レーザビームの相補的作用によ
り、当該両レーザビームによる加工部におけるエネルギ
密度はレーザ加工ヘッドの座標軸方向の移動に拘らず概
ね一定のものになる。

【００１１】

【実施例】以下に本考案の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１２】図１は本考案による光軸移動型レーザ加工
装置の一実施例を示している。図１において、符号１は
本体フレームを示しており、本体フレーム１はレーザ加
工ヘッド３を横水平方向、即ちＹ軸方向に移動可能に支
持としている。

【００１３】レーザ加工ヘッド３は、Ｙ軸ボールねじ５
によりＹ軸方向に往復駆動され、また図示には示されて
いないが、従来と同様の上下動機構により垂直方向、即
ちＺ軸方向に移動可能になっている。

【００１４】レーザ加工ヘッド３には集光レンズ７とレ
ーザビームノズル９とが取り付けられており、レーザビ
ームノズル９は、集光レンズ７により集束されたレーザ
ビームを与えられ、このレーザビームをワークテーブル
１１上に載置される加工物の加工部へ照射する。

【００１５】ワークテーブル１１は、図示されていない
Ｘ軸駆動機構により、前後水平方向、即ちＸ軸方向に駆
動される。

【００１６】本体フレーム１のＹ軸方向ストロークの中
央部には光分配器１３が、Ｙ軸方向の左右両ストローク
エンド部の上下には各々全反射ミラー１５、１７、１
９、２１が各々固定配置されている。

【００１７】光分配器１３は、ビームスプリッタ、プリ
ズム、ミラー等の組み合わせにより構成され、レーザ発
振器２３よりレーザビームを入射してこれをＹ軸方向の
左右両ストロークエンド部へ向かう左右二つのレーザビ
ームに均等分割する。

【００１８】左右両ストロークエンド部の上側の全反射
ミラー１５、１７は、各々光分配器１３よりの左右のレ
ーザビームを入射し、これを下側の全反射鏡１９、２１
へ向けて反射する。

【００１９】左右両ストロークエンド部の下側の全反射
ミラー１９、２１は、各々全反射鏡１５、１７より左右
のレーザビームを入射し、これを各々レーザ加工ヘッド
３の移動方向に沿う光路（Ｙ方向光路）Ａ、Ｂを含んで
レーザ加工ヘッド３の両側へ向けて反射する。

【００２０】レーザ加工ヘッド３には光結合器２５が設
けられている。光結合器２５は、ビームスプリッタ、偏
光板、プリズム、ミラー等の組み合わせにより構成さ
れ、全反射ミラー１９、２１より左右のレーザビームを
各々入射してこの二つのレーザビームを一つのビームに
同心に結合し、一つのビームに結合したレーザビームを
集光レンズ７へ向けて出射する。

【００２１】上述の如き構成によれば、レーザ加工ヘッ
ド３の移動方向の左右両側より各々レーザビーム加工ヘ
ッド３の光結合器２５に左右のレーザビームが与えら
れ、この左右のレーザビームは光結合器２５により一つ
のビームに同心に結合され、一つのレーザビームとして
集光レンズ７を経てレーザビームノズル９に供給され
る。これにより加工部におけるエネルギ密度は左右両レ
ーザビームが重畳合成されたものになる。

【００２２】レーザ加工ヘッド３がＹ軸方向ストローク
の中央部に位置している場合は、左右のレーザビームの
光路長Ａ、Ｂは互いに等しく、これによりレーザ発振器
２３より光結合器２５に至るまでの左右のレーザビーム
の全光路長も互いに等しくなる。この場合には光結合器
２５に到達する左右のレーザビームのビーム径は互いに
等しいものになり、これに伴い図２に示されている如
く、左右のレーザビームのスポット径Ｓｒ、Ｓｌは互い
に等しいものになり、加工部におけるレーザビームは、
互いに同一のスポット径ＳｒとＳｌによる左右のレーザ
ビームが互いに同心に重なり合ったものになる。

【００２３】レーザ加工ヘッド３がＹ軸方向左側へ移動
すると、左側のレーザビームの光路長Ａが短くなり、こ
れとは反対に右側のレーザビームの光路長Ｂが長くな
る。こり光路長の変化により、光結合器２５に到達する
左右のレーザビームのうち、左側のレーザビームのビー
ム径は小さくなり、右側のビーム径は大きくなる。これ
に伴い図２に示されている如く、左側のレーザビームの
スポット径Ｓｌは大きくなり、右側のレーザビームのス
ポット径Ｓｒは小さくなる。

【００２４】これとは反対に、レーザ加工ヘッド３がＹ
軸方向右側へ移動すると、上述の左側への移動時と全く
逆に、左側のレーザビームのスポット径Ｓｌは小さくな
り、右側のレーザビームのスポット径Ｓｒは大きくな
り、何れの場合も、各スポット径Ｓｒ、Ｓｌによる左右
のレーザビームが互いに同心に重なり合って加工部に与
えられる。

【００２５】ここで、スポット径が大きいとエネルギ密
度が低く、スポット径が小さいとエネルギ密度が高い
が、スポット径Ｓｒ、Ｓｌによる左右両レーザビームは
レーザ加工ヘッド３の軸ストローク全域に亘って互いに
同心に重なり合って加工部に与えられるから、この左右
両レーザビームの相補的作用により、加工部におけるエ
ネルギ密度はレーザ加工ヘッド３のＹ座標軸方向の移動
に拘らず概ね一定に保たれ、そのエネルギ密度の分布パ
ターンはＹ軸方向ストロークの中央部に対して左右対称
のものになる。

【００２６】またレーザ加工ヘッド３のＹ座標軸方向の
移動によるエネルギ密度の変動が少ない上に、このエネ
ルギ密度変動のストローク区間がレーザ加工ヘッド３の
Ｙ座標軸方向の全ストロークの１／２になる。

【００２７】これらのことにより、レーザ加工ヘッド３
のＹ座標軸方向の移動によって加工性能が大きく変動す
ることが回避され、Ｙ軸方向ストロークの中央部に対し
て左右対称なほぼ一定の加工性能が得られるようにな
る。

【００２８】図３〜図６各々本考案による光軸移動型レ
ーザ加工装置の他の実施例を示している。尚、図３〜図
６に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と
同一の符号により示されている。

【００２９】図３に示された実施例においては、レーザ
発振器２３がレーザ加工装置の一側部に横置きされてい
ることにより、光分配器１３がＹ軸方向ストロークの一
方の側に片寄って配置されている。この場合にはレーザ
加工ヘッド３がＹ軸方向ストロークの中央部に位置して
いる場合も、レーザ発振器２３より光結合器２５に至る
までの左右のレーザビームの全光路長は互いに不均一に
なるが、これは必要に応じて光結合器２５の左右のレー
ザビームの分配比調整により補償されればよい。

【００３０】図４に示されている実施例では、全反射ミ
ラー１５に代えてビームスプリッタ２７が配置され、ビ
ームスプリッタ２７にレーザ発振器２３よりレーザビー
ムが与えられることにより、ビームスプリッタ２７が光
分配器をなしている。

【００３１】図５に示されている実施例では、レーザ発
振器２３が左右二つ設けられ、この二つのレーザ発振器
２３が各々左右のレーザビームを個別に発生し、各々レ
ーザビームを光結合器２５に直接供給するよう構成され
ている。

【００３２】何れの実施例においても、左右両レーザビ
ームはレーザ加工ヘッド３にて光結合器２５により一つ
のビームに結合されて加工部に与えられるから、上述の
実施例と同様の効果が得られる。

【００３３】また本考案による光軸移動型レーザ加工装
置はレーザビームの伝播系にコリメータを使用したレー
ザ加工装置にも同様に適用されて有効である。

【００３４】以上に於ては、本考案を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本考案は、これらに限定される
ものではなく、本考案の範囲内にて種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【００３５】

【考案の効果】以上の説明から理解される如く、本考案
による光軸移動型レーザ加工装置によれば、レーザ加工
ヘッドの移動方向の両側より各々レーザビームがレーザ
加工ヘッドの両側に与えられ、このレーザビームは、光
結合手段により一つのビームに同心に結合され、一つの
レーザビームとしてレーザビームノズルに供給されるか
ら、加工部におけるエネルギ密度は両レーザビームが重
畳合成されたものになり、この両レーザビームの相補的
作用により当該両レーザビームによる加工部におけるエ
ネルギ密度はレーザ加工ヘッドの座標軸方向の移動に拘
らず概ね一定のものになり、レーザ加工ヘッドの軸スト
ローク全域に亘って均一のエネルギ密度のもとに安定し
た加工性能が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】本考案による光軸移動型レーザ加工装置におけ
るレーザビームの照射パターンを示す説明図である。

【図３】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
実施例を示す斜視図である。

【図４】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
実施例を示す斜視図である。

【図５】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
一実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 本体フレーム ３ レーザ加工ヘッド ９ レーザビームノズル １３ 光分配器 １５、１７、１９、２１ 全反射ミラー ２３ レーザ発振器 ２５ 光結合器 ２７ ビームスプリッタ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを加工部へ照射するレーザ
   ビームノズルを保持したレーザ加工ヘッドが一つの座標
   軸方向に移動可能に設けられている光軸移動型レーザ加
   工装置において、 前記レーザ加工ヘッドの移動方向の両側より各々レーザ
   ビームを前記レーザ加工ヘッドの移動方向に沿う光路を
   含んで前記レーザ加工ヘッドの両側に伝播する光路手段
   と、前記レーザ加工ヘッドに設けられ当該レーザ加工ヘ
   ッドの両側に与えられたレーザビームを一つのビームに
   結合する光結合手段とを有し、前記光結合手段により結
   合されたレーザビームを前記レーザビームノズルに供給
   するよう構成されていることを特徴とする光軸移動型レ
   ーザ加工装置。