JP2612311B2 - Laser processing head device - Google Patents
Laser processing head deviceInfo
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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- B23K26/702—Auxiliary equipment
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はCO2,CO,YAGなど大出力のレーザ光を用いた
加工装置のレーザ加工ヘッド装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing head device of a processing device using a high-output laser beam such as CO 2 , CO, and YAG.
「従来技術」 大出力レーザ光を用いた加工技術には金属その他の材
料の溶接、切断、焼き入れ、表面処理等がある。最も多
く用いられているのは切断、溶接技術である。いずれの
場合にもレーザ光を集光レンズによって被加工物上に焦
点を結ばせ、光エネルギー密度を上昇させて被加工物の
加工を行うものである。"Prior art" Processing techniques using high-power laser light include welding, cutting, quenching and surface treatment of metals and other materials. Cutting and welding techniques are most often used. In any case, the laser beam is focused on the workpiece by the condensing lens, and the light energy density is increased to process the workpiece.
従来からこの種の加工装置は、第４図のように、平行
光線のレーザ光（１）を加工ヘッドの先端のレンズマウ
ント（４）にもうけた集光レンズ（２）によって被加工
物（３）の上に焦点を結ばせるようにしている。またレ
ンズマウント（４）の先端にはレンズ等の保護と加工さ
れる点の雰囲気を清浄にし、酸化を防ぐためのアシスト
ガス（５）をガイドするためのヘッド（６）がもうけら
れている。Conventionally, as shown in FIG. 4, this type of processing apparatus uses a condensing lens (2) provided with a parallel beam of laser light (1) to a lens mount (4) at the tip of a processing head to process a workpiece (3). ). At the tip of the lens mount (4), a head (6) for guiding an assist gas (5) for protecting the lens and the like and cleaning the atmosphere at the processing point and preventing oxidation is provided.
「発明が解決しようとする課題」 例えば、CO2レーザ加工の場合に従来の装置を用いる
と、使用中にレンズ表面の汚れと共にレンズの光の吸収
率が増加してレンズの温度が上昇する。その結果レンズ
に熱膨張及び材質の屈折率の変化が生じ焦点距離が変化
するいわゆる熱レンズ効果が生ずる。そうすると被加工
物上のレーザ光の集光度が変化して加工精度に影響し均
一な加工ができなくなると言う課題があった。そしてこ
の課題を解決するための熱レンズ効果による変化を検知
して最適焦点距離を調整する有効な手段がなかった。"Problems to be Solved by the Invention" For example, when a conventional apparatus is used in the case of CO 2 laser processing, the dirt on the lens surface and the light absorption of the lens increase during use, and the temperature of the lens increases. As a result, a so-called thermal lens effect occurs in which thermal expansion and a change in the refractive index of the material occur in the lens, and the focal length changes. Then, there is a problem that the degree of condensing the laser beam on the workpiece changes, which affects the processing accuracy and makes uniform processing impossible. There is no effective means for detecting the change due to the thermal lens effect and adjusting the optimum focal length to solve this problem.
「課題を解決するための手段」 本発明は、レーザ光を集光レンズにより集光してエネ
ルギー密度を上昇させ、被加工物を加工するレーザ加工
ヘッド装置において、前記集光レンズの温度をスキャニ
ングにより測定する少なくとも２組の温度センサと、該
温度センサによって測定された温度から前記集光レンズ
の熱変形量を算出する手段及び前記集光レンズの熱変形
量から焦点距離変化量を算出する手段からなる熱解析手
段と、該熱解析手段で算出した前記焦点距離変化量の出
力により前記集光レンズの位置を制御する駆動手段とか
ら成る焦点距離自動調整装置を備えたレーザ加工ヘッド
装置であり、従来のレーザ加工装置の課題を解消するも
のである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a laser processing head device for processing a workpiece by condensing a laser beam with a condensing lens to increase the energy density, and scanning the temperature of the condensing lens. At least two sets of temperature sensors for measuring the amount of thermal deformation of the condenser lens from the temperature measured by the temperature sensor, and means for calculating the focal length change amount from the amount of thermal deformation of the condenser lens A laser processing head device comprising an automatic focal length adjusting device comprising: a thermal analysis unit comprising: and a driving unit for controlling a position of the condenser lens based on an output of the focal length change amount calculated by the thermal analysis unit. This solves the problem of the conventional laser processing apparatus.
「実施の態様」 第１図は本発明の実施例を示すものである。平行光線
のレーザ光（１）を加工ヘッドの先端にもうけた集光レ
ンズ（２）によって被加工物（３）の上に焦点を結ばせ
るようになっている。レンズマウント（４）の先端には
アシストガス（５）がガイドするヘッド（６）が伸縮自
在の金属ジャバラ（７）を介して設けられており、ヘッ
ド（６）は被加工物（３）に対し一定の距離を保持し、
レンズマウント（４）がレーザ光（１）と平行である上
下方向に移動可能になっている。集光レンズ（２）の上
方にパルスモーター（図示せず）による回転自動ステー
ジ（９）に取りつけられた少なくとも２組の遠赤外輻射
等の温度センサ（８）が設けられ、第２図に示すよう
に、第１温度センサは領域Ａ、第２温度センサは領域Ｂ
のように集光レンズ（２）の全面をスキャニングするこ
とにより各ポイントの温度が測定されるようになってい
る。各ポイントの測定データは配線（20）を通して熱解
析手段を有するコンピューターに入力される。該熱解析
手段はレンズの熱変形量を算出する手段、更に該熱変形
量算出手段から焦点距離変化量を演算する手段を有し、
その結果を配線（19）を通してパルスモーター（10）等
を駆動し、ネジ等の上下装置（11）によりレンズマウン
ト（４）を上下に移動させてレンズの位置を調整し、レ
ーザ光の焦点が常に被加工物上に結ぶように制御するよ
うに構成される。Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. A parallel light beam (1) is focused on a workpiece (3) by a condenser lens (2) provided at the tip of a processing head. At the tip of the lens mount (4), a head (6) guided by an assist gas (5) is provided via an elastic metal bellows (7), and the head (6) is attached to the workpiece (3). While maintaining a certain distance,
The lens mount (4) is movable in a vertical direction parallel to the laser beam (1). Above the condenser lens (2), there are provided at least two sets of temperature sensors (8) for far-infrared radiation or the like attached to a rotary automatic stage (9) by a pulse motor (not shown). As shown, the first temperature sensor is in area A, and the second temperature sensor is in area B.
The temperature at each point is measured by scanning the entire surface of the condenser lens (2) as described above. The measurement data at each point is input to a computer having a thermal analysis means through the wiring (20). The thermal analysis means has means for calculating a thermal deformation amount of the lens, and further has means for calculating a focal length change amount from the thermal deformation amount calculation means,
The pulse motor (10) is driven through the wiring (19), and the lens mount (4) is moved up and down by a vertical device (11) such as a screw to adjust the position of the lens. It is configured to control so that it is always tied on the workpiece.
本発明のレーザ加工ヘッドを用いて被加工物の位置に
ビーム径測定装置を置き、レーザ光を照射してレンズの
温度上昇と光のビーム径の広がりを測定した。結果は、
第３図に示す。即ち本発明のレーザ加工ヘッドによると
温度が変化してもビーム径は一定であり、焦点距離が自
動的に調整されていることが分かった。この結果から本
発明のレーザ加工ヘッドを用いると被加工物の所定の位
置に集光することができ、被加工物上の所定位置に安定
した一定のエネルギー密度を供給することが可能とな
り、加工精度の不良が減少できる。A beam diameter measuring device was placed at the position of the workpiece using the laser processing head of the present invention, and the laser beam was irradiated to measure the temperature rise of the lens and the spread of the light beam diameter. Result is,
As shown in FIG. That is, according to the laser processing head of the present invention, it was found that the beam diameter was constant even when the temperature changed, and the focal length was automatically adjusted. From this result, when the laser processing head of the present invention is used, light can be condensed at a predetermined position on a workpiece, and a stable and constant energy density can be supplied to a predetermined position on the workpiece. Accuracy defects can be reduced.
「作用」 本発明のレーザ加工ヘッドを用いると温度センサによ
り集光レンズ温度を精度よく測定できる。更に、少なく
とも温度センサが２個使用すると、観測入射角度を小さ
くでき又自動回転ステージを制御しているので、集光レ
ンズの全体の温度を精度良く測定できる。そして精度の
よい温度測定と比較的安価なパソコン程度のコンピュー
ターによるレンズの位置制御によってリアルタイムでレ
ンズの焦点距離の最適化を行うことができ、ライン操業
における安定化が図られる。[Operation] When the laser processing head of the present invention is used, the temperature of the condenser lens can be accurately measured by a temperature sensor. Furthermore, when at least two temperature sensors are used, the observation incident angle can be reduced and the automatic rotation stage is controlled, so that the entire temperature of the condenser lens can be accurately measured. The focal length of the lens can be optimized in real time by accurate temperature measurement and lens position control by a computer such as a relatively inexpensive personal computer, and the line operation can be stabilized.
「発明の効果」 以上説明したように、本発明のレーザ加工ヘッドを用
いると、リアルタイムに近い状態で被加工物上でのエネ
ルギー密度が一定に保たれるので、加工精度の劣化がな
い。従って、CO2,CO,YAGレーザなど大出力のレーザ加工
の分野でZnSe、GaAs、Ge、KCI、KBrなどを用いた光学部
品及びその光学システムに応用すると有効である。[Effects of the Invention] As described above, when the laser processing head of the present invention is used, the energy density on the workpiece is kept constant in a state close to real time, so that the processing accuracy does not deteriorate. Therefore, it is effective to apply to optical components and optical systems using ZnSe, GaAs, Ge, KCI, KBr, etc. in the field of high-power laser processing such as CO 2 , CO, YAG laser.
第１図は本発明のレーザ加工ヘッドの断面模式図であ
る。 第２図は集光レンズに対するセンサのスキャンニングを
示す図面である。 第３図は集光レンズの温度とビーム径の関係を示すグラ
フである。 第４図は従来の集光装置の断面模式図である。 図中の番号は、 （１）レーザ光、 （２）集光レンズ、 （３）被加工物、 （４）レンズマウント、 （５）アシストガス、 （６）ヘッド （７）金属ジャバラ （８）温度センサ （９）回転自動ステージ （10）パルスモーター、 （11）上下装置、 （19）、（20）配線FIG. 1 is a schematic sectional view of a laser processing head according to the present invention. FIG. 2 is a drawing showing scanning of the sensor with respect to the condenser lens. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the condenser lens and the beam diameter. FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional light collecting device. The numbers in the figure are (1) laser beam, (2) condenser lens, (3) workpiece, (4) lens mount, (5) assist gas, (6) head (7) metal bellows (8) Temperature sensor (9) Rotary motorized stage (10) Pulse motor, (11) Vertical device, (19), (20) Wiring
Claims (1)
ルギー密度を上昇させ、被加工物を加工するレーザ加工
ヘッド装置において、前記集光レンズの温度をスキャニ
ングにより測定する少なくとも２組の温度センサと、該
温度センサによって測定された温度から前記集光レンズ
の熱変形量を算出する手段及び前記集光レンズの熱変形
量から焦点距離変化量を算出する手段からなる熱解析手
段と、該熱解析手段で算出した前記焦点距離変化量の出
力により前記集光レンズの位置を制御する駆動手段とか
ら成る焦点距離自動調整装置を備えたレーザ加工ヘッド
装置。1. A laser processing head device for converging a laser beam with a condenser lens to increase an energy density and processing a workpiece, wherein at least two sets of temperatures for measuring the temperature of the condenser lens by scanning. A thermal analysis unit comprising: a sensor; a unit for calculating a thermal deformation amount of the condenser lens from the temperature measured by the temperature sensor; and a unit for calculating a focal length change amount from the thermal deformation amount of the condenser lens. A laser processing head device comprising an automatic focal length adjusting device comprising: a driving unit for controlling a position of the condenser lens based on an output of the focal length change amount calculated by a thermal analysis unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155409A JP2612311B2 (en) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Laser processing head device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155409A JP2612311B2 (en) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Laser processing head device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH026093A JPH026093A (en) | 1990-01-10 |
| JP2612311B2 true JP2612311B2 (en) | 1997-05-21 |
Family
ID=15605354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63155409A Expired - Fee Related JP2612311B2 (en) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | Laser processing head device |
Country Status (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6861918B1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-04-21 | 三菱電機株式会社 | Laser processing equipment |
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| CN115846858A (en) * | 2022-12-05 | 2023-03-28 | 苏州钋镭自动化科技有限公司 | Real-time temperature compensation method for focus of laser cutting head |
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1988
- 1988-06-22 JP JP63155409A patent/JP2612311B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP6861918B1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-04-21 | 三菱電機株式会社 | Laser processing equipment |
| WO2022003978A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 三菱電機株式会社 | Laser processing device |
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| JPH026093A (en) | 1990-01-10 |
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