JP2615093B2 - 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 - Google Patents
異軸多焦点式レーザビーム集光装置Info
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
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- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、レーザ加工装置による表面改質、溶接、溶
断などに適用されるビーム集光装置に関する。
断などに適用されるビーム集光装置に関する。
＜従来の技術＞ レーザ加工装置は第９図に示すような構成で、レーザ
発振器１、全反射鏡２、出力鏡３、全反射鏡５、集光レ
ンズ６、ワーク７よりなり、伝送ビーム４は集光系であ
る集光レンズ６によりワーク７上の焦点８に集光され
る。
発振器１、全反射鏡２、出力鏡３、全反射鏡５、集光レ
ンズ６、ワーク７よりなり、伝送ビーム４は集光系であ
る集光レンズ６によりワーク７上の焦点８に集光され
る。
第10図は、ワーク７の材料温度とレーザ光の吸収率を
示しており、溶融点上及びそれ以上の温度にて吸収が甚
だしい。すなわち、レーザ加工に当ってレーザ吸収率を
考慮しないと溶断などの加工ができないことが判明す
る。
示しており、溶融点上及びそれ以上の温度にて吸収が甚
だしい。すなわち、レーザ加工に当ってレーザ吸収率を
考慮しないと溶断などの加工ができないことが判明す
る。
＜発明が解決しようとする問題点＞ このように第９図に示すレーザ加工装置があり、第10
図に示すように加工に当ってレーザ吸収があることが判
明しているが、次の問題点がある。
図に示すように加工に当ってレーザ吸収があることが判
明しているが、次の問題点がある。
例えば第９図に示す１焦点レーザ光による深溶け込
み溶接手段として、第10図の特公昭56−49195号で示す
ごとく、波長10.6μｍのCO2レーザ光のアルミニウムに
対する吸収率の特性結果から、アルミニウムが溶融する
と吸収率が大幅に向上する特性を利用して、予めTIG溶
接で先行溶融させた領域にレーザ光を後行照射させると
いうTIGとレーザ光の併用溶接法の有効性を提案してい
る。しかしこの方法では、２つの加熱手段が不可欠とな
るものである。
み溶接手段として、第10図の特公昭56−49195号で示す
ごとく、波長10.6μｍのCO2レーザ光のアルミニウムに
対する吸収率の特性結果から、アルミニウムが溶融する
と吸収率が大幅に向上する特性を利用して、予めTIG溶
接で先行溶融させた領域にレーザ光を後行照射させると
いうTIGとレーザ光の併用溶接法の有効性を提案してい
る。しかしこの方法では、２つの加熱手段が不可欠とな
るものである。
一点に集光させる焦点方式であるため、焼入れ、パ
ウダー肉盛などの表面処理への適用が困難である。
ウダー肉盛などの表面処理への適用が困難である。
そこで、本発明は、TIGとレーザとの併用溶接を用い
ず、しかも１点集光だない異軸多焦点式レーザビーム集
光装置を提供する。
ず、しかも１点集光だない異軸多焦点式レーザビーム集
光装置を提供する。
＜問題点を解決するための手段＞ 上述の目的を達成する本発明は、レーザ発振器及びビ
ーム伝送系を経たビームを集光させるビーム集光装置に
おいて、 光路上に複数個並べられたレンズそれぞれに凸部と平坦
部とを形成し、一方のレンズの凸部を他方のレンズの平
坦部に対応させると共に一方のレンズの平坦部を他方の
レンズの凸部を対応させ、しかも一方のレンズの凸部の
光軸と他方のレンズの凸部の光軸とを異軸に形成したこ
とを特徴とする。
ーム伝送系を経たビームを集光させるビーム集光装置に
おいて、 光路上に複数個並べられたレンズそれぞれに凸部と平坦
部とを形成し、一方のレンズの凸部を他方のレンズの平
坦部に対応させると共に一方のレンズの平坦部を他方の
レンズの凸部を対応させ、しかも一方のレンズの凸部の
光軸と他方のレンズの凸部の光軸とを異軸に形成したこ
とを特徴とする。
＜作用＞ 伝送ビームの一部と残部が加工方向に所定距離おいて
形成でき、また凸部を蒲鉾型に形成すればフォーカスラ
インを加工方向に所定距離おいてできる。
形成でき、また凸部を蒲鉾型に形成すればフォーカスラ
インを加工方向に所定距離おいてできる。
＜実 施 例＞ ここで、第１図ないし第８図を参照して本発明の実施
例を説明する。第１図ないし第３図、及び第７図は一実
施例で、第４図ないし第６図、及び第８図は他の実施例
である。第１図ないし第３図において、これは異軸多焦
点集光装置に係る。第１図において、２枚の平凸レンズ
6A,6Bがあり、一方のレンズ6Bの凸部bCと他方のレンズ6
Aの平坦部fgとが対応し、他方のレンズ6Aの凸部ef,ghと
一方のレンズ6Bの平坦部ab,cdとが対応している。そし
て、光路上に存在するこの２枚の平凸レンズ6A,6Bにあ
って、それぞれの凸部bcの光軸と凸部ehの光軸とは異軸
となるよう形成されている。すなわち、第２図，第３図
において、凸部6B−Ａと平坦部6A−Ｂとが対応し、平坦
部6B−Ｂと凸部6A−Ａとが対応している。
例を説明する。第１図ないし第３図、及び第７図は一実
施例で、第４図ないし第６図、及び第８図は他の実施例
である。第１図ないし第３図において、これは異軸多焦
点集光装置に係る。第１図において、２枚の平凸レンズ
6A,6Bがあり、一方のレンズ6Bの凸部bCと他方のレンズ6
Aの平坦部fgとが対応し、他方のレンズ6Aの凸部ef,ghと
一方のレンズ6Bの平坦部ab,cdとが対応している。そし
て、光路上に存在するこの２枚の平凸レンズ6A,6Bにあ
って、それぞれの凸部bcの光軸と凸部ehの光軸とは異軸
となるよう形成されている。すなわち、第２図，第３図
において、凸部6B−Ａと平坦部6A−Ｂとが対応し、平坦
部6B−Ｂと凸部6A−Ａとが対応している。
出力ビーム４の極く一部をレンズ6Bの凸部6B−Ａで集
光させ、レンズ6Aの平坦部6A−Ｂで直進させ、予熱用焦
点8Aを結ぶ。出力ビーム４の大部分をレンズ6Bの平坦部
6B−Ｂで直進させ、レンズ6Aの凸部6A−Ａで集光させ、
主溶接焦点8Bを結ぶ。第７図にも示すごとく、焦点8Aに
より、微小な先行溶融池10を形成することにより、固体
金属よりも液体金属の方がレーザ吸収率が向上する効果
で先行溶融池10に照射された焦点8Bのビームエネルギー
の吸収が高められ深溶け込みが可能となる。なお本例に
於て、第２図のレンズ6Bの平坦部ab間に更に凸部を設
け、これと対応する第３図のef間に平坦部を設けて、更
に他の焦点を結ぶことにより、後熱もしくは、後行溶融
池を形成することも可能である。この効果は、割れ感受
性の高い金属の割れ防止や、再溶融時の気孔浮上により
気孔を除去することができる。
光させ、レンズ6Aの平坦部6A−Ｂで直進させ、予熱用焦
点8Aを結ぶ。出力ビーム４の大部分をレンズ6Bの平坦部
6B−Ｂで直進させ、レンズ6Aの凸部6A−Ａで集光させ、
主溶接焦点8Bを結ぶ。第７図にも示すごとく、焦点8Aに
より、微小な先行溶融池10を形成することにより、固体
金属よりも液体金属の方がレーザ吸収率が向上する効果
で先行溶融池10に照射された焦点8Bのビームエネルギー
の吸収が高められ深溶け込みが可能となる。なお本例に
於て、第２図のレンズ6Bの平坦部ab間に更に凸部を設
け、これと対応する第３図のef間に平坦部を設けて、更
に他の焦点を結ぶことにより、後熱もしくは、後行溶融
池を形成することも可能である。この効果は、割れ感受
性の高い金属の割れ防止や、再溶融時の気孔浮上により
気孔を除去することができる。
第４図ないし第６図において、これは熱処理・肉盛用
異軸多フォーカスライン集合系に係る。第４図におい
て、２枚のレンズ6A,6Bがあり、一方のレンズ6Bには平
坦部bcと凸部である蒲鉾型（半円柱）部ab,cdがあり、
他方のレンズ6Aには平坦部と半円柱部efとが存在する。
そして、レンズ6Aの平坦部とレンズ6Bの半円柱部ab,cd
とが対応し、レンズ6Aの半円柱部efとレンズ6Bの平坦部
bcとが対応する。すなわち、第５図，第６図において、
半円柱部aa′bb′,cc′dd′と第６図の平坦部が対応
し、半円柱部ee′ff′と平坦部bb′cc′とが対応してい
る。この結果、9A,9B,9Cに焦点が形成されてl,n,mのフ
ォーカスラインが形成される。つまり、半円柱部ab,cd
の光軸（フォーカスライン）及び半円柱部efの光軸（フ
ォーカスライン）はそれぞれ異軸である。
異軸多フォーカスライン集合系に係る。第４図におい
て、２枚のレンズ6A,6Bがあり、一方のレンズ6Bには平
坦部bcと凸部である蒲鉾型（半円柱）部ab,cdがあり、
他方のレンズ6Aには平坦部と半円柱部efとが存在する。
そして、レンズ6Aの平坦部とレンズ6Bの半円柱部ab,cd
とが対応し、レンズ6Aの半円柱部efとレンズ6Bの平坦部
bcとが対応する。すなわち、第５図，第６図において、
半円柱部aa′bb′,cc′dd′と第６図の平坦部が対応
し、半円柱部ee′ff′と平坦部bb′cc′とが対応してい
る。この結果、9A,9B,9Cに焦点が形成されてl,n,mのフ
ォーカスラインが形成される。つまり、半円柱部ab,cd
の光軸（フォーカスライン）及び半円柱部efの光軸（フ
ォーカスライン）はそれぞれ異軸である。
出力ビーム４の一部をレンズ6Bの２つの半円柱部（a
a′ｂ′b,cc′ｄ′ｄ）で集光させ、レンズ6Aの平坦部
を直進させて、予熱もしくは先行溶融用フォーカスライ
ン9A及び後熱もしくは後行溶融用フォーカスライン9Cを
結ぶ。また、出力ビーム４の残部をレンズ6Bの平坦部b
b′ｃ′ｃを直進させ、レンズ6Aの半円柱部ee′ｆ′ｆ
で集光させて、主溶融用フォーカスライン9Bを結ぶ。こ
の9A,9B,9Cのフォーカスラインを第８図に示す如く、母
材13上に、塗布もしくは容射により付着させた肉盛用パ
ウダ14に照射させる。ここで、フォーカスライン9Aで肉
盛パウダ14の脱ガス（水分、バインダーなど）を行い、
フォーカスライン9Bで肉盛パウダを溶融させ、フォーカ
スライン9Cで肉盛層の上部を再溶融することにより、残
存気孔の除去を行うと共に、再加熱による徐冷効果によ
り割れ感受性の高い肉盛材の割れ発生を防止した肉盛部
15を得る。なお、本例に於て、２つのレンズ間距離ｇを
可変構造とすることにより、例えば第１と第３を肉盛面
上でデフォーカスとし、肉盛進行方向に照射域を拡大し
てエネルギーの集中化を避けることも可能である。又本
発明の集光レンズ群6A,6Bと全反射鏡間にビーム導波路
（図示省略）を設け、伝送ビームモードの強力分布を台
形状とすることにより、フォーカスライン方向のビーム
強度分布を均一にすることもある。
a′ｂ′b,cc′ｄ′ｄ）で集光させ、レンズ6Aの平坦部
を直進させて、予熱もしくは先行溶融用フォーカスライ
ン9A及び後熱もしくは後行溶融用フォーカスライン9Cを
結ぶ。また、出力ビーム４の残部をレンズ6Bの平坦部b
b′ｃ′ｃを直進させ、レンズ6Aの半円柱部ee′ｆ′ｆ
で集光させて、主溶融用フォーカスライン9Bを結ぶ。こ
の9A,9B,9Cのフォーカスラインを第８図に示す如く、母
材13上に、塗布もしくは容射により付着させた肉盛用パ
ウダ14に照射させる。ここで、フォーカスライン9Aで肉
盛パウダ14の脱ガス（水分、バインダーなど）を行い、
フォーカスライン9Bで肉盛パウダを溶融させ、フォーカ
スライン9Cで肉盛層の上部を再溶融することにより、残
存気孔の除去を行うと共に、再加熱による徐冷効果によ
り割れ感受性の高い肉盛材の割れ発生を防止した肉盛部
15を得る。なお、本例に於て、２つのレンズ間距離ｇを
可変構造とすることにより、例えば第１と第３を肉盛面
上でデフォーカスとし、肉盛進行方向に照射域を拡大し
てエネルギーの集中化を避けることも可能である。又本
発明の集光レンズ群6A,6Bと全反射鏡間にビーム導波路
（図示省略）を設け、伝送ビームモードの強力分布を台
形状とすることにより、フォーカスライン方向のビーム
強度分布を均一にすることもある。
上記実施例では、便宜上、レンズ群を２枚構成とした
が、３枚以上とし、焦点数、フォーカスライン数を更に
増しても良い。
が、３枚以上とし、焦点数、フォーカスライン数を更に
増しても良い。
＜発明の効果＞ 上記構成とすることにより次の効果がある。
異軸多焦点レーザビーム集光とすることにより、TI
Gとレーザとの併用をすることなく予熱効果や先行溶融
池のレーザ吸収効果が高まり、別々の加熱手段は不要と
なる。
Gとレーザとの併用をすることなく予熱効果や先行溶融
池のレーザ吸収効果が高まり、別々の加熱手段は不要と
なる。
異軸多フォーカスライン式レーザビーム集光装置に
より、予熱、主溶融、再溶融（又は後熱）を１プロセス
でレーザ肉盛施工が可能である。
より、予熱、主溶融、再溶融（又は後熱）を１プロセス
でレーザ肉盛施工が可能である。
第１図ないし第３図は本発明の一実施例で、第１図は構
成図、第２図は第１図のイ−イ矢視図、第３図は第１図
のロ−ロ矢視図、第４図ないし第６図は他の実施例で、
第４図は構成図、第５図は第４図のハ−ハ矢視図、第６
図は第４図のニ−ニ矢視図、第７図は一実施例の溶接状
態図、第８図は他の実施例のレーザ肉盛状態図、第９図
は従来例の構成図、第10図はレーザ吸収率と温度特性線
図である。 図中、 6A,6Bはレンズ、 8A,8Bは焦点、 9A,9B,9Cはフォーカスライン（焦点）である。
成図、第２図は第１図のイ−イ矢視図、第３図は第１図
のロ−ロ矢視図、第４図ないし第６図は他の実施例で、
第４図は構成図、第５図は第４図のハ−ハ矢視図、第６
図は第４図のニ−ニ矢視図、第７図は一実施例の溶接状
態図、第８図は他の実施例のレーザ肉盛状態図、第９図
は従来例の構成図、第10図はレーザ吸収率と温度特性線
図である。 図中、 6A,6Bはレンズ、 8A,8Bは焦点、 9A,9B,9Cはフォーカスライン（焦点）である。
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ発振器及びビーム伝送系を経たビー
ムを集光させるビーム集光装置において、 光路上に複数個並べられたレンズそれぞれに凸部と平坦
部とを形成し、 一方のレンズの凸部を他方のレンズの平坦部に対応させ
ると共に一方のレンズの平坦部を他方のレンズの凸部を
対応させ、 しかも一方のレンズの凸部の光軸と他方のレンズの凸部
の光軸とを異軸に形成し、 たことを特徴とする異軸多焦点式レーザビーム集光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300198A JP2615093B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300198A JP2615093B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143784A JPH01143784A (ja) | 1989-06-06 |
| JP2615093B2 true JP2615093B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=17881914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62300198A Expired - Fee Related JP2615093B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615093B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2798223B2 (ja) * | 1991-05-22 | 1998-09-17 | 松下電工株式会社 | レーザ切断方法 |
| GB9516099D0 (en) * | 1995-08-05 | 1995-10-04 | Boc Group Plc | Laser cutting of materials |
| JP3453972B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2003-10-06 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法および装置 |
| US6191379B1 (en) * | 1999-04-05 | 2001-02-20 | General Electric Company | Heat treatment for weld beads |
| EP1232038B1 (en) | 1999-11-24 | 2008-04-23 | Applied Photonics, Inc. | Method and apparatus for separating non-metallic materials |
| JP4592855B2 (ja) * | 1999-12-24 | 2010-12-08 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| EP2186594A1 (de) * | 2008-11-12 | 2010-05-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur Vorwärmung beim Schweißen unter Verwendung eines zweiten Laserstrahles |
| CN106695113B (zh) * | 2016-12-08 | 2018-11-06 | 华中科技大学 | 一种轴向的双焦点镜头 |
| JP6902378B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2021-07-14 | 古河電気工業株式会社 | 溶接装置および溶接方法 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62300198A patent/JP2615093B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01143784A (ja) | 1989-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |