JP2757649B2 - Laser processing head - Google Patents
Laser processing headInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームを加工
レンズで集光し、集光されたレーザビームをワーク（被
加工物）に照射して加工するレーザ加工機で用いるレー
ザ加工ヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing head used in a laser processing machine for condensing a laser beam with a processing lens and irradiating the condensed laser beam onto a workpiece (workpiece). It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、レーザ発振器から出射されたレー
ザビームを加工レンズで集光し、集光されたレーザビー
ムをワークに照射して加工するレーザ加工機で用いるレ
ーザ加工ヘッドとしては、例えば特開昭６２−６７８５
号公報等に開示されているように種々の形式のものが提
案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a laser processing head used in a laser processing machine for condensing a laser beam emitted from a laser oscillator with a processing lens and irradiating the condensed laser beam onto a workpiece, for example, a special laser processing head is known. Kaisho 62-6785
Various types have been proposed as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2000-209, etc.
【０００３】図２は従来のレーザ加工ヘッドの構成を示
す断面図である。図において、１はレーザビームであ
り、１ａはレーザビーム１をターゲットに照射した時の
レーザビーム１の平面形状を示し、１ｂはレーザビーム
１のビーム断面強度分布を示し、１ｃはレーザビーム１
の裾野部を示している。２はレーザビーム１を集光し、
集光されたレーザビーム１をワーク（被加工物）３に照
射するための加工レンズである。加工レンズ２はハウジ
ング４内にてレンズホルダ５，スペーサ６及び押えネジ
７によって保持されている。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional laser processing head. In the figure, reference numeral 1 denotes a laser beam, 1a denotes a plane shape of the laser beam 1 when the target is irradiated with the laser beam 1, 1b denotes a beam cross-sectional intensity distribution of the laser beam 1, and 1c denotes a laser beam 1
Shows the foot of. 2 focuses the laser beam 1,
This is a processing lens for irradiating the focused laser beam 1 to the work (workpiece) 3. The processed lens 2 is held in the housing 4 by a lens holder 5, a spacer 6, and a holding screw 7.
【０００４】加工レンズ２により集光されたレーザビー
ム１のワーク３側のハウジング４の開口部には、レーザ
ビーム１が通過する開口９を有するノズル８が取り付け
られ、このノズル８の側面には開口９よりレーザビーム
１と共に出射される加工ガスの加工ガス導入口１０が設
けられている。１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ加工
ガスの洩れを防止するためのＯリングである。又、ハウ
ジング４には加工レンズ２を間接的に冷却するための冷
却水を流す冷却水路１２が設けられている。[0004] A nozzle 8 having an opening 9 through which the laser beam 1 passes is attached to an opening of the housing 4 on the workpiece 3 side of the laser beam 1 condensed by the processing lens 2. A processing gas inlet 10 for a processing gas emitted together with the laser beam 1 from the opening 9 is provided. Reference numerals 11a, 11b, and 11c denote O-rings for preventing leakage of the processing gas. Further, the housing 4 is provided with a cooling water passage 12 through which cooling water for indirectly cooling the processing lens 2 flows.
【０００５】次に、上記従来のレーザ加工ヘッドの動作
について説明する。レーザ発振器（図示しない）から出
射されたレーザビーム１はハウジング４内のレンズホル
ダ５に保持された加工レンズ２に入射し、この加工レン
ズ２により集光されたレーザビーム１はワーク３に照射
される。通常、レーザ加工に用いられるレーザはＣＯ2
レーザやＹＡＧレーザ等が一般的であり、レーザ発振器
から出射されたレーザビーム１のモード（レーザビーム
１の強度分布）は図２に示されるビーム断面強度分布１
ｂのようなガウス分布をしている。レーザビーム１の強
度分布のピークが複数存在するマルチモードと呼ばれる
ものでも、同様にレーザビーム１の強度分布は中心より
周囲に向って激減していくが全く無くなることなく無限
に存在する分布となる。Next, the operation of the conventional laser processing head will be described. A laser beam 1 emitted from a laser oscillator (not shown) enters a processing lens 2 held by a lens holder 5 in a housing 4, and the laser beam 1 collected by the processing lens 2 irradiates a work 3. You. Usually, the laser used for laser processing is CO 2
A laser, a YAG laser, or the like is generally used. The mode (intensity distribution of the laser beam 1) of the laser beam 1 emitted from the laser oscillator is the beam cross-sectional intensity distribution 1 shown in FIG.
It has a Gaussian distribution like b. Even in the case of a so-called multi-mode in which a plurality of peaks of the intensity distribution of the laser beam 1 exist, the intensity distribution of the laser beam 1 decreases sharply from the center toward the periphery, but becomes an infinite distribution without disappearing at all. .
【０００６】従って、加工レンズ２に入射する以前のレ
ーザビーム１が通過する径路で、例えばレンズホルダ５
の開口部分は加工レンズ２と共にレーザビーム１に対し
て十分に大きな口径を備えている。又、レンズホルダ５
は、例えばＣＯ2 レーザ加工機のレーザ加工ヘッドの場
合に、アルミニウムにアルマイト（Ａｌ2Ｏ3）メッキを
施したものが用いられており、これがＣＯ2 のレーザの
波長の１０．６μｍに対して吸収体となる。そのため
に、図２に示されるレーザビーム１の裾野部１ｃの部分
が加工レンズ２に入射する以前にレンズホルダ５に当射
して、このレンズホルダ５が加熱されること、加工レン
ズ２がレーザビーム１の透過によってこのレーザビーム
１を若干吸収して温度上昇することなどを抑制するため
に、ハウジング４の冷却水路１２には冷却水を流してレ
ンズホルダ５や加工レンズ２を間接的に冷却するように
している。Accordingly, the path through which the laser beam 1 passes before entering the processing lens 2 is, for example, a lens holder 5.
The opening portion has a sufficiently large aperture for the laser beam 1 together with the processing lens 2. Also, lens holder 5
For example, in the case of a laser processing head of a CO 2 laser processing machine, an aluminum plate coated with alumite (Al 2 O 3 ) is used, which is applied to a CO 2 laser wavelength of 10.6 μm. It becomes an absorber. For this purpose, the portion of the foot portion 1c of the laser beam 1 shown in FIG. 2 irradiates the lens holder 5 before it enters the processing lens 2, and this lens holder 5 is heated. In order to suppress the temperature rise due to the absorption of the laser beam 1 by the transmission of the beam 1, cooling water flows through the cooling water passage 12 of the housing 4 to indirectly cool the lens holder 5 and the processing lens 2. I am trying to do it.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のレーザ
加工ヘッドは以上のように構成されているので、レーザ
ビーム１の裾野部１ｃの部分がレンズマウントであるレ
ンズホルダ５に当射すると、レーザビーム１を吸収して
レンズホルダ５は発熱する。そのために、ハウジング４
の冷却水路１２に流す冷却水により加工レンズ２を間接
的に冷却するようにしているが、その効果は少なく、加
工レンズ２の熱歪によって集光特性が変化して加工不良
を発生するという問題点があった。Since the above-mentioned conventional laser processing head is constructed as described above, when the foot portion 1c of the laser beam 1 irradiates the lens holder 5 which is a lens mount, the laser beam The lens holder 5 generates heat by absorbing the beam 1. Therefore, the housing 4
The processing lens 2 is indirectly cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage 12, but the effect is small, and the heat distortion of the processing lens 2 changes the light condensing characteristic and causes a processing defect. There was a point.
【０００８】又、レーザビーム１の裾野部１ｃの部分が
なるべくレンズマウントであるレンズホルダ５に当射し
ないように、加工レンズ２の口径を大きなものとした場
合には、必然的に装置自体の価格が高価なものとなって
しまうという問題点があった。更に、例えば実開平３−
１８９７９号公報に開示されているように加工レンズ２
の手前側にアパーチャ部を挿入した構成のものが提案さ
れているが、このような構成のものではアパーチャ部に
より加工レンズ２へのレーザビーム１の入射ビーム径の
カット量を変化させると、出射エネルギーが変化してワ
ーク３に対する加工品質が不安定なものになるという問
題点があった。When the diameter of the processing lens 2 is made large so that the foot 1c of the laser beam 1 does not hit the lens holder 5 as a lens mount as much as possible, the apparatus itself must be used. There was a problem that the price became expensive. In addition, for example,
No. 18979, the processing lens 2
Is proposed in which an aperture is inserted in front of the laser beam. In such a configuration, when the cut amount of the incident beam diameter of the laser beam 1 to the processing lens 2 is changed by the aperture, the light is emitted. There is a problem that the energy changes and the processing quality for the work 3 becomes unstable.
【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、レーザ加工ヘッド自体を安価で
コンパクトに構成でき、かつ加工レンズでの熱歪が少な
く加工不良の発生しないレーザ加工ヘッドを得ることを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a laser processing head itself can be constructed inexpensively and compactly, and the laser processing head has little thermal distortion and does not cause processing defects. The aim is to get the head.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工ヘッドは、レーザビームを集光するための加工レンズ
を保持するレンズホルダのレーザビームの入射側を、レ
ーザビームの反射体で構成し、レンズホルダに入射する
以前のレーザビームの径路に位置するハウジングの内壁
面を、反射体により反射されたレーザビームの吸収体で
構成したものである。A laser processing head according to the present invention comprises: a lens holder for holding a processing lens for condensing a laser beam; The inner wall surface of the housing located on the path of the laser beam before entering the lens holder is constituted by an absorber of the laser beam reflected by the reflector.
【００１１】[0011]
【作用】この発明におけるレーザ加工ヘッドは、加工レ
ンズを保持するレンズホルダのレーザビームの入射側
を、レーザビームの反射体で構成することにより、加工
レンズに入射するレーザビームの裾野部の部分を反射体
によってすべてを反射し、反射体により反射されたレー
ザビームは、レンズホルダに入射する以前のレーザビー
ムの径路に位置するハウジングの内壁面に構成された吸
収体によって吸射するようにしているので、加工レンズ
の発熱を防止して加工の安定化を図ることができる。According to the laser processing head of the present invention, the laser beam incident side of the lens holder holding the processing lens is constituted by a laser beam reflector, so that the foot portion of the laser beam incident on the processing lens can be reduced. Everything is reflected by the reflector, and the laser beam reflected by the reflector is absorbed by the absorber formed on the inner wall surface of the housing located in the path of the laser beam before entering the lens holder. Therefore, heat generation of the processed lens can be prevented and processing can be stabilized.
【００１２】[0012]
実施例１．図１はこの発明の実施例であるレーザ加工ヘ
ッドの構成を示す断面図である。図において、１はレー
ザビームであり、１ａはレーザビーム１をターゲットに
照射した時のレーザビーム１の平面形状を示し、１ｂは
レーザビーム１のビーム断面強度分布を示し、１ｃはレ
ーザビーム１の裾野部を示している。２はレーザビーム
１を集光し、集光されたレーザビーム１をワーク（被加
工物）３に照射するための加工レンズである。加工レン
ズ２はハウジング４内にてレンズホルダ５，スペーサ６
及び押えネジ７によって保持されている。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a laser processing head according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a laser beam, 1a denotes a plane shape of the laser beam 1 when the target is irradiated with the laser beam 1, 1b denotes a beam cross-sectional intensity distribution of the laser beam 1, and 1c denotes a laser beam 1. The foot part is shown. Reference numeral 2 denotes a processing lens for condensing the laser beam 1 and irradiating the work (workpiece) 3 with the condensed laser beam 1. The processing lens 2 is provided within the housing 4 with the lens holder 5 and the spacer 6.
And the holding screw 7.
【００１３】加工レンズ２により集光されたレーザビー
ム１のワーク３側のハウジング４の開口部には、レーザ
ビーム１が通過する開口９を有するノズル８が取り付け
られ、このノズル８の側面には開口９よりレーザビーム
１と共に出射される加工ガスの加工ガス導入口１０が設
けられている。１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ加工
ガスの洩れを防止するためのＯリングである。レンズホ
ルダ５のレーザビーム１の入射側は、レーザビーム１を
反射する反射体１３で構成されており、レンズホルダ５
に入射する以前のレーザビーム１の径路に位置するハウ
ジング４の内壁面は、反射体１３により反射されたレー
ザビーム１を吸収する吸収体１４で構成されている。ハ
ウジング４には加工レンズ２を間接的に冷却するための
冷却水を流す冷却水路１５が設けられ、又、ハウジング
４の外周面には冷却機能を有する放熱フィン１６が設け
られている。A nozzle 8 having an opening 9 through which the laser beam 1 passes is attached to an opening of the housing 4 on the workpiece 3 side of the laser beam 1 condensed by the processing lens 2. A processing gas inlet 10 for a processing gas emitted together with the laser beam 1 from the opening 9 is provided. Reference numerals 11a, 11b, and 11c denote O-rings for preventing leakage of the processing gas. The incidence side of the laser beam 1 of the lens holder 5 is constituted by a reflector 13 that reflects the laser beam 1.
The inner wall surface of the housing 4 located on the path of the laser beam 1 before entering the laser beam is formed of an absorber 14 that absorbs the laser beam 1 reflected by the reflector 13. The housing 4 is provided with a cooling water passage 15 through which cooling water for indirectly cooling the processing lens 2 is provided, and a radiation fin 16 having a cooling function is provided on the outer peripheral surface of the housing 4.
【００１４】次に、上記この発明の実施例であるレーザ
加工ヘッドの動作について説明する。レーザ発振器（図
示しない）から出射されたレーザビーム１はハウジング
４内のレンズホルダ５に保持された加工レンズ２に入射
し、この加工レンズ２により集光されたレーザビーム１
はワーク３に照射される。上記図２に示される従来例で
説明したように、レーザビーム１はそのモードの差こそ
あれ周囲に向って無限に存在するレーザビーム１の裾野
部１ｃを持っている。この発明の実施例によれば、上記
レーザビーム１の裾野部１ｃは、加工レンズ２に入射す
る以前にレンズホルダ５のレーザビーム１の入射側に構
成された反射体１３によってすべてが反射され、反射体
１３により反射されたレーザビーム１は、レンズホルダ
５に入射する以前のレーザビーム１の径路に位置するハ
ウジング４の内壁面に構成された吸収体１４によってす
べてが吸収されるようになる。Next, the operation of the laser processing head according to the embodiment of the present invention will be described. A laser beam 1 emitted from a laser oscillator (not shown) enters a processing lens 2 held by a lens holder 5 in a housing 4 and is condensed by the processing lens 2.
Is irradiated on the work 3. As described in the conventional example shown in FIG. 2, the laser beam 1 has the foot 1c of the laser beam 1 which exists infinitely toward the surroundings regardless of the mode difference. According to the embodiment of the present invention, all of the foot portion 1c of the laser beam 1 is reflected by the reflector 13 formed on the incident side of the laser beam 1 of the lens holder 5 before being incident on the processing lens 2, All of the laser beam 1 reflected by the reflector 13 is absorbed by the absorber 14 formed on the inner wall surface of the housing 4 located on the path of the laser beam 1 before entering the lens holder 5.
【００１５】大出力加工用ＣＯ2 レーザ等の場合に、例
えばレーザビーム１の波長の１０．６μｍに対してレン
ズホルダ５のレーザビーム１の入射側は金メッキ等の反
射体１３で構成され、又、ハウジング４の内壁面はアル
マイト（Ａｌ2Ｏ3）メッキ等の吸収体１４で構成されて
いる。このような大出力加工用ＣＯ2 レーザでは、反射
体１３によって反射されるレーザビーム１のエネルギー
が大きいために、ハウジング４に設けられた冷却水路１
５に冷却水を流したり、又、ハウジング４の外周面に設
けられた放熱フィン１６によってハウジング４を強制的
に冷却するようにしている。In the case of a CO 2 laser or the like for high-power processing, for example, the incident side of the laser beam 1 of the lens holder 5 for the wavelength of 10.6 μm of the laser beam 1 is constituted by a reflector 13 such as gold plating. The inner wall surface of the housing 4 is formed of an absorber 14 made of alumite (Al 2 O 3 ) plating or the like. In such a high-power processing CO 2 laser, since the energy of the laser beam 1 reflected by the reflector 13 is large, the cooling water channel 1 provided in the housing 4 is provided.
Cooling water is supplied to the housing 5, and the housing 4 is forcibly cooled by radiation fins 16 provided on the outer peripheral surface of the housing 4.
【００１６】[0016]
【発明の効果】以上のように、この発明のレーザ加工ヘ
ッドによれば、レーザビームを集光するための加工レン
ズを保持するレンズホルダのレーザビームの入射側を、
レーザビームの反射体で構成し、レンズホルダに入射す
る以前のレーザビームの径路に位置するハウジングの内
壁面を、反射体により反射されたレーザビームの吸収体
で構成したので、レーザ加工ヘッド自体を安価でコンパ
クトに構成でき、かつ加工レンズでの熱歪が少なく加工
不良の発生しないレーザ加工ヘッドを提供することがで
きるという優れた効果を奏する。As described above, according to the laser processing head of the present invention, the laser beam incident side of the lens holder holding the processing lens for condensing the laser beam is
The laser processing head itself is composed of a laser beam reflector and the inner wall surface of the housing located on the path of the laser beam before entering the lens holder is composed of the absorber of the laser beam reflected by the reflector. An excellent effect is obtained that it is possible to provide a laser processing head which can be formed inexpensively and compactly and has little thermal distortion in a processing lens and does not cause processing defects.
【図１】この発明の実施例であるレーザ加工ヘッドの構
成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a laser processing head according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来のレーザ加工ヘッドの構成を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional laser processing head.
１ レーザビーム １ａ レーザビーム１の平面形状 １ｂ レーザビーム１のビーム断面強度分布 １ｃ レーザビーム１の裾野部 ２ 加工レンズ ３ ワーク（被加工物） ４ ハウジング ５ レンズホルダ ６ スペーサ ７ 押えネジ ８ ノズル ９ 開口 １０ 加工ガス導入口 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ Ｏリング １２ 冷却水路 １３ 反射体 １４ 吸収体 １５ 冷却水路 １６ 放熱フィン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam 1a Planar shape of laser beam 1 1b Beam cross-sectional intensity distribution of laser beam 1 1c Foot of laser beam 1 Processing lens 3 Workpiece (workpiece) 4 Housing 5 Lens holder 6 Spacer 7 Holding screw 8 Nozzle 9 Opening DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Processing gas inlet 11a, 11b, 11c O-ring 12 Cooling channel 13 Reflector 14 Absorber 15 Cooling channel 16 Radiation fin
Claims (1)
の加工レンズを保持すると共に照射されたレーザビーム
を反射する反射体をレーザビームの入射側に備えたレン
ズホルダと、このレンズホルダを内部に備え、このレン
ズホルダとレーザビームの入射側の端部との間に形成さ
れるレーザビームの通過孔の内壁面にレーザビームの吸
収体が設けられたハウジングとを備えたことを特徴とす
るレーザ加工ヘッド。1. A lens holder for converging a laser beam, a lens holder holding the processing lens, and having a reflector for reflecting an irradiated laser beam on an incident side of the laser beam, and an inside of the lens holder. And a housing provided with a laser beam absorber on an inner wall surface of a laser beam passage hole formed between the lens holder and the laser beam incident side end. Laser processing head.
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| JP4019155A JP2757649B2 (en) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | Laser processing head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP4019155A JP2757649B2 (en) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | Laser processing head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05212571A JPH05212571A (en) | 1993-08-24 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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- 1992-02-04 JP JP4019155A patent/JP2757649B2/en not_active Expired - Lifetime
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