JP2817555B2 - Laser processing machine - Google Patents

Laser processing machine

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JP2817555B2
JP2817555B2 JP4340109A JP34010992A JP2817555B2 JP 2817555 B2 JP2817555 B2 JP 2817555B2 JP 4340109 A JP4340109 A JP 4340109A JP 34010992 A JP34010992 A JP 34010992A JP 2817555 B2 JP2817555 B2 JP 2817555B2
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axis direction
laser beam
laser
long axis
mirror
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勉 北川
茂 安達
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームを被加
工物であるワークに照射して溶接や切断等のレーザ加工
を行うレーザ加工機に係り、特にその出射レーザビーム
の断面が楕円形となるレーザ発振器を使用するものに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam machine for irradiating a laser beam to a workpiece as a workpiece to perform laser processing such as welding or cutting. Using a laser oscillator.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6はこの種従来のレーザ加工機におけ
るレーザビームの方向とワークの加工方向との関係を示
す図である。図において、1はCO2レーザ発振器で、
9に示すように、断面形状が長軸長さa、短軸長さbの
楕円形のレーザビームを出射する。なお、断面形状が真
円となるレーザビームを出射するレーザ発振器も存在す
るが、現実にはレーザ共振器の形成、使用出力、レーザ
ビームのモード等種々の条件から楕円形の断面になる場
合が多い。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a view showing the relationship between the direction of a laser beam and the processing direction of a work in a conventional laser processing machine of this kind. In the figure, 1 is a CO 2 laser oscillator,
As shown in FIG. 9, an elliptical laser beam having a major axis length a and a minor axis length b is emitted. Some laser oscillators emit a laser beam whose cross-section is a perfect circle, but in reality, an elliptical cross-section may occur due to various conditions such as the formation of a laser resonator, the output used, and the mode of the laser beam. Many.

【0003】2〜7はレーザ発振器1から出射されたレ
ーザビームLをワーク8の加工位置まで伝送する光学系
10を構成する光学部品で、2は図示しない固定部に取
り付けられた平面ミラー、3は固定部に取り付けられた
ビーム径補正用の凹面ミラー、4は空間座標のY軸方向
(溶接方向)移動部に取り付けられた平面ミラー、5は
X軸方向移動部に取り付けられた平面ミラー、6はZ軸
方向移動部に取り付けられた平面ミラー、7は同じくZ
軸方向移動部に取り付けられた集光ミラーで、ワーク8
上のSに焦点を結ばせる。
Reference numerals 2 to 7 denote optical components constituting an optical system 10 for transmitting a laser beam L emitted from a laser oscillator 1 to a processing position of a work 8; 2 denotes a plane mirror mounted on a fixed portion (not shown); Is a concave mirror for beam diameter correction attached to the fixed part, 4 is a plane mirror attached to the Y-axis direction (welding direction) moving part of space coordinates, 5 is a plane mirror attached to the X-axis direction moving part, 6 is a plane mirror attached to the Z-axis direction moving unit, and 7 is the same Z
The condensing mirror attached to the moving part in the axial direction
Focus on S above.

【0004】8a、8bは突合せ線で当接するワーク
で、溶接時はミラー4〜7が一体でY軸方向YW→YD
向きに移動する構成となっている。
[0004] 8a, 8b in contact with the workpiece at butt line, at welding mirror 4 to 7 has a structure which moves in the direction of Y-axis direction Y W → Y D integrally.

【0005】ここで、図6に示すように、レーザ発振器
1の出射出口におけるレーザビームLの長軸方向がZ軸
方向となっている場合、光学系10を経て集光ミラー7
の焦点Sに形成されるレーザビームLのレーザ加工機
は、図7(1)に拡大して示すように、ワーク8の突合
せ線(溶接方向に相当)に対してその長軸方向が直角に
交叉する形状となる。
Here, as shown in FIG. 6, when the major axis direction of the laser beam L at the exit of the laser oscillator 1 is in the Z-axis direction, the condensing mirror 7 passes through the optical system 10.
7A, the long axis direction of the laser beam machine formed at the focal point S of the laser beam L is perpendicular to the butting line (corresponding to the welding direction) of the work 8 as shown in FIG. It has a crossing shape.

【0006】もし、レーザ発振器1の出射出口における
レーザビームLの長軸方向がX軸方向となっていると、
図7(2)に示すように、ワーク8上に照射されるレー
ザビームLの断面形状9はその長軸方向が突合せ線の方
向と一致する。
If the major axis direction of the laser beam L at the exit of the laser oscillator 1 is the X axis direction,
As shown in FIG. 7B, the cross-sectional shape 9 of the laser beam L irradiated onto the work 8 has its major axis direction coincident with the direction of the butt line.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、レーザ
ビームLの断面形状の長軸方向と溶接方向との関係が異
なると、図8に示すように加工特性が異なってくる。即
ち、溶接速度を一定にして比較すると、溶込み深さはビ
ームの長軸方向と溶接方向とを一致させた方が優れてい
る。このため、同じ出力のレーザ発振器を使用しても、
ビームの長軸方向と溶接方向とが直交する場合には、図
7(1)に示すように、溶接時に未溶融部が生じて十分
な溶接特性が得られない場合が生じ得る。また、溶接中
にレーザ発振器の異常でビームの長軸方向が変化した場
合、この影響で加工特性が変化してワークの溶接仕上が
り品質に、バラツキが生じる。
As described above, if the relationship between the long axis direction of the sectional shape of the laser beam L and the welding direction is different, the processing characteristics are different as shown in FIG. That is, when the welding speed is kept constant, the penetration depth is more excellent when the longitudinal direction of the beam and the welding direction are matched. Therefore, even if a laser oscillator with the same output is used,
When the longitudinal direction of the beam and the welding direction are orthogonal to each other, as shown in FIG. 7A, there may be a case where an unfused portion occurs during welding and sufficient welding characteristics cannot be obtained. Further, when the major axis direction of the beam changes due to an abnormality of the laser oscillator during welding, the processing characteristics change due to the influence, and the welding finish quality of the work varies.

【0008】上記欠点を解決するものとして、例えば実
開平4−54582号公報には、レーザビームの楕円形
の断面形状をほぼ真円の形状に修整する装置が開示され
ている。しかし、この従来装置はレーザ発振器から出射
されたレーザビーム断面の長軸長さaと短軸長さbとの
比により2次元凸レンズの焦点距離を個別に選定する必
要があり、種々の条件での適用を考えた場合、装置が複
雑となって実用的でない。また、ほぼ真円に修整される
位置も、2次元凸レンズの焦点距離fより短いある一点
に限定される。例えば、a/b比が2のとき、2次元凸
レンズのf=1000mmとすると、真円はl=500
mmの位置に限られ、それ以外の位置では依然として楕
円断面のままとなる。従って、最小スポット位置以外の
位置でワークに照射する必要があり、表面処理等熱処理
用としては利用可能であるが、溶接のような高密度エネ
ルギーを必要とするレーザ加工では利用が困難となる。
In order to solve the above-mentioned drawback, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-54582 discloses an apparatus for modifying an elliptical cross-sectional shape of a laser beam into a substantially perfect circular shape. However, in this conventional device, it is necessary to individually select the focal length of the two-dimensional convex lens based on the ratio of the major axis length a to the minor axis length b of the cross section of the laser beam emitted from the laser oscillator. In consideration of the application, the device becomes complicated and impractical. Further, the position to be corrected to a substantially perfect circle is also limited to a certain point shorter than the focal length f of the two-dimensional convex lens. For example, if the a / b ratio is 2 and f = 1000 mm of a two-dimensional convex lens, the perfect circle is l = 500.
mm, and remains elliptical in other positions. Therefore, it is necessary to irradiate the work at a position other than the minimum spot position, and it can be used for heat treatment such as surface treatment. However, it is difficult to use it for laser processing that requires high-density energy such as welding.

【0009】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、レーザ発振器の出射出口におけ
るビーム断面の長軸方向の如何にかかわらず、ワークに
照射されるビームの断面の長軸方向と加工方向との方向
関係が一定となるレーザ加工機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 problems, and has been made in consideration of the length of the cross section of a beam applied to a workpiece regardless of the longitudinal direction of the beam cross section at the exit of a laser oscillator. It is an object of the present invention to obtain a laser beam machine in which the directional relationship between the axial direction and the machining direction is constant.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
るレーザ加工機は、レーザビームをレーザ発振器からワ
ークへ伝送する光学系に、入射角を変換可能な可動ミラ
ーを含み、入射されたレーザビームの断面の長軸方向を
変化させる長軸方向変更機構を備え、上記レーザ発振器
の出射出口におけるレーザビームの断面の長軸方向の如
何にかかわらず、上記ワークに照射されるレーザビーム
の断面の長軸方向と上記ワークの加工方向とを一致させ
るようにしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser processing machine comprising: a movable mirror capable of converting an incident angle into an optical system for transmitting a laser beam from a laser oscillator to a work;
And the long axis direction of the cross section of the incident laser beam.
A long axis direction changing mechanism for changing the length of the laser beam at the emission exit of the laser oscillator, regardless of the long axis direction of the cross section of the laser beam, and processing the work and This is to match the direction.

【0011】この発明の請求項に係るレーザ加工機
は、レーザビームの光軸を囲む周方向に所定の間隔で上
記光軸に対して進退可能に構成された複数のレーザビー
ム検出素子を設け、上記各レーザビーム検出素子による
進退方向ビーム検出端位置からレーザビームの断面の長
軸方向を検出し、この長軸方向がワークの加工方向と一
致するよう長軸方向変更機構を制御するようにしたもの
である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser beam machine including a plurality of laser beam detecting elements configured to be able to advance and retreat from the optical axis at predetermined intervals in a circumferential direction surrounding the optical axis of the laser beam. The major axis direction of the cross section of the laser beam is detected from the forward and backward beam detection end positions of the respective laser beam detecting elements, and the major axis direction coincides with the processing direction of the workpiece.
This is to control the long axis direction changing mechanism so as to match .

【0012】[0012]

【作用】この発明においては、光学系に、長軸方向変更
機構を設け、可動ミラーを駆動してその入射角を調整す
ることにより、例えばレーザ発振器の出射ビーム断面の
傾きを矯正して、ビームの長軸方向とワークの加工方向
常に一致させる
According to the present invention, the optical system has a long axis direction change.
Provide a mechanism and drive the movable mirror to adjust the angle of incidence
By this means, for example,
And correcting the inclination, always match the machining direction of the long axis and the workpiece of the beam.

【0013】更に、所定のレーザビーム検出素子を設け
た場合は、その出力を長軸方向変更機構に送出してビー
ム断面の長軸方向を常にワークの加工方向と一致させ
Further, when a predetermined laser beam detecting element is provided, its output is sent to a long axis direction changing mechanism so that the long axis direction of the beam section always coincides with the processing direction of the workpiece.
You .

【0014】[0014]

【実施例】実施例1. 図1はこの発明の実施例1によるレーザ加工機を示す構
成図である。図において、従来と同一ないし相当部分に
は同一符号を付して説明を省略する。11はこの実施例
で新たに追加した方向変換ユニットで、3個の平面ミラ
ー11a,方向変換ミラーとしての平面ミラー11bお
よび平面ミラー11cとから構成され図示しない固定部
に取り付けられている。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser processing machine according to Embodiment 1 of the present invention. In the drawings, the same or corresponding parts as those in the related art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Reference numeral 11 denotes a direction changing unit newly added in this embodiment, which is composed of three plane mirrors 11a, a plane mirror 11b as a direction changing mirror, and a plane mirror 11c, and is attached to a fixed portion (not shown).

【0015】この内、平面ミラー11aは、その反射面
がZ軸と平行、従って、ビームの長軸方向と平行となる
よう配置され、この平面ミラー11aで反射したレーザ
ビームLの光軸はY軸方向からX軸方向に変化するが、
ビームの長軸方向はZ軸方向を維持する。次に、平面ミ
ラー11bは、その反射面がZ軸と45゜傾斜、従っ
て、ビームの長軸方向とも45゜傾斜するよう配置さ
れ、この平面ミラー11bで反射したレーザビームLの
光軸はX軸方向からZ軸方向に変化するとともに、ビー
ムの長軸方向がZ軸方向からX軸方向に変換される。ま
た、平面ミラー11cは、その反射面がX軸と平行、従
って、ビームの長軸方向と平行となるよう配置され、こ
の平面ミラー21cで反射したレーザビームLの光軸は
Z軸方向から再びY軸方向に戻るが、ビームの長軸方向
はX軸方向を維持する。
Of these, the plane mirror 11a is arranged so that its reflection surface is parallel to the Z axis, and therefore parallel to the long axis direction of the beam. The optical axis of the laser beam L reflected by the plane mirror 11a is Y. It changes from the axial direction to the X-axis direction,
The major axis direction of the beam maintains the Z axis direction. Next, the plane mirror 11b is arranged such that its reflection surface is inclined by 45 ° with respect to the Z axis, and therefore also inclined by 45 ° with the major axis direction of the beam. The optical axis of the laser beam L reflected by this plane mirror 11b is X While changing from the axial direction to the Z-axis direction, the major axis direction of the beam is converted from the Z-axis direction to the X-axis direction. The plane mirror 11c is arranged so that its reflection surface is parallel to the X axis, and thus parallel to the long axis direction of the beam. The optical axis of the laser beam L reflected by the plane mirror 21c is again changed from the Z axis direction. Returning to the Y-axis direction, the long-axis direction of the beam maintains the X-axis direction.

【0016】結局、方向変換ユニット11は、レーザ発
振器1から出射されたレーザビームLを、その光軸方向
を変化させることなくビームの長軸方向をZ軸方向から
X軸方向に変換する機能を有している訳である。そし
て、この方向変換ユニット11を新たに光学系10の光
路上に挿入した結果、図1に示すように、従来と比較し
て、レーザ発振器1の出射出口におけるビームの長軸方
向は同一であるが、光学系10を経て最終的にワーク8
に照射されるビームの長軸方向は溶接方向(突合せ線)
と一致し、高密度エネルギーによる良質な溶接特性が得
られる。
After all, the direction conversion unit 11 has a function of converting the long axis direction of the laser beam L emitted from the laser oscillator 1 from the Z axis direction to the X axis direction without changing the optical axis direction. That is the reason. Then, as a result of newly inserting the direction changing unit 11 on the optical path of the optical system 10, as shown in FIG. 1, the major axis direction of the beam at the emission exit of the laser oscillator 1 is the same as that of the related art. However, the work 8 finally passes through the optical system 10.
The long axis direction of the beam irradiated to the weld is the welding direction (butt line)
And high-quality welding characteristics with high-density energy can be obtained.

【0017】仮に、図1において、レーザ発振器1の出
射出口におけるビームの長軸方向がX軸方向となった場
合は、方向変換ユニット11を取り外して光路上への挿
入を解除し、残りの光学系10で平面ミラー2とレーザ
発振器1との位置調整をすれば、照射ビームの長軸方向
は同様に溶接方向に一致し、良好な溶接品質が得られ
る。
In FIG. 1, if the major axis of the beam at the exit of the laser oscillator 1 becomes the X-axis direction, the direction conversion unit 11 is removed to cancel the insertion into the optical path, and the remaining optical element is removed. If the position of the plane mirror 2 and the laser oscillator 1 is adjusted by the system 10, the major axis direction of the irradiation beam also coincides with the welding direction, and good welding quality can be obtained.

【0018】なお、方向変換ユニット11を光路上へ挿
入、またその解除を行う機構は、図示していないが、適
用されるレーザ装置の構造、制御方式等を加味して最適
な方式のものを採用すればよい。また、この方向変換ユ
ニット11をレーザ発振器1の容器内に収容するように
してもよい。
Although a mechanism for inserting the direction changing unit 11 into the optical path and for releasing the direction changing unit 11 is not shown in the figure, an optimal type is adopted in consideration of the structure of the laser device to be applied, the control method, and the like. Adopt it. Further, the direction changing unit 11 may be accommodated in a container of the laser oscillator 1.

【0019】実施例2. 図2はこの発明の実施例2によるレーザ加工機を示す構
成図である。この実施例では、図1の方向変換ユニット
11に替わって平面ミラー12を方向変換ミラーとして
使用し、これを平面ミラー4,5と同一平面(X−Y平
面)上に配置している。この平面ミラー12は、その反
射面が入射ビームの長軸方向であるZ軸と45゜傾斜し
ており、レーザビームLの光軸をY軸方向からZ軸方向
に変化させるとともに、ビームの長軸方向をZ軸方向か
らY軸方向に変換する。
Embodiment 2 FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing a laser processing machine according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment, a plane mirror 12 is used as a direction changing mirror in place of the direction changing unit 11 of FIG. 1, and this is arranged on the same plane (XY plane) as the plane mirrors 4 and 5. The plane mirror 12 has a reflecting surface inclined by 45 ° with respect to the Z-axis, which is the long-axis direction of the incident beam, and changes the optical axis of the laser beam L from the Y-axis direction to the Z-axis direction. The axis direction is converted from the Z axis direction to the Y axis direction.

【0020】この結果、図1の場合と同様、ワーク8へ
照射されるビームの長軸方向は溶接方向と一致し、良好
な溶接品質が得られる。この場合、1枚のミラー12の
挿入、解除でビーム長軸方向の変換が可能で、その操作
も簡便となり、またミラーの反射ロスによるパワーロス
も最少限にとどめることができる。
As a result, as in the case of FIG. 1, the major axis direction of the beam irradiated on the workpiece 8 coincides with the welding direction, and good welding quality can be obtained. In this case, it is possible to change the direction of the long axis of the beam by inserting and releasing one mirror 12, and the operation is simplified, and the power loss due to the reflection loss of the mirror can be minimized.

【0021】実施例3. 図3はこの発明の実施例3によるレーザ加工機を示す構
成図である。この実施例では、溶接加工の進行とともに
その溶接方向が変化する場合を扱っている。即ち、図3
のワーク8は、例えば箱状体の一面を開口とし、この開
口の周囲にフランジ面を設けたワーク8cおよび8dを
それら両フランジ面同士を重ね合わせフランジ面上の全
周を溶接してガソリンタンクに仕上げるもので、溶接方
向がY軸方向(図3(1))からX軸方向(図3
(2))に変化する。
Embodiment 3 FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing a laser processing machine according to Embodiment 3 of the present invention. This embodiment deals with a case where the welding direction changes with the progress of welding. That is, FIG.
The work 8 has, for example, an opening on one surface of a box-shaped body, and works 8c and 8d provided with a flange surface around the opening are overlapped with each other and welded all over the flange surface to form a gasoline tank. The welding direction is changed from the Y-axis direction (FIG. 3A) to the X-axis direction (FIG. 3A).
(2)).

【0022】光学系10の光学部品としては、平面ミラ
ー4、5と同一平面(X−Y平面)上に、方向変換ミラ
ーとしての平面ミラー13と更に平面ミラー14を設け
ている。ここで、平面ミラー13は後述する光路切り換
えに応じてZ軸のまわりに90゜回動可能となってお
り、また、平面ミラー4はX軸方向に進退可能に構成さ
れている。
As optical components of the optical system 10, a plane mirror 13 as a direction conversion mirror and a plane mirror 14 are provided on the same plane (XY plane) as the plane mirrors 4 and 5. Here, the plane mirror 13 is rotatable by 90 ° around the Z axis in accordance with the switching of the optical path described later, and the plane mirror 4 is configured to be able to advance and retreat in the X axis direction.

【0023】先ず、図3(1)について説明すると、こ
の場合はワーク8の溶接をY軸方向に沿って行うことが
要求されている。ここでは、平面ミラー4が光路上に挿
入され、レーザ発振器1からのレーザビームLは図の実
線で示す光路に沿って、ミラー2→3→4→5→13→
6→7と経由してワーク8に照射される。このとき、平
面ミラー13の反射面は平面ミラー5側を向いており、
かつ、その入射ビームの長軸方向(Z軸方向)と45゜
傾斜しており、レーザビームLの光軸をY軸方向からZ
軸方向に変化させるとともに、ビームの長軸方向をZ軸
方向からY軸方向に変換する。
First, referring to FIG. 3A, in this case, it is required that the work 8 be welded along the Y-axis direction. Here, the plane mirror 4 is inserted on the optical path, and the laser beam L from the laser oscillator 1 is mirrored along the optical path shown by the solid line in the figure, mirrors 2 → 3 → 4 → 5 → 13 →
The work 8 is irradiated via 6 → 7. At this time, the reflection surface of the plane mirror 13 faces the plane mirror 5 side,
Further, the incident beam is inclined by 45 ° with respect to the major axis direction (Z-axis direction), and the optical axis of the laser beam L is shifted from the Y-axis direction by Z.
The beam is changed in the axial direction, and the major axis of the beam is converted from the Z-axis direction to the Y-axis direction.

【0024】次に、図3(2)は、ワーク8の溶接をX
軸方向に沿って行う場合で、ここでは平面ミラー4は光
路上からはずれた後退位置にあり、レーザ発振器1から
のレーザビームLは、図の実線で示す光路に沿って、ミ
ラー2→3→14→13→6→7と経由してワーク8に
照射される。このとき、平面ミラー13の反射面は平面
ミラー14側を向くよう図3(1)の位置からZ軸のま
わりに90゜回動し、かつその入射ビームの長軸方向
(Z軸方向)と45゜傾斜しており、レーザビームLの
光軸をX軸方向からZ軸方向に変化させるとともに、ビ
ームの長軸方向をZ軸方向からX軸方向に変換する。
Next, FIG. 3 (2) shows the welding of the work 8 as X
In this case, the plane mirror 4 is located at a retracted position off the optical path, and the laser beam L from the laser oscillator 1 is applied to the mirror 2 → 3 → along the optical path shown by the solid line in FIG. The work 8 is irradiated via 14 → 13 → 6 → 7. At this time, the reflecting surface of the plane mirror 13 is rotated by 90 ° around the Z axis from the position shown in FIG. 3A so as to face the plane mirror 14 and the longitudinal direction of the incident beam (Z axis direction). The laser beam L is inclined by 45 °, and changes the optical axis of the laser beam L from the X-axis direction to the Z-axis direction, and converts the long-axis direction of the beam from the Z-axis direction to the X-axis direction.

【0025】この実施例の場合、平面ミラー4と13を
連動操作することによって、ワーク8の異なる2方向に
沿う溶接加工を均一の条件で処理することができ、作業
が安定し、溶接品質も向上する。
In this embodiment, by operating the plane mirrors 4 and 13 in an interlocking manner, welding work of the work 8 along two different directions can be processed under uniform conditions, and the work is stabilized and the welding quality is improved. improves.

【0026】実施例4. 図4はこの発明の実施例4によるレーザ加工機を示す構
成図である。ここでは、レーザ発振器1の動作異常等に
よってその出射ビームの長軸方向が、本来の方向(図の
例ではZ軸方向)から角度θだけずれたような場合に、
これを光学系10で矯正して、ワーク8への照射ビーム
は常にその長軸方向が溶接方向と一致するようにしたレ
ーザ加工機について説明する。
Embodiment 4 FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser processing machine according to Embodiment 4 of the present invention. Here, when the major axis direction of the emitted beam is shifted from the original direction (the Z-axis direction in the example in the figure) by an angle θ due to an abnormal operation of the laser oscillator 1 or the like,
A laser processing machine in which this is corrected by the optical system 10 so that the long axis direction of the irradiation beam to the work 8 always coincides with the welding direction will be described.

【0027】先ず、光学系10の光路上に、ミラー15
a、15bおよび15cからなる長軸方向変更機構15
を設けている。この内、ミラー15aは、凹面ミラー3
からのレーザビームLをX−Y平面内でその入射角を任
意に調整可能な構成となっている。ミラー15bはミラ
ー15aからのレーザビームLの光軸をZ軸方向に変化
させ、ミラー15cはそれを更にY軸方向に変化させ、
平面ミラー4に入射させる。ミラー15aがその入射角
を変更すると、それに応じてミラー15b,15cは一
体でY軸方向に移動し、常にミラー15aの反射光がミ
ラー15b,15cに入射するよう連動機構が装備され
ている。
First, the mirror 15 is placed on the optical path of the optical system 10.
a, 15b and 15c long axis direction changing mechanism 15
Is provided. Of these, the mirror 15a is the concave mirror 3
The incident angle of the laser beam L from the XY plane can be adjusted arbitrarily in the XY plane. The mirror 15b changes the optical axis of the laser beam L from the mirror 15a in the Z-axis direction, and the mirror 15c further changes it in the Y-axis direction.
The light is incident on the plane mirror 4. When the angle of incidence of the mirror 15a changes, the mirrors 15b and 15c move integrally in the Y-axis direction accordingly, and an interlocking mechanism is provided so that the reflected light of the mirror 15a always enters the mirrors 15b and 15c.

【0028】次に、16は図5にその詳細構造を示すビ
ーム長軸方向検出装置で、レーザ発振器1の出射出口に
おけるレーザビームLの長軸方向を検出してその検出値
を長軸方向変更機構15へ送出し、ミラー15aはその
検出角度θに基づきその入射角を調整する。
Next, reference numeral 16 denotes a beam major axis direction detector whose detailed structure is shown in FIG. 5, which detects the major axis direction of the laser beam L at the exit of the laser oscillator 1 and changes the detected value in the major axis direction. The mirror 15a adjusts the incident angle based on the detected angle θ.

【0029】図5において、16a〜16hはレーザビ
ーム検出素子としての熱電対で、光軸を囲む周方向に4
5゜の間隔で配置され、光軸中心に対して進退可能に、
図示しない駆動機構に取り付けられている。そして、各
熱電対を外方から内方へ移動させていき、その先端がレ
ーザビームLの外縁に達するとその温度上昇から熱電対
の出力が急変し、この急変時の各熱電対16a〜16h
の進退方向位置情報からレーザビーム断面形状を把握
し、同時にその長軸方向と例えばZ軸方向との角度θを
演算する。
In FIG. 5, reference numerals 16a to 16h denote thermocouples as laser beam detecting elements, which are arranged in a circumferential direction surrounding the optical axis.
It is arranged at an interval of 5 ° and can move forward and backward with respect to the center of the optical axis.
It is attached to a drive mechanism (not shown). Then, each thermocouple is moved inward from the outside, and when the tip reaches the outer edge of the laser beam L, the output of the thermocouple suddenly changes due to its temperature rise, and the thermocouples 16a to 16h at the time of this sudden change
The laser beam cross-sectional shape is grasped from the position information of the forward and backward directions, and the angle θ between the long axis direction and, for example, the Z axis direction is calculated at the same time.

【0030】以上のように、このビーム長軸方向検出装
置16の検出出力θを長軸方向変更機構15に与えるこ
とにより、長軸方向変更機構15はこの傾き角度θの如
何にかかわらず、長軸方向をX軸方向とするレーザビー
ムLを平面ミラー4に向かって出射する。従って、溶接
中にレーザ発振器1の一部に異常が発生して出射ビーム
の長軸方向が変化しても、長軸方向変更機構15が直ち
にそれに応答してそのずれを矯正し、ワーク8への照射
ビームの長軸方向が常に溶接方向と一致する安定した運
転特性が得られる。
As described above, the detection output θ of the beam major axis direction detecting device 16 is given to the major axis direction changing mechanism 15 so that the major axis direction changing mechanism 15 can change the beam length regardless of the tilt angle θ. A laser beam L whose axial direction is the X-axis direction is emitted toward the plane mirror 4. Therefore, even if an abnormality occurs in a part of the laser oscillator 1 during welding and the major axis direction of the emitted beam changes, the major axis direction changing mechanism 15 immediately responds to the deviation and corrects the deviation. The stable operation characteristic that the long axis direction of the irradiation beam always coincides with the welding direction is obtained.

【0031】また、この装置は、レーザ発振器1の出射
ビームの長軸方向が一定に保たれている場合に、逆に長
軸方向変更機構15を駆動してその出射ビームの長軸方
向を強制的に変換し、図3で説明したような溶接方向が
2方向にわたるワーク8に適用することもできる。
When the long axis direction of the output beam from the laser oscillator 1 is kept constant, the apparatus drives the long axis direction changing mechanism 15 to forcibly change the long axis direction of the output beam. This can be applied to the work 8 in which the welding direction extends in two directions as described with reference to FIG.

【0032】実施例5. なお、上記各実施例では、ワーク8に照射するレーザビ
ームの長軸方向を溶接方向と常に一致させることを目標
にした場合について説明したが、加工方法によっては逆
に長軸方向が加工方法と常に直交するようにした方がよ
い場合もある。例えば、レーザービームにより表面熱処
理等を行う場合には、一定の面積内に均等な加熱効果を
加えることが要求される。この発明はこのような場合に
も同様に適用することができ同等の効果を奏する。
Embodiment 5 FIG. In each of the above-described embodiments, a case has been described in which the long-axis direction of the laser beam irradiating the workpiece 8 is always set to coincide with the welding direction. However, depending on the processing method, the long-axis direction is opposite to the processing method. In some cases, it is always better to make them orthogonal. For example, when performing a surface heat treatment or the like by a laser beam, it is required to apply a uniform heating effect within a certain area. The present invention can be similarly applied to such a case and has the same effect.

【0033】実施例6. また、上記各実施例で示した光学系10は、その一例に
過ぎず、例えば、ミラー2や3はなくてもよく、また、
ミラー6と集光ミラー7を使用する替わりにZ軸に垂直
な集光レンズを用いてもよい。
Embodiment 6 FIG. The optical system 10 shown in each of the above embodiments is merely an example, and for example, the mirrors 2 and 3 may not be provided.
Instead of using the mirror 6 and the condenser mirror 7, a condenser lens perpendicular to the Z axis may be used.

【0034】実施例7. 更に、図4の実施例では長軸方向変更機構15をビーム
長軸方向検出装置16を組み合わせて使用しているが、
長軸方向変更機構15のみを採用し、ビームの長軸方向
を適宜変換する構成としてもよい。
Embodiment 7 FIG. Further, in the embodiment of FIG. 4, the long axis direction changing mechanism 15 is used in combination with the beam long axis direction detection device 16,
A configuration may be adopted in which only the long axis direction changing mechanism 15 is employed to appropriately change the long axis direction of the beam.

【0035】[0035]

【発明の効果】この発明は以上のように、その光学系
所定の長軸方向変更機構を設けることにより、ビームの
長軸方向を連続的に変換することが可能となり、ワーク
に照射するビーム断面の長軸方向と加工方向とを一致さ
せたので、均一で加工種別に適した良質な加工特性が得
られる。
As described above, the present invention relates to the optical system .
By providing a predetermined long axis direction change mechanism, the beam
Since the long axis direction can be continuously converted, and the long axis direction of the beam cross section irradiating the workpiece is made to coincide with the processing direction, uniform and high-quality processing characteristics suitable for the processing type can be obtained.

【0036】更に、所定のレーザビーム検出素子により
ビームの長軸方向を検出しこれと連動して上記長軸方向
変更機構を制御することにより、長軸方向の傾きを常に
ワー クの加工方向と一致するように矯正することができ
る。
Further, the long axis direction of the beam is detected by a predetermined laser beam detecting element, and the long axis direction changing mechanism is controlled in conjunction with the detection, so that the long axis direction inclination is always kept.
It can be corrected to match the working direction of the word click.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施例1によるレーザ加工機を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a laser processing machine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施例2によるレーザ加工機を示
す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a laser processing machine according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施例3によるレーザ加工機を示
す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a laser processing machine according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施例4によるレーザ加工機を示
す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser processing machine according to Embodiment 4 of the present invention.

【図5】 図4のビーム長軸方向検出装置16の詳細を
示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing details of a beam long axis direction detection device 16 of FIG. 4;

【図6】 従来のレーザ加工機を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional laser beam machine.

【図7】 集光ミラーの焦点位置におけるレーザビーム
Lの断面長軸方向と突合せ線との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the direction of the major axis of the cross section of the laser beam L at the focal position of the focusing mirror and the butting line.

【図8】 レーザビームの断面長軸方向と溶接方向との
関係が加工条件に及ぼす影響を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing an influence of a relationship between a longitudinal direction of a cross section of a laser beam and a welding direction on a processing condition.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器、8 ワーク、9 レーザビームの断
面形状、 10 光学系、11 方向変換ユニット、 11b,12,13 方向変換ミラー、15 長軸方向
変更機構、 16 ビーム長軸方向検出装置、16a等 熱電対。
Reference Signs List 1 laser oscillator, 8 work, 9 laser beam cross-sectional shape, 10 optical system, 11 direction conversion unit, 11b, 12, 13 direction conversion mirror, 15 long axis direction change mechanism, 16 beam long axis direction detection device, 16a, etc. versus.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 B23K 26/06──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 26/00 B23K 26/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ発振器から出射された断面が楕円
形のレーザビームを、光学系を介して伝送し、加工すべ
きワークのその加工方向に沿って照射するようにしたレ
ーザ加工機において、上記光学系に、入射角を変換可能
な可動ミラーを含み、入射されたレーザビームの断面の
長軸方向を変化させる長軸方向変更機構を備え、上記レ
ーザ発振器の出射出口におけるレーザビームの断面の長
軸方向の如何にかかわらず、上記ワークに照射されるレ
ーザビームの断面の長軸方向と上記ワークの加工方向と
を一致させるようにしたことを特徴とするレーザ加工
機。
The method according to claim 1 laser beam cross section emitted from the laser oscillator is elliptical, and transmitted through the optical system in the laser processing machine so as to irradiate along the machining direction of the workpiece to be machined, the Incident angle can be converted to optical system
Of the cross section of the incident laser beam
A long axis direction changing mechanism for changing the long axis direction is provided, regardless of the long axis direction of the cross section of the laser beam at the exit of the laser oscillator, regardless of the long axis direction of the cross section of the laser beam applied to the work. A laser processing machine wherein the processing direction of the work is matched.
【請求項2】 レーザビームの光軸を囲む周方向に所定
の間隔で上記光軸に対して進退可能に構成された複数の
レーザビーム検出素子を設け、上記各レーザビーム検出
素子による進退方向ビーム検出端位置からレーザビーム
の断面の長軸方向を検出し、この長軸方向がワークの加
工方向と一致するよう長軸方向変更機構を制御するよう
にしたことを特徴とする請求項記載のレーザ加工機。
2. A plurality of laser beam detecting elements which are configured to be able to advance and retreat with respect to the optical axis at predetermined intervals in a circumferential direction surrounding the optical axis of the laser beam. The major axis direction of the cross section of the laser beam is detected from the detection end position, and this major axis direction is applied to the workpiece.
Laser processing machine according to claim 1, characterized in that so as to control the longitudinal direction changing mechanism to match the engineering direction.
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