JP3514129B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Laser processing equipment

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JP3514129B2
JP3514129B2 JP22238798A JP22238798A JP3514129B2 JP 3514129 B2 JP3514129 B2 JP 3514129B2 JP 22238798 A JP22238798 A JP 22238798A JP 22238798 A JP22238798 A JP 22238798A JP 3514129 B2 JP3514129 B2 JP 3514129B2
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laser beam
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザビー
ムのエネルギを用いて、溶接、接合、穿設、切断、除
去、改質等を行うためのレーザ加工装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for performing welding, joining, drilling, cutting, removing, modifying, etc. by using the energy of a plurality of laser beams.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のレーザ加工技術として、単一のレ
ーザビームを用いたものが広く普及している。また、複
数のレーザビームを用いたレーザ加工技術が、特開平9-
300087号公報等に開示されている。
2. Description of the Related Art As a conventional laser processing technique, one using a single laser beam is widely used. Moreover, a laser processing technique using a plurality of laser beams is disclosed in
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 300087.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
レーザ加工技術では、レーザビームの移動速度が速くな
るほど、キーホールが不安定となる。その結果、キーホ
ール深さが浅くなることにより、反射光も多くなる。す
なわち、レーザビームの移動速度が速い場合は、溶融深
さが浅くなるという問題があった。
However, in the former laser processing technique, the faster the moving speed of the laser beam, the more unstable the keyhole becomes. As a result, since the keyhole depth becomes shallower, the reflected light also increases. That is, when the moving speed of the laser beam is high, there is a problem that the melting depth becomes shallow.

【0004】後者のレーザ加工技術では、図9に示すよ
うに、互いに異なる光軸のレーザビーム90,92の焦
点90f,92fを、被加工物94の一点96に集中さ
せて照射している。そのため、被加工物94の位置がレ
ーザビーム90,92の光軸方向に変動すると、レーザ
ビーム90,92が被加工物94上の一点に集まらなく
なるので、十分な加工ができなくなるという問題があっ
た。また、レーザビーム90,92を被加工物94上で
移動させるとき、移動方向によって溶融深さが異なると
いう問題もあった。これは、レーザビーム90,92の
互いの位置関係に方向性があることに起因していると思
われる。
In the latter laser processing technique, as shown in FIG. 9, the focal points 90f and 92f of the laser beams 90 and 92 having mutually different optical axes are focused and irradiated on one point 96 of the workpiece 94. Therefore, when the position of the workpiece 94 changes in the optical axis direction of the laser beams 90 and 92, the laser beams 90 and 92 do not gather at one point on the workpiece 94, which causes a problem that sufficient processing cannot be performed. It was Further, when the laser beams 90 and 92 are moved on the workpiece 94, there is a problem that the melting depth differs depending on the moving direction. It is considered that this is because the positional relationship between the laser beams 90 and 92 is directional.

【0005】[0005]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、次の〜の
いずれかを達成した、レーザ加工装置を提供することに
ある。.レーザビームの移動速度が速くても、十分な
溶融深さが得られる。.被加工物の位置がレーザビー
ムの光軸方向に変動しても、複数のレーザビームが分か
れない。.レーザビームの移動方向によって、溶融深
さが変化しない。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that achieves any of the following items. . Even if the moving speed of the laser beam is high, a sufficient melting depth can be obtained. . Even if the position of the work piece varies in the optical axis direction of the laser beam, the plurality of laser beams are not separated. . The melting depth does not change depending on the moving direction of the laser beam.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のレーザ加
工装置は、レーザビームを発生させる複数のレーザ共振
器と、これらのレーザ共振器から発生した複数のレーザ
ビームに対して光軸を一致させて混合するビーム混合手
段と、前記複数のレーザ共振器のうちの少なくとも一つ
のレーザ共振器と前記ビーム混合手段との間に設けら
れ、残りの前記レーザ共振器から発生するレーザビーム
の焦点位置に対する、前記少なくとも一つのレーザ共振
器から発生するレーザビームの相対的な焦点位置を、自
在に移動可能とする第一の焦点位置可変手段と、このビ
ーム混合手段で混合されたレーザビームを被加工物へ照
射するビーム照射手段と、前記ビーム混合手段で混合さ
れたレーザビームの焦点位置と前記被加工物との位置ず
れを検出するギャップセンサと、前記ビーム混合手段と
前記ビーム照射手段との間に設けられ、前記ギャップ
ンサからの位置ずれのデータに基づき、前記ビーム混合
手段で混合されたレーザビームの焦点位置を自在に移動
可能とする第二の焦点位置可変手段と、を備えたもので
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus in which a plurality of laser resonators for generating a laser beam and optical axes of the plurality of laser resonators are aligned with each other. Beam mixing means for mixing by mixing, and at least one of the plurality of laser resonators
Provided between the laser resonator and the beam mixing means.
And the remaining laser beam generated from the laser cavity
The at least one laser resonance with respect to the focal position of
The relative focus position of the laser beam generated from the
A first focal position changing means that is movable in the present position, a beam irradiating means that irradiates the workpiece with the laser beam mixed by the beam mixing means, and a beam mixing means that mixes by the beam mixing means.
Position of the focused laser beam and the workpiece
A gap sensor for detecting this, and the beam mixing means
Provided between said beam irradiation means, the gap Se
Beam mixing based on displacement data from the sensor
Freely move the focus position of laser beam mixed by means
And a second focus position changing means that enables the second focus position .

【0007】複数のレーザビームは光軸が一致したま
ま、被加工物へ照射される。そのため、被加工物の位置
がどのように変動しても、複数のレーザビームは分かれ
ない。また、被加工物上において複数のレーザビームの
互いの位置関係に方向性はないので、移動方向によって
溶融深さが変化することもない。
The plurality of laser beams are applied to the work piece with their optical axes aligned. Therefore, no matter how the position of the workpiece changes, the plurality of laser beams are not separated. Further, since the positional relationship between the plurality of laser beams is not directional on the workpiece, the melting depth does not change depending on the moving direction.

【0008】請求項2記載のレーザ加工装置は、レーザ
ビームを発生させる複数のレーザ共振器と、これらのレ
ーザ共振器から発生した複数のレーザビームに対して光
軸を一致させて混合するビーム混合手段と、このビーム
混合手段と前記複数のレーザ共振器との間に設けられ、
前記複数のレーザビームの焦点位置をそれぞれ自在に移
動可能とする複数の焦点位置可変手段と、前記ビーム混
合手段で混合されたレーザビームを被加工物へ照射する
ビーム照射手段と、を備えたものである。
[0008] The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the laser
The multiple laser cavities that generate the beam and the
Light for multiple laser beams emitted from a laser
Beam mixing means for mixing by aligning the axes and this beam
Provided between the mixing means and the plurality of laser resonators,
The focus positions of the laser beams can be freely moved.
A plurality of movable focus position changing means and the beam mixing means.
Irradiate the workpiece with the laser beam mixed by the coupling means
Beam irradiating means.

【0009】請求項3記載のレーザ加工装置は、請求項
1又は2記載のレーザ加工装置において、前記複数のレ
ーザビームは第一及び第二のレーザビームからなり、前
記ビーム混合手段は、前記第一のレーザビームが照射さ
れる第一の照射面と、前記第二のレーザビームが照射さ
れる第二の照射面とを有し、前記第一のレーザビームを
前記第一の照射面で反射させ、前記第二のレーザビーム
を前記第二の照射面で透過させるダイクロイックミラー
と、このダイクロイックミラーを収容する防塵筐体と、
前記第一の照射面を僅かに透過する前記第一のレーザビ
ームを検出する光検出器とを備えた、というものであ
る。第一のレーザビームはダイクロイックミラーを僅か
に透過する。そこで、ダイクロイックミラーを透過した
第一のレーザビームを検出する光検出器を設けることに
より、ダイクロイックミラーの劣化や損傷を検出する。
すなわち、光検出器で検出された第一のレーザビームが
異常であれば、ダイクロイックミラーの劣化や損傷が生
じたと判断できる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser processing apparatus according to the third aspect.
In the laser processing apparatus according to 1 or 2, the plurality of laser
The laser beam consists of the first and second laser beams,
The beam mixing means is irradiated with the first laser beam.
And the second laser beam is irradiated.
And a second irradiation surface that is
The second laser beam reflected by the first irradiation surface
Dichroic mirror that transmits light on the second irradiation surface
And a dustproof housing that houses this dichroic mirror,
The first laser beam slightly passing through the first irradiation surface.
With a photodetector for detecting
It The first laser beam passes through the dichroic mirror
See through. So I passed through the dichroic mirror
Providing a photodetector to detect the first laser beam
More, the deterioration and damage of the dichroic mirror are detected.
That is, the first laser beam detected by the photodetector
If it is abnormal, the dichroic mirror may be deteriorated or damaged.
It can be judged that it is closed.

【0010】請求項4記載のレーザ加工装置は、請求項
1、2又は3記載のレーザ加工装置において、前記複数
のレーザビームは波長の短いレーザビームと波長の長い
レーザビームとからなり、前記波長の短いレーザビーム
の前記被加工物に対する焦点位置を、前記波長の長いレ
ーザビームの前記被加工物に対する焦点位置よりも深く
する、というものである。光軸上に焦点が複数形成され
るので、より深い溶融深さが得られる。
A laser processing apparatus according to a fourth aspect is the following.
1. The laser processing apparatus according to 1, 2, or 3 , wherein the plurality of
Laser beam has short wavelength and long wavelength
A laser beam consisting of a laser beam with a short wavelength
Of the focal point of the
-Deeper than the focus position of the laser beam with respect to the workpiece
To do. Since a plurality of focal points are formed on the optical axis, a deeper melting depth can be obtained.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るレーザ加工
装置の第一実施形態を示す構成図である。以下、この図
面に基づき説明する。
1 is a block diagram showing a first embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing.

【0012】本実施形態のレーザ加工装置10は、レー
ザビームA,Bを発生させるレーザ共振器12A,12
Bと、レーザ共振器12A,12Bから発生したレーザ
ビームA,Bに対して光軸Aa,Baを一致させて混合
するビーム混合手段14と、ビーム混合手段14で混合
されたレーザビームA,Bを被加工物94へ照射するビ
ーム照射手段16と、レーザビームA,Bの焦点Af,
Bfを自在に移動することができる焦点位置可変手段1
8,20とを備えている。
The laser processing apparatus 10 according to the present embodiment includes laser resonators 12A and 12 that generate laser beams A and B, respectively.
B, a beam mixing means 14 for mixing the laser beams A, B generated from the laser resonators 12A, 12B by matching the optical axes Aa, Ba, and the laser beams A, B mixed by the beam mixing means 14. Beam irradiation means 16 for irradiating the workpiece 94 with the laser beam A and the focal points Af of the laser beams A and B.
Focus position changing means 1 capable of freely moving Bf
8 and 20 are provided.

【0013】レーザ共振器12Aは炭酸ガスレーザ(波
長10.6〔μm〕)であり、レーザ共振器12BはYAG
レーザ(波長1.06〔μm〕)である。レーザ共振器12
A,12Bには、それぞれ戻り光反射膜付きミラー22
A,22Bが設けられている。戻り光反射膜付きミラー
22A,22Bは、レーザビームA,Bの戻り光をレー
ザ共振器12A,12へ入れないようにすることで、レ
ーザ共振器12A,12Bを保護する。戻り光反射膜付
きミラー22Aとビーム混合手段14との間には反射鏡
24が設けられている。
The laser resonator 12A is a carbon dioxide gas laser (wavelength 10.6 [μm]), and the laser resonator 12B is YAG.
It is a laser (wavelength 1.06 [μm]). Laser resonator 12
Mirrors 22 with a return light reflection film are provided on A and 12B, respectively.
A and 22B are provided. The mirrors 22A, 22B with the return light reflection film protect the laser resonators 12A, 12B by preventing the return light of the laser beams A, B from entering the laser resonators 12A, 12. A reflecting mirror 24 is provided between the mirror 22A having a return light reflecting film and the beam mixing means 14.

【0014】ビーム混合手段14は、レーザビームAを
透過させるとともにレーザビームBを反射させるダイク
ロイックミラー141と、ダイクロイックミラー141
を収容する防塵筐体142とからなる。レーザビームA
はダイクロイックミラー141を45°の入射角で透過
し、レーザビームBはダイクロイックミラー141を45
°の入射角で反射することにより、それぞれの光軸A
a,Baが一致する。
The beam mixing means 14 transmits a laser beam A and reflects the laser beam B, and a dichroic mirror 141 and a dichroic mirror 141.
And a dust-proof housing 142 for housing. Laser beam A
Is transmitted through the dichroic mirror 141 at an incident angle of 45 °, and the laser beam B is transmitted through the dichroic mirror 141 by 45 °.
By reflecting at an incident angle of °, each optical axis A
a and Ba match.

【0015】ビーム照射手段16は、凹面鏡161から
なり、図示しない移動機構により、所望の加工位置へ移
動させることができる。
The beam irradiation means 16 comprises a concave mirror 161 and can be moved to a desired processing position by a moving mechanism (not shown).

【0016】焦点位置可変手段18は可変形ミラー18
1からなり、焦点位置可変手段20は可変形ミラー20
1,202からなる。可変形ミラー181,201,2
02は、電流値に応じて変形するピエゾアクチュエータ
(図示せず)と、ピエゾアクチュエータで発生する力に
よって凹面から凸面まで連続的に変形する金属反射膜
(図示せず)とを備えることにより、電気信号によって
鏡面の曲率が変化するものである。可変形ミラー18
1,…の凹凸を制御することによって、レーザビーム
A,Bの集光点でのスポット径、焦点位置、焦点深度等
を、光学部品の光路長方向への移動を伴うことなく任意
に設定できる。このような可変形ミラーは、ドイツDI
EHL社から「Adaptive Optics」として販売されてい
る。
The focus position changing means 18 is a deformable mirror 18.
1, the focus position changing means 20 is a deformable mirror 20.
It consists of 1,202. Deformable mirrors 181, 201, 2
02 includes a piezoelectric actuator (not shown) that deforms according to a current value, and a metal reflective film (not shown) that continuously deforms from a concave surface to a convex surface by a force generated by the piezoelectric actuator, The signal changes the curvature of the mirror surface. Deformable mirror 18
By controlling the concavities and convexities of 1, ..., the spot diameter, focus position, depth of focus, etc. at the condensing point of the laser beams A, B can be arbitrarily set without moving the optical components in the optical path length direction. . Such a deformable mirror is a German DI
It is sold as "Adaptive Optics" by EHL.

【0017】焦点位置可変手段20は、戻り光反射膜付
きミラー22Bとビーム混合手段14との間に設けられ
ている。戻り光反射膜付きミラー22Bを透過したレー
ザビームBは、可変形ミラー201で反射した後、可変
形ミラー202で反射し、続いてビーム混合手段14へ
進む。焦点位置可変手段20によって、レーザビームA
の焦点位置に対して、レーザビームBの焦点位置を任意
に設定できる。
The focal position changing means 20 is provided between the mirror 22B with the return light reflection film and the beam mixing means 14. The laser beam B that has passed through the mirror 22B with the return light reflection film is reflected by the deformable mirror 201, then by the deformable mirror 202, and then proceeds to the beam mixing means 14. The focal position changing means 20 causes
The focus position of the laser beam B can be arbitrarily set with respect to the focus position of.

【0018】焦点位置可変手段18は、ビーム混合手段
14とビーム照射手段16との間に設けられている。焦
点位置可変手段18,20によって、レーザビームA,
Bの集光状態を一致させたり異ならせたりすることが可
能となる。また、焦点Af,Bfと被加工物94との位
置ずれを検出するギャップセンサ(図示せず)と、ギャ
ップセンサから位置ずれのデータに基づき可変形ミラー
181の凹凸を制御するコントローラ(図示せず)とに
より、被加工物94に対して焦点Af,Bfの位置を補
正することができる。
The focus position changing means 18 is provided between the beam mixing means 14 and the beam irradiation means 16. By the focus position changing means 18 and 20, the laser beam A,
It is possible to make the light collection states of B coincide or different. Further, a gap sensor (not shown) that detects the positional deviation between the focal points Af and Bf and the workpiece 94, and a controller (not shown) that controls the irregularities of the deformable mirror 181 based on the positional deviation data from the gap sensor. ), The positions of the focal points Af and Bf with respect to the workpiece 94 can be corrected.

【0019】レーザ加工装置10は、二つの可変形ミラ
ー201,202からなる焦点位置可変手段20を有す
るので、レーザビームBの発散角がレーザビームAより
も著しく大きい場合、及びレーザビームA,Bの合計出
力が5〔kW〕以下の場合に適している。
Since the laser processing apparatus 10 has the focus position changing means 20 including the two deformable mirrors 201 and 202, when the divergence angle of the laser beam B is significantly larger than that of the laser beam A, and when the laser beams A and B are used. Is suitable for a total output of 5 [kW] or less.

【0020】図2は、レーザ加工装置10による被加工
物94の溶接状態を示し、図2〔1〕が平面図、図2
〔2〕が図2〔1〕におけるII−II線縦断面図である。
以下、図1及び図2に基づき、レーザ加工装置10の動
作を説明する。
FIG. 2 shows a welding state of the workpiece 94 by the laser processing apparatus 10. FIG. 2 [1] is a plan view and FIG.
[2] is a vertical sectional view taken along line II-II in FIG. 2 [1].
The operation of the laser processing apparatus 10 will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0021】レーザビームA,Bは被加工物94上を矢
印26の方向に進んでいる。レーザビームA,Bが照射
されている部分にはキーホール941が形成され、レー
ザビームA,Bが既に照射された部分には溶接ビード9
42が形成されている。
The laser beams A and B travel on the workpiece 94 in the direction of arrow 26. A keyhole 941 is formed in a portion irradiated with the laser beams A and B, and a welding bead 9 is formed in a portion already irradiated with the laser beams A and B.
42 is formed.

【0022】レーザビームA,Bは光軸Aa,Baが一
致したまま、被加工物94へ照射される。そのため、被
加工物94の位置が変動しても、レーザビームA,Bは
分かれない。また、被加工物94上においてレーザビー
ムA,Bの互いの位置関係に方向性はないので、移動方
向によって溶融深さが変化することもない。更に、レー
ザビームA,Bの焦点Af,Bfの位置が異なることに
より、一本の光軸Aa,Ba上に二つの焦点Af,Bf
が形成されるので、より深い溶融深さが得られる。した
がって、高速溶接時でも良好な溶接状態が維持される。
なお、焦点Af,Bfの位置は、図のように焦点Afを
浅く焦点Bfを深くするのに限らず、焦点Afを深く焦
点Bfを浅くしてもよく、図8に示す例のようにしても
よい。
The laser beams A and B are applied to the workpiece 94 while the optical axes Aa and Ba are aligned. Therefore, even if the position of the workpiece 94 changes, the laser beams A and B are not separated. Further, since the positional relationship between the laser beams A and B on the workpiece 94 has no directivity, the melting depth does not change depending on the moving direction. Further, since the positions of the focal points Af and Bf of the laser beams A and B are different, the two focal points Af and Bf are arranged on one optical axis Aa and Ba.
Is formed, a deeper melting depth is obtained. Therefore, a good welding state is maintained even during high-speed welding.
The positions of the focal points Af and Bf are not limited to the shallow focal point Af and the deep focal point Bf as shown in the figure, and the focal point Af may be deep and the focal point Bf may be shallow, as shown in FIG. Good.

【0023】図3は、本発明に係るレーザ加工装置の第
二実施形態を示す構成図である。以下、この図面に基づ
き説明する。ただし、図1と同一部分は同一符号を付す
ことにより重複説明を省略する。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG.

【0024】本実施形態のレーザ加工装置30は、レー
ザビームA,Bを発生させるレーザ共振器12A,12
Bと、レーザ共振器12A,12Bから発生したレーザ
ビームA,Bに対して光軸Aa,Baを一致させて混合
するビーム混合手段14と、ビーム混合手段14で混合
されたレーザビームA,Bを被加工物94へ照射するビ
ーム照射手段16と、レーザビームA,Bの焦点Af,
Bfを自在に移動することができる焦点位置可変手段2
0,32とを備えている。
The laser processing apparatus 30 of the present embodiment includes laser resonators 12A and 12 for generating laser beams A and B, respectively.
B, a beam mixing means 14 for mixing the laser beams A, B generated from the laser resonators 12A, 12B by matching the optical axes Aa, Ba, and the laser beams A, B mixed by the beam mixing means 14. Beam irradiation means 16 for irradiating the workpiece 94 with the laser beam A and the focal points Af of the laser beams A and B.
Focus position changing means 2 capable of freely moving Bf
0 and 32 are provided.

【0025】焦点位置可変手段32は、可変形ミラー3
21からなり、戻り光反射膜付きミラー22Aとビーム
混合手段14との間に設けられている。戻り光反射膜付
きミラー22Aを透過したレーザビームAは、可変形ミ
ラー321で反射した後、ビーム混合手段14へ進む。
可変形ミラー321によって、レーザビームAの焦点A
fの位置を任意に設定できる。また、ビーム混合手段1
4とビーム照射手段16との間には、反射鏡34が設け
られている。
The focus position changing means 32 is a deformable mirror 3.
21 and is provided between the return light reflection film-attached mirror 22A and the beam mixing means 14. The laser beam A that has passed through the mirror 22A with the return light reflection film is reflected by the deformable mirror 321 and then advances to the beam mixing means 14.
With the deformable mirror 321, the focal point A of the laser beam A is
The position of f can be set arbitrarily. Also, the beam mixing means 1
A reflecting mirror 34 is provided between the beam irradiation unit 4 and the beam irradiation unit 16.

【0026】レーザ加工装置30は、二つの可変形ミラ
ー201,202からなる焦点位置可変手段20を有す
るので、レーザビームBの発散角がレーザビームAより
も著しく大きい場合、及びレーザビームA,Bの合計出
力が5〔kW〕以上の場合に適している。
Since the laser processing apparatus 30 has the focus position changing means 20 consisting of the two deformable mirrors 201 and 202, when the divergence angle of the laser beam B is significantly larger than that of the laser beam A and when the laser beams A and B are used. Is suitable for a total output of 5 [kW] or more.

【0027】図4は、本発明に係るレーザ加工装置の第
三実施形態を示す構成図である。以下、この図面に基づ
き説明する。ただし、図1及び図3と同一部分は同一符
号を付すことにより重複説明を省略する。
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG. 1 and FIG.

【0028】本実施形態のレーザ加工装置40は、レー
ザビームA,Bを発生させるレーザ共振器12A,12
Bと、レーザ共振器12A,12Bから発生したレーザ
ビームA,Bに対して光軸Aa,Baを一致させて混合
するビーム混合手段14と、ビーム混合手段14で混合
されたレーザビームA,Bを被加工物94へ照射するビ
ーム照射手段16と、レーザビームA,Bの焦点Af,
Bfを自在に移動することができる焦点位置可変手段3
2,42とを備えている。
The laser processing apparatus 40 of this embodiment includes laser resonators 12A and 12 for generating laser beams A and B, respectively.
B, a beam mixing means 14 for mixing the laser beams A, B generated from the laser resonators 12A, 12B by matching the optical axes Aa, Ba, and the laser beams A, B mixed by the beam mixing means 14. Beam irradiation means 16 for irradiating the workpiece 94 with the laser beam A and the focal points Af of the laser beams A and B.
Focus position changing means 3 capable of freely moving Bf
2 and 42 are provided.

【0029】焦点位置可変手段42は、可変形ミラー4
21からなり、戻り光反射膜付きミラー22Bとビーム
混合手段14との間に、反射鏡44とともに設けられて
いる。戻り光反射膜付きミラー22Bを透過したレーザ
ビームBは、反射鏡44で反射した後、可変形ミラー4
21で反射し、続いてビーム混合手段14へ進む。可変
形ミラー421によって、レーザビームBの焦点Bfの
位置を任意に設定できる。
The focal position changing means 42 is the deformable mirror 4
21 and is provided together with the reflecting mirror 44 between the mirror 22B with the return light reflection film and the beam mixing means 14. The laser beam B that has passed through the mirror 22B with the returning light reflection film is reflected by the reflecting mirror 44, and then is deformed.
It reflects at 21, and then proceeds to the beam mixing means 14. The position of the focal point Bf of the laser beam B can be arbitrarily set by the deformable mirror 421.

【0030】レーザ加工装置40は、可変形ミラー32
1からなる焦点位置可変手段32及び可変形ミラー42
1からなる焦点位置可変手段42を有するので、レーザ
ビームA,Bの発散角が比較的小さい場合、及びレーザ
ビームA,Bの合計出力が5〔kW〕以上の場合に適し
ている。
The laser processing apparatus 40 includes a deformable mirror 32.
Focus position changing means 32 and deformable mirror 42
Since the focal position changing means 42 consisting of 1 is provided, it is suitable when the divergence angle of the laser beams A and B is relatively small and when the total output of the laser beams A and B is 5 [kW] or more.

【0031】図5は、本発明に係るレーザ加工装置の第
四実施形態を示す構成図である。以下、この図面に基づ
き説明する。ただし、図1及び図4と同一部分は同一符
号を付すことにより重複説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG. 1 and FIG.

【0032】本実施形態のレーザ加工装置50は、レー
ザビームA,Bを発生させるレーザ共振器12A,12
Bと、レーザ共振器12A,12Bから発生したレーザ
ビームA,Bに対して光軸Aa,Baを一致させて混合
するビーム混合手段14と、ビーム混合手段14で混合
されたレーザビームA,Bを被加工物94へ照射するビ
ーム照射手段16と、レーザビームA,Bの焦点Af,
Bfを自在に移動することができる焦点位置可変手段1
8,42とを備えている。
The laser processing apparatus 50 of the present embodiment has laser resonators 12A and 12A for generating laser beams A and B, respectively.
B, a beam mixing means 14 for mixing the laser beams A, B generated from the laser resonators 12A, 12B by matching the optical axes Aa, Ba, and the laser beams A, B mixed by the beam mixing means 14. Beam irradiation means 16 for irradiating the workpiece 94 with the laser beam A and the focal points Af of the laser beams A and B.
Focus position changing means 1 capable of freely moving Bf
8 and 42.

【0033】レーザ加工装置50は、可変形ミラー18
1からなる焦点位置可変手段18、可変形ミラー321
からなる焦点位置可変手段32及び可変形ミラー421
からなる焦点位置可変手段42を有するので、レーザビ
ームA,Bの発散角が比較的小さい場合、及びレーザビ
ームA,Bの合計出力が5〔kW〕以下の場合に適して
いる。
The laser processing apparatus 50 comprises a deformable mirror 18
Focus position changing means 18 and deformable mirror 321
Focal position changing means 32 and deformable mirror 421
Since the focal position changing means 42 is composed of, it is suitable when the divergence angle of the laser beams A and B is relatively small and when the total output of the laser beams A and B is 5 [kW] or less.

【0034】図6は、本発明に係るレーザ加工装置の第
五実施形態を示す構成図である。以下、この図面に基づ
き説明する。ただし、図1及び図4と同一部分は同一符
号を付すことにより重複説明を省略する。
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG. 1 and FIG.

【0035】本実施形態のレーザ加工装置60は、レー
ザビームA,Bを発生させるレーザ共振器12A,12
Bと、レーザ共振器12A,12Bから発生したレーザ
ビームA,Bに対して光軸Aa,Baを一致させて混合
するビーム混合手段14と、ビーム混合手段14で混合
されたレーザビームA,Bを被加工物94へ照射するビ
ーム照射手段16と、レーザビームA,Bの焦点Af,
Bfを自在に移動することができる焦点位置可変手段2
0,62とを備えている。
The laser processing apparatus 60 of the present embodiment includes laser resonators 12A and 12 for generating laser beams A and B, respectively.
B, a beam mixing means 14 for mixing the laser beams A, B generated from the laser resonators 12A, 12B by matching the optical axes Aa, Ba, and the laser beams A, B mixed by the beam mixing means 14. Beam irradiation means 16 for irradiating the workpiece 94 with the laser beam A and the focal points Af of the laser beams A and B.
Focus position changing means 2 capable of freely moving Bf
0 and 62.

【0036】焦点位置可変手段62は、可変形ミラー6
21,622からなり、戻り光反射膜付きミラー22A
とビーム混合手段14との間に設けられている。戻り光
反射膜付きミラー22Aを透過したレーザビームAは、
可変形ミラー621で反射した後、可変形ミラー622
で反射し、続いてビーム混合手段14へ進む。可変形ミ
ラー621,622によって、レーザビームAの焦点A
fの位置を任意に設定できる。
The focal position changing means 62 is a deformable mirror 6
21, 622, and a mirror 22A with a return light reflection film
And the beam mixing means 14. The laser beam A transmitted through the mirror 22A with the return light reflection film is
After being reflected by the deformable mirror 621, the deformable mirror 622
And then proceeds to the beam mixing means 14. The deformable mirrors 621 and 622 allow the focal point A of the laser beam A to be changed.
The position of f can be set arbitrarily.

【0037】レーザ加工装置50は、可変形ミラー20
1,202からなる焦点位置可変手段20及び可変形ミ
ラー621,622からなる焦点位置可変手段62を有
するので、レーザビームA,Bの発散角がどちらも比較
的大きい場合、及びレーザビームA,Bの合計出力が5
〔kW〕以上の場合に適している。
The laser processing apparatus 50 includes a deformable mirror 20.
Since the focus position changing means 20 composed of 1,202 and the focus position changing means 62 composed of the deformable mirrors 621 and 622 are provided, when the divergence angles of the laser beams A and B are both relatively large, and the laser beams A and B Total output of 5
It is suitable for the case of [kW] or more.

【0038】図7は、本発明に係るレーザ加工装置の第
六実施形態を示す部分構成図である。以下、この図面に
基づき説明する。ただし、図1と同一部分は同一符号を
付すことにより重複説明を省略する。
FIG. 7 is a partial block diagram showing a sixth embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG.

【0039】本実施形態のレーザ加工装置は、ビーム混
合手段74に特徴がある。ビーム混合手段74は、レー
ザビームAを透過させるとともにレーザビームBを反射
させるダイクロイックミラー141と、ダイクロイック
ミラー141を収容する防塵筐体142と、ダイクロイ
ックミラー141を僅かに透過したレーザビームBを検
出する光検出器741とからなる。
The laser processing apparatus of this embodiment is characterized by the beam mixing means 74. The beam mixing unit 74 detects the dichroic mirror 141 that transmits the laser beam A and reflects the laser beam B, the dust-proof housing 142 that houses the dichroic mirror 141, and the laser beam B that slightly transmits the dichroic mirror 141. And a photodetector 741.

【0040】ダイクロイックミラー141のレーザビー
ムBの照射面S1には、レーザビームA(炭酸ガスレー
ザ)を透過させるとともにレーザビームB(YAGレー
ザ)を反射させるコーティングが施されている。ダイク
ロイックミラー141のレーザビームAの照射面S2に
は、レーザビームAを透過させるコーティングが施され
ている。しかしながら、YAGレーザを100 〔%〕全反
射させるコーティングは無いので、レーザビームBはダ
イクロイックミラー141を僅かに透過する。そこで、
ビーム混合手段74では、ダイクロイックミラー141
を透過したレーザビームBを検出する光検出器741を
設けることにより、ダイクロイックミラー141の劣化
や損傷を検出している。すなわち、光検出器741で検
出されたレーザビームBが異常であれば、ダイクロイッ
クミラー141の劣化や損傷が生じたと判断できる。
The irradiation surface S1 of the laser beam B of the dichroic mirror 141 is provided with a coating that transmits the laser beam A (carbon dioxide gas laser) and reflects the laser beam B (YAG laser). The irradiation surface S2 of the dichroic mirror 141 irradiated with the laser beam A is provided with a coating that allows the laser beam A to pass therethrough. However, since there is no coating that totally reflects the YAG laser by 100%, the laser beam B slightly passes through the dichroic mirror 141. Therefore,
In the beam mixing means 74, the dichroic mirror 141
By providing the photodetector 741 that detects the laser beam B that has passed through, the deterioration or damage of the dichroic mirror 141 is detected. That is, if the laser beam B detected by the photodetector 741 is abnormal, it can be determined that the dichroic mirror 141 is deteriorated or damaged.

【0041】図8は、本発明に係るレーザ加工装置にお
けるレーザビームの焦点位置を示す概略図であり、図8
〔1〕が第一例、図8〔2〕が第二例、図8〔3〕が第
三例、図8〔4〕が第四例である。以下、この図面に基
づき説明する。ただし、図2と同一部分は同一符号を付
すことにより重複説明を省略する。
FIG. 8 is a schematic view showing the focal position of the laser beam in the laser processing apparatus according to the present invention.
[1] is the first example, FIG. 8 [2] is the second example, FIG. 8 [3] is the third example, and FIG. 8 [4] is the fourth example. Hereinafter, description will be given with reference to this drawing. However, the same parts as those in FIG.

【0042】レーザビームA,Bの焦点Af,Bfは、
図2に示す以外にも、次のような位置関係をとり得る。
図8〔1〕の第一例は、焦点Af,Bfがどちらも被加
工面940上にある。図8〔2〕の第二例は、焦点A
f,Bfがどちらも被加工面940外にある。図8
〔3〕の第三例は、一方の焦点Afが被加工面940上
にあり、他方の焦点Bfが被加工面940上にある。図
8〔4〕の第四例は、一方の焦点Afが被加工面940
上にあり、他方の焦点Bfが被加工面940内にある。
The focal points Af and Bf of the laser beams A and B are
Other than the one shown in FIG. 2, the following positional relationship can be taken.
In the first example of FIG. 8 [1], both the focal points Af and Bf are on the processed surface 940. The second example in FIG. 8 [2] is the focus A.
Both f and Bf are outside the processed surface 940. Figure 8
In the third example of [3], one focus Af is on the processed surface 940 and the other focus Bf is on the processed surface 940. In the fourth example of FIG. 8 [4], one focus Af is the processed surface 940.
It is on the top and the other focus Bf is in the surface 940 to be processed.

【0043】図2の例は、焦点Af,Bfのどちらも被
加工面940内にある。図示しないが、焦点Af,Bf
の一方が被加工面940内にあり他方が被加工面940
外にあるようにしてもよい。図面において、焦点Af,
Bfの位置を逆にしてもよい。
In the example of FIG. 2, both the focal points Af and Bf are within the surface 940 to be processed. Although not shown, the focal points Af and Bf
One is inside the work surface 940 and the other is the work surface 940
It may be outside. In the drawing, the focus Af,
The position of Bf may be reversed.

【0044】なお、本発明は、いうまでもなく、上記実
施形態に限定されない。例えば、レーザビームは、炭酸
ガスレーザ及びYAGレーザに限定されるものではな
く、本数も三本以上としてもよい。焦点位置可変手段
は、レンズ等によって構成することもできる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the laser beam is not limited to the carbon dioxide laser and the YAG laser, and the number may be three or more. The focal position changing means can also be configured by a lens or the like.

【0045】[0045]

【発明の効果】請求項1乃至記載のレーザ加工装置に
よれば、複数のレーザビームに対して光軸を一致させて
混合するビーム混合手段を備えたことにより、複数の
レーザビームの光軸を一致させて被加工物へ照射するこ
とができる。したがって、被加工物の位置の変動に伴い
複数のレーザビームが分かれることを防止できる。ま
た、レーザビームの互いの位置関係に方向性がないの
で、移動方向によって溶融深さが変化することも防止で
きる。
According to the laser processing apparatus according to claim 1 to 4, wherein, according to the present invention, by providing a beam mixing means such as mixing to match the optical axis for a plurality of laser beams, light of a plurality of laser beams It is possible to irradiate the work piece with the axes aligned. Therefore, it is possible to prevent the plurality of laser beams from being split due to the change in the position of the workpiece. Further, since the laser beams have no directional relationship with each other, it is possible to prevent the melting depth from changing depending on the moving direction.

【0046】これに加え、レーザビームの焦点位置を自
在に移動することができる焦点位置可変手段を備えたこ
とにより、所望の溶融深さを得ることができる。
In addition to this, by providing the focal position changing means capable of moving the focal position of the laser beam freely, a desired melting depth can be obtained.

【0047】請求項3記載のレーザ加工装置によれば、
ビーム混合手段としてのダイクロイックミラーを僅かに
透過するレーザビームを検出する光検出器を備えたの
で、ダイクロイックミラーの劣化や損傷を検出できる。
According to the laser processing apparatus of the third aspect,
Slightly a dichroic mirror as a beam mixing means
Equipped with a photodetector to detect the laser beam passing through
Thus, deterioration and damage of the dichroic mirror can be detected.

【0048】請求項4記載のレーザ加工装置によれば、
焦点位置可変手段によって複数のレーザビームの焦点位
置を互いに異ならせることにより、より深い溶融深さが
得られる。したがって、レーザビームの高速移動により
溶融深さが浅くなることを抑制できる。
According to the laser processing apparatus of the fourth aspect,
By making the focal positions of the plurality of laser beams different from each other by the focal position changing means, a deeper melting depth can be obtained. Therefore, it is possible to prevent the melting depth from becoming shallow due to the high speed movement of the laser beam.

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

【図1】本発明に係るレーザ加工装置の第一実施形態を
示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1のレーザ加工装置による被加工物の溶接状
態を示し、図2〔1〕が平面図、図2〔2〕が図2
〔1〕におけるII−II線縦断面図である。
2 shows a welding state of a workpiece by the laser processing apparatus of FIG. 1, FIG. 2 [1] is a plan view, and FIG. 2 [2] is FIG.
FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line II-II in [1].

【図3】本発明に係るレーザ加工装置の第二実施形態を
示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係るレーザ加工装置の第三実施形態を
示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図5】本発明に係るレーザ加工装置の第四実施形態を
示す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図6】本発明に係るレーザ加工装置の第五実施形態を
示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係るレーザ加工装置の第六実施形態を
示す部分構成図である。
FIG. 7 is a partial configuration diagram showing a sixth embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention.

【図8】本発明に係るレーザ加工装置におけるレーザビ
ームの焦点位置を示す概略図であり、図8〔1〕が第一
例、図8〔2〕が第二例、図8〔3〕が第三例、図8
〔4〕が第四例である。
FIG. 8 is a schematic view showing a focus position of a laser beam in a laser processing apparatus according to the present invention, FIG. 8 [1] being a first example, FIG. 8 [2] being a second example, and FIG. 8 [3] being Third example, FIG.
[4] is the fourth example.

【図9】従来のレーザ加工装置の問題点を示す説明図で
ある。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a problem of a conventional laser processing apparatus.

【符号の説明】 10,30,40,50,60 レーザ加工装置 12A,12B レーザ共振器 14,70 ビーム混合手段 16 ビーム照射手段 18,20,32,42,62 焦点位置可変手段 94 被加工物 A,B レーザビーム Aa,Ba レーザビームの光軸 Af,Bf レーザビームの焦点[Explanation of symbols] 10, 30, 40, 50, 60 Laser processing equipment 12A, 12B laser resonator 14,70 Beam mixing means 16 beam irradiation means 18, 20, 32, 42, 62 Focus position changing means 94 Workpiece A, B laser beam Aa, Ba Optical axis of laser beam Af, Bf Laser beam focus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/42

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザビームを発生させる複数のレーザ
共振器と、 これらのレーザ共振器から発生した複数のレーザビーム
に対して光軸を一致させて混合するビーム混合手段と、前記複数のレーザ共振器のうちの少なくとも一つのレー
ザ共振器と前記ビーム混合手段との間に設けられ、残り
の前記レーザ共振器から発生するレーザビームの焦点位
置に対する、前記少なくとも一つのレーザ共振器から発
生するレーザビームの相対的な焦点位置を、自在に移動
可能とする第一の焦点位置可変手段と、 このビーム混合手段で混合されたレーザビームを被加工
物へ照射するビーム照射手段と、前記ビーム混合手段で混合されたレーザビームの焦点位
置と前記被加工物との位置ずれを検出するギャップセン
サと、 前記ビーム混合手段と前記ビーム照射手段との間に設け
られ、前記ギャップセンサからの位置ずれのデータに基
づき、前記ビーム混合手段で混合されたレーザビームの
焦点位置を自在に移動可能とする第二の焦点位置可変手
段と、 を備えたレーザ加工装置。
1. A plurality of lasers for generating a laser beam
A resonator, Multiple laser beams generated from these laser cavities
A beam mixing means for matching and mixing the optical axes with respect toThe laser of at least one of the plurality of laser resonators
Provided between the resonator and the beam mixing means, the rest
Of the laser beam generated from the laser cavity of
From the at least one laser resonator for
Freely move the relative focus position of the generated laser beam
First focus position changing means that enables, Processing the laser beam mixed by this beam mixing means
Beam irradiation means for irradiating an object,Focal position of the laser beam mixed by the beam mixing means
Gap sensor for detecting the positional deviation between the workpiece and the workpiece.
And Provided between the beam mixing means and the beam irradiation means
Based on the positional deviation data from the gap sensor.
Of the laser beam mixed by the beam mixing means.
A second focus position variable hand that can freely move the focus position
Dan, Laser processing equipment equipped with.
【請求項2】 レーザビームを発生させる複数のレーザ
共振器と、 これらのレーザ共振器から発生した複数のレーザビーム
に対して光軸を一致させて混合するビーム混合手段と、 このビーム混合手段と前記複数のレーザ共振器との間に
設けられ、前記複数のレーザビームの焦点位置をそれぞ
れ自在に移動可能とする複数の焦点位置可変手段と、 前記ビーム混合手段で混合されたレーザビームを被加工
物へ照射するビーム照射手段と、 を備えたレーザ加工装置。
2.Multiple lasers that generate a laser beam
A resonator, Multiple laser beams generated from these laser cavities
A beam mixing means for matching and mixing the optical axes with respect to Between the beam mixing means and the plurality of laser resonators
Are provided, and the focus positions of the plurality of laser beams are respectively set.
A plurality of focal position changing means that can be freely moved, Processing the laser beam mixed by the beam mixing means
Beam irradiation means for irradiating an object, Laser processing equipment equipped with.
【請求項3】 前記複数のレーザビームは第一及び第二
のレーザビームからなり、 前記ビーム混合手段は、 前記第一のレーザビームが照射される第一の照射面と、
前記第二のレーザビームが照射される第二の照射面とを
有し、前記第一のレーザビームを前記第一の照射面で反
射させ、前記第二のレーザビームを前記第二の照射面で
透過させるダイクロイックミラーと、 このダイクロイックミラーを収容する防塵筐体と、 前記第一の照射面を僅かに透過する前記第一のレーザビ
ームを検出する光検出器とを備えた、 請求項1又は2記載のレーザ加工装置。
3.The plurality of laser beams are first and second
Consists of a laser beam of The beam mixing means is A first irradiation surface irradiated with the first laser beam,
A second irradiation surface on which the second laser beam is irradiated,
And has the first laser beam reflected by the first irradiation surface.
The second laser beam on the second irradiation surface.
A dichroic mirror to transmit, A dustproof housing that houses this dichroic mirror, The first laser beam slightly passing through the first irradiation surface.
With a photodetector for detecting the dome, The laser processing apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記複数のレーザビームは波長の短いレ
ーザビームと波長の長いレーザビームとからなり、 前記波長の短いレーザビームの前記被加工物に対する焦
点位置を、前記波長の長いレーザビームの前記被加工物
に対する焦点位置よりも深くする、 請求項1、2又は3記載のレーザ加工装置。
4.The plurality of laser beams are lasers with short wavelengths.
Laser beam and a laser beam with a long wavelength, The focus of the short wavelength laser beam on the workpiece
The point position is the work piece of the laser beam having the long wavelength.
Deeper than the focus position for The laser processing apparatus according to claim 1, 2 or 3.
JP22238798A 1998-07-22 1998-07-22 Laser processing equipment Expired - Fee Related JP3514129B2 (en)

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