JP5997666B2 - Laser heat treatment equipment - Google Patents

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Description

本発明は、被加工物に対してレーザ光を照射することにより被加工物に対して種々の加工を行うレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs various processing on a workpiece by irradiating the workpiece with laser light.

従来から、炭素鋼などの被加工物の表面にレーザ光を照射することによりレーザ光を照射した部分をオーステナイト状態まで加熱して焼入れ処理を行うレーザ焼入れ装置が知られている。この場合、被加工物におけるオーステナイト状態まで加熱された部分の急冷は、レーザ光が通過した後における被加工物の内部や周辺への熱拡散および熱伝導によって自己的に行われる。例えば、下記特許文献1には、被加工物上に複数の楕円形のレーザ光スポットを等間隔に形成した状態でこれらのレーザ光スポットを各レーザ光スポットのピッチ分だけ平行移動させることにより効率的に焼入れ処理を行うようにしたレーザ焼入れ装置が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a laser quenching apparatus that performs a quenching process by irradiating a surface of a workpiece such as carbon steel with a laser beam to heat a portion irradiated with the laser beam to an austenite state. In this case, the rapid cooling of the part heated to the austenite state in the work piece is performed by heat diffusion and heat conduction into and around the work piece after the laser beam passes. For example, in Patent Document 1 below, the efficiency is obtained by translating these laser light spots by the pitch of each laser light spot in a state where a plurality of elliptical laser light spots are formed at equal intervals on the workpiece. A laser hardening apparatus is disclosed in which a quenching process is performed.

特開2007−63606号公報JP 2007-63606 A

しかしながら、上記特許文献1に示されたレーザ焼入れ装置においては、加工対象箇所に対するレーザ光の照射が1回のみであるため、加工可能な被加工物がレーザ光の1回の照射で最適に加熱される材質や形状のものに限定されるという問題があった。   However, in the laser hardening apparatus disclosed in Patent Document 1, since the laser beam is irradiated only once on the portion to be processed, the workable workpiece is optimally heated by the single laser beam irradiation. There was a problem that it was limited to the material and the shape of being made.

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、幅広い材質や形状の被加工物に対してレーザ光による加工を行うことができるレーザ加工装置を提供することにある。   The present invention has been made to address the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of processing a workpiece having a wide range of materials and shapes with a laser beam.

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、被加工物に対して光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、被加工物上に光スポットの相対変位方向に沿って並んだ状態で複数の光スポットを形成する複数のレーザ光を出射するレーザ光出射手段と、複数の光スポットにおける光スポットの相対変位方向上の位置を変更する光スポット位置変更手段とを備え、光スポット走査手段は、被加工物における加工対象箇所に対して複数の光スポットを順次通過させるものであり、レーザ光出射手段は、光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿って複数のレーザ光源を有しているとともに、複数のレーザ光源間での出力強度のプロファイルが均一となるように光スポットの相対変位方向に互いに隣接するレーザ光出射手段間でレーザ光源をずらして配置していることにある。この場合、レーザ加工装置が行なうレーザ光を用いた加工には、レーザによる焼入れ、焼き戻し、焼きなましまたは焼きならしなどの被加工物上の表面改質処理、被加工物上に異種または同種の材料を密着させるレーザ肉盛、2つの被加工物を互いに接続するレーザ溶接などがある。
In order to achieve the above object, a feature of the present invention is that, in a laser processing apparatus that forms a light spot by a laser beam on the surface of a workpiece and processes the workpiece, the light spot is applied to the workpiece. Light spot scanning means for relative displacement, laser light emitting means for emitting a plurality of laser beams for forming a plurality of light spots in a state of being aligned along the relative displacement direction of the light spot on the workpiece, and a plurality of lights and a light spot position changing means for changing the position of the relative displacement direction of the light spot in the spot, the light spot scanning means is in shall successively passed through a plurality of light spots relative to the working target portion in the workpiece The laser beam emitting means has a plurality of laser light sources along a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot, and also controls the output intensity between the plurality of laser light sources. Airu is in Rukoto are arranged by shifting the laser light source among the laser beam emitting unit adjacent to each other in the relative displacement direction of the light spot so that uniform. In this case, the processing using the laser beam performed by the laser processing apparatus includes surface modification treatment on the workpiece such as laser quenching, tempering, annealing or normalization, and different or similar types on the workpiece. There are laser welding for bringing materials into close contact and laser welding for connecting two workpieces to each other.

このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、レーザ光出射手段によって形成される複数の光スポットを被加工物における加工対象箇所に対して順次通過させることによって被加工物に熱を与える量、時間および与え方を自由に設定できるため、レーザ光を1回のみ照射する場合に比べて様々な種類の材質や形状の被加工物に対して加工を行うことができる。また、本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物に焼入れ処理などの熱処理加工を行う場合においては、従来技術におけるレーザ焼入れ装置のように先行するレーザ光によって焼入れ処理された部分が後続のレーザ光によって再加熱されて焼き戻しされることを防止できるため、ムラを抑えて均一な精度の良い熱処理を行うことができる。   According to the feature of the present invention configured as described above, the laser processing apparatus allows a plurality of light spots formed by the laser light emitting means to pass through the workpiece to be processed sequentially, thereby passing the workpiece to the workpiece. Since the amount, time, and method of applying heat can be freely set, it is possible to perform processing on workpieces of various types of materials and shapes as compared with the case where laser light is irradiated only once. Further, according to the feature of the present invention, in the case of performing a heat treatment such as a quenching process on a workpiece, the laser processing apparatus is a part that has been quenched by a preceding laser beam like the laser quenching apparatus in the prior art. Can be prevented from being re-heated and tempered by the subsequent laser light, and thus uniform and accurate heat treatment can be performed while suppressing unevenness.

このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ加工装置は、光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿ってレーザ光を出射する複数の出射口を有するとともに光スポットの相対変位方向に互いに隣接するレーザ光出射手段間において出射口がずれて配置されている。これにより、レーザ加工装置は、光スポットの相対変位方向に直交する方向に延びる長尺の光スポットを形成することができるとともに、光スポットの相対変位方向に互いに隣接するレーザ光出射手段間において光スポットが延びる方向における光強度のムラを抑えて照射されるレーザ光の光強度を均一にすることができる。According to another feature of the present invention configured as described above, the laser processing apparatus has a plurality of exits for emitting laser light along a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot and the relative displacement of the light spot. The emission ports are arranged so as to be shifted between the laser beam emission means adjacent to each other in the direction. As a result, the laser processing apparatus can form a long light spot extending in a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot, and light between the laser light emitting means adjacent to each other in the relative displacement direction of the light spot. It is possible to make the light intensity of the irradiated laser light uniform while suppressing unevenness of the light intensity in the direction in which the spot extends.

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、レーザ光出射手段は、複数の光スポットに対応する数だけ設けられており、光スポット位置変更手段は、レーザ光出射手段が出射するレーザ光の位置および向きのうちの少なくとも一つを変更自在な状態でレーザ光出射手段を支持することにある。Another feature of the present invention is that in the laser processing apparatus, the laser beam emitting means is provided in a number corresponding to the plurality of light spots, and the laser beam emitting means emits the light spot position changing means. The laser light emitting means is supported in a state where at least one of the position and direction of the laser light can be changed.

このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ加工装置は、複数のレーザ光出射手段を備えるとともに、このレーザ光出射手段は出射するレーザ光の位置および向きのうちの少なくとも一方が変更時に支持されているため、1つのレーザ光出射手段から出射されたレーザ光を分光する方式に比べて各レーザ光の出力を調整し易くすることができる。According to another feature of the present invention configured as described above, the laser processing apparatus includes a plurality of laser beam emitting means, and the laser beam emitting means has at least one of the position and the direction of the emitted laser light. Since it is supported at the time of change, it is possible to make it easier to adjust the output of each laser beam as compared with the method of splitting the laser beam emitted from one laser beam emitting means.

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、光スポット位置変更手段は、複数の光スポットのうちの少なくとも1つを光スポット走査手段による相対変位方向に交わる方向に変更することにある。この場合、光スポット位置変更手段は、光スポットを光スポット走査手段による光スポットの相対変位方向に対して直交する方向に変更させるとよい。Another feature of the present invention is that in the laser processing apparatus, the light spot position changing means changes at least one of the plurality of light spots in a direction intersecting a relative displacement direction by the light spot scanning means. is there. In this case, the light spot position changing means may change the light spot in a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot by the light spot scanning means.

このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ加工装置は、光スポット位置変更手段が光スポットを光スポット走査手段による光スポットの相対変位方向に対して交わる方向に変更させることができるため、被加工物の材質、形状または加工範囲に合わせて被加工物に熱を与える量、時間および与え方を自由に設定できる。According to another feature of the present invention configured as described above, in the laser processing apparatus, the light spot position changing unit can change the light spot in a direction intersecting the relative displacement direction of the light spot by the light spot scanning unit. Therefore, the amount, time, and method of applying heat to the workpiece can be freely set according to the material, shape or processing range of the workpiece.

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、レーザ光出射手段は、被加工物上に光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿って並んだ状態で複数の光スポットを形成する複数のレーザ光を出射することにある。Another feature of the present invention is that in the laser processing apparatus, the laser light emitting means forms a plurality of light spots on the workpiece in a state of being aligned along a direction perpendicular to the relative displacement direction of the light spot. It is to emit a plurality of laser beams.

このように構成した本発明の他の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物上に光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿って並んだ状態で複数の光スポットを形成するため、加工範囲の幅を広げることができ効率的に加工を行うことができる。According to another aspect of the invention configured as described above, the laser processing apparatus forms a plurality of light spots on a workpiece in a state of being aligned along a direction perpendicular to the relative displacement direction of the light spot. The width of the processing range can be widened and processing can be performed efficiently.

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、レーザ光出射手段は、被加工物上にて光スポットの相対変位方向に直交する方向に延びる長方形状の光スポットを形成することにある。  Another feature of the present invention is that, in the laser processing apparatus, the laser light emitting means forms a rectangular light spot extending in a direction perpendicular to the relative displacement direction of the light spot on the workpiece. is there.

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the structure of the laser processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示すレーザ加工装置を構成するレーザ出射ユニットの内部構成を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the internal structure of the laser emission unit which comprises the laser processing apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ加工装置を構成するレーザ出射ユニット群の配置構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the arrangement configuration of the laser emission unit group which comprises the laser processing apparatus shown in FIG. 被加工物上に形成される光スポットを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the light spot formed on a to-be-processed object. 変位する4つのレーザ光によって被加工物が加熱される様子を示したグラフであり、縦軸が被加工物上の温度を示しており横軸が被加工物上の位置を示している。It is the graph which showed a mode that a workpiece was heated by four laser beams which are displaced, the vertical axis | shaft has shown the temperature on a workpiece and the horizontal axis has shown the position on a workpiece. 本発明の変形例に係る被加工物上に形成される光スポットを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the light spot formed on the to-be-processed object which concerns on the modification of this invention. 本発明の他の変形例に係る被加工物上に形成される光スポットを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the light spot formed on the to-be-processed object which concerns on the other modification of this invention. 本発明の他の変形例に係るレーザ加工装置を構成するレーザ出射ユニット群の配置構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the arrangement configuration of the laser emission unit group which comprises the laser processing apparatus which concerns on the other modification of this invention. (A)〜(B)は、被加工物に形成された1つの光スポットの光強度を示したグラフであり、(A)は縦軸が光強を示しており横軸がX軸方向を示しており、(B)縦軸が光強を示しており横軸がY軸方向を示しており、(C)は(B)の破線円で示した部分を拡大して示した図である。(A)-(B) are the graphs which showed the light intensity of one light spot formed in the to-be-processed object, (A) is a vertical axis | shaft showing light intensity and a horizontal axis is an X-axis direction. (B) is a diagram in which the vertical axis indicates the light intensity, the horizontal axis indicates the Y-axis direction, and (C) is an enlarged view of the portion indicated by the broken-line circle in (B). is there.

(レーザ加工装置100の構成)
以下、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係るレーザ加工装置100の構成を模式的に示したブロック図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このレーザ加工装置100は、コンピュータ制御(NC制御)によって炭素鋼製の被加工物WK上にレーザ光を照射して表層に焼入れ処理を行うレーザ熱処理装置である。
(Configuration of laser processing apparatus 100)
Hereinafter, an embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a laser processing apparatus 100 according to the present invention. Note that the drawings referred to in this specification are schematically shown by exaggerating some of the components in order to facilitate understanding of the present invention. For this reason, the dimension, ratio, etc. between each component may differ. This laser processing apparatus 100 is a laser heat treatment apparatus that irradiates a laser beam onto a workpiece WK made of carbon steel and performs a quenching process on a surface layer by computer control (NC control).

レーザ加工装置100は、テーブル101を備えている。テーブル101は、被加工物WKを着脱自在に保持する板状の載置台であり、送り装置102によって支持されている。送り装置102は、テーブル101を同一平面内にて互いに直交する図示X軸方向および図示Y軸方向の2軸方向にそれぞれ変位させるための機械装置であり、送りねじ機構を備えて構成されている。この場合、送りねじ機構は、雄ねじが形成されて図示X軸方向および図示Y軸方向にそれぞれ延びる送りねじ軸(図示せず)と、これらの各雄ねじに噛み合う雌ねじがそれぞれ形成されてテーブル101に直接的または間接的に連結されるナット部(図示せず)とをそれぞれ備えて構成されている。なお、図1においてX軸方向は左右方向であり、Y軸方向は紙面の奥行方向である。   The laser processing apparatus 100 includes a table 101. The table 101 is a plate-like mounting table that detachably holds the workpiece WK, and is supported by the feeding device 102. The feed device 102 is a mechanical device for displacing the table 101 in two axial directions, the illustrated X-axis direction and the illustrated Y-axis direction, which are orthogonal to each other within the same plane, and includes a feed screw mechanism. . In this case, in the feed screw mechanism, male screws are formed and feed screw shafts (not shown) extending in the X-axis direction and Y-axis direction shown in the drawing, and female screws meshing with these male screws are formed on the table 101, respectively. And nut portions (not shown) that are directly or indirectly connected to each other. In FIG. 1, the X-axis direction is the left-right direction, and the Y-axis direction is the depth direction of the page.

この送り機構における図示X軸方向および図示Y軸方向にそれぞれ延びる送りねじ軸には、図示しない送りモータがそれぞれ接続されている。これらの各送りモータは、各送りねじ軸を正回転方向および逆回転方向にそれぞれ回転駆動する電動モータ(本実施形態においてはサーボモータ)であり、後述する制御部120によって作動がそれぞれ制御される。   A feed motor (not shown) is connected to each of the feed screw shafts extending in the illustrated X-axis direction and the illustrated Y-axis direction in the feed mechanism. Each of these feed motors is an electric motor (servo motor in the present embodiment) that rotates each feed screw shaft in the forward rotation direction and the reverse rotation direction, and the operation is controlled by the control unit 120 described later. .

テーブル101の上方には、レーザ出射ユニット110が設けられている。レーザ出射ユニット110は、図2および図3にそれぞれ示すように、テーブル101上に保持された被加工物WKに対してレーザ光Lを出射するための装置であり、金属製の筐体110a内に主として、レーザ光源111と集光光学系113とをそれぞれ備えて構成されている。レーザ光源111は、被加工物WKを加熱するためのレーザ光Lを出射する光学素子であり、複数の半導体レーザチップを一列に並べて構成されている。本実施形態においては、レーザ光源111は、波長が800nm、出力が2Wの32個の半導体レーザチップを図示Y軸方向に200μmの間隔で一列に並べて構成されている。なお、図2,3においては、レーザ光源111の数は、32個より少なく示している。   A laser emission unit 110 is provided above the table 101. As shown in FIGS. 2 and 3, the laser emission unit 110 is an apparatus for emitting laser light L to the workpiece WK held on the table 101, and is provided in the metal casing 110a. The laser light source 111 and the condensing optical system 113 are mainly provided. The laser light source 111 is an optical element that emits a laser beam L for heating the workpiece WK, and includes a plurality of semiconductor laser chips arranged in a line. In the present embodiment, the laser light source 111 is configured by arranging 32 semiconductor laser chips having a wavelength of 800 nm and an output of 2 W in a line at intervals of 200 μm in the Y-axis direction in the drawing. 2 and 3, the number of laser light sources 111 is less than 32.

これらの各レーザ光源111は、レーザ電源部112によって作動がそれぞれ制御される。レーザ電源部112は、図示しない外部電源から供給される電力を制御部120の作動制御に応じてレーザ光源111に供給することによってレーザ光源111の作動を制御するためのドライバとして機能するスイッチング電源である。この場合、レーザ電源部112は、制御部120の作動制御によってレーザ出射ユニット110ごとにレーザ光Lの出射の可否およびレーザ光Lの出力強度をそれぞれ独立して制御してレーザ光源111からレーザ光Lを連続発振させる。
The operation of each of these laser light sources 111 is controlled by a laser power source 112. The laser power source unit 112 is a switching power source that functions as a driver for controlling the operation of the laser light source 111 by supplying power supplied from an external power source (not shown) to the laser light source 111 according to the operation control of the control unit 120. is there. In this case, the laser power source unit 112 controls whether the laser beam L is emitted and the output intensity of the laser beam L independently for each laser emitting unit 110 by the operation control of the control unit 120, and the laser beam from the laser light source 111 L is continuously oscillated.

集光光学系113は、32個のレーザ光源111から出射された各レーザ光Lを被加工物WK上に集光するシリンドリカルレンズなどの光学レンズの集合体で構成されている。本実施形態においては、集光光学系113は、32個のレーザ光源111からそれぞれ出射された各レーザ光Lを被加工物WK上において図示Y軸方向に延びる長方形状に集光した光スポットSPを形成する。   The condensing optical system 113 is composed of an assembly of optical lenses such as a cylindrical lens that condenses each laser light L emitted from the 32 laser light sources 111 onto the workpiece WK. In the present embodiment, the condensing optical system 113 condenses each laser light L emitted from each of the 32 laser light sources 111 into a rectangular shape extending in the Y-axis direction in the figure on the workpiece WK. Form.

このレーザ出射ユニット110は、図示X軸方向に沿って4つ並べられたレーザ出射ユニット110によって一組のレーザ出射ユニット群114を構成するとともに、この一組のレーザ出射ユニット群114が図示Y軸方向に2列設けられて構成されている。これらの二組のレーザ出射ユニット群114を構成する各レーザ出射ユニット110は、支持ユニット115を介して支持フレーム117によってそれぞれ支持されている。   In the laser emission unit 110, four laser emission units 110 arranged in the X-axis direction in the figure constitute a set of laser emission unit groups 114, and this set of laser emission unit groups 114 is shown in the Y-axis in the figure. Two rows are provided in the direction. Each laser emission unit 110 constituting these two sets of laser emission unit groups 114 is supported by a support frame 117 via a support unit 115.

支持ユニット115は、レーザ出射ユニット110から出射されて被加工物WK上に形成される光スポットSPの図示X−Y平面上での位置を変更可能な状態でレーザ出射ユニット110を支持する装置である。具体的には、支持ユニット115は、公知の4軸ステージ(公知のX−Yステージに公知のゴニオ(傾斜)ステージを組み合わせたステージ)で構成されており、レーザ出射ユニット110を図示X軸方向、図示Y軸方向、図示X軸回りであるθ回転方向および図示Y軸回りであるθ回転方向にそれぞれ直線変位および回転変位可能な状態で支持する。 The support unit 115 is a device that supports the laser emission unit 110 in a state in which the position of the light spot SP emitted from the laser emission unit 110 and formed on the workpiece WK on the XY plane in the figure can be changed. is there. Specifically, the support unit 115 includes a known four-axis stage (a stage in which a known gonio (tilt) stage is combined with a known XY stage), and the laser emission unit 110 is illustrated in the X-axis direction shown in the figure. In the illustrated Y axis direction, in the θ X rotation direction around the X axis shown in the drawing, and in the θ Y rotation direction around the Y axis shown in the drawing, they are supported in a linearly displaceable and rotationally displaceable state.

この場合、支持ユニット115は、各軸ごとに設けられた図示しない駆動モータの回転駆動によってレーザ出射ユニット110を各軸ごとに変位させる。この場合、各軸を駆動する駆動モータは、例えば、サーボモータによって構成されており、モータ駆動部116による作動制御によって回転駆動する。モータ駆動部116は、制御部120の作動制御によって支持ユニット114における各軸を駆動する駆動モータの回転駆動をそれぞれ独立して制御するドライバ回路である。   In this case, the support unit 115 displaces the laser emission unit 110 for each axis by rotational driving of a drive motor (not shown) provided for each axis. In this case, the drive motor that drives each axis is constituted by, for example, a servo motor, and is rotationally driven by operation control by the motor drive unit 116. The motor drive unit 116 is a driver circuit that independently controls the rotational drive of the drive motor that drives each axis in the support unit 114 by the operation control of the control unit 120.

支持フレーム117は、8つのレーザ出射ユニット110を支持ユニット115を介して下垂した状態で支持する金属製の枠状部品である。この支持フレーム117は、制御部120によって作動制御される図示しない送り機構によって図示Z軸方向に変位可能な状態で支持されている。   The support frame 117 is a metal frame-like component that supports the eight laser emitting units 110 in a state where they are suspended through the support unit 115. The support frame 117 is supported in a state displaceable in the Z-axis direction in the drawing by a feed mechanism (not shown) whose operation is controlled by the control unit 120.

制御部120は、CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、レーザ加工装置100の全体の作動を総合的に制御するとともに、作業者によって用意される図示しない加工プログラム(所謂NC(Numerical Control)プログラム)に従ってレーザ出射ユニット110からレーザ光Lを出射させながらテーブル101とレーザ出射ユニット110とを相対変位させることにより被加工物WKの熱処理加工を制御する。また、この制御部120は、制御部120に対して作業者からの操作を受付けるための操作スイッチ群からなる操作盤121、作業者に対して制御部120の作動状況を表示するための液晶ディスプレイからなる表示装置122をそれぞれ備えている。   The control unit 120 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control unit 120 comprehensively controls the entire operation of the laser processing apparatus 100 and a machining program (not shown) (not shown) prepared by an operator. The thermal processing of the workpiece WK is controlled by relatively displacing the table 101 and the laser emitting unit 110 while emitting the laser light L from the laser emitting unit 110 according to the (Numerical Control) program). In addition, the control unit 120 includes an operation panel 121 including a group of operation switches for receiving an operation from the worker with respect to the control unit 120, and a liquid crystal display for displaying an operation status of the control unit 120 to the worker. Each display device 122 is provided.

(レーザ加工装置100の作動)
次に、上記のように構成したレーザ加工装置100の作動について説明する。まず、被加工物WKに対して熱処理加工を行う作業者は、テーブル101上に被加工物WKをセットした後、光スポットSPの形成位置設定を行う。この光スポットSPの形成位置設定は、二組のレーザ出射ユニット群114をそれぞれ構成する各4つのレーザ出射ユニット110によって形成される4つの光スポットSPの被加工物WK上での形成位置を設定するものである。
(Operation of laser processing apparatus 100)
Next, the operation of the laser processing apparatus 100 configured as described above will be described. First, an operator who performs heat treatment on the workpiece WK sets the formation position of the light spot SP after setting the workpiece WK on the table 101. The formation positions of the light spots SP are set as the formation positions on the workpiece WK of the four light spots SP formed by the four laser emission units 110 constituting the two sets of laser emission unit groups 114, respectively. To do.

具体的には、作業者は、操作盤121を介して制御部120に対して8つのレーザ出射ユニット110からそれぞれ微弱強度のレーザ光Lの出射を指示するとともに、操作盤121を介して制御部120に対して8つのレーザ出射ユニット110の図示X−Y軸平面上の位置を指示するとともに図示θ回転方向における回転角および図示θ回転方向における回転角、すなわち、レーザ出射ユニット110の傾斜角度を指示する。 Specifically, the operator instructs the control unit 120 to emit weak laser beams L from the eight laser emission units 110 via the operation panel 121, and controls the control unit via the operation panel 121. rotation angle and the rotation angle in the illustrated theta Y direction of rotation shown theta X direction of rotation instructs a position on the eight illustrated X-Y axis plane of the laser emitting unit 110 with respect to 120, i.e., the inclination of the laser beam emission unit 110 Specify the angle.

この指示に応答して制御部120は、図4に示すように、レーザ電源部112の作動を制御して各レーザ出射ユニット110から微弱強度のレーザ光Lを出射して光スポットSPを形成した状態でモータ駆動部116の作動を制御することにより支持ユニット115が支持するレーザ出射ユニット110の図示X軸、図示Y軸、図示θ回転方向、図示θ回転方向の各位置を位置決めする。これにより、作業者は、被加工物WK上に形成される光スポットSPの位置を確認しながら図示X−Y軸平面上での位置を調整して設定することができる。 In response to this instruction, the control unit 120 controls the operation of the laser power source unit 112 to emit the weak laser beam L from each laser emitting unit 110 to form the light spot SP as shown in FIG. By controlling the operation of the motor drive unit 116 in this state, the respective positions of the laser emitting unit 110 supported by the support unit 115 in the illustrated X axis, the illustrated Y axis, the illustrated θ X rotation direction, and the illustrated θ Y rotation direction are positioned. Thus, the operator can adjust and set the position on the XY axis plane in the drawing while confirming the position of the light spot SP formed on the workpiece WK.

本実施形態においては、作業者は、各レーザ出射ユニット群114ごとに図示Y軸上における同一の位置に4つの光スポットSPを並べて配置するとともに、4つの光スポットSPの図示X軸上の位置、すなわち、互いに隣接する光スポットSPの間隔Δを2mmにそれぞれ設定する。この場合、作業者は、図示Y軸方向に互いに隣接する2つの光スポットSPの端部同士が互いに重なり合うように調整する。これにより、被加工物WK上には、図示Y軸方向に光スポットSPの略2つ分の長さの帯状の光スポットSPが形成される。   In the present embodiment, the operator arranges four light spots SP side by side at the same position on the Y axis in the figure for each laser emission unit group 114 and positions the four light spots SP on the X axis in the figure. That is, the interval Δ between the adjacent light spots SP is set to 2 mm. In this case, the operator adjusts so that the ends of the two light spots SP adjacent to each other in the Y-axis direction shown in FIG. Thereby, a strip-shaped light spot SP having a length corresponding to approximately two light spots SP is formed in the Y-axis direction in the figure on the workpiece WK.

次に、作業者は、レーザ出力設定を行う。このレーザ出力設定は、8つのレーザ出射ユニット110からそれぞれ出力するレーザ光Lの出力強度を設定するものである。具体的には、作業者は、操作盤121を介して制御部120に対して8つのレーザ出射ユニット110からそれぞれ出射させるレーザ光Lの強度を設定する。本実施形態においては、各レーザ出射ユニット群114ごとに同レーザ出射ユニット群114の進行方向(図示X軸方向左側)において先頭となるレーザ出射ユニット110の出力強度を「1」とすれば、最後尾となるレーザ出射ユニット110に向かって出力強度が「0.48」、「0.42」、「0.31」と順次低くなるように設定する。   Next, the operator performs laser output setting. This laser output setting is for setting the output intensity of the laser beam L output from each of the eight laser emitting units 110. Specifically, the operator sets the intensity of the laser light L emitted from each of the eight laser emission units 110 to the control unit 120 via the operation panel 121. In the present embodiment, if the output intensity of the laser emitting unit 110 that is the head in the traveling direction of the laser emitting unit group 114 for each laser emitting unit group 114 (left side in the X-axis direction in the drawing) is “1”, the last The output intensity is set so as to sequentially decrease toward “0.48”, “0.42”, and “0.31” toward the laser emitting unit 110 serving as the tail.

次に、作業者は、被加工物WKに対して熱処理加工を行う。具体的には、作業者は、二組のレーザ出射ユニット(8つのレーザ出射ユニット110)群114に対してテーブル101を変位させる経路およびレーザ光Lの出射タイミングをそれぞれ規定した加工プログラムを制御部120に記憶させた後、制御部120に対してこの加工プログラムの実行を指示する。この指示に応答して制御部120は、加工プログラムに従って被加工物WKの熱処理加工を開始する。   Next, the worker performs a heat treatment on the workpiece WK. Specifically, the operator controls a processing program that defines the path for displacing the table 101 and the emission timing of the laser beam L with respect to the two sets of laser emission units (eight laser emission units 110). After storing in 120, the control unit 120 is instructed to execute the machining program. In response to this instruction, the control unit 120 starts heat treatment of the workpiece WK according to the machining program.

具体的には、制御部120は、送り装置102の作動を制御してテーブル101を変位させることにより被加工物WK上における加工対象箇所をレーザ出射ユニット群114の直下、より具体的には、レーザ出射ユニット群114において変位の先頭となるレーザ出射ユニット110の直下に位置決めする。次いで、制御部120は、レーザ電源部112の作動を制御してレーザ出射ユニット群114からレーザ光Lを出射させた状態で送り装置102の作動を制御することにより各レーザ出射ユニット110に対して被加工物WKを相対変位させる。本実施形態においては、制御部120は、図4における破線矢印に示すように、レーザ出射ユニット群114に対して被加工物WKを図示X軸方向右側に向かって直線状に変位させる。   Specifically, the control unit 120 controls the operation of the feeding device 102 to displace the table 101 so that the processing target location on the workpiece WK is directly below the laser emission unit group 114, more specifically, In the laser emission unit group 114, positioning is performed immediately below the laser emission unit 110 that is the head of displacement. Next, the control unit 120 controls the operation of the laser power supply unit 112 to control the operation of the feeding device 102 in a state where the laser beam L is emitted from the laser emission unit group 114, so that each laser emission unit 110 is controlled. The workpiece WK is relatively displaced. In the present embodiment, the control unit 120 linearly displaces the workpiece WK toward the right side in the X-axis direction in the figure with respect to the laser emission unit group 114, as indicated by a broken line arrow in FIG.

これにより、被加工物WKにおける加工対象箇所は、4つの光スポットSPが順次照射されることによってオーステナイト状態まで加熱された後、4つの光スポットSPが通過した後に急速に自然冷却されることによって焼入れ処理が施される。この場合、レーザ加工装置100は、図5に示すように、被加工物WKにおける加工対象箇所に対して4つの光スポットSPを順次照射することによって、1つの光スポットSPによって加熱する場合に比べて長時間加熱することができるため、硬化層深さを深くすることができるとともにこの硬化層の下層に母材に対して中間段階組織層を形成することができる。この中間段階組織層は、母材組織と硬化層組織との中間の組織であって、硬化層の割れ(所謂焼き割れ)や硬化層の母材からの剥離を抑制する性質を有している。   Thereby, the processing target location in the workpiece WK is heated to the austenite state by sequentially irradiating the four light spots SP, and then rapidly cooled naturally after the four light spots SP have passed. Quenching is performed. In this case, as shown in FIG. 5, the laser processing apparatus 100 sequentially irradiates four processing spots on the workpiece WK with four light spots SP, so that the laser processing apparatus 100 is heated by one light spot SP. Therefore, the depth of the hardened layer can be increased and an intermediate stage structure layer can be formed below the hardened layer with respect to the base material. This intermediate stage structure layer is an intermediate structure between the base material structure and the hardened layer structure, and has the property of suppressing cracking of the hardened layer (so-called burning cracking) and peeling of the hardened layer from the base material. .

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、レーザ加工装置100は、レーザ出射ユニット110によって形成される複数の光スポットSPを被加工物WKにおける加工対象箇所に対して順次通過させることによって被加工物WKに熱を与える量、時間および与え方を自由に設定できるため、レーザ光Lを1回のみ照射する場合に比べて様々な種類の材質や形状の被加工物WKに対して加工を行うことができる。また、本発明の特徴によれば、レーザ加工装置100は、従来技術におけるレーザ焼入れ装置のように先行するレーザ光Lによって焼入れ処理された部分が後続のレーザ光によって再加熱されて焼き戻しされることを防止できるため、ムラを抑えて均一な精度の良い熱処理を行うことができる。   As can be understood from the above description of the operation, according to the above embodiment, the laser processing apparatus 100 sequentially passes the plurality of light spots SP formed by the laser emission unit 110 with respect to the processing target portion in the workpiece WK. Since the amount, time, and method of applying heat to the workpiece WK can be freely set, the workpiece WK of various kinds of materials and shapes can be compared with the case where the laser beam L is irradiated only once. On the other hand, processing can be performed. Further, according to the feature of the present invention, the laser processing apparatus 100 is tempered by re-heating the part that has been quenched by the preceding laser beam L as in the prior art laser quenching apparatus by the subsequent laser beam. Since this can be prevented, unevenness can be suppressed and uniform and accurate heat treatment can be performed.

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例の説明および参照する図においては、上記実施形態と同様の構成部分について同じ符号を付して、その説明を省略する。   Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. In the following description of each modified example and the drawings to be referred to, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

例えば、上記実施形態においては、図示X軸方向に沿って被加工物WK上に形成される4つの光スポットSP間の各間隔Δを均等とした。しかし、4つの光スポットSP間の各間隔Δは、被加工物WKの材質、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)を行う部分の形状、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)の仕様に応じて適宜決定されるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、4つの光スポットSP間の各間隔Δを図6に示すように、進行方向前側から後ろ側に向かって徐々に間隔Δが大きくなるように設定することにより加工対象箇所の冷却速度を遅くして硬度を低く調整できる。また、4つの光スポットSP間の各間隔Δを図7に示すように、進行方向前側から後ろ側に向かって徐々に間隔Δが小さくなるように設定することにより被加工物WKの表面の過熱を抑えながら母材深くまで入熱することができる。つまり、光スポットSPは、互いの間隔Δを詰めることによって被加工物WKを早期に加熱することができるとともに、互いの間隔Δを離すことによって被加工物WKをゆっくりと加熱することができる。   For example, in the above embodiment, the intervals Δ between the four light spots SP formed on the workpiece WK along the X-axis direction in the drawing are made equal. However, each interval Δ between the four light spots SP is determined by the material of the workpiece WK, the shape of the portion where laser processing (heat treatment in the above embodiment) is performed, and laser processing (heat treatment in the above embodiment). It is appropriately determined according to the specification, and is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG. 6, each interval Δ between four light spots SP is set so that the interval Δ gradually increases from the front side to the rear side in the traveling direction, thereby slowing the cooling rate of the portion to be processed. Thus, the hardness can be adjusted low. In addition, as shown in FIG. 7, each interval Δ between the four light spots SP is set so that the interval Δ gradually decreases from the front side to the rear side in the traveling direction, thereby overheating the surface of the workpiece WK. It is possible to input heat deep into the base material while suppressing That is, the light spot SP can heat the workpiece WK early by closing the interval Δ, and can slowly heat the workpiece WK by separating the interval Δ.

また、上記実施形態においては、レーザ出射ユニット110は、複数の半導体レーザチップからなるレーザ光源111を備えて構成されている。しかし、レーザ出射ユニット110は、被加工物WKに複数の光スポットSPを形成できれば必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、レーザ出射ユニット110が本発明に係るレーザ光出射手段に相当する。したがって、レーザ出射ユニット110は、半導体レーザチップ以外のレーザ光源111、具体的には、固体レーザやガスレーザを備えて構成することもできる。また、レーザ出射ユニット110は、レーザ出射ユニット110とは別体で設けられたレーザ光源111から光ファイバを介してレーザ光を導く構成とすることもできる。   In the above embodiment, the laser emitting unit 110 includes the laser light source 111 including a plurality of semiconductor laser chips. However, the laser emitting unit 110 is not necessarily limited to the above embodiment as long as a plurality of light spots SP can be formed on the workpiece WK. That is, the laser emission unit 110 corresponds to the laser beam emission means according to the present invention. Therefore, the laser emitting unit 110 can be configured to include a laser light source 111 other than the semiconductor laser chip, specifically, a solid-state laser or a gas laser. Further, the laser emission unit 110 may be configured to guide laser light through an optical fiber from a laser light source 111 provided separately from the laser emission unit 110.

また、レーザ出射ユニット110は、複数の半導体レーザチップからなるレーザ光源111を備えて構成される場合においても、レーザ光源111の数や配置も被加工物WKへの加工仕様に応じて適宜選定されればよい。また、レーザ出射ユニット110は、複数の光スポットSPを形成する場合においても、必ずしも複数のレーザ出射ユニット110を必要とするものではなく、1つのレーザ出射ユニット110から出射されたレーザ光Lをビームスプリッタなどの光学素子を用いて分光して複数の光スポットSPを形成することもできる。   Further, even when the laser emission unit 110 is configured to include a laser light source 111 composed of a plurality of semiconductor laser chips, the number and arrangement of the laser light sources 111 are appropriately selected according to the processing specifications for the workpiece WK. Just do it. Further, the laser emitting unit 110 does not necessarily require the plurality of laser emitting units 110 even when forming the plurality of light spots SP, and the laser light L emitted from one laser emitting unit 110 is a beam. It is also possible to form a plurality of light spots SP by performing spectroscopy using an optical element such as a splitter.

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置100は、二組のレーザ出射ユニット群114を図示Y軸方向に並列配置して構成した。これにより、上記実施形態におけるレーザ加工装置100においては、図示Y軸方向に広範範囲にレーザ加工(熱処理加工)を行うことができる。しかし、レーザ加工装置100は、少なくとも一組のレーザ出射ユニット群114を備えていればよい。また、レーザ加工装置100は、三組以上のレーザ出射ユニット114を備えて構成することができる。この場合、三組以上のレーザ出射ユニット114は、図示Y軸方向に互いに隣接配置してもよいが、図8に示すように図示X軸方向にずらして配置することによって三組以上のレーザ出射ユニット114を図示Y軸方向に詰めて配置できるためレーザ加工装置100をコンパクト化することができる。   In the above embodiment, the laser processing apparatus 100 is configured by arranging two sets of laser emission unit groups 114 in parallel in the Y-axis direction in the figure. Thereby, in the laser processing apparatus 100 in the said embodiment, laser processing (heat processing) can be performed in a wide range in the Y-axis direction in the drawing. However, the laser processing apparatus 100 only needs to include at least one set of laser emission unit groups 114. Further, the laser processing apparatus 100 can be configured to include three or more sets of laser emission units 114. In this case, the three or more sets of laser emission units 114 may be arranged adjacent to each other in the Y-axis direction shown in the figure. However, as shown in FIG. Since the units 114 can be arranged in the Y-axis direction in the figure, the laser processing apparatus 100 can be made compact.

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置100は、レーザ出射ユニット110に対してテーブル101を変位させるように構成した。すなわち、送り装置102が、本発明に係る光スポット走査手段に相当する。しかし、光スポット走査手段は、被加工物WKに対して光スポットSPを相対変位させることができればよく、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。したがって、例えば、レーザ加工装置100は、テーブル101に対してレーザ出射ユニット110を変位させるように構成することもできる。   In the above embodiment, the laser processing apparatus 100 is configured to displace the table 101 with respect to the laser emission unit 110. That is, the feeding device 102 corresponds to the light spot scanning unit according to the present invention. However, the light spot scanning unit is not necessarily limited to the above embodiment as long as the light spot SP can be displaced relative to the workpiece WK. Therefore, for example, the laser processing apparatus 100 can be configured to displace the laser emission unit 110 with respect to the table 101.

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置100は、レーザ出射ユニット110を支持ユニット115によって位置および向きを変更可能に支持することにより、被加工物WK上に形成される光スポットSPの図示X−Y軸平面上における位置を変更可能に構成した。すなわち、支持ユニット115が本発明に係る光スポット位置変更手段に相当する。しかし、光スポット位置変更手段は、複数の光スポットSPにおける少なくとも1つの光スポットSPの形成位置を同光スポットSPの変位方向(上記実施形態においては図示X軸方向)に沿って変更できるように構成されていればよく、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the laser processing apparatus 100 supports the laser emitting unit 110 by the support unit 115 so that the position and orientation of the laser processing unit 110 can be changed, whereby the illustrated X of the light spot SP formed on the workpiece WK. -The position on the Y-axis plane can be changed. That is, the support unit 115 corresponds to the light spot position changing means according to the present invention. However, the light spot position changing means can change the formation position of at least one light spot SP in the plurality of light spots SP along the displacement direction of the light spot SP (X-axis direction in the above embodiment). What is necessary is just to be comprised, and it is not necessarily limited to the said embodiment.

したがって、光スポット位置変更手段は、固定的に支持されたレーザ出射ユニット110から出射されたレーザ光Lを反射ミラーなどの光学素子を用いて光スポットSPの図示X−Y軸平面上における位置を変更するように構成することができる。また、光スポット位置変更手段として上記実施形態における支持ユニット115を用いる場合においても、支持ユニット115は、4つの光スポットSPを図示X軸方向に沿って変更できるように構成されていればよいため、必ずしも図示Y軸方向および図示θ回転方向にレーザ出射ユニット110を変位および傾斜可能に構成されている必要はない。 Therefore, the light spot position changing means uses the optical element such as a reflection mirror to position the light spot SP on the XY axis plane shown in the drawing using the laser beam L emitted from the laser emission unit 110 fixedly supported. Can be configured to change. Even when the support unit 115 in the above embodiment is used as the light spot position changing means, the support unit 115 only needs to be configured to be able to change the four light spots SP along the X-axis direction in the drawing. It does not necessarily have to be displaced and tiltably constituting the laser emission unit 110 in the Y-axis direction and shown theta X direction of rotation.

なお、支持ユニット115は、4つの光スポットSPのうちの少なくとも1つを他の光スポットSPに重ねることができるように構成することにより、光スポットSPの強度を向上させることができる。また、支持ユニット115は、上記実施形態のように4つの光スポットSPのうちの少なくとも1つを図示Y軸方向にずらして形成できるように構成することにより、加工対象箇所に照射されるレーザ光Lの総量を減じることができる。また、支持ユニット115は、レーザ出射ユニット110の図示X軸方向、図示Y軸方向、図示θ回転方向および図示θ回転方向への各変位を駆動モータおよびモータ駆動部116によらず作業者の手動操作によって変位させるように構成することもできる。 In addition, the support unit 115 can improve the intensity of the light spot SP by configuring the support unit 115 so that at least one of the four light spots SP can be superimposed on the other light spot SP. In addition, the support unit 115 is configured so that at least one of the four light spots SP can be shifted in the Y-axis direction in the drawing as in the above-described embodiment, so that the laser beam irradiated to the processing target portion is formed. The total amount of L can be reduced. Further, the support unit 115 allows the operator to change the displacement of the laser emitting unit 110 in the illustrated X axis direction, the illustrated Y axis direction, the illustrated θ X rotation direction, and the illustrated θ Y rotation direction regardless of the drive motor and the motor drive unit 116. It can also be configured to be displaced by manual operation.

また、上記実施形態においては、一組のレーザ出射ユニット群114を構成する4つのレーザ出射ユニット110の出力強度を互いに異なる強度とした。しかし、4つのレーザ出射ユニット110の出力強度は、被加工物WKの材質、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)を行う部分の形状、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)の仕様に応じて適宜決定されるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、4つのレーザ出射ユニット110の出力強度は、全て同一出力としてもよいし、光スポットSPの進行方向前側から後ろ側に向かって徐々に高くなるように設定することもできる。   In the above embodiment, the output intensities of the four laser emission units 110 constituting the set of laser emission unit groups 114 are different from each other. However, the output intensities of the four laser emitting units 110 are the material of the workpiece WK, the shape of the portion where laser processing (heat treatment in the above embodiment) is performed, and the specifications of laser processing (heat treatment in the above embodiment). However, the present invention is not limited to the above embodiment. Accordingly, the output intensities of the four laser emitting units 110 may all be the same, or may be set so as to gradually increase from the front side to the rear side in the traveling direction of the light spot SP.

また、上記実施形態においては、一組のレーザ出射ユニット群114を構成する4つのレーザ出射ユニット110で構成した。しかし、レーザ出射ユニット群114を構成するレーザ出射ユニット110の数、換言すれば、光スポットSPの進行方向に連ねるレーザ出射ユニット110の数は、被加工物WKの材質、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)を行う部分の形状、レーザ加工(上記実施形態においては熱処理加工)の仕様に応じて適宜決定されるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、一組のレーザ出射ユニット群114を構成するレーザ出射ユニット110は、少なくとも2つ以上であればよい。   Moreover, in the said embodiment, it comprised with the four laser emission units 110 which comprise the 1 set of laser emission unit group 114. FIG. However, the number of the laser emission units 110 constituting the laser emission unit group 114, in other words, the number of the laser emission units 110 connected in the traveling direction of the light spot SP depends on the material of the workpiece WK, the laser processing (the above embodiment). Is appropriately determined according to the shape of the portion to be subjected to heat treatment and the specifications of laser processing (heat treatment in the above embodiment), and is not limited to the above embodiment. Therefore, the number of laser emission units 110 constituting the set of laser emission unit groups 114 may be at least two.

また、上記実施形態においては、一組のレーザ出射ユニット群114を構成する4つのレーザ出射ユニット110は、各レーザ出射ユニット110間において各レーザ光源111の図示Y軸方向の位置が一致するように支持ユニット115に支持させて構成した。しかし、レーザ出射ユニット110が備える複数のレーザ光源111は、所定の間隔を介して配置されるとともに各レーザ光源111間における出力強度のバラツキも存在する。したがって、被加工物WK上に形成される光スポットSPの強度をプロファイルは、図9(A)〜(C)に示すように、レーザ光源111の配列方向に沿って凹凸が生じる。   Further, in the above-described embodiment, the four laser emission units 110 constituting the set of laser emission unit groups 114 are arranged such that the positions of the laser light sources 111 in the Y-axis direction in the figure match between the laser emission units 110. It was configured to be supported by the support unit 115. However, the plurality of laser light sources 111 included in the laser emission unit 110 are arranged at a predetermined interval, and there are variations in output intensity between the laser light sources 111. Therefore, the intensity profile of the light spot SP formed on the workpiece WK has irregularities along the arrangement direction of the laser light sources 111 as shown in FIGS.

したがって、一組のレーザ出射ユニット群114を構成する複数のレーザ出射ユニット110間において、互いに隣接するレーザ出射ユニット110におけるレーザ光源111、すなわち、レーザ光Lを出射させる出射口を光スポットSPの進行方向に交わる方向(例えば、図示Y軸方向)にずらして配置することにより前記光スポットSPの強度をプロファイルにおける凹凸を抑制、すなわち、レーザ光源111の配列方向における光強度を均一化することができる。   Therefore, between the plurality of laser emission units 110 constituting the set of laser emission unit groups 114, the laser light source 111 in the laser emission units 110 adjacent to each other, that is, the emission port that emits the laser light L, travels the light spot SP. By arranging the light spot SP so as to be shifted in a direction intersecting the direction (for example, the Y-axis direction in the drawing), the intensity of the light spot SP can be suppressed from unevenness in the profile, that is, the light intensity in the arrangement direction of the laser light sources 111 can be made uniform. .

また、上記実施形態においては、レーザ出射ユニット110は、集光光学系113を用いて被加工物WK上に平面視で長方形状の光スポットSPを形成した。しかし、レーザ出射ユニット110は、光スポットSPを長方形状以外の形状、例えば、円形状や楕円形状に形成するように構成することもできる。   Further, in the above embodiment, the laser emitting unit 110 uses the condensing optical system 113 to form the rectangular light spot SP on the workpiece WK in plan view. However, the laser emitting unit 110 can also be configured to form the light spot SP in a shape other than a rectangular shape, for example, a circular shape or an elliptical shape.

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置100は、被加工物WKの表層に焼入れ処理や焼き戻し処理を行うレーザ熱処理装置で構成した。しかし、本発明に係るレーザ加工装置100は、被加工物WKに対して熱処理などの表面改質処理以外の加工、例えば、
被加工物上に異種または同種の材料を密着させるレーザ肉盛、2つの被加工物を互いに接続するレーザ溶接などを行う各種機械装置に適用できるものである。
Moreover, in the said embodiment, the laser processing apparatus 100 was comprised with the laser heat processing apparatus which performs the hardening process and the tempering process to the surface layer of the to-be-processed object WK. However, the laser processing apparatus 100 according to the present invention performs processing other than surface modification processing such as heat treatment on the workpiece WK, for example,
The present invention can be applied to various kinds of mechanical devices that perform laser overlaying that adheres different or similar materials on a workpiece, laser welding that connects two workpieces to each other, and the like.

WK…被加工物、L…レーザ光、SP…光スポット
100…レーザ加工装置、
101…テーブル、102…送り装置、
110…レーザ出射ユニット、110a…筐体、111…レーザ光源、112…レーザ電源部、113…集光光学系、114…レーザ出射ユニット群、115…支持ユニット、116…モータ駆動部、117…支持フレーム、
120…制御部、121…操作盤、122…表示装置。
WK ... Workpiece, L ... Laser light, SP ... Light spot 100 ... Laser processing apparatus,
101 ... Table, 102 ... Feeding device,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Laser emission unit, 110a ... Housing | casing, 111 ... Laser light source, 112 ... Laser power supply part, 113 ... Condensing optical system, 114 ... Laser emission unit group, 115 ... Support unit, 116 ... Motor drive part, 117 ... Support flame,
120... Control unit, 121.

Claims (5)

被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同被加工物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記被加工物に対して前記光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、
前記被加工物上に前記光スポットの相対変位方向に沿って並んだ状態で複数の前記光スポットを形成する複数のレーザ光を出射するレーザ光出射手段と、
前記複数の光スポットにおける前記光スポットの相対変位方向上の位置を変更する光スポット位置変更手段とを備え、
前記光スポット走査手段は、
前記被加工物における加工対象箇所に対して前記複数の光スポットを順次通過させるものであり、
前記レーザ光出射手段は、
前記光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿って複数のレーザ光源を有しているとともに、前記複数のレーザ光源間での出力強度のプロファイルが均一となるように前記光スポットの相対変位方向に互いに隣接する前記レーザ光出射手段間で前記レーザ光源をずらして配置していることを特徴とするレーザ加工装置。
In a laser processing apparatus for processing a workpiece by forming a light spot by a laser beam on the surface of the workpiece,
A light spot scanning means for relatively displacing the light spot with respect to the workpiece;
Laser beam emitting means for emitting a plurality of laser beams forming the plurality of light spots in a state of being aligned along the relative displacement direction of the light spot on the workpiece;
A light spot position changing means for changing a position on the relative displacement direction of the light spot in the plurality of light spots,
The light spot scanning means includes
Wherein a shall successively passed through the plurality of light spots relative to the working target portion in the workpiece,
The laser beam emitting means is
The light spot has a plurality of laser light sources along a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot, and the relative displacement direction of the light spot so that the output intensity profile is uniform between the plurality of laser light sources. The laser beam processing apparatus is characterized in that the laser light source is shifted between the laser beam emitting means adjacent to each other .
請求項1に記載したレーザ加工装置において、
前記レーザ光出射手段は、
前記複数の光スポットに対応する数だけ設けられており、
前記光スポット位置変更手段は、
前記レーザ光出射手段が出射する前記レーザ光の位置および向きのうちの少なくとも一つを変更自在な状態で前記レーザ光出射手段を支持することを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The laser beam emitting means is
The number corresponding to the plurality of light spots is provided,
The light spot position changing means includes
A laser processing apparatus that supports the laser light emitting means in a state in which at least one of the position and direction of the laser light emitted by the laser light emitting means can be changed.
請求項1または請求項2に記載したレーザ加工装置において、
前記光スポット位置変更手段は、
前記複数の光スポットのうちの少なくとも1つを前記光スポット走査手段による相対変位方向に交わる方向に変更することを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The light spot position changing means includes
A laser processing apparatus, wherein at least one of the plurality of light spots is changed in a direction intersecting a relative displacement direction by the light spot scanning unit.
請求項1ないし請求項3のうちのいずれか1つに記載したレーザ加工装置において、
前記レーザ光出射手段は、
前記被加工物上に前記光スポットの相対変位方向に直交する方向に沿って並んだ状態で複数の前記光スポットを形成する複数のレーザ光を出射することを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The laser beam emitting means is
A laser processing apparatus for emitting a plurality of laser beams for forming a plurality of light spots in a state of being arranged along a direction orthogonal to a relative displacement direction of the light spots on the workpiece.
請求項1ないし請求項4のうちのいずれか1つに記載したレーザ加工装置において、
前記レーザ光出射手段は、
前記被加工物上にて前記光スポットの相対変位方向に直交する方向に延びる長方形状の光スポットを形成することを特徴とするレーザ加工装置。
In the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The laser beam emitting means is
The laser processing apparatus characterized that you form a rectangular light spot extending in a direction orthogonal to the relative displacement direction of the light spot at the work piece.
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