JP6125197B2 - Laser fusing device and processing method - Google Patents
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Description
本発明は、加工対象の部材にレーザを照射して加工対象の部材を溶断するレーザ溶断装置および加工方法に関する。 The present invention relates to a laser cutting apparatus and a processing method for irradiating a member to be processed with a laser to melt the member to be processed.
レーザを照射することで加工対象を切断、溶断する装置がある。例えば、本出願人が出願した特許文献１には、レーザビームと同軸的に配置され、レーザビームの照射と同時にアシストガスの噴射を行う主ノズルと、この主ノズルの周囲に該主ノズルに対して傾けて配置された高圧ガスの噴射を行う複数個の補助ノズルを用い、主ノズルからのレーザビームを被加工物に対し前進角をつけて入射させると同時に、補助ノズルから噴射される高圧ガスを被加工物にほぼ垂直に噴射することを特徴とするレーザ切断方法が記載されている。 There is an apparatus that cuts and melts a workpiece by irradiating a laser. For example, in Patent Document 1 filed by the present applicant, a main nozzle that is arranged coaxially with a laser beam and that emits an assist gas simultaneously with the irradiation of the laser beam, and the main nozzle around the main nozzle Using a plurality of auxiliary nozzles that inject the high-pressure gas that is inclined at an angle, the laser beam from the main nozzle is incident on the workpiece at an advancing angle, and at the same time, the high-pressure gas injected from the auxiliary nozzle Describes a laser cutting method characterized by spraying the substrate substantially perpendicularly onto the workpiece.
このようなレーザを照射することで加工装置を切断、溶断する装置を、他の建物の取り壊し等の場合に加工対象を分割する装置として用いることが提案されている。例えば、特許文献２には、水中でレーザ光を応用した切断機を用いて溶接された炉内構造物を切断することが記載されている。また、解体等のために原子炉に関連する設備を溶断する装置としては、特許文献３にプラズマ発生装置を用いることが記載されている。 It has been proposed to use an apparatus that cuts and melts a processing apparatus by irradiating such a laser as an apparatus that divides a processing target in the case of demolition of another building or the like. For example, Patent Document 2 describes cutting an in-furnace structure welded using a cutting machine that applies laser light in water. Patent Document 3 describes using a plasma generator as an apparatus for fusing equipment related to a nuclear reactor for dismantling or the like.
ここで、建物の解体等で加工対象を分割する場合、加工位置や周囲の状況によって被加工部材とレーザの照射位置との相対関係が種々の関係となる。しかしながら、レーザ光で加工を行う場合、基本的にレーザの照射位置を被加工部材に近づけた状態で加工を行う。そのため、切断、溶断が困難な場合もある。 Here, when the processing target is divided by building dismantling or the like, the relative relationship between the workpiece and the laser irradiation position varies depending on the processing position and surrounding conditions. However, when processing with laser light, processing is basically performed with the laser irradiation position close to the workpiece. Therefore, cutting and fusing may be difficult.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザを用いて種々の条件の被加工部材を溶断することができるレーザ溶断装置および加工方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the laser fusing apparatus and processing method which can cut the to-be-processed member of various conditions using a laser.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材を加工するレーザ溶断装置であって、ＴＥＭ００モード及びＴＥＭ１０モードを少なくとも含むマルチモードのレーザを出力するレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置から出力されたレーザを案内する案内光学系と、前記光学系から出力されたレーザを案内し、前記被加工部材に照射する照射ヘッドと、前記レーザ出力装置の動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記レーザ出力装置から出力されるレーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力で、前記レーザ出力装置からレーザを出力させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a laser fusing device for irradiating a member to be processed with a laser to process the member to be processed, and includes a multimode including at least a TEM00 mode and a TEM10 mode. A laser output device for outputting the laser, a guide optical system for guiding the laser output from the laser output device, an irradiation head for guiding the laser output from the optical system and irradiating the workpiece A control device for controlling the operation of the laser output device, wherein the control device is configured to control a laser beam irradiated to the workpiece when the laser output from the laser output device is in a TEM10 mode. The laser is output from the laser output device at an output with a peak beam intensity of 500 W / mm 2 or more.
前記レーザ出力装置は、前記照射ヘッドと被加工部材との距離が０．５ｍ以上４０ｍ以下で、ＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる範囲でレーザの出力を調整可能であることが好ましい。 In the laser output device, when the distance between the irradiation head and the workpiece is 0.5 m or more and 40 m or less and the TEM10 mode is selected, the peak beam intensity of the laser irradiated on the workpiece is 500 W / mm. It is preferable that the laser output can be adjusted within a range of 2 or more.
また、前記レーザ出力装置は、１ｋＷ以上５０ｋＷ以下のビームワット数のレーザを出力することが好ましい。 The laser output device preferably outputs a laser having a beam wattage of 1 kW to 50 kW.
また、前記照射ヘッドから出力された前記レーザが到達する前記被加工部材をアシストガス雰囲気とするアシストガス供給装置をさらに有することが好ましい。 In addition, it is preferable that the apparatus further includes an assist gas supply device that uses the workpiece to which the laser output from the irradiation head reaches as an assist gas atmosphere.
また、前記照射ヘッドのレーザ照射位置から前記被加工部材のレーザが照射される位置までの距離を計測する距離計測部をさらに有し、前記制御装置は、前記距離計測部の計測結果に基づいて、前記レーザ出力装置から出力する前記レーザの出力を調整することが好ましい。 The apparatus further includes a distance measuring unit that measures a distance from a laser irradiation position of the irradiation head to a position where the laser of the workpiece is irradiated, and the control device is based on a measurement result of the distance measuring unit. It is preferable to adjust the output of the laser output from the laser output device.
また、前記照射ヘッドの位置を移動させる移動機構をさらに有し、前記制御装置は、前記距離計測部で計測した結果に基づいて、前記移動機構で前記照射ヘッドの位置を移動させ、前記照射ヘッドのレーザ照射位置から前記被加工部材のレーザが照射される位置までの距離を調整することが好ましい。 The moving device further moves a position of the irradiation head, and the control device moves the position of the irradiation head by the moving mechanism based on a result measured by the distance measuring unit, and the irradiation head It is preferable to adjust the distance from the laser irradiation position to the position where the laser beam of the workpiece is irradiated.
また、前記照射ヘッドは、前記案内光学系から出力された前記レーザを集光する集光光学系を有し、前記集光光学系で集光した前記レーザを前記被加工部材に向けて出力させることが好ましい。 The irradiation head includes a condensing optical system that condenses the laser output from the guide optical system, and outputs the laser focused by the condensing optical system toward the workpiece. It is preferable.
また、前記照射ヘッドは、前記案内光学系から出力された前記レーザをコリメートするコリメート光学系を有し、前記コリメート光学系でコリメートした前記レーザを前記被加工部材に向けて出力させることが好ましい。 The irradiation head preferably includes a collimating optical system that collimates the laser output from the guide optical system, and outputs the laser collimated by the collimating optical system toward the workpiece.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材を溶断する加工方法であって、前記レーザ照射位置から前記被加工部材のレーザが照射される位置までの距離を特定するステップと、ＴＥＭ００モード及びＴＥＭ１０モードを少なくとも含むマルチモードのレーザを出力する出力ステップと、を有し、前記出力ステップは、出力されるレーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力で、マルチモードのレーザを出力させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a processing method for irradiating a workpiece with a laser and fusing the workpiece, wherein the laser of the workpiece from the laser irradiation position is provided. And a step of outputting a multi-mode laser including at least a TEM00 mode and a TEM10 mode, and the output step is performed when the output laser is in the TEM10 mode. If there is, a multi-mode laser is output at an output in which the peak beam intensity of the laser applied to the workpiece is 500 W / mm 2 or more.
本発明は、レーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力でマルチモードのレーザを出力し、被加工部材を溶断することで、レーザを用いて種々の条件の被加工部材を溶断することができるという効果を奏する。 In the present invention, when the laser is in the TEM10 mode, the multi-mode laser is output at an output in which the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece is 500 W / mm 2 or more, and the workpiece is blown out. By doing so, there is an effect that a workpiece under various conditions can be fused using a laser.
以下に、本発明にかかるレーザ溶断装置および加工方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例えば、本実施形態では、板状の被加工部材を加工する場合として説明するが、被加工部材の形状は特に限定されない。被加工部材の形状は、種々の形状とすることができる。また、本実施形態では、レーザを移動させることで、レーザと被加工部材とを相対的に移動させるが、被加工部材を移動させるようにしてもよく、レーザと被加工部材の両方を移動させてもよい。 Below, one embodiment of a laser fusing device and a processing method concerning the present invention is described in detail based on a drawing. In addition, this invention is not limited by this embodiment. For example, although this embodiment demonstrates as a case where a plate-shaped workpiece is processed, the shape of a workpiece is not specifically limited. The shape of the workpiece can be various shapes. In the present embodiment, the laser and the workpiece are moved relatively by moving the laser. However, the workpiece may be moved, and both the laser and the workpiece may be moved. May be.
図１は、レーザ溶断装置の実施形態の概略構成を示す模式図である。図２Ａから図２Ｃは、それぞれレーザ出力装置が出力するレーザを説明するための説明図である。図３は、図１に示す照射ヘッドの概略構成を示す模式図である。 Drawing 1 is a mimetic diagram showing a schematic structure of an embodiment of a laser fusing device. 2A to 2C are explanatory diagrams for explaining lasers output from the laser output device, respectively. FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the irradiation head shown in FIG.
レーザ溶断装置１０は、図１に示すように、第１移動機構（本体移動機構）１１と、レーザ出力装置１２と、案内光学系１４と、照射ヘッド１６と、第２移動機構（ヘッド移動機構）１８と、制御装置２２と、距離計測部２４と、アシストガス供給装置２６と、を有する。レーザ溶断装置１０は、被加工部材８にレーザを照射することで、被加工部材８を加工する。ここで、本件において、レーザ溶断装置１０は、被加工部材８の表面をＹＺ平面とし、被加工部材８の表面に直交する方向をＸ方向とする。 As shown in FIG. 1, the laser fusing device 10 includes a first moving mechanism (main body moving mechanism) 11, a laser output device 12, a guide optical system 14, an irradiation head 16, and a second moving mechanism (head moving mechanism). ) 18, a control device 22, a distance measurement unit 24, and an assist gas supply device 26. The laser fusing device 10 processes the workpiece 8 by irradiating the workpiece 8 with a laser. Here, in this case, the laser fusing device 10 sets the surface of the workpiece 8 as the YZ plane and the direction orthogonal to the surface of the workpiece 8 as the X direction.
ここで、本実施形態の被加工部材８は、板状の部材である。被加工部材８としては、種々の材料、例えば、コンクリート、インコネル、ハステロイ、ステンレス、セラミック、鋼、炭素鋼、セラミックス、シリコン、チタン、タングステン、樹脂、プラスチックス、ガラス等で作成された部材を用いることができる。また、被加工部材８には、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、Carbon Fiber Reinforced Plastics）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＧＭＴ（ガラス長繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチック、鋼板以外の鉄合金、アルミ合金等の各種金属、その他複合材料等で作成された部材も用いることができる。 Here, the workpiece 8 of this embodiment is a plate-shaped member. As the workpiece 8, members made of various materials such as concrete, inconel, hastelloy, stainless steel, ceramic, steel, carbon steel, ceramics, silicon, titanium, tungsten, resin, plastics, glass and the like are used. be able to. Further, the workpiece 8 includes fiber reinforced plastics such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics), GMT (Glass Long Fiber Reinforced Plastics), iron alloys other than steel plates, Members made of various metals such as aluminum alloys and other composite materials can also be used.
第１移動機構１１は、レーザ溶断装置１０のアシストガス供給装置２６以外の各部を直接または間接的に支持する。具体的には、第１移動機構１１は、レーザ出力装置１２と、第２移動機構（ヘッド移動機構）１８と、制御装置２２と、を支持する。また、第１移動機構１１は、第２移動機構１８を支持することで、第２移動機構１８が支持する案内光学系１４と、照射ヘッド１６と、を間接的に支持する。第１移動機構１１は、車輪１１ａが設置されており、車輪１１ａを駆動させることで、被加工部材８に対して移動することができる。 The first moving mechanism 11 directly or indirectly supports each part of the laser fusing device 10 other than the assist gas supply device 26. Specifically, the first moving mechanism 11 supports the laser output device 12, the second moving mechanism (head moving mechanism) 18, and the control device 22. The first moving mechanism 11 supports the second moving mechanism 18 to indirectly support the guide optical system 14 supported by the second moving mechanism 18 and the irradiation head 16. The first moving mechanism 11 is provided with wheels 11a, and can move with respect to the workpiece 8 by driving the wheels 11a.
レーザ出力装置１２は、マルチモードのレーザを出力する装置である。レーザ出力装置１２には、光ファイバを媒質に用いてレーザを出力するファイバレーザ出力装置や、短パルスのレーザを出力する短パルスレーザ出力装置を用いることができる。ファイバレーザ出力装置としては、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置が例示される。また、ファイバレーザ出力装置は、連続波発振（Continuous Wave Operation）とパルス発振（Pulsed Operation）のいずれの方式を用いるレーザ出力装置でもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバには、例えば希土類元素（Ｅｒ、Ｎｄ、Ｙｂ）を添加したシリカガラスを使用することができる。また、短パルスとは、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスである。短パルスレーザ出力装置のレーザの発生源としては、例えばチタンサファイアレーザーを用いることができる。 The laser output device 12 is a device that outputs a multimode laser. The laser output device 12 may be a fiber laser output device that outputs laser using an optical fiber as a medium or a short pulse laser output device that outputs a short pulse laser. Examples of the fiber laser output device include a Fabry-Perot type fiber laser output device and a ring type fiber laser output device. Further, the fiber laser output device may be a laser output device using any one of continuous wave operation and pulsed operation. For the fiber of the fiber laser output device, for example, silica glass added with rare earth elements (Er, Nd, Yb) can be used. A short pulse is a pulse having a pulse width of 100 picoseconds or less. As a laser source of the short pulse laser output device, for example, a titanium sapphire laser can be used.
レーザ出力装置１２は、マルチモードのレーザを出力する。つまり、レーザ出力装置１２は、図２Ａに示す強度分布１０２のＴＥＭ００モード、図２Ｂに示す強度分布１０４のＴＥＭ０１モード及び図２Ｃに示す強度分布１０６のＴＥＭ１０モードが混在するレーザを出力する。ここで、レーザ出力装置１２は、少なくともＴＥＭ００モードとＴＥＭ１０モードを含んだレーザを出力すればよい。また、レーザ出力装置１２は、ＴＥＭ１１モードや、ＴＥＭ０２モード、ＴＥＭ２２モード等を含んだレーザであってもよい。レーザ出力装置１２は、ビームワット数が１ｋＷから５０ｋＷのレーザを出力することが好ましい。 The laser output device 12 outputs a multimode laser. That is, the laser output device 12 outputs a laser in which the TEM00 mode of the intensity distribution 102 shown in FIG. 2A, the TEM01 mode of the intensity distribution 104 shown in FIG. 2B, and the TEM10 mode of the intensity distribution 106 shown in FIG. Here, the laser output device 12 may output a laser including at least the TEM00 mode and the TEM10 mode. Further, the laser output device 12 may be a laser including a TEM11 mode, a TEM02 mode, a TEM22 mode, or the like. The laser output device 12 preferably outputs a laser having a beam wattage of 1 kW to 50 kW.
案内光学系１４は、レーザ出力装置１２から出力されたレーザを照射ヘッド１６に案内する光学系である。本実施形態の案内光学系１４は、光ファイバである。案内光学系１４は、一方の端部がレーザ出力装置１２のレーザの出射口と接続され、他方の端部が照射ヘッド１６に接続されている。案内光学系１４は、レーザ出力装置１２から出力されたレーザＬを照射ヘッド１６の入射端に向かって出力する。なお、案内光学系１４の構成はこれに限定されない。レーザ溶断装置１０は、案内光学系１４としてミラーやレンズの組み合わせを用い、レーザを反射、集光等することで、照射ヘッド１６に案内してもよい。 The guide optical system 14 is an optical system that guides the laser output from the laser output device 12 to the irradiation head 16. The guide optical system 14 of this embodiment is an optical fiber. The guide optical system 14 has one end connected to the laser emission port of the laser output device 12 and the other end connected to the irradiation head 16. The guide optical system 14 outputs the laser L output from the laser output device 12 toward the incident end of the irradiation head 16. The configuration of the guide optical system 14 is not limited to this. The laser fusing device 10 may guide the irradiation head 16 by using a combination of a mirror and a lens as the guide optical system 14 and reflecting or condensing the laser.
照射ヘッド１６は、案内光学系１４から出力されるレーザＬを被加工部材８に照射する。本実施形態の照射ヘッド１６は、図３に示すように、案内光学系１４から出力されるレーザを集光光学系７０で集光して、被加工部材８に向けて照射する。集光光学系７０は、第１レンズ７２と第２レンズ７４と出射窓７６とを有する。集光光学系７０は、第１レンズ７２と第２レンズ７４とでレーザを集光し、集光したレーザを出射窓７６から外部に出力する。なお、集光光学系７０は、レーザを集光して出力することができればよく、そのレンズ構成は特に限定されない。集光光学系７０のレンズ構成としては、例えば、案内光学系１４側から凸レンズ、凹レンズ、凸レンズ、凸レンズの順で配置されたレンズユニットや、凹レンズ、凸レンズ、凸レンズの順で配置されたレンズユニットを用いることができる。また、集光光学系７０は、レンズの径（直径）を５０ｍｍ以上１００ｍｍとすることが好ましい。集光光学系７０は、レンズの径を上記径とすることで、安価なレンズを用いることができる。なお、この点は他の光学系も同様である。 The irradiation head 16 irradiates the workpiece 8 with the laser L output from the guide optical system 14. As shown in FIG. 3, the irradiation head 16 of the present embodiment condenses the laser output from the guide optical system 14 with the condensing optical system 70 and irradiates the workpiece 8 with the laser. The condensing optical system 70 includes a first lens 72, a second lens 74, and an exit window 76. The condensing optical system 70 condenses the laser with the first lens 72 and the second lens 74 and outputs the condensed laser to the outside from the emission window 76. Note that the condensing optical system 70 is not particularly limited as long as the condensing optical system 70 can condense and output the laser. As the lens configuration of the condensing optical system 70, for example, a lens unit arranged in the order of a convex lens, a concave lens, a convex lens, and a convex lens from the guide optical system 14 side, or a lens unit arranged in the order of a concave lens, a convex lens, and a convex lens. Can be used. Further, the condensing optical system 70 preferably has a lens diameter (diameter) of 50 mm or more and 100 mm. The condensing optical system 70 can use an inexpensive lens by setting the diameter of the lens to the above diameter. This is the same for other optical systems.
第２移動機構１８は、アーム３０とアーム３０を移動させる駆動源３２とを有する。アーム３０は、先端で照射ヘッド１６を支持している。駆動源３２は、アーム３０をＸＹＺの３軸方向に加え、θ方向に移動させることができる。第２移動機構１８は、駆動源３２でアーム３０をＸＹＺ方向やθ方向に移動させることで、被加工部材８の種々の位置にレーザＬを照射することができる。なお、本実施形態は、移動機構として、アーム３０と駆動源３２で照射ヘッド１６を移動させる機構としたが、ＸＹステージ、ＸＹＺステージ等で照射ヘッド１６を移動する機構も用いることができる。 The second moving mechanism 18 includes an arm 30 and a drive source 32 that moves the arm 30. The arm 30 supports the irradiation head 16 at the tip. The drive source 32 can add the arm 30 to the XYZ triaxial directions and move it in the θ direction. The second moving mechanism 18 can irradiate the laser beam L to various positions of the workpiece 8 by moving the arm 30 in the XYZ direction or the θ direction by the drive source 32. In the present embodiment, the moving mechanism is a mechanism that moves the irradiation head 16 using the arm 30 and the drive source 32. However, a mechanism that moves the irradiation head 16 using an XY stage, an XYZ stage, or the like can also be used.
制御装置２２は、各部の動作を制御する。制御装置２２は、レーザ出力装置１２から出力するレーザの各種条件を調整したり、第１移動機構１１及び第２移動機構１８で照射ヘッド１６を移動させ、被加工部材８に対する照射ヘッド１６の位置を調整したりする。 The control device 22 controls the operation of each unit. The control device 22 adjusts various conditions of the laser output from the laser output device 12, moves the irradiation head 16 with the first moving mechanism 11 and the second moving mechanism 18, and positions the irradiation head 16 with respect to the workpiece 8. To adjust.
距離計測部２４は、照射ヘッド１６に固定されており、照射ヘッド１６のレーザ出力位置から被加工部材８（被加工部材８のレーザが照射される位置）までの距離を計測する。なお、距離計測部２４は、基本的に自機の計測機構が配置されている部分と被加工部材８との距離を検出し、検出した距離を演算することで照射ヘッド１６のレーザ出力位置から被加工部材８までの距離を算出する。距離計測部２４は、種々の計測器を用いることができ、例えば、被加工部材８に向けてレーザを照射し、当該被加工部材８で反射された光を検出することで距離を計測するレーザ測長器を用いることができる。 The distance measuring unit 24 is fixed to the irradiation head 16 and measures the distance from the laser output position of the irradiation head 16 to the workpiece 8 (position where the laser of the workpiece 8 is irradiated). Note that the distance measuring unit 24 basically detects the distance between the part where the measuring mechanism of its own device is disposed and the workpiece 8 and calculates the detected distance from the laser output position of the irradiation head 16. The distance to the workpiece 8 is calculated. The distance measuring unit 24 can use various measuring instruments. For example, a laser that measures the distance by irradiating a laser beam toward the workpiece 8 and detecting light reflected by the workpiece 8. A length measuring device can be used.
アシストガス供給装置２６は、被加工部材８のレーザＬが照射される領域にアシストガスを供給し、被加工部材の加工位置（溶断される位置）をアシストガス雰囲気にする。アシストガス供給装置２６は、ガス供給装置移動機構５０と、アシストガス供給源５２と、供給ヘッド５４と、ガス案内部５６と、供給ヘッド移動機構５８と、制御装置６４と、を有する。アシストガスとしては、酸素または窒素が例示される。 The assist gas supply device 26 supplies assist gas to the region of the workpiece 8 to be irradiated with the laser L, and sets the machining position (melting position) of the workpiece to an assist gas atmosphere. The assist gas supply device 26 includes a gas supply device moving mechanism 50, an assist gas supply source 52, a supply head 54, a gas guide unit 56, a supply head moving mechanism 58, and a control device 64. Examples of the assist gas include oxygen or nitrogen.
ガス供給装置移動機構５０は、アシストガス供給装置２６以外の各部を直接または間接的に支持する。具体的には、ガス供給装置移動機構５０は、アシストガス供給源５２と、供給ヘッド移動機構５８と、制御装置６４と、を支持する。また、ガス供給装置移動機構５０は、供給ヘッド移動機構５８を支持することで、供給ヘッド移動機構５８が支持するガス案内部５６と、供給ヘッド５４と、を間接的に支持する。ガス供給装置移動機構５０は、車輪が設置されており、車輪を駆動させることで、被加工部材８に対して移動することができる。 The gas supply device moving mechanism 50 directly or indirectly supports each part other than the assist gas supply device 26. Specifically, the gas supply device moving mechanism 50 supports the assist gas supply source 52, the supply head moving mechanism 58, and the control device 64. Further, the gas supply device moving mechanism 50 supports the supply head moving mechanism 58 to indirectly support the gas guide portion 56 and the supply head 54 supported by the supply head moving mechanism 58. The gas supply device moving mechanism 50 is provided with wheels, and can move relative to the workpiece 8 by driving the wheels.
アシストガス供給源５２は、ガス供給装置移動機構５０に内蔵されている。アシストガス供給源５２は、アシストガスを貯留するタンクや、アシストガスが供給される配管を備えており、保持しているアシストガスをガス案内部５６に供給する。 The assist gas supply source 52 is built in the gas supply device moving mechanism 50. The assist gas supply source 52 includes a tank for storing the assist gas and a pipe to which the assist gas is supplied, and supplies the held assist gas to the gas guide unit 56.
供給ヘッド５４は、ガス案内部５６から出力されるアシストガスＡを被加工部材８に向けて噴射する。ガス案内部５６は、アシストガス供給源５２から出力されたアシストガスを供給ヘッド５４に案内する配管である。本実施形態のガス案内部５６は、フレキシブルな管路である。ガス案内部５６は、一方の端部がアシストガス供給源５２のアシストガスＡの供給口と接続され、他方の端部が供給ヘッド５４に接続されている。ガス案内部５６は、アシストガス供給源５２から出力されたアシストガスＡを供給ヘッド５４の入射端に向かって出力する。 The supply head 54 injects the assist gas A output from the gas guide 56 toward the workpiece 8. The gas guide unit 56 is a pipe that guides the assist gas output from the assist gas supply source 52 to the supply head 54. The gas guide part 56 of this embodiment is a flexible pipe line. The gas guide unit 56 has one end connected to the assist gas A supply port of the assist gas supply source 52 and the other end connected to the supply head 54. The gas guide 56 outputs the assist gas A output from the assist gas supply source 52 toward the incident end of the supply head 54.
供給ヘッド移動機構５８は、アーム６０とアーム６０を移動させる駆動源６２とを有する。アーム６０は、先端で供給ヘッド５４を支持している。駆動源６２は、アーム６０をＸＹＺの３軸方向に加え、θ方向に移動させることができる。供給ヘッド移動機構５８は、駆動源６２でアーム６０をＸＹＺ方向やθ方向に移動させることで、被加工部材８の種々の位置にアシストガスＡを噴射し供給することができる。供給ヘッド移動機構５８は、第２移動機構１８と同様に他の方式の移動機構を用いることもできる。 The supply head moving mechanism 58 includes an arm 60 and a drive source 62 that moves the arm 60. The arm 60 supports the supply head 54 at the tip. The drive source 62 can add the arm 60 to the XYZ triaxial directions and move it in the θ direction. The supply head moving mechanism 58 can inject and supply the assist gas A to various positions of the workpiece 8 by moving the arm 60 in the XYZ direction and the θ direction by the drive source 62. The supply head moving mechanism 58 can use another type of moving mechanism, as with the second moving mechanism 18.
制御装置６４は、各部の動作を制御する。制御装置６４は、アシストガス供給源５２から排出するアシストガスＡの流量を調整したり、ガス供給装置移動機構５０及び供給ヘッド移動機構５８で供給ヘッド５４を移動させ、被加工部材８に対する供給ヘッド５４の位置を調整したりする。また、制御装置６４は、制御装置２２と無線通信等で情報を共有し、同期した制御を実行する。ガス供給装置移動機構５０は、加工位置を検出する機能を設け、検出した加工位置の変動に合わせて供給ヘッド５４を移動させるようにしてもよい。この場合、制御装置６４は、制御装置２２と非同期で制御を行う。レーザ溶断装置１０は、以上のような構成である。 The control device 64 controls the operation of each unit. The control device 64 adjusts the flow rate of the assist gas A discharged from the assist gas supply source 52, or moves the supply head 54 by the gas supply device moving mechanism 50 and the supply head moving mechanism 58, thereby supplying the supply head to the workpiece 8 The position of 54 is adjusted. In addition, the control device 64 shares information with the control device 22 through wireless communication or the like, and executes synchronized control. The gas supply device moving mechanism 50 may be provided with a function of detecting the machining position, and the supply head 54 may be moved in accordance with the detected fluctuation of the machining position. In this case, the control device 64 performs control asynchronously with the control device 22. The laser fusing device 10 is configured as described above.
レーザ溶断装置１０は、レーザ出力装置１２からマルチモードのレーザＬを出力させる。レーザ溶断装置１０は、出力されたレーザＬを案内光学系１４で照射ヘッド１６に案内する。レーザ溶断装置１０は、照射ヘッド１６を被加工部材８から距離ｄ離れた位置に配置し、当該位置から被加工部材８に向けてマルチモードのレーザＬを照射させる。 The laser fusing device 10 outputs a multimode laser L from the laser output device 12. The laser fusing device 10 guides the output laser L to the irradiation head 16 by the guide optical system 14. The laser fusing device 10 arranges the irradiation head 16 at a position away from the workpiece 8 by a distance d, and irradiates the multimode laser L from the position toward the workpiece 8.
レーザ溶断装置１０は、制御装置２２によりレーザ出力装置１２から出力するレーザＬの出力（強度）を調整する。具体的には、レーザ出力装置１２から出力されるレーザＬがＴＥＭ１０モードであるとした場合、被加工部材８に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力で、レーザ出力装置１２からレーザＬを出力させる。つまり、レーザ溶断装置１０は、出力されるレーザＬが全てＴＥＭ１０モードであった場合でも被加工部材８に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力を算出し、算出した出力のレーザＬをレーザ出力装置１２から出力させる。 The laser fusing device 10 adjusts the output (intensity) of the laser L output from the laser output device 12 by the control device 22. Specifically, when the laser L output from the laser output device 12 is in the TEM10 mode, the laser output is such that the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece 8 is 500 W / mm 2 or more. The laser L is output from the device 12. That is, the laser fusing device 10 calculates and calculates an output in which the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece 8 is 500 W / mm 2 or more even when all of the output laser L is in the TEM10 mode. The output laser L is output from the laser output device 12.
レーザ溶断装置１０は、レーザＬがＴＥＭ１０モードであるとした場合、被加工部材８に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力でマルチモードのレーザＬを出力し、被加工部材８を溶断することで、レーザを用いて種々の条件の被加工部材８を溶断することができる。例えば、一定距離以上離れた位置からマルチモードのレーザを照射する場合でも、被加工部材８を好適に溶断することが可能となる。 Assuming that the laser L is in the TEM10 mode, the laser fusing device 10 outputs the multimode laser L with an output at which the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece 8 is 500 W / mm 2 or more, By cutting the workpiece 8, the workpiece 8 under various conditions can be blown using a laser. For example, even when the multimode laser is irradiated from a position separated by a certain distance or more, the workpiece 8 can be suitably fused.
ここで、距離ｄは、０．５ｍ以上２ｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍ以上１０ｍ以下とすることがより好ましく、０．５ｍ以上２ｍ以下とすることがさらに好ましい。レーザ溶断装置１０は、レーザＬの出力を上記条件を満たす出力とすることで、距離ｄを０．５ ｍ以上４０ｍ以下としても、被加工材料８を好適に溶断することができる。また、レーザ溶断装置１０は、距離ｄは、０．５ｍ以上５ｍ以下とすることで、被加工部材８から一定距離以上離れた位置から被加工部材８を加工することができる。これにより、照射ヘッド１６の挿入が困難な位置や、被加工部材８が汚染されており、照射ヘッド１６を近づけることができない場合であっても、被加工部材８をレーザＬで溶断することができる。 Here, the distance d is preferably 0.5 m or more and 2 m or less, more preferably 0.5 m or more and 10 m or less, and further preferably 0.5 m or more and 2 m or less. The laser fusing device 10 can suitably cut the workpiece 8 even when the distance d is set to 0.5 m or more and 40 m or less by setting the output of the laser L to an output satisfying the above conditions. Further, the laser fusing device 10 can process the workpiece 8 from a position away from the workpiece 8 by a certain distance or more by setting the distance d to 0.5 m to 5 m. As a result, even if the irradiation head 16 is difficult to insert or the workpiece 8 is contaminated and the irradiation head 16 cannot be brought close, the workpiece 8 can be melted by the laser L. it can.
ここで、レーザ出力装置１２は、照射ヘッド１６と被加工部材８との距離が４０ｍ以下で、ＴＥＭ１０モードであるとした場合、被加工部材８に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる範囲でレーザの出力を調整可能であることが好ましい。これにより、距離ｄを４０ｍ以下とした場合にレーザ出力装置１２から必要な出力のレーザを出力させることができる。 Here, when the laser output device 12 assumes that the distance between the irradiation head 16 and the workpiece 8 is 40 m or less and is in the TEM10 mode, the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece 8 is 500 W / mm. It is preferable that the laser output can be adjusted within a range of 2 or more. Thereby, when the distance d is 40 m or less, the laser output device 12 can output a laser having a necessary output.
また、レーザ溶断装置１０は、レーザ出力装置１２として、マルチモードのレーザを出力する装置を用いることで、案内光学系１４を長くすることができ、溶断できる範囲をより広くすることができる。また、装置を安価にすることができる。また、レーザ溶断装置１０は、被加工部材８を溶断する。ここで、溶断とは、切断よりも精度が要求されない加工であり、対象の被加工部材８が対象の領域で分割できていればよい。このため、表面の加工精度等の要求が低いため、マルチモードのレーザを用いた加工でも必要な精度以上の加工が可能となる。 Moreover, the laser fusing device 10 can lengthen the guide optical system 14 by using a device that outputs a multi-mode laser as the laser output device 12, and can further widen the fusing range. In addition, the apparatus can be made inexpensive. Further, the laser fusing device 10 cuts the workpiece 8. Here, fusing is a process that requires less precision than cutting, and it is only necessary that the target workpiece 8 can be divided in the target region. For this reason, since the request | requirement, such as a processing precision of a surface, is low, the process more than a required precision is attained also by the process using a multimode laser.
レーザ溶断装置１０は、レーザ出力装置１２から出力されるレーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、被加工部材８に照射されるレーザのピークビーム強度を、５００Ｗ／ｍｍ２以上とすることが好ましい。これにより、上記効果をより好適に得ることができる。 When the laser output from the laser output device 12 is in the TEM10 mode, the laser fusing device 10 preferably has a peak beam intensity of the laser applied to the workpiece 8 of 500 W / mm 2 or more. Thereby, the said effect can be acquired more suitably.
ここで、レーザ溶断装置１０は、一例として、レーザ出力装置１２のＮＡを０．０９とし、レーザの波長を１．０７μｍとする。また、レーザ溶断装置１０は、ビームウエスト半径を０．００３７８４ｍｍとする。 Here, as an example, the laser fusing device 10 sets the NA of the laser output device 12 to 0.09 and the laser wavelength to 1.07 μm. Moreover, the laser fusing device 10 sets the beam waist radius to 0.003784 mm.
ここで、上記実施形態のレーザ溶断装置１０は、照射ヘッド１６に集光光学系７０を配置し、集光光学系７０で集光したレーザを出力させたが、これに限定されない。照射ヘッドは、レーザをコリメートして出力してもよい。 Here, in the laser fusing device 10 of the above-described embodiment, the condensing optical system 70 is arranged in the irradiation head 16 and the laser condensed by the condensing optical system 70 is output. However, the present invention is not limited to this. The irradiation head may collimate and output the laser.
図４は、照射ヘッドの他の例の概略構成を示す模式図である。図４に示す照射ヘッド１６ａは、コリメート光学系８０を備える。コリメート光学系８０は、光学部材８２、８４、８６と出射窓８８とを有する。コリメート光学系８０は、光学部材８２、８４、８６でレーザをコリメートし、コリメートレーザを出射窓８８から外部に出力する。なお、コリメート光学系８０は、レーザをコリメートして出力することができればよく、光学部材の構成は特に限定されない。コリメート光学系８０の構成としては、例えば、１枚の凸レンズのみが配置されたユニットや、案内光学系１４側から凹レンズ、凸レンズ、凸レンズ、凹レンズの順で配置されたユニットを用いることができる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of another example of the irradiation head. The irradiation head 16 a shown in FIG. 4 includes a collimating optical system 80. The collimating optical system 80 includes optical members 82, 84, 86 and an exit window 88. The collimating optical system 80 collimates the laser with the optical members 82, 84, 86, and outputs the collimated laser from the emission window 88 to the outside. The collimating optical system 80 only needs to be able to collimate and output a laser, and the configuration of the optical member is not particularly limited. As a configuration of the collimating optical system 80, for example, a unit in which only one convex lens is arranged, or a unit in which the concave lens, convex lens, convex lens, and concave lens are arranged in this order from the guide optical system 14 side can be used.
レーザ溶断装置１０は、レーザをコリメートして被加工部材に照射しても、集光した場合と同様の条件を満足させることで、種々の条件で被加工部材を溶断させることができる。具体的には、マルチモードのレーザ光を一定より離れた位置から照射しても、被加工部材を溶断することができる。レーザ溶断装置１０は、レーザをコリメートして被加工部材に照射することで、一定の距離の範囲で、コリメートしたレーザが照射させることができるため、距離ｄが変動しても同様の溶断を実現することができる。レーザ溶断装置１０は、レーザをコリメートして被加工部材に照射する場合、距離ｄを５ｍ以内とすることが好ましく、１ｍ以内とすることがより好ましい。これにより、好適に溶断を行うことができる。 Even if the laser fusing device 10 collimates the laser and irradiates the workpiece, the workpiece can be fused under various conditions by satisfying the same conditions as when the light is condensed. Specifically, the member to be processed can be melted even when a multimode laser beam is irradiated from a position away from a certain distance. The laser fusing device 10 collimates the laser and irradiates the workpiece, so that the collimated laser can be radiated within a certain distance range, so that the same fusing is realized even if the distance d varies. can do. When the laser fusing device 10 collimates the laser and irradiates the workpiece, the distance d is preferably within 5 m, and more preferably within 1 m. Thereby, fusing can be performed suitably.
本実施形態のレーザ溶断装置１０は、アシストガス供給装置２６でアシストガスを供給することで、より厚い部材をより短時間で溶断することができる。なお、レーザ溶断装置１０は、アシストガス供給装置２６を備えなくてもよい。アシストガス供給装置２６を備えないことで、装置構成を簡単にすることができる。特に、被加工部材が２ｍｍ以下の場合、レーザ溶断装置１０は、アシストガスを用いなくても好適に溶断することができる。 The laser fusing device 10 of the present embodiment can melt a thicker member in a shorter time by supplying the assist gas with the assist gas supply device 26. Note that the laser fusing device 10 may not include the assist gas supply device 26. By not providing the assist gas supply device 26, the device configuration can be simplified. In particular, when the workpiece is 2 mm or less, the laser fusing device 10 can be suitably fused without using an assist gas.
次に、図５及び図６を用いて、レーザ溶断装置の制御動作の一例について説明する。図５及び６は、それぞれレーザ溶断装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。図５及び図６に示す処理は、制御装置２２で各種処理を行い各部の動作を制御することで、実現することができる。 Next, an example of the control operation of the laser fusing device will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are flowcharts showing examples of control operations of the laser fusing device. The processes shown in FIGS. 5 and 6 can be realized by performing various processes by the control device 22 and controlling the operation of each unit.
まず、図５に示す処理を説明する。制御装置２２は、装置の仕様を検出する（ステップＳ１２）。ここで、装置の仕様とは、出力できるレーザの出力や、レーザ出力装置１２の性能、照射ヘッド１６の構成や、集光光学系の場合は焦点距離等の情報を取得する。つまり、制御装置２２は、後述する処理に必要な装置の各パラメータの情報を取得する。 First, the process shown in FIG. 5 will be described. The control device 22 detects the specification of the device (step S12). Here, the specification of the apparatus acquires information such as the output of the laser that can be output, the performance of the laser output apparatus 12, the configuration of the irradiation head 16, and the focal length in the case of a condensing optical system. That is, the control device 22 acquires information on each parameter of the device necessary for processing to be described later.
制御装置２２は、仕様を検出したら、被加工部材までの距離、つまり距離ｄを特定する（ステップＳ１４）。ここで距離ｄは、距離計測部２４で計測した結果を用いてもよいし、条件として設定されている加工時の距離ｄを用いてもよい。 When detecting the specification, the control device 22 specifies the distance to the workpiece, that is, the distance d (step S14). Here, as the distance d, a result measured by the distance measuring unit 24 may be used, or a processing distance d set as a condition may be used.
制御装置２２は、距離ｄを特定したら、レーザの出力条件を設定する（ステップＳ１６）。制御装置２２は、出力条件を設定したら、設定した条件に基づいて、ＴＥＭ００モードで出力した場合における加工位置の強度を算出する（ステップＳ１８）。具体的には、出力するレーザがＴＥＭ００モードであると仮定した場合に被加工部材８の加工位置に照射されるレーザの強度を算出する。ここで、強度としては、分布を算出してもよいし、ピーク強度のみを算出してもよい。次に、制御装置２２は、設定した条件に基づいて、ＴＥＭ１０モードで出力した場合における加工位置の強度を算出する（ステップＳ２０）。具体的には、出力するレーザがＴＥＭ１０モードであると仮定した場合に被加工部材８の加工位置に照射されるレーザの強度を算出する。ここで、強度としては、分布を算出してもよいし、ピーク強度のみを算出してもよい。 After specifying the distance d, the control device 22 sets the laser output condition (step S16). After setting the output condition, the control device 22 calculates the intensity of the machining position when outputting in the TEM00 mode based on the set condition (step S18). Specifically, when it is assumed that the laser to be output is in the TEM00 mode, the intensity of the laser applied to the processing position of the workpiece 8 is calculated. Here, as the intensity, a distribution may be calculated, or only the peak intensity may be calculated. Next, the control device 22 calculates the intensity of the machining position when output in the TEM10 mode based on the set condition (step S20). Specifically, when it is assumed that the laser to be output is in the TEM10 mode, the intensity of the laser irradiated to the processing position of the workpiece 8 is calculated. Here, as the intensity, a distribution may be calculated, or only the peak intensity may be calculated.
制御装置２２は、加工位置の強度を算出したら、ＴＥＭ１０モードのピーク強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上であるかを判定する（ステップＳ２２）。制御装置２２は、ピーク強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上である（ステップＳ２２でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ２４に進み、ピーク強度が５００Ｗ／ｍｍ２未満である（ステップＳ２２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２６に進む。 After calculating the intensity at the machining position, the control device 22 determines whether the peak intensity in the TEM10 mode is 500 W / mm 2 or more (step S22). When it is determined that the peak intensity is 500 W / mm 2 or more (Yes in Step S22), the control device 22 proceeds to Step S24 and determines that the peak intensity is less than 500 W / mm 2 (No in Step S22). If so, the process proceeds to step S26.
制御装置２２は、ステップＳ２２でＹｅｓと判定した場合、ＴＥＭ００モードの平均強度が５００００Ｗ／ｍｍ２以上であるかを判定する（ステップＳ２４）。制御装置２２は、平均強度が５００００Ｗ／ｍｍ２以上である（ステップＳ２４でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ２８に進み、平均強度が５００００Ｗ／ｍｍ２未満である（ステップＳ２４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２６に進む。 When it determines with Yes at step S22, the control apparatus 22 determines whether the average intensity | strength of TEM00 mode is 50000 W / mm < 2 > or more (step S24). When it is determined that the average intensity is 50000 W / mm 2 or more (Yes in Step S24), the control device 22 proceeds to Step S28 and determines that the average intensity is less than 50000 W / mm 2 (No in Step S24). If so, the process proceeds to step S26.
制御装置２２は、ステップＳ２２、Ｓ２４でＮｏと判定した場合、レーザの出力条件を調整し（ステップＳ２６）、ステップＳ１８に戻る。このように制御装置２２は、ステップＳ２２、２４でＹｅｓと判定される条件が検出されるまで、処理を繰り返す。また、調整する出力条件としては、レーザの出力や、レーザの移動速度、距離ｄ等がある。 When it is determined No in steps S22 and S24, the control device 22 adjusts the laser output condition (step S26), and returns to step S18. As described above, the control device 22 repeats the process until the condition determined as Yes in steps S22 and S24 is detected. The output conditions to be adjusted include laser output, laser moving speed, distance d, and the like.
制御装置２２は、ステップＳ２４でＹｅｓと判定したら、Ｙｅｓと判定した条件を出力条件に決定し（ステップＳ２８）、決定した出力条件に基づいて溶断を実行し（ステップＳ３０）、本処理を終了する。 If it determines with Yes at step S24, the control apparatus 22 will determine the conditions determined as Yes as an output condition (step S28), will perform fusing based on the determined output condition (step S30), and will complete | finish this process. .
このように、制御装置２２は、出力条件を決定し、決定した出力条件で溶断（加工）処理を実行することで、好適に被加工部材を溶断することができる。 As described above, the control device 22 can appropriately blow the workpiece by determining the output condition and executing the fusing (machining) process under the decided output condition.
また、レーザ溶断装置１０は、溶断処理の実行中に距離ｄを検出し、その結果に基づいて、加工条件を調整してもよい。以下、図６を用いて説明する。制御装置２２は、被加工部材までの距離、つまり距離ｄを特定する（ステップＳ４０）。ここで距離ｄは、距離計測部２４で計測した結果を用いる。 Further, the laser fusing device 10 may detect the distance d during execution of the fusing process, and adjust the processing conditions based on the result. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. The control device 22 specifies the distance to the workpiece, that is, the distance d (step S40). Here, the distance d uses the result measured by the distance measuring unit 24.
制御装置２２は、距離を計測したら、測定距離が設定距離の許容範囲内であるかを判定する（ステップＳ４２）。ここで、設定距離と許容範囲とは、予め設定した値である。設定距離は、出力条件として設定されている距離ｄである。制御装置２２は、測定距離が設定距離の許容範囲内である（ステップＳ４２でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ５０に進む。 After measuring the distance, the control device 22 determines whether the measurement distance is within the allowable range of the set distance (step S42). Here, the set distance and the allowable range are values set in advance. The set distance is a distance d set as an output condition. When it is determined that the measurement distance is within the allowable range of the set distance (Yes in step S42), the control device 22 proceeds to step S50.
制御装置２２は、測定距離が設定距離の許容範囲内ではない（ステップＳ４２でＮｏ）と判定した場合、距離ｄを調整可能であるかを判定する（ステップＳ４４）。制御装置２２は、距離ｄが調整可能な仕様、条件であるか、また距離ｄを変更可能な設定であるか等に基づいて判定を行う。制御装置２２は、距離の調整が可能である（ステップＳ４４でＹｅｓ）と判定した場合、被加工部材までの距離ｄを調整し（ステップＳ４６）、ステップＳ５０に進む。なお、距離ｄを調整した場合、調整した距離ｄを新たな距離ｄとする。制御装置２２は、距離の調整が可能ではない（ステップＳ４４でＮｏ）と判定した場合、出力条件（距離ｄ以外の条件）を調整し（ステップＳ４８）、ステップＳ５０に進む。 When it is determined that the measurement distance is not within the allowable range of the set distance (No in step S42), the control device 22 determines whether the distance d can be adjusted (step S44). The control device 22 makes a determination based on whether the distance d is a specification and a condition that can be adjusted, whether the distance d is a setting that can be changed, and the like. When it is determined that the distance can be adjusted (Yes in Step S44), the control device 22 adjusts the distance d to the workpiece (Step S46), and proceeds to Step S50. When the distance d is adjusted, the adjusted distance d is set as a new distance d. When it is determined that the distance cannot be adjusted (No in step S44), the control device 22 adjusts the output conditions (conditions other than the distance d) (step S48), and proceeds to step S50.
制御装置２２は、ステップＳ４２でＹｅｓ、またはステップＳ４６、４８の処理を実行したら、溶断処理を終了するかを判定する（ステップＳ５０）。制御装置２２は、溶断処理を終了しない（ステップＳ５０でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ４０に戻り、上記処理を繰り返す。制御装置２２は、溶断処理を終了する（ステップＳ５０でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。 If the control device 22 executes Yes in step S42 or the processing in steps S46 and 48, the control device 22 determines whether or not to terminate the fusing process (step S50). When it determines with the control apparatus 22 not complete | finishing a fusing process (it is No at step S50), it returns to step S40 and repeats the said process. If it is determined that the fusing process is to be ended (Yes in step S50), the control device 22 ends this process.
制御装置２２は、このように加工時に距離ｄに応じて各種パラメータを調整することで、適切な条件で溶断処理を実行することができ、被加工部材をより確実に溶断することができる。 Thus, the control apparatus 22 can perform a fusing process on suitable conditions by adjusting various parameters according to the distance d at the time of a process, and can cut a to-be-processed member more reliably.
レーザ溶断装置１０は、第１移動機構１１及び第２移動機構１８によってレーザの照射位置を移動させることで、レーザの照射位置を３次元で種々の方向に移動させることができる。したがって、レーザ溶断装置１０は、レーザの移動を制御することで被加工部材を種々の形状で溶断することができる。つまり、レーザ溶断装置１０は、被加工部材上における加工位置、つまりレーザの照射位置を調整することで、レーザが移動する軌跡（つまり溶断される辺の形状）を、穴、直線、屈曲点を有する形状、湾曲した形状とすることもできる。 The laser fusing device 10 can move the laser irradiation position in various directions in three dimensions by moving the laser irradiation position by the first moving mechanism 11 and the second moving mechanism 18. Therefore, the laser fusing device 10 can cut the workpiece in various shapes by controlling the movement of the laser. That is, the laser fusing device 10 adjusts the machining position on the workpiece, that is, the laser irradiation position, so that the locus of movement of the laser (that is, the shape of the side to be fused) can be changed to a hole, straight line, or bending point. A shape having a curved shape or a curved shape can also be used.
レーザ溶断装置１０は、第１移動機構１１及び第２移動機構１８によってレーザの照射位置を移動させる際の、被加工部材８とレーザＬとの相対速度、具体的にはレーザの掃引速度を１０ｍｍ／ｍｉｎ以上５０００ｍｍ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。また、レーザ溶断装置１０は、被加工部材の溶断する対象の領域に対してレーザを往復させる、つまり複数回通過させることが好ましい。 The laser fusing device 10 sets a relative speed between the workpiece 8 and the laser L when moving the laser irradiation position by the first moving mechanism 11 and the second moving mechanism 18, specifically, a laser sweep speed of 10 mm. / Min or more and 5000 mm / min or less is preferable. Further, the laser fusing device 10 preferably reciprocates the laser with respect to the region to be cut of the workpiece, that is, allows the laser fusing device 10 to pass a plurality of times.
またレーザ溶断装置１０は、照射ヘッド１６を冷却する冷却機構を備えることが好ましい。ここで冷却機構としては、水冷式、空冷式等種々の方式の冷却機構を用いることができる。これにより、レーザが照射されることで照射ヘッド１６の光学特性が変動することを抑制することができ、より安定した条件で溶断を実行することができる。 The laser fusing device 10 preferably includes a cooling mechanism for cooling the irradiation head 16. Here, as a cooling mechanism, various types of cooling mechanisms such as a water cooling type and an air cooling type can be used. Thereby, it can suppress that the optical characteristic of the irradiation head 16 changes by irradiating a laser, and can perform fusing on more stable conditions.
レーザ溶断装置１０は、被加工部材を原子力設備の各部、例えば、原子炉の構造物（圧力容器、炉内構造物、伝熱管等）とすることが好ましい。レーザ溶断装置１０は、一定距離以上離れた位置から溶断が可能であるため、放射性廃棄物に対して一定距離以上離れた位置に照射ヘッド１６を配置することができる。また、伝熱管のように多数の配管が配列されている場合も伝熱管の集合体の外側から、伝熱管の集合体の内側に配置された伝熱管を溶断することができる。 In the laser fusing device 10, it is preferable that the member to be processed be each part of a nuclear facility, for example, a reactor structure (a pressure vessel, a reactor internal structure, a heat transfer tube, or the like). Since the laser fusing device 10 can be fused from a position separated by a certain distance or more, the irradiation head 16 can be disposed at a position separated by a certain distance or more from the radioactive waste. Moreover, also when many piping is arranged like a heat exchanger tube, the heat exchanger tube arrange | positioned inside the aggregate of heat exchanger tubes can be blown out from the outer side of the aggregate of heat exchanger tubes.
本実施形態のレーザ溶断装置１０は、第１移動機構１１及び第２移動機構１８によってレーザの照射位置を移動させることで、遠隔操作で被加工部材の溶断の作業を行うことができる。これにより、オペレータは安全に作業を行うことができる。なお、レーザ溶断装置１０は、第１移動機構１１及び第２移動機構１８を備えていなくてもよい。この場合、オペレータが、手動でレーザの照射位置を移動させ、被加工部材にレーザを照射し、被加工部材を溶断する。 The laser fusing device 10 of this embodiment can perform a fusing operation of a workpiece by remote control by moving the laser irradiation position by the first moving mechanism 11 and the second moving mechanism 18. Thereby, the operator can work safely. Note that the laser fusing device 10 may not include the first moving mechanism 11 and the second moving mechanism 18. In this case, the operator manually moves the laser irradiation position, irradiates the workpiece with the laser, and melts the workpiece.
８ 被加工部材
１０ レーザ溶断装置
１１ 第１移動機構（本体移動機構）
１１ａ 車輪
１２ レーザ出力装置
１４ 案内光学系
１６ 照射ヘッド
１８ 第２移動機構（ヘッド移動機構）
２２、６４ 制御装置
２４ 距離計測部
２６ アシストガス供給装置
３０ アーム
３２ 駆動源
５０ ガス供給装置移動機構
５２ アシストガス供給源
５４ 供給ヘッド
５６ ガス案内部
５８ 供給ヘッド移動機構
６０ アーム
６２ 駆動源
７０ 集光光学系
８０ コリメート光学系
ｄ 距離
Ｌ レーザ
8 Workpiece member 10 Laser fusing device 11 First moving mechanism (main body moving mechanism)
11a Wheel 12 Laser output device 14 Guide optical system 16 Irradiation head 18 Second moving mechanism (head moving mechanism)
22, 64 Control device 24 Distance measurement unit 26 Assist gas supply device 30 Arm 32 Drive source 50 Gas supply device moving mechanism 52 Assist gas supply source 54 Supply head 56 Gas guide portion 58 Supply head moving mechanism 60 Arm 62 Drive source 70 Condensing Optical system 80 Collimating optical system d Distance L Laser
Claims (7)
ＴＥＭ００モード及びＴＥＭ１０モードを少なくとも含むマルチモードのレーザを出力するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置から出力されたレーザを案内する案内光学系と、
前記案内光学系から出力されたレーザを集光せずに直接入力し、前記レーザをコリメートしたコリメートレーザを前記被加工部材に、０．５ｍ以上４０ｍ以下の距離で照射する照射ヘッドと、
前記レーザ出力装置の動作を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記レーザ出力装置から出力されるレーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力で、前記レーザ出力装置からレーザを出力させることを特徴とするレーザ溶断装置。 A laser fusing device for irradiating a workpiece with a laser to process the workpiece,
A laser output device for outputting a multimode laser including at least a TEM00 mode and a TEM10 mode;
A guide optical system for guiding the laser output from the laser output device;
An irradiation head that directly inputs a laser beam output from the guide optical system without condensing, and irradiates the workpiece with a collimated laser beam collimated with the laser beam at a distance of 0.5 m to 40 m ;
A control device for controlling the operation of the laser output device,
When the laser output from the laser output device is in the TEM10 mode, the control device outputs the laser output with an output at which the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece is 500 W / mm 2 or more. A laser fusing device characterized in that a laser is output from the device.
前記制御装置は、前記距離計測部の計測結果に基づいて、前記レーザ出力装置から出力する前記レーザの出力を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ溶断装置。 A distance measuring unit that measures a distance from a laser irradiation position of the irradiation head to a position where the laser of the workpiece is irradiated;
5. The laser fusing according to claim 1, wherein the control device adjusts an output of the laser output from the laser output device based on a measurement result of the distance measuring unit. apparatus.
前記制御装置は、前記距離計測部で計測した結果に基づいて、前記移動機構で前記照射ヘッドの位置を移動させ、前記照射ヘッドのレーザ照射位置から前記被加工部材のレーザが照射される位置までの距離を調整することを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶断装置。 A moving mechanism for moving the position of the irradiation head;
The control device moves the position of the irradiation head by the moving mechanism based on the result measured by the distance measuring unit, and from the laser irradiation position of the irradiation head to the position where the laser of the workpiece is irradiated The laser fusing device according to claim 5, wherein the distance is adjusted.
前記レーザ照射位置から前記被加工部材のレーザが照射される位置までの距離を特定するステップと、
ＴＥＭ００モード及びＴＥＭ１０モードを少なくとも含むマルチモードのレーザを出力する出力ステップと、
前記レーザを集光せずに直接コリメートしたコリメートレーザを前記被加工部材に、０．５ｍ以上４０ｍ以下の距離で照射する加工ステップと、を有し、
前記出力ステップは、出力されるレーザがＴＥＭ１０モードであるとした場合、前記被加工部材に照射されるレーザのピークビーム強度が５００Ｗ／ｍｍ２以上となる出力で、マルチモードのレーザを出力することを特徴とする加工方法。 A processing method for irradiating a workpiece with a laser and fusing the workpiece,
Identifying a distance from the laser irradiation position to a position where the laser of the workpiece is irradiated;
An output step of outputting a multimode laser including at least a TEM00 mode and a TEM10 mode;
A processing step of irradiating the workpiece with a collimated laser directly collimated without condensing the laser at a distance of not less than 0.5 m and not more than 40 m ,
In the output step, when the output laser is assumed to be a TEM10 mode, a multimode laser is output with an output in which the peak beam intensity of the laser irradiated to the workpiece is 500 W / mm 2 or more. A processing method characterized by
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