JP6210456B2 - Long distance laser cutting device - Google Patents

Long distance laser cutting device Download PDF

Info

Publication number
JP6210456B2
JP6210456B2 JP2014110619A JP2014110619A JP6210456B2 JP 6210456 B2 JP6210456 B2 JP 6210456B2 JP 2014110619 A JP2014110619 A JP 2014110619A JP 2014110619 A JP2014110619 A JP 2014110619A JP 6210456 B2 JP6210456 B2 JP 6210456B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
distance
irradiation head
cutting
lens
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014110619A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015223614A (en
JP2015223614A5 (en
Inventor
浩司 田村
浩司 田村
Original Assignee
公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター filed Critical 公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター
Priority to JP2014110619A priority Critical patent/JP6210456B2/en
Publication of JP2015223614A publication Critical patent/JP2015223614A/en
Publication of JP2015223614A5 publication Critical patent/JP2015223614A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6210456B2 publication Critical patent/JP6210456B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、レーザ切断装置の改良、詳しくは、遠く離れた位置(最大数十メートル程度)にある対象物の切断加工を行えるだけでなく、照射ヘッドからの距離が様々な対象物に対して焦点位置を効率的に無段階で自動調節することができ、しかも、焦点距離の調節範囲を充分に確保できる長距離レーザ切断装置に関するものである。   The present invention is an improvement of a laser cutting device, and more specifically, it can cut an object at a distant position (up to several tens of meters), as well as an object with various distances from an irradiation head. The present invention relates to a long-distance laser cutting device that can automatically and efficiently adjust the focal position steplessly and that can ensure a sufficient focal length adjustment range.

近年、レーザ切断装置は、金属材料の切断加工や鋼材やコンクリート等から成る構造物の解体工事などに広く利用されている。そして、レーザ切断装置を使用する際には、レーザ光のビーム焦点を切断対象物に合わせて、照射エネルギー密度が最大となるように、かつ、切断溝幅(カーフ幅)が最小となるように設定するのが一般的である。   In recent years, laser cutting devices have been widely used for cutting metal materials and dismantling work on structures made of steel, concrete, or the like. When using the laser cutting device, the laser beam is focused on the object to be cut so that the irradiation energy density is maximized and the cutting groove width (kerf width) is minimized. It is common to set.

しかしながら、照射ヘッドから数メートル以上離れた位置にある遠距離の対象物を切断する長距離照射型のレーザ切断装置においては、照射ヘッドと切断対象物の距離に応じてレーザ光の焦点位置を広範囲(数メートルから数十メートルの範囲)にわたって調節する必要があるものの、これを可能とするレーザ切断装置は未だ開発されていない。   However, in a long-distance irradiation type laser cutting apparatus that cuts a long-distance object at a position several meters or more away from the irradiation head, the focal position of the laser beam is set in a wide range according to the distance between the irradiation head and the cutting object. Although it is necessary to adjust over a range (a few meters to a few tens of meters), a laser cutting device that enables this has not been developed yet.

ちなみに従来技術としては、例えば、集光距離を二つ持つレンズを使用して薄板から厚板まで切断できるようにしたレーザ切断装置が開発されているが(特許文献1参照)、この技術では、焦点距離の選択肢がたった2つしかないため、屋外等で様々な位置に配置された切断対象物に対して焦点距離を無段階で(連続的に)調節することができない。   Incidentally, as a conventional technique, for example, a laser cutting device has been developed that can cut from a thin plate to a thick plate using a lens having two condensing distances (see Patent Document 1). Since there are only two options for the focal length, the focal length cannot be adjusted steplessly (continuously) with respect to the cutting object placed at various positions outdoors.

また、従来技術としては、レーザ距離計等によって照射ヘッドと切断対象物との距離を測定し、更にこの測定データに基づいて照射ヘッド内の光学系(可動レンズやビームエキスパンダ等)を光路上で前後に動かすことにより、焦点距離を無段階で調節できるようにしたレーザ切断装置も公知となっている(例えば、特許文献2〜4参照)。   Further, as a conventional technique, the distance between the irradiation head and the object to be cut is measured by a laser distance meter or the like, and further, the optical system (movable lens, beam expander, etc.) in the irradiation head is placed on the optical path based on this measurement data. Also known is a laser cutting device in which the focal length can be adjusted steplessly by moving it back and forth (see, for example, Patent Documents 2 to 4).

しかしながら、上記文献2〜4に係る技術に関しては、加工台上に切断対象物を固定して、加工台に近接配置された照射ヘッドからレーザ光を照射して切断加工を行う通常の用途を前提としているため、焦点位置の調節範囲が、いずれの技術も近距離(文献2,3では100mm程度、文献4では300〜600mm程度の範囲)に限定されている。   However, regarding the techniques according to the above-mentioned documents 2 to 4, it is assumed that the cutting object is fixed on the processing table, and the cutting process is performed by irradiating the laser beam from the irradiation head arranged close to the processing table. Therefore, the focus position adjustment range is limited to a short distance (a range of about 100 mm in References 2 and 3 and a range of about 300 to 600 mm in Reference 4) in any technique.

一方、従来においては、40m以下の長距離照射を目的とするレーザ切断装置も公知となっているが(特許文献5参照)、この装置に関しては、照射ヘッド内に光学系の位置を制御する手段を備えていないことから、照射ヘッドを支持するアームや装置下部の走行手段を動かして照射ヘッド自体の位置を変えることにより焦点距離を調節する必要があった。そのため、焦点距離の調節範囲が狭く調節を効率的に行うこともできなかった。   On the other hand, a laser cutting apparatus for long-distance irradiation of 40 m or less has been conventionally known (see Patent Document 5). With regard to this apparatus, means for controlling the position of the optical system in the irradiation head is known. Therefore, it has been necessary to adjust the focal length by changing the position of the irradiation head itself by moving the arm that supports the irradiation head and the traveling means under the apparatus. Therefore, the adjustment range of the focal length is narrow and the adjustment cannot be performed efficiently.

特開2006−192504号公報JP 2006-192504 A 特開2008−215829号公報JP 2008-215829 A 特開2010−82663号JP 2010-82663 A 特開2013−226590号JP2013-226590A 特開2014−91133号JP 2014-91133 A

そこで本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、遠く離れた位置にある対象物の切断加工を行えるだけでなく、照射ヘッドからの距離が様々な対象物に対して焦点位置を効率的に無段階で自動調節することができ、しかも、焦点距離の調節範囲も充分に確保できる長距離レーザ切断装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is not only to cut an object at a distant position but also various distances from the irradiation head. It is an object of the present invention to provide a long-distance laser cutting apparatus that can automatically and continuously adjust the focal position of a target object in a stepless manner and that can sufficiently secure a focal length adjustment range.

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。   Means employed by the present inventor for solving the above-described problems will be described with reference to the accompanying drawings.

即ち、本発明は、加工用レーザ光L1の光源として用いられ、かつ、出力側に導光用光ファイバ11を備えたファイバレーザ光源1と;このファイバレーザ光源1に導光用光ファイバ11を介して接続され、かつ、集光光学系21として光軸上に配置された前後の固定レンズ21a・21aと、その間に配置された可動レンズ21bとを備えると共に、前記可動レンズ21bを光軸に沿って前後に無段階で移動調節可能なレンズ駆動部22を備えた照射ヘッド2と;この照射ヘッド2を所定の方向および回転角度で正逆回転させるヘッド回転機構3と;前記照射ヘッド2に固定された状態で、照射ヘッド2と切断対象物W間の距離を測定可能な距離測定器4と;この距離測定器4と前記照射ヘッド2のレンズ駆動部22に有線または無線接続され、かつ、距離測定器4から受信した距離データに基づいてレンズ駆動部22の制御を行う制御装置6とから長距離照射型レーザ照射装置を構成し、
更に前記距離データに基づく可動レンズ21bの位置制御によって、照射ヘッド2から出射される加工用レーザ光L1の焦点位置Fを、照射ヘッド2から1m以上離れた位置で自動調節可能とした点に特徴がある。
That is, the present invention is a fiber laser light source 1 that is used as a light source of the processing laser light L 1 and has a light guide optical fiber 11 on the output side; And the front and rear fixed lenses 21a and 21a disposed on the optical axis as the condensing optical system 21, and the movable lens 21b disposed therebetween, and the movable lens 21b is disposed on the optical axis. An irradiation head 2 provided with a lens drive unit 22 that can be moved stepwise in the back and forth along the head; a head rotation mechanism 3 that rotates the irradiation head 2 forward and backward in a predetermined direction and rotation angle; and the irradiation head 2 A distance measuring device 4 capable of measuring the distance between the irradiation head 2 and the object to be cut W in a fixed state; connected to the distance measuring device 4 and the lens driving unit 22 of the irradiation head 2 by wire or wirelessly; And received from the distance measuring device 4 Constitute long-distance illumination laser irradiation apparatus from the control device 6 for controlling the lens driving unit 22 based on the distance data,
Further, the position control of the movable lens 21b based on the distance data enables the focal position F of the processing laser light L 1 emitted from the irradiation head 2 to be automatically adjusted at a position 1 m or more away from the irradiation head 2. There are features.

また、本発明においては、上記照射ヘッド2にズーム機能を有するテレスコープ5を装着して、制御装置6に有線または無線接続すると共に、距離測定器4から得られた距離データに基づいてテレスコープ5のズーム倍率を制御装置6によって自動調節可能に構成することもできる。   In the present invention, a telescope 5 having a zoom function is attached to the irradiation head 2 and connected to the control device 6 in a wired or wireless manner, and based on the distance data obtained from the distance measuring device 4. The zoom magnification of 5 can also be configured to be automatically adjustable by the control device 6.

またその場合には、制御装置6に、テレスコープ5によってモニタリングされる切断対象物Wの切断状況に応じて、手動入力または自動でレンズ駆動部22を補正制御可能な焦点位置補正手段を設けておくことが好ましい。   In that case, the control device 6 is provided with a focal position correction means capable of correcting and controlling the lens driving unit 22 manually or automatically according to the cutting state of the cutting object W monitored by the telescope 5. It is preferable to keep it.

そしてまた、上記照射ヘッド2から出射される加工用レーザ光L1の焦点位置Fについては、少なくとも照射ヘッド2からの距離が1〜30mの範囲内で自動調節されるようにしておくことが望ましい。 Further, it is desirable that the focal position F of the processing laser beam L 1 emitted from the irradiation head 2 is automatically adjusted at least within a range of 1 to 30 m from the irradiation head 2. .

本発明では、レーザ切断装置において、照射ヘッド内に可動レンズを有する集光光学系を設けると共に、この集光光学系の可動レンズを、距離測定器から得られた照射ヘッドと切断対象物との距離データに基づいて位置制御するレンズ駆動部及び制御装置を設けて構成したことにより、照射ヘッドから1m以上離れた距離にある対象物に対しても焦点位置を合わせて簡単にレーザ切断を実施することが可能となる。   In the present invention, in the laser cutting device, a condensing optical system having a movable lens is provided in the irradiation head, and the movable lens of the condensing optical system is provided between the irradiation head obtained from the distance measuring device and the cutting object. By providing a lens drive unit and a control device for position control based on distance data, laser cutting can be easily performed by adjusting the focal point position even for an object at a distance of 1 m or more from the irradiation head. It becomes possible.

しかも、本発明では、上記レーザ光の焦点距離の調節を、照射ヘッドの位置を動かすことなく、制御装置によって自動的に行われるようにしているため、焦点位置を大きく変える場合でも効率的に短時間で調節を完了できる。また、上記焦点距離の調節は、可動レンズの位置制御によって数メートルから数十メートルの広範囲にわたって無段階で行うことができるため、充分な切断エリアを確保できる。   Moreover, in the present invention, the adjustment of the focal length of the laser beam is automatically performed by the control device without moving the position of the irradiation head, so that even when the focal position is largely changed, it is efficiently shortened. You can complete the adjustment in time. Further, the adjustment of the focal length can be performed steplessly over a wide range of several meters to several tens of meters by controlling the position of the movable lens, so that a sufficient cutting area can be secured.

したがって、本発明により、切断対象物から距離をとって安全に切断作業を行えるだけでなく、遠隔操作による切断作業も容易化することができ、しかも、厚板鋼板の切断加工や大型構造物の解体等の幅広い用途に使用できる長距離レーザ切断装置を提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。   Therefore, according to the present invention, not only can the cutting work be safely performed at a distance from the object to be cut, but also the cutting work by remote operation can be facilitated, and the cutting work of the thick steel plate and the large structure Since a long-distance laser cutting device that can be used for a wide range of applications such as dismantling can be provided, the practical utility value of the present invention is very high.

本発明の実施例1におけるレーザ切断装置を表わす概略図である。It is the schematic showing the laser cutting device in Example 1 of this invention.

『実施例1』
本発明の実施例1について、図1に基いて説明する。同図において、符号1で指示するものは、ファイバレーザ光源であり、符号2で指示するものは、照射ヘッドである。また符号3で指示するものは、ヘッド回転機構であり、符号4で指示するものは、距離測定器である。また符号5で指示するものは、テレスコープであり、符号6で指示するものは、制御装置である。
“Example 1”
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG . In the figure, what is indicated by reference numeral 1 is a fiber laser light source, and what is indicated by reference numeral 2 is an irradiation head. Also, what is indicated by reference numeral 3 is a head rotating mechanism, and what is indicated by reference numeral 4 is a distance measuring device. What is indicated by reference numeral 5 is a telescope, and what is indicated by reference numeral 6 is a control device.

[レーザ切断装置の構成]
まず本実施例のレーザ切断装置Aにおいては、出力側に導光用光ファイバ11を備えたファイバレーザ光源1を加工用レーザ光L1の光源として使用すると共に、このファイバレーザ光源1と加工用レーザ光L1の照射ヘッド2を、導光用光ファイバ11を介してケーブルコネクタ11aで接続している(図1参照)。
[Configuration of laser cutting device]
First, in the laser cutting apparatus A of the present embodiment, a fiber laser light source 1 having a light guide optical fiber 11 on the output side is used as a light source of the processing laser light L 1 , and the fiber laser light source 1 and the processing laser light are used. The irradiation head 2 of the laser beam L 1 is connected by a cable connector 11a through a light guiding optical fiber 11 (see FIG. 1).

なお本実施例では、上記加工用レーザ光L1の光源となるファイバレーザ光源1に、出力:30kW、発振方式:連続光(CW)、波長:1.07μmのものを使用しているが、金属のレーザ切断加工に使用できる性能を有するファイバレーザであれば、出力が異なるものや発振方式がパルス式のもの、波長が異なるものを採用することもできる。 In this embodiment, the fiber laser light source 1 serving as the light source of the processing laser light L 1 uses an output of 30 kW, an oscillation method: continuous light (CW), and a wavelength: 1.07 μm. As long as the fiber laser has the performance that can be used for the laser cutting process, those having different outputs, those having a pulsed oscillation system, and those having different wavelengths can be employed.

また、上記照射ヘッド2は、加工用レーザ光L1の集光光学系21として光軸上に一対の固定レンズ21a・21aを前後に配置すると共に、その固定レンズ21a・21a間に可動レンズ21bを配置して構成している。また更に、照射ヘッド2には、可動レンズ21bを光軸に沿って前後に無段階で移動調節するためのレンズ駆動部22を内蔵している。 Further, the irradiation head 2, as well as arranged one after the pair of fixed lens 21a · 21a on the optical axis as a focusing optical system 21 of the processing laser beam L 1, the movable lens 21b between the fixed lens 21a · 21a Is arranged and configured. Furthermore, the irradiation head 2 incorporates a lens driving unit 22 for adjusting the movable lens 21b to move back and forth along the optical axis in a stepless manner.

ここで、上記照射ヘッド2の集光光学系について簡単に説明する。まず、2枚のレンズ21b・21a間の距離をdとし、その焦点距離をf1、f2とする。そして、前側の可動レンズ21bを凹レンズ、後側の固定レンズ21aを凸レンズとした場合(f1<0、f2>0)、両者の合成焦点距離fは、次式で表される。
この式から、
d→0の極限では、
となる。また、
では、f=∞となる。すなわち、d=0〜d∞の範囲でf=f0〜∞に可変とできる。ここで、例えばf1=−0.4m、f2=0.6mとすると、d∞=1m、f0=0.24mとなり、dを0から1mと可変にすることで、焦点距離fを数10cmから無限まで可変とできることが分かる。また、加工用レーザ光L1を、前側の固定レンズ21aで平行光線とし、可動レンズ21bおよび後側の固定レンズ21aで合成焦点距離をこの程度可変とすることで、広い距離範囲の切断対象物Wに焦点距離Fを合わせることが可能となる。
Here, the condensing optical system of the irradiation head 2 will be briefly described. First, let d be the distance between the two lenses 21b and 21a, and let f1 and f2 be their focal lengths. When the front movable lens 21b is a concave lens and the rear fixed lens 21a is a convex lens (f1 <0, f2> 0), the combined focal length f of both is expressed by the following equation.
From this formula:
In the limit of d → 0,
It becomes. Also,
Then, f = ∞. That is, it can be changed to f = f0 to ∞ within the range of d = 0 to d∞. For example, if f1 = −0.4 m and f2 = 0.6 m, then d∞ = 1 m and f0 = 0.24 m. By changing d from 0 to 1 m, the focal length f can be varied from several tens of centimeters to infinity. You can see that. Further, the processing laser beam L 1 is made into a parallel light beam by the front fixed lens 21a, and the combined focal length is made variable by the movable lens 21b and the rear fixed lens 21a, so that the object to be cut over a wide distance range. The focal length F can be adjusted to W.

一方、上記照射ヘッド2の下部には、照射ヘッド2を所定の方向および回転角度で正逆回転させるヘッド回転機構3を設けている。これにより、加工用レーザ光L1を切断対象物W上で直線状に走査することができる。また本実施例では、ヘッド回転機構3の回転角度および回転速度を切断状況に応じて調節できるようにしている。 On the other hand, a head rotation mechanism 3 that rotates the irradiation head 2 forward and backward in a predetermined direction and rotation angle is provided below the irradiation head 2. Thereby, the processing laser beam L 1 can be scanned linearly on the cutting object W. In this embodiment, the rotation angle and rotation speed of the head rotation mechanism 3 can be adjusted according to the cutting state.

また更に、上記照射ヘッド2には、距離測定器4を固定して、この固定された距離測定器4によって照射ヘッド2と切断対象物W間の距離を測定できるようにしている。なお本実施例では、この距離測定器4にレーザ距離計(Tajima D510)を使用しているが、測定結果に所定の精度を有するものであれば、他の測定器も使用できる。   Furthermore, a distance measuring device 4 is fixed to the irradiation head 2, and the distance between the irradiation head 2 and the cutting object W can be measured by the fixed distance measuring device 4. In this embodiment, a laser distance meter (Tajima D510) is used as the distance measuring device 4, but other measuring devices can be used as long as the measurement results have a predetermined accuracy.

そして本実施例では、上記距離測定器4と照射ヘッド2のレンズ駆動部22を、制御装置6に有線接続し、距離測定器4から受信した距離データに基づいてレンズ駆動部22(可動レンズ21bの位置)を制御できるようにしている。これにより、加工用レーザ光L1の焦点位置Fと切断対象物Wの位置が合致するように、焦点距離Kが自動調節される。 In this embodiment, the distance measuring device 4 and the lens driving unit 22 of the irradiation head 2 are connected to the control device 6 by wire, and the lens driving unit 22 (movable lens 21b) is based on the distance data received from the distance measuring device 4. Position). As a result, the focal length K is automatically adjusted so that the focal position F of the processing laser beam L 1 matches the position of the cutting object W.

なお、上記レンズ駆動部22bによる可動レンズ21bの位置制御に関しては、加工用レーザ光L1の焦点位置Fが、照射ヘッド2から1m以上離れた位置(焦点距離Kが1m以上の範囲)で調節されるようにしているが、最短の焦点距離KSと最長の焦点距離KL間の範囲に少なくとも1〜30mが含まれるようするのが望ましい。 Incidentally, adjusted for the position control of the movable lens 21b by the lens driving unit 22b, the focal position F of the processing laser beam L 1 is at a position away 1m or more from the irradiation head 2 (range focal length K is more than 1m) Although so as to be, to to include at least 1~30m the range between the shortest focal length K S and the longest focal length K L is desirable.

また更に本実施例では、上記照射ヘッド2に、ズーム機能を有するテレスコープ5を装着し、このテレスコープ5から得られた映像データを、レーザ切断装置Aから離れた場所にある遠隔モニタに送信することによって、切断対象物W上における加工用レーザ光L1のビーム径や、切断対象物Wの切断状況をモニタリングできるようにしている。 Furthermore, in this embodiment, a telescope 5 having a zoom function is attached to the irradiation head 2, and video data obtained from the telescope 5 is transmitted to a remote monitor located away from the laser cutting device A. By doing so, the beam diameter of the processing laser beam L 1 on the cutting target W and the cutting status of the cutting target W can be monitored.

また本実施例では、上記テレスコープ5を制御装置6に有線接続して、距離測定器4から得られた距離データに基づいてテレスコープ5のズーム倍率が制御装置6によって自動調節されるように構成している。これにより、切断対象物Wの位置が照射ヘッド2から遠い場合でも切断状況をしっかりとモニタリングすることができる。   In the present embodiment, the telescope 5 is wired to the control device 6 so that the zoom magnification of the telescope 5 is automatically adjusted by the control device 6 based on the distance data obtained from the distance measuring device 4. It is composed. Thereby, even when the position of the cutting target W is far from the irradiation head 2, the cutting state can be monitored firmly.

また本実施例では、上記テレスコープ5によってモニタリングされる切断対象物Wの切断状況(熱影響により焦点位置のズレ等)に応じて、手動入力でレンズ駆動部22を補正制御可能な焦点位置補正手段を制御装置6に設けている。これにより、焦点位置Fや焦点距離Kが最適となるように可動レンズ21bの位置を微調整することができる。   Further, in the present embodiment, the focus position correction capable of correcting and controlling the lens driving unit 22 by manual input in accordance with the cutting state of the cutting object W monitored by the telescope 5 (focal position shift due to thermal influence, etc.). Means are provided in the control device 6. Thereby, the position of the movable lens 21b can be finely adjusted so that the focal position F and the focal distance K are optimized.

[レーザ切断装置の使用方法]
次に、上記レーザ切断装置Aの使用方法について以下に説明する。まず切断加工を行う前に距離測定器4から測定用レーザ光L2を出射して、切断対象物Wと照射ヘッド2の距離を算出する。そして、算出した距離データを制御装置6に送信し、レンズ駆動部22の制御を行って焦点位置Fが切断対象物Wの位置にくるように可動レンズ21bの位置を設定する。
[How to use laser cutting equipment]
Next, how to use the laser cutting apparatus A will be described below. First, before performing the cutting process, the measuring laser beam L2 is emitted from the distance measuring device 4, and the distance between the cutting object W and the irradiation head 2 is calculated. Then, the calculated distance data is transmitted to the control device 6, and the lens driving unit 22 is controlled to set the position of the movable lens 21b so that the focal position F is at the position of the cutting object W.

そして、上記準備が完了した後、加工用レーザ光L1を切断対象物Wに向けて出射する。この際、ファイバレーザ光源1から出力された光は導光用光ファイバ11を通ってケーブルコネクタ11aに導かれ、固定レンズ21a・21aと可動レンズ21bから成る集光光学系を通って照射ヘッド2のレンズ窓23から出射され、切断対象物Wに照射される。 Then, after the above preparation is completed, the processing laser beam L 1 is emitted toward the cutting object W. At this time, the light output from the fiber laser light source 1 is guided to the cable connector 11a through the light guide optical fiber 11, and passes through the condensing optical system composed of the fixed lenses 21a and 21a and the movable lens 21b. Is emitted from the lens window 23 and irradiated to the cutting object W.

また、上記照射ヘッド2については、加工用レーザ光L1の射出と同時にヘッド回転機構3により所定の向き、回転角度で正逆回転させる。これにより、加工用レーザ光L1が走査された切断対象物Wの被照射部を溶融切断する。なおヘッド回転機構3で照射ヘッド2を回転させる際の向きや回転角度は、レーザ照射前に予め設定しておく。 The irradiation head 2 is rotated forward and backward at a predetermined direction and rotation angle by the head rotating mechanism 3 simultaneously with the emission of the processing laser light L 1 . Thereby, the irradiated part of the cutting object W scanned with the processing laser beam L 1 is melted and cut. Note that the direction and rotation angle when the irradiation head 2 is rotated by the head rotating mechanism 3 are set in advance before laser irradiation.

そしてまた、上記切断加工の際には、テレスコープ5から送信された映像データを遠隔モニタに出力することにより、切断状況やビーム径の変化等のモニタリングを行う。そして、光学系の熱影響による焦点位置Fのズレや切断対象物Wの厚みが大きい等、必要に応じて、制御装置6の補正手段を利用して可動レンズの位置を補正制御することにより焦点位置制御にフィードバックする。
In the cutting process, the video data transmitted from the telescope 5 is output to a remote monitor to monitor the cutting status, change in beam diameter, and the like. Then, the focal point is corrected by controlling the position of the movable lens using the correcting means of the control device 6 as necessary, such as a shift of the focal position F due to the thermal influence of the optical system or a large thickness of the object W to be cut. Feedback to position control.

ここで、上記加工用レーザ光L1によって離れた場所にある切断対象物を切断するための数値的根拠について簡単に説明する。まず、ビーム径D(m)のレーザが、焦点距離f(m)のレンズで集光された場合の焦点位置でのビームスポット径d(m)は、以下の式で求められる。
ここで、λは波長、M2は品質を示すパラメーターである。実際のデータからBPP=10mm・mradであるから、M2=30と求まる。λ=1.07μm、D=0.1mとして、30m先の焦点での広がりを考えf=30(m)、これらを代入すると、d=0.011mとなる。よって、焦点でのビーム面積はS=1cm2となる。30kWのレーザーが損失なく照射されたとすると、焦点でのレーザーエネルギー密度は、P=30kW/1cm2=30kW/cm2となる。そして、レーザー照射により鋼材が溶ける条件は、6〜10kW/cm2といわれており、上記結果はそれを十分上回るため、多少の光学的損失を考慮しても、鋼材の溶融切断が十分可能と考えられる。また近距離(f<30m)では、ビーム径はより小さくなるので、切断は更に容易となる。
Here, a numerical basis for cutting the object to be cut away by the processing laser beam L 1 will be briefly described. First, a beam spot diameter d (m) at a focal position when a laser having a beam diameter D (m) is condensed by a lens having a focal length f (m) is obtained by the following equation.
Here, λ is a wavelength, and M2 is a parameter indicating quality. Since BPP = 10mm · mrad from actual data, M2 = 30 is obtained. When λ = 1.07 μm and D = 0.1 m, considering the spread at the focal point 30 m ahead, f = 30 (m), and substituting these, d = 0.011 m. Therefore, the beam area at the focal point is S = 1 cm 2 . If a 30 kW laser is irradiated without loss, the laser energy density at the focal point is P = 30 kW / 1 cm 2 = 30 kW / cm 2 . And it is said that the condition that the steel material melts by laser irradiation is 6-10 kW / cm2, and the above result is well above that, so even if some optical loss is taken into consideration, it is considered possible to melt and cut the steel material sufficiently. It is done. Further, at a short distance (f <30 m), the beam diameter becomes smaller, so that cutting becomes easier.

また本発明は、概ね上記のように構成されるが、本発明は図示の実施形態に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、制御装置6の補正手段に関しては、手動入力による方法だけでなくテレスコープ5から得られる映像データに基づいて自動で補正制御する方法も採用できる。   The present invention is generally configured as described above. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible within the scope of the claims. For example, As for the correction means of the control device 6, not only a manual input method but also a method of automatically performing correction control based on video data obtained from the telescope 5 can be adopted.

また、上記制御装置6と、照射ヘッド2のレンズ駆動部22、距離測定器4およびテレスコープ5との接続方法に関しても、有線接続でなく無線接続を採用こともできる。また、照射ヘッド2の集光光学系に関しても、前後の固定レンズ21a・21aや可動レンズ21bを複数枚のレンズ群から構成することもできる。   Further, regarding the connection method between the control device 6 and the lens driving unit 22 of the irradiation head 2, the distance measuring device 4, and the telescope 5, it is possible to adopt wireless connection instead of wired connection. As for the condensing optical system of the irradiation head 2, the front and rear fixed lenses 21 a and 21 a and the movable lens 21 b can also be constituted by a plurality of lens groups.

そしてまた、照射ヘッド2に上下向きを調節するための仰角調節機構を設けたり、ヘッド回転機構3に上下方向の回転機構を設けたりすることもできる。また更に照射ヘッド2の位置を遠隔操作するために走行装置を付設して構成することもでき、上記何れのものも本発明の技術的範囲に属する。   Moreover, an elevation angle adjusting mechanism for adjusting the vertical direction of the irradiation head 2 can be provided, or a vertical rotating mechanism can be provided for the head rotating mechanism 3. Furthermore, in order to remotely control the position of the irradiation head 2, a traveling device can be provided and any of the above belongs to the technical scope of the present invention.

最近では、金属加工分野だけでなく廃炉解体等の用途でレーザ切断装置の需要が増加している。そのような中で、本発明の長距離レーザ照射装置は、離れた場所から大型構造物を構成する厚みのあるコンクリートや鋼材を安全かつ効率的に切断できる有用な技術であることから、その産業上の利用価値は非常に高い。   Recently, the demand for laser cutting devices is increasing not only in the metal processing field but also in applications such as decommissioning of decommissioning furnaces. Under such circumstances, the long-distance laser irradiation apparatus of the present invention is a useful technique that can safely and efficiently cut thick concrete and steel materials constituting a large structure from a remote location. The above utility value is very high.

1 ファイバレーザ光源
11 導光用光ファイバ
11a ケーブルコネクタ
2 照射ヘッド
21 集光光学系
21a 固定レンズ
21b 可動レンズ
22 レンズ駆動部
23 レーザ窓
3 ヘッド回転機構
4 距離測定器
5 テレスコープ
6 制御装置
A レーザ切断装置
W 切断対象物
1 加工用レーザ光
2 測定用レーザ光
F 焦点
K 焦点距離
1 Fiber laser light source
11 Optical fiber for light guide
11a Cable connector 2 Irradiation head
21 Condensing optics
21a Fixed lens
21b Movable lens
22 Lens drive
23 Laser window 3 Head rotation mechanism 4 Distance measuring device 5 Telescope 6 Control device A Laser cutting device W Cutting object L 1 Laser beam for processing L 2 Laser beam for measurement F Focus K Focal length

Claims (4)

加工用レーザ光(L1)の光源として用いられ、かつ、出力側に導光用光ファイバ(11)を備えたファイバレーザ光源(1)と;このファイバレーザ光源(1)に導光用光ファイバ(11)を介して接続され、かつ、集光光学系(21)として光軸上に配置された前後の固定レンズ(21a)(21a)と、その間に配置された可動レンズ(21b)とを備えると共に、前記可動レンズ(21b)を光軸に沿って前後に無段階で移動調節可能なレンズ駆動部(22)を備えた照射ヘッド(2)と;この照射ヘッド(2)を所定の方向および回転角度で正逆回転させるヘッド回転機構(3)と;前記照射ヘッド(2)に固定された状態で、照射ヘッド(2)と切断対象物(W)間の距離を測定可能な距離測定器(4)と;この距離測定器(4)と前記照射ヘッド(2)のレンズ駆動部(22)に有線または無線接続され、かつ、距離測定器(4)から受信した距離データに基づいてレンズ駆動部(22)の制御を行う制御装置(6)とを含んで成り、
更に前記距離データに基づく可動レンズ(21b)の位置制御によって、照射ヘッド(2)から出射される加工用レーザ光(L1)の焦点位置(F)が、照射ヘッド(2)から1m以上離れた位置で自動調節されることを特徴とする長距離レーザ切断装置。
A fiber laser light source (1) used as a light source for the processing laser light (L 1 ) and having a light guide optical fiber (11) on the output side; and a light guide light for the fiber laser light source (1) The front and rear fixed lenses (21a) and (21a) connected via the fiber (11) and disposed on the optical axis as the condensing optical system (21), and the movable lens (21b) disposed therebetween And an irradiation head (2) provided with a lens driving section (22) capable of steplessly moving the movable lens (21b) back and forth along the optical axis; A head rotation mechanism (3) that rotates forward and backward in the direction and rotation angle; and a distance in which the distance between the irradiation head (2) and the cutting object (W) can be measured while being fixed to the irradiation head (2) A distance measuring device connected to the distance measuring device (4) and the lens driving unit (22) of the irradiation head (2) by wire or wirelessly; And a control device (6) for controlling the lens driving unit (22) based on the distance data received from the device (4).
Further, by the position control of the movable lens (21b) based on the distance data, the focal position (F) of the processing laser beam (L 1 ) emitted from the irradiation head (2) is separated from the irradiation head (2) by 1 m or more. Long-distance laser cutting device characterized by being automatically adjusted at different positions.
照射ヘッド(2)にズーム機能を有するテレスコープ(5)が装着されて、制御装置(6)に有線または無線接続されると共に、距離測定器(4)から得られた距離データに基づいてテレスコープ(5)のズーム倍率が制御装置(6)によって自動調節されることを特徴とする請求項1記載の長距離レーザ切断装置。   A telescope (5) having a zoom function is attached to the irradiation head (2), and is connected to the control device (6) by wire or wirelessly. The telescope is also based on the distance data obtained from the distance measuring device (4). The long-distance laser cutting device according to claim 1, wherein the zoom magnification of the scope (5) is automatically adjusted by the control device (6). 制御装置(6)が、テレスコープ(5)によってモニタリングされる切断対象物(W)の切断状況に応じて、手動入力または自動でレンズ駆動部(22)を補正制御可能な焦点位置補正手段を備えていることを特徴とする請求項2記載の長距離レーザ切断装置。   The control device (6) has a focal position correction means capable of correcting and controlling the lens drive unit (22) manually or automatically according to the cutting state of the cutting object (W) monitored by the telescope (5). The long-distance laser cutting device according to claim 2, further comprising: 照射ヘッド(2)から出射される加工用レーザ光(L1)の焦点位置(F)が、少なくとも照射ヘッド(2)からの距離が1〜30mの範囲内で自動調節されることを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記載の長距離レーザ切断装置。 The focal position (F) of the processing laser beam (L 1 ) emitted from the irradiation head (2) is automatically adjusted at least within a range of 1 to 30 m from the irradiation head (2). The long-distance laser cutting device according to any one of claims 1 to 3.
JP2014110619A 2014-05-28 2014-05-28 Long distance laser cutting device Active JP6210456B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014110619A JP6210456B2 (en) 2014-05-28 2014-05-28 Long distance laser cutting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014110619A JP6210456B2 (en) 2014-05-28 2014-05-28 Long distance laser cutting device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015223614A JP2015223614A (en) 2015-12-14
JP2015223614A5 JP2015223614A5 (en) 2016-12-28
JP6210456B2 true JP6210456B2 (en) 2017-10-11

Family

ID=54840803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014110619A Active JP6210456B2 (en) 2014-05-28 2014-05-28 Long distance laser cutting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6210456B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9841175B2 (en) 2012-05-04 2017-12-12 GE Lighting Solutions, LLC Optics system for solid state lighting apparatus
US9951938B2 (en) 2009-10-02 2018-04-24 GE Lighting Solutions, LLC LED lamp
US10340424B2 (en) 2002-08-30 2019-07-02 GE Lighting Solutions, LLC Light emitting diode component

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180083548A (en) * 2017-01-13 2018-07-23 제일엠텍(주) A Laser Marking Apparatus Having a Structure of Focusing Real Time Based on a Measurement of Flatness
CN108746087A (en) * 2018-07-17 2018-11-06 云南电网有限责任公司曲靖供电局 The clear line apparatus of laser and system
CN111633325B (en) * 2020-05-22 2021-08-17 中国科学院西安光学精密机械研究所 Variable focal depth laser cutting head optical system
CN116068567B (en) * 2023-04-07 2023-06-13 天津宜科自动化股份有限公司 Ranging system based on laser triangular ranging sensor
CN117697178B (en) * 2024-02-01 2024-06-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 Tab forming device, tab forming method, electronic device and storage medium

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3342363B2 (en) * 1997-09-12 2002-11-05 三菱重工業株式会社 Laser cutting equipment
JP6051535B2 (en) * 2011-02-28 2016-12-27 株式会社リコー Image processing method and image processing apparatus
JP6125197B2 (en) * 2012-10-31 2017-05-10 三菱重工業株式会社 Laser fusing device and processing method
JP6444053B2 (en) * 2014-04-30 2018-12-26 三菱重工業株式会社 Laser receiving device and laser processing unit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10340424B2 (en) 2002-08-30 2019-07-02 GE Lighting Solutions, LLC Light emitting diode component
US9951938B2 (en) 2009-10-02 2018-04-24 GE Lighting Solutions, LLC LED lamp
US9841175B2 (en) 2012-05-04 2017-12-12 GE Lighting Solutions, LLC Optics system for solid state lighting apparatus
US10139095B2 (en) 2012-05-04 2018-11-27 GE Lighting Solutions, LLC Reflector and lamp comprised thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015223614A (en) 2015-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6210456B2 (en) Long distance laser cutting device
JP6771076B2 (en) Equipment for the generative manufacturing of three-dimensional members
JP5241525B2 (en) Laser processing equipment
JP5580129B2 (en) Solid state laser processing equipment
US9925715B2 (en) Systems and methods for monitoring a melt pool using a dedicated scanning device
JP5033693B2 (en) Condensing diameter conversion control method and apparatus in fiber laser processing machine
RU2012112398A (en) LASER FOCUSING HEAD WITH ZnS LENSES THAT HAVE THICKNESS AT THE EDGES, AT LEAST 5 mm, AND INSTALLATION AND METHOD OF LASER CUTTING USING ONE SUCH FOCUS USING
RU2750781C2 (en) Method for laser processing of a metal material with control of the position of the optical axis of the laser relative to the shielding gas flow, including an installation and computer software for implementing the said method
WO2019129917A1 (en) Laser processing apparatus and method
JP2015223614A5 (en)
EP2837460A2 (en) Laser irradiation apparatus
WO2010079659A1 (en) Laser beam working machine
CN110890714A (en) Device and method for removing transparent plastic foreign matters of power transmission line by laser
CN109982808B (en) Laser processing device and laser processing method
JP2017185543A5 (en)
JPH10314973A (en) Device and method for laser beam machining by composite laser beam
JP2009178720A (en) Laser beam machining apparatus
JP2006049606A (en) Laser beam machining equipment
JP6389638B2 (en) Laser processing equipment
Apeksimov et al. Multiple filamentation of laser beams of different diameters in air along a 150-meter path
CN205096720U (en) Laser process equipment&#39;s automatic focusing device
WO2016059937A1 (en) Sheet metal processing method using direct diode laser, and direct diode laser processing device for carrying out said method
US20190337094A1 (en) Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
JP2019098373A (en) Additional processing head
CN211930098U (en) Device for removing transparent plastic foreign matters of power transmission line by laser

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161111

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161212

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170803

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170904

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6210456

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250