JPH01122682A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工装置、特に、レーザ光の偏光面の方
向を被加工材料の加工方向に一致させながら加工を行な
うレーザ加工装置に関する。

〔共通的技術〕

一般に、金属或は非金属の切断加工に使用される気体レ
ーザ装置は、外部ミラー型である。

外部ミラー型は、レーザー放電管の外部に共振用のミラ
ーを分離して設けたものである。この外部ミラー型のレ
ーザー放電管の端部にはプリュスター窓が設けてあり、
このブリュースター窓を透過した光は直線偏光を受け、
共振器の中には直線偏光された光波のみが存在する。従
って外部ミラー型のレーザー管では出力ビームが直線偏
光されたものとなる。

この直線偏光を受けたレーザービームで金属或は非金属
などの材料を切断加工する場合、一般にレーザービーム
の偏光方向とこのビームの材料に対する相対的移動方向
との間に第３図（ａ）〜（ｆ）に示すような相関関係が
ある。

偏光方向とレーザービームの被加工材料に対する相対的
移動方向とが平行である場合には、第３図（ａ）、　（
ｂ）Ｋ示すように切断切口の幅が最小で、その切口は材
料の表面に垂直となり、良好な切断となる。

偏光方向と移動方向とが角度を有するときＫは第３図（
Ｃ）、　（ｄ）に示すように切口が広くなり、その切断
面は材料の表面に対して斜めになる。

そして偏光方向と移動方向とが完全に直交する場合には
第３図（ｅ）、　（ｆ）に示すように切口の幅が最も広
く、その切断面はでこぼこした汚いものとなる。

また、加工速度九ついても、偏光方向と移動方向とが一
致している時の方が、直交している時よりも速くするこ
とができる。

〔従来の技術〕

従来の技術としては、特開昭５９−１８５５９１号公報
に示されているように、レーザ加工装置がある。

従来のレーザ加工装置は、直線偏光レーザービームを出
力するレーザー管と、このレーザー管を光軸の周りに回
転される駆動装置と、加工テーブル上の材料を移動させ
る制御装置と、前記材料の移動方向から必要な回転角を
算出して前記駆動装・置を制御しレーザービームの偏光
方向を材料加工方向と一致させるのに必要な角度だけレ
ーザー管を回転させる加工方向演算装置とを含んで構成
される。

次に、従来のレーザ加工装置につｈて図面を参照して詳
細に説明する。

第４図は、従来のレーザ加工装置の一例を示すブロック
図である。

１はレーザー管であって、外部ミラー型が使用されてい
る。この外部ミラー型のレーザー管１にあっては、両端
にプリュスター窓３を備え、共振器としての全反射ミラ
ー５と出力ミラー７とが外部に設けられている。出力ミ
ラー７の側方には出力されるレーザービームを屈折させ
るためのべ／ドミラー９が配置されている。１１は集光
レンズであり、レーザービームを加工テーブル１３上の
被加工材料１５に集光させる。

加工テーブル１３は互いに直交する水平２軸（ｘ、ｙ軸
）上の移動によシその上に置れた材料１５の所定部位を
集光レンズ１１の焦点上に位置させる動きをする。この
テーブル１３の移動は、Ｘ軸方向サーボモータ１７とＸ
軸方向サーボモータ１９とによってなされるが、両サー
ボモータ１７．１９　制御は後述する中央数値制御装置
２１によってなされる。

前記のレーザー管１は複数の軸受け２３により光軸を中
心に回転自在に支承されており、そのほぼ中央部には歯
車２５が取付けられている。この歯車２５紘レーザー管
１を回転駆動するためのサーボモータ２７の出力軸２９
に取付けられた歯車３１とかみ合わされている。

中央数値制御装置２１は、与えられたプログラムに従っ
て被加工材料１５を置いた加工テーブル１３を２次元的
に移動させるためにＸ軸方向サーボモータ１７、Ｘ軸方
向サーボモータ１９に時々該々の座標（ｘ、ｙ）値に従
った駆動信号を与える。同時にこの中央数値制御装置２
工には、加工方向演算装置３３が設けられており％Ｘ軸
、Ｙ軸両方向のサーボモータ１７．１９　　を駆動する
だめのＸ軸、Ｙ軸パルス配分信号Ｓから加工テーブル１
３の移動方向、つまり加工方向速度ベクトルとして演算
し、サーボモータ２７に必要な角度の回転を起させる信
号を与える。

以上の構成によるレーザー加工装置の動作を次に説明す
。まず、レーザー管１では、ブリュースター窓３を通し
て出力されるレーザービームがブリュースター窓３に垂
直な直線と光軸中心とを含む平面内に電界を持つ直線偏
光となる。この直線偏光されたレーザービームは全反射
ミラー５と出力ミラー７との間で共振し、定在波として
共振系内に存在し、出力ミラー７から位相のそろつた光
として出力される。そして、この出力されたレーザービ
ームがペンドミラー９によって屈折されて集光レンズ１
１に達し、材料１５上に照射され。

レーザー加工をなす。

中央数値制御装置２１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両サー
ボモータ１７．１９　　を制御して材料１５の所定の軌
跡のレーザ加工を受けさせる。

中央数値制御装置２１は、同時に材料１５の加工方向を
加工方向演算装置３３において演算してレーザー管回転
用のサーボモータ２７を駆動させ、レーザー管１を必要
角度だけ回転させてレーザービームの偏光方向を加工方
向と一致させる。

こうして、中央数値制御装置２１がプログラム通りに材
料１５を自動的にレーザー加工すると共に、常に材料１
５の加工方向にレーザービームの偏光を一致させながら
レーザー加工するのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のレーザ加工装置は、偏光面を回転するた
めにレーザ管自体を回転させているので、重力の影響九
よりレーザ管がたわみ、また共振用ミラーとの位置ずれ
を起こすため、出射ビームの光軸が振れたり、レーザ出
力が不安定になり、加工が不安定になるという欠点があ
り、またレーザ管を回転させるために１装置が大きくな
るという欠点があった。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明のレーザ加工装置は、直線偏光レーザビームを出
力するレーザ管と、該レーザ管の出力レーザ光を受け、
直線偏光の偏光面をレーザ光軸を回転軸として所定の方
位角まで回転させる偏光面回転器と、該偏光面回転器を
透過したレーザ光の一部を反射するビームサンプラと、
該ビームサンプラにより反射したレーザ光の出力を検出
するセンサと、該センサ出力を受け、センサ出力が一定
になるように前記レーザ管の出力を制御するレーザ出力
制御部と、被加工材料を保持する加工テーブルと、該加
工テーブルを移動させるテーブル制御部と、前記ビーム
サンプラを透過したレーザ光を、前記加工テーブル上の
被加工材料に対して垂直に照射しまた被加工材料上に集
光する集光レンズと、前記被加工材料の移動方向から、
必要な偏光面の回転角を算出し、前記偏光面回転器を駆
動し、レーザ光の偏光方向を被加工材料加工方向と一致
させる偏光面回転制御部とを含んで構成される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について２図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

第１図に示すレーザ加工装置は、直線偏光レーザビーム
を出力するレーザ管１と、レーザ管１の出力レーザ光を
受け、直線偏光の偏光面をレーザ光軸を回転軸として所
定の方位角まで回転させる偏光面回転器４０ａと、偏光
面回転器４０ａを透過したレーザ光の一部を反射するビ
ームサンプラ５０と、ビームサンプラ５０により反射し
たレーザ光の出力を検出するセンサ５１と、センサ出力
を受け、センサ出力が一定になるようにレーザ管１の出
力を制御するレーザ出力制御部５２と、被加工材料１５
を保持する加工テーブル１３と、加工テーブル１３をＸ
Ｙ軸方向に移動させるモータ１７．１９　　と、移動量
を制御するテーブル制御部５３と、ビームサンプラ５０
を透過したレーザ光を加工テーブル１３上の被加工材料
１５九対して垂直に照射するべ／ドミラー９と、被加工
材料１５上に集光する集光レンズ１１と、前記被加工材
料１５の移動方向を示すＸ軸Ｙ軸パルス配分信号Ｓから
、必要な偏光面の回転角を算出し、偏光面回転器４０ａ
を駆動し、レーザ光の偏光方向を被加工材料加工方向と
に致させる偏光面回転制御部５４とを含んで構成されて
いる。

レーザ管１は、両端にブリュースター窓３を備え、さら
に外側に全反射ミラー５と、出力ミラー７とが設けられ
ている。偏光面回転器４０ａは。

１／２波長板４１と％　１／２波長板４１を保持しその
法線を回転軸として回転させる中空タイプの回転ステー
ジ４２と、回転ステージ４２を駆動する、回転ステージ
制御部４３とからなる。

次に以上の構成によるレーザ加工装置の動作を説明する
。レーザ管１のレーザ光は、ブリュースター窓により直
線偏光にされ、出力ミラー７から出力され、偏光面回転
器４０ａ、　ビームサンプラ５０を透過し、ペンドミラ
ー９によって屈折され集光レンズ１１により被加工材料
１５上に集光され、レーザ加工をなす。

テーブル制御部５３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の両モータ
１７．１９　　を制御し、被加工材料１５の所定の軌跡
のレーザ加工を行なう。

偏光面回転制御部５４は、テーブル制御部５３からのＸ
軸・Ｙ軸パルス配分信号Ｓから、必要な偏光面の回転角
を算出し、偏光面回転器４０ａを駆動して、レーザ光の
偏光方向を被加工材料加工方向と一致させる。

偏光面回転器４０ａは、回転ステージ制御部４３により
、回転ステージ４２を駆動し、１／２波長板４１を所定
の角度θだけ、法線方向を軸として回転させることによ
り、透過する直線偏光の偏光面の向きを所定の角度の２
倍、２θだけ回転させる。

レーザ出力制御部５２は、ビームサンプラ５゜によりサ
ンプリングしたレーザ光をセンサ５１で受け、偏光面の
向きの変わったレーザ光の出力が一定となるように、レ
ーザ管１の出力を制御する。

このようにして、テーブル制御部５３が、プログラム通
りに被加工材料１５を自動的にレーザ加工すると共に、
常に被加工材料１５の加工方向にレーザ光の偏光を一致
させ、また、被加工材料１５に照射するレーザ光の出力
を一定に保ちながらレーザ加工を行なう。

第２図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。

第２図に示すレーザ加工装置は、第１図のレーザ加工装
置に示す偏光面回転器４０ａをファラデー素子４４を用
いた偏光面回転器４０ｂと置き換えたものである。

偏光面回転器４０ｂは、ファラデー素子４４と、ファラ
デー素子４４に磁場を加えるファラデー素子制御部４５
とからなり、ファラデー素子４４に加える磁場の大きさ
をファラデー素子制御部４５により変えることにより、
ファラデー素子４４を透過する直線偏光の偏光面の向き
を回転させる。

したがって、第１図の実施例と同様に、テーブル制御部
５３がプログラム通りに被加工材料１５を自動的にレー
ザ加工すると共に、常に被加工材料１５の加工方向にレ
ーザの偏光を一致させ、また、被加工材料１５に照射す
るレーザ光の出力を一定に保ちながらレーザ加工を行な
う。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ加工装置は、レーザ管を回転さ制御する
とともに、偏光面回転器を透過したレーザ光をモニタし
、レーザ出力を一定に制御することにより、レーザ光の
偏光面の方向を被加工材料の加工方向と、一致させなが
ら一定の出力で加工を行なうことができるので、金属材
料等を切断加工する場合、切シロの幅が小さく、切断面
もきれいに仕上がり、また、加工速度も速くできるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、の加工方
向との関係において切口がどのように相違するかを示す
説明図、第４図は、従来のレーザ加工装置の一例を示す
ブロック図である。 １・・・・・・レーザ管、３・・−・・・ブリュースタ
ー窓、５・・・・・・全反射ミラー、７・・・・・−出
力ミラー、９・・・・・・ペンドミラー、１１・・・・
・・集光レンズ、１３・・・・・・加工テーブル、１５
・・・・・・被加工材料、４Ｑａ、ｂ　　・・・・・・
偏光面回転器、４１・・・・・・１／２波長板、４２・
・・・・・回転ステージ、４３・・・・・・回転ステー
ジ制御部、４４・・・・・・ファラデー素子、４５・・
・・・・ファラデー素子制御部、５０・・・・・・ビー
ムサンプラ、５１・・・・・・センサ、５２・・・・・
・レーザ出力制御部、５３・・・・・・テーブル制御部
、５４・・・・・・偏光面回転制御部。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線偏光レーザビームを出力するレーザ管と、該
   レーザ管の出力レーザ光を受け直線偏光の偏光面をレー
   ザ光軸を回転軸として所定の方位角まで回転させる偏光
   面回転器と、該偏光面回転器を透過したレーザ光の一部
   を反射するビームサンプラと、該ビームサンプラにより
   反射したレーザ光の出力を検出するセンサと、該センサ
   出力を受け、センサ出力が一定になるように前記レーザ
   管の出力を制御するレーザ出力制御部と、被加工材料を
   保持する加工テーブルと、該加工テーブルを移動させる
   テーブル制御部と、前記ビームサンプラを透過したレー
   ザ光を前記加工テーブル上の被加工材料に対して垂直に
   照射しまた被加工材料上に集光する集光レンズと、前記
   被加工材料の移動方向から、必要な偏光面の回転角を算
   出し前記偏光面回転器を駆動しレーザ光の偏光方向を被
   加工材料加工方向と一致させる偏光面回転制御部とを含
   むことを特徴とするレーザ加工装置。
2. （２）偏光面回転器は１／２波長板と、該１／２波長板
   を保持しその法線を回転軸として回転させる中空タイプ
   の回転ステージとからなる特許請求の範囲第１項記載の
   レーザ加工装置。
3. （３）偏光面回転器は、ファラデー素子と、該ファラデ
   ー素子に磁場を加える回路とからなる特許請求の範囲第
   １項記載のレーザ加工装置。