JPH01143783A - 同軸多焦点式レーザビーム集光装置 - Google Patents

同軸多焦点式レーザビーム集光装置

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JPH01143783A
JPH01143783A JP62300197A JP30019787A JPH01143783A JP H01143783 A JPH01143783 A JP H01143783A JP 62300197 A JP62300197 A JP 62300197A JP 30019787 A JP30019787 A JP 30019787A JP H01143783 A JPH01143783 A JP H01143783A
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laser
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    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing

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、レーザ加工装置のビーム集光装置に関する。
〈従来の技術〉 レーザ加工装置は第３図に示すような構成で、レーザ発
振襞１、全反射！！！２、出力ｎ１３、全反射鏡５、集
光レンズ６、ワーク７よりなり、伝送ビーム４は集光系
である集光レンズ６によりワーク７上の焦点８に集光さ
れる。
第４図は、ワーク７の材料温度とレーザ光の吸収率を示
しており、溶融点上及びそれ以上の温度にて吸収が甚だ
しい。すなわち、レーザ加工に当ってレーザ吸収率を考
慮しないと溶断などの加工ができないことが判明する。
また、第５図は２個の全反射塵５ａ、５ｂを備えると共
に２個の集光レンズ６ａ、６ｂを備えて焦点８に集光さ
せた例を示している。
〈発明が解決する問題点〉 このように第３図や第５図に示すレーザ加工装置があり
、第４図に示す加工に当ってレーザ吸収があるものであ
るが、次の問題がある。
■　第３図に示す１焦点レーザ光による母材溶は込み形
状は、焦点位置との関係で第７図（イ）、（ロ）、し→
の如くとなる。即ち、適正深さｈ　＝　ｈ、、以外では
、（イ）の三角状や（ハ）の錨箪型となり、７３感度ハ
イセンサーを搭載しても、高速溶接時には溶は込み形状
９のばらつきが問題であった。すなわち、第７図（ロ）
の好適な形状になりにくい。
■　レーザ光では、相当な長焦点レンズを使用しない限
り、第６図に示すようにエネルギー密度の高い焦点８近
傍のビームウェスト部の長さＩが短く、このため厚板の
溶接。
溶断が困難となる一因があった。他方、長大焦点レンズ
を用いる方法もあるが、溶接、溶断ヘッド機構が大型化
し実用的でなかった。
■　１焦点レーザ光による深情は込み溶接手段として、
第４図の特公昭５６−４９１９５号で示すごとく、波長
１０．６μｍのＣＯ，レーザ光のアルミニウムに対する
吸収率の特性結果から、アルミニウムが溶融すると吸収
率が大幅に向上する特性を利用して、予めＴＩＧ溶接で
先行溶融させた領域にレーザ光を後行照射させるという
ＴＡＧとレーザ光の併用溶接法の有効性を提案している
。
水沫で（よ、２つの加熱手段が不可欠となるものである
。
■　第５図に示す２焦点レーザ光を用いる方式では、２
光線は交叉するため板厚直交方向へのエネルギ分散効果
が悪い。
そこで、本発明は、上述の問題点を解決して、母材溶は
込み形状を正常化し、ビームウェストを長＜ｔ、、ＴＩ
Ｇとレーザとの併用を回避し、そしてエネルギ分散を良
化したレーザビーム集光装置を提供する。
く問題点を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明は、レーザ発ａｍ及びビー
ム伝送系を経たビームを集光させるビーム集光装置にお
いて、周辺部が均一厚さで中央部が凸形状を有する一方
のレンズと、周辺部が凸形状で中央部が均一厚さを有す
る他方のレンズとを光軸を一致させて配置したことを特
徴とする。
く作　　　用〉 光軸に沿って一方のレンズによる焦点と他方のレンズに
よる焦点を形成することにより、夫々のレンズにより、
エネルギー密度の高い焦点を板厚方向に分散でき、レン
ズ間距離を可変とすることにより、板厚の任意の所望位
置に集光できる。特別の場合として、焦点を合致させ、
レーザの全エネルギーを一点集光できる。
く実　施　例〉 ここで、第１図および第２図を参照して本発明の詳細な
説明する。第１図は光軸に沿って２枚のレンズを配置し
、第２図は３枚のレンズを配置した例を示す。第１図に
おいて、光軸を一致させた２枚の平凸レンズ６Ａと６Ｂ
を配置し、レンズ６Ａ（焦点距離ｆＡ）は中央部ｆｇが
平ら（平坦部）で周辺部ｅｆ、ｇｈが凸部になっており
、レンズ６Ｂ（焦点距離ｆ）は中央部ｂｃが凸で周辺部
ａｂ、ｃｄが平らになっている。そして、レンズ６Ａの
中央部ｆｇとレンズ６Ｂの中央部ｂｃとが光学的に対処
し、レンズ６Ａの周辺部ｅｆ、ｇｈとレンズ６Ｂの周辺
部ａｂ、ｃｄが光学的に対応している。そして、両しン
ズ６Ａ、６Ｂ間距１１ｆ１ｇは可変機構により調節でき
るようになっており、光軸方向に２つの実焦点８Ａ、８
Ｂが得られる。
なお、本装置に於て、レンズ６Ａによる焦点を８Ｂの位
置に、レンズ６Ｂによる焦点を８Ａの位置に逆転配置し
てもよい。又レンズ６Ａとレンズ６Ｂのレンズ配置を逆
転配置しても良い。但しこの場合、一部集光しきれない
平行ビーム処理対策が必要となる。
また、両凸レンズ６Ａ、６Ｂの焦点距ｉ１　ｆＡ、　ｆ
６Ｌｔ、ｇを一定値に固定する場合にはｆＡ＼ｆ６とす
るが、ｇが可変の場合にはｆＡ＝ｆ、であってもｆＡ＼
ｆａであっても良い。又、両者の凸レンズ面の面積比Ｓ
Ａ／Ｓ、（ＳＡ二Ａレンズの凸部面積、ＳＢ：Ｂレンズ
の凸部面積、ＳＡ＋ｓ、−ｉ）は目的１；より設定する
ものとする。
第２図は３枚の平凸レンズ６Ａ、６８．６Ｇを備えてお
り、レンズ６Ａ、（焦点距ｇｌＩｆＡ）、しンズ６Ｂ（
焦点圧ｇｌｆ、）、レンズ６Ｃ（焦点距離ｆ）の光軸が
一致され、レンズ６Ｃの凸部とレンズ６Ｂ、６Ａの平坦
部レンズ６Ｂの凸部とレンズ６Ｃ，６Ａの平坦部、レン
ズ６Ａの凸部とレンズ６Ｂ、６Ｃの平坦部とが光学的に
対応する。
また、レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ相互間の距ｆ１１ｇ、ｐ
ｇ、は可変にできるようにし、レンズ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ
及び焦点８Ａ、８Ｂ、８Ｃを逆転配置しても良い。更に
レンズを４枚以上としても良い。
〈発明の効果〉 以上の構成により次の効果を有する。
（１）　　板が方向に焦点を分散させているので、１焦
点レーザ光に比べて、板厚方向の焦点位置が変動しても
、溶は込み形状のばらつき感受性が鈍感となり、均一な
溶は込み形状を得ることができる。
（２）板厚方向に高エンルギー密度領域を分散させろこ
とにより、擬似的にビームウェストの長いレーザビーム
光となる。即ち板厚表層側の焦点で、微小溶融金属プー
ルを形成でき、第２．第３のレーザ光吸収率を向上でき
るため、同一出力でより厚板の溶接、溶断が可能となる
。
（３）長焦点レンズを用いることなく板厚方向に焦点分
散できるので、ヘッド機構が小型となる。
（４）他の予熱手段（Ｔ　Ｉ　Ｇ加熱など）が不要とな
り操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は、本発明の実施例で、第１図は２焦点
レーザ集光装置の構成図、第２図は３焦点レーザ集光装
置の構成図、第３図、第５図は従来のレーザ加工装置の
構成図、第４図はワークと材料温度とのレーザ光の吸収
率を示す特性図、第６図はビームウェストを示す説明図
、第７図（イ）、（ロ）、（ハ）は溶は込み形状を示す
説明図である。 図　　　　　中、 ６Ａ、６Ｂ、６Ｃは集光レンズ、 ８Ａ、８Ｂ、８Ｇは焦点、 ｇｐ　ｇ１１ｇ２はレンズ間距離 ｆＡ、　ｆＢ、　ｆｏは焦点距離である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　レーザ発振器及びビーム伝送系を経たビームを集光さ
    せるビーム集光装置において、周辺部が均一厚さで中央
    部が凸形状を有する一方のレンズと、周辺部が凸形状で
    中央部が均一厚さを有する他方のレンズとを光軸を一致
    させて配置したことを特徴とする同軸多焦点式レーザビ
    ーム集光装置。
JP62300197A 1987-11-30 1987-11-30 同軸多焦点式レーザビーム集光装置 Expired - Lifetime JPH0767633B2 (ja)

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