JPH01143785A - 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 - Google Patents
異軸多焦点式レーザビーム集光装置Info
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- JPH01143785A JPH01143785A JP62300199A JP30019987A JPH01143785A JP H01143785 A JPH01143785 A JP H01143785A JP 62300199 A JP62300199 A JP 62300199A JP 30019987 A JP30019987 A JP 30019987A JP H01143785 A JPH01143785 A JP H01143785A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
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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。
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、レーザ加工装置による表面改質に適用されろ
ビーム集光装置に関する。
ビーム集光装置に関する。
〈発明の背景と問題点〉
本発明者は第３図ないし第７図に示す構成の異軸多焦点
式レーザビーム集光装置を提案している。第３図にて、
１はレーザ発振器、２は全反射鏡、３は出力鏡、５は全
反射鏡、６は偏光レンズ群である。この集光レンズ群６
はビーム伝送系のビーム４をフォーカスライン７Ａ、７
Ｂ、７Ｃとして集光するもので２枚のレンズ６Ａ、６Ｂ
とからなる。そして、このレンズ６Ａ、８Ｂは第４図の
如く一方のレンズ６Ｂには平坦部ｂｃと蒲鉾型（半円柱
）部ａｂ、ｃｄがあり、他方のレンズ６Ａには平坦部ｏ
ｆ、ｇｈと半円柱部ｆｇとが存在する。そして、レンズ
６Ａの平坦部ｏｆ、ｇｈとレンズ６Ｂの半円柱部ａｂ、
ｃｄとが対応し、レンズ６Ａの半円柱部ｆｇとレンズ６
Ｂの平坦部ｂｅとが対応する。すなわち、第５図、第６
図において、半円柱部ａｍ’ ｂｂ’ 。
式レーザビーム集光装置を提案している。第３図にて、
１はレーザ発振器、２は全反射鏡、３は出力鏡、５は全
反射鏡、６は偏光レンズ群である。この集光レンズ群６
はビーム伝送系のビーム４をフォーカスライン７Ａ、７
Ｂ、７Ｃとして集光するもので２枚のレンズ６Ａ、６Ｂ
とからなる。そして、このレンズ６Ａ、８Ｂは第４図の
如く一方のレンズ６Ｂには平坦部ｂｃと蒲鉾型（半円柱
）部ａｂ、ｃｄがあり、他方のレンズ６Ａには平坦部ｏ
ｆ、ｇｈと半円柱部ｆｇとが存在する。そして、レンズ
６Ａの平坦部ｏｆ、ｇｈとレンズ６Ｂの半円柱部ａｂ、
ｃｄとが対応し、レンズ６Ａの半円柱部ｆｇとレンズ６
Ｂの平坦部ｂｅとが対応する。すなわち、第５図、第６
図において、半円柱部ａｍ’ ｂｂ’ 。
ｃｃ’ｄｄ’と第６図の平坦部が対応し、半円柱部ｔ
ｔ ／ ｇ ｇ ／ と平坦部ｂｂ’ｃｃ’とが対応し
ている。この結果、７Ａ、７Ｂ、７Ｇに焦点が形成され
フォーカスラインが形成されろ。
ｔ ／ ｇ ｇ ／ と平坦部ｂｂ’ｃｃ’とが対応し
ている。この結果、７Ａ、７Ｂ、７Ｇに焦点が形成され
フォーカスラインが形成されろ。
かかる構成により、出力ビーム４の一部をレンズ６Ｂの
２つの半円柱部（ａａ’ ｂ’ ｂ。
２つの半円柱部（ａａ’ ｂ’ ｂ。
ｃｃ’ ｄ’ ｄ）で集光させ、レンズ６Ａの平坦部を
直進させて予熱もしくは先行溶融用フォーカスライン７
Ａ及び後熱もしくは後行溶融用フォーカスライン７Ｃを
結ぶ。また、出力ビーム４の残部をレンズ６Ｂの平坦部
ｂｂ’ ｃ’ ｃを直進させ、レンズ６Ａの半円柱部ｉ
１ ／ ｇ ｇ ／で集光させて、主溶融用フォーカ
スライン７Ｂを結ぶ。この７Ａ、７Ｂ、７Ｃのフォーカ
スラインを第７図に示す如（、母材８上に、塗布もしく
溶射により付着された肉盛用パウダ９に照射させる。
直進させて予熱もしくは先行溶融用フォーカスライン７
Ａ及び後熱もしくは後行溶融用フォーカスライン７Ｃを
結ぶ。また、出力ビーム４の残部をレンズ６Ｂの平坦部
ｂｂ’ ｃ’ ｃを直進させ、レンズ６Ａの半円柱部ｉ
１ ／ ｇ ｇ ／で集光させて、主溶融用フォーカ
スライン７Ｂを結ぶ。この７Ａ、７Ｂ、７Ｃのフォーカ
スラインを第７図に示す如（、母材８上に、塗布もしく
溶射により付着された肉盛用パウダ９に照射させる。
ここで、フォーカスライン７Ａで肉盛パウダ９の脱ガス
（水分、バインダーなど）を行い、フォーカスライン７
Ｂで肉盛パウダ９を溶融させ、フォーカスライン７Ｃで
肉盛層の上部を再溶融する乙により、残存気孔の除去を
行うと共に、再加熱による徐冷効果により割れ感受性の
高い肉盛材の割れ発生を防止した肉盛部１０を得る。
（水分、バインダーなど）を行い、フォーカスライン７
Ｂで肉盛パウダ９を溶融させ、フォーカスライン７Ｃで
肉盛層の上部を再溶融する乙により、残存気孔の除去を
行うと共に、再加熱による徐冷効果により割れ感受性の
高い肉盛材の割れ発生を防止した肉盛部１０を得る。
ところが、この構成においては次の問題がある。すなわ
ち、出力が５Ｋｌ’１程度以下のＣＯ□レーザの集光レ
ンズ（通常Ｚｎ５ｅが用いられる）の口径は、現状の製
造技術レベル大略４″（ｌｏｇｌｌｍ）程度である。
ち、出力が５Ｋｌ’１程度以下のＣＯ□レーザの集光レ
ンズ（通常Ｚｎ５ｅが用いられる）の口径は、現状の製
造技術レベル大略４″（ｌｏｇｌｌｍ）程度である。
従って、第４図に示すごとく、従来のレンズ群構成では
、フォーカスライン７Ａ、７Ｃ間距離＃、＋１□が高々
６０＋ｍ、っまりｊ、 ４１２〜３０ｍ程度しか取れな
い。
、フォーカスライン７Ａ、７Ｃ間距離＃、＋１□が高々
６０＋ｍ、っまりｊ、 ４１２〜３０ｍ程度しか取れな
い。
その結果、フォーカスライン７Ａによる予熱と７Ｂによ
る本溶融、７Ｃによる後熱もしくは後溶融の間隔が狭く
、高速肉盛を行う場合、特に、フォーカスライン７Ｃに
よる後熱が、本溶融が行われた後短時間内に後熱される
こととなり緩慢な冷却速度を得る点では好ましくなかっ
た。
る本溶融、７Ｃによる後熱もしくは後溶融の間隔が狭く
、高速肉盛を行う場合、特に、フォーカスライン７Ｃに
よる後熱が、本溶融が行われた後短時間内に後熱される
こととなり緩慢な冷却速度を得る点では好ましくなかっ
た。
言いかえれば最大４′口径のレンズの制約下でも、極力
１．、Ｉ２を大きく取る施策が必要であった。
１．、Ｉ２を大きく取る施策が必要であった。
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みフォーカスライン
間距離を長くとるようにした異軸多焦点式レーザビーム
集光装置を提供する。
間距離を長くとるようにした異軸多焦点式レーザビーム
集光装置を提供する。
−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、 中央部が平坦で両側部が半円柱を有する入射側レンズと
、中央部が半円柱で両側部が平坦となっている出射側レ
ンズとの間に、中央部が平坦で両側部がプリズムレンズ
となっている第３レンズを光軸を一致させて配置したこ
とを特徴とする。
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、 中央部が平坦で両側部が半円柱を有する入射側レンズと
、中央部が半円柱で両側部が平坦となっている出射側レ
ンズとの間に、中央部が平坦で両側部がプリズムレンズ
となっている第３レンズを光軸を一致させて配置したこ
とを特徴とする。
く作 用〉
レンズ間にプリズムレンズを有する第３レンズを配置す
ることで、フォーカスライン間距離を長くして結ぶこと
ができる。
ることで、フォーカスライン間距離を長くして結ぶこと
ができる。
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（ａ）において、レンズ６Ｂは中央部
ｌ）Ｃが平坦で両側部ａｂ。
説明する。第１図（ａ）において、レンズ６Ｂは中央部
ｌ）Ｃが平坦で両側部ａｂ。
ｃｄが半円柱であり、レンズ６Ａは中央部ｆｇが半円柱
で両側部ｏｆ、ｇｈが平坦である。
で両側部ｏｆ、ｇｈが平坦である。
そして、このレンズ６Ａと６Ｂとの間に中央部ｊｋが平
坦で両側部ｉ ｊ、ｋｊがプリズムレンズを有する第３
レンズ６Ｃが介挿されている。そして、この第３レンズ
６ｃの中央平坦部ｊｋがレンズ６Ｂ、６Ａの中央部ｂｅ
。
坦で両側部ｉ ｊ、ｋｊがプリズムレンズを有する第３
レンズ６Ｃが介挿されている。そして、この第３レンズ
６ｃの中央平坦部ｊｋがレンズ６Ｂ、６Ａの中央部ｂｅ
。
ｆｇに対応し、第３レンズ６ｃの両側プリズムレンズ部
ｉ ｊｅ ｋｌがレンズ６Ｂ、６Ａの両側部ａｈ、ｃｄ
、ｅｆ、ｇｈに対応する。
ｉ ｊｅ ｋｌがレンズ６Ｂ、６Ａの両側部ａｈ、ｃｄ
、ｅｆ、ｇｈに対応する。
かかる構成において、伝送ビーム４の内レンズ６Ｂの平
坦部ｂｃＩｅ通過したビームは、レンズ６Ｃの平坦部ｊ
ｋを通過後、レンズ６Ａの半円柱部ｆｇを通過して肉盛
パウダー面上でフォーカスライン７Ｂを結ぶ。一方、伝
送ビーム４の内、レンズ６Ｂの半円柱部ａｂ及びｃｄを
通過したビームは集光されつツ夫々レンズ６Ｃのプリズ
ムレンズｉｊ及びｋｊで屈折・集光されながら夫々レン
ズ６Ａの平坦部ｏｆ及びｇｈを直進してフォーカスライ
ン７Ｃ’ 、７Ａ’を結ぶ。
坦部ｂｃＩｅ通過したビームは、レンズ６Ｃの平坦部ｊ
ｋを通過後、レンズ６Ａの半円柱部ｆｇを通過して肉盛
パウダー面上でフォーカスライン７Ｂを結ぶ。一方、伝
送ビーム４の内、レンズ６Ｂの半円柱部ａｂ及びｃｄを
通過したビームは集光されつツ夫々レンズ６Ｃのプリズ
ムレンズｉｊ及びｋｊで屈折・集光されながら夫々レン
ズ６Ａの平坦部ｏｆ及びｇｈを直進してフォーカスライ
ン７Ｃ’ 、７Ａ’を結ぶ。
なお、本例では、フォーカスライン７０′。
７Ａ’は肉盛パウダー面上９に対し、デフォーカスとし
た例を示し、加工方向の予熱、後熱領域を広くしたもの
で、勿論フォーカスライン７Ｃ’ 、７Ａ’を肉盛パウ
ダー面上に結像しても良い。以上の如く、プリズム付第
３レンズ６Ｃをレンズ６Ｂと６Ａ間に介挿して屈折する
ことにより、フォーカスライン間距離相互が１３＞１．
、１４〉ｌ、となる。
た例を示し、加工方向の予熱、後熱領域を広くしたもの
で、勿論フォーカスライン７Ｃ’ 、７Ａ’を肉盛パウ
ダー面上に結像しても良い。以上の如く、プリズム付第
３レンズ６Ｃをレンズ６Ｂと６Ａ間に介挿して屈折する
ことにより、フォーカスライン間距離相互が１３＞１．
、１４〉ｌ、となる。
なお３枚のレンズ群６に於てレンズ６Ｂと第３レンズ６
Ｇ、第３レンズ６Ｃトレンズ６Ａ。
Ｇ、第３レンズ６Ｃトレンズ６Ａ。
レンズ６Ｂと６Ａ間のレンズ間距離を可変的にすること
により、フォーカスラインと肉盛面の間（ワーク間圧ｇ
ｌ）を可変とすることができろ。
により、フォーカスラインと肉盛面の間（ワーク間圧ｇ
ｌ）を可変とすることができろ。
また、レンズ６Ａ、６Ｂ及び第３レンズ６Ｃの正面形状
を円形から第１図（ｂ） （Ｃ）に示すように角形とす
ることにより、第１図（ａ）に示すフォーカスライン７
Ａ’、７Ｃ’の長さを７Ｂの長さに近付けることができ
る。
を円形から第１図（ｂ） （Ｃ）に示すように角形とす
ることにより、第１図（ａ）に示すフォーカスライン７
Ａ’、７Ｃ’の長さを７Ｂの長さに近付けることができ
る。
第２図は第１図に示すプリズム付第３レンズ６Ｃを配置
する代り、レンズ６Ｂの両側部ｍｎ、ＯＰの半円柱形状
を非対称としｔこものである。ここで、非対称というの
はレンズ６Ｂの両側で厚内、中央側にて薄肉としたもの
である。ここでは、伝送ビーム４の内、夫々半円柱部ｍ
ｎ、ＯＰを通過したものは、集光しつつレンズ６Ａのｅ
ｆ、ｇｈを通過してフォーカスライン７Ｇ’、７Ａ’が
中央のフォーカスライン７Ｂからより遠ざかった位置に
結像する。その結果、フォーカスライン間距離はｊ、＞
Ｊ２． Ｉ３＞ ｌ、とすることができる。
する代り、レンズ６Ｂの両側部ｍｎ、ＯＰの半円柱形状
を非対称としｔこものである。ここで、非対称というの
はレンズ６Ｂの両側で厚内、中央側にて薄肉としたもの
である。ここでは、伝送ビーム４の内、夫々半円柱部ｍ
ｎ、ＯＰを通過したものは、集光しつつレンズ６Ａのｅ
ｆ、ｇｈを通過してフォーカスライン７Ｇ’、７Ａ’が
中央のフォーカスライン７Ｂからより遠ざかった位置に
結像する。その結果、フォーカスライン間距離はｊ、＞
Ｊ２． Ｉ３＞ ｌ、とすることができる。
〈発明の効果〉
以上説明したように本発明によれば、先行フォーカスラ
イン及び後行フォーカスラインとセンターフォーカスラ
インとのなす距離が従来方式に比べ大きくなり、その結
果、十分な脱ガス予熱と緩慢な冷却速度・後熱により、
より建全なパウダ内盛が可能となる。
イン及び後行フォーカスラインとセンターフォーカスラ
インとのなす距離が従来方式に比べ大きくなり、その結
果、十分な脱ガス予熱と緩慢な冷却速度・後熱により、
より建全なパウダ内盛が可能となる。
第１図および第２図は本発明の＊施例で、第１図［ｆｉ
）は一実施例のレーザビーム集光装置の構成図、第１図
（ｂ） （Ｃ１は第１図（ａ）のレンズ６Ｂ、６Ａの平
面図、第２図は他の実施例の構成図、第３図ないし第７
図は既提案の装置を示し、第３図はレーザ加工装置、第
４図は集光装置の構成図、第５図は第４図のイーイ矢視
図、第６図は第４図のローロ矢視図、第７図は加工状態
図である。 図 中、 ６Ａ、６Ｂはレンズ、 ６Ｃは第３レンズ、 ７Ａ’ 、 ７Ｂ’ 、 ７Ｃ’はフォーカスラインで
ある。
）は一実施例のレーザビーム集光装置の構成図、第１図
（ｂ） （Ｃ１は第１図（ａ）のレンズ６Ｂ、６Ａの平
面図、第２図は他の実施例の構成図、第３図ないし第７
図は既提案の装置を示し、第３図はレーザ加工装置、第
４図は集光装置の構成図、第５図は第４図のイーイ矢視
図、第６図は第４図のローロ矢視図、第７図は加工状態
図である。 図 中、 ６Ａ、６Ｂはレンズ、 ６Ｃは第３レンズ、 ７Ａ’ 、 ７Ｂ’ 、 ７Ｃ’はフォーカスラインで
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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、 中央分が平坦で両側部が半円柱を有する入射側レンズと
、中央部が半円柱で両側部が平坦となっている出射側レ
ンズとの間に、中央部が平坦で両側部がプリズムレンズ
となつている第３レンズを光軸を一致させて配置したこ
とを特徴とする異軸多焦点式レーザビーム集光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300199A JPH01143785A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300199A JPH01143785A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143785A true JPH01143785A (ja) | 1989-06-06 |
Family
ID=17881925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62300199A Pending JPH01143785A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 異軸多焦点式レーザビーム集光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01143785A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0706072A3 (en) * | 1994-10-07 | 1996-12-11 | Sumitomo Electric Industries | Optical device for material processing by laser |
| FR2746047A1 (fr) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Alphatech Ind Sa | Tete optique bifocalisation |
| FR2755048A1 (fr) * | 1996-10-31 | 1998-04-30 | Renault Automation | Dispositif de soudage par faisceau laser |
| EP0865863A1 (fr) * | 1997-03-19 | 1998-09-23 | Alphatech-Industrie | Tête-Optique-Bifocalisation |
| WO2010119173A1 (en) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Outokumpu Oyj | Method for performing laser welding |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62300199A patent/JPH01143785A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0706072A3 (en) * | 1994-10-07 | 1996-12-11 | Sumitomo Electric Industries | Optical device for material processing by laser |
| EP0882540A1 (en) * | 1994-10-07 | 1998-12-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical device for laser machining |
| FR2746047A1 (fr) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Alphatech Ind Sa | Tete optique bifocalisation |
| FR2755048A1 (fr) * | 1996-10-31 | 1998-04-30 | Renault Automation | Dispositif de soudage par faisceau laser |
| EP0865863A1 (fr) * | 1997-03-19 | 1998-09-23 | Alphatech-Industrie | Tête-Optique-Bifocalisation |
| WO2010119173A1 (en) | 2009-04-15 | 2010-10-21 | Outokumpu Oyj | Method for performing laser welding |
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