JPH01228689A - レーザ加工方法および装置 - Google Patents

レーザ加工方法および装置

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JPH01228689A
JPH01228689A JP63055268A JP5526888A JPH01228689A JP H01228689 A JPH01228689 A JP H01228689A JP 63055268 A JP63055268 A JP 63055268A JP 5526888 A JP5526888 A JP 5526888A JP H01228689 A JPH01228689 A JP H01228689A
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JP
Japan
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laser
laser beam
pulse
workpiece
welding
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JP63055268A
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English (en)
Inventor
Haruyuki Uchiumi
内海 晴之
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Lasers (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は炭酸ガスレーザ等を使って金属を溶接等する
レーザ加工方法および装置に係り、特にその加工性、加
工効率を向上せしめたものに関する。
〔従来の技術〕
第3図は例えば特開昭54−121249号公報に示さ
れた従来のレーザビーム加工方法、特にレーザビームを
分割して照射するタンデムレーザビーム溶接方法のビー
ムの状況を示すものである。
図において、(1)はレーザ発振器(図示せず)から出
力されたレーザ光、(2)はこのレーザ光(1)を被加
工物(3)の溶接すべき個所に集光するための集光レン
ズ、(4)はハーフミラ−で、レーザ光(1)はその一
部がこのハーフミラ−(4)を透過して直進光(1a)
となり、他の部分は反射して反射光(1b)となる。
即ち、ハーフミラ−(4)は集光レンズ(2)を通過し
たレーザ光(1)を直進光(1a)と反射光(lb)と
に分割する。そして、反射光(1b)は更にペンドミラ
ー(5)でその方向を変えられ被加工物(3)に照射さ
れる。(6)はペンドミラー(5)を回転させるための
軸である。
この場合、軸(6)に垂直な面(同図の点線)とペンド
ミラー(5)の反射面とを適当に傾斜させることにより
、反射光(1b)の照射位置を所定範囲内に振らすこと
ができる。
溶接時は、被加工物(3)が矢印Aの方向に所定の速度
で移動し、先ず被加工物(3)の(7)のゾーンが反射
光(1b)によって予熱され、この予熱されたゾーン(
7)が更に直進光(1a)に照射される。(8)は直進
光(1a)により溶接されたビード表面である。
このようにレーザ光を分割してその一部を溶接個所の予
熱に利用することにより、溶接作業の能率化を図ってい
る。いわゆるタンデムレーザビーム溶接である。
従来のビーム分割方法は以上で説明した光学系を採用し
ているので、分割前の元のビームも分割後のビームも同
一の形態となる。従って、元のレーザ光が連続波(以下
CWと称す)の場合は分割後のレーザ光もCWとなり、
元のレーザ光がパルス波の場合は分割後のレーザ光もパ
ルス波となる。
ところで、−成約な炭酸ガスレーザによるレーザ溶接で
はレーザ光を集光レンズを用いて被加工物の表面近くで
焦点を結ぶように集束させて加工するが、CWのレーザ
光の場合、このレーザ溶接時に発生するプラズマの影響
で十分な溶接性能を発揮できない場合がある。即ち、C
Wのレーザ光を被加工物に照射し続けるとプラズマが発
生し、被加工物の表面で後続のレーザ光と衝突し、レー
ザ光を散乱させる結果となって溶接中のビームホールヘ
レーザ光のエネルギーが有効に達せず深溶込み溶接を妨
げることが知られている。このプラズマの除去を目的に
アルゴン(Ar) 、ヘリウム(He)等の不活性ガス
を加工部に吹き付ける方法があるが、2m/min以下
の低速溶接では完全とはいえない。
ところで、このプラズマはレーザ光をオフしてから2〜
Sm5eC以内で気中に拡散して消滅してしまう性質を
もっているので、レーザ光を100〜500Hzでパル
ス化し、レーザ光を断続的に照射することによって、プ
ラズマによる悪影響を受けにくい溶接が可能となる。従
って、レーザ溶接のためのレーザ発振器にはパルス発振
形式のものが多く使用される。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のレーザ溶接は以上のような方法によっているので
、溶接性に都合のよいパルス状のレーザ光を被加工物に
照射しようとすると、レーザ発振器自体をパルス発振形
式のものにする必要があり下記の如き種々の問題点が存
在する。
即ち、レーザ発振器側でパルス化すると、発振器系の応
答性からパルス出力の立上り、立下りにはスロープが発
生し、必ずしも急峻な矩形波状のパルス出力は得に<<
、パルス周波数にはおのずと上限が存在することになり
、しかもレーザ光のオフ時には出力されないので全体と
して得られるビームエネルギー量もそれだけ低くなって
CWの場合を下まわるものとなってしまう。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、CWのレーザ光から任意の周波数のパルスビ
ームを分割して取り出せ、元のレーザ光のエネルギーを
有効に利用できるレーザ加工方法および装置を得ること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光の光路に光
の透過・反射を順次切換える手段を設けてレーザ発振器
からのレーザ光を一旦相互に反転する2本のパルスビー
ムに分割し、上記両パルスビームを被加工物上の近傍個
所に照射するようにしたものである。
また、この発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を透
過する透過部とレーザ光を反射する反射部とが順次周上
に隣接して形成され回転可能に構成された回転チョッパ
ーと、反射部で反射されたレーザ光を反射集光して被加
工物へ照射するための反射鏡とを備えたものである。
〔作用〕
この発明においては、レーザ発振器から出力されたレー
ザ光は、その光路上で時系列的に透過・反射が順次繰り
返されて2本のパルスビームに分割される。そして両パ
ルスビームが被加工物の近傍に照射されて相乗的効果を
もたらし所定のレーザ加工処理を達成する。
また、回転チョッパーが所定の速度で回転するとレーザ
発振器からのレーザ光は、その透過部と反射部とで純光
学的にパルス化されてほぼ完全な矩形波状のパルスビー
ムに分割される。更に反射鏡は、回転チョッパーの反射
部で反射されたパルスビームの被加工物への照射位置お
よびその集束度を調節して透過部を透過したパルスビー
ムとの相互関係を調整する。
〔実施例〕
以下この発明の一実施例を図について説明する。
第1図において、(1)〜(3)、 (5)(6)は従
来と同一であるので説明を省略する。但し、レーザ発振
器(図示せず)からのレーザ光(1)はCWのものであ
る。
従来、レーザ光(1)の分割はハーフミラ−(4)で行
なっていたが、この発明ではこれに替わり回転式の回転
チ5ツバ−(9)が採用される。回転チ87パー(9)
はその詳細を第2図に示すように、全体はほぼ円錐台形
の形状で、回転軸Q1を介して駆動モータQυにより所
定の回転数で高速回転される。そしてその外周には、傾
斜した反射面を有しレーザ光(1)を反射させる反射部
(2)と、その間を開口部としてレーザ光(1)を透過
させる透過部a]とが形成されている。α慟は不活性の
シールドガスを溶接部へ噴射する噴射ノズルである。
次に動作について説明する。集光レンズ(2)で集束さ
れたレーザ光(1)は、回転チョッパ(9)で2本のパ
ルスビーム(1a) (lb)に分割される。即ち、(
1a)は回転チョッパ(9)の透過部(至)を透過直進
して被加工物(3)に直接照射されるレーザ光で、元の
レーザ光(1)が反射部@で反射している時間帯に出力
がオフとなるパルスビームである。また、(1b)は回
転チョッパ−(9)の反射部□□□で反射されるレーザ
光で、元のレーザ光(1)が透過部Q3を透過直進して
いる時間帯に出力がオフとなるパルスビームである。即
ち、パルスビーム(1a)と(1b)とは相互にその出
力時間帯が反転した形になっている。言い換えると元の
CWのレーザ光(1)は、そのエネルギーを損うことな
く2本のパルスビーム(1a)および(lb)に分割変
換されることになる。反射部(6)から出たパルスビー
ム(lb)は反射鏡であるペンドミラー(5)で再び反
射集光され、第1図に示すように、被加工物(3)の溶
接中のビームホール(3a)へ所定の入射角αをもって
照射される。ここで、被加工物(3)を第1図の矢印A
の方向へ移動させた場合はパルスビーム(1b)が溶接
の行われる前方に入射されることになり、被加工物(3
)の予熱を行ない溶接中のスパッタ飛散防止に効果的で
ある。また、被加工物(3)を矢印Bの方向へ移動させ
た場合は、パルスビーム(1b)によってビームホール
(3a)の後方を広げることができ、溶融金属中に発生
する脱ガスに効果があり、結果的にキャビティーやブロ
ーホールの少ない溶接が可能となる。
上記ビームのパルス化と反射光の有効利用において、直
進光であるパルスビーム(1a)と反射光であるパルス
ビーム(1b)との比率は第2図に示す回転チョッパー
(9)の反射部(2)と透過部(2)との局方向の寸法
割合によっていかようにも選ぶことができる。また、パ
ルス化は、従来のようにレーザ発振器自体の発振方式に
よるものではなく、レーザ発振器自体はCW即ち連続の
レーザ光を出力し、その光路上に設けた回転チョッパー
(9)のいわばメカニカルな光学系で行うものであるの
で、その周波数は透過部α1の数と回転チョッパー(9
)の回転数によって自由に設定でき、加工現象に最適な
周波数を選ぶことができる。
更に、ペンドミラー(5)の鏡面の曲率や位置を変える
ことにより、パルスビーム(1b)の入射角αを変え、
またパルスビーム(lb)のビームスポット径を調節し
、タンデム溶接以外にも仮付および本溶接、溶接後の表
面化粧ビード仕上げ、予熱または後熱処理など種々多様
なレーザ加工が可能である。
なお、以上の実施例ではレーザ光を分割する手段として
、円錐台形の形状の回転チョッパ−(9)を用いたが、
例えばベルト状のものを走行させる方法等種々のものが
考えられ、上記実施例に限られるものではない。
また、上記実施例はレーザ加工として特に溶接に適用し
た場合について説明したが、その他レーザ光を使用した
表面改質等広くレーザ加工に利用できるものである。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればレーザ光の光路に光の
透過・反射を順次切換える手段を設けてレーザ発振器か
らのレーザ光を一旦相互に反転する2本のパルスビーム
に分割し、この両パルスビームを被加工物上の近傍個所
に照射するようにしたので、レーザ発振器の特性に左右
されることなく、また、レーザ発振器からのレーザ光の
エネルギーを損うことなく有効にパルスビームに変換で
き、かつ分割された両パルスビームのエネルギーが相乗
して効果的なレーザ加工が可能となる。
また、透過部と反射部とが順次周上に隣接して形成され
た回転チロツバ−および反射されたレーザ光を反射集光
する反射鏡を設けたので、加工現象に最適なパルスビー
ムの周波数を自由にかつ極めて簡便な構成で実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるタンデムレーザビー
ム溶接のビームの状況を示す説明図、第2図(a) (
b)は第1図における回転チッッパーのそれぞれ平面図
および断面側面図、第3図は従来のタンデムレーザビー
ム溶接のビームの状況を示す説明図である。 図において、(1)はレーザ光、(la) (lb)は
パルスビーム、(3)は被加工物、(5)はペンドミラ
ー、(9)は回転チッッパー、(6)は反射部、(至)
は透過部である。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示す

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射し
    て加工するレーザ加工方法において、上記レーザ光の光
    路に光の透過・反射を順次切換える手段を設けて上記レ
    ーザ発振器からのレーザ光を一且相互に反転する2本の
    パルスビームに分割し、上記両パルスビームを上記被加
    工物上の近傍個所に照射することを特徴とするレーザ加
    工方法。
  2. (2)レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射し
    て加工するレーザ加工装置において、上記レーザ発振器
    と被加工物との間に配設され、上記レーザ発振器からの
    レーザ光を透過する透過部と上記レーザ光を反射する反
    射部とが順次周上に隣接して形成され回転可能に構成さ
    れた回転チョッパーと、上記反射部で反射されたレーザ
    光を、上記被加工物上の上記透過部を透過したレーザ光
    の照射位置の近傍に反射集光する反射鏡とを備えたこと
    を特徴とするレーザ加工装置。
JP63055268A 1988-03-08 1988-03-08 レーザ加工方法および装置 Pending JPH01228689A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5841097A (en) * 1995-12-27 1998-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process and apparatus for welding workpieces with two or more laser beams whose spots are oscillated across welding direction
DE102004050819B4 (de) * 2004-10-19 2010-05-12 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlbearbeiten
EP2489459B1 (de) * 2011-02-15 2023-10-11 Robert Bosch GmbH Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen mittels eines Laserstrahls

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US5841097A (en) * 1995-12-27 1998-11-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process and apparatus for welding workpieces with two or more laser beams whose spots are oscillated across welding direction
DE102004050819B4 (de) * 2004-10-19 2010-05-12 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlbearbeiten
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