JPH02138414A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工装置及びレーザ加工方法Info
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- JPH02138414A JPH02138414A JP63287534A JP28753488A JPH02138414A JP H02138414 A JPH02138414 A JP H02138414A JP 63287534 A JP63287534 A JP 63287534A JP 28753488 A JP28753488 A JP 28753488A JP H02138414 A JPH02138414 A JP H02138414A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、加工用レーザを用いた金属の焼入れ処理等の
レーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に
関する。
レーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に
関する。
（従来の技術）
一般に変態硬化を利用した金属材料のレーザ焼入れを行
う場合は、レーザ照射に先立って表面に酸化皮膜処理や
リン酸塩などの化成処理をしたり、またはカーボン塗料
を塗布するなどして、金属表面のレーザ光に対する吸収
率を高め、レーザエネルギーの利用効率を上げている。
う場合は、レーザ照射に先立って表面に酸化皮膜処理や
リン酸塩などの化成処理をしたり、またはカーボン塗料
を塗布するなどして、金属表面のレーザ光に対する吸収
率を高め、レーザエネルギーの利用効率を上げている。
しかし、これらの処理を行っても、第４図に示すように
炭酸ガスレーザの鋼材に対する反射率は高く、金属にレ
ーザエネルギーの全部を吸収させることはできない。な
お、図中、Ｐ、はＰ偏波。
炭酸ガスレーザの鋼材に対する反射率は高く、金属にレ
ーザエネルギーの全部を吸収させることはできない。な
お、図中、Ｐ、はＰ偏波。
Ｒ８はＳ偏波を示す。ちなみにリン酸塩皮膜処理をした
場合の吸収率は７７９６、カーボン塗布の場合では８７
％である。従って、レーザエネルギーのかなりの部分が
有効に利用されずに捨てられており、エネルギー効率が
悪く、レーザ吸収のための前処理が不十分であれば、さ
らにその効率を悪くしていた。また、これらの反射光は
低熱処理に入射した場合、徒らに加熱し、焼戻し効果を
低熱処理部に与えるため、複数な形状に対するレーザ焼
入れの場合は、焼入れの順序を考えてレーザ焼入れを施
こす必要があった。従って、従来のレーザ熱加工におい
ては、第５図に示すようにシャフト１の端部焼入れの場
合、底部２の焼入れ実施し、その後人の側面３の焼入れ
を行うと、側面３の焼入れの際、その反射光が底部２に
入射し、底部２に焼戻し効果が生じるので、この場合側
面３の焼入れを実施し、その後底部２の焼入れを行って
いた。しかも、底部２の焼入れの際は側面３への反射光
の照射防止のため、レーザ光を垂直に入射させ、シャフ
ト１のレーザ光に対する姿勢を側面３しかし、上記従来
のレーザ熱加工では、焼戻し効果の影響をうけないよう
にするために、焼入れ順序を十分に考慮して焼入れ加工
を実施しなければならず、作業工程において歩留りが発
生し、作業効率がとても低かった。
場合の吸収率は７７９６、カーボン塗布の場合では８７
％である。従って、レーザエネルギーのかなりの部分が
有効に利用されずに捨てられており、エネルギー効率が
悪く、レーザ吸収のための前処理が不十分であれば、さ
らにその効率を悪くしていた。また、これらの反射光は
低熱処理に入射した場合、徒らに加熱し、焼戻し効果を
低熱処理部に与えるため、複数な形状に対するレーザ焼
入れの場合は、焼入れの順序を考えてレーザ焼入れを施
こす必要があった。従って、従来のレーザ熱加工におい
ては、第５図に示すようにシャフト１の端部焼入れの場
合、底部２の焼入れ実施し、その後人の側面３の焼入れ
を行うと、側面３の焼入れの際、その反射光が底部２に
入射し、底部２に焼戻し効果が生じるので、この場合側
面３の焼入れを実施し、その後底部２の焼入れを行って
いた。しかも、底部２の焼入れの際は側面３への反射光
の照射防止のため、レーザ光を垂直に入射させ、シャフ
ト１のレーザ光に対する姿勢を側面３しかし、上記従来
のレーザ熱加工では、焼戻し効果の影響をうけないよう
にするために、焼入れ順序を十分に考慮して焼入れ加工
を実施しなければならず、作業工程において歩留りが発
生し、作業効率がとても低かった。
従って、本発明の目的は、上記問題点を鑑み、作業効率
が従来よりも高く、歩留りの少ないレーザ加工装置及び
レーザ加工方法を提供することにある。
が従来よりも高く、歩留りの少ないレーザ加工装置及び
レーザ加工方法を提供することにある。
故に、上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光
の反射したエネルギーを有効に活用するために、レーザ
光を光学部品を用いて分割供給することなく、直接光及
び反射光により同時に複数箇所にレーザ熱加工を実施す
るレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。
の反射したエネルギーを有効に活用するために、レーザ
光を光学部品を用いて分割供給することなく、直接光及
び反射光により同時に複数箇所にレーザ熱加工を実施す
るレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第１図に示すように、本実施例では、レーザ発振器９か
ら射出された直線偏光のレーザ光１０を集光レンズ１１
によって集光させ、その焦点１２が母材１３の第１熱加
工部１４よりも遠方になるように、第１熱加工部１４に
照射させ、また、第１加工部１４の反射光１５が母材１
３の第２加工部１６に照射されるように、レーザ光１０
の入射角を選定する。母材１３は第１図において、紙面
上の水平面に沿って紙面を垂直方向に駆動されるテーブ
ル１７上に固定される。第２熱加工部１６の表面にはカ
ーボン塗料１８を予め塗布してお（。
ら射出された直線偏光のレーザ光１０を集光レンズ１１
によって集光させ、その焦点１２が母材１３の第１熱加
工部１４よりも遠方になるように、第１熱加工部１４に
照射させ、また、第１加工部１４の反射光１５が母材１
３の第２加工部１６に照射されるように、レーザ光１０
の入射角を選定する。母材１３は第１図において、紙面
上の水平面に沿って紙面を垂直方向に駆動されるテーブ
ル１７上に固定される。第２熱加工部１６の表面にはカ
ーボン塗料１８を予め塗布してお（。
母材１３とレーザ光１０の関係は、直線偏光面が入射面
と略平行となるように配置されている。
と略平行となるように配置されている。
この際、走査手段により第１加工部１４で吸収された平
均エネルギー密度と反射光１５の第２加工部１６での吸
収エネルギー密度がほぼ同じとなるように集光レンズ１
１の焦点距離と集光レンズ１１の位置を決める。
均エネルギー密度と反射光１５の第２加工部１６での吸
収エネルギー密度がほぼ同じとなるように集光レンズ１
１の焦点距離と集光レンズ１１の位置を決める。
次に、このようなレーザ加ニジステムの走査手段につい
て、第２図を用いて説明する。
て、第２図を用いて説明する。
第２図に示すように、集光レンズ１１の位置Ｌ、第１熱
加工部１４の位置Ａ、第２熱加工部１６の位置Ｂと焦点
Ｆとの距離をそれぞれｆ、ａ、ｂとすると、Ａ点、Ｂ点
のレーザ光の平均吸収エネルギー密度Ｐ Ａ ＋ Ｐ
Ｂは式（１）、（２）でＰＡ ＝［Ｐ （ｌ−ＲＡ
）ｃｏｓαｌ／（ａ／Ｉ’）２（１）ＰＲ−ＥＰＩＲ＾
（１−ＲＢ）Ｃｏ！ｌｉβ］／（ｂ／ｆ’）２− （２
）Ｐは集光レンズ１１におけるレーザエネルギー密度、
ＲＡ ｒ ＲＢ ＊ α、βは第１．第２熱加工部１
４．１６におけるレーザ光に対する反射率と入射角であ
り、ηは第１熱加工部１４での反射光１５が第２熱加工
部１６に到達する比率である。（１）（２）式から下式
（３）が得られる。
加工部１４の位置Ａ、第２熱加工部１６の位置Ｂと焦点
Ｆとの距離をそれぞれｆ、ａ、ｂとすると、Ａ点、Ｂ点
のレーザ光の平均吸収エネルギー密度Ｐ Ａ ＋ Ｐ
Ｂは式（１）、（２）でＰＡ ＝［Ｐ （ｌ−ＲＡ
）ｃｏｓαｌ／（ａ／Ｉ’）２（１）ＰＲ−ＥＰＩＲ＾
（１−ＲＢ）Ｃｏ！ｌｉβ］／（ｂ／ｆ’）２− （２
）Ｐは集光レンズ１１におけるレーザエネルギー密度、
ＲＡ ｒ ＲＢ ＊ α、βは第１．第２熱加工部１
４．１６におけるレーザ光に対する反射率と入射角であ
り、ηは第１熱加工部１４での反射光１５が第２熱加工
部１６に到達する比率である。（１）（２）式から下式
（３）が得られる。
Ｐ ａ ／ＰＡ −’ＩＲＡ（１−Ｒａ）２２ｕｙＳＩ
／（１−Ｒｈ）ｂ”ｃｏｓｃｌ （３）Ａ点へＰ偏光
レーザ光を入射角８０°で入射させ、Ｂ点へ入射角２０
°で反射光１５を入射させた場合は、第４図に示した鋼
材の反射率特性よりＲＡ ＝０．４．Ｒａ−０，８５が
得られるが、ＲＢについてはカーボン塗料を塗布しであ
るので、ＲＢ−０，１３であり、また、η−０．７程度
を見込んでおくと、Ｐ ａ ／’ ＰＡ ＝ ２．
ｌ （ａ／１））２が得られる。集光レンズの焦点Ｆ
から第１．第２熱加工部１４，１．６への距離の比ａ
／ ｂが０．７に等しいときに再熱加工部１４．１６で
のレーザ光吸収エネルギー密度ＰＡ、Ｐ８が等しくなる
。第１熱加工部１４と第２熱加工部１６の光学距離をｇ
とし、第１熱加工部１４の熱加工中をＷとし、レーザ光
１０のレンズ１１位置での直径をＤをすると、使用する
レンズの焦点距離ｆと焦点位置１２の第１熱加工部１４
までの距離ａは容易に次式％式％ はａ−２３ｍｍ、ｆ−４００ｍｍの設定条件となる。
／（１−Ｒｈ）ｂ”ｃｏｓｃｌ （３）Ａ点へＰ偏光
レーザ光を入射角８０°で入射させ、Ｂ点へ入射角２０
°で反射光１５を入射させた場合は、第４図に示した鋼
材の反射率特性よりＲＡ ＝０．４．Ｒａ−０，８５が
得られるが、ＲＢについてはカーボン塗料を塗布しであ
るので、ＲＢ−０，１３であり、また、η−０．７程度
を見込んでおくと、Ｐ ａ ／’ ＰＡ ＝ ２．
ｌ （ａ／１））２が得られる。集光レンズの焦点Ｆ
から第１．第２熱加工部１４，１．６への距離の比ａ
／ ｂが０．７に等しいときに再熱加工部１４．１６で
のレーザ光吸収エネルギー密度ＰＡ、Ｐ８が等しくなる
。第１熱加工部１４と第２熱加工部１６の光学距離をｇ
とし、第１熱加工部１４の熱加工中をＷとし、レーザ光
１０のレンズ１１位置での直径をＤをすると、使用する
レンズの焦点距離ｆと焦点位置１２の第１熱加工部１４
までの距離ａは容易に次式％式％ はａ−２３ｍｍ、ｆ−４００ｍｍの設定条件となる。
すなわち、走査手段］８によりこのように集光レンズ１
１の配置をすることで、第１．第２熱加工部１４．１６
それぞれにおけるレーザ光の平均吸収エネルギー密度が
およそ等しくなり、レーザ出力、レーザ光の走査速度を
適宜選定すれば、第１゜第２熱加工部１４．１６におい
て同時に熱加工が可能である。
１の配置をすることで、第１．第２熱加工部１４．１６
それぞれにおけるレーザ光の平均吸収エネルギー密度が
およそ等しくなり、レーザ出力、レーザ光の走査速度を
適宜選定すれば、第１゜第２熱加工部１４．１６におい
て同時に熱加工が可能である。
以上の説明において４よ、レーザエネルギーの利用効率
は８４％であり、通常の方法による８７％に比べると低
いようであるが、２カ所のレーザ熱加工を同時に実施し
ているので、本実施例の場合は従来に比べ計算上数％高
くなる。また、第２熱加工部１６での熱加工中を広くし
たい場合は、第１熱加工部１４へのレーザ光１０の入射
角を小さくし、第１熱加工点１４にカーボン塗料を塗布
し、その膜厚を調整することで、その点におけるレーザ
光の吸収率を適宜選定すればよい。そうすることで第２
熱加工点１４への入射角、つまり熱加工中および照射エ
ネルギを設定することができる。
は８４％であり、通常の方法による８７％に比べると低
いようであるが、２カ所のレーザ熱加工を同時に実施し
ているので、本実施例の場合は従来に比べ計算上数％高
くなる。また、第２熱加工部１６での熱加工中を広くし
たい場合は、第１熱加工部１４へのレーザ光１０の入射
角を小さくし、第１熱加工点１４にカーボン塗料を塗布
し、その膜厚を調整することで、その点におけるレーザ
光の吸収率を適宜選定すればよい。そうすることで第２
熱加工点１４への入射角、つまり熱加工中および照射エ
ネルギを設定することができる。
また、本発明の他の実施例として、第３図に示すような
集光レンズの配置を用い、焦点位置を第１熱加工部より
遠くするものもある。この場合においても、光学的パラ
メータを適宜選定することにより、先の実施例と同等の
効果が得られる。
集光レンズの配置を用い、焦点位置を第１熱加工部より
遠くするものもある。この場合においても、光学的パラ
メータを適宜選定することにより、先の実施例と同等の
効果が得られる。
なお、上記実施例においては、直線偏光レーザを使用し
た場合について述べたが、円偏光レーザを用い、第１熱
加工部の吸収率を調整することにより本発明が適用でき
ることは言うまでもない。
た場合について述べたが、円偏光レーザを用い、第１熱
加工部の吸収率を調整することにより本発明が適用でき
ることは言うまでもない。
〔発明の効果］
以上述べたように、本発明においては、段付部付近や、
シャフト端部の穴嵌合やキー溝などのレーザ熱加工のよ
うに近接するレーザ熱加工においては、従来の個別熱加
工の場合の反射光による焼鈍し等の悪影響を防止できる
ので、接近して２カ所のレーザ熱加工が容品に可能とな
り、しかも同時に２カ所のレーザ熱加工が、分光などの
手段を用いず容易に行えるので、加工時間の短縮はもと
より、段取材えに要する時間が不要となり加ニジステム
の複雑化を避けることができるなどの装置上の利点や、
レーザの利用効率も高くなるなどの経済的効果が得られ
る。
シャフト端部の穴嵌合やキー溝などのレーザ熱加工のよ
うに近接するレーザ熱加工においては、従来の個別熱加
工の場合の反射光による焼鈍し等の悪影響を防止できる
ので、接近して２カ所のレーザ熱加工が容品に可能とな
り、しかも同時に２カ所のレーザ熱加工が、分光などの
手段を用いず容易に行えるので、加工時間の短縮はもと
より、段取材えに要する時間が不要となり加ニジステム
の複雑化を避けることができるなどの装置上の利点や、
レーザの利用効率も高くなるなどの経済的効果が得られ
る。
第１図は、本発明の一実施例を示す概要構成図、第２図
は、第１図に示した一実施例の作用を示す図、第３図は
、本発明の他の実施例を示す概要構成図、第４図は、鋼
材のレーザ光入射角に対する反射率を示す反射特性図、
第５図は、従来のレーザ加工を説明するためのシャフト
穴部焼入れ部を示す断面図である。 ９・・・レーザ発振器、 １１・・・集光レンズ１３
・・・母材、 １４・・・第１熱加工部。 １５・・・反射光、 １６・・・第２熱加工部〕７・
・・テーブル 代理人 弁理士 則 近 憲 ＩＧ 同 第 子 丸 健 第 ！ 図 殖 ２図 第３図 ＼画角 （０） 第４図 第５図
は、第１図に示した一実施例の作用を示す図、第３図は
、本発明の他の実施例を示す概要構成図、第４図は、鋼
材のレーザ光入射角に対する反射率を示す反射特性図、
第５図は、従来のレーザ加工を説明するためのシャフト
穴部焼入れ部を示す断面図である。 ９・・・レーザ発振器、 １１・・・集光レンズ１３
・・・母材、 １４・・・第１熱加工部。 １５・・・反射光、 １６・・・第２熱加工部〕７・
・・テーブル 代理人 弁理士 則 近 憲 ＩＧ 同 第 子 丸 健 第 ！ 図 殖 ２図 第３図 ＼画角 （０） 第４図 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を射出するレーザ発振手段と、このレーザ
発振手段から射出されたレーザ光を集光し、被加工物に
照射する光学手段と、前記被加工物を任意の位置に移動
させる搬送手段とを有するレーザ加工装置において、前
記レーザ発振手段と前記光学手段と前記搬送手段とのう
ち少なくとも１手段を前記レーザ光に対して相対的に走
査させる走査手段を具備し、前記レーザ光を前記被加工
物の熱加工部へ所定の角度で入射させ、その反射光が他
の任意の熱加工部へ入射するよう前記レーザ発振手段と
前記光学手段と前記搬送手段とのうち少なくとも１手段
を走査させることを特徴とするレーザ加工装置。 ２、レーザ光を射出し、その射出されたレーザ光を集光
し、被加工物に照射し、前記被加工物をレーザ加工する
レーザ加工方法において、レーザ光の直接入射光と、こ
の直接入射光が前記被加工物に反射して発生する反射光
とを用いて前記被加工物の複数箇所を同時に加工するこ
とを特徴とするレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63287534A JPH02138414A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63287534A JPH02138414A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138414A true JPH02138414A (ja) | 1990-05-28 |
Family
ID=17718587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63287534A Pending JPH02138414A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02138414A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102031343A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-04-27 | 天津大族烨峤激光技术有限公司 | 设有新型宽带积分镜的熔覆装置 |
| RU2673271C2 (ru) * | 2014-07-03 | 2018-11-23 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Установка лазерной обработки |
-
1988
- 1988-11-16 JP JP63287534A patent/JPH02138414A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102031343A (zh) * | 2010-11-17 | 2011-04-27 | 天津大族烨峤激光技术有限公司 | 设有新型宽带积分镜的熔覆装置 |
| RU2673271C2 (ru) * | 2014-07-03 | 2018-11-23 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Установка лазерной обработки |
| US10773338B2 (en) | 2014-07-03 | 2020-09-15 | Nippon Steel Corporation | Laser processing apparatus |
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