JPH0220682A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH0220682A
JPH0220682A JP63171320A JP17132088A JPH0220682A JP H0220682 A JPH0220682 A JP H0220682A JP 63171320 A JP63171320 A JP 63171320A JP 17132088 A JP17132088 A JP 17132088A JP H0220682 A JPH0220682 A JP H0220682A
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JP
Japan
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laser beam
lens
inner mirror
energy distribution
internal mirror
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JP63171320A
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JPH0581359B2 (ja
Inventor
Tadashi Kishimoto
正 岸本
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Hyogo Prefectural Government
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • 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
    • B23K26/073Shaping the laser spot

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明はレーザ加工装置に関するものである。
[従来の技術とi!II!Ill レーザ加工において、レーザビームのエネルギー分布が
レーザ加工の性能に大きな影響を与える。
−例として、切断や溶接にはシングルモード、表面処理
や溶接には矩形分布が最も適している。第1図に示すよ
うな従来のレーザ発振器と集光レンズからなるレーザ加
工装置において、レーザ発振器から放出されたレーザビ
ームLを集光レンズ11により収束させても、レーザビ
ームのエネルギー分布に変化がない。このため、シング
ルモードやマルチモードのレーザビームを収束させて表
面処理を行った場合では、被加工物のレーザビームが照
射される中央部分だけが表面溶融を起こしやすい欠点が
あった。また、シングルモードのレーザビームを集光さ
せて切断を行った場合は、最も適しているが、マルチモ
ードのレーザビームを集光させて切断を行った場合では
、レーザの出力の割に被加工物を切断しにくい欠点があ
った。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記課題を解決するために、収束されたレー
ザビームLを管状の内面鏡14に導入し、内面鏡14で
レーザビームLを多重反射させることによって、内面鏡
の出口15で適切なエネルギー分布に変換するようにし
たもので、第2図では、Lはレーザ発振器(図示せず)
から放出されたレーザビームLで、その光路上には集光
レンズ11と鏡筒13と内面鏡14が順次同軸上に設け
られている。鏡筒13は、内面鏡14の内面より大きな
内面を持ち、集光レンズ11と内面[14を接続してい
る。上記の構成において、集光レンズ11を透過した収
束レーザビームL′は、内面鏡14で繰り返し反射され
、内面鏡の出口15において適切なエネルギー分布に変
換され、被加工物16に照射される。
次に、レーザ加工中に集光レンズ11と内面鏡14の内
部に補助ガスを流さない場合、集光レンズ11と内面鏡
14の内面に被加工9116から飛散したものが当り被
害を与えるため、集光レンズ11と内面鏡14の内部に
補助ガスGを流して、保護する。さらに、補助ガスGを
表面処理などをするときの雰囲気ガスとして、また、高
精度切断などをするときの補助ガスとして、作用させる
ため、内面鏡の出口15より放出するようにした。
鏡筒13の側部に接続している補助ガス供給管12から
供給された補助ガスGは、収束されたレーザビームLと
同軸になって内面鏡14を通過し、内面鏡の出口15か
ら被加工物16に向かって噴出する。
[作用と効果] 本発明は以上のような構成となっているので、四角管の
内面鏡14を用いると、レーザ発振器からのレーザビー
ムLのエネルギー分布がシングルモードもしくはマルチ
モードであっても、内面鏡の出口15でエネルギー分布
を矩形分布に変換できる。レーザ発振器からのレーザビ
ームLが切断に適したエネルギー分布であり、表面処理
などに適さないエネルギー分布であっても、この装置を
付けることにより表面処理などに適したエネルギー分布
になる。また、円管の内面鏡14を用いると、レーザビ
ームLのエネルギー分布がシングルモードもしくはマル
チモードであっても、内面鏡の出口15でエネルギー分
布は中心が極端に高くなるので、高精度切断などに非常
に適したエネルギー分布になる。
補助ガスGを供給すると、集光レンズ11と内面鏡14
の内面を保護することができる。さらに、内面鏡の出口
15から補助ガスGが被加工物16に向かって噴出する
ことによって、補助ガスGが表面処理などをするときの
雰囲気ガスとして、また、高精度切断などをするときの
補助ガスとして、作用させることができる。
このように切断から表面処理まで加工範囲を大幅に拡大
するなどの実用上の効果を奏することが達成された。
[使用例] (1) 使用例1(角管の内面鏡) (1,1)  計算 計算で取り扱うレーザ加工装置を第3図に示す。
ビームの干渉を無視した場合、goowのシングルモー
ド(p=(2・P/πR,21・EXP(−2fX2+
Y21/R,211のレーザビームを一辺2.8Hの正
方形角管の内面鏡に照射した時の内面鏡の出口でのエネ
ルギー分布は第4図fbl、(clに示すようになる。
第4図(alにビーム径2.8■、800Wのシングル
モードのレーザビームのエネルギー分布を示す。内面鏡
の長さLが増すにつれ、エネルギー密度は均一化してい
き、長さL:63.5mmで均一な矩形分布となってい
る。さらに、長方形角管(長辺A1短辺B、AXB:2
.8mm21G:おケル長辺^とエネルギー密度が均一
となる長さもとの関係を第5図に示す。長辺Aと長さし
はほぼ一定の比である。
次に、第6図(bl、(cl、fd l ハ80[IW
)v ルチモード(p:P/πRo2]のレーザビーム
を正方形角管の内面鏡に照射した時のエネルギー分布を
示したもので、長さL=31.4mmにおいて、中心部
が四角に陥没している。また、長さしが増すと均一化が
進み、長さし=206・4■においてエネルギー密度の
範囲は平均値の±5%以内になる。さらに、長さしが増
し、長さL=31?、 5mmにおいてエネルギー密度
の範囲は平均値の±2.5%以内になる。長方形角管に
おける長辺Aとエネルギー密度の範囲が平均値の±5%
以内および平均値の±2,5%以内となる長さLとの関
係を第7図に示す。長辺Aが増すと、長さしはどちらの
場合もほぼ一定の割合で増す。
シングルモードおよびマルチモードのレーザビームは、
角管の内面鏡により、矩形分布に変換することができる
(1,2)  実験 第8図(bl、 telに800Wのシングルモードの
レーザビームを0,1秒間照射した時の一辺2.8mm
長さし=889IN11の正方形角管の内面鏡によるア
クリルバーンパターンと長辺A=5.6zm短辺B:1
.4mm長さL=119.1mmの長方形角管の内面鏡
によるアクリルバーンパターンを示す。第8図ialに
ビーム径3.2履■、800Wのシングルモードのレー
ザビームを0.1秒間照射した時のアクリルバーンパタ
ーンを示す。正方形角管、\ 長方形角管どちらの場合も干渉の影響が現れているがほ
ぼ均一な矩形分布になっている。
(2) 使用例2(円管の内面鏡) (2,1)  計算 ビームの干渉を無視した場合、8G011のシングルモ
ードのレーザビームを直径φ3.2■の円管の内面鏡に
照射した時のエネルギー分布は第9図(bl、(C)、
(dlに示すようになる。第9図fatにビーム径1.
61厘、800Wのシングルモードのレーザビームのエ
ネルギー分布を示す。円の中心ではエネルギー密度は無
限大であるため、図では中心より半径r:0.05++
iから半径r=1.6mmまで示している。(bl (
cl (diより、内面鏡の長さしが増すにつれ中心部
のエネルギー密度は増すが、分布形状の変化は少ないこ
とがわかる。さらに、長さLと半径r=0.05■lの
エネルギー密度p「・@、s5および最低のエネルギー
密度p−nとの関係を第10図に示す。半径r=0.0
5mmのエネルギー密度pr−6,@’aおよび最低の
エネルギー密度p11i11は、長さLが増すにつれ一
定の値に収束する。
第11図(b)、fc)、fdlは800Wのマルチモ
ードのレーザビームを直径φ3.2■の円管の内面鏡に
照射した時のエネルギー分布を示したもので、長さし:
50.8m国と長さL=IO1,6mmのエネルギー分
布は同一である。さらに、第12図に長さLと半径0.
05mmのエネルギー密度pr−9,115と最低のエ
ネルギー密度pいnどの関係を示す。長さしが50.t
mmの倍数で同じ密度となる。その時のエネルギー分布
は半径に反比例している。
円管の内面鏡により、シングルモードおよびマルチモー
ドのレーザビームを中心部にエネルギーが集中するよう
なエネルギー分布に変換することができる。
(2,2)  実験 第13図(blに直径φ3.2mm長さL:IO+、 
6mmの円管の内面鏡に800Wのシングルモードのレ
ーザビームを0.1秒間照射した時のアクリルバーンパ
ターンを示す。干渉による影響が認められるが、干渉を
無視した計算結果と同じ傾向を示す。第13図ta+に
800W、ビーム径3.2mmのシングルモードのレー
ザビームを0゜1秒間照射した時のアクリルバーンパタ
ーンを示す。内面鏡を用いたバーンパターンの中心の深
さがビーム径3.2mmのシングルモードの中心の深さ
の約3倍となっている。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す模式図、第2図はこの発明の一実
施例を示す断面図である。 第3図は、計算で取り扱うレーザ加工装置の断面図であ
る。第4図は、800Wのシングルモードのレーザビー
ムを一辺2,8■の正方形角管の内面鏡に照射した時の
内面鏡の出口でのエネルギー分布である。第5図は、シ
ングルモードのレーザビームを用いる場合のエネルギー
分布が均一となる長方形角管の長辺と長さとの関係であ
る。第6図は、80G11のマルチモードのレーザビー
ムを一辺2.81の正方形角管の内面鏡に照射した時の
内面鏡の出口でのエネルギー分布である。第7図は、マ
ルチモードのレーザビームを用いる場合のエネルギー分
布が均一となる長方形角管の長辺と長さとの関係である
。第8図は、800Wのシングルモードのレーザビーム
を照射した時の一辺2.8■の正方形角管と長辺A=5
.6mm短辺B:1.4mmの長方形角管の内面鏡出口
におけるアクリルバーンパターンである。第9図は、8
00Wのシングルモードのレーザビームを直径φ3.2
■の円管の内面鏡に照射した時の内面鏡の出口でのエネ
ルギー分布である。第10図は、シングルモードのレー
ザビームを用いる場合の円管の長さとエネルギー密度と
の関係である。第11図は、800Wのマルチモードの
レーザビームを直径φ3.2■の円管の内面鏡に照射し
た時の内面鏡の出口でのエネルギー分布である。第12
図は、マルチモードのレーザビームを用いる場合の円管
の長さとエネルギー密度との関係である。第13図は、
800Wのシングルモードのレーザビームを直径φ32
■の円管の内面鏡出口におけるアクリルバーンパターン
である。 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ発振器と集光レンズからなるレーザ加工装
    置において、集光レンズの下部に管状の内面鏡を設けた
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. (2)集光レンズと内面鏡との間に補助ガス供給管を設
    けたことを特徴とするレーザ加工装置。
JP63171320A 1988-07-09 1988-07-09 レーザ加工装置 Granted JPH0220682A (ja)

Priority Applications (1)

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JP63171320A JPH0220682A (ja) 1988-07-09 1988-07-09 レーザ加工装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP63171320A JPH0220682A (ja) 1988-07-09 1988-07-09 レーザ加工装置

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Publication Number Publication Date
JPH0220682A true JPH0220682A (ja) 1990-01-24
JPH0581359B2 JPH0581359B2 (ja) 1993-11-12

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ID=15921061

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JP63171320A Granted JPH0220682A (ja) 1988-07-09 1988-07-09 レーザ加工装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003004213A1 (fr) 2001-07-03 2003-01-16 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et installation de soudage laser avec melange gazeux ar/he a teneurs controlees en fonction de la puissance laser
EP1371446A1 (fr) 2002-06-14 2003-12-17 L'Air Liquide S. A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Utilisation de mélanges gazeux hélium/azote en soudage laser de flancs raboutés
JP2004160463A (ja) * 2002-11-11 2004-06-10 Hyogo Prefecture レーザ加工装置および該装置を用いた被加工物の加工方法
US7307237B2 (en) * 2005-12-29 2007-12-11 Honeywell International, Inc. Hand-held laser welding wand nozzle assembly including laser and feeder extension tips

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61103693A (ja) * 1984-10-24 1986-05-22 Hitachi Ltd レ−ザ加工機

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