JPH02255292A - レーザ加工装置 - Google Patents

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、特にビーム断面が長方形であるレーザビーム
発振器を使用してワークに各種の加工を施すレーザ加工
装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザ加工装置に使用するレーザ発振器として、最近で
はビーム断面が長方形のレーザビームを発振するものが
開発されている。このようなレーザの種類には、Ｔ　Ｅ
　Ａ　ＣＯ寓　レーザ、エキシマレーザ。

スラブ形固体レーザなどが知られており、特に高出力　
（例えば平均比カニ数１００　Ｗ級）のスラブ形固体レ
ーザには、パルス発振タイプのＧＧＧスラブ形レーザ、
ＹＡＧスラブ形レーザ、（ガラススラブ形レーザ）など
がある、これらレーザのビーム断面の縦、横比は、スラ
ブ形固体結晶（または媒質）の寸法形状に依存して決り
、現在では縦：横の比が１＝２からｌ：６まで様々なも
のが開発されている。

かかるレーザを採用したレーザ加工装置は様々な用途が
挙げられるが、特にビーム断面が長方形である特徴を生
かす点で、マーキング、シーム溶接、切断、スクライブ
加工への適用が有効である。

次に前記・したレーザ発振器を使用してマスクマーキン
グ、シーム溶接を行うレーザ加工装置の概要を第６図、
第７図により説明する。まず、第６図はマスクマーキン
グ加工を行う場合の従来におけるレーザ加工装置の構成
概略図を示すものである。ここで、レーザ発振器ｌから
出射したビーム断面が長方形であるレーザビーム２は、
マスク３に刻印されたマーク４　（ここではｒＡＢＪと
書かれている）を透過し、対物レンズとしての結像レン
ズ５によりワーク６の表面上に照射されて符号７で示す
ようにマーキングされる。すなわち、マスク３に刻印さ
れたマーク４が横に長い場合のマーキング加工には、ビ
ーム断面が円形であるレーザビームと比べて、長方形断
面のレーザビームが適していることは明らかである。

また、第７図はシーム溶接を行う場合の従来におけるレ
ーザ加工装置の構成概略図である。ここで、レーザ発振
器１から出射したビーム断面が長方形であるレーザビー
ム２は、ペンドミラー８で全反射した後に加工用集光レ
ンズ９で集光されたビームスポットがワーク１０の突き
合わせ部１１に照射され、その溶接線に沿ってシーム溶
接する。なお、１２は溶接されたビードを示す、この場
合に、レーザビーム２の長方形断面の長辺を溶接線の向
きに合わせ、ワーク１０をＸ−Ｙテーブルなどで矢印方
向に移動操作しつつ、パルス発振による１パルス毎に断
面長方形のレーザビーム集光スポットを少しづつ重ねて
シーム溶接を行っていくことにより、円形のビームスポ
ットを同様な方式で照射する場合と比べて、高速度でし
かも溶接部が均一幅となるシーム溶接を実現できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記したマスクマーキング加工、あるいはシ
ーム溶接加工を行う場合に、レーザ発振器から発振する
レーザビームのビーム断面の縦。

横比率が一定のまま固定されていると、その加工範囲、
したがってレーザ加工装置としての適用範囲も限定され
ることになる。

すなわち、第６図に示したマスクマーキング加工におい
て、マーク４の縦、横比がレーザビーム２の縦、横圧か
ら逸脱した形状であるとマーキングが不能となる。また
、第７図に示したシーム溶掛加工の場合では、ワーク１
０の材質、突き合わせ部１１の開先角度などの条件によ
っては、レーザビームの縦、横比が一定であると前記条
件に適合せず、溶接部の溶は込み不足、溶は落ち、ブロ
ーホールなどの溶接欠陥が生じるおそれがある。

かかる点、レーザ発振器から出射したレーザビームにつ
いて、そのビーム断面の縦１．横比率が任意に調節でき
れば前記した加工上での不具合を解消してレーザ加工装
置の汎用性を高めることができる。この点に関して、従
来では２枚のシリンドリカルレンズを用いてビーム整形
を行う方式が知られているが、この方式はビームの整形
が固定であるために、前述のようにレーザ加工の種類９
条件に応じて長方形断面のレーザビームの縦、横比率を
広範囲で任意に可変ｒＩＩＩＩｆｆすることはできない
。

なお、視野絞りなどを用い、レーザビームの一部をトリ
ミングしてビーム整形を行うことも考えられるが、この
方法ではレーザ出力を１００％育効に活用することがで
きない。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、簡易
な整形手段を追加することにより、レーザ発振器から出
射した断面長方形のレーザビームの縦、横比率を広範囲
に可変ｔｉｉ節できるようにしたレーザ加工装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置に
おいては、レーザ発振器と対物レンズとの間の光路上に
プリズムとレーザビームの光軸調整手段とを配備し、前
記の光軸調整手段で対物レンズとここを透過するレーザ
ビームとの光軸を整合させつつ、プリズムに対するレー
ザビームの入射角を変えてワークに照射するレーザビー
ムのビーム断面の縦、横比率を可変調節するよう構成す
るものとする。

Ｃ作用〕 上記の構成において、プリズムは偏角用の三角プリズム
であり、そのプリズム面の底辺がレーザビームの光軸に
対して垂直配置とし、かつ旋回式の調整機構を介してレ
ーザビームの入射角が変えられるように配備されている
。また、このブリズムと直列に並べて光路上にはレーザ
ビームの光軸調整手段としてのペンドミラーを配備し、
このペンドミラーの角度、位置を付属の旋回／スライド
式の調節機構により調整してレーザビームが対物レンズ
の光軸中心を通るようにしている。

ここで、プリズムへのレーザビームの入射角、例えば長
方形断面の縦方向でのレーザビームの入射角を変えると
、プリズムの屈折作用によりレーザビームの縦方向のビ
ーム幅がプリズムへの入射前と出射後とで変化する。ま
た、この場合に入射ビーム幅、出射ビーム幅の比率とプ
リズムへの入射角との関には一定の関係がある。

次に、前記の関係を第４図、第５図で説明する。

まず、第４図は先記した三角プリズムにおける光学模式
図であり、図において、１３は三角プリズムでその頂角
をａ度、屈折率をｎとする。また、三角プリズム１３を
遣るレーザビーム２について、入射ビーム２ａのビーム
幅を−１，入射角を１１、出射ビーム２ｂのビーム幅を
−２，１ｉｆｔ折角をｒ２、入力ビーム２ａと出射ビー
ム２ｂとの間の相対的な角度である偏角をＺで表すと、
入射ビーム２ａのビーム幅賀１と出射ビーム２ｂのビー
ム幅−２との間には次の関係式が成立する。

１ｎＡ ｓｉｎ　ｉ　ｋ Ａ−５ｉｎ−’（） また、入射ビーム２ａと出射ビーム２ｂとの間の偏角２
は次式で表される。

Ｚ　＝　ｌ　ｌ　＋　ｒ　２−　ａ　　−＝−＝−＝＝
−（２）第５図は材質がガラス（Ｍｉ折率ｎ　−１，５
）　、頂角ａが１５′″、３０°、４５°の三角プリズ
ムについて、上記＋１１．　（２１式より求めた入射角
１１とビーム幅の倍率−２／Ｍ１．および偏角２との関
係を数値で表した図である。この図から明らかなように
ビーム幅の倍率−２／−１は、入射角１１が大きくなる
につれて増加することが判る。同時に入射角１１の変化
に伴って偏角Ｚも変わって出射ビーム２ｂの方向も変化
することが判る。

したがって、先記したレーザ加工の種類９条件などに応
じてレーザビームのプリズムへの入射角１１を前記のよ
うり可変設定することにより、レーザ発振器より出射し
た縦、横比率が一定であるレーザビームを、プリズム通
過後の状態で所望の縦。

横比率に可変整形することかできる。

〔実施例〕

第１図および第３図はそれぞれ第７図で述べたシーム溶
接用レーザ加工装置を対象とする本発明の異なる実施例
の構成図、第２図は第１図の平面図であり、第７図に対
応する同一部材には同じ符号が付しである。

まず、第１図、第２図の実施例において、ビーム断面が
長方形のレーザビーム２を発振するレーザ発振器１と加
工用集光レンズ９との間の光路上にはペンドミラー８と
並べてその手前側には三角プリズム１３が直列に配備さ
れている。この三角プリズム１３はレーザビーム２の光
軸に対してプリズム面の底辺が垂直となるように配置さ
れている。

また、第２図に明示されているように、三角プリズム１
３にはレーザビーム２に対するプリズム面の角度を矢印
θ方向で可変設定する旋回式の調整機構１４が、またペ
ンドミラー８にはミラー面の角度。

並びに水平方向位置を矢印θ、Ｈ方向で可変設定する旋
回／スライド式の調整機構１５が付設されている。なお
、レーザ発振器１から出射する断面長方形のレーザビー
ム２について、三角プリズム１３に対する入射ビームの
縦幅を簀１．横幅を−Ｏ１三角プリズム１３を通過した
出射ビームの縦幅を−２として表す。

かかる構成でレーザ発振器１よりビーム断面が長方形で
あるレーザビーム２を発振すると、レーザビームの横幅
−〇はプリズム１３を通過した後でも不変（レーザビー
ムの横幅方向とプリズム面が並行である）であるのに対
し、縦幅−１は第４図、第５図で説明したようにプリズ
ム１３の屈折作用を受けて縦幅Ｗ２に変化する。ここで
三角プリズム１３に対するレーザビーム２の入射角１１
を変えると、入射ビームの縦幅−１と出射ビームの縦幅
−２との間で−１〉賀２．１１１−Ｗ２．１１１−１２
となるようにビーム幅の倍率−２／−１が様々に変化す
る。また、ビーム幅の倍率（Ｗ２／１ｌｌ）変化に伴っ
て入射ビームと出射ビームとの間の相対的な偏角Ｚも僅
かながら変化するようになるので、ペンドミラー８に付
設した旋回／スライド式調整機構１５を操作して出射側
のレーザビームが対物レンズである集光レンズ９の光軸
中心を通るようｌ、、１１整する。

上記のようにレーザ加工の条件に適合させてレーザビー
ム２の三角プリズム１３に対する入射角１１を可変設定
し、かつ同時にプリズムからの出射ビームが集光レンズ
９の中心を遣るようにペンドミラー８の角度５位置を調
整することにより、レーザビーム２の横幅−〇を不変の
ままワークに向けて照射するレーザビームの縦幅賀２を
変えてビーム断面の縦、横比率が所要の値となるように
整形できる。なお、前記した調整機構１４．１５は手動
操作による他、第５図に示したデータを基に自動制御系
で操作することもできる。

第３図は前記と異なる実施例を示すものであり、前記実
施例と比べて三角プリズム１３とペンドミラー８との並
ぶ順序を光路上で前後に入れ替えたものであり、図示さ
れてないが三角プリズム１３．ペンドミラー８には第２
図に示したと同様な旋回ないし旋回／スライド式の調整
機構が付設されている。

かかる構成で、ペンドミラー８の角度を変えると三角プ
リズム１３に対するレーザビーム２０入射角１１が変化
し、これにより入射ビーム幅Ｗ１と出射ビーム幅−２と
の倍率、つまり集光レンズ９を透過してワークに照射さ
れるレーザビームの縦、横比率をレーザ加工条件に合わ
せて様々に可変調節することができる。なお、この実施
例でも三角プリズム１３への入射角１１の調節に伴う偏
角２の変動分を補償してレーザビームが集光レンズ９の
光軸中心を通過するように、先記の実施例と同様なｍ１
ｌｌ整を行うものとする。

〔発明の効果〕

本発明に°よるレーザ加工装置は、以上述べたように構
成されているので、次記の効果を奏する。

（１）レーザ発振器より出射したビーム断面が長方形で
あるレーザビームをプリズムに通過させ、ここでレーザ
ビームのプリズムへの入射角を可変設定することで、プ
リズムより出射したレーザビームのビーム断面の縦、横
比率を広範囲で任意に可変調節することができる。

（２）これにより、例えばマスクマーキング加工の場合
には、マスクに刻印したマークの縦、横寸法比率に対応
してレーザビームの縦、横比率を調整でき、またシーム
溶接加工を行う場合でも、ワーク側の突き合わせ部の開
先角度、材質、溶接速度などの条件に適合したレーザビ
ームの縦、横比率を選定して欠陥、不良のない溶接を行
うことができるなど、加工用途、使用範囲が広く汎用性
の高いレーザ加工装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図はそれぞれ異なる本発明実施例の構成概
要図、第２図は第１図の平面図、第４図は三角プリズム
の光学模式図、第５図は第４図の三角プリズムに対する
レーザビームの入射角とビーム幅の倍率、偏角との関係
図、第６図、第７図はそれぞれマスクマーキング加工２
　シーム溶接加工を対象とした従来のレーザ加工装置の
構成概要図である６図において、 １：レーザ発振器、２：レーザビーム、８；ペンドミラ
ー　（光軸洲整手段）　　９：集光レンズ（対物レンズ
）、１３：三角プリズム、１４ニブリズムの調整機構、
１５：ペンドミラーの調整機構、ｉｌ：入射角、−１＝
入射ビ一ム幅、Ｗ２：出射ビーム第２図 λ射角（ｔｌつ ￥”ｉ５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ビーム断面が長方形であるレーザビームを発振する
   レーザ発振器に加工用対物レンズを組合せ、レーザ発振
   器より出射したレーザビームを対物レンズを通じてワー
   クに照射して各種の加工を行うレーザ加工装置において
   、レーザ発振器と対物レンズとの間の光路上にプリズム
   とレーザビームの光軸調整手段とを配備し、前記の光軸
   調整手段で対物レンズとここを透過するレーザビームと
   の光軸を整合させつつ、プリズムに対するレーザビーム
   の入射角を変えてワークに照射するレーザビームのビー
   ム断面の縦、横比率を可変調節するよう構成したことを
   特徴とするレーザ加工装置。