JPH0332484A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JPH0332484A JPH0332484A JP1167894A JP16789489A JPH0332484A JP H0332484 A JPH0332484 A JP H0332484A JP 1167894 A JP1167894 A JP 1167894A JP 16789489 A JP16789489 A JP 16789489A JP H0332484 A JPH0332484 A JP H0332484A
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- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 2
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はレーザ加工装置に係り、特にレーザビームをレ
ーザ発振装置から被加工物まで伝送する光学系を改良し
たレーザ加工装置に関する。
ーザ発振装置から被加工物まで伝送する光学系を改良し
たレーザ加工装置に関する。
〔従来の技術３
現在、炭酸ガス又はＹＡＧ等を用いたレーザ加工装置を
利用した加工分野で主流をなしているのは、金属材料（
ＳＰＣＣ等）の切断及び溶接加工の分野である。
利用した加工分野で主流をなしているのは、金属材料（
ＳＰＣＣ等）の切断及び溶接加工の分野である。
切断加工で、例えば、薄い材料を切断する場合、レーザ
ビームの集光系には、焦点深度は浅いが小さなスポット
径が得られる短焦点の集光レンズを用い、逆に厚い材料
を切断する場合には、集光性は劣るが焦点深度の深い集
光ビームが得られる長焦点の集光レンズを用いるのが一
般的である。
ビームの集光系には、焦点深度は浅いが小さなスポット
径が得られる短焦点の集光レンズを用い、逆に厚い材料
を切断する場合には、集光性は劣るが焦点深度の深い集
光ビームが得られる長焦点の集光レンズを用いるのが一
般的である。
集光レンズによって得られる最小スポット直径は、レン
ズの収差が無視出来る場合には、集光レンズに入射する
レーザビーム径に反比例し、集光レンズの焦点距離に比
例する。従って切断加工に関しては、薄物（薄い材料）
を切断するには、出来るだけ大きな径のレーザビームと
短焦点の集光レンズとの組み合せが最良であり、厚物（
厚い材料）を切断するには、その厚みに応じた適当な大
きさの径を有するレーザビームと長焦点の集光レンズと
の組み合せが最良である。
ズの収差が無視出来る場合には、集光レンズに入射する
レーザビーム径に反比例し、集光レンズの焦点距離に比
例する。従って切断加工に関しては、薄物（薄い材料）
を切断するには、出来るだけ大きな径のレーザビームと
短焦点の集光レンズとの組み合せが最良であり、厚物（
厚い材料）を切断するには、その厚みに応じた適当な大
きさの径を有するレーザビームと長焦点の集光レンズと
の組み合せが最良である。
しかし、従来のレーザ加工装置は、レーザ発振器の出口
からある決まった距離だけ離れた所に集光レンズが置か
れたような構成になっているために、集光レンズ上での
レーザビーム径は上記の設定距離とレーザ発振器特性と
によって規定された固定値になってしまう。従って、集
光レンズを交換し、その焦点距離を変えたとしても一台
のレーザ加工装置で薄物から厚物に至るまでのあらゆる
厚さの材料に対して最適なビームスポット径のレーザビ
ームで切断加工することは困難であった。
からある決まった距離だけ離れた所に集光レンズが置か
れたような構成になっているために、集光レンズ上での
レーザビーム径は上記の設定距離とレーザ発振器特性と
によって規定された固定値になってしまう。従って、集
光レンズを交換し、その焦点距離を変えたとしても一台
のレーザ加工装置で薄物から厚物に至るまでのあらゆる
厚さの材料に対して最適なビームスポット径のレーザビ
ームで切断加工することは困難であった。
即ち、レーザ発振器自身は本来薄物から厚物までを切断
できる十分な能力を有しているにもかかわらず、レーザ
加工装置の構成上の制約から集光レンズ上でのレーザビ
ーム径が固定されてしまい、−台のレーザ加工装置で薄
物から厚物に至るまでのあらゆる厚さの材料を最適な条
件で切断することができないという問題を有していた。
できる十分な能力を有しているにもかかわらず、レーザ
加工装置の構成上の制約から集光レンズ上でのレーザビ
ーム径が固定されてしまい、−台のレーザ加工装置で薄
物から厚物に至るまでのあらゆる厚さの材料を最適な条
件で切断することができないという問題を有していた。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、−
台のレーザ加工装置で薄物から厚物までのあらゆる厚さ
の材料をその材料加工に適したビームスポット径のレー
ザビームによって加工できるレーザ加工装置を提供する
ことを目的とする。
台のレーザ加工装置で薄物から厚物までのあらゆる厚さ
の材料をその材料加工に適したビームスポット径のレー
ザビームによって加工できるレーザ加工装置を提供する
ことを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、少なくともレー
ザ発振器、ビームエクスパンダ及び集光系を有するレー
ザ加工装置において、加工材料の厚さに応じて前記ビー
ムエクスパンダを構成する２枚のレンズ間の距離を可変
制御することを特徴とするレーザ加工装置が提供される
。
ザ発振器、ビームエクスパンダ及び集光系を有するレー
ザ加工装置において、加工材料の厚さに応じて前記ビー
ムエクスパンダを構成する２枚のレンズ間の距離を可変
制御することを特徴とするレーザ加工装置が提供される
。
ビームエクスパンダを構成する２枚のレンズ間の距離を
可変制御することにより、所定の位置に置かれた集光レ
ンズ上でのレーザビーム径を切断すべき加工材料の厚さ
に応じた最適な値に設定することができ、−台の加工機
で薄物から厚物に至るまでのあらゆる材料を最適な条件
で加工することが可能となる。
可変制御することにより、所定の位置に置かれた集光レ
ンズ上でのレーザビーム径を切断すべき加工材料の厚さ
に応じた最適な値に設定することができ、−台の加工機
で薄物から厚物に至るまでのあらゆる材料を最適な条件
で加工することが可能となる。
実際のレーザ発振器のビームモードは高次モードも含ん
でいるが、定性的な現象の把握には問題ないのでレーザ
ビームモードはガウシアンモードであると仮定して説明
する。
でいるが、定性的な現象の把握には問題ないのでレーザ
ビームモードはガウシアンモードであると仮定して説明
する。
ガウシアンモードの伝搬に関しては、例えば、エル・デ
イ・デイクソン（Ｌ、 Ｄ、 Ｄ ｉ ｃ ｋ ｓ 。
イ・デイクソン（Ｌ、 Ｄ、 Ｄ ｉ ｃ ｋ ｓ 。
ｎ）が１９７０年８月発行の「アプライド・オブティク
ス」のＶｏｌ、９．Ｎｏ、８ （ＡＰＰＬＩＥＤ ０
ＰＴＩＣ３；Ｖｏｌ、９．Ｎｏ、８；Ａｕｇｕｓｔ、１
９７０）に発表した文献を参照すると明白なように、第
１番目のレンズに入射するレーザビームのビーム径及び
波面の曲率半径がわかれば、それ以降のレーザビームの
伝搬は一義的に決定される。
ス」のＶｏｌ、９．Ｎｏ、８ （ＡＰＰＬＩＥＤ ０
ＰＴＩＣ３；Ｖｏｌ、９．Ｎｏ、８；Ａｕｇｕｓｔ、１
９７０）に発表した文献を参照すると明白なように、第
１番目のレンズに入射するレーザビームのビーム径及び
波面の曲率半径がわかれば、それ以降のレーザビームの
伝搬は一義的に決定される。
第１番目のレンズ上におけるレーザビームの半径をＷ、
、その波面の曲率半径をＲ１とし、そのレンズの焦点距
離を１１とする。同様に第２番目のレンズに対するレー
ザビーム半径をＷ２、波面の曲率半径をＲ２、レンズの
焦点距離を１２とする。そして、レンズ間の距離をｄと
する。
、その波面の曲率半径をＲ１とし、そのレンズの焦点距
離を１１とする。同様に第２番目のレンズに対するレー
ザビーム半径をＷ２、波面の曲率半径をＲ２、レンズの
焦点距離を１２とする。そして、レンズ間の距離をｄと
する。
すると、第２番目のレンズから距ｆｉｘだけ離れた点に
おけるレーザビームの半径Ｗ （Ｘ）は次式で表される
。
おけるレーザビームの半径Ｗ （Ｘ）は次式で表される
。
Ｗ（Ｘ）＝
λ／（πＬ） （ｘ２＋ Ｚ ０２”（１−ｘ（１／ｆ
２−１／Ｒ２））’） ”２（１） 上式（１〉において、Ｗ２、Ｒ２は Ｗ２＝λ／（ｆｆＷ＋） （ｄ”＋ Ｚｏｌ’（１ｄ
ｋ）２） ”２（２） Ｒ２＝ （ｄ’＋Ｚｏ＋’（１−ｄｋ）２） ／ （ｄ ＋Ｚｏ
、’ｋ（１−ｄｋ））（３） である。
２−１／Ｒ２））’） ”２（１） 上式（１〉において、Ｗ２、Ｒ２は Ｗ２＝λ／（ｆｆＷ＋） （ｄ”＋ Ｚｏｌ’（１ｄ
ｋ）２） ”２（２） Ｒ２＝ （ｄ’＋Ｚｏ＋’（１−ｄｋ）２） ／ （ｄ ＋Ｚｏ
、’ｋ（１−ｄｋ））（３） である。
−ザ光は、レーザ発振器１のきょう体３に取り付けられ
たビームエクスパンダ４に入射する。きょう体３とビー
ムエクスパンダ４とは一体に構成される。
たビームエクスパンダ４に入射する。きょう体３とビー
ムエクスパンダ４とは一体に構成される。
ビームエクスパンダ４はケブラー型エクスパンダであり
、入射側のレンズ４１と出射側のレンズ４２との間の距
離を可変することによって、入射レーザビームを拡大又
は縮小されたレーザビーム２として出射する。ビームエ
クスパンダ４から出射されたレーザビーム２は折り返し
鏡５によって直角に折り曲げられ、集光レンズ６を通過
する。
、入射側のレンズ４１と出射側のレンズ４２との間の距
離を可変することによって、入射レーザビームを拡大又
は縮小されたレーザビーム２として出射する。ビームエ
クスパンダ４から出射されたレーザビーム２は折り返し
鏡５によって直角に折り曲げられ、集光レンズ６を通過
する。
レーザビーム２は集光レンズ６によって集光ビームに変
換され、加工テーブル８上の加工対象物７に焦点９を結
ぶように導かれる。加工テーブル８は加工対象物７を所
望の加工形状に仕上げるために位置制御される。
換され、加工テーブル８上の加工対象物７に焦点９を結
ぶように導かれる。加工テーブル８は加工対象物７を所
望の加工形状に仕上げるために位置制御される。
このように、レーザ加工装置の光学系でビームエクスパ
ンダ−をビーム径の調整器として使用する。即ち、ビー
ムエクスパンダ４を構成する２枚のレンズ４１及び４２
間の距離を微調整することで、集光レンズ６上における
ビーム径を調整することができる。従って、集光レンズ
６の焦点距離が固定されていても、ビームエクスパンダ
４によって加工対象物７上で得られる集光スポット径を
可変することができる。
ンダ−をビーム径の調整器として使用する。即ち、ビー
ムエクスパンダ４を構成する２枚のレンズ４１及び４２
間の距離を微調整することで、集光レンズ６上における
ビーム径を調整することができる。従って、集光レンズ
６の焦点距離が固定されていても、ビームエクスパンダ
４によって加工対象物７上で得られる集光スポット径を
可変することができる。
第４図は第１図のレーザ加工装置の集光特性を示す図で
ある。ここでは、ビームエクスパンダ４の出射側から集
光レンズ６までの距離を４ｍ、集光レンズ６の焦点距離
を７．５インチとし、第３図と同じ条件のビームエクス
パンダを使用した場合の集光特性を示す。
ある。ここでは、ビームエクスパンダ４の出射側から集
光レンズ６までの距離を４ｍ、集光レンズ６の焦点距離
を７．５インチとし、第３図と同じ条件のビームエクス
パンダを使用した場合の集光特性を示す。
第４図から明らかなようにビームエクスパンダ４を構成
するレンズ４１及び４２間の距離を０゜９７Ｘ７．５イ
ンチから１．０１ｘ７．５インチの範囲で可変した場合
、レーザビームの集光スポット直径は６０μｍから２６
０μｍの範囲で変化し、その変化の割合も約４倍強にわ
たることが理解できる。従って、集光スポット直径の大
きいものは、厚物の材料切断に、小さいものは薄物の材
料切断にそれぞれ適している。このように、切断加工さ
れる材料の厚さに応じてビームエクスパンダ４を構成す
るレンズ４１及び４２間の距離を制御することによって
、その材料に応じた集光スポット直径のレーザビームを
生成することが可能となる。
するレンズ４１及び４２間の距離を０゜９７Ｘ７．５イ
ンチから１．０１ｘ７．５インチの範囲で可変した場合
、レーザビームの集光スポット直径は６０μｍから２６
０μｍの範囲で変化し、その変化の割合も約４倍強にわ
たることが理解できる。従って、集光スポット直径の大
きいものは、厚物の材料切断に、小さいものは薄物の材
料切断にそれぞれ適している。このように、切断加工さ
れる材料の厚さに応じてビームエクスパンダ４を構成す
るレンズ４１及び４２間の距離を制御することによって
、その材料に応じた集光スポット直径のレーザビームを
生成することが可能となる。
従って、通常厚物の切断の場合に用いられる長焦点レン
ズを使用した場合でも、本実施例のようにビームエクス
パンダ４を構成する両レンズ間の距離を調整して集光レ
ンズに入射するビーム径を大きくすることで、ビーム径
を拡大しないで短焦点のレンズをもちいた場合と同等あ
るいはそれ以上の集光ビームを得ることが可能となる。
ズを使用した場合でも、本実施例のようにビームエクス
パンダ４を構成する両レンズ間の距離を調整して集光レ
ンズに入射するビーム径を大きくすることで、ビーム径
を拡大しないで短焦点のレンズをもちいた場合と同等あ
るいはそれ以上の集光ビームを得ることが可能となる。
また、薄物の切断にも長焦点のレンズを用いることが可
能になることで、短焦点のレンズを用いた場合にしばし
ば問題となるレンズの汚れに起因するレンズ破壊を防止
することができるという副次的効果もある。さらに、短
焦点レンズを使用した薄物の切断においても、より高速
、高精度の切断が期待出来る。
能になることで、短焦点のレンズを用いた場合にしばし
ば問題となるレンズの汚れに起因するレンズ破壊を防止
することができるという副次的効果もある。さらに、短
焦点レンズを使用した薄物の切断においても、より高速
、高精度の切断が期待出来る。
なお、焦点位置に関しては、１９６ｍｍから１８２．５
ｍｍの範囲で変化するので（平行ビームが入射する場合
には、上式（４）から明らかなように焦点距離は変化し
ない）、実際の加工の際には注意を要する。それは、通
常の切断加工の場合、酸素等のアシストガスを使用する
ために、加工ヘッドと材料表面との間のギャップ距離は
数ｍｍ以下に設定されるからである。しかしながら、こ
の程度の焦点距離の変化は、集光レンズ６の位置も同時
に可変する機構を設けるか、又は先端ヘッドの形状を変
えることで、容易に吸収することができるので問題とは
ならない。
ｍｍの範囲で変化するので（平行ビームが入射する場合
には、上式（４）から明らかなように焦点距離は変化し
ない）、実際の加工の際には注意を要する。それは、通
常の切断加工の場合、酸素等のアシストガスを使用する
ために、加工ヘッドと材料表面との間のギャップ距離は
数ｍｍ以下に設定されるからである。しかしながら、こ
の程度の焦点距離の変化は、集光レンズ６の位置も同時
に可変する機構を設けるか、又は先端ヘッドの形状を変
えることで、容易に吸収することができるので問題とは
ならない。
第２図は本発明の他の実施例を示すレーザ加工装置の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
本実施例では、レーザ発振器ｌの出力鏡１２と第１図の
レンズ４２とでガリレオ型のビームエクスパンダ４を構
成したものである。出力鏡１２と全反射鏡１１とで光共
振器を構成している。それ以外は第１図の実施例と同一
である。本実施例によればレンズの使用枚数を１枚減ら
すことができると同時に、伝送系のレーザ強度の損失を
少なくすることができるという利点がある。
レンズ４２とでガリレオ型のビームエクスパンダ４を構
成したものである。出力鏡１２と全反射鏡１１とで光共
振器を構成している。それ以外は第１図の実施例と同一
である。本実施例によればレンズの使用枚数を１枚減ら
すことができると同時に、伝送系のレーザ強度の損失を
少なくすることができるという利点がある。
上述の実施例では、切断加工の場合を例に説明したが、
溶接加工の場合も同様に適用することが可能である。
溶接加工の場合も同様に適用することが可能である。
以上説明したように本発明によれば、１台のレーザ加工
装置で薄物から厚物に至る材料をその材料の厚さに応じ
た最適なビームスポット径のレーザビームで加工するこ
とができるという効果がある。
装置で薄物から厚物に至る材料をその材料の厚さに応じ
た最適なビームスポット径のレーザビームで加工するこ
とができるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示すレーザ加工装置の概略
構成を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示すレーザ加工装置の概
略構成を示す図、 第３図はケプラー型ビームエクスパングーの両レンズ間
の距離を変化させた場合のビームエクスパンダの出射側
からの距離に対するレーザビーム直径の変化の様子を示
す図、 第４図は第１図のレーザ加工装置の集光特性を示す図で
ある。 ■ レーザ発振器 レーザビーム ビームエクスパンダ 折り返し鏡 集光レンズ 加工対象物 加工テーブル 全反射鏡 出力鏡 レンズ
構成を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示すレーザ加工装置の概
略構成を示す図、 第３図はケプラー型ビームエクスパングーの両レンズ間
の距離を変化させた場合のビームエクスパンダの出射側
からの距離に対するレーザビーム直径の変化の様子を示
す図、 第４図は第１図のレーザ加工装置の集光特性を示す図で
ある。 ■ レーザ発振器 レーザビーム ビームエクスパンダ 折り返し鏡 集光レンズ 加工対象物 加工テーブル 全反射鏡 出力鏡 レンズ
Claims (3)
- （１）少なくともレーザ発振器、ビームエクスパンダ及
び集光系を有するレーザ加工装置において、加工材料の
厚さに応じて前記ビームエクスパンダを構成する２枚の
レンズ間の距離を可変制御することを特徴とするレーザ
加工装置。 - （２）前記レーザ発振器と前記ビームエクスパンダとを
一体に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のレーザ加工装置。 - （３）前記ビームエクスパンダを構成するレンズの一方
を前記レーザ発振器の出力鏡で構成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167894A JP2670857B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167894A JP2670857B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0332484A true JPH0332484A (ja) | 1991-02-13 |
| JP2670857B2 JP2670857B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=15858038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167894A Expired - Fee Related JP2670857B2 (ja) | 1989-06-29 | 1989-06-29 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670857B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0778564A1 (de) * | 1995-12-08 | 1997-06-11 | Balzers und Leybold Deutschland Holding Aktiengesellschaft | Vorrichtung zum Belichten eines kreisscheibenförmigen Substrates |
| US6393986B1 (en) | 1999-09-17 | 2002-05-28 | Komori Corporation | Device for holding a printing plate |
| US6431069B2 (en) | 2000-05-17 | 2002-08-13 | Komori Corporation | Device for separating a new printing plate from a plate cylinder |
| US6474237B2 (en) | 2000-05-17 | 2002-11-05 | Komori Corporation | Device for changing a printing plate |
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| US7205502B2 (en) | 2004-05-26 | 2007-04-17 | Yamazaki Mazak Corporation | Reflector-mirror drive shaft controller for laser beam machine |
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| JP2008187110A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Saxa Inc | 表面パネルの取付構造 |
| CN107498178A (zh) * | 2016-06-14 | 2017-12-22 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种激光焊机外光路光学反射镜维护装置及其维护方法 |
-
1989
- 1989-06-29 JP JP1167894A patent/JP2670857B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2670857B2 (ja) | 1997-10-29 |
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