JPH04182086A - Condensing device for laser beam machining - Google Patents
Condensing device for laser beam machiningInfo
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、レーザ加工用集光装置に係り、特にレーザ溶
接用に適するレーザ加工用集光装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a condensing device for laser processing, and particularly to a condensing device for laser processing suitable for laser welding.
(従来の技術及び解決しようとする課題)従来より、レ
ーザによる熱源は、溶接、表面改質等々の様々な加工用
途に利用されており、熱源としてもCO2レーザ、YA
Gレーザ等々の種々のものが利用されている。(Prior art and problems to be solved) Conventionally, laser heat sources have been used for various processing applications such as welding and surface modification, and CO2 lasers, YA
Various types such as G laser are used.
従来、CO2レーザ等の高出力レーザの集光系には、球
面又は放物面のミラーやZn5e等のレンズが用いられ
ており、これらによってレーザビームを絞って、パワー
密度を上げた状態で溶接等に利用されていた。Conventionally, spherical or parabolic mirrors and lenses such as Zn5e have been used in the condensing systems of high-power lasers such as CO2 lasers, which narrow down the laser beam and perform welding with increased power density. It was used for such things.
ところで、突合せ溶接においては、突合せ部にギャップ
が存在する場合や、フィラーワイヤを用いて溶接する場
合には、デイフォーカス(焦点外し)を行ってパワー密
度を下げたり、レーザビームを走査(スキャニング)さ
せる必要がある。これは、成る程度広い範囲にレーザビ
ームを当てる必要があるためである。By the way, in butt welding, if there is a gap in the butt part or when welding using filler wire, day focusing (defocusing) is performed to lower the power density, or scanning of the laser beam is performed. It is necessary to do so. This is because it is necessary to apply the laser beam to a fairly wide range.
しかし、上述の球面又は放物面集光集光装置では、シン
グルモート、マルチモード又はリングモードというレー
ザ発振器に固有のビームパターンをそのまま球面レンズ
、放物面レンズ、球面ミラー、放物面ミラーなどで集光
させるビーム系であるので、ビームスポットが円形状に
広がるため、不要なパワー密度の低下を招いていた。す
なわち、ビームスポットが加工線方向(X軸方向)とこ
れに直角な方向(y軸方向)とで同じ分布(円形状)で
あるため、パワー密度の調整はデイフォーカスによる以
外はない。しかし、デイフォーカスすると、不要なパワ
ー密度の低下を招くという問題があった。また、ビーム
スポットが円形状であるため。However, in the above-mentioned spherical or parabolic condensing device, the beam pattern unique to the laser oscillator such as single mode, multimode, or ring mode can be directly used with a spherical lens, parabolic lens, spherical mirror, parabolic mirror, etc. Since this is a beam system that focuses the light at a distance, the beam spot spreads out in a circular shape, resulting in an unnecessary reduction in power density. That is, since the beam spot has the same distribution (circular shape) in the processing line direction (X-axis direction) and in the direction perpendicular thereto (y-axis direction), the power density can only be adjusted by day focusing. However, there is a problem in that day focusing causes an unnecessary reduction in power density. Also, because the beam spot is circular.
所望の形状のビームスポットが得られなかった。A beam spot with the desired shape could not be obtained.
更にまた。ビームを走査(スキャン)させるには複雑な
駆動装置(スキャニング機構)が必要であるという問題
もあった。Yet again. Another problem was that a complicated driving device (scanning mechanism) was required to scan the beam.
本発明は、上記従来技術の問題点を解決して、不要なパ
ワー密度の低下を防止し、がっ、所望の形状のビームス
ポットが得られ、しかもビームを走査させる複雑な装置
を必要としない安価なレーザ加工用集光装置を提供する
ことを目的とするものである。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, prevents unnecessary reduction in power density, provides a beam spot with a desired shape, and does not require a complicated device for scanning the beam. The purpose of this invention is to provide an inexpensive condensing device for laser processing.
(課題を解決するための手段)
前記課題を解決するため、本発明者等は、レーザビーム
系について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなし
たものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research on laser beam systems, and have hereby accomplished the present invention.
すなわち、本発明は、レーザ発振器からのレーザビーム
を全反射ミラーにて屈曲させ、これを更に他のミラーに
て反射させて加工部に集光させるレーザビーム系におい
て、後者の他のミラーとして、セミシリンドリカルミラ
ーを用いることを特徴とするレーザ加工用集光装置を要
旨とするものである。That is, the present invention provides a laser beam system in which a laser beam from a laser oscillator is bent by a total reflection mirror, and further reflected by another mirror to be focused on a processing part. The gist of this invention is a condensing device for laser processing characterized by using a semi-cylindrical mirror.
また、必要に応じ、レーザビーム方向と同軸方向又は交
差する方向にガスを流すスパッタ付着防止装置を設けた
ことを特徴とするものである。Further, the present invention is characterized in that a sputter adhesion prevention device is provided, if necessary, for flowing gas in a direction coaxial with or intersecting with the direction of the laser beam.
以下に本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.
(作用)
前述のように、従来のレーザ集光装置は、レーザ発振器
からのレーザビームを1枚のレンズ(球面レンズ、放物
面レンズ)又はミラー(球面ミラー、放物面ミラー)を
用いて集光するビーム系であるので、不要なパワー密度
の低下を招き、また複雑かつ高価なスキャニング装置を
必要としたり、或いはレンズに溶接スパッタが付着して
レンズが壊れる等の耐久性に問題があった。また、全体
にコスト高であった。(Function) As mentioned above, the conventional laser focusing device collects the laser beam from the laser oscillator using a single lens (spherical lens, parabolic lens) or mirror (spherical mirror, parabolic mirror). Since it is a focused beam system, it causes an unnecessary drop in power density, requires complicated and expensive scanning equipment, or has durability problems such as welding spatter adhering to the lens and damaging the lens. Ta. Moreover, the overall cost was high.
一方1本発明では、1枚のレンズ又はミラーに代えて、
全反射ミラーとセミシリンドリカルミラーとを組合せた
ビーム系とし、或いは更にスパッタ付着防止装置を設け
るので、前述の諸問題を解決することができる。On the other hand, in the present invention, instead of one lens or mirror,
By using a beam system that combines a total reflection mirror and a semi-cylindrical mirror, or by further providing a sputter adhesion prevention device, the above-mentioned problems can be solved.
第1図は本発明のレーザビーム系を示したもので、レー
ザ発振器からのレーザビームを、まず全反射ミラーにて
屈曲させ、次いでセミシリンドリカルミラー2にて反射
させるビーム系である。FIG. 1 shows a laser beam system of the present invention, in which a laser beam from a laser oscillator is first bent by a total reflection mirror and then reflected by a semi-cylindrical mirror 2.
ここで、シリンドリカルミラーとは、通常のシリンドリ
カルミラーが有する曲率方向と直交する方向にも曲率を
設けたミラーを云う。すなわち、全体が第2図に示すよ
うな形状のミラーであり、そのA断面は第3図に示すよ
うにシリンドリカル面(円柱側面)が曲率fの局面を有
し、B断面は第4図に示すようにシリンドリカル面がa
Xfの曲率(1< a )を有している。このaの値が
大きいほど、第5図に示すようにB断面方向Cy軸方向
)のビーム幅を拡げることができる(第5図参照)。セ
ミシリンドリカルミラーの表面にはCuやAuなどの貴
金属が被覆されており、安価で耐久性のあるミラーであ
る。Here, the cylindrical mirror refers to a mirror that also has curvature in a direction orthogonal to the curvature direction of a normal cylindrical mirror. In other words, the entire mirror is shaped as shown in Figure 2, and its cross-section A has a cylindrical surface (cylindrical side surface) with a curvature f as shown in Figure 3, and the cross-section B has a curve as shown in Figure 4. As shown, the cylindrical surface is a
It has a curvature of Xf (1<a). The larger the value of a is, the wider the beam width in the B cross-sectional direction (Cy-axis direction) can be (see FIG. 5). The surface of the semi-cylindrical mirror is coated with a noble metal such as Cu or Au, making it an inexpensive and durable mirror.
このようなセミシリンドリカルミラーを用いて、全反射
ミラーにて屈曲させたビームを集光すると、第5図に示
すように、焦点位置では、加工線方向(X軸方向)に絞
られ、これに直交する方向(y軸方向)に広がったビー
ム強度パターンが得ら九る。When such a semi-cylindrical mirror is used to focus a beam bent by a total reflection mirror, the beam is focused in the processing line direction (X-axis direction) at the focal position, as shown in Fig. A beam intensity pattern spread in the orthogonal direction (y-axis direction) is obtained.
X軸方向には集光理論の限界まで絞り込むことが可能で
ある。例えば、X方向で0.2)幅、X方向で2〜3m
m幅のパターンが得られる。In the X-axis direction, it is possible to narrow down the light to the limit of light condensing theory. For example, 0.2) width in the X direction, 2 to 3 m in the X direction
A pattern of m width is obtained.
なお、セミシリンドリカルミラーは、通常は、A断面方
向が加工線方向(X軸方向)に一致するように配列され
、この場合には第5図に示すようなビーム強度パターン
が得られるが、B断面方向が加工線方向に一致するよう
に配列した場合には。Note that semi-cylindrical mirrors are usually arranged so that the A cross-sectional direction coincides with the processing line direction (X-axis direction), and in this case, a beam intensity pattern as shown in FIG. 5 is obtained, but B When arranged so that the cross-sectional direction matches the machining line direction.
y軸とy軸を逆にしたビーム強度パターンが得られる。A beam intensity pattern with the y-axis and the y-axis reversed is obtained.
第6図は上述のビーム系に設けるスパッタ付着防止装置
を示している。この装置は、セミシリンドリカルミラー
からの集光ビームの回りにガス流通部材3を配置したも
のである。レーザビーム方向と同軸方向に流す場合には
、環状部材の流出口をビームと同軸方向に向けるように
する。一方、レーザビーム方向と交差する方向に流す場
合には、交差する方向に一対のガス流出口とガス吸引口
をビーム周囲に対向させ、ガス流出口からガスを噴出さ
せて、これをガス吸引口に吸引する構成にする。溶接ス
パッタは加工部からほぼ上方に飛散するので、レーザビ
ームと同軸方向にガスを流すのが好ましい。ガスとして
はN2、A「、Heなどの不活性ガスが用いられる。ガ
スを流す速度は適宜法められる。FIG. 6 shows a sputter adhesion prevention device provided in the above-mentioned beam system. In this device, a gas distribution member 3 is arranged around a condensed beam from a semi-cylindrical mirror. When the flow is coaxial with the direction of the laser beam, the outlet of the annular member is oriented coaxially with the beam. On the other hand, when flowing in a direction that intersects the laser beam direction, a pair of gas outlet ports and a gas suction port are placed opposite to each other around the beam in the intersecting direction, and the gas is ejected from the gas outlet port, and then the gas is Configure the device to attract air. Since welding spatter is scattered almost upward from the processed area, it is preferable to flow the gas in the same axis direction as the laser beam. As the gas, an inert gas such as N2, A, He, etc. is used. The gas flow rate is determined as appropriate.
(発明の効果)
以上詳述したように、本発明によれば、焦点位置におい
て非円形の任意のビーム強度パターンが得られるので、
不要なパワー密度の低下を防止でき、しかもビームを走
査させる複雑なスキャニング装置を必要としない。また
、スパッタ付着防止も可能であるので、ミラーの耐久性
が向上でき、経済的である。(Effects of the Invention) As detailed above, according to the present invention, an arbitrary non-circular beam intensity pattern can be obtained at the focal position.
Unnecessary reduction in power density can be prevented, and a complicated scanning device for scanning the beam is not required. Furthermore, since it is possible to prevent adhesion of spatter, the durability of the mirror can be improved and it is economical.
第1図は本発明のレーザビーム系の構成を示す説明図、
第2図〜第4図はセミシリンドリカルミラーを説明する
図で、第2図は斜視図、第3図は第2図のA断面図、第
4図は第2図のB断百図であり、第5図は本発明により
得られるビーム強度パターンを示す説明図。
第6図(a)、(b)はスパッタ付着防止装置を示す説
明図である。
1・・・全反射ミラー、2・・セミシリンドリカルミラ
ー、3・・・ガス流通部材。
特許出願人 株式会社神戸製鋼所
代理人弁理士 中 村 尚
第6
(b)
I
l
\ I
3 ° 3Figure 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the laser beam system of the present invention, Figures 2 to 4 are diagrams explaining a semi-cylindrical mirror, Figure 2 is a perspective view, and Figure 3 is A of Figure 2. 4 is a sectional view taken along B in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing a beam intensity pattern obtained by the present invention. FIGS. 6(a) and 6(b) are explanatory diagrams showing a sputter adhesion prevention device. 1... Total reflection mirror, 2... Semi-cylindrical mirror, 3... Gas distribution member. Patent applicant: Kobe Steel, Ltd. Patent attorney Hisashi Nakamura 6 (b) I l \ I 3 ° 3
Claims (2)
にて屈曲させ、これを更に他のミラーにて反射させて加
工部に集光させるレーザビーム系において、後者の他の
ミラーとして、セミシリンドリカルミラーを用いること
を特徴とするレーザ加工用集光装置。(1) In a laser beam system in which a laser beam from a laser oscillator is bent by a total reflection mirror, then reflected by another mirror and focused on the processing area, a semi-cylindrical mirror is used as the other mirror of the latter. A condensing device for laser processing characterized by using.
ガスを流すスパッタ付着防止装置を設けた請求項1に記
載のレーザ加工用集光装置。(2) The condensing device for laser processing according to claim 1, further comprising a sputter adhesion prevention device that causes gas to flow in a direction coaxial or perpendicular to the direction of the laser beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2312131A JPH04182086A (en) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | Condensing device for laser beam machining |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2312131A JPH04182086A (en) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | Condensing device for laser beam machining |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04182086A true JPH04182086A (en) | 1992-06-29 |
Family
ID=18025627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2312131A Pending JPH04182086A (en) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | Condensing device for laser beam machining |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04182086A (en) |
-
1990
- 1990-11-17 JP JP2312131A patent/JPH04182086A/en active Pending
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