JPH04200988A - レーザ加工用集光装置 - Google Patents
レーザ加工用集光装置Info
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- JPH04200988A JPH04200988A JP2336453A JP33645390A JPH04200988A JP H04200988 A JPH04200988 A JP H04200988A JP 2336453 A JP2336453 A JP 2336453A JP 33645390 A JP33645390 A JP 33645390A JP H04200988 A JPH04200988 A JP H04200988A
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- reflecting
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- beams
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Links
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- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
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- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
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- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
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Landscapes
- Mechanical Optical Scanning Systems (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。
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。
接用に適するレーザ加工用集光装置に関する。
（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Ｃ○、レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等々の種々のものが利用されている。
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Ｃ○、レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等々の種々のものが利用されている。
ところで、レーザ加工用集光装置におけるレーサヒーｔ
＼系には、レーザ発振器からの１本のビームをそのまま
利用するビーム系と、反射ミラーを用いて２つのビーム
に分割して利用するビーム系とがある。
＼系には、レーザ発振器からの１本のビームをそのまま
利用するビーム系と、反射ミラーを用いて２つのビーム
に分割して利用するビーム系とがある。
従来、後者の２つのビームに分割するために用いられる
反射ミラーとしては部分反射ミラー（スブリッ１〜ミラ
ー）が用いられていた。特にＣ○２レーザにおいてはＺ
ｎ５ｅ表面に誘導体膜をコーティングした反射ミラーが
必要であった。
反射ミラーとしては部分反射ミラー（スブリッ１〜ミラ
ー）が用いられていた。特にＣ○２レーザにおいてはＺ
ｎ５ｅ表面に誘導体膜をコーティングした反射ミラーが
必要であった。
しかし、部分反射ミラーにてビームを２つに分割する場
合、一方のビームは反射されるが、他方のビー１１は部
分反射ミラー内部を通過させるので、ミラーの耐久性に
問題があった。また、Ｚｎ５ｅ等の材質自体が水分に弱
いため、耐久性に問題があると共に高価である。
合、一方のビームは反射されるが、他方のビー１１は部
分反射ミラー内部を通過させるので、ミラーの耐久性に
問題があった。また、Ｚｎ５ｅ等の材質自体が水分に弱
いため、耐久性に問題があると共に高価である。
更には、部分反射ミラーを用いてビームを分割するので
、ビームエネルギーの空間分布を任、怠に変えることは
困難であり、レーザ加］二の利用に限界があった。
、ビームエネルギーの空間分布を任、怠に変えることは
困難であり、レーザ加］二の利用に限界があった。
本発明は、」二足従来技術の問題点を解決して、耐久性
に問題のない材質のミラーを用いてレーザビームを２つ
に分割でき、かつビームエネルギーの空間分布を任意に
変えることができるビーム系を有する安価なレーザ加工
用集光装置を提供することを目的とするものである。
に問題のない材質のミラーを用いてレーザビームを２つ
に分割でき、かつビームエネルギーの空間分布を任意に
変えることができるビーム系を有する安価なレーザ加工
用集光装置を提供することを目的とするものである。
（！ＩＩ！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。
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。
すなわち、本発明は、レーザ発振器がらのレーザビーム
を反射ミラーにて２つのビームに分割して加工部に集光
させるレーザビーム系において、前者の反射ミラーとし
てＶ型の反射面を有する全反射ミラーを用い、各反射面
を利用して２つのビームに分割し、各ビームを更に他の
反射ミラーにて反射させて集光する構成にしたことを特
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
。
を反射ミラーにて２つのビームに分割して加工部に集光
させるレーザビーム系において、前者の反射ミラーとし
てＶ型の反射面を有する全反射ミラーを用い、各反射面
を利用して２つのビームに分割し、各ビームを更に他の
反射ミラーにて反射させて集光する構成にしたことを特
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
。
−；（
また、必要に応じて、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集光
ビームの回りに設けたことを特徴とするものである。
交差する方向にガスを流すスパッタ付着防止装置を集光
ビームの回りに設けたことを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
（作用）
前述のように、レーザービームを２つのビームに分割す
る場合、従来は部分反射ミラーを用いて反射ビームと透
過ビームに分割していたのに対し、本発明では、この部
分反射ミラーに代えて、特定の形状を有する全反射ミラ
ーを用いて２つの反射ビームに分割するものである。
る場合、従来は部分反射ミラーを用いて反射ビームと透
過ビームに分割していたのに対し、本発明では、この部
分反射ミラーに代えて、特定の形状を有する全反射ミラ
ーを用いて２つの反射ビームに分割するものである。
全反射ミラーであるので、ビームがミラー内部を通過す
ることがなく、安価な材質のものを利用できる。このよ
うな全反射ミラーとしては、例えば、ＣｕやＡｕなどの
貴金属で表面を被覆した耐久性のあるミラーを使用でき
る。
ることがなく、安価な材質のものを利用できる。このよ
うな全反射ミラーとしては、例えば、ＣｕやＡｕなどの
貴金属で表面を被覆した耐久性のあるミラーを使用でき
る。
第１図（８）、（ｂ）はそれぞれ本発明のレーザビーム
系を示したものであり、レーザ発振器からのレーザビー
ムをＶ型の全反射ミラーにて反射させて＝４− ２つのビームに分割する。
系を示したものであり、レーザ発振器からのレーザビー
ムをＶ型の全反射ミラーにて反射させて＝４− ２つのビームに分割する。
この全反射ミラーは大別して２つの態様が可能であり、
第１図（ａ）の場合は、２つの反射面がＶ状をなす１−
個の反射ミラー１から構成されている。
第１図（ａ）の場合は、２つの反射面がＶ状をなす１−
個の反射ミラー１から構成されている。
また、第１図（ｂ）の場合は、それぞれの反射面が段差
を設けてＶ状をなすように配置された２個の反射ミラー
１１．１２から構成されている。なお、一方の反射面と
他方の反射面とを同じ傾斜角或いは異なる傾斜角にする
ことができ、また双方の反射面の長さを同一に又は異な
る寸法にすることもできる。
を設けてＶ状をなすように配置された２個の反射ミラー
１１．１２から構成されている。なお、一方の反射面と
他方の反射面とを同じ傾斜角或いは異なる傾斜角にする
ことができ、また双方の反射面の長さを同一に又は異な
る寸法にすることもできる。
このように２つに分割されたビームは、第１図（ａ）、
（ｂ）に示すように、それぞれ、他の反射ミラー２．３
にて反射され、加工部に集光する。このミラーとしては
適宜の形状のものを使用でき、放物面ミラー、球面ミラ
ー又はセミシリンドリカルミラーなどが挙げられる。
（ｂ）に示すように、それぞれ、他の反射ミラー２．３
にて反射され、加工部に集光する。このミラーとしては
適宜の形状のものを使用でき、放物面ミラー、球面ミラ
ー又はセミシリンドリカルミラーなどが挙げられる。
か＼る構成のレーザビーム系において、Ｖ型の全反射ミ
ラー１．１□（及び／又は１−２）を加工部に対して平
行に移動することができる。また後者の反射ミラー２．
３をそれぞれ回転可能にしたり、或いは上下方向（加工
部に対して直角方向）に移動可能にすることもてきるの
で、以下のような利用態様が可能である。
ラー１．１□（及び／又は１−２）を加工部に対して平
行に移動することができる。また後者の反射ミラー２．
３をそれぞれ回転可能にしたり、或いは上下方向（加工
部に対して直角方向）に移動可能にすることもてきるの
で、以下のような利用態様が可能である。
まず、レーザ発振器からのレーザビームは第２図に一例
を示ずように断面方向に様々なビームエネルギー分布を
有しているが、Ｖ型の全反射ミラーを加工部に対して移
動することにより、第３図に示すように、一方のビーム
と他方のビームとの強度比をＸ軸方向で任意に変えるこ
とができる。
を示ずように断面方向に様々なビームエネルギー分布を
有しているが、Ｖ型の全反射ミラーを加工部に対して移
動することにより、第３図に示すように、一方のビーム
と他方のビームとの強度比をＸ軸方向で任意に変えるこ
とができる。
また、後者の反射ミラー２．３を回転させることによっ
て、各ビームを母材法線方向から傾けて入射させること
ができる。これにより、プラズマプルーム（金属霧）の
影響を避けて、有効に母Ｈにビームエネルギーを供給で
きる（第４図参照）。
て、各ビームを母材法線方向から傾けて入射させること
ができる。これにより、プラズマプルーム（金属霧）の
影響を避けて、有効に母Ｈにビームエネルギーを供給で
きる（第４図参照）。
更には、後者の反射ミラー２．３を回転させることによ
って、母材」−で２つのビームの距離を近づけたり遠ざ
けたりすることもできる（第３図参照）。
って、母材」−で２つのビームの距離を近づけたり遠ざ
けたりすることもできる（第３図参照）。
これらの利用態様を単独で或いは組合せることにより、
ビームエネルギーの空間分布（Ｘ軸方向、ｙ軸方向、高
さ方向）を任意に設定できる。したがって、一方のビー
ムにより表面処理金属板の表面処理膜の除去や、予熱或
いは後熱などが可能となる。また、２つのビームを重な
るように集光させると、溶込み形状の制御が可能となる
ほか、ビード形状、凝固組織の改善も可能となる。
ビームエネルギーの空間分布（Ｘ軸方向、ｙ軸方向、高
さ方向）を任意に設定できる。したがって、一方のビー
ムにより表面処理金属板の表面処理膜の除去や、予熱或
いは後熱などが可能となる。また、２つのビームを重な
るように集光させると、溶込み形状の制御が可能となる
ほか、ビード形状、凝固組織の改善も可能となる。
なお、後者の反射ミラー２．３としてセミシリンドリカ
ルミラーを用いた場合には、更に以下のような作用も可
能である。
ルミラーを用いた場合には、更に以下のような作用も可
能である。
ここで、セミ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５図に示
すような形状のミラーであり、そのＡ断面は第６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７図に示すようにシリンドリカル面
がａＸｆの曲率（１＜ ａ ）を有している。このａの
値が大きいほど、第８図に示すようにＢ断面方向（ｙ軸
方向）のビーム幅を拡げろことができる。したがって、
母材にギャップのある溶接やフィラーワイヤを用いる溶
接に適している。
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５図に示
すような形状のミラーであり、そのＡ断面は第６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７図に示すようにシリンドリカル面
がａＸｆの曲率（１＜ ａ ）を有している。このａの
値が大きいほど、第８図に示すようにＢ断面方向（ｙ軸
方向）のビーム幅を拡げろことができる。したがって、
母材にギャップのある溶接やフィラーワイヤを用いる溶
接に適している。
第９図は」二連のレーザ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１１の回りにガス流通部材４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。
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１１の回りにガス流通部材４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（」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「Ｊに吸引する構成にする。溶接スパ
ッタは加］一部からほぼ」１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、Ａｒ、Ｈｅなとの不活性ガスが用いられる。
、交差する方向に一対のガス流出（」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「Ｊに吸引する構成にする。溶接スパ
ッタは加］一部からほぼ」１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、Ａｒ、Ｈｅなとの不活性ガスが用いられる。
ガスを流す速度は適宜状められる。
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明によれば、特定形状の全反
射ミラーを用いてビームを２つに分割するので、２つの
ビームを任意のビーム強度パターン比率で分割でき、ま
たビームエネルギーの空間分布を任意に選定でき、更に
はビームをターゲラ１−法線方向より傾けさせて入射で
きる等々の種々の利用態様が可能である。また、耐久性
のある安価なミラーを使用でき、スパッタ付着防止も可
能であるので、経済的である。
射ミラーを用いてビームを２つに分割するので、２つの
ビームを任意のビーム強度パターン比率で分割でき、ま
たビームエネルギーの空間分布を任意に選定でき、更に
はビームをターゲラ１−法線方向より傾けさせて入射で
きる等々の種々の利用態様が可能である。また、耐久性
のある安価なミラーを使用でき、スパッタ付着防止も可
能であるので、経済的である。
第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のレーザビーム
系の構成を示す説明図、 第２図は分割前のビームエネルギー分布の一例を示す図
、 第３図（ａ）〜（ｃ）は分割後の各ビームのエネルギー
分布の一例を示す図、 第４図はビームの入射方向とプルーム発生状況を説明す
る図、 第５図〜第７図はセミシリンドリカルミラーを説明する
図で、第５図は斜視図、第６図は第５図のＡ断面図、第
７図は第５図のＢ断面図であり、第８図はセミシリンド
リカルミラーで集光したビーム強度分布の形状を説明す
る図、 第９図（ａ）、（ｂ）はスパッタ付着防止装置を示す説
明図である。 ］・・１個でＶ型をなす全反射ミラー、］４．１゜・・
２個でｖ型をなす全反射ミラー、２．３・・反射ミラー
、４・・・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５図 Ｂ 第６図 ↓′ 第７図 第９ （ｂ） １７′ ｖ ４
系の構成を示す説明図、 第２図は分割前のビームエネルギー分布の一例を示す図
、 第３図（ａ）〜（ｃ）は分割後の各ビームのエネルギー
分布の一例を示す図、 第４図はビームの入射方向とプルーム発生状況を説明す
る図、 第５図〜第７図はセミシリンドリカルミラーを説明する
図で、第５図は斜視図、第６図は第５図のＡ断面図、第
７図は第５図のＢ断面図であり、第８図はセミシリンド
リカルミラーで集光したビーム強度分布の形状を説明す
る図、 第９図（ａ）、（ｂ）はスパッタ付着防止装置を示す説
明図である。 ］・・１個でＶ型をなす全反射ミラー、］４．１゜・・
２個でｖ型をなす全反射ミラー、２．３・・反射ミラー
、４・・・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５図 Ｂ 第６図 ↓′ 第７図 第９ （ｂ） １７′ ｖ ４
Claims (7)
- （１）レーザ発振器からのレーザビームを反射ミラーに
て２つのビームに分割して加工部に集光させるレーザビ
ーム系において、前者の反射ミラーとしてＶ型の反射面
を有する全反射ミラーを用い、各反射面を利用して２つ
のビームに分割し、各ビームを更に他の反射ミラーにて
反射させて集光する構成にしたことを特徴とするレーザ
加工用集光装置。 - （２）Ｖ型の反射面を有する全反射ミラーを加工方向に
移動可能にした請求項１に記載のレーザ加工用集光装置
。 - （３）Ｖ型の反射面を有する全反射ミラーが１個の反射
ミラーである請求項１又は２に記載のレーザ加工用集光
装置。 - （４）Ｖ型の反射面を有する全反射ミラーが２個の反射
ミラーを段差を設けて配置したものである請求項１又は
２に記載のレーザ加工用集光装置。 - （５）後者の反射ミラーをそれぞれ回転可能に或いは上
下方向に移動可能に設けた請求項１又は２に記載のレー
ザ加工用集光装置。 - （６）後者の反射ミラーとして放物面ミラー、球面ミラ
ー又はセミシリンドリカルミラーを用いる請求項１、２
又は３に記載のレーザ加工用集光装置。 - （７）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集光ビームの回りに
設けた請求項１に記載のレーザ加工用集光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2336453A JPH04200988A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | レーザ加工用集光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2336453A JPH04200988A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | レーザ加工用集光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04200988A true JPH04200988A (ja) | 1992-07-21 |
Family
ID=18299297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2336453A Pending JPH04200988A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | レーザ加工用集光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04200988A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995030921A1 (de) * | 1994-05-10 | 1995-11-16 | Nwl Laser-Technologie Gmbh | Vorrichtung zur niederdivergenten laserstrahlerzeugung |
| DE102009044751B4 (de) * | 2008-12-04 | 2014-07-31 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Spiegel-Objektiv für Laserstrahlung |
| US9704469B2 (en) | 2015-06-18 | 2017-07-11 | Hyundai Motor Company | Combustion noise-masking control apparatus and method |
| GB2566615A (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-20 | Futaba Ind Co Ltd | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2336453A patent/JPH04200988A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995030921A1 (de) * | 1994-05-10 | 1995-11-16 | Nwl Laser-Technologie Gmbh | Vorrichtung zur niederdivergenten laserstrahlerzeugung |
| DE102009044751B4 (de) * | 2008-12-04 | 2014-07-31 | Highyag Lasertechnologie Gmbh | Spiegel-Objektiv für Laserstrahlung |
| US9704469B2 (en) | 2015-06-18 | 2017-07-11 | Hyundai Motor Company | Combustion noise-masking control apparatus and method |
| GB2566615A (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-20 | Futaba Ind Co Ltd | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
| US11235420B2 (en) | 2017-09-14 | 2022-02-01 | Futaba Industrial Co., Ltd. | Laser welding apparatus and manufacturing method of component |
| GB2566615B (en) * | 2017-09-14 | 2022-03-30 | Futaba Ind Co Ltd | Laser Welding Apparatus and Manufacturing Method of Component |
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