JPH04309275A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスレーザなどの
レーザ光により金属類などの加工を行うためのレーザ加
工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭酸ガスレーザなどのレーザ光を
用いて金属の溶接、切断などの加工を行う場合、パラボ
リックミラーまたはレンズによりレーザ光を集光させ、
そのビーム径が最小になる点で被加工物にレーザ光を照
射し、加工を行っている。（以下には、この集光位置を
スポット位置と呼ぶ）そして、このようなスポット位置
を、加工しようとする形状に沿って移動させることによ
り、被加工物を目的の形状に加工している。従って、こ
のようなレーザ加工装置においては、パラボリックミラ
ーまたはレンズを使用した集光装置を平面内の目的形状
よりも広い範囲に渡って自由に移動できる構造にするこ
とが要求される。

【０００３】図３は、このような要求に対応する可動の
集光装置を備えた従来のレーザ加工装置の一例を示す模
式的斜視図である。このレーザ加工装置の光学系につい
て以下に説明する。なお、図３中矢印ｘ，ｙは、水平面
において互いに直交する所定の方向を示し、矢印ｚは、
鉛直方向を示している。

【０００４】すなわち、この図３に示すように、レーザ
発振器２１より出射されたレーザ光２２は、第１乃至第
３の平面ミラー２３〜２５を介してパラボリックミラー
２６に入射されるようになっている。そして、第１の平
面ミラー２３は、ｘｙ駆動テーブル２７のｙ方向駆動板
２７ａ上に配置されることにより、図中ｙ方向に移動可
能とされている。また、第２、第３の平面ミラー２４，
２５及びパラボリックミラー２６は、ｘｙ駆動テーブル
２７のｙ方向駆動板２７ａと重ねて設けられたｘ方向駆
動板２７ｂ上に配置されることにより、第１の平面ミラ
ー２３に対して相対的にｘ方向に移動可能とされ、結果
的にｘ，ｙ方向のいずれにも移動可能（すなわち、ｘｙ
平面上において自由に移動可能）とされている。従って
、第２の平面ミラー２４からパラボリックミラー２６ま
での構成を、加工しようとする形状に沿って移動させる
ことにより、被加工物を目的の形状に加工できる。

【０００５】なお、この図３に示すように、第３の平面
ミラー２５とパラボリックミラー２６とを含む加工ヘッ
ド２８を構成し、この加工ヘッド２８をｘｙ駆動テーブ
ル２７に取り付け、ｘｙ駆動テーブル２７をさらに、架
台２９に取り付けるような構造が、一般的に採用されて
いる。また、図中３０はパラボリックミラー２６による
レーザ光２２のスポット位置である。さらに、レーザ発
振器２１と第１の平面ミラー２３との間、及び各ミラー
２３〜２６間は、伸縮可能な光伝送パイプ３１によって
それぞれ接続されており、各ミラーの移動に従ってこの
光伝送パイプ３１が伸縮するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のレーザ加工装置においては、使用する光
学系部品のうち、集光手段であるパラボリックミラー２
６を除くスポット位置３０までの平面ミラー数が３枚と
多く、アライメントの際の作業性が低いという欠点があ
った。その上、ｘｙ駆動テーブル２７を使用しているこ
とから、加工時には、第１の平面ミラー２３を、スポッ
ト点３０のｙ方向の移動と同じだけｙ方向に移動させる
必要があると共に、第２、第３の平面ミラー２４，２５
、及びパラボリックミラー２６を、スポット点３０のｘ
ｙ方向の移動と全く同様に移動させる必要があった。 この結果、加工時には、３枚の平面ミラー２３〜２５及
びパラボリックミラー２６の全てを駆動制御しなければ
ならず、駆動制御系が複雑化していた。また、このよう
に、駆動制御系が複雑である上に、加工範囲がｘｙ駆動
テーブル２７の駆動範囲に限られ、加工の自由度が低い
という欠点もあった。さらに、加工ヘッド２８をｘｙ駆
動テーブル２７に設置してなる構造は重量が大きいため
、これらを支持するための架台２９の寸法が大きくなり
、装置全体が大型化してしまう欠点もあった。

【０００７】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、光
学系部品点数が少なく、アライメント作業性が高く、且
つ駆動制御系が簡素であると共に、広範囲の自由度の高
い加工が可能であるような、小型のレーザ加工装置を提
供することである。［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ加工
装置は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を、集光
手段で集光し、この集光を被加工物に照射して加工を行
うレーザ加工装置において、レーザ発振器から出射され
たレーザ光の進行経路上に順次配置された、第１、第２
の平面ミラー、及び集光手段と、第２の平面ミラー及び
集光手段を、第１、第２の平面ミラー間の光軸を中心に
回転させる回転手段と、第２の平面ミラーと集光手段と
の距離を、集光手段への入射光軸角度及び入射光軸位置
を変化させることなく調節し、設定する位置設定手段と
を備えたことを特徴としている。この場合、集光手段と
しては、一般的にパラボリックミラーを使用する。

【０００９】

【作用】以上のような構成を有する本発明のレーザ加工
装置においては、回転手段によって、第１、第２の平面
ミラー間の光軸を回転中心として、集光手段を回転させ
ることができると共に、位置設定手段によって、回転中
心に対する集光手段の距離を調節することができる。す
なわち、本発明においては、回転手段と位置設定手段に
よって、集光手段を、第１、第２の平面ミラー間の光軸
を中心としてその周囲に自由に移動させることができる
ため、広範囲の自由度の高い加工が可能である。

【００１０】また、使用する平面ミラーは、２枚の平面
ミラーのみと少ないため、アライメント作業性が高くな
っている。さらに、本発明における光学系部品のうち、
第１の平面ミラーは単に固定すればよく、駆動制御の必
要な光学系部品は、第２の平面ミラーと集光手段のみで
ある。すなわち、本発明において必要な駆動制御は、第
２の平面ミラー及び集光手段の回転駆動制御と、集光手
段の直線駆動制御のみである上、第２の平面ミラーはそ
の入射側の光軸を中心に回転させるだけであり、直線駆
動する必要はないため、実質的な駆動制御の対象は、集
光手段のみであり、駆動制御系が簡素化されている。加
えて、加工ヘッドやｘｙ駆動テーブルなどの重量物を使
用していないため、大型の架台は不要であり、簡略な支
持構造で充分であるため、装置構成を小型化できるとい
う利点もある。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明に従うレーザ加工装置の一実
施例を、図１及び図２に従って具体的に説明する。ここ
で、図１は、集光手段としてパラボリックミラーを使用
して構成してなるレーザ加工装置の一実施例を示す模式
的側面図、図２は同実施例におけるパラボリックミラー
の移動可能範囲を示す模式的平面図である。

【００１２】まず、図１に示すように、レーザ発振器１
より水平方向に発振されるレーザ光２の光軸上には、こ
のレーザ光２を鉛直方向下方に折り返すような向きに、
第１の平面ミラー３が配置され、この第１の平面ミラー
３の鉛直方向下方には、第１の平面ミラー３からのレー
ザ光２を水平方向に折り返すような向きに、第２の平面
ミラー４が配置されている。この第２の平面ミラー４か
ら水平方向に反射されるレーザ光２の光軸上には、この
第２の平面ミラー４からのレーザ光２をさらに鉛直方向
下方に折り返すような向きに、パラボリックミラー（集
光手段）５が配置されている。

【００１３】そして、第２の平面ミラー４の近傍には、
第１の平面ミラー３と第２の平面ミラー４の光軸を回転
中心として、第２の平面ミラー４及びパラボリックミラ
ー５を３６０°回転可能な回転装置（回転手段）６が設
けられている。また、パラボリックミラー５の近傍には
、第２の平面ミラー４とパラボリックミラー５との距離
を調節し、設定するパラボリックミラー位置設定装置（
位置設定手段）７が設けられている。このパラボリック
ミラー位置設定装置（位置設定手段）７は、本発明に従
って、第２の平面ミラー４からのレーザ光２のパラボリ
ックミラー５への入射光軸角度及び入射光軸位置を変化
させることなく、第２の平面ミラー４とパラボリックミ
ラー５との距離を調節し、設定する装置である。

【００１４】さらに、レーザ発振器１と第１の平面ミラ
ー３との間、及び第１の平面ミラー３と第２の平面ミラ
ー４との間は、寸法の固定された光伝送パイプ８でそれ
ぞれ接続されている。また、第２の平面ミラー４とパラ
ボリックミラー５との間は、伸縮可能な光伝送パイプ９
で接続されており、パラボリックミラー位置設定装置（
位置設定手段）７によるパラボリックミラー５の位置調
節に従って、光伝送パイプ９が伸縮するようになってい
る。なお、図中１０は、パラボリックミラー５によるレ
ーザ光２のスポット位置を示している。

【００１５】以上のような構成を有する本実施例のレー
ザ加工装置の動作は次の通りである。まず、レーザ発振
器１より水平方向に出射されたレーザ光２は、固定され
た第１の平面ミラー３の中央に入射する。このレーザ光
２は、第１の平面ミラー３から鉛直方向下方に反射して
、第２の平面ミラー４の中央に入射し、ここで再び水平
方向に反射して、パラボリックミラー５の中央に入射す
る。パラボリックミラー５により、その下方に、レーザ
光２が集光し、スポット位置１０が設定される。

【００１６】そして、本実施例においては、回転装置６
とパラボリックミラー位置設定装置７とを合わせて駆動
することにより、パラボリックミラー５を、第１、第２
の平面ミラー３，４間の光軸を中心としてその周囲に自
由に移動させることができる。すなわち、図２に示すよ
うに、第１、第２の平面ミラー３，４間の光軸を回転中
心１１とし、この回転中心１１に対する最大距離である
ところの、第２の平面ミラー４に対する最大距離を半径
とする大円１２と、第２の平面ミラー４に対する最小距
離を半径とする小円１３との間の領域が、パラボリック
ミラー５の移動可能範囲１４となる。従って、パラボリ
ックミラー５を、この広い移動可能範囲１４内で自由に
移動可能であり、この結果、パラボリックミラー５によ
るスポット位置１０も、この移動可能範囲１４内で自由
に移動可能であるため、この広い移動可能範囲１４内で
自由度の高いレーザ加工を行うことができる。従って、
図２中に示すように、例えば、この移動可能範囲１４内
の４方に、加工テーブル１５を設置することができ、こ
れらの加工テーブル１５上に設置した被加工物を順次加
工することなどが可能となる。

【００１７】以上のように、本実施例のレーザ加工装置
においては、回転装置６とパラボリックミラー位置設定
装置７により、パラボリックミラー５を広範囲に自由に
移動でき、従って、スポット位置１０を広範囲に自由に
移動できるため、従来に比べて広範囲の自由度の高い加
工が可能となっている。

【００１８】また、本実施例のレーザ加工装置において
使用される平面ミラーの数は、計３枚の平面ミラーを使
用していた従来技術に比べて、第１、第２の平面ミラー
３，４の計２枚のみと少ないため、アライメント作業性
が高くなっている。さらに、本実施例において必要な駆
動制御は、第２の平面ミラー４及びパラボリックミラー
５の回転駆動制御と、パラボリックミラー５の直線駆動
制御のみであるため、３枚の平面ミラーとパラボリック
ミラーとを含む全ての光学系部品を駆動制御する必要の
あった従来技術に比べて、駆動制御系が格段に簡素化さ
れている。

【００１９】加えて、加工ヘッドとｘｙ駆動テーブルを
使用した従来技術においては、これらの重量物を支持す
るために、大型の架台が必要であったが、本実施例の装
置は、このような重量物を使用していないため、例えば
、光伝送パイプ８，９を上部より吊り下げるなどの簡略
な支持構造だけで充分であり、装置構成を格段に小型化
できる利点もある。また、架台の設置などが不要である
分だけ、設置における制限がなく、小さな空きスペース
を活用して自由に設置できる利点もある。さらに、ミラ
ー間を接続する光伝送パイプについても、伸縮可能に構
成する箇所が、第２の平面ミラー４とパラボリックミラ
ー５との間の１箇所のみとなるため、その分だけ構成が
簡略化されている。

【００２０】なお、本発明において使用される集光手段
はパラボリックミラーに限定されるものではなく、レン
ズなどの他の光学系部品を使用することも可能である。 また、回転手段や位置設定手段、伸縮可能な光伝送パイ
プの具体的な構成なども、自由に選択可能である。さら
に、レーザ発振器の種類も自由に選択可能である。すな
わち、本発明は、レーザ発振器から出射されたレーザ光
を集光してレーザ加工を行うための光学系要素のみに関
する発明であるため、第１、第２の平面ミラーと集光手
段、回転手段、及び位置設定手段を有する装置である限
り、その具体的な構成は自由に変更可能であり、優れた
作用効果を得られるものである。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
第１、第２の平面ミラーと集光手段、回転手段、及び位
置設定手段を使用することにより、容易に集光手段を広
範囲に自由に移動できるため、従来に比べて、光学系部
品点数が少なく、アライメント作業性が高く、且つ駆動
制御系が簡素であると共に、広範囲の自由度の高い加工
が可能であるような、小型の優れたレーザ加工装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の一実施例を示す
模式的側面図。

【図２】図１のレーザ加工装置におけるパラボリックミ
ラーの移動可能範囲を示す模式的平面図。

【図３】従来のレーザ加工装置の一例を示す模式的斜視
図。

【符号の説明】

１　　　　　　レーザ発振器 ２　　　　　　レーザ光 ３　　　　　　第１の平面ミラー ４　　　　　　第２の平面ミラー ５　　　　　　パラボリックミラー（集光手段）６　　
　　　　回転装置（回転手段） ７　　　　　　パラボリックミラー位置設定装置（位置
設定手段） ８　　　　　　寸法の固定された光伝送パイプ９　　　
　　　伸縮可能な光伝送パイプ１０　　　　スポット位
置 １１　　　　回転中心

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ発振器から出射されたレーザ光
   を、集光手段で集光し、この集光を被加工物に照射して
   加工を行うレーザ加工装置において、前記レーザ発振器
   から出射されたレーザ光の進行経路上に順次配置された
   、第１、第２の平面ミラー、及び集光手段と、第２の平
   面ミラー及び集光手段を、第１、第２の平面ミラー間の
   光軸を中心に回転させる回転手段と、第２の平面ミラー
   と集光手段との距離を、集光手段への入射光軸角度及び
   入射光軸位置を変化させることなく調節し、設定する位
   置設定手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置
   。