JPH0433785A - 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］ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を集光
状態で被加工物に照射するレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） 従来より、この種のレーザ加工装置として炭酸ガスレー
ザ加工装置が供されている。このような炭酸ガスレーザ
加工装置を用いて被加工物たる金属をレーザ加工する場
合、炭酸ガスレーザから出力されるレーザ光（波長１０
．６μｍ）は金属に反射されやすく、金属の種類或はそ
の表面状態によっては照射されたレーザ光の約８５％は
反射されるという事情下にある。このため、レーザ加工
効率におけるレーザ加工効率は極めて低いものの、レー
ザ光により金属の表面が一旦溶融してしまうと、その溶
融部分によってレーザ光か効率よく吸収されて金属表面
がさらに溶融するようになる。そして、金属表面に溶融
池か形成されるようになると、レーザ光は多重反射作用
によりその反射率が１０％程度まで減少するので、レー
ザ加工効率は一気に向上する。このことは、銅或はアル
ミニウム等のような高反射材の場合においても同様であ
り、加工箇所が一旦溶融しさえすれば、以後のレーザ加
工を効率よ〈実施できる。

しかしながら、厚さの薄い金属は上述のように効率よく
レーザ加工を実施できるものの、金属の厚さか増してく
ると、レーザ光が表面に照射されてからその反射強度が
低下するまでの期間が長くなる。このように金属から反
射されたレーザ光の反射強度が高い状態が長く継続する
と、反射レーザ光がレーザ発振器側に帰還される期間が
長くなるので、レーザ光の重畳作用によりその強度が瞬
間的に上昇してしまう。このため、レーザ光路付近の構
造物の温度が過度に上昇したり、レーザ発振器の出力鏡
或は他の構成部品を損傷してしまう虞がある。そこで、
レーザ発振器内にレーザ光の強度をｎ１定するパワーセ
ンサを設け、そのパワーセンサの測定出力が急厳に変化
したときは、レーザ発振器の出力を抑制することが行わ
れている。

（発明が解決しようとする課８） しかしながら、上記従来構成の場合、レーザ発振器を駆
動開始してからパワーセンサによる測定出力に基づいて
レーザ出力を抑制するまでの期間は、金属で反射した強
度の高いレーザ光かレーザ発振器に帰還してしまうこと
は避けられず、これによりレーザ加工当初においてはレ
ーザ出力が不安定となってしまう。また、レーザ加工を
繰返して実行した場合は、前述したような構成部品の損
傷等の問題点を生じる虞があり、その点が未解決のまま
残されていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、被加工物で反射されたレーザ光によりレーザ発振器等
の機能に異常を生じてしまうことを効果的に防止できる
レーザ加工装置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を集光
状態で被加工物に照射するレーザ加工装置において、前
記レーザ発振器から出力されたレーザ光を反射及び透過
することにより分割するレーザ光分割手段を設け、この
レーザ光分割手段により分割された反射レーザ光と透過
レーザ光とを結合するレーザ光結合手段を設け、前記レ
ーザ光分割手段を介して送られるレーザ光或は前記被加
工物に照射されて反射し前記レーザ光結合手段を介して
送られるレーザ光のうち少なくともどちらか一方を遮断
するレーザ光遮断手段を設け、前記被加工物から反射し
たレーザ光の強度を測定するレーザ光測定手段を設け、
このレーザ光測定手段による測定レベルを基に前記レー
ザ光遮断手段を制御する制御手段を設けたものである。

（作用） レーザ発振器から出力されたレーザ光は、レーザ光分割
手段により分割されて夫々被加工物に向かう。このとき
、例えばレーザ光分割手段を通過した透過レーザ光がレ
ーザ光遮断手段により遮断されるように構成されている
場合は、レーザ光分割手段により反射された反射レーザ
光のみがレーザ光結合手段によって被加工物に向かう。

そして、被加工物に集光状態で照射された反射レーザ光
は、被加工物の表面で反射してからレーザ光遮断手段に
より遮断される。つまり、レーザ発振器から出力された
レーザ光の全ては、レーザ光遮断手段によりレーザ発振
器に帰還しないように処理される。

さて、レーザ加工当初においては被加工物の表面の反射
率は高いので、レーザ光測定手段により測定された反射
レーザ光の強度は高い。しかしながら、反射レーザ光の
照射により被加工物の表面が溶融するようになると、レ
ーザ光は溶融部に吸収され、これにより金属の反射率が
低下するようになる。そして、金属の反射率の低下に応
じてレーザ光測定手段により測定された反射レーザ光の
強度を基に、制御手段によりレーザ光遮断手段を制御す
る。これにより、レーザ光分割手段により分割された反
射レーザ光及び透過レーザ光の両レーザ光は、レーザ光
結合手段により結合されて被加工物に照射されるので、
被加工物に対する本来のレーザ加工が実施される。この
とき、被加工物に照射されたレーザ光が正反射してレー
ザ発振器に帰還するにしてもその強度は極めて低いので
、レーザ発振器の機能が損なわれることはない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

全体構成の縦断面図を示す第１図において、炭酸ガスレ
ーザ発振器（図示せず）のレーザ光軸上には集光レンズ
１及び被加工物たる金属２が配設されており、その位置
関係は、集光レンズの焦点位置に金属２の表面が位置す
るように設定されている。

レーザ発振器から集光レンズ１に至るレーザ光軸上には
レーザ光分割手段たる分割ミラーアッセンブリ３が配設
されている。この分割ミラーアッセンブリ３は、例えば
３個の三角鐘状の反射ブロック４を環状のミラーマウン
ト５に装着して構成されている。つまり、分割ミラーア
ッセンブリ３の平面を示す第２図において、各反射ブロ
ック４は、レーザ光軸の同心円状て且つ等間隔となる位
置に設定されていると共に、その反射面はレーザ発振器
からのレーザ光をレーザ光軸と直角方向に反射するよう
に設定されている。以上の構成により、レーザ発振器か
ら照射されるレーザ光は、分割ミラーアッセンブリ３の
反射ブロック４で反射される反射レーザ光及びその反射
レーザ光とレーザ光軸に対して線対称となる透過レーザ
光に二分割されるようになっている。

また、第１図において、分割ミラーアッセンブリ３と集
光レンズ１との間には、レーザ光結合手段を構成する結
合ミラーアッセンブリ６が配設されている。この結合ミ
ラーアッセンブリ６は分割ミラーアッセンブリ３と鏡面
対称関係となるように配設されている。これにより、分
割ミラーアッセンブリ３を通過した透過レーザ光は結合
ミラーアッセンブリ６を通過するようになっている。こ
こで、結合ミラーアッセンブリ６の各反射ブロック７は
、分割ミラーアッセンブリ３て反射された反射レーザ光
をレーザ光結合手段を構成する各反射鏡８，９を介して
受けると共にレーザ光軸に沿った方向に反射するように
設定されている。以上の構成により、分割ミラーアッセ
ンブリ３て反射された反射レーザ光は、反射鏡８．９及
び結合ミラーアッセンブリ６の反射により集光レンズ１
に向かうようになっている。

一方、分割ミラーアッセンブリ３と結合ミラーアッセン
ブリ６との間にはレーザ光遮断手段たる反射鏡１０が設
けられている。この反射鏡１０は、レーザ光を遮断する
遮断位置とレーザ光を通過させる解除位置との間で往復
移動可能に設けられており、遮断位置への移動状態でレ
ーザ光軸に対して４５度傾いて位置するようになってい
る。そして、遮断位置に位置した反射鏡１０に対応して
レーザ光吸収体１１．１２が配設されており、反射鏡１
０で反射されたレーザ光を吸収するようになっている。

ここで、吸収体１２の前面にはレーザ光測定手段たるレ
ーザ光検出素子１３が配設されており、反射鏡１０で反
射されたレーザ光の強度を測定して制御手段たる制御装
置１４にその測定レベルを示す測定信号を出力する。

制御装置１４は、適宜タイミングてレーザ発振器を駆動
すると共にレーザ光検出素子１３からの測定信号に応じ
て反射鏡１０を遮断位置から解除位置に移動するように
なっている。この場合、制御装置１４に設定された所定
レベルとしては、レーザ発振器の機能か損なわれること
がない許容強度の帰還レーザ光をレーザ光検出素子１３
か測定したときの測定レベルに設定されている。

次に、上記構成の作用を説明する。

制御装置１４の制御内容をフローチャートで示す第４図
において、制御装置１４は、レーザ加工を開始するとき
は、反射鏡１０を第１図に示す遮断位置に位置させてお
く　（ステップＡｔ）。そして、レーザ発振器を駆動す
ると（ステップＡ２）、レーザ発振器から所定強度のレ
ーザ光が出力されて分割ミラーアッセンブリ３に到達す
る。そして、分割ミラーアッセンブリ３に到達したレー
ザ光のうち、反射ブロック４で反射されたレーザ光は反
射レーザ光となると共に、反射ブロック４で反射されな
かったレーザ光は分割ミラーアツセンブリ３を通過して
透過レーザ光となる。この場合、反射鏡１０は遮断位置
に移動しているから、分割ミラーアッセンブリ３を通過
した反射レーザ光は反射鏡１０て反射して吸収体１１で
吸収されてしまう。

一方、分割ミラーアッセンブリ３て反射された反射レー
ザ光は、反射鏡８，９及び結合ミラーアッセンブリ６の
反射ブロック７て反射されて金属２に集光状態で照射さ
れる。つまり、分割ミラーアッセンブリ６で反射された
反射レーザ光は、透過レーザ光を遮断している反射鏡１
０に遮断されることなく金属２に到達できるので、金属
２に対して反射レーザ光のみが集光状態で照射される。

しかして、金属２の表面反射率は高いから、金属２に照
射された反射レーザ光の大部分は金属２の表面で反射さ
れてしまう。このとき、金属２の表面による反射は正反
射であることから、金属２の表面に集光状態で照射され
た反射レーザ光は、レーザ光軸に対する入射角度と同一
な反射角度で反射される。即ち、金属２に照射された反
射レーザ光は、レーザ光軸に対して線対称関係となるよ
うに反射されるので、集光レンズ１により平行光線に変
換された反射レーザ光は結合ミラーアッセンブリ６を通
過する。そして、結合ミラーアッセンブリ６を通過した
反射レーザ光は、レーザ光軸を遮断している反射鏡１０
で反射されることにより吸収体１２で吸収されてしまう
。

ここで、吸収体１２の前面に位置するレーザ光検出素子
１３は、金属２の表面で反射された反射レーザ光の強度
を測定している。しかして、レーザ加工当初においては
、金属２で反射されたレーザ光の強度は大きいことから
、レーザ光検出素子１３からの測定信号の信号レベルは
高い。゛従って、ステップＡ３においてレーザ光検出素
子１３からの測定信号の信号レベルを測定した制御装置
１４は、金属２で反射されたレーザ光の強度は所定レベ
ルよりも高いと判断して（ステップＡ４）、ステップＡ
３に戻って再びレーザ光検出素子１３からの測定信号の
信号レベル測定する。

さて、反射レーザ光のみの照射により金属２の表面か溶
融するようになると、金属２のレーザ光の吸収率か高ま
って溶融池が形成されるようになる。すると、金属２０
表面の反射率が急激に低下してその表面で反射される反
射レーザ光の強度が一気に低下するようになるので、レ
ーザ光検出素子１３により測定されるレーザ光の強度が
急激に低下する。すると、制御装置１４は、ステップＡ
４において金属２で反射したレーザ光の強度か所定レベ
ル以下となったと判断して、第３図に示すように反射鏡
１０を遮断位置から解除位置に移動する（ステップＡ５
）。すると、反射鏡１０で遮断されていた透過レーザ光
は、結合ミラーアッセンブリ６を通過して金属２の表面
に集光状態で照射されるようになる。この結果、金属２
に対して分割ミラーアッセンブリ３で二分割された反射
レーザ光及び透過レーザ光の両レーザ光、換言すればレ
ーザ発振器からのレーザ光全体が金属２に照射されて本
来のレーザ加工が実行されるようになる。このとき、反
射レーザ光と透過レーザ光とは互いにレーザ光軸に対し
て線対称の関係となっているから、金属２の表面で反射
したレーザ光はレーザ発振器に帰還してしまうものの、
金属２の表面は既に溶融してその反射率は極めて低くな
っているので、金属２の表面で反射してレーザ発振器に
帰還するレーザ光の強度は極めて低くなっている。

要するに、上記実施例のものによれば、レーザ加工当初
において金属２の表面の反射率か高い期間は、反射鏡１
０を遮断位置へ移動することにより金属２で反射してレ
ーザ発振器に帰還しようとするレーザ光を遮断するよう
にしたので、レーザ出力か抑制されるまでの間は金属の
表面で反射した強度の高いレーザ光がレーザ発振器に帰
還してしまう従来例と違って、金属２の表面で反射した
強度の高いレーザ光がレーザ発振器に帰還してしまうこ
とはなく、これによりレーザ発振器等の機能が損なわれ
てしまうことはない。

また、レーザ加工が進行して金属２の表面反射率か低下
したときは反射鏡１０を解除位置に移動することにより
レーザ発振器から出力されたレ−ザ光全体で金属２に対
する本来のレーザ加工を実施するようにしたので、レー
ザ発振器からのレーザ光を金属２に直接照射する場合と
同様に、レーザ加工効率を効率よ〈実施できる。

尚、上記実施例では、レーザ発振器から出力されて分割
ミラーアッセンブリ３に照射されたレーザ光を３個の反
射ブロック４により反射レーザ光及び透過レーザ光に二
分割するように構成したが、反射ブロック４の数として
は奇数個設けるようにすればよい。また、反射ブロック
４．７の反射面の形状としては、平面形状に代えて例え
ば円錐面形状にしてもよい。この場合、反射鏡８，９の
反射面形状を円錐形状に形成する。

さらに、レーザ光を遮断する反射鏡１０を反射鏡８，９
間に位置させるようにしてもよい。また、レーザ光検出
素子１３を反射鏡１０と一体に設けることにより、金属
２て反射したレーザ光の強度をレーザ光検出素子１３に
より直接測定するようにしてもよい。この場合、反射鏡
１０に代えて吸収体を遮断位置と解除位置との間で往復
移動するように構成してもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ加工装
置によれば、被加工物で反射されたレーザ光の強度を基
に、レーザ光遮断手段を制御するようにしたので、被加
工物で反射されたレーザ光によりレーザ発振器等の機能
に異常を生じてしまうことを防止できるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示したもので、第１図はレー
ザ光の遮断状態で示す要部の縦断面図、第２図は分割ミ
ラーアッセンブリの平面図、第３図はレーザ光の解除状
態で示す第１図相当図、第４図は制御装置の制御内容を
示すフローチャートである。 図中、１は集光レンズ、２は金属（被加工物）、３は分
割ミラーアッセンブリ（レーザ光分割手段）、６は結合
ミラーアッセンブリ（レーザ光結合手段）、８．９は反
射鏡（レーザ光結合手段）、１０は反射鏡（レーザ光遮
断手段）、１３はレーザ光測定手段（レーザ光測定素子
）、１４は制御装置（制御手段）である。 代理人　弁理士　　則　近　　憲　佑 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、レーザ発振器から出力されたレーザ光を集光状態で
   被加工物に照射するレーザ加工装置において、前記レー
   ザ発振器から出力されたレーザ光を反射及び透過するこ
   とにより分割するレーザ光分割手段と、このレーザ光分
   割手段により分割された反射レーザ光と透過レーザ光と
   を結合するレーザ光結合手段と、前記レーザ光分割手段
   を介して送られるレーザ光或は前記被加工物に照射され
   て反射し前記レーザ光結合手段を介して送られるレーザ
   光のうち少なくともどちらか一方を遮断するレーザ光遮
   断手段と、前記被加工物から反射したレーザ光の強度を
   測定するレーザ光測定手段と、このレーザ光測定手段に
   よる測定レベルを基に前記レーザ光遮断手段を制御する
   制御手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。