JPH0455785B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0455785B2 JPH0455785B2 JP62336082A JP33608287A JPH0455785B2 JP H0455785 B2 JPH0455785 B2 JP H0455785B2 JP 62336082 A JP62336082 A JP 62336082A JP 33608287 A JP33608287 A JP 33608287A JP H0455785 B2 JPH0455785 B2 JP H0455785B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- linear
- mirror
- workpiece
- laser
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- Expired - Lifetime
Links
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はレーザビームの照射方法、特にレーザ
ビーム照射における照射光の形状を制御する方法
に関するものである。
ビーム照射における照射光の形状を制御する方法
に関するものである。
（従来の技術）
一般に、レーザ加工において照射部におけるビ
ーム形状をその加工に応じた最適なものに制御す
ることは重要である。例えばレーザにより被加工
物の表層の改質を行なう場合、これまでに第２図
〜第４図に示した方法が提案されている。第２図
はレンズ７で絞つたレーザビームをデフオーカス
位置で照射する方法であり、加工ヘツドまたは被
加工物を移動させることにより一定面積の処理が
可能になるが、照射部においてエネルギー分布が
均一にならない、エネルギーが密度が下がるため
ビーム径をあまり大きくできないという２つの大
きな問題点を有する。そこで、これらの問題点を
解決するのが第３図、第４図に示される光学系で
ある。第３図は積分鏡８を用いたシステムで、積
分鏡８を構成する各セグメントミラーの集光方向
を１つに集め積分効果による照射部におけるエネ
ルギー分布を均一にすることができ、前者の問題
点を解決することができるが（”Leser Focus”、
No.v.1979、p.68、”Ａ Convex Beam
Integrator”）、後者の問題点を解決することはで
きない。一方、第４図は集光方向が互いに直交す
る２枚の円柱鏡９，１０で構成される光学系であ
り、入射光をまず第１の凹面円柱鏡９で１方向に
絞り、さらに第２の凸面円柱鏡１０でこれと直交
する方向に広げ、線状のビームを作るものであ
る。こうすることによりエネルギーが密度を下げ
ずにビーム径を大きくすることができ、後者の問
題点を解決することができるぎが、前者の問題点
を解決することができない。
ーム形状をその加工に応じた最適なものに制御す
ることは重要である。例えばレーザにより被加工
物の表層の改質を行なう場合、これまでに第２図
〜第４図に示した方法が提案されている。第２図
はレンズ７で絞つたレーザビームをデフオーカス
位置で照射する方法であり、加工ヘツドまたは被
加工物を移動させることにより一定面積の処理が
可能になるが、照射部においてエネルギー分布が
均一にならない、エネルギーが密度が下がるため
ビーム径をあまり大きくできないという２つの大
きな問題点を有する。そこで、これらの問題点を
解決するのが第３図、第４図に示される光学系で
ある。第３図は積分鏡８を用いたシステムで、積
分鏡８を構成する各セグメントミラーの集光方向
を１つに集め積分効果による照射部におけるエネ
ルギー分布を均一にすることができ、前者の問題
点を解決することができるが（”Leser Focus”、
No.v.1979、p.68、”Ａ Convex Beam
Integrator”）、後者の問題点を解決することはで
きない。一方、第４図は集光方向が互いに直交す
る２枚の円柱鏡９，１０で構成される光学系であ
り、入射光をまず第１の凹面円柱鏡９で１方向に
絞り、さらに第２の凸面円柱鏡１０でこれと直交
する方向に広げ、線状のビームを作るものであ
る。こうすることによりエネルギーが密度を下げ
ずにビーム径を大きくすることができ、後者の問
題点を解決することができるぎが、前者の問題点
を解決することができない。
（発明が解決しようとする問題点）
以上のように、従来の技術では照射部において
レーザビームのエネルギー分布を均一にし、かつ
レーザビームのエネルギー密度が下げずにビーム
径を大きくすることができない。
レーザビームのエネルギー分布を均一にし、かつ
レーザビームのエネルギー密度が下げずにビーム
径を大きくすることができない。
（問題点を解決しようとする手段）
本発明は、レーザ発振器から出たレーザビーム
を凹部円柱鏡により１方向に絞り、次に該レーザ
ビームを凸面円柱鏡をセグメントにもつ積分鏡に
より上記方向に対して90°変位した方向に広げか
つ積分鏡の各セグメントから反射されるビームを
照射位置で重ね合わせることによつて全体として
線状でかつ線方向に均一なエネルギー分布をもつ
レーザビームを得ることを特徴とするレーザビー
ムの照射方法である。積分鏡を構成する各セグメ
ントの集光方向を調整することにより線状ビーム
の長さを所望の値にすること線状ビームを被加工
物に連続的に照射し、被加工物の一定面積を加工
することも可能である。
を凹部円柱鏡により１方向に絞り、次に該レーザ
ビームを凸面円柱鏡をセグメントにもつ積分鏡に
より上記方向に対して90°変位した方向に広げか
つ積分鏡の各セグメントから反射されるビームを
照射位置で重ね合わせることによつて全体として
線状でかつ線方向に均一なエネルギー分布をもつ
レーザビームを得ることを特徴とするレーザビー
ムの照射方法である。積分鏡を構成する各セグメ
ントの集光方向を調整することにより線状ビーム
の長さを所望の値にすること線状ビームを被加工
物に連続的に照射し、被加工物の一定面積を加工
することも可能である。
（作用）
第１図は本発明法を実施するための光学系の例
を示し、凹面円柱鏡１及び凸面円柱鏡をセグメン
トにもつ積分鏡２から構成される。発振器から出
たレーザビームは凹面円柱鏡１により１方向に絞
られ、次に、凸面円柱鏡をゼクメントにもつ積分
鏡２により上記方向に対して90°変位した方向に
広げられる。そうすると円柱鏡１によつて最も小
さく絞られた位置でのビーム形状を第１図３に示
すように線状となる。
を示し、凹面円柱鏡１及び凸面円柱鏡をセグメン
トにもつ積分鏡２から構成される。発振器から出
たレーザビームは凹面円柱鏡１により１方向に絞
られ、次に、凸面円柱鏡をゼクメントにもつ積分
鏡２により上記方向に対して90°変位した方向に
広げられる。そうすると円柱鏡１によつて最も小
さく絞られた位置でのビーム形状を第１図３に示
すように線状となる。
ここで、線状ビーム３における線方向のエネル
ギー分布が問題になるが、ビームが当たつている
セグメント２−２〜２−６各々から反射された像
のエネルギー分布は第５図のように不均一であつ
ても、これらを１箇所に集光することにより同図
に示す如く重ね合わせられ、均一なエネルギー分
布が得られる。
ギー分布が問題になるが、ビームが当たつている
セグメント２−２〜２−６各々から反射された像
のエネルギー分布は第５図のように不均一であつ
ても、これらを１箇所に集光することにより同図
に示す如く重ね合わせられ、均一なエネルギー分
布が得られる。
また、このときの線長をＬとすれば、セグメン
ト２−２，２−３の集光位置を1/4Ｌだけ上に、
またセグメント２−５，２−６の集光位置を1/4
Ｌだけ下にずらせて重ね合わせることにより第６
図のようにもとの長さの1.5倍の線状ビームが得
られる。このように各セグメントの調整により所
望の長さのビームを作ることが可能である。ただ
し同一部分に重ね合わせる像の数が少ない場合、
その部分におけるエネルギー分布がばらつきがち
になるため、線の長さをある程度長くしたい場合
はセグメントの数を十分多くしておく必要があ
る。
ト２−２，２−３の集光位置を1/4Ｌだけ上に、
またセグメント２−５，２−６の集光位置を1/4
Ｌだけ下にずらせて重ね合わせることにより第６
図のようにもとの長さの1.5倍の線状ビームが得
られる。このように各セグメントの調整により所
望の長さのビームを作ることが可能である。ただ
し同一部分に重ね合わせる像の数が少ない場合、
その部分におけるエネルギー分布がばらつきがち
になるため、線の長さをある程度長くしたい場合
はセグメントの数を十分多くしておく必要があ
る。
（実施例）
第７図に示すのは本発明法を実施するために設
計した光学系である。本光学系に入射したレーザ
ビーム６はｆ＝1210（mm）の凹面円柱鏡１により
ｚ方向に絞られ、さらにｆ＝−215（mm）の積分鏡
の各セグメントによりｘ方向（紙面の法線方向）
に広げられかつ照射部において１箇所に重ね合わ
せられることによりワーク５上で幅４mm、長さ
220mm（うち均一部分160mm）の線状ビームが得ら
れた。この線状ビームにより以下のような条件で
焼入れを行なつたところ、１度の照射で幅160mm
にわたる均一な処理ができた。
計した光学系である。本光学系に入射したレーザ
ビーム６はｆ＝1210（mm）の凹面円柱鏡１により
ｚ方向に絞られ、さらにｆ＝−215（mm）の積分鏡
の各セグメントによりｘ方向（紙面の法線方向）
に広げられかつ照射部において１箇所に重ね合わ
せられることによりワーク５上で幅４mm、長さ
220mm（うち均一部分160mm）の線状ビームが得ら
れた。この線状ビームにより以下のような条件で
焼入れを行なつたところ、１度の照射で幅160mm
にわたる均一な処理ができた。
・材料；冷延薄鋼板（板厚0.8mm、カーボン0.004
〜0.068％、表面にグラフアイト塗布） ・出力；6kw（ワーク上） ・加工速度；１〜1.6ｍ／min （発明の効果） レーザによつて被加工物の表層を一度に大面積
処理する場合、線状のビームを作り線幅方向に被
加工物を走らせ、処理することが効果的である
が、この際以下の２つのことが本発明により可能
になつた。
〜0.068％、表面にグラフアイト塗布） ・出力；6kw（ワーク上） ・加工速度；１〜1.6ｍ／min （発明の効果） レーザによつて被加工物の表層を一度に大面積
処理する場合、線状のビームを作り線幅方向に被
加工物を走らせ、処理することが効果的である
が、この際以下の２つのことが本発明により可能
になつた。
レーザ発振器の横モード、例えばマルチモー
ドなら次数、リングモードならＭ値の差によつ
て光学系に入るレーザビームのエネルギー分布
は様々であるが、本発明法によるといかなるエ
ネルギー分布をもつビームが入射して必ず線方
向のエネルギー分布が均一な線状ビームを作る
ことができる。
ドなら次数、リングモードならＭ値の差によつ
て光学系に入るレーザビームのエネルギー分布
は様々であるが、本発明法によるといかなるエ
ネルギー分布をもつビームが入射して必ず線方
向のエネルギー分布が均一な線状ビームを作る
ことができる。
本発明法によるとミラーの交換をせずにビー
ムの線の長さを自由に変えることができ、処理
幅を自由に変更できる。
ムの線の長さを自由に変えることができ、処理
幅を自由に変更できる。
第１図は本発明法を実施するための光学系の例
を示す図、第２図〜第４図は従来の光学系を示す
図、第５図、第６図は各セグメントで反射された
レーザビームが重ね合わせられて得られたエネル
ギー分布を示す図、第７図は本発明法を実施する
ための光学系の断面を示す図である。 １……凹面円柱鏡、２……積分鏡、２−１〜２
−８……セグメント、３……線状ビーム、４……
箱、５……ワーク、６……レーザビーム、７……
レンズ、８……積分鏡、９……凹面円柱鏡、１０
……凸面円柱鏡。
を示す図、第２図〜第４図は従来の光学系を示す
図、第５図、第６図は各セグメントで反射された
レーザビームが重ね合わせられて得られたエネル
ギー分布を示す図、第７図は本発明法を実施する
ための光学系の断面を示す図である。 １……凹面円柱鏡、２……積分鏡、２−１〜２
−８……セグメント、３……線状ビーム、４……
箱、５……ワーク、６……レーザビーム、７……
レンズ、８……積分鏡、９……凹面円柱鏡、１０
……凸面円柱鏡。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振器から出たレーザビームを凹面円
柱鏡により１方向に絞り、次に該レーザビームを
凸面円柱鏡をセグメントにもつ積分鏡により上記
方向に対して90°変位した方向に広げかつ積分鏡
の各セグメントから反射されるビームを照射位置
で重ね合わせることによつて全体として線状でか
つ線方向に均一なエネルギー分布をもつレーザビ
ームを得ることを特徴とするレーザビームの照射
方法。 ２ 積分鏡を構成する各セグメントの集光方向を
調整することにより線状ビームの長さを所望の値
にする特許請求の範囲第１項記載のレーザビーム
の照射方法。 ３ 線状ビームを被加工物に連続的に照射し、被
加工物の一定面積を加工する特許請求の範囲第１
項記載のレーザビームの照射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62336082A JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62336082A JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01180796A JPH01180796A (ja) | 1989-07-18 |
| JPH0455785B2 true JPH0455785B2 (ja) | 1992-09-04 |
Family
ID=18295509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62336082A Granted JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01180796A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6972268B2 (en) * | 2001-03-29 | 2005-12-06 | Gsi Lumonics Corporation | Methods and systems for processing a device, methods and systems for modeling same and the device |
| DE102004034953A1 (de) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Beleuchtungsvorrichtung und Verwendung |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5794482A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-11 | Hitachi Ltd | Pattern forming device by laser |
| JPS6284889A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-18 | Nippon Steel Corp | レ−ザ溶接方法および装置 |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP62336082A patent/JPH01180796A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5794482A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-11 | Hitachi Ltd | Pattern forming device by laser |
| JPS6284889A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-18 | Nippon Steel Corp | レ−ザ溶接方法および装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01180796A (ja) | 1989-07-18 |
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