JPH0569150U - レーザ焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被加工物の表面の温度を正確に計測でき、正
確な焼き入れの可能なレーザ焼入れ装置を提供する。 【構成】 レーザ発振器１よりでたレーザビーム２はベ
ンドミラー３でレンズ１４に導かれる。レンズ１４通過
後集光されてカライドスコープ１５に導かれ、ビームは
均一化される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はレーザ焼入れ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、レーザ光を利用した焼入れ装置において、例えば特願平１ー１９２２０ ９号の明細書及び図面に示されているように、レーザ焼入れのバラツキを抑える 方法として、赤外線センサーを用いて、レーザ照射部からの赤外線を感知し温度 コントロールする方法が知られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、用いるレーザビームのモードによってはレーザ照射エリアの温 度が不均一になり赤外線を感知しているエリアのみの情報によって、温度コント ロールがなされ、焼入れが要求されている部分全体に焼入れ硬化層が形成されな いこともある。

【０００４】 本考案は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、被加工物の 表面の温度を正確に計測でき、正確な焼き入れの可能なレーザ焼入れ装置を提供 することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本考案のレーザ焼入れ装置は、レーザ光の断面温 度分布を均一化する均一化手段を備える。

【０００６】

【作用】

上記の構成を有する本考案によれば、均一化手段によりレーザ光の断面温度分 布を均一化することによって、赤外線センサーで計測する被加工物のレーザビー ム照射部の温度を均一化できるために、正確な表面温度が計測できる。

【０００７】

【実施例】

以下、本考案を具体化した一実施例を図面を参照して説明する。

【０００８】 まず、最初に図１及び図２を用いて本実施例のレーザ焼入れ装置の概略構成を 説明する。レーザ発振器１より発振されたレーザ光２はベンドミラー３により直 角に曲げられ、ビーム均一化光学系１２に集光される。ビーム均一化光学系１２ はレンズ１４とカライドスコープ１５とよりなる。レーザ光２はレンズ１４通過 後カライドスコープ１５に導かれる。カライドスコープ１５内では、数回の反射 を繰り返してレーザ光２はビームの断面パワー分布が均一化される。

【０００９】 次に、ビーム均一化光学系１２より出てきたレーザ光２は被加工物５に照射さ れる。本実施例のレーザはＣＯ₂レーザであり、一般的にＦｅ系材料においては 吸収特性は１０％であるため被加工物５の面上にはレーザ吸収剤としてカーボン が塗布されている。レーザ光２は被加工物５に照射され加熱領域４が形成される 。この加熱領域１２により、温度に応じて赤外線６が放出され、赤外線センサー を内蔵した放射温度計７に入光する。

【００１０】 そして赤外線センサーより入光赤外線量に応じて微弱な電流が出力され変換器 ８を通して電流は電圧に変換され増幅される。その電圧値はコンパレータ９に入 力され、設定温度に応じた初期値設定の上下限外になった場合、コンパレータ９ によりレーザ出力の増加、減少を電圧信号でレーザ制御装置１０に送り、レーザ 発振器１の出力を制御するものである。

【００１１】 次に図２を参照して金型の一部をレーザを用いて焼入れる場合について具体的 に説明する。金型材１３はＳＫＤ１１で、一般的には１０５０℃前後に昇温し１ 時間程度保持して急冷し焼入れるが、レーザ焼入れの場合は１０５０±３０℃で １分保持すれば極表面層だけ硬度が上昇する。

【００１２】 レーザ発振器１よりでたレーザビーム２はベンドミラー３でレンズ１４に導か れる。レンズ１４通過後集光されてカライドスコープ１５に導かれ、ビームは均 一化される。均一化されたビームは金型材１３に照射され焼き入れが行われる。 レーザ発振器のパルス周波数は１００ヘルツで、パワーは１．５ＫＷである。レ ーザ照射後の金型温度をコントロールするため、加工ヘッド１７に取り付け治具 １８で固定された放射温度計７で表面金型温度をモニターし、前記制御方法で発 振器の出力制御を行う。よって焼き入れ温度１０５０±３０℃に１分間保持し、 レーザビーム照射をやめる。

【００１３】 図３に金型を焼き入れた時の金型温度変化を時間に対してプロットしたグラフ を示す。約５秒で所定温度に達し、１０秒後に１０５０℃で安定する。それ以後 はコンパレータの放電電圧制御により、レーザ出力はコントロールされ、温度が 保持される。

【００１４】 上記実施例においてはレーザ発振器の出力をコントロールする方法として、コ ンパレータを介して行っていたが、コンピュータを主体とした制御方法のみで行 うこともできる。具体的方法を以下に説明する。

【００１５】 制御装置７０は図４に示すように、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７４、ＲＡＭ７６及び バス７８などを含むコンピュータを主体とするものである。バス７８には入力イ ンターフェイス８０が接続され、入力インターフェイス８０にはスタートスイッ チ８２、前記放射温度計７が接続されている。

【００１６】 バス７８には出力インタフェース９０が接続され、出力インタフェーイス９０ には発振器駆動回路９２を介して、発振器１が接続されている。

【００１７】 また、ＲＡＭ７６には図５に示すように、放射温度計７の有効検出エリアの検 出温度と初期設定温度との差に対して、発振器放電電流の増減値データが各レー ザビーム寸法に対応づけられたデータテーブルとして設けられている。さらに、 ＲＯＭ７４には制御プログラムが記憶されている。

【００１８】 次に図６を参照して作用を説明する。まずＣＰＵ７２はスタートスイッチ８２ のオンを待ち（ステップＳ１、以下単にＳ１としその他のステップについても同 様とする）、オンされるとレーザ発振器１の発振を開始させる（ステップＳ２） 。このレーザ発振器１の発振開始後、ＣＰＵ７２は前記赤外線放射温度計１６の 検出電流値を読み込み前記加熱部の温度を検出する（ステップＳ３）。

【００１９】 ＣＰＵは前記検出温度と設定値温度の差を比較し、ＮＯの場合はＲＡＭ７６の テーブルデータに基づいて放電電流を制御し、ＹＥＳの場合は次ステップにいく （ステップＳ４）。つぎに、加熱時間の設定において設定時間が経過したか否か を判断し（ステップＳ５）、ＮＯの場合はさらに加熱を続け、ＹＥＳの場合は次 ステップで焼き入れ加工を終了をさせる（ステップＳ６）。その後ＣＰＵ７２は 、レーザ発振器を停止させる（ステップＳ７）。

【００２０】 以上、説明したことから明かなように、本実施例のレーザ焼入れ装置によれば 、赤外線センサで計測する被加工物５のレーザビーム照射部の温度を均一化でき るために、正確な表面温度が計測できる。よって正確な焼入れが可能である。

【００２１】 また、パルス発振制御のレーザを用いることによって、連続発振のレーザより も安定して、かつ容易に制御できる。

【００２２】 尚、本考案は以上詳述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱 しない範囲の変更は可能である。

【００２３】

【考案の効果】

以上、説明したことから明かなように、本考案のレーザ焼入れ装置によれば、 赤外線センサで計測する被加工物のレーザビーム照射部の温度を均一化できるた めに、正確な表面温度が計測できる。よって正確な焼入れが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のレーザ焼入れ装置の構成概略図であ
る。

【図２】加工ヘッド部を拡大した概略構成図である。

【図３】表面温度変化を示したグラフを示す図である。

【図４】電気的構成を示すブロック図である。

【図５】ＲＡＭに記憶されたデータテーブルを示す説明
図である。

【図６】制御プログラムを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１５カライドスコープ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を加工エネルギーとするパルス
   発振のレーザ焼入れ装置において、 前記レーザ光の断面温度分布を均一化する均一化手段を
   備えることを特徴とするレーザ焼入れ装置。