JPH069751B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
- Publication number
- JPH069751B2 JPH069751B2 JP1066721A JP6672189A JPH069751B2 JP H069751 B2 JPH069751 B2 JP H069751B2 JP 1066721 A JP1066721 A JP 1066721A JP 6672189 A JP6672189 A JP 6672189A JP H069751 B2 JPH069751 B2 JP H069751B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- optical axis
- laser
- laser processing
- processing apparatus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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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装置に関するものである。
従来技術は溶接学会全国大会講演集第４０集に記載のよ
うに、４枚の帯状反射鏡を向い合わせて構成される筒状
多面鏡体（以下、筒状多面鏡体と称する）、すなわち内
面が反射鏡である筒状多面鏡体にレーザビームを入射さ
せ、多重反射でレーザビームの強度分布を均一化してい
る。この筒状多面鏡体を用いる方法は、他の方法に比べ
均一なビーム強度分布が得られ、特にエッジ部はシャー
プな境界となっている。また、部品点数も少なく、作成
が容易であるため安価である等の非常に大きな利点があ
る。
うに、４枚の帯状反射鏡を向い合わせて構成される筒状
多面鏡体（以下、筒状多面鏡体と称する）、すなわち内
面が反射鏡である筒状多面鏡体にレーザビームを入射さ
せ、多重反射でレーザビームの強度分布を均一化してい
る。この筒状多面鏡体を用いる方法は、他の方法に比べ
均一なビーム強度分布が得られ、特にエッジ部はシャー
プな境界となっている。また、部品点数も少なく、作成
が容易であるため安価である等の非常に大きな利点があ
る。
上記筒状多面鏡体は向かい合った反射鏡の多重反射によ
つてレーザビームの強度分布を均一化するので、干渉が
生じ、均一化したレーザビームにはマス目のような干渉
縞が発生する欠点がある。この干渉縞部ではビーム強度
の極大、極小があり、均一性を悪くしていた。つまり、
ビーム強度の極大、極小によって温度が高かったり、低
かったりするので、このビームで被加工物、例えば金属
部材を熱処理すると、熱処理個所では硬さが硬い個所と
軟かい個所ができて、均一な硬さが得られない欠点があ
った。
つてレーザビームの強度分布を均一化するので、干渉が
生じ、均一化したレーザビームにはマス目のような干渉
縞が発生する欠点がある。この干渉縞部ではビーム強度
の極大、極小があり、均一性を悪くしていた。つまり、
ビーム強度の極大、極小によって温度が高かったり、低
かったりするので、このビームで被加工物、例えば金属
部材を熱処理すると、熱処理個所では硬さが硬い個所と
軟かい個所ができて、均一な硬さが得られない欠点があ
った。
このような加熱加工ではレーザビームの強度分布が非常
に均一である必要があり、筒状多面鏡体で発生する干渉
縞のような微小なビーム強度の差も問題となるケースが
多くなってきた。
に均一である必要があり、筒状多面鏡体で発生する干渉
縞のような微小なビーム強度の差も問題となるケースが
多くなってきた。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、筒状多面
鏡体を使用してもビーム強度を均一化することを可能と
したレーザ加工装置を提供することを目的とするもので
ある。
鏡体を使用してもビーム強度を均一化することを可能と
したレーザ加工装置を提供することを目的とするもので
ある。
上記目的は、筒状多面鏡体の入射側光路に筒状多面鏡体
内の異なる位置にレーザビームを移動させながら入射さ
せる光学的移動手段を設けることにより、達成される。
内の異なる位置にレーザビームを移動させながら入射さ
せる光学的移動手段を設けることにより、達成される。
上記手段を設けたので、光軸の時間的変化に対応してレ
ーザビームの干渉縞の位置が変化するようになつて、干
渉縞のビーム強度の差が平均化されるようになり、強度
分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ーザビームの干渉縞の位置が変化するようになつて、干
渉縞のビーム強度の差が平均化されるようになり、強度
分布が均一なレーザビームを得ることができる。
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図から第３図には本発明の一実施例が示されている。
レーザ加工装置はレーザ発振器１より出射されるレーザ
ビーム２をビーム均一化光学系の筒状多面鏡体３に入射
させ、レーザビーム２の出力分布を均一にする。
１図から第３図には本発明の一実施例が示されている。
レーザ加工装置はレーザ発振器１より出射されるレーザ
ビーム２をビーム均一化光学系の筒状多面鏡体３に入射
させ、レーザビーム２の出力分布を均一にする。
このように構成されたレーザ加工装置で本実施例ではビ
ーム均一化光学系のビーム入射側に入射ビームの光軸４
ａを時間的に変化させる手段を設けた。このようにする
ことにより光軸４ａの時間的変化に対応してレーザビー
ム２の干渉縞５の位置が変化するようになつて、干渉縞
５のビーム強度の差が平均化されるようになり、筒状多
面鏡体３を使用してもビーム強度を均一化することを可
能としたレーザ加工装置を得ることができる。
ーム均一化光学系のビーム入射側に入射ビームの光軸４
ａを時間的に変化させる手段を設けた。このようにする
ことにより光軸４ａの時間的変化に対応してレーザビー
ム２の干渉縞５の位置が変化するようになつて、干渉縞
５のビーム強度の差が平均化されるようになり、筒状多
面鏡体３を使用してもビーム強度を均一化することを可
能としたレーザ加工装置を得ることができる。
すなわちレーザ発振器１より照射されたレーザビーム２
はミラー６により光路を変え、光軸移動装置７に入射す
る。光軸移動装置７を出たレーザビーム２は入射側集光
レンズ８により集光され、筒状多面鏡体３に入射され
る。筒状多面鏡体３内で多重反射したレーザビーム２は
出射側集光レンズ９により集光され、加工点１０で均一
なビーム強度分布１１となる。このビーム強度分布１１
には干渉縞５が生じているが、光軸移動装置７によりレ
ーザビーム２の光軸４ａを同図２点鎖線表示のように照
射位置を変え、時間的に変化させると、干渉縞５の位置
が変化し、ビーム強度分布１２のように干渉縞５が平均
化した分布となる（第１図および第２図参照）。
はミラー６により光路を変え、光軸移動装置７に入射す
る。光軸移動装置７を出たレーザビーム２は入射側集光
レンズ８により集光され、筒状多面鏡体３に入射され
る。筒状多面鏡体３内で多重反射したレーザビーム２は
出射側集光レンズ９により集光され、加工点１０で均一
なビーム強度分布１１となる。このビーム強度分布１１
には干渉縞５が生じているが、光軸移動装置７によりレ
ーザビーム２の光軸４ａを同図２点鎖線表示のように照
射位置を変え、時間的に変化させると、干渉縞５の位置
が変化し、ビーム強度分布１２のように干渉縞５が平均
化した分布となる（第１図および第２図参照）。
この光軸移動装置７を本実施例では第３図にも示されて
いるようにした。すなわち第１図のミラー６をモータ１
３で微小角度、正・逆回転させることによつて光軸４ａ
を一方向に移動させるようにした。このようにすること
により、入射側光軸４ａを出射側で複数の位置に照射
し、筒状多面鏡体中で異なる位置に照射させ、多重反射
させて筒状多面鏡体を通過後のビームの干渉縞は、光軸
４ａの移動方向に対応して一方向に軌跡１４ａを画くよ
うになつて、干渉縞は第２図に示すように軌跡１４ａ方
向には平均化した形となる。
いるようにした。すなわち第１図のミラー６をモータ１
３で微小角度、正・逆回転させることによつて光軸４ａ
を一方向に移動させるようにした。このようにすること
により、入射側光軸４ａを出射側で複数の位置に照射
し、筒状多面鏡体中で異なる位置に照射させ、多重反射
させて筒状多面鏡体を通過後のビームの干渉縞は、光軸
４ａの移動方向に対応して一方向に軌跡１４ａを画くよ
うになつて、干渉縞は第２図に示すように軌跡１４ａ方
向には平均化した形となる。
このように本実施例によれば筒状多面鏡体を使用しても
強度の均一なレーザビームを得ることができ、被加工物
に熱処理すると均一な硬さの被加工物が得られる。ま
た、筒状多面鏡体の入射側でミラー６を移動させる簡単
な構造で均一なビーム強度が得られる。
強度の均一なレーザビームを得ることができ、被加工物
に熱処理すると均一な硬さの被加工物が得られる。ま
た、筒状多面鏡体の入射側でミラー６を移動させる簡単
な構造で均一なビーム強度が得られる。
第４図には本発明の実施例が示されている。本実施例は
夫直交した方向にモータ１３ａ、１３ｂにより高速振動
するミラー６ａ、６ｂを配置した。このようにすること
により光軸４ｂは直交する２方向へ高速移動するように
なつて、ビームの干渉縞も２方向の軌跡１４ｂを画くよ
うになる。
夫直交した方向にモータ１３ａ、１３ｂにより高速振動
するミラー６ａ、６ｂを配置した。このようにすること
により光軸４ｂは直交する２方向へ高速移動するように
なつて、ビームの干渉縞も２方向の軌跡１４ｂを画くよ
うになる。
第５図には本発明の更に他の実施例が示されている。本
実施例はプリズム１５ａを光軸４ｃ上に配置した場合で
ある。光軸４ｃはプリズム１５ａの屈折によつて変化す
る。このことは上述のミラーの角度変化により光軸４ｃ
を変化させるのと同じである。従つてプリズム１５ａを
光軸４ｃと同軸に回転させることによつて、光軸４ｃは
時間的に変化することになり、筒上多面鏡体通過後のビ
ームの干渉縞は、軌跡１４ｃのように円運動をすること
になる。この円運動は干渉縞を平均化する上で最も効果
的な動きである。
実施例はプリズム１５ａを光軸４ｃ上に配置した場合で
ある。光軸４ｃはプリズム１５ａの屈折によつて変化す
る。このことは上述のミラーの角度変化により光軸４ｃ
を変化させるのと同じである。従つてプリズム１５ａを
光軸４ｃと同軸に回転させることによつて、光軸４ｃは
時間的に変化することになり、筒上多面鏡体通過後のビ
ームの干渉縞は、軌跡１４ｃのように円運動をすること
になる。この円運動は干渉縞を平均化する上で最も効果
的な動きである。
第６図には本発明の更に他の実施例が示されている。本
実施例はプリズム１５ａ、１５ｂを直列に配置させた場
合である。このようにすることにより干渉縞は軌跡１４
ｄのように円運動しながら動くようになって、前述の場
合よりもビームを均一化することができる。なお同図に
おいて４ｄは光軸である。
実施例はプリズム１５ａ、１５ｂを直列に配置させた場
合である。このようにすることにより干渉縞は軌跡１４
ｄのように円運動しながら動くようになって、前述の場
合よりもビームを均一化することができる。なお同図に
おいて４ｄは光軸である。
第７図には本発明の更に他の実施例が示されている。本
実施例は光軸４ｅに対し、集光レンズ１６を微小距離ｈ
だけ偏芯させて配置した場合である。このようにするこ
とにより光軸４ｅが変化する。従って上述の第５図と同
様にこの偏芯した集光レンズ１６を光軸中心に回転させ
る。このようにすることにより光軸４ｅは時間的に変化
することになり、筒状多面鏡体３を通過後のビームの干
渉縞は軌跡１４ｅのように円運動をするようになり、第
５図の場合と同様な効果を得ることができる。
実施例は光軸４ｅに対し、集光レンズ１６を微小距離ｈ
だけ偏芯させて配置した場合である。このようにするこ
とにより光軸４ｅが変化する。従って上述の第５図と同
様にこの偏芯した集光レンズ１６を光軸中心に回転させ
る。このようにすることにより光軸４ｅは時間的に変化
することになり、筒状多面鏡体３を通過後のビームの干
渉縞は軌跡１４ｅのように円運動をするようになり、第
５図の場合と同様な効果を得ることができる。
第８図には上述の第５図のプリズムを使用した場合の構
造図が示されている。入射レーザビーム１７は回転式の
プリズム１５ａを通過し、筒状多面鏡体３の入射側集光
レンズ８により集光され、筒状多面鏡体３内に入射さ
れ、内部で多重反応したのち、筒状多面鏡体３より出射
され、出射側集光レンズ９により集光されて、加工点１
０で均一なビームとなる。プリズム１５ａ部の構造は、
プリズム１５ａを内蔵したミラーホルダー１８がベース
１９とベアリングで接続され、回転できる構造となって
いると共に、隣接して配置したモータ２０のシャフトと
歯車２１で噛み合った構造となつている。従ってモータ
２０を回転させると歯車２１により回転が伝達され、ミ
ラーホルダー１８が回転し、光軸が時間的に回転する 第９図には上述の第８図の実施例を使用した場合の電気
制御構成図が示されている。上述の第８図の実施例にて
得られるビームの加工点１０における散乱光を、強度分
布測定カメラ２２にて計測し、その信号により強度分布
制御回路２３にてビーム強度分布不均一量を演算する。
かつ、該ビーム強度分布不均一量を均一に補正するよう
に、強度分布制御回路２３より補正信号をモータドライ
ブ回路２４へ送り、モータ２０の回転を変化させる。こ
のようにすることにより、ビーム強度分布を自動的に均
一分布とすることができる。
造図が示されている。入射レーザビーム１７は回転式の
プリズム１５ａを通過し、筒状多面鏡体３の入射側集光
レンズ８により集光され、筒状多面鏡体３内に入射さ
れ、内部で多重反応したのち、筒状多面鏡体３より出射
され、出射側集光レンズ９により集光されて、加工点１
０で均一なビームとなる。プリズム１５ａ部の構造は、
プリズム１５ａを内蔵したミラーホルダー１８がベース
１９とベアリングで接続され、回転できる構造となって
いると共に、隣接して配置したモータ２０のシャフトと
歯車２１で噛み合った構造となつている。従ってモータ
２０を回転させると歯車２１により回転が伝達され、ミ
ラーホルダー１８が回転し、光軸が時間的に回転する 第９図には上述の第８図の実施例を使用した場合の電気
制御構成図が示されている。上述の第８図の実施例にて
得られるビームの加工点１０における散乱光を、強度分
布測定カメラ２２にて計測し、その信号により強度分布
制御回路２３にてビーム強度分布不均一量を演算する。
かつ、該ビーム強度分布不均一量を均一に補正するよう
に、強度分布制御回路２３より補正信号をモータドライ
ブ回路２４へ送り、モータ２０の回転を変化させる。こ
のようにすることにより、ビーム強度分布を自動的に均
一分布とすることができる。
上述のように本発明は筒状多面鏡体を使用してもビーム
強度を均一化することができるようになつて、筒状多面
鏡体を使用してもビーム強度を均一化することを可能と
したレーザ加工装置を得ることができる。
強度を均一化することができるようになつて、筒状多面
鏡体を使用してもビーム強度を均一化することを可能と
したレーザ加工装置を得ることができる。
第１図は本発明のレーザ加工装置の一実施例の説明図、
第２図は同じく一実施例によるビーム強度分布図、第３
図は同じく一実施例の光軸移動装置をミラーで形成した
場合の斜視図、第４図は本発明のレーザ加工装置の他の
実施例の光軸移動装置をミラーで形成した場合の斜視
図、第５図から第７図は本発明のレーザ加工装置の夫々
異なる光軸移動装置の具体例を示す説明図、第８図は本
発明のレーザ加工装置の更に他の実施例を示す縦断側面
図、第９図は本発明のレーザ加工装置の更に他の実施例
の電気制御構成図である。 １…レーザ発信器、２…レーザビーム、３…筒状多面鏡
体、４ａ〜４ｅ…光軸、６，６ａ，６ｂ…ミラー、７…
光軸移動装置、１５ａ，１５ｂ…プリズム、１６…集光
レンズ。
第２図は同じく一実施例によるビーム強度分布図、第３
図は同じく一実施例の光軸移動装置をミラーで形成した
場合の斜視図、第４図は本発明のレーザ加工装置の他の
実施例の光軸移動装置をミラーで形成した場合の斜視
図、第５図から第７図は本発明のレーザ加工装置の夫々
異なる光軸移動装置の具体例を示す説明図、第８図は本
発明のレーザ加工装置の更に他の実施例を示す縦断側面
図、第９図は本発明のレーザ加工装置の更に他の実施例
の電気制御構成図である。 １…レーザ発信器、２…レーザビーム、３…筒状多面鏡
体、４ａ〜４ｅ…光軸、６，６ａ，６ｂ…ミラー、７…
光軸移動装置、１５ａ，１５ｂ…プリズム、１６…集光
レンズ。
Claims (4)
- 【請求項１】レーザ発振器より出射されるレーザビーム
を内面が４枚の帯状反射鏡を向い合わせて構成される筒
状多面鏡体に入射させ、前記レーザビームの出力分布を
均一にするレーザ加工装置において、前記筒状多面鏡体
の入射側光路に筒状多面鏡体内の異なる位置にレーザビ
ームを移動させながら入射させる光学的移動手段を設け
たことを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】前記光学的移動手段が、前記レーザ発振器
から出射されたレーザビームを反射させるミラーの角度
を振動させるようにされたものである特許請求の範囲第
１項記載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】前記光学的移動手段が、前記レーザビーム
の光軸上に配置したプリズムを回転させるようにされた
ものである特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装
置。 - 【請求項４】前記光学的移動手段が、前記筒状多面鏡体
に前記レーザビームを集光入射させる入射側の集光レン
ズの光軸を偏心させて回転するようにされたものである
特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066721A JPH069751B2 (ja) | 1989-03-18 | 1989-03-18 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066721A JPH069751B2 (ja) | 1989-03-18 | 1989-03-18 | レーザ加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02247096A JPH02247096A (ja) | 1990-10-02 |
| JPH069751B2 true JPH069751B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=13324049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1066721A Expired - Lifetime JPH069751B2 (ja) | 1989-03-18 | 1989-03-18 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069751B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4429913C1 (de) * | 1994-08-23 | 1996-03-21 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung und Verfahren zum Plattieren |
| JP2002231655A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザアニール装置 |
| US7169630B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-01-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device |
| JP4467390B2 (ja) * | 2004-09-17 | 2010-05-26 | 住友重機械工業株式会社 | レーザ加工方法及びレーザ照射装置 |
-
1989
- 1989-03-18 JP JP1066721A patent/JPH069751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02247096A (ja) | 1990-10-02 |
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