JPH07185861A - Laser beam machining device - Google Patents
Laser beam machining deviceInfo
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- JPH07185861A JPH07185861A JP5333870A JP33387093A JPH07185861A JP H07185861 A JPH07185861 A JP H07185861A JP 5333870 A JP5333870 A JP 5333870A JP 33387093 A JP33387093 A JP 33387093A JP H07185861 A JPH07185861 A JP H07185861A
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- laser
- laser beam
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームについて
穴加工、パターン加工、切断、溶接等を行うレーザ加工
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for performing hole processing, pattern processing, cutting, welding, etc. for a laser beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の実施例について特開昭６２−２６
３８８９号公報を用いて説明する。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-26
This will be described using Japanese Patent No. 3889.
【０００３】図８は、従来のレーザ加工装置の一例を示
す説明図である。図において、８１はレーザビームを出
力するレーザ発振器、８２はリアミラー、８３は出力
鏡、８４は伝送されるレーザビームの径をコントロール
するコリメーションレンズ、８５は不図示の加工ヘッド
に保持され、伝送されてきたレーザビームを集光して被
加工物の表面上に照射する集光光学系である。FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a conventional laser processing apparatus. In the figure, 81 is a laser oscillator that outputs a laser beam, 82 is a rear mirror, 83 is an output mirror, 84 is a collimation lens that controls the diameter of the transmitted laser beam, and 85 is held by a processing head (not shown) and transmitted. It is a condensing optical system that condenses the received laser beam and irradiates it onto the surface of the workpiece.
【０００４】次に動作に付いて説明する。レーザ発振器
８１より出力したレーザビームは、コリメーションレン
ズ８４に入射する。Next, the operation will be described. The laser beam output from the laser oscillator 81 enters the collimation lens 84.
【０００５】そして、伝送経路中を通過した後集光レン
ズにより集光され被加工物の表面に照射され、被加工物
の穴加工、パターン加工、切断、溶接、熱処理等を行
う。Then, after passing through the transmission path, it is condensed by a condenser lens and is irradiated onto the surface of the workpiece to perform hole machining, pattern machining, cutting, welding, heat treatment, etc. of the workpiece.
【０００６】また、この集光レンズ８５は、加工ヘッド
が移動して加工を行う走査型の場合であるため、ある可
動範囲を持っている。Further, the condenser lens 85 has a certain movable range because it is a scanning type in which the processing head moves to perform processing.
【０００７】なお、コリメーションレンズ８４は、任意
の焦点距離を与えることにより、レーザビームの径をコ
ントロールし、集光レンズの可動範囲の中心点とビーム
ウエストの位置を一致させている。The collimation lens 84 controls the diameter of the laser beam by giving an arbitrary focal length to match the center point of the movable range of the condenser lens with the position of the beam waist.
【０００８】このように構成した場合、集光レンズを可
動範囲内で走査した場合の集光レンズに入射するビーム
半径の変化が最小になり、結果的に以下の（数１）のよ
うな関係で集光半径の変化も最小になり、加工位置によ
る加工精度の変化も最小に保てるというものである。With such a configuration, the change in the radius of the beam incident on the condenser lens when the condenser lens is scanned within the movable range is minimized, and as a result, the relationship as shown in the following (Equation 1) is obtained. Therefore, the change of the condensing radius is minimized, and the change of the processing accuracy depending on the processing position can be kept to the minimum.
【０００９】[0009]
【数１】 [Equation 1]
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、集光光学系の移動にともない、わずか
に集光光学系に入射するビーム半径が変化するため、集
光半径は変化し、このため加工位置により加工精度が変
化するという課題があった。However, in the above-mentioned configuration, the beam radius incident on the focusing optical system slightly changes as the focusing optical system moves, so that the focusing radius changes. Therefore, there is a problem that the processing accuracy changes depending on the processing position.
【００１１】また、レーザ出力の変化によるレーザ発振
器内の放電状態の変化や光学系の熱レンズ効果等によ
り、集光光学系の可動範囲の中心点に位置するはずのビ
ームウエストが動いてしまい、理論通りに集光半径を制
御することが出来ず、加工位置により加工精度が変化す
るという課題があった。Further, the beam waist supposed to be located at the center point of the movable range of the focusing optical system moves due to the change of the discharge state in the laser oscillator due to the change of the laser output, the thermal lens effect of the optical system, and the like. There is a problem that the focusing radius cannot be controlled according to the theory, and the processing accuracy changes depending on the processing position.
【００１２】本発明は、上記のような問題点を解決する
ために為されたもので、走査型レーザ加工装置におい
て、加工ヘッドの移動にともなう集光位置の変化や熱レ
ンズ効果などによるビームプロファイルの変化にかかわ
らず、集光径を一定にし、加工位置によらず加工精度を
一定に保つことを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in a scanning laser processing apparatus, a beam profile due to a change in the focusing position due to the movement of the processing head, a thermal lens effect, or the like. The object is to keep the converging diameter constant regardless of the change of, and keep the processing accuracy constant regardless of the processing position.
【００１３】また、熱レンズ効果等によるビームプロフ
ァイルの変化や、加工ヘッドの移動にともなう集光位置
の変化にかかわらず、集光径と集光レンズから集光点ま
での距離を一定にし、加工位置によらず加工精度を一定
にすることを目的とする。Further, irrespective of the change of the beam profile due to the thermal lens effect or the change of the converging position due to the movement of the machining head, the converging diameter and the distance from the converging lens to the converging point are made constant, and The purpose is to make the processing accuracy constant regardless of the position.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、集光光学系とレーザ発振器の間にコリメー
ション光学系を挿入し、コリメーション光学系の少なく
とも一部に対し、レーザビームを所定に制御するよう移
動するような構成とする。In order to achieve this object, the present invention inserts a collimation optical system between a condensing optical system and a laser oscillator, and applies a laser beam to at least a part of the collimation optical system. It is configured to move so as to be controlled in a predetermined manner.
【００１５】また、レーザビームの集光光学系に入射す
る際のビーム半径が、変化しないように、レーザ発振器
と集光光学系の間に挿入されたコリメーション光学系の
少なくとも一部が、集光光学系に入射する上記レーザビ
ームの入射ビーム半径の変化量を補正するように、移動
するような構成とする。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the focusing optical system is focused so that the beam radius of the laser beam when entering the focusing optical system does not change. It is configured to move so as to correct the amount of change in the incident beam radius of the laser beam incident on the optical system.
【００１６】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が移動
し、レーザビームを集光光学系で集光した際の集光光学
系から集光点までの距離が、変化しないようにレーザビ
ームを制御するような構成とする。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condensing optical system moves, and when the laser beam is condensed by the condensing optical system, a condensing point from the condensing optical system. The laser beam is controlled so that the distance to does not change.
【００１７】レーザ発振器と集光光学系の間に挿入され
たコリメーション光学系の少なくとも一部が移動し、レ
ーザビームが集光光学系の位置に常にビームウエストを
もつように、レーザビームを制御するような構成とす
る。At least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the focusing optical system moves, and the laser beam is controlled so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system. The configuration is as follows.
【００１８】また、集光光学系に入射するレーザビーム
の入射ビーム半径の変化を検出する機能を設け、なおか
つその変化を補正するようなレーザ発振器と集光光学系
の間に挿入されたコリメーション光学系の移動量にフィ
ードバックし、その量だけ上記コリメーション光学系を
移動するような構成とする。Further, a collimation optics inserted between the laser oscillator and the condensing optical system is provided with a function of detecting a change in the incident beam radius of the laser beam incident on the condensing optical system and correcting the change. Feedback is provided to the movement amount of the system, and the collimation optical system is moved by that amount.
【００１９】また、集光光学系の位置にあるレーザビー
ムのビームウエス位置が変化した場合、その変化量を検
出する機能を設け、なおかつその変化量を補正するよう
なコリメーション光学系の移動量にフィードバックし、
その量だけコリメーション光学系を移動し、常にレーザ
ビームが集光光学系の位置でビームウエストを持つよう
な構成とする。Further, when the beam waste position of the laser beam at the position of the condensing optical system is changed, a function for detecting the change amount is provided, and the movement amount of the collimation optical system is corrected to correct the change amount. Give feedback,
The collimation optical system is moved by that amount so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system.
【００２０】[0020]
【作用】本発明は、上記構成により、レーザビームを所
定に制御できる。According to the present invention, the laser beam can be controlled in a predetermined manner by the above structure.
【００２１】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が、集
光光学系に入射するレーザビームの入射ビーム半径の変
化を補正するように、移動することにより集光レンズで
集光した際の集光径を常に一定にできる。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condensing optical system moves so as to correct the change of the incident beam radius of the laser beam incident on the condensing optical system. As a result, the diameter of light collected by the condenser lens can be kept constant.
【００２２】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が移動
し、レーザビームを集光光学系で集光した際の集光光学
系から集光点までの距離が、変化しないようにレーザビ
ームを制御することにより、常に集光光学系から集光点
までの距離を一定にできる。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condensing optical system moves, and when the laser beam is condensed by the condensing optical system, a condensing point from the condensing optical system. By controlling the laser beam so that the distance to the point does not change, the distance from the focusing optical system to the focusing point can always be made constant.
【００２３】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が移動
し、レーザビームが集光光学系の位置に常にビームウエ
ストをもつように、レーザビームを制御することによ
り、常に集光光学系から集光点までの距離を一定に出来
る。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the focusing optical system is moved so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system. By controlling, the distance from the condensing optical system to the condensing point can always be made constant.
【００２４】また、集光光学系に入射するレーザビーム
の入射ビーム半径の変化を検出する機能を設け、なおか
つその変化を補正するようなレーザ発振器と集光光学系
の間に挿入されたコリメーション光学系の移動量にフィ
ードバックし、その量だけ上記コリメーション光学系を
移動することにより、常に集光光学系で集光した際の集
光径を一定に出来る。Further, a collimation optics inserted between the laser oscillator and the condensing optical system is provided with a function of detecting a change in the incident beam radius of the laser beam incident on the condensing optical system and correcting the change. By feeding back the amount of movement of the system and moving the collimation optical system by that amount, it is possible to always make the converging diameter constant when converging by the converging optical system.
【００２５】また、集光光学系の位置にあるレーザビー
ムのビームウエス位置が変化した場合、その変化量を検
出する機能を設け、なおかつその変化を補正するような
コリメーション光学系の移動量にフィードバックし、そ
の量だけコリメーション光学系を移動し、常にレーザビ
ームが集光光学系の位置でビームウエストを持つように
することにより常に集光光学系から集光点までの距離を
一定に出来る。Further, when the beam waste position of the laser beam at the position of the condensing optical system changes, a function of detecting the change amount is provided, and feedback is provided to the moving amount of the collimation optical system so as to correct the change. However, by moving the collimation optical system by that amount so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system, the distance from the focusing optical system to the focusing point can always be made constant.
【００２６】[0026]
（実施例１）以下、本発明の第一の実施例について、図
面を参照しながら詳細に説明する。(Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２７】図１は、本発明の実施例におけるレーザ加
工装置の概念図である。図１において、１０１はＣＯ2
レーザ発振器、１０２はＣＯ2レーザ発振器１０１の光
共振器、１０３は光共振器１０２のリアミラー、１０４
は光共振器１０２の出力鏡、１０５はコリメーション光
学系、１０６、１０７はコリメーション光学系を構成す
るコリメーションレンズ、１０８は集光光学系で、本実
施例中は１枚の集光レンズとする。FIG. 1 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is CO 2
Laser oscillator 102 is an optical resonator of CO 2 laser oscillator 101, 103 is a rear mirror of optical resonator 102, 104
Is an output mirror of the optical resonator 102, 105 is a collimation optical system, 106 and 107 are collimation lenses forming a collimation optical system, and 108 is a condensing optical system. In this embodiment, one condensing lens is used.
【００２８】そして、１０９は被加工物、１１０は駆動
ステージである。なお、リアミラー１０３、出力鏡１０
４、コリメーションレンズ１０６、１０７、集光光学系
１０８の材質は、Ｚｎｓｅとする。Reference numeral 109 is a workpiece, and 110 is a drive stage. The rear mirror 103 and the output mirror 10
4. The material of the collimation lenses 106 and 107 and the condensing optical system 108 is Znse.
【００２９】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
詳細について説明する。光共振器１０２についてリアミ
ラー１０３と出力鏡１０４の曲率半径は２０ｍ、リアミ
ラー１０３と出力鏡１０４の間隔は、４ｍである。この
ような共振器構造にするとレーザ発振器１０１から出力
されるレーザビームは、リアミラー１０３、出力鏡１０
４の中間にビームウエストを持つ。The details of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. Regarding the optical resonator 102, the radius of curvature of the rear mirror 103 and the output mirror 104 is 20 m, and the distance between the rear mirror 103 and the output mirror 104 is 4 m. With such a resonator structure, the laser beam output from the laser oscillator 101 is transmitted to the rear mirror 103 and the output mirror 10.
It has a beam waist in the middle of 4.
【００３０】また、外部光学系については、コリメーシ
ョンレンズ１０６の焦点距離は、０．９５ｍ、位置は光
共振器内１０２のビームウエストからビームの進行方向
に約２ｍ、つまり出力鏡１０４の直後とする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 106 is 0.95 m, and the position is about 2 m from the beam waist in the optical resonator 102 in the traveling direction of the beam, that is, immediately after the output mirror 104. .
【００３１】コリメーションレンズ１０７の焦点距離は
１．５１ｍで、位置は光共振器内のビームウエストから
４ｍ〜５ｍの範囲内で、駆動ステージ１１０によりレー
ザビームの進行方向に移動可能とする。The focal length of the collimation lens 107 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 107 can be moved in the traveling direction of the laser beam by the drive stage 110 within the range of 4 m to 5 m from the beam waist in the optical resonator.
【００３２】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
動作について説明する。まず、ＣＯ2レーザ発振器１０
１から発振されたレーザビームは、コリメーション光学
系１０５へ入射する。The operation of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. First, the CO 2 laser oscillator 10
The laser beam oscillated from 1 enters the collimation optical system 105.
【００３３】このコリメーション光学系１０５は、ＣＯ
2レーザ発振器１０１より出力したレーザビームが、発
散して、伝送経路中で大きくなってしまうのを防ぐとと
もに、所定の焦点距離、配置を与えることにより、伝送
中のレーザビームをコントロールするものである。This collimation optical system 105 is a CO
(2 ) The laser beam output from the laser oscillator 101 is prevented from diverging and becoming large in the transmission path, and the laser beam being transmitted is controlled by giving a predetermined focal length and arrangement. .
【００３４】そして、集光光学系１０８によって集光さ
れたレーザビームを被加工物１０９の表面上に照射し、
被加工物の穴加工、パターン加工、切断、溶接、熱処理
等を行う。Then, the surface of the workpiece 109 is irradiated with the laser beam condensed by the condensing optical system 108,
Performs hole processing, pattern processing, cutting, welding, heat treatment, etc. of the work piece.
【００３５】なお、この集光光学系１０８は、加工ヘッ
ドが移動して、加工を行う走査型の場合であるため、あ
る可動範囲をもっている。The condensing optical system 108 has a certain movable range because it is a scanning type in which the machining head moves to perform machining.
【００３６】また、集光光学系１０８の位置が移動した
り、熱レンズ効果などの影響で、ビームプロファイルが
変化して、集光集光光学系１０８に入射するビーム半径
が変化しようとしたとき、入射ビーム半径の変化を補正
するように、コリメーション光学系１０５の内のコリメ
ーションレンズ１０７は、移動しビームプロファイルを
制御する。When the position of the condensing optical system 108 is moved or the beam profile is changed due to the influence of the thermal lens effect or the like, the beam radius incident on the condensing optical system 108 is about to change. The collimation lens 107 in the collimation optical system 105 moves to control the beam profile so as to correct the change in the incident beam radius.
【００３７】本実施例のように、図１で示されるような
レーザ加工装置を使用し、集光光学系１０８の可動範囲
内の任意の位置でレーザビームを集光させた場合、集光
光学系１０８に入射するビーム半径は、一定なので、
（数１）のような関係で、集光光学系１０８の位置によ
り集光半径は、ほぼ一定になりその結果加工位置によら
ず加工精度は、ほぼ一定になる。As in this embodiment, when the laser processing apparatus as shown in FIG. 1 is used and the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 108, Since the beam radius incident on the system 108 is constant,
Due to the relationship as in (Equation 1), the converging radius becomes substantially constant depending on the position of the condensing optical system 108, and as a result, the processing accuracy becomes substantially constant regardless of the processing position.
【００３８】結果の一例として、図５に実際に集光光学
系１０８を５．５ｍ〜１０．５ｍまで１ｍおきに移動さ
せ、移動に伴う入射ビーム半径が変化しないようコリメ
ーションレンズ１０７を集光レンズの移動に追従して移
動させた際の集光光学系１０８の位置による集光径の計
算結果のグラフを実線Aに示す。As an example of the result, in FIG. 5, the condensing optical system 108 is actually moved from 5.5 m to 10.5 m at intervals of 1 m, and the collimation lens 107 is arranged so that the incident beam radius does not change due to the movement. A solid line A shows a graph of the calculation result of the condensing diameter according to the position of the condensing optical system 108 when the condensing optical system 108 is moved following the movement of the.
【００３９】集光径が約５９．３μｍと一定になってい
ることがわかる。厳密には、集光径は多少変化するがそ
れは、（数１）における集光光学系から集光点までの距
離Ｄｆが集光光学系位置により多少異なるからである。It can be seen that the focused diameter is constant at about 59.3 μm. Strictly speaking, the converging diameter slightly changes because the distance Df from the condensing optical system to the condensing point in (Equation 1) slightly differs depending on the condensing optical system position.
【００４０】比較のため、従来例で示したようにコリメ
ーションレンズ１０７をビームウエストから４．５ｍの
ところにを固定し、コリメーションレンズ１０７通過後
のレーザビームが集光レンズ１０８の可動範囲のほぼ中
心点にビームウエストをもつようにした場合の集光レン
ズ位置による集光半径のグラフを実線Bに示す。For comparison, as shown in the conventional example, the collimation lens 107 is fixed at 4.5 m from the beam waist, and the laser beam after passing through the collimation lens 107 is almost at the center of the movable range of the condenser lens 108. The solid line B shows a graph of the focusing radius depending on the position of the focusing lens when the point has a beam waist.
【００４１】集光半径の変化は、５８．３〜５９．４
と、本実施例に比し大きい。以上のように、本実施例に
よれば、レーザ加工装置においてレーザ発振器と集光レ
ンズの間にコリメーション光学系を挿入し、集光光学系
の移動や、熱レンズ効果などによるビームプロファイル
の変化により、集光光学系に入射するレーザビームの半
径が変化しようとしたときに、その変化を補正するよう
に、コリメーション光学系の少なくとも一部を移動させ
れば、集光光学系の変化や熱レンズ効果などによるビー
ムプロファイルの変化にかかわらず集光径を一定に出
来、その結果加工位置によらず加工精度も一定になる。The change in the focusing radius is 58.3 to 59.4.
Is larger than that of this embodiment. As described above, according to the present embodiment, the collimation optical system is inserted between the laser oscillator and the condenser lens in the laser processing apparatus, and the movement of the condenser optical system or the change of the beam profile due to the thermal lens effect or the like is performed. , When the radius of the laser beam incident on the focusing optical system is about to change, if at least a part of the collimation optical system is moved so as to correct the change, the change of the focusing optical system or the thermal lens The converging diameter can be made constant regardless of changes in the beam profile due to effects, etc., and as a result, the processing accuracy becomes constant regardless of the processing position.
【００４２】（実施例２）以下、本発明の第二の実施例
について、図面を参照しながら説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４３】図２は、本発明の実施例におけるレーザ加
工装置の概念図である。図２において、２０１はＣＯ2
レーザ発振器、２０２はＣＯ2レーザ発振器２０１の光
共振器、２０３は光共振器２０２のリアミラー、２０４
は光共振器２０２の出力鏡、２０５はコリメーション光
学系、２０６、２０７はコリメーション光学系を構成す
るコリメーションレンズ、２０８は集光光学系で、本実
施例中は１枚の集光レンズとする。FIG. 2 is a conceptual diagram of the laser processing apparatus in the embodiment of the present invention. In FIG. 2, 201 is CO 2
A laser oscillator, 202 is an optical resonator of the CO 2 laser oscillator 201, 203 is a rear mirror of the optical resonator 202, 204
Is an output mirror of the optical resonator 202, 205 is a collimation optical system, 206 and 207 are collimation lenses forming a collimation optical system, and 208 is a condensing optical system. In this embodiment, one condensing lens is used.
【００４４】そして、２０９は被加工物、２１０は駆動
ステージである。なお、リアミラー２０３、出力鏡２０
４、コリメーションレンズ２０６、２０７、集光光学系
２０８の材質は、ＺｎＳｅとする。209 is a workpiece, and 210 is a drive stage. The rear mirror 203 and the output mirror 20
4. The material of the collimation lenses 206 and 207 and the condensing optical system 208 is ZnSe.
【００４５】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
詳細について説明する。光共振器２０２について、リア
ミラー２０３と出力鏡２０４の曲率半径は、２０ｍ、リ
アミラー２０３と出力鏡２０４の間隔は、４ｍである。Details of the laser processing apparatus according to this embodiment will be described below. Regarding the optical resonator 202, the radius of curvature of the rear mirror 203 and the output mirror 204 is 20 m, and the distance between the rear mirror 203 and the output mirror 204 is 4 m.
【００４６】このような共振器構造にすると、レーザ発
振器２０１から出力されるレーザビームは、２０３、２
０４の中間にビームウエストを持つ。With such a resonator structure, the laser beam output from the laser oscillator 201 is 203,2.
It has a beam waist in the middle of 04.
【００４７】また、外部光学系については、コリメーシ
ョンレンズ２０６の焦点距離は、０．９５ｍ、位置は光
共振器内のビームウエストからビームの進行方向に約２
ｍ、つまり出力鏡２０４の直後とする。コリメーション
レンズ２０７の焦点距離は１．５１ｍ、位置は光共振器
内のビームウエストから４ｍ〜５ｍ駆動ステージ２１０
によりレーザビームの進行方向に移動可能とする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 206 is 0.95 m, and the position is about 2 from the beam waist in the optical resonator in the beam traveling direction.
m, that is, immediately after the output mirror 204. The focal length of the collimation lens 207 is 1.51 m, and the position is 4 m to 5 m from the beam waist in the optical resonator.
This makes it possible to move in the traveling direction of the laser beam.
【００４８】以下、本実施例におけるレーザ加工機の動
作について説明する。ＣＯ2レーザ発振器２０１から発
振されたレーザビームは、コリメーション光学系２０５
へ入射する。The operation of the laser processing machine in this embodiment will be described below. The laser beam emitted from the CO 2 laser oscillator 201 is collimation optical system 205.
Incident on.
【００４９】このコリメーション光学系２０５は、ＣＯ
2レーザ発振器２０１より出力したレーザビームが、発
散して、伝送経路中で大きくなってしまうのを防ぐとと
もに、所定の焦点距離、配置を与えることにより、伝送
中のレーザビームをコントロールするものである。This collimation optical system 205 uses CO
(2 ) The laser beam output from the laser oscillator 201 is prevented from diverging and becoming large in the transmission path, and the laser beam being transmitted is controlled by giving a predetermined focal length and arrangement. .
【００５０】本実施例中では、レーザビームが集光光学
系２０８のの位置でビームウエストをもつようにコリメ
ーション光学系２０５は配置されている。In this embodiment, the collimation optical system 205 is arranged so that the laser beam has a beam waist at the position of the condensing optical system 208.
【００５１】そして集光光学系２０８によって集光され
たレーザビームは被加工物２０９の表面上に照射され、
被加工物２０９の切断、溶接、熱処理等を行う。The laser beam condensed by the condensing optical system 208 is applied to the surface of the workpiece 209,
The workpiece 209 is cut, welded, heat-treated and the like.
【００５２】なお、この集光光学系２０８は、加工ヘッ
ドが移動して、加工を行う走査型の場合であるため、あ
る可動範囲をもっている。The condensing optical system 208 has a certain movable range because it is a scanning type in which the machining head moves to perform machining.
【００５３】また、集光光学系２０８が可動範囲内で位
置が移動したり、熱レンズ効果などの影響で、ビームプ
ロファイルが変化して、レーザビームが集光光学系２０
８の位置でビームウエストをもたなくなるような場合に
おいても、コリメーションレンズ２０７が、集光光学系
２０８の移動やビームプロファイルの変化に追従して移
動し、常にレーザビームが集光光学系２０８の位置でビ
ームウエストをもつように、ビームプロファイルを制御
する。Further, the beam profile changes due to the movement of the condensing optical system 208 within the movable range, the influence of the thermal lens effect, etc., and the laser beam is condensed by the condensing optical system 20.
Even when the beam waist does not exist at the position of 8, the collimation lens 207 moves following the movement of the condensing optical system 208 and the change of the beam profile, and the laser beam is always kept in the condensing optical system 208. Control the beam profile to have a beam waist at the location.
【００５４】本実施例のように図２で示されるようなレ
ーザ加工装置を使用し、集光光学系２０８の可動範囲内
の任意の位置でレーザビームを集光させた場合、集光光
学系２０８の位置の変化や熱レンズ効果などによるビー
ムプロファイルの変化にかかわらずレーザビームが集光
レンズ２０８の位置でビームウエストをもつので、集光
光学系２０８から集光点までの距離は、集光光学系２０
８の位置によらず、常に一定になる。When the laser processing apparatus as shown in FIG. 2 is used as in this embodiment and the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 208, the focusing optical system Since the laser beam has a beam waist at the position of the condenser lens 208 regardless of the change of the position of 208 and the change of the beam profile due to the thermal lens effect, the distance from the condensing optical system 208 to the condensing point is Optical system 20
It is always constant regardless of the position of 8.
【００５５】結果の一例とし、本実施例で示されるＣＯ
2レーザ発振器２０１からガウシャンビームが発振され
るとし、集光光学系２０８をビームウエストから５．５
ｍ〜１０．５ｍまで移動させた場合の集光光学系位置ビ
ームウエストから５．５ｍ，８．０ｍ，１０．５ｍでの
集光ビームプロファイルを図６に５．５ｍのものを実線
A、８．０ｍのものを点線B、１０．５ｍのものを一点差
線Cで示す。As an example of the result, CO shown in this embodiment
2 When the Gaussian beam is emitted from the laser oscillator 201, the condensing optical system 208 is set to 5.5 from the beam waist.
FIG. 6 is a solid line showing the converging beam profile at 5.5 m, 8.0 m, and 10.5 m from the beam waist of the converging optical system when moved from m to 10.5 m.
A, 8.0 m is shown by a dotted line B, and 10.5 m is shown by a one-dot chain line C.
【００５６】比較のためコリメーション光学系２０５を
挿入しない場合の同じ場所での集光ビームプロファイル
を図７にやはり５．５ｍのものを実線A、８．０ｍのも
のを点線B、１０．５ｍのものを一点差線Cで示す。For comparison, the focused beam profile at the same location when the collimation optical system 205 is not inserted is shown in FIG. 7 in which the 5.5 m line is solid line A, the 8.0 m line is dotted line B, and 10.5 m. The thing is shown by the dashed-dotted line C.
【００５７】図７から解るように、本実施例で示される
ようなレーザ加工装置を用いると、集光光学系２０８か
ら集光点までの距離が集光光学系２０８の可動範囲内で
集光光学系２０８がどの位置にあろうと一致し、特に、
穴あけ加工等のビームプロファイルと被加工物の位置関
係が加工精度に影響する加工において、図７に比べ加工
位置によらず加工精度が安定することがわかる。As can be seen from FIG. 7, when the laser processing apparatus as shown in this embodiment is used, the distance from the condensing optical system 208 to the condensing point is condensing within the movable range of the condensing optical system 208. Wherever the optical system 208 is,
It can be seen that, in machining such as drilling in which the positional relationship between the beam profile and the workpiece affects the machining accuracy, the machining accuracy is stable regardless of the machining position as compared with FIG. 7.
【００５８】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置において、レーザ発振器と集光レンズの間にコリ
メーション光学系を挿入し、基本的に集光光学系の位置
とコリメーション光学系通過後のレーザビームのビーム
ウエスト位置を一致させるようにコリメーション光学系
を配置し、集光光学系の移動や熱レンズ効果などによる
ビームプロファイルの変化が原因で、集光光学系の位置
にあるレーザビームのビームウエスト位置が変化しよう
としたとき、コリメーション光学系の少なくとも一部に
移動機能をもたせ、ビームウエスト位置を常に集光光学
系の位置と一致させるようにレーザビームを制御するよ
うな、構成をとることにより、集光光学系の位置の変化
やビームプロファイルの変化にかかわらず、集光光学系
から集光点までの距離を一定に出来、その結果穴あけな
どの加工において、加工位置の変化やビームプロファイ
ルの変化によらず加工精度を安定させることが出来る。As described above, according to the present embodiment, in the laser processing apparatus, the collimation optical system is inserted between the laser oscillator and the condenser lens, and basically, the position of the condenser optical system and the position after passing the collimation optical system are passed. The collimation optical system is arranged so that the beam waist positions of the laser beams are aligned, and the change in the beam profile due to the movement of the focusing optical system or the thermal lens effect causes the laser beam at the position of the focusing optical system to change. When the beam waist position is about to change, at least a part of the collimation optical system has a moving function, and the laser beam is controlled so that the beam waist position always coincides with the position of the focusing optical system. As a result, regardless of changes in the position of the focusing optical system or changes in the beam profile, Can a release constant, in its processing, such as results drilling, machining accuracy irrespective of the change in the change and beam profile of the working position can be stabilized.
【００５９】（実施例３）以下、本発明の第三の実施例
について、図面を参照しながら説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００６０】図３は、本発明の第三の実施例におけるレ
ーザ加工装置の概念図である。図３において、３０１は
ＣＯ2レーザ発振器、３０２はＣＯ2レーザ発振器３０１
の光共振器、３０３は光共振器３０２のリアミラー、３
０４は光共振器３０２の出力鏡、３０５はコリメーショ
ン光学系、３０６、３０７はコリメーション光学系を構
成するコリメーションレンズ、３０８は集光光学系、本
実施例中は１枚の集光レンズとする。３０９は被加工
物、３１０は駆動ステージ、３１１は集光レンズ３０８
をホールドする鏡筒、３１２はハーフミラー、３１３は
パワーメータ、３１４はフィードバック回路である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, 301 is a CO 2 laser oscillator, and 302 is a CO 2 laser oscillator 301.
Optical resonator, 303 is a rear mirror of the optical resonator 302, 3
Reference numeral 04 is an output mirror of the optical resonator 302, reference numeral 305 is a collimation optical system, reference numerals 306 and 307 are collimation lenses forming a collimation optical system, reference numeral 308 is a condenser optical system, and one condenser lens is used in this embodiment. 309 is a workpiece, 310 is a drive stage, 311 is a condenser lens 308.
Is a half mirror, 312 is a half mirror, 313 is a power meter, and 314 is a feedback circuit.
【００６１】なお、リアミラー３０３、出力鏡３０４、
コリメーションレンズ３０６、３０７、集光光学系３０
８、ハーフミラー３１２の材質は、ＺｎＳｅとする。The rear mirror 303, the output mirror 304,
Collimation lenses 306 and 307, focusing optical system 30
8. The material of the half mirror 312 is ZnSe.
【００６２】本実施例のレーザ加工装置の詳細について
説明する。リアミラー３０３と出力鏡３０４の曲率半径
は約２０ｍ、リアミラー３０３と出力鏡３０４の間隔は
４ｍである。Details of the laser processing apparatus of this embodiment will be described. The radius of curvature of the rear mirror 303 and the output mirror 304 is about 20 m, and the distance between the rear mirror 303 and the output mirror 304 is 4 m.
【００６３】このような共振器構造にすると、レーザ発
振器３０１から出力されるレーザビームは、３０３、３
０４の中間にビームウエストを持つ。With this resonator structure, the laser beam output from the laser oscillator 301 is 303, 3
It has a beam waist in the middle of 04.
【００６４】また、外部光学系については、コリメーシ
ョンレンズ３０６の焦点距離は０．９５ｍ、コリメーシ
ョンレンズ３０６の位置は光共振器内のビームウエスト
からビームの進行方向に約２ｍのところとする。すなわ
ち、出力鏡３０４の直後とする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 306 is 0.95 m, and the position of the collimation lens 306 is about 2 m from the beam waist in the optical resonator in the beam traveling direction. That is, immediately after the output mirror 304.
【００６５】コリメーションレンズ３０７の焦点距離は
１．５１ｍ、コリメーションレンズ３０７の位置は光共
振器内のビームウエストから４ｍ〜５ｍ移動可能とす
る。集光光学系３０８の焦点距離は１２７ｍｍ、なお光
共振器３０２内のビームウエストからレーザビーム３１
１の進行方向に５．５ｍ〜１０．５ｍまで移動可能とす
る。The focal length of the collimation lens 307 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 307 can be moved by 4 to 5 m from the beam waist in the optical resonator. The focal length of the condensing optical system 308 is 127 mm, the laser beam 31 from the beam waist in the optical resonator 302.
It is possible to move in the traveling direction of 1 from 5.5 m to 10.5 m.
【００６６】以下、本実施例におけるレーザ加工器の動
作について説明する。ＣＯ2レーザ発振器３０１から発
振されたレーザビームは、コリメーション光学系３０５
へ入射する。The operation of the laser beam machine according to this embodiment will be described below. The laser beam emitted from the CO 2 laser oscillator 301 is collimation optical system 305.
Incident on.
【００６７】このコリメーション光学系３０５は、ＣＯ
2レーザ発振器３０１より出力したレーザビームが、発
散して、伝送経路中で大きくなってしまうのを防ぐとと
もに、所定の焦点距離、配置を与えることにより、伝送
中のレーザビームをコントロールするものである。This collimation optical system 305 is a CO
(2 ) The laser beam output from the laser oscillator 301 is prevented from diverging and becoming large in the transmission path, and the laser beam being transmitted is controlled by giving a predetermined focal length and arrangement. .
【００６８】そして、集光光学系３０８によって集光さ
れたレーザビームは被加工物３０９の表面上に照射さ
れ、被加工物３０９の切断、溶接、熱処理等を行う。Then, the laser beam condensed by the condensing optical system 308 is irradiated on the surface of the work piece 309, and the work piece 309 is cut, welded, heat-treated and the like.
【００６９】なお、この集光光学系３０８は、加工ヘッ
ドが移動して、加工を行う走査型の場合であるため、あ
る可動範囲をもっている。The condensing optical system 308 has a certain movable range because it is a scanning type in which the machining head moves to perform machining.
【００７０】また、集光光学系３０８に入射するレーザ
ビームの外側のごく一部は、集光光学系３０８を保持す
る鏡筒に接続されているハーフミラー３１２により分岐
され、分岐されたビームはパワーメータ３１３に入射す
る。A small part of the outside of the laser beam incident on the condensing optical system 308 is branched by the half mirror 312 connected to the lens barrel holding the condensing optical system 308, and the branched beam is It is incident on the power meter 313.
【００７１】このパワーは、集光光学系３０８に入射す
るレーザビームの入射ビーム半径に比例する。This power is proportional to the incident beam radius of the laser beam incident on the focusing optical system 308.
【００７２】つまり、パワーメータ３１３に入射するレ
ーザビームのパワーが一定であれば、入射ビーム半径は
一定である。That is, if the power of the laser beam incident on the power meter 313 is constant, the radius of the incident beam is constant.
【００７３】集光光学系の移動や、熱レンズ効果などに
よるレーザビームのビームプロファイルの変化で、集光
光学系３０８に入射する入射ビーム半径が変化した際、
入射ビーム半径の変化をパワーメータ３１３に入射する
レーザビームのパワーの変化という形で測定し、その変
化量をフィードバック回路３１４で、パワーメータ３１
３に入射するパワーの変化を補正するようなコリメーシ
ョンレンズ３０７の移動量にフィードバックし、この移
動量の情報は、駆動ステージ３１０に送られ、その量だ
け駆動ステージ３１０によってコリメーションレンズ３
０７は移動され、常にパワーメータ３１３に入射するレ
ーザビームのパワーは、一定に保たれることになる。When the radius of the incident beam entering the focusing optical system 308 changes due to the movement of the focusing optical system or the change of the beam profile of the laser beam due to the thermal lens effect or the like,
A change in the incident beam radius is measured in the form of a change in the power of the laser beam incident on the power meter 313, and the amount of change is measured by the feedback circuit 314 in the power meter 31.
3 is fed back to the movement amount of the collimation lens 307 so as to correct the change in the power incident on the collimation lens 307, and the information of this movement amount is sent to the drive stage 310, and the drive stage 310 corresponds to that amount of information.
07 is moved, and the power of the laser beam incident on the power meter 313 is always kept constant.
【００７４】結果として、集光レンズ７に入射する入射
ビーム半径は、一定になる。本実施例のように、図３で
示されるようなレーザ加工装置を使用し、集光光学系３
０８の可動範囲内の任意の位置でレーザビームを集光さ
せた場合、集光レンズ３０８の移動や熱レンズ効果など
によるビームプロファイルの変化によらず集光レンズ３
０８に入射するビーム径は、一定なので、（数１）のよ
うな関係で、集光レンズ３０８の位置により集光半径
は、ほぼ一定になり、その結果本実施例で示されるよう
なレーザ加工装置を穴加工、パターン加工、切断、溶
接、熱処理、などのレーザ加工に用いた場合、加工位置
によらず、加工精度は、ほぼ一定になる。As a result, the radius of the incident beam incident on the condenser lens 7 becomes constant. As in this embodiment, a laser processing apparatus as shown in FIG. 3 is used, and the focusing optical system 3 is used.
When the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of 08, the focusing lens 3 does not depend on the movement of the focusing lens 308 or the change of the beam profile due to the thermal lens effect or the like.
Since the beam diameter incident on 08 is constant, the converging radius becomes almost constant depending on the position of the condensing lens 308 due to the relationship as shown in (Equation 1), and as a result, laser processing as shown in this embodiment is performed. When the device is used for laser processing such as hole processing, pattern processing, cutting, welding, heat treatment, etc., the processing accuracy is almost constant regardless of the processing position.
【００７５】図５に、実際に集光レンズ３０８を、５．
５ｍ〜１０．５ｍまで１ｍおきに移動させ、移動に伴う
入射ビーム半径が変化しないように、コリメーションレ
ンズ３０７を集光光学系３０８の移動に追従して移動さ
せた際の集光光学系位置による集光半径の計算結果のグ
ラフを実線Aに示す。In FIG. 5, the condenser lens 308 is actually set to 5.
Depending on the position of the condensing optical system when the collimation lens 307 is moved following the movement of the condensing optical system 308 so that the radius of the incident beam does not change with the movement, the collimation lens 307 is moved from 5 m to 10.5 m in every 1 m. The solid line A shows the graph of the calculation result of the focusing radius.
【００７６】集光半径が、約５９．３μｍと一定になっ
ていることがわかる。厳密には、集光半径は多少変化す
るが、それは（数１）における集光レンズから集光点ま
での距離Ｄｆが集光レンズ位置により多少異なるからで
ある。It can be seen that the condensing radius is constant at about 59.3 μm. Strictly speaking, the condensing radius slightly changes because the distance Df from the condensing lens to the condensing point in (Equation 1) slightly differs depending on the condensing lens position.
【００７７】比較のため従来例で示したようにコリメー
ションレンズ３０７をビームウエストから４．５ｍのと
ころにを固定し、コリメーションレンズ３０７通過後の
レーザビームが集光レンズ３０８の可動範囲のほぼ中心
点にビームウエストをもつようにした場合の集光レンズ
位置による集光半径のグラフを実線Bに示す。For comparison, as shown in the conventional example, the collimation lens 307 is fixed at 4.5 m from the beam waist, and the laser beam after passing through the collimation lens 307 is approximately at the center point of the movable range of the condenser lens 308. The solid line B shows the graph of the focusing radius depending on the position of the focusing lens when the beam waist is set to.
【００７８】集光半径の変化は、５８．３μｍ〜５９．
４μｍと本実施例に比較し大きい。以上のように、本実
施例によれば、レーザ加工装置において集光光学系の移
動や熱レンズ効果などによるビームプロファイルの変化
が原因で、集光レンズに入射するレーザビームの半径が
変化した際、変化したビーム半径の変化量を検出する機
能を設け、なおかつその変化を補正するようなコリメー
ション光学系の少なくとも一部の移動量にフィードバッ
クし、その量だけ上記コリメーション光学系の少なくと
も一つを移動し、常に上記レーザビームの上記集光光学
系に入射する際のビーム系を一定に保つことにより、集
光光学系の位置にかかわらず集光径を一定に出来、その
結果加工位置によらず加工精度も一定になる。The change in the focusing radius is 58.3 μm to 59.
4 μm, which is larger than that of this example. As described above, according to the present embodiment, when the radius of the laser beam entering the condenser lens changes due to the change of the beam profile due to the movement of the condenser optical system or the thermal lens effect in the laser processing apparatus. , A function to detect the amount of change in the changed beam radius is provided, and feedback is provided to the movement amount of at least a part of the collimation optical system that corrects the change, and at least one of the collimation optical systems is moved by that amount. However, by always keeping the beam system of the laser beam incident on the condensing optical system constant, the condensing diameter can be made constant regardless of the position of the condensing optical system, and as a result, regardless of the processing position. The processing accuracy is also constant.
【００７９】（実施例４）以下、本発明の第四の実施例
について、図面を参照しながら説明する。(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００８０】図４は、本発明の第四の実施例におけるレ
ーザ加工装置の概念図である。図４において、４０１は
ＣＯ2レーザ発振器、４０２はＣＯ2レーザ発振器４０１
の光共振器、４０３は光共振器４０２のリアミラー、４
０４は光共振器４０２の出力鏡、４０５はコリメーショ
ン光学系、４０６、４０７はコリメーション光学系４０
５を構成するコリメーションレンズ、４０８は集光光学
系で、本実施例中は１枚の集光レンズとする。FIG. 4 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, 401 is a CO 2 laser oscillator, and 402 is a CO 2 laser oscillator 401.
Optical resonator, 403 is a rear mirror of the optical resonator 402, 4
Reference numeral 04 is an output mirror of the optical resonator 402, 405 is a collimation optical system, and 406 and 407 are collimation optical systems 40.
5 is a collimation lens, and 408 is a condenser optical system, and in this embodiment, one condenser lens is used.
【００８１】そして、４０９は被加工物、４１０は駆動
ステージ、４１１は集光レンズ４０８をホールドする鏡
筒、４１２、４１３はハーフミラー、４１４、４１５は
パワーメータ、４１６はフィードバック回路である。Reference numeral 409 is a workpiece, 410 is a drive stage, 411 is a lens barrel for holding the condenser lens 408, 412 and 413 are half mirrors, 414 and 415 are power meters, and 416 is a feedback circuit.
【００８２】なお、リアミラー４０３、出力鏡４０４、
コリメーションレンズ４０６、４０７、集光光学系４０
８、ハーフミラー４１３の材質は、ＺｎＳｅとする。The rear mirror 403, the output mirror 404,
Collimation lenses 406 and 407, focusing optical system 40
8. The material of the half mirror 413 is ZnSe.
【００８３】本実施例のレーザ加工装置の詳細につい
て、説明する。リアミラー４０３と出力鏡４０４の曲率
半径は約２０ｍ、リアミラー４０３と出力鏡４０４の間
隔は４ｍである。Details of the laser processing apparatus of this embodiment will be described. The radius of curvature of the rear mirror 403 and the output mirror 404 is about 20 m, and the distance between the rear mirror 403 and the output mirror 404 is 4 m.
【００８４】このような共振器構造にするとレーザ発振
器４０１から出力されるレーザビームは、４０３、４０
４の中間にビームウエストを持つ。With this resonator structure, the laser beam output from the laser oscillator 401 is 403, 40.
It has a beam waist in the middle of 4.
【００８５】また、外部光学系についてはコリメーショ
ンレンズ４０６の焦点距離は０．９５ｍ、コリメーショ
ンレンズ４０６の位置は光共振器内のビームウエストか
らビームの進行方向に約２ｍのところとする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 406 is 0.95 m, and the position of the collimation lens 406 is about 2 m from the beam waist in the optical resonator in the beam traveling direction.
【００８６】すなわち、出力鏡４０４の直後とする。コ
リメーションレンズ４０７の焦点距離は１．５１ｍ、コ
リメーションレンズ４０７の位置は光共振器内のビーム
ウエストから４ｍ〜５ｍ移動可能とする。That is, it is immediately after the output mirror 404. The focal length of the collimation lens 407 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 407 is movable 4 m to 5 m from the beam waist in the optical resonator.
【００８７】集光光学系４０８の焦点距離は、１２７ｍ
ｍ、なお光共振器内のビームウエストからレーザビーム
の進行方向に５．５ｍ〜１０．５ｍまで移動可能とす
る。The focal length of the condensing optical system 408 is 127 m.
The distance from the beam waist inside the optical resonator is 5.5 m to 10.5 m in the traveling direction of the laser beam.
【００８８】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
動作について説明する。ＣＯ2レーザ発振器４０１から
発振されたレーザビームは、コリメーション光学系４０
５へ入射する。The operation of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. The laser beam oscillated from the CO 2 laser oscillator 401 is used for the collimation optical system 40.
Incident on 5.
【００８９】このコリメーション光学系４０５は、ＣＯ
2レーザ発振器４０１より出力したレーザビームが、発
散して、伝送経路中で大きくなってしまうのを防ぐとと
もに、所定の焦点距離、配置を与えることにより、伝送
中のレーザビームをコントロールするものである。The collimation optical system 405 is a CO
(2 ) The laser beam output from the laser oscillator 401 is prevented from diverging and becoming large in the transmission path, and the laser beam being transmitted is controlled by giving a predetermined focal length and arrangement. .
【００９０】本実施例中では、基本的にレーザビームが
集光光学系４０８の直前の位置でビームウエストをもつ
ようにコリメーション光学系４０５の焦点距離と配置は
選択されている。In this embodiment, the focal length and arrangement of the collimation optical system 405 are basically selected so that the laser beam has a beam waist immediately before the focusing optical system 408.
【００９１】そして、集光光学系４０８によって集光さ
れたレーザビームを、被加工物の表面上に照射し、被加
工物の穴加工、パターン加工、切断、溶接、熱処理等を
行う。Then, the surface of the object to be processed is irradiated with the laser beam condensed by the condensing optical system 408 to perform hole processing, pattern processing, cutting, welding, heat treatment, etc. of the processing object.
【００９２】なお、この集光光学系４０８は、加工ヘッ
ドが移動して、加工を行う走査型の場合であるため、あ
る可動範囲をもっている。The condensing optical system 408 has a certain movable range because it is a scanning type in which the machining head moves to perform machining.
【００９３】また、集光光学系４０８に入射するレーザ
ビームの外側のごく一部とその一部に対しレーザビーム
の断面の対角線上の端に位置するごく一部は、集光光学
系４０８を保持する鏡筒に接続されているハーフミラー
４１２、４１３により分岐され、分岐されたビームは、
それぞれパワーメータ４１３、４１４に入射する。Further, a small part of the outside of the laser beam incident on the condensing optical system 408 and a small part located at the diagonal end of the cross section of the laser beam with respect to the part are the condensing optical system 408. The beams branched and branched by the half mirrors 412 and 413 connected to the holding barrel are
The light enters the power meters 413 and 414, respectively.
【００９４】また、ハーフミラー４１２、４１３は、集
光光学系４０８に入射する直前のレーザビームを分岐す
るように配置され、ハーフミラー４１２は、ハーフミラ
ー４１３に比し、ややレーザ発振器よりで、レーザビー
ムを分岐するように配置される。Further, the half mirrors 412 and 413 are arranged so as to split the laser beam immediately before entering the focusing optical system 408, and the half mirror 412 is slightly closer to the laser oscillator than the half mirror 413. It is arranged so as to diverge the laser beam.
【００９５】パワーメータ４１４、４１５に入射するレ
ーザビームのパワーは、レーザビーム半径に比例する。The power of the laser beam incident on the power meters 414 and 415 is proportional to the radius of the laser beam.
【００９６】ということは、レーザビームがハーフミラ
ー４１２とハーフミラー４１３の中間で、つまり集光光
学系の直前にビームウエストをもてば、ハーフミラー４
１２、４１３の位置でビーム半径は、等しくなり、パワ
ーメータ４１４、４１５に入射するビームのパワーは、
等しくなる。This means that if the laser beam has a beam waist in the middle of the half mirrors 412 and 413, that is, immediately before the focusing optical system, the half mirror 4
The beam radii become equal at positions 12 and 413, and the power of the beam incident on the power meters 414 and 415 is
Will be equal.
【００９７】コリメーション光学系４０５は、基本的に
レーザビームが集光光学系４０８の直前でビームウエス
トをもつよう、言い替えればパワーメータ４１４、４１
５に入射するビームのパワーが等しく、つまりパワーメ
ータ４１４、４１５に入射するパワーの比が１：１にな
るように配置され、集光光学系の移動や熱レンズ効果な
どによるレーザビームのビームプロファイルの変化で、
集光光学系４０８の直前に位置するビームウエスト位置
が移動しようとした際、ビームウエスト位置の変化をパ
ワーメータ４１４、４１５に入射するレーザビームのパ
ワーの比の変化という形で測定し、その変化量をフィー
ドバック回路４１６で、パワーメータ４１４、４１５に
入射するパワーの比の変化を補正するようなコリメーシ
ョンレンズ４０７の移動量にフィードバックし、この移
動量の情報は、駆動ステージ４１０に送られ、その量だ
け駆動ステージ４１０によってコリメーションレンズ４
０７は移動され、常にパワーメータ４１４、４１５に入
射するレーザビームのパワーは、１：１に保たれる。The collimation optical system 405 basically causes the laser beam to have a beam waist immediately before the focusing optical system 408, in other words, the power meters 414 and 41.
5 are arranged so that the powers of the beams incident on the laser beam are equal to each other, that is, the ratios of the powers incident on the power meters 414 and 415 are 1: 1 and the beam profile of the laser beam due to the movement of the focusing optical system and the thermal lens effect. Change of
When the beam waist position located immediately before the condensing optical system 408 is about to move, a change in the beam waist position is measured in the form of a change in the power ratio of the laser beams incident on the power meters 414 and 415, and the change is measured. The feedback circuit 416 feeds back the amount to the movement amount of the collimation lens 407 that corrects the change in the ratio of the power incident on the power meters 414 and 415, and the information on the movement amount is sent to the drive stage 410, and The collimation lens 4 by the driving stage 410 by the amount
07 is moved so that the power of the laser beam incident on the power meters 414 and 415 is kept at 1: 1.
【００９８】結果として、レーザビームは集光光学系４
０８の直前でビームウエストをもつことになる。As a result, the laser beam is focused by the focusing optical system 4.
It will have a beam waist just before 08.
【００９９】本実施例のように、図４で示されるような
レーザ加工装置を使用し、集光光学系４０８の可動範囲
内の任意の位置でレーザビームを集光させた場合、集光
光学系４０８の位置にかかわらず、レーザビームが集光
レンズ４０８の直前でビームウエストをもつので、集光
光学系４０８から集光点までの距離は、集光光学系４０
８の位置によらず、ほぼ一定になる。When the laser processing apparatus as shown in FIG. 4 is used as in this embodiment and the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 408, the focusing optical system Since the laser beam has a beam waist immediately before the condenser lens 408 regardless of the position of the system 408, the distance from the condenser optical system 408 to the condenser point is
It becomes almost constant regardless of the position of 8.
【０１００】結果の一例とし、本実施例で示されるＣＯ
2レーザ発振器４０１からガウシャンビームが発振され
るとし、集光光学系４０８をビームウエストから５．５
ｍ〜１０．５ｍまで移動させた場合の集光光学系位置ビ
ームウエストから５．５ｍ，８．０ｍ，１０．５ｍでの
集光ビームプロファイルを図６に５．５ｍのものを実線
A、８．０ｍのものを点線B、１０．５ｍのものを一点差
線Cで示す。As an example of the result, CO shown in this embodiment
2 Assume that a Gaussian beam is emitted from the laser oscillator 401, and the condensing optical system 408 is set to 5.5 from the beam waist.
FIG. 6 is a solid line showing the converging beam profile at 5.5 m, 8.0 m, and 10.5 m from the beam waist of the converging optical system when moved from m to 10.5 m.
A, 8.0 m is shown by a dotted line B, and 10.5 m is shown by a one-dot chain line C.
【０１０１】比較のため、コリメーション光学系４０５
を挿入しない場合の同じ場所での集光ビームプロファイ
ルを図７にやはり５．５ｍのものを実線A、８．０ｍの
ものを点線B、１０．５ｍのものを一点差線Cで示す。For comparison, collimation optical system 405
FIG. 7 shows a focused beam profile at the same location without the insertion of a line, a solid line A for 5.5 m, a dotted line B for 8.0 m, and a dashed line C for 10.5 m.
【０１０２】図６から解るように、本実施例で示される
ようなＣＯ2レーザ発振器４０１を用いると、集光光学
系４０８から集光点までの距離が集光光学系４０８が可
動範囲内でどの場所にあっても一致し、特に穴あけ等の
ビームプロファイルと被加工物の位置関係が加工精度に
影響する加工において、図７に比べ加工位置によらず加
工精度が安定することがわかる。As can be seen from FIG. 6, when the CO 2 laser oscillator 401 as shown in this embodiment is used, the distance from the focusing optical system 408 to the focusing point is within the movable range of the focusing optical system 408. It can be seen that the positions are the same regardless of the position, and particularly in the processing in which the positional relationship between the beam profile and the workpiece affects the processing accuracy, such as drilling, the processing accuracy is stable regardless of the processing position compared to FIG. 7.
【０１０３】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置においてレーザ発振器と集光光学系の間にコリメ
ーション光学系をコリメーション光学系通過後のレーザ
ビームのビームウエスト位置が、基本的に集光光学系の
直前に位置するように配置し、集光光学系の移動や熱レ
ンズ効果などによるビームプロファイルの変化が原因
で、集光光学系の直前にあるレーザビームのビームウエ
スト位置が変化した際、その変化を検出する機能を設
け、なおかつその変化量を補正するようなコリメーショ
ン光学系の少なくとも一部の移動量にフィードバック
し、その量だけコリメーション光学系の少なくとも一つ
を移動し、常にレーザビームのビームウエスト位置が集
光光学系の直前に位置するようにすれば、集光光学系の
位置の変化やビームプロファイルの変化にかかわらず、
集光光学系から集光点までの距離を一定に出来、その結
果、穴あけ等の加工において加工位置の変化やビームプ
ロファイルの変化によらず加工精度を安定させることが
出来る。As described above, according to this embodiment, the beam waist position of the laser beam after passing the collimation optical system between the laser oscillator and the focusing optical system in the laser processing apparatus is basically collected. The beam waist position of the laser beam in front of the condensing optical system changed due to the movement of the condensing optical system and the change of the beam profile due to the thermal lens effect, etc. In this case, a function to detect the change is provided, and at the same time, the amount of movement is fed back to at least a part of the collimation optical system to correct the amount of change, and at least one of the collimation optical systems is moved by that amount, and the laser is constantly operated. If the beam waist position of the beam is located immediately before the focusing optical system, the position of the focusing optical system and the beam profile will change. Regardless of the change of Airu,
The distance from the condensing optical system to the condensing point can be made constant, and as a result, in machining such as drilling, the machining accuracy can be stabilized irrespective of the machining position and the beam profile.
【０１０４】なお、以上の実施例においては、レーザ発
振器としてＣＯ2レーザを用いて代表的に説明したが、
加工の用途などに応じ、YAGレーザ、ルビーレーザ、エ
キシマレーザなどその他のレーザを用いてもよい。In the above embodiments, a CO 2 laser is used as a laser oscillator as a typical description.
Other lasers such as a YAG laser, a ruby laser, an excimer laser may be used depending on the application of processing.
【０１０５】また、光学系の材質には、ＣＯ2レーザに
適するＺｎＳｅを用いたが、実際に使用するレーザ発振
器の種類に応じて、他の使用可能な光学系を用いること
ができる。Although ZnSe suitable for the CO 2 laser is used as the material of the optical system, other usable optical systems can be used depending on the type of laser oscillator actually used.
【０１０６】[0106]
【発明の効果】以上のように集光光学系とレーザ発振器
の間にコリメーション光学系を挿入し、コリメーション
光学系の少なくとも一部に対し、レーザビームを制御す
るよう移動するような機能を設けることにより、所定に
ビームを制御することが出来、加工精度を制御すること
が出来る。As described above, the collimation optical system is inserted between the condensing optical system and the laser oscillator, and at least a part of the collimation optical system is provided with a function to move so as to control the laser beam. Thus, the beam can be controlled in a predetermined manner and the processing accuracy can be controlled.
【０１０７】また、レーザビームの集光光学系に入射す
る際のビーム半径が、変化しないように、レーザ発振器
と集光光学系の間に挿入されたコリメーション光学系の
少なくとも一部が、集光光学系に入射する上記レーザビ
ームの入射ビーム半径の変化量を補正するように、移動
するような機能を設けることにより、集光径を常に一定
にでき、安定した加工精度が得られる。At least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the focusing optical system is focused so that the beam radius of the laser beam when entering the focusing optical system does not change. By providing a function of moving so as to correct the amount of change in the incident beam radius of the laser beam incident on the optical system, the converging diameter can always be made constant, and stable processing accuracy can be obtained.
【０１０８】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が移動
し、レーザビームを集光光学系で集光した際の集光光学
系から集光点までの距離が、変化しないようにレーザビ
ームを制御するような構成を設けることにより、常に集
光レンズから集光点までの距離を一定に出来、安定した
加工精度が得られる。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condensing optical system moves, and when the laser beam is condensed by the condensing optical system, a condensing point from the condensing optical system. By providing a configuration in which the laser beam is controlled so that the distance to the point does not change, the distance from the condensing lens to the condensing point can always be made constant, and stable processing accuracy can be obtained.
【０１０９】また、レーザ発振器と集光光学系の間に挿
入されたコリメーション光学系の少なくとも一部が移動
し、レーザビームが集光光学系の位置に常にビームウエ
ストをもつように、レーザビームを制御するような構成
を設けることにより、常に集光レンズから集光点までの
距離を一定に出来、安定した加工精度が得られる。Further, the laser beam is adjusted so that at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the focusing optical system moves so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system. By providing a controllable structure, the distance from the condenser lens to the condensing point can always be made constant, and stable processing accuracy can be obtained.
【０１１０】また、集光光学系に入射するレーザビーム
の入射ビーム半径の変化を検出する機能を設け、なおか
つ、その変化を補正するようなレーザ発振器と集光光学
系の間に挿入されたコリメーション光学系の移動量にフ
ィードバックし、その量だけ上記コリメーション光学系
を移動するような構成にすることにより、集光径を常に
一定にでき、安定した加工精度が得られる。Further, a collimation inserted between the laser oscillator and the focusing optical system is provided to detect a change in the incident beam radius of the laser beam entering the focusing optical system, and to correct the change. By feeding back the movement amount of the optical system and moving the collimation optical system by that amount, the converging diameter can always be made constant, and stable processing accuracy can be obtained.
【０１１１】また、集光光学系の位置にあるレーザビー
ムのビームウエスト位置が変化した場合、その変化量を
検出する機能を設け、なおかつその変化を補正するよう
なコリメーション光学系の移動量にフィードバックし、
その量だけコリメーション光学系を移動し、常にレーザ
ビームが集光光学系の位置でビームウエストを持つよう
な構成とすることにより、集光径を常に一定にでき、安
定した加工精度が得られる。Further, when the beam waist position of the laser beam at the position of the condensing optical system changes, a function is provided to detect the amount of change and feedback is provided to the amount of movement of the collimation optical system so as to correct the change. Then
By moving the collimation optical system by that amount so that the laser beam always has a beam waist at the position of the condensing optical system, the converging diameter can always be made constant and stable processing accuracy can be obtained.
【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 1 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 2 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 3 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第４の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 4 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第１と第３の実施例における集光光学
系の位置と集光半径の関係を表す図FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the position of the condensing optical system and the condensing radius in the first and third embodiments of the present invention.
【図６】本発明の第２と第４の実施例における集光光学
系の位置と集光ビームプロファイルの関係を表す図FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position of a focusing optical system and a focused beam profile in the second and fourth embodiments of the present invention.
【図７】本発明の第２と第４の実施例におけるコリメー
ション光学系を挿入しない場合の集光光学系の位置と集
光ビームプロファイルの関係を表す図FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the position of the focusing optical system and the focused beam profile when the collimation optical system is not inserted in the second and fourth embodiments of the present invention.
【図８】従来における一台のレーザと多数の加工ヘッド
を有する加工装置の図FIG. 8 is a view of a conventional processing apparatus having one laser and multiple processing heads.
１０１ レーザ発振器 １０２ 光共振器 １０３ リアミラー １０４ 出力鏡 １０５ コリメーション光学系 １０６ コリメーションレンズ １０７ コリメーションレンズ １０８ 集光光学系 １０９ 被加工物 １１０ 駆動ステージ ２０１ レーザ発振器 ２０２ 光共振器 ２０３ リアミラー ２０４ 出力鏡 ２０５ コリメーション光学系 ２０６ コリメーションレンズ ２０７ コリメーションレンズ ２０８ 集光光学系 ２０９ 被加工物 ２１０ 駆動ステージ ３０１ レーザ発振器 ３０２ 光共振器 ３０３ リアミラー ３０４ 出力鏡 ３０５ コリメーション光学系 ３０６ コリメーションレンズ ３０７ コリメーションレンズ ３０８ 集光光学系 ３０９ 被加工物 ３１０ 駆動ステージ ３１１ 鏡筒 ３１２ ハーフミラー ３１３ パワーメータ ３１４ フィードバック回路 ４０１ レーザ発振器 ４０２ 光共振器 ４０３ リアミラー ４０４ 出力鏡 ４０５ コリメーション光学系 ４０６ コリメーションレンズ ４０７ コリメーションレンズ ４０８ 集光光学系 ４０９ 被加工物 ４１０ 駆動ステージ ４１１ 鏡筒 ４１２ ハーフミラー ４１３ ハーフミラー ４１４ パワーメータ ４１５ パワーメータ ４１６ フィードバック回路 101 Laser Oscillator 102 Optical Resonator 103 Rear Mirror 104 Output Mirror 105 Collimation Optical System 106 Collimation Lens 107 Collimation Lens 108 Condensing Optical System 109 Workpiece 110 Driving Stage 201 Laser Oscillator 202 Optical Resonator 203 Rear Mirror 204 Output Mirror 205 Collimation Optical System 206 Collimation Lens 207 Collimation Lens 208 Condensing Optical System 209 Workpiece 210 Drive Stage 301 Laser Oscillator 302 Optical Resonator 303 Rear Mirror 304 Output Mirror 305 Collimation Optical System 306 Collimation Lens 307 Collimation Lens 308 Condensing Optical System 309 Workpiece 310 Drive stage 311 Lens barrel 312 Half mirror 313 Power meter 314 Feed back Circuit 401 Laser oscillator 402 Optical resonator 403 Rear mirror 404 Output mirror 405 Collimation optical system 406 Collimation lens 407 Collimation lens 408 Condensing optical system 409 Work piece 410 Driving stage 411 Lens barrel 412 Half mirror 413 Half mirror 414 Power meter 415 Power Meter 416 Feedback circuit
Claims (9)
発振されたレーザビームを集光し前記レーザ発振器より
発振された前記レーザビームの進行方向にそって少なく
ともその一部が移動可能な集光光学系と、前記集光光学
系と前記レーザ発振器の間に設置されたコリメーション
光学系とを有し、前記コリメーション光学系の少なくと
も一部を移動することにより、前記レーザビームを所定
に制御するレーザ加工装置。1. A laser oscillator and a condensing optical system capable of condensing a laser beam oscillated by the laser oscillator and moving at least a part thereof in a traveling direction of the laser beam oscillated by the laser oscillator. And a collimation optical system installed between the condensing optical system and the laser oscillator, and at least a part of the collimation optical system is moved to control the laser beam in a predetermined manner. .
を移動することにより、レーザビームの集光光学系に入
射する際のビーム半径が変化しないように、レーザビー
ムを制御する請求項１記載のレーザ加工装置。2. The laser processing according to claim 1, wherein the laser beam is controlled by moving at least a part of the collimation optical system so that the beam radius of the laser beam when entering the focusing optical system does not change. apparatus.
を移動することにより、レーザビームを集光光学系で集
光した際の前記集光光学系から集光点までの距離が変化
しないように、レーザビームを制御する請求項１記載の
レーザ加工装置。3. A laser is provided by moving at least a part of the collimation optical system so that the distance from the focusing optical system to the focusing point does not change when the laser beam is focused by the focusing optical system. The laser processing apparatus according to claim 1, which controls a beam.
を移動することにより、レーザビームが集光光学系の位
置に常にビームウエストをもつように、レーザビームを
制御する請求項１記載のレーザ加工装置。4. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is controlled so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system by moving at least a part of the collimation optical system.
射ビーム半径の変化を検出する検出手段を設け、前記検
出手段で検出した変化を補正するようにコリメーション
光学系の移動量にフィードバックして前記コリメーショ
ン光学系を移動し、常に前記レーザビームの前記集光光
学系に入射する際のビーム半径を一定に保つ請求項２記
載のレーザ加工装置。5. A detector is provided for detecting a change in an incident beam radius of a laser beam incident on the condensing optical system, and is fed back to a movement amount of the collimation optical system so as to correct the change detected by the detector. 3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the collimation optical system is moved to keep the beam radius of the laser beam incident on the focusing optical system constant at all times.
ビームウエスト位置が変化した場合、その変化を検出す
る検出手段を設け、前記検出手段で検出した変化を補正
するように前記コリメーション光学系の移動量にフィー
ドバックして前記コリメーション光学系を移動し、常に
前記レーザビームが前記集光光学系の位置でビームウエ
ストを持つようにする請求項４記載のレーザ加工装置。6. When the beam waist position of the laser beam at the position of the condensing optical system changes, a detecting means for detecting the change is provided, and the collimation optical system is arranged to correct the change detected by the detecting means. 5. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the collimation optical system is moved by feeding back to the movement amount of the laser beam so that the laser beam always has a beam waist at the position of the focusing optical system.
が、２枚のレンズより構成された請求項１から６のいず
れか記載のレーザ加工装置。7. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the collimation collimation optical system is composed of two lenses.
より構成する請求項７記載のレーザ加工装置。8. The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the collimation optical system is composed of two convex lenses.
り、集光光学系とコリメーション光学系の材質をＺｎＳ
ｅとした請求項８記載のレーザ加工装置。9. The laser oscillator is a CO 2 laser oscillator, and the material of the focusing optical system and the collimation optical system is ZnS.
The laser processing apparatus according to claim 8, wherein the laser beam processing apparatus is e.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5333870A JPH07185861A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5333870A JPH07185861A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07185861A true JPH07185861A (en) | 1995-07-25 |
Family
ID=18270873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5333870A Pending JPH07185861A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Country Status (1)
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