JPH0726085U - 光軸移動型レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工ヘッドの軸ストローク全域に亘っ
て均一のエネルギ密度のもとに安定した加工性能が得ら
れるよう改良された光軸移動型レーザ加工装置を提供す
ることにある。 【構成】 レーザビームを加工部へ照射するレーザビー
ムノズル９を保持したレーザ加工ヘッド３が一つの座標
軸方向に移動可能に設けられている光軸移動型レーザ加
工装置において、レーザ加工ヘッド３の移動方向の両側
より各々レーザビームをレーザ加工ヘッド３の移動方向
に沿う光路Ａ、Ｂを含んでレーザ加工ヘッドの両側に伝
播する光路手段１５〜２１と、レーザ加工ヘッド３に設
けられレーザ加工ヘッド３の両側に与えられたレーザビ
ームを一つのビームに結合する光結合手段２５とを設
け、光結合手段２５により結合したレーザビームをレー
ザビームノズル９に供給することを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、光軸移動型レーザ加工装置に関し、特に光軸移動型レーザ加工装置 におけるレーザビーム伝播構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

レーザ加工装置には、レーザビームを加工部へ照射するレーザビームノズルを 保持したレーザ加工ヘッドが横水平方向（Ｙ軸方向）と垂直方向（Ｚ軸方向）と に移動し、ワークテーブルにて加工物が前後水平方向（Ｘ軸方向）に移動する２ 軸光移動１軸テーブル移動型の如き光軸移動型レーザ加工装置がある。

【０００３】 光軸移動型レーザ加工装置においては、レーザ加工ヘッドがＹ軸方向、Ｚ軸方 向に移動すると、レーザ発振器よりレーザビームノズルまでの光路長が変化する 。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

レーザビームは伝播過程にて広がりを生じ、光路長が長いほどビーム径が大き くなるから、光路長が変化すると、レーザ加工ベッドに設けられている集光レン ズに入射するレーザビームのビーム径が変化し、これに応じて集光レンズにより 集束されるレーザビームのスポット径が変化する。

【０００５】 このためレーザ加工ヘッドの移動に伴い加工部に照射されるレーザビームのエ ネルギ密度が変化し、加工性能が変動すると云う現象が生じる。

【０００６】 レーザ加工ヘッドのＹ軸方向の移動幅はＺ軸方向のそれに比して大きいため、 レーザ加工ヘッドがＹ軸方向の一方のストロークエンドに位置している場合と他 方のストロークエンドに位置している場合とでは、レーザビームのスポット径が 比較的大きく変化し、これに起因して実害が生じるほど加工性能が変動すること がある。

【０００７】 本考案は、従来の光軸移動型レーザ加工装置に於ける上述の如き問題点に着目 してなされたものであり、レーザ加工ヘッドの軸ストローク全域に亘って均一の エネルギ密度のもとに安定した加工性能が得られるよう改良された光軸移動型レ ーザ加工装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述の如き目的は、本考案によれば、レーザビームを加工部へ照射するレーザ ビームノズルを保持したレーザ加工ヘッドが一つの座標軸方向に移動可能に設け られている光軸移動型レーザ加工装置において、レーザ加工ヘッドの移動方向の 両側より各々レーザビームを前記レーザ加工ヘッドの移動方向に沿う光路を含ん で前記レーザ加工ヘッドの両側に伝播する光路手段と、前記レーザ加工ヘッドに 設けられ当該レーザ加工ヘッドの両側に与えられたレーザビームを一つのビーム に結合する光結合手段とを有し、前記光結合手段により結合されたレーザビーム を前記レーザビームノズルに供給するよう構成されていることを特徴とする光軸 移動型レーザ加工装置によって達成される。

【０００９】

【作用】

上述の如き構成によれば、レーザ加工ヘッドの移動方向の両側より各々レーザ ビームがレーザ加工ヘッドの両側に与えられ、このレーザビームは光結合手段に より一つのビームに結合されて一つのレーザビームとしてレーザビームノズルに 供給され、加工部におけるエネルギ密度は両レーザビームが重畳合成されたもの になる。

【００１０】 レーザ加工ヘッドが１つの座標軸方向に移動すると、レーザ加工ヘッドの一方 の側に与えられるレーザビームの光軸長さが長くなることに応じてレーザ加工ヘ ッドの他方の側に与えられるレーザビームの光軸長さが短くなり、この両レーザ ビームの相補的作用により、当該両レーザビームによる加工部におけるエネルギ 密度はレーザ加工ヘッドの座標軸方向の移動に拘らず概ね一定のものになる。

【００１１】

【実施例】

以下に本考案の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

【００１２】 図１は本考案による光軸移動型レーザ加工装置の一実施例を示している。図１ において、符号１は本体フレームを示しており、本体フレーム１はレーザ加工ヘ ッド３を横水平方向、即ちＹ軸方向に移動可能に支持としている。

【００１３】 レーザ加工ヘッド３は、Ｙ軸ボールねじ５によりＹ軸方向に往復駆動され、ま た図示には示されていないが、従来と同様の上下動機構により垂直方向、即ちＺ 軸方向に移動可能になっている。

【００１４】 レーザ加工ヘッド３には集光レンズ７とレーザビームノズル９とが取り付けら れており、レーザビームノズル９は、集光レンズ７により集束されたレーザビー ムを与えられ、このレーザビームをワークテーブル１１上に載置される加工物の 加工部へ照射する。

【００１５】 ワークテーブル１１は、図示されていないＸ軸駆動機構により、前後水平方向 、即ちＸ軸方向に駆動される。

【００１６】 本体フレーム１のＹ軸方向ストロークの中央部には光分配器１３が、Ｙ軸方向 の左右両ストロークエンド部の上下には各々全反射ミラー１５、１７、１９、２ １が各々固定配置されている。

【００１７】 光分配器１３は、ビームスプリッタ、プリズム、ミラー等の組み合わせにより 構成され、レーザ発振器２３よりレーザビームを入射してこれをＹ軸方向の左右 両ストロークエンド部へ向かう左右二つのレーザビームに均等分割する。

【００１８】 左右両ストロークエンド部の上側の全反射ミラー１５、１７は、各々光分配器 １３よりの左右のレーザビームを入射し、これを下側の全反射鏡１９、２１へ向 けて反射する。

【００１９】 左右両ストロークエンド部の下側の全反射ミラー１９、２１は、各々全反射鏡 １５、１７より左右のレーザビームを入射し、これを各々レーザ加工ヘッド３の 移動方向に沿う光路（Ｙ方向光路）Ａ、Ｂを含んでレーザ加工ヘッド３の両側へ 向けて反射する。

【００２０】 レーザ加工ヘッド３には光結合器２５が設けられている。光結合器２５は、ビ ームスプリッタ、偏光板、プリズム、ミラー等の組み合わせにより構成され、全 反射ミラー１９、２１より左右のレーザビームを各々入射してこの二つのレーザ ビームを一つのビームに同心に結合し、一つのビームに結合したレーザビームを 集光レンズ７へ向けて出射する。

【００２１】 上述の如き構成によれば、レーザ加工ヘッド３の移動方向の左右両側より各々 レーザビーム加工ヘッド３の光結合器２５に左右のレーザビームが与えられ、こ の左右のレーザビームは光結合器２５により一つのビームに同心に結合され、一 つのレーザビームとして集光レンズ７を経てレーザビームノズル９に供給される 。これにより加工部におけるエネルギ密度は左右両レーザビームが重畳合成され たものになる。

【００２２】 レーザ加工ヘッド３がＹ軸方向ストロークの中央部に位置している場合は、左 右のレーザビームの光路長Ａ、Ｂは互いに等しく、これによりレーザ発振器２３ より光結合器２５に至るまでの左右のレーザビームの全光路長も互いに等しくな る。この場合には光結合器２５に到達する左右のレーザビームのビーム径は互い に等しいものになり、これに伴い図２に示されている如く、左右のレーザビーム のスポット径Ｓｒ、Ｓｌは互いに等しいものになり、加工部におけるレーザビー ムは、互いに同一のスポット径ＳｒとＳｌによる左右のレーザビームが互いに同 心に重なり合ったものになる。

【００２３】 レーザ加工ヘッド３がＹ軸方向左側へ移動すると、左側のレーザビームの光路 長Ａが短くなり、これとは反対に右側のレーザビームの光路長Ｂが長くなる。こ り光路長の変化により、光結合器２５に到達する左右のレーザビームのうち、左 側のレーザビームのビーム径は小さくなり、右側のビーム径は大きくなる。これ に伴い図２に示されている如く、左側のレーザビームのスポット径Ｓｌは大きく なり、右側のレーザビームのスポット径Ｓｒは小さくなる。

【００２４】 これとは反対に、レーザ加工ヘッド３がＹ軸方向右側へ移動すると、上述の左 側への移動時と全く逆に、左側のレーザビームのスポット径Ｓｌは小さくなり、 右側のレーザビームのスポット径Ｓｒは大きくなり、何れの場合も、各スポット 径Ｓｒ、Ｓｌによる左右のレーザビームが互いに同心に重なり合って加工部に与 えられる。

【００２５】 ここで、スポット径が大きいとエネルギ密度が低く、スポット径が小さいとエ ネルギ密度が高いが、スポット径Ｓｒ、Ｓｌによる左右両レーザビームはレーザ 加工ヘッド３の軸ストローク全域に亘って互いに同心に重なり合って加工部に与 えられるから、この左右両レーザビームの相補的作用により、加工部におけるエ ネルギ密度はレーザ加工ヘッド３のＹ座標軸方向の移動に拘らず概ね一定に保た れ、そのエネルギ密度の分布パターンはＹ軸方向ストロークの中央部に対して左 右対称のものになる。

【００２６】 またレーザ加工ヘッド３のＹ座標軸方向の移動によるエネルギ密度の変動が少 ない上に、このエネルギ密度変動のストローク区間がレーザ加工ヘッド３のＹ座 標軸方向の全ストロークの１／２になる。

【００２７】 これらのことにより、レーザ加工ヘッド３のＹ座標軸方向の移動によって加工 性能が大きく変動することが回避され、Ｙ軸方向ストロークの中央部に対して左 右対称なほぼ一定の加工性能が得られるようになる。

【００２８】 図３〜図６各々本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の実施例を示して いる。尚、図３〜図６に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一 の符号により示されている。

【００２９】 図３に示された実施例においては、レーザ発振器２３がレーザ加工装置の一側 部に横置きされていることにより、光分配器１３がＹ軸方向ストロークの一方の 側に片寄って配置されている。この場合にはレーザ加工ヘッド３がＹ軸方向スト ロークの中央部に位置している場合も、レーザ発振器２３より光結合器２５に至 るまでの左右のレーザビームの全光路長は互いに不均一になるが、これは必要に 応じて光結合器２５の左右のレーザビームの分配比調整により補償されればよい 。

【００３０】 図４に示されている実施例では、全反射ミラー１５に代えてビームスプリッタ ２７が配置され、ビームスプリッタ２７にレーザ発振器２３よりレーザビームが 与えられることにより、ビームスプリッタ２７が光分配器をなしている。

【００３１】 図５に示されている実施例では、レーザ発振器２３が左右二つ設けられ、この 二つのレーザ発振器２３が各々左右のレーザビームを個別に発生し、各々レーザ ビームを光結合器２５に直接供給するよう構成されている。

【００３２】 何れの実施例においても、左右両レーザビームはレーザ加工ヘッド３にて光結 合器２５により一つのビームに結合されて加工部に与えられるから、上述の実施 例と同様の効果が得られる。

【００３３】 また本考案による光軸移動型レーザ加工装置はレーザビームの伝播系にコリメ ータを使用したレーザ加工装置にも同様に適用されて有効である。

【００３４】 以上に於ては、本考案を特定の実施例について詳細に説明したが、本考案は、 これらに限定されるものではなく、本考案の範囲内にて種々の実施例が可能であ ることは当業者にとって明らかであろう。

【００３５】

【考案の効果】

以上の説明から理解される如く、本考案による光軸移動型レーザ加工装置によ れば、レーザ加工ヘッドの移動方向の両側より各々レーザビームがレーザ加工ヘ ッドの両側に与えられ、このレーザビームは、光結合手段により一つのビームに 同心に結合され、一つのレーザビームとしてレーザビームノズルに供給されるか ら、加工部におけるエネルギ密度は両レーザビームが重畳合成されたものになり 、この両レーザビームの相補的作用により当該両レーザビームによる加工部にお けるエネルギ密度はレーザ加工ヘッドの座標軸方向の移動に拘らず概ね一定のも のになり、レーザ加工ヘッドの軸ストローク全域に亘って均一のエネルギ密度の もとに安定した加工性能が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の一実
施例を示す斜視図である。

【図２】本考案による光軸移動型レーザ加工装置におけ
るレーザビームの照射パターンを示す説明図である。

【図３】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
実施例を示す斜視図である。

【図４】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
実施例を示す斜視図である。

【図５】本考案による光軸移動型レーザ加工装置の他の
一実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 本体フレーム ３ レーザ加工ヘッド ９ レーザビームノズル １３ 光分配器 １５、１７、１９、２１ 全反射ミラー ２３ レーザ発振器 ２５ 光結合器 ２７ ビームスプリッタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを加工部へ照射するレーザ
   ビームノズルを保持したレーザ加工ヘッドが一つの座標
   軸方向に移動可能に設けられている光軸移動型レーザ加
   工装置において、 前記レーザ加工ヘッドの移動方向の両側より各々レーザ
   ビームを前記レーザ加工ヘッドの移動方向に沿う光路を
   含んで前記レーザ加工ヘッドの両側に伝播する光路手段
   と、前記レーザ加工ヘッドに設けられ当該レーザ加工ヘ
   ッドの両側に与えられたレーザビームを一つのビームに
   結合する光結合手段とを有し、前記光結合手段により結
   合されたレーザビームを前記レーザビームノズルに供給
   するよう構成されていることを特徴とする光軸移動型レ
   ーザ加工装置。