JPH0732183A - Co2レーザ加工装置 - Google Patents
Co2レーザ加工装置Info
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Abstract
ーザ加工装置を提 供することを目的としている。 【構成】 Co2レーザ発振器1と、回転動作するミラ
ー3、4と、ミラ ー3、4により反射・走査されるレ
ーザ光線を所定の平面上に集束させる光学部品7とを有
し、任意の穴加工において、毎秒100穴以上の加工速
度を実現する。
Description
の精密加工に用いられるCO2レーザ加工装置に関する
ものである。
2レーザ発振器、及びNd:YAGレーザ発振器の2種
類がその大半を占めている。そして、CO2レーザ発振
器は、銅材の切断、溶接といった用途に用いられ、N
d:YAGレーザ発振器は主に精密加工に用いられてい
る。この使い分けは、Nd:YAGレーザ発振器がせい
ぜい2KW程度のレーザ出力にとどまっているのに対し
て、CO2レーザ発振器は10KW以上のレーザ出力が
得られるため銅材の加工等に適していること、及びCO
2レーザ発振器の波長が10.6μm、Nd:YAGレ
ーザの波長が10.6μmと10倍の差があり、レーザ
光線をレンズで集束されたときの集光スポット径が、N
d:YAGレーザの方が小さくなるため精密加工に適し
ていることに起因している。しかし、加工する対象物の
素材が樹脂や硝子等の、CO2レーザの波長近辺の光は
良く吸収するが、Nd:YAGレーザの波長近辺の光は
吸収しにくいものである場合は、精密加工分野と言えど
もCO2レーザ発振器を用いる選択がなされることにな
る。レーザ応用加工の分野においては、これまでCO2
レーザ発振器を精密加工に用いる事例がほとんど無かっ
たために、特に精密加工を目的としてCO2レーザ加工
装置は作られていない。従って、銅材の加工用あるい
は、その延長上のCO2レーザ加工装置が従来例という
ことになる。
の一例を示す。28はCO2レーザ発振器であり、29
は発振器から出射したレーザ光線であり、30はレーザ
光線を反射し方向を変えるためのミラーであり、31は
レーザ光線を集束させるためのレンズであり、32は被
加工物であり、33は被加工物32を移動してレーザ光
線を照射する位置を変えるための可動ステージであり、
34はCO2レーザ発振器28及び可動ステージ33の
制御機器である。
ーザ光線の集束部が切断部に照射されるように被加工物
32の位置決めを行った後、制御機器のプログラム数値
制御に従って被加工物32が搭載された可動ステージ3
3を移動させながら、レーザ光線を連続して照射するこ
とにより、所定の切断形状が一定であれば、レーザ光線
の出力と可動ステージ33の移動速度の関係により決定
されるが、高い形状精度が要求される加工においては可
動ステージ33の移動速度は制限される。
穴加工を行う場合は、レーザ光線が照射されない状態で
被加工物32が搭載された可動ステージ33を移動さ
せ、所定の位置でいったん停止させ、レーザ光線を照射
して穴加工を行い、加工終了後は再びレーザ光線が照射
されない状態で次の穴加工位置まで可動ステージを移動
させる。穴加工の加工速度は、可動ステージ33の移動
・停止に要する時間と、レーザ光線照射時間の和にな
る。レーザ光線照射時間が短い場合には、可動ステージ
33の移動・停止時間が支配的になるが、移動距離が比
較的短い場合であっても、1回の移動・停止には0.1
秒以上を要するのが一般的である。
工装置は、精密な加工を行う場合の加工速度が可動ステ
ージ33の移動速度により制限される。可動ステージ3
3の移動速度は、ステージの慣性量、モータアクチュエ
ータの出力、位置決め制御応答性を改善することにより
高速化されるが、現状技術での高速化の上限が前述の穴
加工における1回の移動・停止当たり0.1秒程度であ
り、レーザ光線の照射時間を無視しても、毎秒10穴以
上は加工速度を進めることができない。
を可能にするCO2レーザ装置を提供することを目的と
する。
に、本発明のCO2レーザ加工装置は、CO2レーザ発振
器から出射したレーザ光線を反射し、走査させるための
1対の回転動作するミラーと、前記1対の回転動作する
ミラーにより反射されたレーザ光線を所定の平面上に集
束される作用を有するフラットフィールド光学部品とを
備えてなるものである。
したレーザ光線は1対の回転動作するミラーにより反射
・走査された後、被加工物の加工面上に集束され、穴明
け、切断等の加工が実行される。
るミラーの動作速度により決まるが、例えば穴加工を行
う場合、1回の回転移動、停止に要する時間は0.01
秒以下が可能であり、前記可動ステージにより制限され
る速度と比較すると10倍程度の加工速度を可能にす
る。
について、図面を参照しながら説明する。
2レーザ加工装置の構成を示す図である。本実施例は、
樹脂を主な素材とする薄板への穴加工を目的とした装置
である。図1において1はCO2レーザ発振器であり、
2はレーザ発振器1から出射したレーザ光線であり、
3、4はレーザ光線を反射させて向きを変えるためのミ
ラーであり、5、6はレーザ光線を偏向・走査するため
の一対のガルバノメーターミラースキャナー(以下ガル
バノミラーと略称する)であり、7はバルバノミラー
5、6により偏向・走査されたレーザ光線が常に同一平
面上に集束するように光学的に設計されたfθレンズで
あり、8はミラー4、ガルバノミラー5、6、及びfθ
レンズ7を一体で保持する保持具であり、保持具8全体
が上下動してレーザ光線のアライメントを損なう事無く
fθレンズ7と被加工物との間隔を調整する時に生じる
飛散物からfθレンズ面を保護するためのエアーカーテ
ンを作り出すエアーノズルであり、11は加工時に生じ
る飛散物を吹き飛ばすためのノズルであり、12は薄板
の保持具であり、薄板の加工物の下部が中空になるよう
に加工が施されている。13は薄板を下部から吸引して
加工時に生じるガスを逃すための吸引装置であり、14
は加工生成ガスを逃すための吸引装置であり、14は加
工生成ガス、粉塵を排出する排気ダクトであり、15は
レーザの遮蔽板も兼ねたCO2レーザ加工装置の制御ユ
ニットであり、CO2レーザ発振器、ガルバノミラー及
びその他加工装置に含まれる機器を制御する。
ト16に予め入力された加工データに従って、レーザ光
線が所定の穴加工位置に照射されるようにガルバノミラ
ー5、6が回転位置決めされる。回転位置決めに要する
時間は回転角度により違ってくるが、本実施例の場合は
平均して0.01秒以下である。位置決め終了後、制御
ユニット16からCO2レーザ発振器1に対して発光ト
リガー信号が送られ、所定のレーザ出力、パルス幅でパ
ルス状の時間波形を有するレーザ光線がCO2レーザ発
振器1から出力される。レーザ光線はミラー3、4で反
射された後、ガルバノミラーで所定の方向に偏向され、
fθレンズ7で集束され、薄板9に照射され、穴加工が
施される。本実施例のレーザ光照射時間は、穴一ヵ所当
たり0.001秒以下である。fθレンズ7CO2レー
ザ用の光学材料の一種であるジンクセレン(略号:Zn
Se)製の3枚構成からなる組みレンズであり、図2に
示すように、レーザ光線の集束部が薄板面に対してほぼ
垂直に照射される、いわゆるテレセントリック光学系と
して設計されている。これにより加工穴は薄板加工面に
対して精度良く垂直に明けられる。
O2レーザ加工装置を示す。第1の実施例である薄板を
搭載するX、Y2軸の可動ステージ17を組み合わせた
構成になっている。第1の実施例では、穴加工可能な薄
板の寸法はfθレンズ7の設計により決まるレーザ光線
走査領域に限定される。レーザ光線走査領域より大きな
寸法の薄板を加工する必要がある場合は、図4に模式的
に示すように、所定の走査領域18を加工した後、X・
Y軸ステージを動かして隣接する未加工領域19にレー
ザ光線走査領域を移動させ、加工を行う。この動作の繰
り返しにより、X・Y軸ステージの可動範囲までの寸法
の薄板を加工することができる。本実施例におけるレー
ザ光線走査領域は50mm×50mmの矩形であり、例
えば100mm×100mmの薄板を加工する場合に
は、4つの領域に別けて加工することになる。また、加
工データは予め制御ユニット内で4つの領域に対応する
ように分割され、加工の進展と共に順次読み出される。
2レーザ加工装置を示す。第3の実施例は、1台のCO2
レーザ発振器から出射されたレーザ光線をビームスプリ
ッター20により分岐し、各分岐毎にガルバノミラー2
1、22、23、24及びfθレンズ25、26を備
え、同時に2枚の薄板の加工が可能な構成にしたもので
ある。なお、分岐数は2分野に限定されることは無く、
CO2レーザ発振器の出力に余裕があれば4分岐、8分
岐等も可能である。
2レーザ加工装置を示す。本実施例は、第3の実施例に
おいて2枚の薄板を搭載することができるX・Y2軸ス
テージ27を備えた構成になっている。2軸ステージの
移動により、レーザ光線の走査領域より大きな薄板寸法
を加工することを搭載するものを2分岐のそれぞれに備
える構成を取っても構わない。以上、第1から第4の実
施例について説明したが、ガルバノミラーはモータとエ
ンコーダを組み合わせたミラー回転機構に置き換えても
良く、要するに高速の回転位置決めができれば良い。ま
た、fθレンズはアークサインレンズ、或いは方物面ミ
ラーを用いた集させることができる、いわゆるフラット
フィールドの働きを有する光学部品であれば良い。以上
のように、本実施例によれば、主に樹脂素材からなる薄
板に従来例より約10倍の高速で穴加工をすることがで
きる。また、X・Y2軸ステージと組み合わせること
で、より広い加工領域が得られ、さらにレーザ光線を多
分岐することにより同時に2枚以上の薄板の加工が可能
になる。
装置は、CO2レーザ発振器とCO2レーザ発振器から出
射したレーザ光線を反射し、走査させるための1 対の
回転動作するミラーと前記1対の回転動作するミラーに
より反射されたレーザ光線を所定の平面上に集束させる
作用を有するフラットフィールド光学部品を備えた構成
により、従来の可動ステージで被加工物の位置決めを行
うCO2レーザ加工装置と比較して、特に穴加工におい
て約10倍の速度で精密な加工ができるという利点を備
える。
工装置の構成を示す図
工装置の構成を示す図
式図
工装置の構成を示す図
工装置の構成を示す図
Claims (4)
- 【請求項1】 CO2レーザ発振器と前記CO2レーザ発
振器から出射したレーザ光線を反射し、走査させるため
の1対の回転動作するミラーと、前記1対の回転動作す
るミラーにより反射されたレーザ光線を所定の平面上に
集束させる光学部品を備えたことを特徴とするCO2レ
ーザ加工装置。 - 【請求項2】 一軸以上の可動位置決めステージを備え
た請求項1記載のCO 2レーザ加工装置。 - 【請求項3】 1台のCO2レーザ発振器から出射した
レーザ光線を複数に分岐し、各分岐毎にレーザ光線を反
射し、走査させるための1対の回転動作するミラーと、
前記1対の回転動作するミラーにより反射、走査される
レーザ光線を所定の平面上に集束させる光学部品を備え
たことを特徴とするCO2レーザ加工装置。 - 【請求項4】 1台のCO2レーザ発振器から出射した
レーザ光線を複数に分岐し、各分岐毎に一軸以上の可動
位置決めステージを備えた請求項3記載のCO 2レーザ
加工装置。
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ID=16014007
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KR0141060B1 (ko) | 1998-07-15 |
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