JPH079176A

JPH079176A - レーザ加工方法及びレーザ加工ヘッド

Info

Publication number: JPH079176A
Application number: JP5151703A
Authority: JP
Inventors: Yukiyasu Nonomura; 行康野々村; Ryuichiro Takada; 龍一郎高田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1993-06-23
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザビームをその品質を変化させることな
く高い周波数で揺動させることのできる加工ヘッドを提
供する。【構成】放物面鏡１で集光されたレーザ光をノズル２
からワークＷに照射させるようにしたレーザ加工ヘッド
において、回転自在に支持されたミラーホルダ５に放物
面鏡１を取り付け、放物面鏡１の入射光軸を中心として
ミラーホルダ５を回転揺動させることにより放物面鏡１
を回転揺動させてレーザビームにオシレーションを与え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を集束して
熔接や焼入れ、クラッデイングに代表される表面処理等
に用いられるレーザ加工装置において、レーザビームに
オシレーションを与えながら加工を行なうレーザ加工技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いて行なう加工のうち、レ
ーザの照射面積を広くしてその効果を上げる用途があ
る。たとえば、板厚や化学組成の同じ又は異なる２枚以
上の板を突き合わせ熔接する際には、その接合線を中心
としてレーザの集光点をある振幅をもって振動させるこ
とによって、結合が確実となるばかりか、接合線と集光
点との微小な位置ずれを吸収する効果がある。また、広
い面積を短時間で加工したい表面処理の場合には、レー
ザの集光点を振動させることで効果が上がることが知ら
れている。このような技術を開示するものとして、たと
えば、特公昭４４−５６６８号公報及び実開昭６４−３
３３９２号公報が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術のうち前者の場合、ミラーの枚数が増加するこ
とによりパワーの減衰が生じるとともに、集光後の反射
のためにミラーの消耗が激しくなる。また、後者の場合
には、レンズを往復運動させることにより集光点を揺動
させているが、光軸がレンズの中心にある場合以外はレ
ンズが本質的に有する収差の影響を受け、ビームの品質
が低下することとなる。

【０００４】そこで、この発明の目的は、レーザビーム
をその品質を変化させることなく高い周波数で揺動させ
ることのできる加工ヘッドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、放物
面鏡で集光されたレーザ光をノズルからワークに照射さ
せて加工を行なうにあたり、放物面鏡をその入射光軸を
中心として回転揺動させることによりレーザビームにオ
シレーションを与えるようにしたことを特徴とするレー
ザ加工方法である。

【０００６】請求項２の発明は、放物面鏡で集光された
レーザ光をノズルからワークに照射させるようにしたレ
ーザ加工ヘッドにおいて、回転自在に支持されたミラー
ホルダに放物面鏡を取り付け、放物面鏡の入射光軸を中
心としてミラーホルダを回転揺動させることにより放物
面鏡を回転揺動させてレーザビームにオシレーションを
与えるようにしたことを特徴とするレーザ加工ヘッドで
ある。

【０００７】請求項３の発明によれば、レーザ加工ヘッ
ドは、フレームに回転自在に支持され一端に放物面鏡を
取り付けたミラーホルダ、フレームに回転自在に支持さ
れた中間部とこの中間部に対して軸心が偏心した端部を
有する偏心軸、基端部にてミラーホルダに固定されたア
ーム、一端にてアームの先端部と連結され、他端にて偏
心軸の前記端部と連結されたリンク、及び偏心軸を回転
させるための駆動源を備える。

【０００８】請求項４の発明によれば、前記駆動源が増
速機構を介して偏心軸を回転駆動する。

【０００９】請求項５の発明は、さらに放物面鏡の原点
を検出する位置検出装置を備えたものである。

【００１０】

【作用】請求項１及び２の発明のように、放物面鏡を光
軸を中心として回転揺動させる場合には、ビームの集光
点の位置が変わるのみで、ビーム品質に全く変化はな
い。したがって、従来のようにレンズを往復運動させる
場合に比べてレンズ収差の影響が小さい。また、放物面
鏡に対する光の入射角度が変わらないため、レーザビー
ムの品質が変化しない。

【００１１】請求項３の発明のように偏心軸とリンク機
構を採用した場合、偏心軸の偏心量及びリンク比の両方
又はいずれか一方を変化させることで、集光位置の揺動
範囲を大きく変化させることが可能である。

【００１２】請求項４の発明のように増速機構を設ける
ことにより高い周波数のオシレーションが得られる。

【００１３】請求項５の発明のように位置検出装置を用
いることにより放物面鏡を原位置で止めることが可能で
ある。

【００１４】

【実施例】以下、図面に示す実施例に従ってこの発明の
構成を詳細に説明する。

【００１５】図１は加工ヘッドの全体概要を示すもの
で、放物面鏡（１）及びレーザ出力ノズル（２）は二点
鎖線で示されており、レーザビームは一点鎖線で示され
るように放物面鏡（１）と同軸方向から入射し、放物面
鏡（１）にて集光されノズル（２）を経てワーク（Ｗ）
に照射されるようになっている。

【００１６】放物面鏡（１）は、図３に示されるよう
に、レーザビームの入射光軸と同軸状に延在し軸受
（４）を介してフレーム（３）に回転自在に支持された
ミラーホルダ（５）の一端に取り付けられている。ミラ
ーホルダ（５）の他端にはアーム（６）の基端（6a）が
固定されており、図２に示されるように、アーム（６）
の先端（6b）はピン（７）によりリンク（８）の一端
（8a）と連結されている。リンク（８）の他端（8b）
は、図３および図４に示されるように、ミラーホルダ
（５）と平行に延在し中間部（9a）にて軸受（10）を介
して回転自在にフレー厶（３）に支持された偏心軸
（９）の上端部（9b）に軸受（11）を介して取り付けら
れている。

【００１７】偏心軸（９）の軸心は、中間部（9a）及び
下端部（9c）に対して上端部（9b）が所定量（ｘ）だけ
偏心している（図２(ｂ)）。したがって、偏心軸（９）
が回転すると上端部（9b）が上記偏心量だけ振れ回り、
それに伴ってリンク（８）が矢印で示されるように往復
運動をする。その結果、上記偏心量に対応する所定の角
度にわたってアーム（６）が揺動し、ミラーホルダ
（５）とその下端に取り付けれた放物面鏡（１）に回転
揺動を与える。これにより、レーザビームの集光点がレ
ーザ加工ヘッドの進行方向と直交する方向（図１の紙面
に垂直な方向）に一定の振幅で揺動する（オシレーショ
ン）。

【００１８】上記偏心量はレーザビームに与えるべきオ
シレーションの振幅に応じて設定されるものである。な
お、偏心量の異なる偏心軸（９）を複数用意しておき、
偏心軸（９）を交換することによって振幅を切り換える
ことができる。また、アーム（６）を長さの異なる別の
アームと取り替えることによっても振幅を切り換えるこ
とができる。

【００１９】図示実施例では偏心軸とリンク機構の組み
合わせを利用してアーム（６）を揺動させるようにして
いるが、このほかカムや、さらにはボイスコイル型アク
チュエータ等の高周波数発振装置を利用することも可能
である。

【００２０】偏心軸（９）を回転させるためには種々の
駆動手段を採用することができるが、ここでは電動機と
巻掛け伝動機構の組み合わせが例示されている。すなわ
ち、フレーム（３）にサーボモータ（12）を固定し、そ
の出力軸（12ａ）にプーリ（13ａ）を固定する。一方、
偏心軸（９）の下端部（9c）にもプーリ（13ｄ）を固定
する。これらのプーリ（13ａ、13ｄ）間にベルトを巻き
掛けることもできるが、図示実施例ではさらに増速機構
（14）を介在させている。増速機構（14）は、図１に示
すように、軸受（16）を介してフレーム（３）に回転自
在に支持された中間軸（15）とその両端に固定されたプ
ーリ（13ｂ、13ｃ）で構成される。サーボモータ（12）
のプーリ（13ａ）と中間軸（15）の小プーリ（13ｂ）と
の間にベルト（17ａ）を巻き掛け、中間軸（15）の大プ
ーリ（13ｃ）と偏心軸（９）のプーリ（13ｄ）との間に
ベルト（17ｂ）を巻き掛ける（図２(ａ)）。サーボモー
タ（12）のプーリ（13ａ）、増速機構（14）のプーリ
（13ｂ、13ｃ）及び偏心軸（９）のプーリ（13ｄ）の各
有効径を適宜に設定することによって任意の増速比が得
られる。

【００２１】なお、図１および図２(ａ)から分かるよう
に、中間軸（15）は軸受（16）を介して一旦ベース（1
8）に固定され、このベース（18）をフレーム（３）に
取り付けてある。具体的には、フレーム（３）の外縁部
にベース（18）を載置するための凹部（3a）が設けら
れ、かつ、この凹部（3a）の中央部に中間軸（15）を貫
通させるためのＵ字形の切除部（3b）が形成されてい
る。ベース（18）は凹部（3a）にボルト（19）で固定さ
れるが、これらのボルト（19）を弛めてベース（18）の
位置を変更することによりベルト（17ａ、17ｂ）のテン
ションを調節することができる。その際のフレーム
（３）に対するベース（18）の微小移動及び位置決めの
ために押しボルト（20）が設けられている。

【００２２】レーザビームのオシレーションを必要とし
ない加工の場合には、サーボモータ（12）を停止させて
放物面鏡（１）が静止した状態で加工を行なうのである
が、放物面鏡（１）の角度位置を原点に復帰させておか
なければならない。位置検出装置（21）はこの原点を検
出するためのもので、図示実施例（図２(ａ)、図３）で
は偏心軸（９）の上端部（9b）に固定された突部（22
ａ）を有するリング（22）と近接スイッチ（23）との組
み合わせで構成されており、放物面鏡（１）が所定の角
度位置すなわち原点にあるときに近接スイッチ（23）が
突部（22ａ）を検出して信号を発するように設定されて
いる。したがって、近接スイッチ（23）からの信号が入
力された時点でサーボモータ（12）を停止させるように
制御を行なうことにより放物面鏡（１）の原点を確保す
ることができる。なお、実施に際しては図示実施例のよ
うな構成の他同等の機能を有する種々の位置検出手段の
なかから選択して採用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、この発明によれば、加工ヘッドの進行と直角方向に
レーザビームを揺動させることで、一度に広範囲の加工
が行なえる。また、光軸中心が加工のねらい線から外れ
たとしても、揺動範囲内であれば目的の加工が行なえ
る。さらに、周波数が高いことから、高速で加工を行な
っても１回当たりの長さ（ピッチ）が短く密な加工がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工ヘッドの全体概要を示す断面図

【図２】図１のII矢視図（ａ）および模式図（ｂ）

【図３】図２のIII−III断面図

【図４】図２のIV−IV断面図

【符号の説明】

１放物面鏡２ノズル３フレーム５ミラーホルダ６アーム８リンク９偏心軸 12 サーボモータ 13ａ、13ｂ、13ｃ、13ｄプーリ 14 増速機構 21 位置検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放物面鏡で集光されたレーザ光をノズル
からワークに照射させて加工を行なうにあたり、放物面
鏡をその入射光軸を中心として回転揺動させることによ
りレーザビームにオシレーションを与えるようにしたこ
とを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】放物面鏡で集光されたレーザ光をノズル
からワークに照射させるようにしたレーザ加工ヘッドに
おいて、回転自在に支持されたミラーホルダに放物面鏡
を取り付け、放物面鏡の入射光軸を中心としてミラーホ
ルダを回転揺動させることにより放物面鏡を回転揺動さ
せてレーザビームにオシレーションを与えるようにした
ことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
【請求項３】フレームに回転自在に支持され一端に放
物面鏡を取り付けたミラーホルダ、フレームに回転自在に支持された中間部とこの中間部に
対して軸心が偏心した端部を有する偏心軸、基端部にてミラーホルダに固定されたアーム、一端にてアームの先端部と連結され、他端にて偏心軸の
前記端部と連結されたリンク、及び偏心軸を回転させる
ための駆動源を備えたことを特徴とする請求項２のレー
ザ加工ヘッド。
【請求項４】前記駆動源が増速機構を介して偏心軸を
駆動することを特徴とする請求項３のレーザ加工ヘッ
ド。
【請求項５】放物面鏡の原点を検出する装置を備えた
ことを特徴とする請求項３のレーザ加工ヘッド。