JPH08206864A - レーザ加工機 - Google Patents

レーザ加工機

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Publication number
JPH08206864A
JPH08206864A JP7019535A JP1953595A JPH08206864A JP H08206864 A JPH08206864 A JP H08206864A JP 7019535 A JP7019535 A JP 7019535A JP 1953595 A JP1953595 A JP 1953595A JP H08206864 A JPH08206864 A JP H08206864A
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JP
Japan
Prior art keywords
cylindrical lens
lens
laser beam
cylindrical
laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP7019535A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Tani
誠 谷
Junji Kikuchi
淳史 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP7019535A priority Critical patent/JPH08206864A/ja
Publication of JPH08206864A publication Critical patent/JPH08206864A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大口径のスポットレーザ溶接が可能なレーザ
加工機を提供する。 【構成】 レーザ光を伝送し、出射する光伝送系と、前
記光伝送系から出射されるレーザビームを、一方向に長
い形状を有する領域に集光させる集光手段と、少なくと
も前記集光手段を回転させてレーザビームが集光された
領域の長軸方向を回転させる回転駆動機構とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工機に関し、
特に高品質の溶接加工等の可能なレーザ加工機に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ溶接において、小スポットに集束
させたレーザビームを溶接線に沿って移動させると、溶
融金属幅が狭く、かつ深くなり、溶接金属内にガス成分
を閉じ込めたポロシティも発生する。
【0003】そこで、レーザ肉盛溶接においては、所要
の溶接面積を得、同時に品質改善を図るため、レーザビ
ームを溶接線方向と直交する方向に振動させる技術が知
られている。
【0004】さらに、レーザビームの光軸に対して、偏
心して配置した集光レンズを回転させることにより、ビ
ームスポットを円周状に移動させ、所要幅を有する溶接
部を得るレーザ溶接機が提案されている(たとえば、特
開平3−285785号公報)。
【0005】また、重ね合わせ溶接において、集光レン
ズを3角プリズムと合体させてビーム集光機能と共に偏
向機能を持たせ、この合体構造を回転させることによっ
てレーザビームスポットを回転させ、環状の溶接部を得
るレーザ溶接機も提案されている(たとえば、特開平3
−243292号公報)。
【0006】ところで、近年、レーザ加工においてレー
ザビームを光ファイバで伝送する技術が進歩してきてい
る。レーザビームを光ファイバで伝送すれば、意図せざ
るレーザ照射による加熱事故等を防止することができ、
レーザビームの取り扱いも容易となる。
【0007】また、溶接において、2個の物品を1個所
で溶接すると、加熱、冷却時の熱変形により加工対象物
に歪が生じる。複数点でスポット溶接した後に溶接線に
沿って連続溶接すれば熱歪は減少するが、これをレーザ
加工において行なおうとすると、操作が複雑となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
レーザ加工技術は進歩を続けているが、未だ解決されて
いない問題点もあり、さらなる進歩が望まれている。
【0009】本発明の目的は、大口径のスポットレーザ
溶接が可能なレーザ加工機を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工機
は、レーザ光を伝送し、出射する光伝送系と、前記光伝
送系から出射されるレーザビームを、一方向に長い形状
を有する領域に集光させる集光手段と、少なくとも前記
集光手段を回転させてレーザビームが集光された領域の
長軸方向を回転させる回転駆動機構とを有する。
【0011】
【作用】レーザビームを一方向に長い形状を有する領域
に集光し、その領域の長軸方向を回転することにより、
この一方向に長い形状の長軸の長さと等しい直径を有す
る円形部分をレーザ加工することができる。レーザ溶接
においては、この円形部分において溶接が行われるた
め、大口径のスポット溶接が可能になる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の一実施例によるレーザ溶接
機の構成を概略的に示す。レーザ発振機から発射された
レーザビームは、ファイバ中を転送され、ファイバ先端
1から図中下方に出射する。
【0013】ファイバ先端1から発散して出射されたレ
ーザ光は、コリメートレンズ2によってコリメートさ
れ、平行光束となる。この平行光束は、直進してシリン
ドリカルレンズ3に入射する。図1では、シリンドリカ
ルレンズ3の円筒面の中心軸が図の横方向を向く場合を
示している。シリンドリカルレンズ3は、紙面に垂直な
方向に関してレーザビームを集光する。
【0014】シリンドリカルレンズ3で集光されたレー
ザビームは、シリンドリカルレンズ4に入射する。シリ
ンドリカルレンズ4は、その円筒面の中心軸がシリンド
リカルレンズ3のそれとほぼ直交するように配置されて
おり、図の横方向に関してレーザビームを集光する。な
お、図1はシリンドリカルレンズ4が2枚のレンズで構
成されている場合を示しているが、2枚である必要はな
い。
【0015】このように、レーザビームはシリンドリカ
ルレンズ3とシリンドリカルレンズ4によって、紙面に
垂直な方向と平行な方向の2方向に関して集光される。
加工対象物と各シリンドリカルレンズとの間隔、及び各
シリンドリカルレンズの焦点距離によって、ビームスポ
ット形状が定まる。一方のシリンドリカルレンズがレー
ザビームを加工対象物上に合焦させ、他方のシリンドリ
カルレンズが合焦させない場合、ビームスポットは一方
向に長い形状となる。この長軸方向は、レーザビームを
合焦させているシリンドリカルレンズの円筒面の中心軸
に平行である。
【0016】シリンドリカルレンズ4は、下部鏡筒6に
保持されている。シリンドリカルレンズ3は、下部鏡筒
6の内面に設けられたレンズ移動機構18により図の上
下に移動可能に保持されており、シリンドリカルレンズ
3と4との相対距離を変えることができる。下部鏡筒6
はベアリング8によって上部鏡筒5に対して回転可能に
保持されたプーリ11にネジ止めされている。
【0017】コリメートレンズ2およびファイバ先端1
は、上部鏡筒5に固定されている。ファイバ先端1、コ
リメートレンズ2、シリンドリカルレンズ3及び4は、
機械加工精度内で光軸上に配置されている。
【0018】図中、左方には、上部鏡筒5が固定さてい
る固定構造物が配置され、その内部にモータ9が設置さ
れている。モータ9の回転軸は、図中下方に延び、プー
リ10と結合している。プーリ10とプーリ11は、高
さ方向が一致して配置され、その周囲にベルト12が結
合されている。
【0019】プーリ10の径は、プーリ11の径よりも
小さく、モータ9の回転にしたがってベルト12を駆動
し、減速した回転をプーリ11に与える。プーリ11が
ベアリング8にガイドされて回転すると、プーリ11に
結合した下部鏡筒6が回転し、シリンドリカルレンズ3
及び4が回転する。この下部鏡筒6の回転に伴って、加
工対象物上の一方向に長いビームスポットの長軸方向が
回転する。
【0020】図2は、図1のレーザ加工機から光学系を
抽出し、レーザビームとの関連を示す。図2(A)はシ
リンドリカルレンズ3の円筒面の中心軸(y軸)に平行
な断面(yz平面)、図2(B)はシリンドリカルレン
ズ4の円筒面の中心軸(x軸)に平行な断面(xz平
面)を示す。なお、光軸をz軸としている。ファイバ先
端1は、ファイバのコアに相当し、その端部からレーザ
ビームを発散して出射する。ファイバ先端1の径は、た
とえば約600μmである。
【0021】ファイバ先端1から発散するレーザビーム
を受けるコリメートレンズ2は、発散するレーザビーム
を平行光束に変換する。コリメートレンズ2の焦点距離
は、ほぼコリメートレンズ2とファイバ先端1との間の
距離に相当する。
【0022】図2(A)に示すように、光軸を含むyz
平面内においては、コリメートレンズ2を通過した平行
光束は、シリンドリカルレンズ3をそのまま透過し、シ
リンドリカルレンズ4によってy軸方向に関して集光さ
れ、加工対象物20上に焦点を結ぶ。
【0023】図2(B)に示すように、光軸を含むxz
平面内においては、コリメートレンズ2を通過した平行
光束は、シリンドリカルレンズ3によってx軸方向に関
して集光される。シリンドリカルレンズ3を通過したレ
ーザビームはシリンドリカルレンズ4に入射し、わずか
に屈折するが、xz平面内においては実質的にほぼ直進
する。図2(B)は、シリンドリカルレンズ3の焦点位
置が、シリンドリカルレンズ4のそれよりも遠方にある
場合を示している。
【0024】以下に、図2の光学系の具体的構成例を示
す。例えば、コリメートレンズ2は、焦点距離200m
m、直径50mmの平凸レンズ2枚で構成される。シリ
ンドリカルレンズ3は、焦点距離100mm、開口が一
辺30mmの正方形の平円筒面レンズ1枚で構成され、
シリンドリカルレンズ4は、焦点距離130mm、開口
が一辺30mmの正方形の平円筒面レンズ2枚で構成さ
れる。
【0025】上記構成の場合、シリンドリカルレンズ4
と加工対象物20との距離を65mmとし、加工対象物
20の表面に焦点を結ぶようにすることにより、ビーム
スポットのy方向の幅を最小にすることができる。ま
た、シリンドリカルレンズ3と4との間隔dを変えるこ
とにより、ビームスポットのx方向の長さを調節するこ
とができる。例えば、ビームスポットのx方向の長さ
は、間隔dが15mmのとき約6mmになり、間隔dが
8mmのとき約8mmになる。
【0026】このように、シリンドリカルレンズを2群
設け、一方のシリンドリカルレンズを加工対象物上に焦
点が合うように固定配置し、他方のシリンドリカルレン
ズを光軸に沿って移動することにより、ビームスポット
の長軸方向の長さを調節することができる。
【0027】図3は、間隔dが15mmのときのシリン
ドリカルレンズ4の合焦位置におけるビームスポット形
状のシミュレーション結果を示す。曲線px 、py は、
それぞれビームスポットのx方向及びy方向のレーザ強
度分布を示す。点の集合で示した領域qは、ビームスポ
ットの形状を示す。点の密度がレーザ光の強度に対応す
る。なお、ファイバコア径を0.6mmとした。コリメ
ートレンズ2の焦点距離は100mm、シリンドリカル
レンズ4の焦点距離は65mmと近似できる。
【0028】シリンドリカルレンズ4の焦点は合ってい
るため、y軸方向のビームスポット幅は計算式0.6×
(65/100)より0.4mmと求まる。また、この
位置におけるx軸方向のビームスポット幅は約6mmに
なる。
【0029】なお、上記構成例では、シリンドリカルレ
ンズ3、4の開口が30mm四方の正方形である場合に
ついて説明したが、開口が30mm四方でると平行光束
の周辺部のレーザ光がシリンドリカルレンズによってけ
られる。けられが生ずると、加工対象物に照射されるレ
ーザビームのエネルギ総量が低下するため、加工効率が
下がる。けられを防止し加工効率を高めるためには、よ
り開口の大きいシリンドリカルレンズを使用することが
好ましい。
【0030】レーザ加工するためには、所定のエネルギ
密度が必要である。必要なエネルギ密度を得るためには
ビームスポットの面積を絞る必要がある。ビームスポッ
トを円形に絞り、かつ大面積を加工するためには、スポ
ットを2次元的に走査しなければならない。
【0031】上記実施例のように、ビームスポットが一
方向に長い形状になるようにレーザビームを集光して照
射すれば、ビームスポットの長軸方向を回転することに
より比較的大面積の領域にビームを照射することができ
る。このレーザビームでレーザ溶接を行うと、大口径の
スポット溶接が可能になり、溶接強度を高めることがで
きる。また、ビームスポットの長軸方向の長さを変化さ
せることにより、レーザ加工面積を変化させることがで
きる。
【0032】また、x及びy方向の焦点を合わせ、小ス
ポットとし、切断加工してもよい。もちろん、下部鏡筒
を交換して集光レンズを用いてもよい。図4は、本発明
の他の実施例によるガスアシスト・レーザ加工機の構成
を部分的に示す。本実施例においては、レーザビーム出
射部分において、プリズム3および集光レンズ4を保持
する下部鏡筒6の周囲を、アシストガス取入口15を有
するハウジング16が取り囲んでいる。
【0033】アシストガス取入口15から導入されたア
シストガスは、ハウジング16によって案内され、下部
噴出口17から下方に噴出する。下部噴出口17の開口
部分は、図中上部に示したシリンドリカルレンズ3及び
4を介して集光されるレーザビームと接触しないように
設計される。アシストガスとしては、切断用には酸素や
溶接用には不活性ガス等が用いられる。
【0034】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一方向に長いビームスポットの長軸方向を回転しながら
レーザ加工を行うことにより、従来のレーザ加工よりも
大口径の加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるレーザ溶接機の構成を概
略的に示す断面図である。
【図2】図1のレーザ溶接機における光学系を抽出して
示す概略断面図である。
【図3】図1のレーザ溶接機のビームスポット形状のシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
【図4】本発明の他の実施例によるガスアシストレーザ
加工機の構成を示す概略部分断面図である。
【符号の説明】
1 ファイバ先端 2 コリメートレンズ 3、4 シリンドリカルレンズ 5 上部鏡筒 6 下部鏡筒 8 ベアリング 9 モータ 10、11 プーリ 12 ベルト 15 アシストガス取入口 16 ハウジング 17 下部噴出口 18 移動機構 20 加工対象物

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を伝送し、出射する光伝送系
    と、 前記光伝送系から出射されるレーザビームを、一方向に
    長い形状を有する領域に集光させる集光手段と、 少なくとも前記集光手段を回転させてレーザビームが集
    光された領域の長軸方向を回転させる回転駆動機構とを
    有するレーザ加工機。
  2. 【請求項2】 前記集光手段がシリンドリカルレンズを
    含む請求項1記載のレーザ加工機。
  3. 【請求項3】 前記集光手段が、さらに他のシリンドリ
    カルレンズを含み、前記シリンドリカルレンズと他のシ
    リンドリカルレンズの円筒面の中心軸方向が光軸回りの
    回転方向に関して相互に直交している請求項2記載のレ
    ーザ加工機。
  4. 【請求項4】 さらに、前記シリンドリカルレンズと他
    のシリンドリカルレンズとの相対距離を変化させるレン
    ズ移動機構を有する請求項3記載のレーザ加工機。
  5. 【請求項5】 前記光伝送系が、光ファイバと光ファイ
    バから出射する光をコリメートするコリメートレンズと
    を含む請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工機。
JP7019535A 1995-02-07 1995-02-07 レーザ加工機 Pending JPH08206864A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7019535A JPH08206864A (ja) 1995-02-07 1995-02-07 レーザ加工機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7019535A JPH08206864A (ja) 1995-02-07 1995-02-07 レーザ加工機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08206864A true JPH08206864A (ja) 1996-08-13

Family

ID=12002031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7019535A Pending JPH08206864A (ja) 1995-02-07 1995-02-07 レーザ加工機

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JP (1) JPH08206864A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160138799A (ko) * 2015-05-26 2016-12-06 (주)엔에스 단차 가공용 레이저 절단 장치
KR101702568B1 (ko) * 2015-07-28 2017-02-06 (주)엔에스 단차 가공용 레이저 절단 장치
US10464167B2 (en) * 2014-07-15 2019-11-05 Toyokoh Co., Ltd. Laser irradiation apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10464167B2 (en) * 2014-07-15 2019-11-05 Toyokoh Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
KR20160138799A (ko) * 2015-05-26 2016-12-06 (주)엔에스 단차 가공용 레이저 절단 장치
KR101702568B1 (ko) * 2015-07-28 2017-02-06 (주)엔에스 단차 가공용 레이저 절단 장치

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19981124