JPH1085979A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH1085979A
JPH1085979A JP8245272A JP24527296A JPH1085979A JP H1085979 A JPH1085979 A JP H1085979A JP 8245272 A JP8245272 A JP 8245272A JP 24527296 A JP24527296 A JP 24527296A JP H1085979 A JPH1085979 A JP H1085979A
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JP
Japan
Prior art keywords
total reflection
laser
reflection mirror
laser beam
pressure
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Pending
Application number
JP8245272A
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English (en)
Inventor
Naoya Horiuchi
直也 堀内
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.)
Tanaka Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Tanaka Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来構成のレーザ加工装置でレーザビームの
発散角を補正するには、透過型コリメーションレンズ光
学系の組み合わせを変更したり、透過型コリメーション
レンズの設置位置を微調整するため、作業が面倒であっ
た。 【解決手段】 レーザ発振器1で発振したレーザビーム
を、低ヤング率材料から変形可能な薄板状に形成された
全反射鏡3で反射して集光レンズ6に入射する。全反射
鏡3は、背面側に設けた流体流入部9内の流体圧を変化
させることで表面(反射面)3aの曲率が応力歪みによ
って変化し、反射するレーザビームの形状および方向が
変更されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによって切
断や溶接等の加工を行うレーザ加工装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】レーザ切断機等のレーザ加工装置では、
レーザ発振器で発振したレーザビームを、レーザ発振器
と集光レンズとの間に配置した透過型コリメーションレ
ンズ光学系を組み合わせることで発散角を補正した後、
集光レンズに入射して加工を行うようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
なレーザ加工装置の場合、レーザビームの発散角を補正
するには、透過型コリメーションレンズ光学系の組み合
わせを変更したり、透過型コリメーションレンズの設置
位置を微調整するための作業が面倒であった。また、こ
のような構成では、レーザ発振器でのレーザ発振状態が
微妙に変動することに対応してレーザビームの発散角を
リアルタイムに補正することは不可能であり、加工精度
の向上の妨げになっていた。しかも、光学系の組み合わ
せで発散角を補正するには構成が複雑かつ大型化し、レ
ンズ位置を微調整して補正を行うにはレンズを精密に移
動できる機構の設置が必要となり、コストが上昇すると
いった問題もあった。また、透過型コリメーションレン
ズは大出力レーザに対して熱レンズ等の不都合を生じる
欠点があるため、レーザ出力や連続使用時間に制限を生
じたり、別途冷却装置の設置を必要とする場合があり、
加工能率やコスト面の不満の原因になっていた。
【0004】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、レーザ発振器より出射するレーザビームの発散角
を効率良く補正することができるレーザ加工装置を提供
することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載の発明では、レーザを発振するレーザ発振器と、
該レーザ発振器が発振したレーザビームを途中に設けら
れた全反射鏡によって加工トーチに導く光学系とを具備
し、前記全反射鏡は低ヤング率材料から変形可能に形成
され、該全反射鏡の背面側に設けた流体流入部に流入さ
せた流体の圧力を変化させることにより、全反射鏡表面
で反射したレーザビームの形状および方向を変更する反
射鏡保持部を備えることを特徴とするレーザ加工装置を
前記課題の解決手段とした。
【0006】本発明によれば、流体流入部に流入させた
流体の圧力を変化させることで、全反射鏡表面の曲率を
応力歪みによって変化させ、反射するレーザビームの形
状(径)や方向を変更する。これにより、レーザビーム
の形状や集光レンズまでの距離等に対応して発散角を精
密かつ簡便に抑制することができる。レーザビームの形
状や方向の変更を全反射鏡表面の曲率の変動によって行
うことは、レーザビームの形状や集光レンズまでの距離
等の条件に幅広く対応して発散角を精密に抑制すること
を可能にし、しかも、曲率を変化させる際に全反射鏡を
移動する必要も無いので、複雑な光学系の構築や設置位
置を移動するための機構の設置が不要になる。流体圧を
連続的に変動させることで、レーザビームの形状や方向
も連続的に変更することができる。これにより、レーザ
発振器のレーザ発振状態の変動に対応してリアルタイム
で制御がなされる。また、全反射鏡はレーザビームの出
力等に関係無く使用することが可能であり、加工条件の
自由度や加工能率を向上することができる。
【0007】請求項2記載の発明では、全反射鏡で反射
したレーザビーム形状を計測するビーム検出器と、該ビ
ーム検出器が出力する検出信号に応じて流体流入部の流
体圧を変動させる指令を前記流体圧を調整する圧力調整
器に発信する制御装置とを具備することを特徴とする請
求項1記載のレーザ加工装置を前記課題の解決手段とし
た。
【0008】本発明によれば、ビーム検出器で計測した
レーザビーム形状の検出信号に対応して、制御装置が流
体流入部の流体圧を変動させることで、反射するレーザ
ビームの形状や方向をリアルタイムで調整する。これに
より、レーザ発振器のレーザ発振状態の変動に対応し
て、レーザビームの発散角が常時微調整される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明のレーザ加工装置の実
施の形態を、図1から図4を参照して説明する。図1に
おいて、符号1はレーザ発振器、2は加工トーチ、3は
全反射鏡、4は反射鏡保持部、5はビーム検出器、6は
集光レンズ、7は被加工物である。全反射鏡3は、互い
に離間して配置されたレーザ発振器1と加工トーチ2と
の間に必要に応じ複数個設置され、レーザ発振器1から
発振されたレーザビームをほぼ直角方向に方向を変えて
反射し、集光レンズ6に入射する。
【0010】図2は反射鏡保持部4の詳細を示す。反射
鏡保持部4は、全反射鏡3を支持する保持部本体8と、
全反射鏡3の背面側(図2右側)に設けた流体流入部9
に流入させた流体(圧縮空気)9aの圧力を変化させる
圧力調整器(圧力制御弁)10とを備えて構成されてい
る。
【0011】図3は保持部本体8の詳細を示す。図中符
号11はミラー固定部、12はミラー押さえ、13は冷
却層、14はシール材、15はガスジャケット、16は
チューブである。ミラー固定部11は、全反射鏡3の縁
部を支持して気密に封止するとともに、全反射鏡3の表
面3aに対応する部分に該表面3aを露出させる開口部
17を有し、レーザ発振器1から発振されたレーザビー
ムが全反射鏡3の中央部に照射されるようになってい
る。
【0012】ミラー押さえ12は全反射鏡3の背面側
(図3右側)に配置され、全反射鏡3との間に流体流入
部9を形成している。流体流入部9にはミラー押さえ1
2を貫通して配置されたガスジャケット15の端部が開
口され、このガスジャケット15を介して流体9aが給
排されるようになっている。ガスジャケット15はチュ
ーブ16を介して圧力調整器10と接続されており、圧
力調整器10によって流体流入部9内の流体圧が設定可
能になっている。流体としては圧縮空気の他、窒素ガス
等の不活性ガスや油等の液体の適用も可能である。
【0013】全反射鏡3は銅等の低ヤング率材料から変
形可能な薄板状に形成され、表面3aには反射率を高く
するための加工や蒸着膜の形成といった処理が施されて
いる。そして、圧力調整器10で与える流体圧を変化さ
せることで、全反射鏡3の表面(反射面)3aの曲率が
応力歪みによって変化し、反射したレーザビームの形状
および方向が変更されるようになっている。
【0014】冷却層13は、ミラー押さえ12の背面側
(図3右側)に配置されており、冷却水等の冷媒を流通
させることで、全反射鏡3を間接的に冷却する。なお、
全反射鏡3の使用によって発生する熱は、透過型コリメ
ーションレンズを使用する従来例に比べて極めて少ない
ので、反射するレーザビームの最大出力によっては冷却
層として放熱促進材を設置し、冷媒を使用しない構成を
適用することも可能である。
【0015】図4は、全反射鏡の別態様を示す。図中1
8は全反射鏡、19は支持体、20は溝、21は支圧部
である。全反射鏡18および支持体19は銅等の低ヤン
グ率材料から変形可能な薄板状に形成される。そして、
流体流入部9内の流体圧によって支持体19と一体的に
変形するようになっている。溝20は支持体19の背面
側(図4右側)でその外周部に沿って延在し、その内側
に支圧部21を画成している。溝20および支圧部21
は流体流入部9に露出しており、該流体流入部9内の流
体圧が直接作用するようになっている。この全反射板1
8は、溝20により流体流入部9内の流体圧の変化に対
する変形性能が高められる形状に加工されているため、
流体圧の微妙な変化にも敏感に対応して所望の曲率に変
形するので、曲率の調整の精度および応答速度が向上す
る。
【0016】図2に示すように、圧力調整器10は制御
装置(CPU)22と接続されており、圧力調整器10
は該制御装置22の指令値にしたがって流体流入部9の
流体圧を調整する。制御装置22にはビーム検出器5が
接続され、ビーム検出器5で検出したレーザビームの形
状および方向が制御装置22にリアルタイムで入力され
るようになっている。ビーム検出器5としては、回折格
子反射鏡を用いてレーザ光を分離してIRCCDカメラ
等にてモニターする構成(例えば、出願人がすでに出願
している特願平6−4289等)や、レーザビームを横
切る方向に金属ワイヤを回転させるチョッピング方式に
よりモニターする構成等が適用される。前述のいずれの
構成でも、モニターで通過するビーム径をリアルタイム
に計測し、径の時間的変化を記録する。
【0017】以下、本実施形態のレーザ加工装置の作用
および効果を説明する。前記レーザ加工装置では、ビー
ム検出器5で検出したレーザビームの形状および方向が
設定値と異なる場合に、制御装置22が圧力調整器10
に指令を発信して全反射鏡3の曲率を変化させること
で、全反射鏡3で反射したレーザビームを所望の形状お
よび方向で集光レンズ6に入射する。流体流入部9内の
流体圧の変化によって全反射鏡3に応力歪みを発生させ
ることで全反射鏡表面3aに所望の曲率が得られるの
で、従来の複雑な光学系を構築する構成や、透過型コリ
メーションレンズを移動する構成に比べて、設置スペー
スが少なくて済み、構造も簡便であるので、コスト面で
有利である。しかも、流体流入部9内の流体圧の制御だ
けで、反射するレーザビームの形状や向きを調整するの
で制御が極めて単純であり、ビーム検出器5からの検出
信号に対応してレーザビームの所望の形状および向きを
リアルタイムで制御することができる。これにより、レ
ーザビームの発散角を抑制することも容易になり、レー
ザ発振器1におけるレーザ発振状態の変動にリアルタイ
ムで対応して、集光レンズ6へ入射するビーム径を常時
一定に保つことができる。したがって、集光スポット径
およびその位置の変動が無くなり、高い加工精度が安定
して得られる。特に切断加工では、良好な切断面が常時
安定して得られる。
【0018】なお、流体流入部9の内圧を大気圧より低
くすることも可能であるが、この場合にも内圧変化を変
化させると、内圧が大気圧以上の場合と同様の作用およ
び効果が得られる。流体流入部9内の負圧は、真空ポン
プによって得る。また、全反射鏡3の曲率を凹面にし
て、流体流入部9の内圧を加圧することで曲率変化させ
ることも可能である。この場合、曲率の変動範囲が拡張
し、ビーム制御範囲が拡がるといった利点がある。ま
た、真空ポンプは不要であり、加圧のみで曲率を制御で
きるといった利点もある。
【0019】また、前記レーザ加工装置では、レーザ発
振器1から発振されたレーザビームを全反射鏡3で反射
して集光レンズ6に入射するようにしたことで、レーザ
ビームの出力や連続使用時間の制約が無くなるので、加
工の自由度や、加工の能率が向上する。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載のレ
ーザ加工装置によれば、流体流入部に流入させた流体圧
を変化させることで、低ヤング率材料から変形可能に形
成された全反射鏡表面の曲率を応力歪みによって変化さ
せ、反射するレーザビームの形状(径)や方向を変更す
るようになっているので、レーザビームの形状や方向の
制御が容易であり発散角を簡便かつ精密に抑制すること
ができる。また、反射するレーザビームの形状や方向の
制御の際に全反射鏡を移動する必要が無いので、複雑な
光学系の構築や設置位置を移動するための機構の設置が
不要になり、コスト面でも有利である。しかも、流体流
入部内の流体の流体圧の制御を自動化することで、レー
ザ発振器におけるレーザ発振状態の変化に対応してリア
ルタイムで全反射鏡の曲率を調節することが可能になる
ので、良好な加工状態が常時安定して得られる。また、
全反射鏡はレーザの出力等に関係無く使用することが可
能なので、加工条件の自由度や加工能率が向上するとい
った優れた効果を奏する。
【0021】請求項2記載の発明では、ビーム検出器が
出力する検出信号に応じて制御装置が流体流入部の流体
圧を変動させることで、全反射鏡で反射するレーザビー
ムの形状や方向を調整するようにしたので、制御装置を
利用して流体圧を調節することで全反射鏡の曲率の制御
が一層容易になる上、ビーム検出器が出力する検出信号
に対応して制御装置が流体圧を制御することで、反射す
るレーザビームの所望の形状および方向が容易に得ら
れ、発散角の調整精度も向上するといった優れた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のレーザ加工装置の実施の形態を示す
全体図である。
【図2】 図1のレーザ加工装置の反射鏡保持部を示す
概念図である。
【図3】 図1のレーザ加工装置で使用する全反射鏡お
よび保持部本体を示す拡大断面図である。
【図4】 全反射鏡の別態様を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 加工トーチ 3 全反射鏡 3a 表面 4 反射鏡保持部 5 ビーム検出器 9 流体流入部 9a 流体(圧縮空気) 10 圧力調整器(圧力制御弁) 18 全反射鏡 22 制御装置(CPU)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/101 G02B 27/00 F

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザを発振するレーザ発振器(1)
    と、該レーザ発振器が発振したレーザビームを途中に設
    けられた全反射鏡(3、18)によって加工トーチ
    (2)に導く光学系とを具備してなり、 前記全反射鏡は低ヤング率材料から変形可能に形成さ
    れ、 該全反射鏡の背面側に設けた流体流入部(9)に流入さ
    せた流体(9a)の圧力を変化させることにより、全反
    射鏡表面(3a)で反射したレーザビームの形状および
    方向を変更する反射鏡保持部(4)を備えることを特徴
    とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 全反射鏡で反射したレーザビーム形状を
    計測するビーム検出器(5)と、該ビーム検出器が出力
    する検出信号に応じて流体流入部の流体圧を変動させる
    指令を前記流体圧を調整する圧力調整器(10)に発信
    する制御装置(22)とを具備することを特徴とする請
    求項1記載のレーザ加工装置。
JP8245272A 1996-09-17 1996-09-17 レーザ加工装置 Pending JPH1085979A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021064964A1 (ja) * 2019-10-03 2021-04-08

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021064964A1 (ja) * 2019-10-03 2021-04-08
WO2021064964A1 (ja) * 2019-10-03 2021-04-08 日本電信電話株式会社 回折素子固定装置

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