JPH11277277A - Laser beam machine - Google Patents

Laser beam machine

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JPH11277277A
JPH11277277A JP11014639A JP1463999A JPH11277277A JP H11277277 A JPH11277277 A JP H11277277A JP 11014639 A JP11014639 A JP 11014639A JP 1463999 A JP1463999 A JP 1463999A JP H11277277 A JPH11277277 A JP H11277277A
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laser beam
laser
prism
condensing lens
cell
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Sadahiko Kimura
定彦 木村
Makoto Tani
誠 谷
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machine that uses a single laser beam and that is capable of forming plural laser beam spots having desired character. SOLUTION: This machine is provided with an optical transmission system for transmitting and emitting a laser beam, a case having pulleys 10, 11 that rotatably enclose at least the exiting port of the system, a beam splitting prism 3 for splitting at a variable split ratio the laser beam emitted from the system, a beam splitter cell that holds the beam splitter and that is detachably fixed to the pulley, a condensing lens 4 for converging at different positions the plural laser beams emitted from the splitter, a condensing lens cell 7 that holds the condensing lens and that is detachably fixed to the beam splitter cell, and a driving part 9 that rotatably drives the beam splitter and the condensing lens integrally by rotatably driving the pulleys.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam machine,
Particularly, the present invention relates to a laser processing machine capable of performing high-quality welding.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザビームを小スポットに集光し、金
属等の加工対象物に照射することにより、切断、溶接等
の加工を行なうことができる。
2. Description of the Related Art By condensing a laser beam on a small spot and irradiating it on a processing target such as a metal, processing such as cutting and welding can be performed.

【0003】単一のレーザビームスポットを加工対象物
上に照射し、加工対象物とレーザビームスポットを相対
的に走査すると、所望形状の加工を行なうことができる
が、加工対象物に過大の局所的加熱が生じ、歪等の悪影
響を招くことがある。
By irradiating a single laser beam spot onto a processing object and relatively scanning the processing object and the laser beam spot, processing of a desired shape can be performed. Heating may cause adverse effects such as distortion.

【0004】このような現象の対策としては、レーザビ
ームをデフォーカスし、ビーム径を拡大する方法や、ト
レパニングヘッド等によりレーザビームスポットを回転
させつつ操作させる方法が知られている。
As a countermeasure against such a phenomenon, a method of defocusing a laser beam and expanding the beam diameter, and a method of operating a laser beam spot while rotating the laser beam spot by a trepanning head or the like are known.

【0005】しかしながら、レーザ重ね合わせ溶接やレ
ーザ突き合わせ溶接等を実施する場合には、レーザビー
ムによる本溶接の前もしくは後に補助加熱を行なうこと
が望まれる場合がある。このような補助加熱を行なうた
めに、他のレーザを用意し、複数のレーザビームを照射
すれば溶接品質の向上や安定性等が実現できるであろう
が、レーザ加工機の構成は複雑化してしまう。
However, when performing laser lap welding, laser butt welding, or the like, it may be desirable to perform auxiliary heating before or after the main welding with a laser beam. In order to perform such auxiliary heating, if another laser is prepared and a plurality of laser beams are irradiated, improvement in welding quality and stability can be realized, but the configuration of the laser processing machine becomes complicated. I will.

【0006】また、熱容量や融点等の異なる異種材料の
突き合わせ溶接等においては、それぞれの材料に適した
エネルギが異なり、高品位の溶接を行なうためには異種
材料にそれぞれ適合したレーザビームエネルギを与える
ことが望まれる。
In butt welding of different materials having different heat capacities and melting points, the energy suitable for each material is different, and in order to perform high quality welding, a laser beam energy suitable for each different material is applied. It is desired.

【0007】単一のレーザビームでこのような異種材料
の突き合わせ溶接を実施する場合には、突き合わせ位置
とレーザビームの中心位置を偏心させる技術等が行なわ
れている。この場合は高精度の位置制御が必要とされ
る。
[0007] In the case of performing such butt welding of different kinds of materials with a single laser beam, a technique for decentering the butt position and the center position of the laser beam is used. In this case, high-precision position control is required.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】レーザ加工機の構成を
簡単化するためには、1つのレーザビーム源で加工を行
なうことが望まれる。
In order to simplify the structure of a laser beam machine, it is desirable to carry out machining with one laser beam source.

【0009】しかしながら、溶接等の主加工と共に補助
加熱が必要な場合や、突き合わせた異種材料に適合する
異なるエネルギ強度のレーザビームが必要な場合には単
一のレーザビームでは対処することが容易でなかった。
However, a case where auxiliary heating is required together with the main processing such as welding or a case where laser beams having different energy intensities suitable for the dissimilar materials to be abutted are required can be easily dealt with by a single laser beam. Did not.

【0010】本発明の目的は、単一のレーザビームを用
い、かつ所望の性質を有する複数のレーザビームスポッ
トを形成することのできるレーザ加工機を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide a laser beam machine that can form a plurality of laser beam spots having desired properties using a single laser beam.

【0011】[0011]

【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、光伝送系
の少なくとも出射口を取り囲み、回転可能なプーリを有
するケースと、光伝送系から出射されるレーザビームを
可変分割比で分割するビーム分割部と、ビーム分割部を
保持し、前記プーリに取り外し可能に固定されるビーム
分割部セルと、ビーム分割部から出射される複数のレー
ザビームに対して共通の集光レンズ部であり、複数のレ
ーザビームを異なる位置に集光させる集光レンズ部と、
集光レンズ部を保持し、前記ビーム分割部セルに取り外
し可能に固定される集光レンズ部セルと、前記プーリを
回転駆動することにより前記ビーム分割部および前記集
光レンズ部を一体的に回転駆動する駆動部とを有する。
According to the present invention, there is provided a laser beam machine for transmitting and emitting laser light, a case having a rotatable pulley surrounding at least an emission port of the optical transmission system, A beam splitter that splits a laser beam emitted from the transmission system at a variable split ratio, a beam splitter cell that holds the beam splitter and is detachably fixed to the pulley, and a plurality of beams emitted from the beam splitter. A common condenser lens for the laser beam, a condenser lens for condensing a plurality of laser beams at different positions,
A condenser lens unit cell that holds the condenser lens unit and is detachably fixed to the beam division unit cell, and integrally rotates the beam division unit and the condenser lens unit by rotating the pulley. And a driving unit for driving.

【0012】[0012]

【作用】可変分割比でレーザビームを分割することので
きるビーム分割部を用いることにより、所望のエネルギ
強度比を有する複数のレーザビームを得ることができ
る。これら複数のレーザビームを用いることにより、主
加熱と補助加熱やレーザエネルギ強度の異なる複数のレ
ーザビームによる加熱加工を行なうことができる。
A plurality of laser beams having a desired energy intensity ratio can be obtained by using a beam splitter capable of splitting a laser beam at a variable split ratio. By using the plurality of laser beams, it is possible to perform main heating and auxiliary heating, and heating processing using a plurality of laser beams having different laser energy intensities.

【0013】複数のレーザビームに対して共通の集光レ
ンズ部を用いることにより、構成を簡単化し、装置を小
型化することができる。
By using a common condenser lens for a plurality of laser beams, the configuration can be simplified and the apparatus can be downsized.

【0014】ビーム分割部と集光レンズ部とを光伝送系
のケースから取り外し可能とすることにより、目的に合
わせた種々の複数のレーザビームスポットを得ることが
できる。
By making the beam splitting section and the condensing lens section detachable from the case of the optical transmission system, it is possible to obtain various laser beam spots according to the purpose.

【0015】[0015]

【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。
FIG. 1 schematically shows the construction of a laser welding machine according to one embodiment of the present invention. The laser beam emitted from the laser oscillator is transmitted through the fiber and is emitted downward from the fiber tip 1 in the figure.

【0016】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、直進して屋根形
プリズム3に入射する。屋根形プリズム3は、図中上側
に左右に傾いた対称的入射面を有する。
The laser light diverging and emitted from the fiber end 1 is collimated by a collimating lens 2 to become a parallel light beam. The parallel light beam travels straight and enters the roof prism 3. The roof-shaped prism 3 has a symmetrical entrance surface inclined left and right upward in the figure.

【0017】屋根形プリズム3は、図中左半分に入射し
たレーザビームは右下方に偏向し、右半分に入射したレ
ーザビームは左下方に偏向する。このように、屋根形プ
リズム3は、入射するレーザビームを2つのビームに分
割する役割を果たす。
The roof-shaped prism 3 deflects the laser beam incident on the left half in the figure downward and to the right, and deflects the laser beam incident on the right half downward and to the left. Thus, the roof prism 3 plays a role of splitting an incident laser beam into two beams.

【0018】プリズム3で分割された2本のレーザビー
ムは、集光レンズ4によって集光され、異なる点にスポ
ット状に集光される。集光点の位置は、プリズム3の与
える偏向(屈折)角度、プリズム3と集光レンズ4との
間の距離、集光レンズ4の集光距離等によって定まる。
The two laser beams split by the prism 3 are condensed by the condensing lens 4 and condensed in different spots at different points. The position of the focal point is determined by the deflection (refraction) angle given by the prism 3, the distance between the prism 3 and the condenser lens 4, the focal distance of the condenser lens 4, and the like.

【0019】なお、屋根形プリズム3はプリズムセル6
に保持され、集光レンズ4は集光レンズセル7に保持さ
れる。プリズムセル6下端と集光レンズセル7上端には
相係合するねじが切られており、集光レンズセル7をプ
リズムセル6にねじ込むことにより、両者は一体化され
る。
The roof prism 3 is a prism cell 6
, And the condenser lens 4 is retained in the condenser lens cell 7. The lower end of the prism cell 6 and the upper end of the condenser lens cell 7 are threaded to engage with each other. By screwing the condenser lens cell 7 into the prism cell 6, the two are integrated.

【0020】コリメートレンズ2はコリメートレンズケ
ース5に保持される。ファイバ先端1を保持するファイ
バケースは、その下端に形成されたねじ部がコリメート
レンズケース5上端に形成されたねじ部にねじ込まれて
固定される。
The collimating lens 2 is held in a collimating lens case 5. The fiber case holding the fiber tip 1 is fixed by screwing a thread formed at the lower end thereof into a thread formed at the upper end of the collimator lens case 5.

【0021】また、コリメートレンズケース5下端には
ベアリング8が設けられており、ベアリング8の反対側
にはプーリ11が結合されている。プーリ11の下端に
はねじ部が形成され、プリズムセル上端に形成されたね
じ部とねじ込み係合される。
A bearing 8 is provided at the lower end of the collimating lens case 5, and a pulley 11 is connected to the opposite side of the bearing 8. A screw portion is formed at the lower end of the pulley 11, and is screwed into and engaged with a screw portion formed at the upper end of the prism cell.

【0022】すなわち、プリズムセル6および集光レン
ズ7は一体化され、ベアリング8によって回転自在に保
持されている。ファイバ先端1、コリメートレンズ2、
集光レンズ4は同軸上に配置されている。
That is, the prism cell 6 and the condenser lens 7 are integrated and held rotatably by bearings 8. Fiber tip 1, collimating lens 2,
The condenser lens 4 is arranged coaxially.

【0023】図中、左方には、コリメートレンズケース
5が固定さている固定構造物が配置され、その内部にス
テッピングモータ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。
In the figure, a fixed structure to which the collimating lens case 5 is fixed is disposed on the left side, and a stepping motor 9 is installed inside the fixed structure. The rotation shaft of the motor 9 extends downward in the figure and is connected to the pulley 10. The pulley 10 and the pulley 11 are arranged in the same height direction, and a belt 12 is connected around the pulley 10 and the pulley 10.

【0024】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されると、プーリ11
に結合したプリズムセル6および集光レンズセル7が回
転し、プリズム3および集光レンズ4が回転する。
The diameter of the pulley 10 is smaller than the diameter of the pulley 11. The belt 12 is driven in accordance with the rotation of the motor 9, and the rotation is reduced and applied to the pulley 11. When the pulley 11 is rotated by being guided by the bearing 8, the pulley 11 is rotated.
The prism cell 6 and the condensing lens cell 7 coupled to the above rotate, and the prism 3 and the condensing lens 4 rotate.

【0025】ステッピングモータ9にはエンコーダが設
けられており、所定数のパルスを与えることにより、ス
テッピングモータ9を所定角度回転させることができ
る。ステッピングモータ9の回転は、小プーリ10およ
び大プーリ11を介して減速され、プリズム3および集
光レンズ4を所定角度回転させる。
The stepping motor 9 is provided with an encoder, and can rotate the stepping motor 9 by a predetermined angle by giving a predetermined number of pulses. The rotation of the stepping motor 9 is reduced through the small pulley 10 and the large pulley 11 to rotate the prism 3 and the condenser lens 4 by a predetermined angle.

【0026】なお、ベルト駆動の代りにギア駆動、摩擦
駆動等の他の駆動方式を採用することもできる。
It should be noted that other driving methods such as gear driving and friction driving can be adopted instead of belt driving.

【0027】なお、プリズム3は後に詳述するように、
図中左右方向に可動であり、その位置を変更することに
より、入射レーザビームの分割比を変更することができ
る。
The prism 3 will be described later in detail.
It is movable in the horizontal direction in the figure, and by changing its position, the division ratio of the incident laser beam can be changed.

【0028】図2は、以上説明したレーザ加工機から光
学系を抽出し、屋根形プリズム3の稜が光軸上に配置さ
れている状態を示す。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1mmであ
る。
FIG. 2 shows a state in which an optical system is extracted from the laser processing machine described above, and the ridge of the roof prism 3 is arranged on the optical axis. The fiber tip 1 corresponds to the core of the fiber, and diverges and emits a laser beam from the end. The diameter of the fiber tip 1 is, for example, about 1 mm.

【0029】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f1
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。
The collimating lens 2 which receives the laser beam diverging from the fiber end 1 converts the diverging laser beam into a parallel light beam. Focus f1 of collimating lens 2
Is substantially equivalent to the distance between the collimating lens 2 and the fiber end 1.

【0030】屋根形プリズム3の2つの入射面は、入射
するレーザビームを2分割し、レーザ平行光束に対して
角度θ傾いた対称的な面法線を有する。プリズム3の出
射面は平面であり、プリズム3から出射するレーザビー
ムは、元の方向からδ傾いた偏向角度を有する。プリズ
ム3から出射した平行レーザビームは、集光レンズ4に
入射し、集光されて2つのスポットに集まる。
The two entrance surfaces of the roof prism 3 divide the incident laser beam into two, and have symmetrical surface normals inclined at an angle θ with respect to the parallel laser beam. The exit surface of the prism 3 is flat, and the laser beam emitted from the prism 3 has a deflection angle inclined by δ from the original direction. The parallel laser beam emitted from the prism 3 is incident on the condenser lens 4 and is condensed and collected in two spots.

【0031】プリズム3の屈折率をn、角度θは小さ
く、集光レンズ4の焦点距離をf2とすると、集光スポ
ット径φDおよび集光スポット間の間隔dは、 φD=1mmφ×(f2/f1) d=2×f2×tanδ となる。ただし、δ(<または≒)(n−1)θであ
る。
Assuming that the refractive index of the prism 3 is n, the angle θ is small, and the focal length of the focusing lens 4 is f2, the focusing spot diameter φD and the interval d between the focusing spots are φD = 1 mmφ × (f2 / f1) d = 2 × f2 × tan δ Here, δ (<or ≒) (n−1) θ.

【0032】すなわち、ファイバ径に対する集光スポッ
ト径はレンズ2、4の焦点距離の比によって定まり、集
光スポット間の距離dは、プリズム3による偏向角度お
よび集光レンズ4の焦点距離によって定まる。
That is, the diameter of the focused spot with respect to the fiber diameter is determined by the ratio of the focal length of the lenses 2 and 4, and the distance d between the focused spots is determined by the deflection angle of the prism 3 and the focal length of the focusing lens 4.

【0033】図1の構成において、プリズム3は、図中
左右方向に位置を変更することができる。さらに、プリ
ズムセル6および集光レンズセル7はねじ込み式であ
り、プーリ11から取り外すことができる。所望の特性
を有するプリズムおよび集光レンズを組合せ、プーリ1
1にねじ込むことにより、ビームの分割特性および集光
特性を変更することができる。別の見方をすると、プリ
ズムセル6またはプリズムセル複数の組が可変分割比の
ビーム分割部を構成する。
In the configuration shown in FIG. 1, the position of the prism 3 can be changed in the horizontal direction in the figure. Further, the prism cell 6 and the condenser lens cell 7 are of a screw type and can be removed from the pulley 11. Combining a prism and a condensing lens having desired characteristics, pulley 1
By screwing into 1, the beam splitting characteristics and the light collecting characteristics can be changed. From another viewpoint, the prism cell 6 or a plurality of sets of the prism cells constitute a beam splitting unit having a variable split ratio.

【0034】図3は、プリズムセル6内のプリズム3の
機能を説明するための図である。図3(A)はプリズム
セルの概略上面図を示し、図3(C)はプリズムの位置
の変更に伴う光学的特性の変更を示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining the function of the prism 3 in the prism cell 6. FIG. 3A shows a schematic top view of a prism cell, and FIG. 3C shows a change in optical characteristics accompanying a change in the position of the prism.

【0035】図3(A)に示すように、プリズム3はプ
リズムホルダ13に保持され、プリズムセル6内に調整
ねじ19を介して支持される。調整ねじ19は、左右が
押しねじ−引きねじの関係にあり、上下の2組でプリズ
ムホルダ13を水平に保持する。調整ねじ19を調整す
ることにより、プリズムセル6内でプリズム3の位置は
左右に調整することができる。
As shown in FIG. 3A, the prism 3 is held by a prism holder 13 and is supported in the prism cell 6 via an adjusting screw 19. The adjustment screw 19 has a right-hand and left-hand relationship with respect to the right and left, and holds the prism holder 13 horizontally by two sets of upper and lower. By adjusting the adjusting screw 19, the position of the prism 3 in the prism cell 6 can be adjusted right and left.

【0036】図3(B)は、プリズムに入射するコリメ
ートされたレーザビームLとプリズム3の関係を示す。
実線で示されるプリズム3aは、その稜Taがレーザビ
ームLの中心L3と一致し、レーザビームLを均等に2
つのビームに分割する。
FIG. 3B shows the relationship between the prism 3 and the collimated laser beam L incident on the prism.
The prism 3a indicated by the solid line has its ridge Ta coincident with the center L3 of the laser beam L, and the laser beam L is evenly distributed by two.
Split into two beams.

【0037】屋根形プリズム3aの左側斜面に入射した
レーザビームは、屋根形プリズムで屈折され、レーザビ
ームBbとなり、屋根形プリズム3aの右側斜面に入射
したレーザビームは、屋根形プリズム3aで屈折され、
レーザビームBaとなる。
The laser beam incident on the left slope of the roof prism 3a is refracted by the roof prism to become a laser beam Bb, and the laser beam incident on the right slope of the roof prism 3a is refracted by the roof prism 3a. ,
It becomes a laser beam Ba.

【0038】このように、屋根形プリズム3aの稜Ta
がレーザビームLの中心と一致する場合には、2つの等
しいエネルギ強度を有するレーザビームBaおよびBb
が得られる。
As described above, the ridge Ta of the roof-shaped prism 3a
Coincides with the center of the laser beam L, the laser beams Ba and Bb having two equal energy intensities
Is obtained.

【0039】次に、屋根形プリズムを右側に移動させ、
その稜TbがレーザビームL中の右側に位置する光線L
4に一致したとする。この状態では、屋根形プリズム3
bの左側斜面に入射するビーム面積が広く、右側斜面に
入射するビーム面積は狭い。
Next, the roof prism is moved to the right,
The light beam L whose ridge Tb is located on the right side in the laser beam L
Suppose that it matched 4. In this state, the roof prism 3
The beam area incident on the left slope of b is large, and the beam area incident on the right slope is small.

【0040】屋根形プリズム3bの左側斜面に入射する
レーザビームは、屋根形プリズム3bで屈折され、レー
ザビームByを形成し、屋根形プリズム3bの右側斜面
に入射したレーザビームは、屋根形プリズム3bで屈折
し、Bxを形成する。左右両斜面に入射するレーザビー
ムの面積の比により、形成されるレーザビームBxおよ
びByのビーム強度が変化する。
The laser beam incident on the left slope of the roof prism 3b is refracted by the roof prism 3b to form a laser beam By, and the laser beam incident on the right slope of the roof prism 3b is converted to the roof prism 3b. To form Bx. The beam intensity of the formed laser beams Bx and By changes depending on the ratio of the areas of the laser beams incident on the left and right slopes.

【0041】なお、屋根形プリズムは斜面の角度が一定
でその底面は水平に保たれているため、出射するビーム
強度比を変更してもその進行方向の角度は変わらない。
Since the angle of the inclined surface of the roof prism is constant and the bottom surface thereof is kept horizontal, the angle of the traveling direction does not change even if the intensity ratio of the emitted beam is changed.

【0042】ステッピングモータ9を駆動し、ベアリン
グ8を回転させることにより、レーザビームの分割方向
は任意に設定することができる。
By driving the stepping motor 9 and rotating the bearing 8, the direction of laser beam division can be set arbitrarily.

【0043】図4は、図1に示すレーザ溶接機を用い、
突き合わせ溶接を行なう場合の操作を概略的に示す。加
工対象物13と14が突き合わせて配置されている。こ
こで、屋根形プリズムの稜は、入射するレーザビームの
中心から偏心され、大強度のレーザビームスポットBy
および小強度のレーザビームスポットBxを形成してい
るとする。また、加工対象物13と14はその相対位置
を変えず、レーザビームスポットBx、Byに対し、相
対的に移動するものとする。
FIG. 4 shows a laser welding machine shown in FIG.
The operation when performing butt welding is schematically shown. The objects to be processed 13 and 14 are arranged facing each other. Here, the ridge of the roof prism is decentered from the center of the incident laser beam, and the laser beam spot By has a large intensity.
It is assumed that a laser beam spot Bx having a small intensity is formed. It is assumed that the objects 13 and 14 move relative to the laser beam spots Bx and By without changing their relative positions.

【0044】なお、強度の大小を表すため、スポット径
が異なるかのように図示しているが、実際上は平行光束
を集光するため、スポット径はほぼ同一である。
Although the spot diameters are shown as different in order to indicate the magnitude of the intensity, the spot diameters are practically the same in practice because parallel light beams are collected.

【0045】図4(A)は溶接前に補助加熱を行なう場
合の操作を示す。大強度のレーザビームスポットByの
前に小さなレーザビームスポットBxが配置され、共に
加工対象物13、14の突き合わせ位置に沿って相対的
に右方に移動される。
FIG. 4A shows an operation for performing auxiliary heating before welding. A small laser beam spot Bx is arranged in front of the high-intensity laser beam spot By, and both are relatively moved rightward along the abutting positions of the objects 13 and.

【0046】加工対象物13、14の突き合わせ面にお
いては、まず小強度のレーザビームスポットBxにより
補助加熱され、予備加熱された状態に大強度のレーザビ
ームスポットByが照射する。このように、予熱を行な
った加工対象物に主レーザビームを照射して溶接を行な
うことにより、高品位の溶接を行なうことができる。
On the abutting surfaces of the workpieces 13 and 14, first, the laser beam spot Bx of small intensity is supplementarily heated, and the laser beam spot By of high intensity is irradiated in a preheated state. By irradiating the preheated workpiece with the main laser beam to perform welding, high-quality welding can be performed.

【0047】図4(B)は、主レーザビームスポットB
yの後ろに補助レーザビームスポットBxが配置される
構成を示す。溶接後、急激に加工対象物を冷却すると、
歪等によりヒビ等の悪影響を与える場合に適した配置で
ある。
FIG. 4B shows a main laser beam spot B
The configuration in which the auxiliary laser beam spot Bx is arranged behind y is shown. After welding, when the workpiece is rapidly cooled,
This arrangement is suitable for the case where distortion or the like adversely affects cracks or the like.

【0048】主レーザビームスポットByは加工対象物
13、14の突き合わせ位置に沿って図中右側に移動す
る。主レーザビームByの後方に補助レーザビームBx
が配置され、所定間隔を保ったまま主レーザビームと同
一の軌跡をたどる。
The main laser beam spot By moves to the right side in the figure along the position where the workpieces 13 and 14 meet. Auxiliary laser beam Bx behind main laser beam By
Are arranged, and follow the same trajectory as the main laser beam while maintaining a predetermined interval.

【0049】主レーザビームByに照射され、溶接が行
なわれた加工箇所は、主レーザビームByが離れるにし
たがって冷却を開始するが、補助レーザビームBxが次
に照射するため、急激な冷却が防止され、ゆるやかな温
度低下を示す。このように、急冷が防止されることによ
り、高品位の溶接を実現することができる。
The processing location irradiated with the main laser beam By and subjected to welding starts cooling as the main laser beam By moves away, but the auxiliary laser beam Bx is irradiated next, so that rapid cooling is prevented. And show a gradual temperature drop. Thus, by preventing the rapid cooling, high-quality welding can be realized.

【0050】図4(C)は、熱容量や融点の異なる異種
材料の突き合わせ溶接を示す。加工対象物13は、加工
対象物14と比較して熱容量が高く、かつ融点が高いも
のとする。したがって、加工対象物13を溶融するため
には大きなエネルギ強度が必要である。
FIG. 4C shows butt welding of different materials having different heat capacities and melting points. The processing object 13 has a higher heat capacity and a higher melting point than the processing object 14. Therefore, a large energy intensity is required to melt the workpiece 13.

【0051】加工対象物13、14を溶融するために必
要とされるエネルギ強度に対応して、レーザビームスポ
ットByとBxのエネルギ強度比が選択される。これら
エネルギ強度の異なる2つのレーザビームスポットを、
加工対象物13、14の突き合わせ位置の両側に配置
し、突き合わせ位置に沿って移動させることにより、異
なる特性を有する加工対象物13、14をそれぞれ最適
の状態で溶融させ、溶接を行なうことができる。
The energy intensity ratio between the laser beam spots By and Bx is selected in accordance with the energy intensity required to melt the workpieces 13 and 14. These two laser beam spots with different energy intensities are
By arranging the workpieces 13 and 14 on both sides of the butting position and moving the workpieces 13 and 14 along the abutting position, the workpieces 13 and 14 having different characteristics can be melted in an optimum state and welded. .

【0052】なお、上述の直径1mmのファイバ出射端
を有し、集光スポット径600μmφ、集光スポット径
間隔1mmとなるレンズ−プリズム系を用い、厚さ0.
8mmのステンレス鋼板の重ね合わせ溶接および突き合
わせ溶接を行なった。レーザ光源としては400WのY
AGレーザを用い、エネルギ強度比が5J:15J=
1:3になるようにビーム分割を行なった。
A lens-prism system having the above-mentioned fiber exit end having a diameter of 1 mm, a condensing spot diameter of 600 μmφ, and a condensing spot diameter interval of 1 mm was used.
Lap welding and butt welding of an 8 mm stainless steel plate were performed. 400W Y as laser light source
Using an AG laser, the energy intensity ratio is 5J: 15J =
Beam splitting was performed so as to be 1: 3.

【0053】低強度のレーザビームスポットを予備加熱
に用い、高強度のレーザビームを溶接加工に用いた。な
お、加工速度は100mm/minとした。この予備加
熱レーザビーム溶接により、ステンレス鋼板を良好に溶
接することができた。1本のレーザビームのスポットを
デフォーカスして広げ、溶接加工した場合と比べると、
溶接ビードの外観等において本実施例による溶接がより
良好な結果を与えた。
A low-intensity laser beam spot was used for preheating, and a high-intensity laser beam was used for welding. The processing speed was 100 mm / min. By this preheating laser beam welding, a stainless steel plate was successfully welded. Compared to the case where one laser beam spot is defocused and spread and welded,
In the appearance of the weld bead, the welding according to this example gave better results.

【0054】なお、屋根形プリズムの代りに台形プリズ
ムを用いてビームを3分割することもできる。3分割ビ
ームによって、たとえば予備加熱、溶接、徐冷補助加熱
を行なうことができる。
The beam can be divided into three parts by using a trapezoidal prism instead of the roof prism. Preliminary heating, welding, and slow cooling auxiliary heating can be performed by the three-part beam.

【0055】図5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を保持するプリズムセル6および
集光レンズセル7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。
FIG. 5 partially shows the configuration of a gas assist laser processing machine according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a housing 16 having an assist gas inlet 15 surrounds the periphery of the prism cell 6 and the condenser lens cell 7 that hold the prism 3 and the condenser lens 4 at the laser beam emission portion.

【0056】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、図中上部に示したプリズム3、集光レンズ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、切断用には酸素等、溶
媒用には不活性ガス等が用いられる。
The assist gas introduced from the assist gas inlet 15 is guided by the housing 16 and is ejected downward from the lower outlet 17. The opening of the lower jet port 17 is designed so as not to come into contact with the laser beam condensed via the prism 3 and the condensing lens 4 shown in the upper part of the figure. As the assist gas, oxygen or the like is used for cutting, and an inert gas or the like is used for the solvent.

【0057】なお、屋根形プリズム、台形プリズムを用
い、レーザビームを直線上で2分割、3分割する場合を
説明したが、他の分割様式を用いてもよい。たとえば、
三角錐等、多角錐状のプリズムを用い、3本以上のビー
ムを得てもよい。プリズムの代わりに屋根形ミラーやコ
ーナキューブミラー等を用いてビーム分割を行なっても
よい。
Although a case has been described in which a roof-shaped prism and a trapezoidal prism are used to divide a laser beam into two and three on a straight line, other division modes may be used. For example,
A prism having a polygonal pyramid shape such as a triangular pyramid may be used to obtain three or more beams. Beam splitting may be performed by using a roof mirror, a corner cube mirror, or the like instead of the prism.

【0058】なお、レーザ加工により溶接を行なう場合
を説明したが、同様の構成を用い、レーザ切断を行なう
ことも可能である。このような場合においても、レーザ
ビームを分割し、複数の点に照射することにより、加熱
点が分散し、加工対象物に与える熱歪み等を減少するこ
とが可能と考えられる。
Although the case where welding is performed by laser processing has been described, laser cutting can be performed using a similar configuration. Even in such a case, it is considered that by dividing the laser beam and irradiating a plurality of points, the heating points are dispersed, and it is possible to reduce thermal distortion or the like applied to the workpiece.

【0059】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。たとえば、
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。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
2本以上に分岐したレーザビームを同時に用いてレーザ
加工を行なうことにより、従来のレーザ加工よりも高品
位のレーザ加工を行なうことが可能となる。
As described above, according to the present invention,
By performing laser processing using two or more branched laser beams simultaneously, it becomes possible to perform higher-quality laser processing than conventional laser processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a laser welding machine according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an extracted optical system in the laser welding machine of FIG. 1;

【図3】プリズムセル6の構成および機能を説明するた
めの平面図および概略図である。
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a schematic view for explaining a configuration and a function of a prism cell 6. FIGS.

【図4】図1のレーザ溶接機を用い、突き合わせ溶接を
行なう場合の手順を説明するための概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a procedure for performing butt welding using the laser welding machine of FIG. 1;

【図5】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。
FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing a configuration of a gas assist laser processing machine according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ファイバ先端 2 コリメートレンズ 3 プリズム 4 集光レンズ 5 コリメートレンズケース 6 プリズムセル 7 集光レンズセル 8 ベアリング 9 ステッピングモータ 10、11 プーリ 12 ベルト 13、14 加工対象物 15 アシストガス取入口 16 ハウジング 17 下部噴出口 L、B レーザビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber tip 2 Collimating lens 3 Prism 4 Condensing lens 5 Collimating lens case 6 Prism cell 7 Condensing lens cell 8 Bearing 9 Stepping motor 10, 11 Pulley 12 Belt 13, 14 Workpiece 15 Assist gas inlet 16 Housing 17 Lower part Spout L, B Laser beam

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光を伝送し、出射する光伝送系
と、 光伝送系の少なくとも出射口を取り囲み、回転可能なプ
ーリを有するケースと、 光伝送系から出射されるレーザビームを可変分割比で分
割するビーム分割部と、 ビーム分割部を保持し、前記プーリに取り外し可能に固
定されるビーム分割部セルと、 ビーム分割部から出射される複数のレーザビームに対し
て共通の集光レンズ部であり、複数のレーザビームを異
なる位置に集光させる集光レンズ部と、 集光レンズ部を保持し、前記ビーム分割部セルに取り外
し可能に固定される集光レンズ部セルと、 前記プーリを回転駆動することにより前記ビーム分割部
および前記集光レンズ部を一体的に回転駆動する駆動部
とを有するレーザ加工機。
An optical transmission system for transmitting and emitting a laser beam, a case having a rotatable pulley surrounding at least an emission port of the optical transmission system, and a variable splitting ratio for a laser beam emitted from the optical transmission system. A beam splitting unit that holds the beam splitting unit and is detachably fixed to the pulley; and a common condensing lens unit for a plurality of laser beams emitted from the beam splitting unit. A condensing lens unit for condensing a plurality of laser beams at different positions, a condensing lens unit cell holding the condensing lens unit and detachably fixed to the beam splitting unit cell, and the pulley. A laser processing machine comprising: a driving unit that integrally rotates the beam splitting unit and the condenser lens unit by rotating the driving unit.
【請求項2】 前記ビーム分割部が分割された複数のレ
ーザビームを屈折によって異なる方向に出射する請求項
1記載のレーザ加工機。
2. The laser beam machine according to claim 1, wherein the beam splitter emits the plurality of split laser beams in different directions by refraction.
【請求項3】 前記ビーム分割部が溶接を行なう主レー
ザビームと補助加熱を行なう補助レーザビームを形成
し、レーザ加工機が溶接を行なう請求項1ないし2記載
のレーザ加工機。
3. The laser beam machine according to claim 1, wherein the beam splitting section forms a main laser beam for welding and an auxiliary laser beam for auxiliary heating, and the laser beam machine performs welding.
【請求項4】 さらに、前記ビーム分割部セル、前記集
光レンズ部セルを取り囲むように配置され、アシストガ
ス取入口および下部噴出口を備えたハウジングを有する
請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工機。
4. The housing according to claim 1, further comprising a housing provided so as to surround the beam splitting unit cell and the condenser lens unit cell, and having an assist gas inlet and a lower outlet. Laser processing machine.
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