JPH1158054A - 光路長可変レーザー加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用したレーザー加工方法 - Google Patents
光路長可変レーザー加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用したレーザー加工方法Info
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- JPH1158054A JPH1158054A JP9223802A JP22380297A JPH1158054A JP H1158054 A JPH1158054 A JP H1158054A JP 9223802 A JP9223802 A JP 9223802A JP 22380297 A JP22380297 A JP 22380297A JP H1158054 A JPH1158054 A JP H1158054A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 近場から遠場までの広い範囲の加工領域にお
いて、高速で安定した良好な薄板切断が可能であり、厚
板においては安定切断が可能な光路長可変レーザー加工
機のビームコリメーション装置および同装置を使用した
レーザー加工方法の提供。 【解決手段】 光路長可変レーザー加工機２１におい
て、レーザー発振器３の出力ミラー５の大気側を凹レン
ズに形成して設け、該出力ミラーの凹レンズの光軸２７
上に進退自在の第１凸レンズ２５と第２凸レンズ２９と
を離隔して設け、前記凹レンズと第１凸レンズまたは第
２凸レンズとで逆ガリレオ形のビームエキスパンダー作
用を成すビームコリメーション装置２３を形成したこと
を特徴とする光路長可変レーザー加工機のビームコリメ
ーション装置。
いて、高速で安定した良好な薄板切断が可能であり、厚
板においては安定切断が可能な光路長可変レーザー加工
機のビームコリメーション装置および同装置を使用した
レーザー加工方法の提供。 【解決手段】 光路長可変レーザー加工機２１におい
て、レーザー発振器３の出力ミラー５の大気側を凹レン
ズに形成して設け、該出力ミラーの凹レンズの光軸２７
上に進退自在の第１凸レンズ２５と第２凸レンズ２９と
を離隔して設け、前記凹レンズと第１凸レンズまたは第
２凸レンズとで逆ガリレオ形のビームエキスパンダー作
用を成すビームコリメーション装置２３を形成したこと
を特徴とする光路長可変レーザー加工機のビームコリメ
ーション装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光路長可変レーザー
加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用
したレーザー加工方法に関する。
加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用
したレーザー加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光路長可変タイプのレーザー加工機にお
いては、レーザー発振器からレーザー加工ヘッドまでの
光路長が長いので、レーザービームのコリメーションが
必要かつ重要である。図６および図７は光路長可変レー
ザー加工機のビームコリメーション装置の代表的な従来
例を示したものである。
いては、レーザー発振器からレーザー加工ヘッドまでの
光路長が長いので、レーザービームのコリメーションが
必要かつ重要である。図６および図７は光路長可変レー
ザー加工機のビームコリメーション装置の代表的な従来
例を示したものである。
【０００３】図６にはレーザー発振器１０３の出力ミラ
ー１０５から３，７００ｍｍ離れた近場（Near Field,N
/F）のＡ位置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ａ
と、８，２００ｍｍ離れた遠場（Far Field,F/F ）のＢ
位置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ｂの両方を同
時に示してあり、また出力ミラー１０５からレーザー加
工ヘッド１０７ａまたは１０７ｂまでの光路はＸ軸方向
とＹ軸方向の光路とを直線に展開して示してある。
ー１０５から３，７００ｍｍ離れた近場（Near Field,N
/F）のＡ位置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ａ
と、８，２００ｍｍ離れた遠場（Far Field,F/F ）のＢ
位置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ｂの両方を同
時に示してあり、また出力ミラー１０５からレーザー加
工ヘッド１０７ａまたは１０７ｂまでの光路はＸ軸方向
とＹ軸方向の光路とを直線に展開して示してある。
【０００４】図６を参照するに、光路長可変レーザー加
工機１０１は１軸光移動１軸テーブル移動形式のレーザ
ー加工機であって、レーザー加工ヘッド１０７はワーク
テーブル（図示省略）上をＸ軸方向とＹ軸方向の２軸に
移動位置決めできるように設けられており、凸レンズか
らなるコリメーションレンズ１０９がレーザー発振器１
０３の出力ミラー１０５から一定距離に配置してある。
工機１０１は１軸光移動１軸テーブル移動形式のレーザ
ー加工機であって、レーザー加工ヘッド１０７はワーク
テーブル（図示省略）上をＸ軸方向とＹ軸方向の２軸に
移動位置決めできるように設けられており、凸レンズか
らなるコリメーションレンズ１０９がレーザー発振器１
０３の出力ミラー１０５から一定距離に配置してある。
【０００５】前記コリメーションレンズ１０９の作用に
よってほぼ平行光線になったレーザービームＬＢは、レ
ーザー加工ヘッド１０７に設けたベンドミラー１１１を
介して集光レンズ１１３に入射される。なお、前記Ａ位
置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ａの集光レンズ
１１３への入射ビーム径をＤn 、焦点距離をｆn 、集光
スポット径をφn 、収斂角をθn （半角）とし、Ｂ位置
に位置するレーザー加工ヘッド１０７ｂの集光レンズ１
１３への入射ビーム径をＤf 、焦点距離をｆf、集光ス
ポット径をφf 、収斂角をθf （半角）とする。
よってほぼ平行光線になったレーザービームＬＢは、レ
ーザー加工ヘッド１０７に設けたベンドミラー１１１を
介して集光レンズ１１３に入射される。なお、前記Ａ位
置に位置するレーザー加工ヘッド１０７ａの集光レンズ
１１３への入射ビーム径をＤn 、焦点距離をｆn 、集光
スポット径をφn 、収斂角をθn （半角）とし、Ｂ位置
に位置するレーザー加工ヘッド１０７ｂの集光レンズ１
１３への入射ビーム径をＤf 、焦点距離をｆf、集光ス
ポット径をφf 、収斂角をθf （半角）とする。
【０００６】図７は、別の形態のコリメーション手段を
有する光路長可変レーザー加工機２０１を示したもので
ある。このコリメーション手段は、前記コリメーション
レンズ１０９に凹レンズを組合わせて逆ガリレオ形コリ
メーター９’を形成したものであり、前記図６に示した
コリメーションレンズ１０９と同一の作用を成すもので
ある。逆ガリレオ形コリメーター９’以外は前記図６と
同一の構成であるので同一の参照符号を付してある。
有する光路長可変レーザー加工機２０１を示したもので
ある。このコリメーション手段は、前記コリメーション
レンズ１０９に凹レンズを組合わせて逆ガリレオ形コリ
メーター９’を形成したものであり、前記図６に示した
コリメーションレンズ１０９と同一の作用を成すもので
ある。逆ガリレオ形コリメーター９’以外は前記図６と
同一の構成であるので同一の参照符号を付してある。
【０００７】上記構成の光路長可変レーザー加工機１０
１のビームコリメーション手段において、焦点距離６ｍ
の凸単レンズのコリメーションレンズ１０９を出力ミラ
ー１０５から１，９７０ｍｍの位置に配置し、集光レン
ズ１１３に焦点距離１２７．０ｍｍ（５インチ）の凸レ
ンズを使用したときのコリメーション特性の計算結果を
図８に、また実際に切断試験をした結果を図９に示して
ある。なお、近場から遠場の加工領域は出力ミラー１０
５からそれぞれ、３．７ｍ〜８．２ｍの範囲にある。
１のビームコリメーション手段において、焦点距離６ｍ
の凸単レンズのコリメーションレンズ１０９を出力ミラ
ー１０５から１，９７０ｍｍの位置に配置し、集光レン
ズ１１３に焦点距離１２７．０ｍｍ（５インチ）の凸レ
ンズを使用したときのコリメーション特性の計算結果を
図８に、また実際に切断試験をした結果を図９に示して
ある。なお、近場から遠場の加工領域は出力ミラー１０
５からそれぞれ、３．７ｍ〜８．２ｍの範囲にある。
【０００８】図８は、横軸に集光レンズの集光位置（ｍ
ｍ）を、縦軸に集光レンズの集光スポット径（μｍ）を
とり、近場、中間位置および遠場における集光位置と集
光スポット径との関係を示したものである。このグラフ
からもよく判る様に、遠場における最小集光スポット径
φf が得られる集光位置すなわち焦点距離ｆf と、近場
における最小集光スポット径φn が得られる集光位置す
なわち焦点距離ｆn との差ΔＦは、ΔＦ＝ｆf −ｆn ＝
１．００ｍｍとなり、遠場と近場における集光スポット
径の差ΔＳは、ΔＳ＝φf −φn ＝１９．１６μｍと計
算される。
ｍ）を、縦軸に集光レンズの集光スポット径（μｍ）を
とり、近場、中間位置および遠場における集光位置と集
光スポット径との関係を示したものである。このグラフ
からもよく判る様に、遠場における最小集光スポット径
φf が得られる集光位置すなわち焦点距離ｆf と、近場
における最小集光スポット径φn が得られる集光位置す
なわち焦点距離ｆn との差ΔＦは、ΔＦ＝ｆf −ｆn ＝
１．００ｍｍとなり、遠場と近場における集光スポット
径の差ΔＳは、ΔＳ＝φf −φn ＝１９．１６μｍと計
算される。
【０００９】図９はワーク表面からの集光レンズの位置
に対する切断速度の変化を示したものである。なお、グ
ラフは横軸にワーク表面からの集光レンズの位置を位置
調節用ダイヤルゲージの読み（ｍｍ）で示し、縦軸に切
断速度（ｍ／ｍｉｎ）をとってある。
に対する切断速度の変化を示したものである。なお、グ
ラフは横軸にワーク表面からの集光レンズの位置を位置
調節用ダイヤルゲージの読み（ｍｍ）で示し、縦軸に切
断速度（ｍ／ｍｉｎ）をとってある。
【００１０】図９から、近場と遠場における切断時の焦
点距離の差ΔＦが１．７５ｍｍ（ΔＦ＝１１．００−
９．２５）も相違していることが判る。また、切断速度
は近場では９．２５ｍｍ（焦点距離ｆn に相当）の位置
が最も速く、遠場では１１．０ｍｍ（焦点距離ｆn に相
当）の位置が最も速いことが判る。さらに、近場、中間
位置および遠場における各加工位置における加工速度が
それぞれ相違していることが判る。
点距離の差ΔＦが１．７５ｍｍ（ΔＦ＝１１．００−
９．２５）も相違していることが判る。また、切断速度
は近場では９．２５ｍｍ（焦点距離ｆn に相当）の位置
が最も速く、遠場では１１．０ｍｍ（焦点距離ｆn に相
当）の位置が最も速いことが判る。さらに、近場、中間
位置および遠場における各加工位置における加工速度が
それぞれ相違していることが判る。
【００１１】上述の如き、従来の光路長可変レーザー加
工機のビームコリメーション装置において薄板の板金材
料を高速切断した場合、近場における加工品質と遠場に
おける加工品質とに差が生じるという問題がある。例え
ば、近場における加工品質はドロスが付着する不良切断
となるが、遠場ではドロス無しの安定切断ができるなど
の現象が生じる。
工機のビームコリメーション装置において薄板の板金材
料を高速切断した場合、近場における加工品質と遠場に
おける加工品質とに差が生じるという問題がある。例え
ば、近場における加工品質はドロスが付着する不良切断
となるが、遠場ではドロス無しの安定切断ができるなど
の現象が生じる。
【００１２】薄板の板金材料を高速切断する場合、レー
ザービームの集光性を高めるために、集光レンズへのビ
ームの入射径を拡大するという手段を用いることも可能
ではある。しかし、入射径を拡大すると厚板の板金材料
の切断において集光点の焦点深度が浅くなるため切断に
使用するアシストガスのスムーズな通過を妨げて加工性
能を低下させるという新たな問題が生じる。
ザービームの集光性を高めるために、集光レンズへのビ
ームの入射径を拡大するという手段を用いることも可能
ではある。しかし、入射径を拡大すると厚板の板金材料
の切断において集光点の焦点深度が浅くなるため切断に
使用するアシストガスのスムーズな通過を妨げて加工性
能を低下させるという新たな問題が生じる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の如き問
題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、近場
から遠場までの広い範囲の加工領域において、高速で安
定した良好な薄板切断が可能であり、厚板においては安
定切断が可能な光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置および同装置を使用したレーザー加工方
法を提供することである。
題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、近場
から遠場までの広い範囲の加工領域において、高速で安
定した良好な薄板切断が可能であり、厚板においては安
定切断が可能な光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置および同装置を使用したレーザー加工方
法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、請求項１に記載のビームコリメーション装置
は、光路長可変レーザー加工機において、レーザー発振
器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、該
出力ミラーの凹レンズの光軸上に凸レンズを設け、該凸
レンズと前記凹レンズとで逆ガリレオ形のビームエキス
パンダー作用を成すビームコリメーション装置を設けた
ことを要旨とするものである。
として、請求項１に記載のビームコリメーション装置
は、光路長可変レーザー加工機において、レーザー発振
器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、該
出力ミラーの凹レンズの光軸上に凸レンズを設け、該凸
レンズと前記凹レンズとで逆ガリレオ形のビームエキス
パンダー作用を成すビームコリメーション装置を設けた
ことを要旨とするものである。
【００１５】したがって、出力ミラーから近い加工領域
の近場と、遠い加工領域の遠場における焦点距離の差
（ΔＦ＝ｆf −ｆn ）と集光スポット径の差（ΔＳ＝φ
f −φn ）を小さくすることができるので、近場から遠
場までの広い範囲の加工領域において高速で安定した良
好な薄板切断が可能となる。
の近場と、遠い加工領域の遠場における焦点距離の差
（ΔＦ＝ｆf −ｆn ）と集光スポット径の差（ΔＳ＝φ
f −φn ）を小さくすることができるので、近場から遠
場までの広い範囲の加工領域において高速で安定した良
好な薄板切断が可能となる。
【００１６】請求項２に記載のビームコリメーション装
置は、光路長可変レーザー加工機において、レーザー発
振器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、
該出力ミラーの凹レンズの光軸上に進退自在の第１凸レ
ンズと第２凸レンズとを離隔して設け、前記凹レンズと
第１凸レンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレオ形のビ
ームエキスパンダー作用を成すビームコリメーション装
置を形成したことを要旨とするものである。
置は、光路長可変レーザー加工機において、レーザー発
振器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、
該出力ミラーの凹レンズの光軸上に進退自在の第１凸レ
ンズと第２凸レンズとを離隔して設け、前記凹レンズと
第１凸レンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレオ形のビ
ームエキスパンダー作用を成すビームコリメーション装
置を形成したことを要旨とするものである。
【００１７】したがって、出力ミラーに形成した凹レン
ズの光軸上に選択的に進退自在に設けた第１凸レンズま
たは第２凸レンズとからなるビームコリメーション装置
によってコリメーションされた集光特性が相違する二つ
のビーム径から切断に必要な集光特性を有する方を適宜
に選択して使用することができる。
ズの光軸上に選択的に進退自在に設けた第１凸レンズま
たは第２凸レンズとからなるビームコリメーション装置
によってコリメーションされた集光特性が相違する二つ
のビーム径から切断に必要な集光特性を有する方を適宜
に選択して使用することができる。
【００１８】請求項３に記載のレーザー切断方法は、光
路長可変レーザー加工機において、レーザー発振器の出
力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、該出力ミ
ラーの凹レンズの光軸上に進退自在の第１凸レンズと第
２凸レンズとを離隔して設け、前記凹レンズと第１凸レ
ンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレオ形のビームエキ
スパンダー作用を成すビームコリメーション装置を構成
し、前記第１凸レンズを使用したビームコリメーション
により標準ビーム径を形成してやや大きめな集光スポッ
ト径に集光させて厚板切断を行い、前記第２凸レンズを
使用したビームコリメーションでは、前記標準ビーム径
より大きい拡大ビームを形成して小さな集光スポット径
に集光させて高速薄板切断を行うことを要旨とするもの
である。
路長可変レーザー加工機において、レーザー発振器の出
力ミラーの大気側を凹レンズに形成して設け、該出力ミ
ラーの凹レンズの光軸上に進退自在の第１凸レンズと第
２凸レンズとを離隔して設け、前記凹レンズと第１凸レ
ンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレオ形のビームエキ
スパンダー作用を成すビームコリメーション装置を構成
し、前記第１凸レンズを使用したビームコリメーション
により標準ビーム径を形成してやや大きめな集光スポッ
ト径に集光させて厚板切断を行い、前記第２凸レンズを
使用したビームコリメーションでは、前記標準ビーム径
より大きい拡大ビームを形成して小さな集光スポット径
に集光させて高速薄板切断を行うことを要旨とするもの
である。
【００１９】したがって、光路長可変レーザー加工機に
おいて、板厚が変化しても同一の集光レンズを使用して
薄板から１０ｍｍを超える厚板まで良好に切断すること
ができる。
おいて、板厚が変化しても同一の集光レンズを使用して
薄板から１０ｍｍを超える厚板まで良好に切断すること
ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
によって説明する。図１は、本発明に係わる光路長可変
レーザー加工機のビームコリメーション装置の第１の実
施の形態を示したものである。
によって説明する。図１は、本発明に係わる光路長可変
レーザー加工機のビームコリメーション装置の第１の実
施の形態を示したものである。
【００２１】レーザー発振器３の出力ミラー５からＬ2
離れた近場（Near Field,N/F）のＡ位置に位置するレー
ザー加工ヘッド７ａと、Ｌ3 離れた遠場（Far Field,F/
F ）のＢ位置に位置するレーザー加工ヘッド７ｂの両方
を同時に示してあり、また出力ミラー５からレーザー加
工ヘッド７ａまたは７ｂまでの光路はＸ軸方向とＹ軸方
向の光路とを直線に展開して示してある。
離れた近場（Near Field,N/F）のＡ位置に位置するレー
ザー加工ヘッド７ａと、Ｌ3 離れた遠場（Far Field,F/
F ）のＢ位置に位置するレーザー加工ヘッド７ｂの両方
を同時に示してあり、また出力ミラー５からレーザー加
工ヘッド７ａまたは７ｂまでの光路はＸ軸方向とＹ軸方
向の光路とを直線に展開して示してある。
【００２２】図１を参照するに、光路長可変レーザー加
工機１は１軸光移動１軸テーブル移動形式のレーザー加
工機であって、レーザー加工ヘッド７はワークテーブル
（図示省略）上をＸ軸方向とＹ軸方向の２軸に移動位置
決めできるように設けられている。
工機１は１軸光移動１軸テーブル移動形式のレーザー加
工機であって、レーザー加工ヘッド７はワークテーブル
（図示省略）上をＸ軸方向とＹ軸方向の２軸に移動位置
決めできるように設けられている。
【００２３】前記レーザー発振器３の出力ミラー５の大
気側は凹レンズに形成してあり、この出力ミラー５から
距離Ｌ1 の所に凸レンズ９を配置し、出力ミラー５の大
気側は凹レンズと凸レンズ９とで逆ガリレオ形のビーム
エキスパンダー作用を持たせたビームコリメーション装
置１１を形成してある。
気側は凹レンズに形成してあり、この出力ミラー５から
距離Ｌ1 の所に凸レンズ９を配置し、出力ミラー５の大
気側は凹レンズと凸レンズ９とで逆ガリレオ形のビーム
エキスパンダー作用を持たせたビームコリメーション装
置１１を形成してある。
【００２４】前記ビームコリメーション装置１１の作用
によってほぼ平行光線になったレーザービームは、レー
ザー加工ヘッド７ａに設けたベンドミラー１３を介して
集光レンズ１５入射される。なお、前記Ａ位置に位置す
るレーザー加工ヘッド７ａの集光レンズ１５への入射ビ
ーム径をＤn 、焦点距離をｆn 、集光スポット径を
φn 、収斂角をθn （半角）とし、Ｂ位置に位置するレ
ーザー加工ヘッド７ｂの集光レンズ１５への入射ビーム
径をＤf 、焦点距離をｆf 、集光スポット径をφf、収
斂角をθf （半角）とする。
によってほぼ平行光線になったレーザービームは、レー
ザー加工ヘッド７ａに設けたベンドミラー１３を介して
集光レンズ１５入射される。なお、前記Ａ位置に位置す
るレーザー加工ヘッド７ａの集光レンズ１５への入射ビ
ーム径をＤn 、焦点距離をｆn 、集光スポット径を
φn 、収斂角をθn （半角）とし、Ｂ位置に位置するレ
ーザー加工ヘッド７ｂの集光レンズ１５への入射ビーム
径をＤf 、焦点距離をｆf 、集光スポット径をφf、収
斂角をθf （半角）とする。
【００２５】上記構成の光路長可変レーザー加工機１の
ビームコリメーション装置１１において、集光レンズ１
３に焦点距離１２７．０ｍｍ（５インチ）の凸レンズを
使用し、出力ミラー５の大気側の凹レンズの曲率を−
２．７２ｍとし、この出力ミラー５から距離Ｌ1 ＝８６
４ｍｍの位置に焦点距離ｆ＝２，２４０ｍｍの凸レンズ
９を配置した場合と、距離Ｌ1 ＝２，０４５ｍｍの位置
に焦点距離ｆ＝３，３００ｍｍの凸レンズ９を配置した
ときのコリメーション特性の計算結果例を図２および図
３に示してある。
ビームコリメーション装置１１において、集光レンズ１
３に焦点距離１２７．０ｍｍ（５インチ）の凸レンズを
使用し、出力ミラー５の大気側の凹レンズの曲率を−
２．７２ｍとし、この出力ミラー５から距離Ｌ1 ＝８６
４ｍｍの位置に焦点距離ｆ＝２，２４０ｍｍの凸レンズ
９を配置した場合と、距離Ｌ1 ＝２，０４５ｍｍの位置
に焦点距離ｆ＝３，３００ｍｍの凸レンズ９を配置した
ときのコリメーション特性の計算結果例を図２および図
３に示してある。
【００２６】なお、近場から遠場の加工領域は出力ミラ
ー５からそれぞれ、Ｌ2 ＝３．７ｍ、Ｌ3 ＝８．２ｍの
範囲にある。また、前記集光レンズ１３には球面収差を
補正した非球面レンズを使用した。
ー５からそれぞれ、Ｌ2 ＝３．７ｍ、Ｌ3 ＝８．２ｍの
範囲にある。また、前記集光レンズ１３には球面収差を
補正した非球面レンズを使用した。
【００２７】図２は、前述の図８と同様に近場、中間位
置および遠場における集光位置と集光スポット径との関
係を示したものであり、図からも明らかに読取れる様
に、近場と遠場における切断時の焦点距離の差ΔＦが、
ΔＦ＝ｆf −ｆn ＝０．４８ｍｍ、集光スポット径３２
０μｍ、遠場と近場における集光スポット径の差ΔＳ
は、ΔＳ＝φf −φn ＝７．０６μｍと、前述の従来の
ビームコリメーション装置における数値に比較して改善
されたものとなっている。
置および遠場における集光位置と集光スポット径との関
係を示したものであり、図からも明らかに読取れる様
に、近場と遠場における切断時の焦点距離の差ΔＦが、
ΔＦ＝ｆf −ｆn ＝０．４８ｍｍ、集光スポット径３２
０μｍ、遠場と近場における集光スポット径の差ΔＳ
は、ΔＳ＝φf −φn ＝７．０６μｍと、前述の従来の
ビームコリメーション装置における数値に比較して改善
されたものとなっている。
【００２８】図３を参照するに、ΔＦおよびΔＳは大幅
に改善されて、ΔＦ＝０．０８ｍｍ、ΔＳ＝０．６８μ
ｍ、焦点位置１２７ｍｍにおける集光スポット径は２０
０μｍとなった。
に改善されて、ΔＦ＝０．０８ｍｍ、ΔＳ＝０．６８μ
ｍ、焦点位置１２７ｍｍにおける集光スポット径は２０
０μｍとなった。
【００２９】図４は薄板（ＳＰＣ，１ｍｍ）の切断試験
の結果を示したものであり、凸レンズ９を出力ミラー５
から距離Ｌ1 ＝２，０４５ｍｍに配置した場合における
ワーク表面からの集光レンズの位置に対する切断速度の
変化を示してある。このグラフから近場から遠場まで、
ほぼ共通の焦点位置での切断加工が可能であり、切断速
度は９ｍ／ｍｉｎの高速で前述の従来例に比較して約３
８％向上していることが判る。切断速度の向上は、集光
スポット径が従来例の約３５０μｍから２００μｍと小
さくなり、照射エネルギー密度が高くなったことによる
ものである。
の結果を示したものであり、凸レンズ９を出力ミラー５
から距離Ｌ1 ＝２，０４５ｍｍに配置した場合における
ワーク表面からの集光レンズの位置に対する切断速度の
変化を示してある。このグラフから近場から遠場まで、
ほぼ共通の焦点位置での切断加工が可能であり、切断速
度は９ｍ／ｍｉｎの高速で前述の従来例に比較して約３
８％向上していることが判る。切断速度の向上は、集光
スポット径が従来例の約３５０μｍから２００μｍと小
さくなり、照射エネルギー密度が高くなったことによる
ものである。
【００３０】なお、図４に示した切断試験結果と図９の
従来例の切断試験結果とも同一の切断条件（レーザー出
力、切断試験片、アシストガス圧等）で実施したもので
ある。
従来例の切断試験結果とも同一の切断条件（レーザー出
力、切断試験片、アシストガス圧等）で実施したもので
ある。
【００３１】図５は本発明に係わる光路長可変レーザー
加工機のビームコリメーション装置の第２の実施の形態
を示したものであり、この第２の実施の形態は、前記第
１の実施の形態におけるビームコリメーション装置１１
の部分を変更した以外は同一の構成であるので同一部品
には同一符号を付して説明を省略する。
加工機のビームコリメーション装置の第２の実施の形態
を示したものであり、この第２の実施の形態は、前記第
１の実施の形態におけるビームコリメーション装置１１
の部分を変更した以外は同一の構成であるので同一部品
には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】ビームコリメーション装置２３は、出力ミ
ラー５またはミラー５の大気側の凹レンズ部から距離Ｌ
a （＝８６４ｍｍ）の位置の光軸２７上に進退自在に設
けた焦点距離２，２４０ｍｍの第１凸レンズ２５、また
は出力ミラー５から距離Ｌb（＝２，０４５ｍｍ）の位
置の光軸２７上に進退自在に設けた焦点距離３，３００
ｍｍの第２凸レンズ２９とで逆ガリレオ形のビームエキ
スパンダー作用を持たせ、前記レーザー発振器からの出
力ビームを平行光線に補正するビームコリメーション装
置を構成してある。
ラー５またはミラー５の大気側の凹レンズ部から距離Ｌ
a （＝８６４ｍｍ）の位置の光軸２７上に進退自在に設
けた焦点距離２，２４０ｍｍの第１凸レンズ２５、また
は出力ミラー５から距離Ｌb（＝２，０４５ｍｍ）の位
置の光軸２７上に進退自在に設けた焦点距離３，３００
ｍｍの第２凸レンズ２９とで逆ガリレオ形のビームエキ
スパンダー作用を持たせ、前記レーザー発振器からの出
力ビームを平行光線に補正するビームコリメーション装
置を構成してある。
【００３３】上記ビームコリメーション装置２３におい
て、第１凸レンズ２５および第２凸レンズ２９は、図示
省略のレンズガイド機構と駆動手段によって光軸２７上
へ出し入れすることができる様に設けてある。なお、前
記レンズ駆動手段には適宜な公知の手段が使用できる
が、例えばエアーシリンダー、電磁ソレノイドまたはモ
ーター駆動されるピニオンとラック機構などを用いるこ
とが可能である。
て、第１凸レンズ２５および第２凸レンズ２９は、図示
省略のレンズガイド機構と駆動手段によって光軸２７上
へ出し入れすることができる様に設けてある。なお、前
記レンズ駆動手段には適宜な公知の手段が使用できる
が、例えばエアーシリンダー、電磁ソレノイドまたはモ
ーター駆動されるピニオンとラック機構などを用いるこ
とが可能である。
【００３４】また、上記ビームコリメーション装置２３
において、薄板の板金材の高速切断を実施する場合に
は、第１凸レンズ２５を光軸から退去させて第２凸レン
ズ２９を光軸上に挿入し、コリメーション後のビーム径
を拡大ビームＤb にして加工点の集光性を高めて切断を
行う。厚板（８ｍｍ以上）の板金材の切断時には、第２
凸レンズ２９を光軸から退去させて第１凸レンズ２５を
光軸上に挿入し、ビーム径を拡大ビームＤb より小さい
標準ビームＤa にし、集光スポット径を前者よりやや大
きくして切断を行う。
において、薄板の板金材の高速切断を実施する場合に
は、第１凸レンズ２５を光軸から退去させて第２凸レン
ズ２９を光軸上に挿入し、コリメーション後のビーム径
を拡大ビームＤb にして加工点の集光性を高めて切断を
行う。厚板（８ｍｍ以上）の板金材の切断時には、第２
凸レンズ２９を光軸から退去させて第１凸レンズ２５を
光軸上に挿入し、ビーム径を拡大ビームＤb より小さい
標準ビームＤa にし、集光スポット径を前者よりやや大
きくして切断を行う。
【００３５】前述の如くして、厚板の切断を行うことに
より、集光スポット径が小さくなりすぎて集光点の焦点
深度が浅くなることによる加工性能の低下を解決するこ
とができる。
より、集光スポット径が小さくなりすぎて集光点の焦点
深度が浅くなることによる加工性能の低下を解決するこ
とができる。
【００３６】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光路長
可変レーザー加工機において、出力ミラーから近い加工
領域の近場と、遠い加工領域の遠場における焦点距離の
差（ΔＦ＝ｆf −ｆn ）と集光スポット径の差（ΔＳ＝
φf −φn ）を小さくすることができるので、近場から
遠場までの広い範囲の加工領域において高速で安定した
良好な薄板切断が可能となる。また、ビームコリメーシ
ョン装置を構成する凹レンズを出力ミラーに一体的に設
けたので構成が簡単となった。
可変レーザー加工機において、出力ミラーから近い加工
領域の近場と、遠い加工領域の遠場における焦点距離の
差（ΔＦ＝ｆf −ｆn ）と集光スポット径の差（ΔＳ＝
φf −φn ）を小さくすることができるので、近場から
遠場までの広い範囲の加工領域において高速で安定した
良好な薄板切断が可能となる。また、ビームコリメーシ
ョン装置を構成する凹レンズを出力ミラーに一体的に設
けたので構成が簡単となった。
【００３７】請求項２または請求項３記載の発明によれ
ば、光路長可変レーザー加工機において、ビームコリメ
ーション装置においてコリメーションされた集光特性が
相違する二つのビーム径から、切断板厚に適合した集光
特性を有するビーム径を適宜に選択して使用することが
できる。すなわち、厚板切断には標準ビーム径を形成し
てやや大きめな集光スポット径に集光させて安定した切
断を行い、薄板切断時には標準ビーム径より大きい拡大
ビームを形成して小さな集光スポット径に集光させて高
速切断を行うことができる。
ば、光路長可変レーザー加工機において、ビームコリメ
ーション装置においてコリメーションされた集光特性が
相違する二つのビーム径から、切断板厚に適合した集光
特性を有するビーム径を適宜に選択して使用することが
できる。すなわち、厚板切断には標準ビーム径を形成し
てやや大きめな集光スポット径に集光させて安定した切
断を行い、薄板切断時には標準ビーム径より大きい拡大
ビームを形成して小さな集光スポット径に集光させて高
速切断を行うことができる。
【００３８】また、板厚が変化しても同一の集光レンズ
を使用して薄板から１０ｍｍを超える厚板まで良好に切
断することが可能となった。そのため、板厚に対応する
焦点距離の異なる高価な交換レンズを備えておく必要も
なく、従来、レンズ交換時に行っていた焦点位置の再調
整などが不要となった。
を使用して薄板から１０ｍｍを超える厚板まで良好に切
断することが可能となった。そのため、板厚に対応する
焦点距離の異なる高価な交換レンズを備えておく必要も
なく、従来、レンズ交換時に行っていた焦点位置の再調
整などが不要となった。
【図１】本発明に係わる光路長可変レーザー加工機のビ
ームコリメーション装置の第１の実施の形態。
ームコリメーション装置の第１の実施の形態。
【図２】第１の実施の形態において、ビームコリメーシ
ョン装置の凸レンズ（ｆ＝２，２４０ｍｍ）の位置を出
力ミラー５から距離Ｌ1 （＝８６４ｍｍ）に配置したと
きのコリメーション特性の計算結果のグラフ。
ョン装置の凸レンズ（ｆ＝２，２４０ｍｍ）の位置を出
力ミラー５から距離Ｌ1 （＝８６４ｍｍ）に配置したと
きのコリメーション特性の計算結果のグラフ。
【図３】第１の実施の形態において、ビームコリメーシ
ョン装置の凸レンズ（ｆ＝３，３００ｍｍ）の位置を出
力ミラー５から距離Ｌ1 （＝２，０４５ｍｍ）に配置し
たときのコリメーション特性の計算結果のグラフ。
ョン装置の凸レンズ（ｆ＝３，３００ｍｍ）の位置を出
力ミラー５から距離Ｌ1 （＝２，０４５ｍｍ）に配置し
たときのコリメーション特性の計算結果のグラフ。
【図４】図３の条件において、薄板（ＳＰＣ，１ｍｍ）
を切断試験したときの、集光レンズに位置と切断速度の
関係のグラフ。
を切断試験したときの、集光レンズに位置と切断速度の
関係のグラフ。
【図５】本発明に係わる光路長可変レーザー加工機のビ
ームコリメーション装置の第２の実施の形態。
ームコリメーション装置の第２の実施の形態。
【図６】従来の光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置の代表的な例１。
メーション装置の代表的な例１。
【図７】従来の光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置の代表的な例２。
メーション装置の代表的な例２。
【図８】従来の光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置における、コリメーション特性の計算結
果例。
メーション装置における、コリメーション特性の計算結
果例。
【図９】従来の光路長可変レーザー加工機のビームコリ
メーション装置における、薄板（ＳＰＣ，１ｍｍ）を切
断試験したときの、集光レンズに位置と切断速度の関係
のグラフ。
メーション装置における、薄板（ＳＰＣ，１ｍｍ）を切
断試験したときの、集光レンズに位置と切断速度の関係
のグラフ。
１、２１ 光路長可変レーザー加工機 ３ レーザー発振器 ５ 出力ミラー ７ａ，７ｂ レーザー加工ヘッド ９、２５、２９ 凸レンズ １１、２３ ビームコリメーション装置 １３ ベンドミラー １５ 集光レンズ ２７ 光軸 Ｄn 、Ｄf 入射ビーム径 ｆn 、ｆf 焦点距離 φn 、φf 集光スポット径 ΔＦ 近場と遠場における切断時の焦点距離の差（ΔＦ
＝ｆf −ｆn ） ΔＳ 遠場と近場における集光スポット径の差（ΔＳ＝
φf −φn ）
＝ｆf −ｆn ） ΔＳ 遠場と近場における集光スポット径の差（ΔＳ＝
φf −φn ）
Claims (3)
- 【請求項１】 光路長可変レーザー加工機において、レ
ーザー発振器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成し
て設け、該出力ミラーの凹レンズの光軸上に凸レンズを
設け、該凸レンズと前記凹レンズとで逆ガリレオ形のビ
ームエキスパンダー作用を成すビームコリメーション装
置を設けたことを特徴とする光路長可変レーザー加工機
のビームコリメーション装置。 - 【請求項２】 光路長可変レーザー加工機において、レ
ーザー発振器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成し
て設け、該出力ミラーの凹レンズの光軸上に進退自在の
第１凸レンズと第２凸レンズとを離隔して設け、前記凹
レンズと第１凸レンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレ
オ形のビームエキスパンダー作用を成すビームコリメー
ション装置を形成したことを特徴とする光路長可変レー
ザー加工機のビームコリメーション装置。 - 【請求項３】 光路長可変レーザー加工機において、レ
ーザー発振器の出力ミラーの大気側を凹レンズに形成し
て設け、該出力ミラーの凹レンズの光軸上に進退自在の
第１凸レンズと第２凸レンズとを離隔して設け、前記凹
レンズと第１凸レンズまたは第２凸レンズとで逆ガリレ
オ形のビームエキスパンダー作用を成すビームコリメー
ション装置を構成し、前記第１凸レンズを使用したビー
ムコリメーションにより標準ビーム径を形成して厚板切
断を行い、前記第２凸レンズを使用したビームコリメー
ションにより前記標準ビーム径より大きい拡大ビームを
形成して高速薄板切断を行うことを特徴とするレーザー
切断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9223802A JPH1158054A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 光路長可変レーザー加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用したレーザー加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9223802A JPH1158054A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 光路長可変レーザー加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用したレーザー加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1158054A true JPH1158054A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16803958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9223802A Abandoned JPH1158054A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | 光路長可変レーザー加工機のビームコリメーション装置および同装置を使用したレーザー加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1158054A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10128609B4 (de) * | 2001-06-13 | 2005-06-23 | Esab Cutting Systems Gmbh | Anordnung zur Verstellung mindestens eines Parameters eines über einem Werkstück fokussierten Strahls für die Laserstrahlmaterialbearbeitung |
| WO2014060091A1 (de) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laserschneidmaschine und verfahren zum schneiden von werkstücken unterschiedlicher dicke |
| US11517978B2 (en) | 2012-10-19 | 2022-12-06 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser cutting machine and method for cutting workpieces of different thicknesses |
-
1997
- 1997-08-20 JP JP9223802A patent/JPH1158054A/ja not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10128609B4 (de) * | 2001-06-13 | 2005-06-23 | Esab Cutting Systems Gmbh | Anordnung zur Verstellung mindestens eines Parameters eines über einem Werkstück fokussierten Strahls für die Laserstrahlmaterialbearbeitung |
| WO2014060091A1 (de) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laserschneidmaschine und verfahren zum schneiden von werkstücken unterschiedlicher dicke |
| DE102012219074A1 (de) * | 2012-10-19 | 2014-04-24 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laserschneidmaschine und Verfahren zum Schneiden von Werkstücken unterschiedlicher Dicke |
| US10300555B2 (en) | 2012-10-19 | 2019-05-28 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser cutting machine and method for cutting workpieces of different thicknesses |
| CN112388157A (zh) * | 2012-10-19 | 2021-02-23 | 通快机床两合公司 | 用于切割不同厚度的工件的激光切割机和方法 |
| US11517978B2 (en) | 2012-10-19 | 2022-12-06 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Laser cutting machine and method for cutting workpieces of different thicknesses |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050502 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050510 |
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