JPS58184079A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

レ−ザ加工装置

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Publication number
JPS58184079A
JPS58184079A JP57066616A JP6661682A JPS58184079A JP S58184079 A JPS58184079 A JP S58184079A JP 57066616 A JP57066616 A JP 57066616A JP 6661682 A JP6661682 A JP 6661682A JP S58184079 A JPS58184079 A JP S58184079A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
focal point
reflected
light
concave spherical
processing
Prior art date
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Pending
Application number
JP57066616A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuki Mori
泰樹 森
Sumio Hashimoto
純男 橋本
Hideaki Naruo
成尾 英明
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57066616A priority Critical patent/JPS58184079A/ja
Publication of JPS58184079A publication Critical patent/JPS58184079A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073Shaping the laser spot

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はレーデ光を被加工物に照射し、例えば溶接ま
たは切断婢の加工を行う加工装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
例えば、各種加工装置のなかには、被加工物にレーザ光
を照射して溶接または切断等の加工を行うようにし九い
わゆるレーザ加工装置があり、このレーデ加工装置は被
加工物の表面に高出力のレーず光を微小スーットにして
照射することにより、その加工歪中熱変形の少ない加工
が行え、このことから種々の分野に多用されつつある。
ところで、上記レーデ加工装置においては上記したよう
にレーデ光を微小スポットにして被加工物に照射するこ
とから、その加工はいわゆる魚加工となり、加工範囲を
大きく確保できない4のであつえ、このため、例えば切
断等の直線加工を行う場合にはその加工長さがどんなに
短くとも上記レーザ光もしくは被加工物の一方を円移動
させる送)機構が必要となり、その構造が複雑化する間
燗があった。
このようなことから、従来では上記レーザ光を円柱レン
ズによってスリ、ト状に集束させ、ある程度の直線加工
を行えるようにしたものも開発されているが、このよう
にすると上記レーや デ光の透過により上記円柱レンズ高温に加熱されるため
、この円柱レンズを加工時に冷却する必要がある。この
ため、従来においては上記円柱レンズを水などの冷却液
で冷却するようになっている。しかしながら、上記゛円
柱レンズを冷却液で冷却する場合、この円柱レンズの中
央部は上記レーザ光が透過するため、実際にこの円柱レ
ンtを冷却液で冷却できるのはその両端部側のみである
。このため、上記円柱レンズの冷却効果が低く、高出力
のレーデ光を使用できない不具合が6−)え。
〔発明の目的〕
この発明はこのような事情にもとづいてなされたもので
、その目的とするところは、加工面積を大暑〈確保でき
、かつ高出力のレーザ光を使用することのできるレーデ
加工装置【提供することにある。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明はレニ11#f、Yt[!IrM鏡
によシ反射させて被加工物に照射することにより、この
被加工物の加工を行うことを特徴とするも〔発明の実施
例〕 以下この発明の一実施例を図面にもとづき説明する。
図中1はレーデ発生源であシ、このレーザ発振Illか
ら断面円形のレーザ光が出射される。
そして、レーデ発生l11の下方には凹面鏡として例え
ば凹球面鏡2が配置されている。この凹球iil鏡2は
曲率半径8の球の一部内面を反射面21として構成した
もので、上記レーザ光はこの反射面2aK反射されて被
加工物3に照射されるようになっている。なお、上記レ
ーデ発振源1から出射されるレーデ光は被加工物3の材
質に応じ、炭酸ガスレーデ党、ルビーレーザ元およびY
AGレーデ光等から適宜責択されるものである。
次に、上記凹球面、、FJの作用を以下に説明する。レ
ーデ発振源1から凹球面tM2に入射角θをもってX方
向から入射した入射レーザ光がY方向に反射されるもの
とすると、この反射レーデ光は上記反射面2a上のAB
CDで囲まれるレーデ元照射s4からの反射によって得
られるものであることがわかる。したがうて、上記A。
B、C,Dおよびその中心00点に入射した入射レーデ
光& * b # @ + dおよび・の反射を追跡す
ることで上記反射レーデ光全体のビーム形状を求める仁
とができる。なお、上記入射角0は上記0点に入射する
入射レーザ光O?とこ00点と曲率中心P点とを結ぶ線
分qとのなす角をいう。
まず、上記レーデ光反射w4におけるA−0−1点での
反射レーデftat  * ’1  、bl を追跡す
ると、このムーo−i点の軌跡が曲率中心P点を中心と
する曲率半径Rの円弧となることがらA、O,11点に
おいてそれぞれ接線を引き、これら各点と上記P点とを
結ぶ一分つまりム。
0.1点での法面に対するその入射角と勢しい反射角を
有するfillをそれぞれ引くことKより、上記反射レ
ーデ光al  +61  abr を纂1図に示す如く
求める仁とができる。この結果、第1図から明らかなよ
うに反射レーデ光11.OB。
blは第1膣点f、でなわり、その第1焦点距離F1は
、 F1≧8・−#/2     ・・・・・・(1)で示
されることがわかった。なお 厳密に考えれば、入射レ
ーデ光全体にある程度の幅があるため、上記A、0.B
点での入射角はそれぞれ異なるものであるが、上記−率
半径Rに対し上記入射レーデ光の光束径が充分小さいと
すれば上記各点での入射角の差異を無袂することができ
、上記第1無点f1を求めることができるものである。
また、上記凹球面鏡2に対し上記線分Qと平行に入射す
る入射光についてみれば、その焦点距離Fが F=R/2 で示されることから、両式は F1≧F(2)0 と書き直すことができる。すなわち、上記第1焦点距離
F1は上記線分Qに対し角度θで交差する平面上に上記
焦点距離Fを投影したものと考えることができる。
次に1上記レ一デ光反射部4におけるC−0−D点での
反射レーデ光e1 sol  +dlKついて追跡する
場合にはこれら反射レーザ光cl  1”1edlを第
2図に示す如く凹球面鏡2を構成する曲率半径Rの球5
で考えると理解しやすい。すなわち、上記C,O,D点
にそれぞれ入射角θで入射したレーデ光e+0+14t
;j各点における渋面での入射−反射側にしたがって反
射されることから、上記反射レーザ光63  、・重 
dlは第2図中半径R−〇の円6上に沿ってそれぞれ進
むことになる。そして、これら反射レーザ光ml  e
 01  * djは上記円6上を進みかつ上記0.0
.0点がそれぞれ半4IRax、θの円周上に位置して
いることから、反射レーデ党o凰に対す反射レーデ光d
1との関には0点り点でのそれぞれの法面がなす角と(
同等の角度ψをもって交差することにな如、また反射レ
ーデ光・1とcl も同様に上記角度ψをもって交差す
ることになる。すなわち、このことから第1図に示す如
く第2焦点flが存在し、その第2焦点距離F寓は v、=ミrg(2)θ=2F備θ     ・・・・・
(2)であった。
このように上記凹球面鏡2に対し入射角θで入射して反
射される反射レーザ光には上記第1焦点f1および第2
焦点f、が存在し、このことがらムー0−11点の軌跡
を縦軸V、C−0−D点の軌跡を横軸■とした場合の反
射レーデ光における光束のH/V比を調べ友結果、第3
図に示される結果が得られた。すなわち、第3図から明
らかなように反射レーザ光の光束における断面形状は第
1焦点f、と第2焦点f、との間に存在する変曲点zl
での間で横長の楕円状となり、上記変曲点2以降におい
ては縦長の楕円状となる。なお、上記変曲点2はH/V
比が1となる点を示す、 ・′1゜ したがって、上記第1焦点f1の近傍では上記断面形状
が横長のスリ、ト状となり、また上記am!2焦点f3
の近傍では縦長のスリ、ト状となることがわかる。なお
、第3図にボした実験結果は曲率半径R=290sm−
直径40鰭、厚さ4mの凹球面f!#2を使用して得ら
れたものであり、入射レーデ光の入射角はm=45°、
またその入射レーデ光には炭酸ガスレーデを用いた。
また、上記実験結果で得られた第1焦点距離Flおよび
第2焦点距離FlはそれぞれF 1 = 107mm 
+ F s = 215m付近で69、これらの値は前
記した式(1) 、 (2)より得られる理論値F1=
(290X(2)45’)/2占102.5■F 嘗=
 290 Xctm45” ≧206mに対して近似し
ていることもわかる。
したがって上記構成のレーザ加工装置によれば、被加工
物3を上記第1隻点f1の近傍もしくは第2焦点flの
近傍に位置させることにより、反射レーデ光の光束形状
が横長もしくは縦長にスリ、ト化してその加工範囲を大
きく確保でき、これによって上記被加工物1における直
線加工が可能となって、この場合には切断や溶接加工に
好適するものである。なお、上記第1゜第2焦点fl+
flの近傍においてはそのスリ、トの尚きが互いに直交
する方向に異なることから、その直線加工の方向につい
ては被加工物3の位置t−第1および第2焦点fl+f
l近傍のいずれかに選ぶととによシ僑択可能となる。
また、上記被加工物1を第11t2焦点f1 。
f!の前lIK位置させれば、上記光束形状が横長もし
くは縦長の楕円形状になることがら、その加工面積を大
きく確保でき、この場合には焼入れや加熱加工等に好適
するものである。なお゛、このように反射レーデ光によ
る加工面積を大きく確保する場合には、その光束の断面
積が大きくなるKつれ、反射レーザ光の・fワー缶度が
低下するので、実際の加工をなす場合、上記被加工物j
t′10.8≦fs  ≦1.2もしくはo、s≦r 
1 ≦1.2の範囲に位置させるのが望ましい。
さらに、上記レーデ加工装置において4加工時には上記
凹球mHzを水などの冷却液で冷却する必要があるが、
この凹球面鏡2の場合にはレーデ光を反射するものであ
ることがら、四球面鏡2の車検全面を上記冷却液で冷却
することができる。よって、凹球面鏡2を効率良く冷却
できることから、上記レーデ光に高出力の4のを使用で
き、この結果上配光束の断面積が大きくともその・臂ワ
ー密度を高めて加工能力の向上を図ることができる。
また、凹球面鏡2t−使用すれば、その冷却効果が高い
ことから、その材質に安価なものを利用できるばかシで
はなく、凹球面鏡2に入射する入射レーデ光の入射角−
を適宜撰択する仁とにより、反射レーデ光の反射方向を
任意に変えることができるので、一層その加工性能の向
上を図れ、ま九装置における光学系を簡単にすることが
できる。
なお、上記一実施例では凹面鏡として凹球面鏡2を用い
たが、反射面が回転款物面等の凹面鏡を用いてもよく、
要は反射レーデ光に少なくとも1個以上の焦点が生じる
奄のであればよい。
また、上記一実施例では入射レーデ光の入射角Oを適宜
撰択するようKしたが、実際の加工においては上記入射
レーデ光の光束径が曲率牛径RK対して充分に小さくと
もその値は0でないので、上記入射角−が90°に近づ
くにつ九て第1焦点の存在が薄れ、このことから上記入
射角0は60@以下が望ましい、tた逆に入射角θが3
0@以下であると、第1および第2無点fl  +f、
での光束形状がス/ y )状に近くなって反射レーデ
光のスリ、ト化が困難となることから、上記入射角0は 30°≦θ≦6011 の範囲が望ましいものである。
また、上記反射レーデ光の光束よりもさらに大きな加工
範囲でその加工を行う場合には上記凹球面鏡を移動可能
にすれはよく、この場合には従来のように円柱レンズ勢
のレンズを移動させるものよシもその機構が簡単になる
利点を有する。     □゛ 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明はレーデ光を凹面鏡によシ
反射させて被加工物に照射することを特徴とするもので
ある。したがって上記凹面@i!4Cよ〕反射された反
射レーデ光には焦点位置が存在するので、この焦点位置
を基準として被加工物の位置を適宜撰択することにより
、上記反射レーデ光の光束形状を任意に選びかつその加
工範囲を大きく確保できるものである。ま九、凹面鏡は
その裏面全面を冷却液で冷却できるので、その冷却効果
が高く、よって高出力のレーデ光を使用して加工性能を
高めることができるなど、種々と優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の一実施例を示し、第1図は装置の概略
図、第2図はレーデ光の反射状Iiを示す図、第3図は
反射レーデ−光の光束形状を示す特性図である。 2・・・凹球面鏡(凹面鏡)、3・・・被加工物。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  被加工物にし〜デ光を照射してこの被加工物
    の加工を行うようKしたレーデ加工Mtにおいて、上記
    レーデ光は凹面鏡により反射されて上記被加工物に照射
    されることを特徴とするレーデ加工装置。
  2. (2)上記凹面鏡は凹球面鏡であることt−特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項記載のレーザ加工装置。
JP57066616A 1982-04-21 1982-04-21 レ−ザ加工装置 Pending JPS58184079A (ja)

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JP57066616A JPS58184079A (ja) 1982-04-21 1982-04-21 レ−ザ加工装置

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JPS58184079A true JPS58184079A (ja) 1983-10-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2654843A1 (fr) * 1989-11-23 1991-05-24 Commissariat Energie Atomique Dispositif de focalisation d'un faisceau lumineux permettant d'obtenir une tache focale de forme allongee.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2654843A1 (fr) * 1989-11-23 1991-05-24 Commissariat Energie Atomique Dispositif de focalisation d'un faisceau lumineux permettant d'obtenir une tache focale de forme allongee.

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