JPS5944151B2 - レ−ザ加工装置 - Google Patents

レ−ザ加工装置

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JPS5944151B2
JPS5944151B2 JP56135134A JP13513481A JPS5944151B2 JP S5944151 B2 JPS5944151 B2 JP S5944151B2 JP 56135134 A JP56135134 A JP 56135134A JP 13513481 A JP13513481 A JP 13513481A JP S5944151 B2 JPS5944151 B2 JP S5944151B2
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JP
Japan
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laser
condenser lens
optical fiber
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JP56135134A
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JPS5838689A (ja
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憲 石川
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザビームを光ファイバを用いて被加工物
に導びき加工を行なう装置に係わり、特に厚肉の被加工
物であつても確実に蒸発除去加工を行ない得るようにし
たレーザ加工装置に関する。
従来、レーザ発振器のレーザビーム出力を光ファイバで
伝送したのち対物レンズ等の光学系により被加工物に集
光照射して被加工物を加工するレーザ加工装置がある。
しかしながらこの種の装置では、一般にレーザビームが
光ファイバを通過する際にビームの指向性が低下して光
ファイバ出力後のビームの広がり角が大きくなり易い。
このため、光学系で集光したときレーザビームの焦点深
度が浅くなり、この結果厚肉の被加工物を切断あるいは
穴あけ等の蒸発除去加工する場合に、所望の加工結果が
得られないという欠点があつた。本発明は、上記事情に
着目してなされたもので、その目的とするところは、レ
ーザビームの焦点深度が浅くても厚肉の被加工物を確実
に蒸発除去加工し得、加工能力の高いレーザ加工装置を
提供することにある。本発明は、レーザ発振器のレーザ
ビーム出力を伝送する光ファイバと被加工物との間に、
上記光ファイバにより導びかれたレーザビームの焦点形
成位置をその光軸方向に周期的に可変する手段を設ける
ことにより、前記目的を達成しようとするものである。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は同実施例におけるレーザ加工装置を示す概略構
成図である。同レーザ加工装置は、レーザ発振器1で発
生した加工用のCWもしくは高速繰り返しパルスレーザ
ビーム2を、反射ミラー3の孔部3aを経たのち集光レ
ンズ4で集光して光ファイバ5に導入している。そして
、この光ファイバ5により伝送された上記パルスレーザ
ビーム2を、対物集光レンズ6で集光して透明体により
形成されたノズル7を介して被加工物8に照射している
。なお、上記ノズルTは被加工物8を切断加工する際に
被加工物8にガスを吹き付けるためのものである。また
、前記対物集光レンズ6は駆動機構9に支持されており
、この駆動機構9により光軸方向(矢印A方向)に移動
自在となつている。一方、本実施例のレーザ加工装置は
、レーザビーム2の被加工物8による反射光もしくは被
加工物8の発熱発光10を、前記レーザビーム2の伝送
経路と逆の経路で反射ミラー3に導びき、この反射ミラ
ー3で反射して光電変換器11に導入している。
そして、この光電変換器11で変換した電気信号をバン
ドパスフイルタ12により同期整流周波数とその2倍ま
での周波数領域の交流成分のみを抽出したのち増幅器1
3で増幅して同期整流回路14に導入している。この同
期整流回路14は、発振器15で発生された交流信号A
Sに同期して前記増幅器13からの交流信号出力BSを
整流するものである。そして、この整流出力CSを増幅
器16で増幅したのち、前記発振器15からの同期整流
用周波数の交流信号ASに重畳して前記対物集光レンズ
6の駆動機構9に供給している。この駆動機構9は、上
記供給信号に従つて対物集光レンズ6を矢印A方向に振
動1駆動する。次に以上のように構成された装置の作用
を説明する。レーザ発振器1より出力されたパルスレー
ザビーム2は、光フアィバ5で伝送されたのち、対物集
光レンズ6にて被加工物8に集光照射される。このとき
、対物集光レンズ6は発振器15から発生された交流信
号ASの周波数で、そのピーク値に対応する範囲を矢印
A方向に往復振動している。このため、前記レーザビー
ム2の焦点形成位置も、上記レンズ6の振動動作に従つ
て光軸上を往復移動する。したがつて、上記レーザビー
ム2の焦点の位置が被加工物8の厚さ方向の中央付近に
なるように対物集光レンズ6の位置を予め設定しておき
、かつ対物集光レンズ6を被加工物8の厚さ分に相当す
る量だけ往復運動させれば、照射エネルギ密度の最も大
きい焦点位置が被加工物8の全厚にわたつてくまなく移
動することになり、この結果たとえ焦点深度の浅いレー
ザビームであつても厚肉の被加工物は確実に切断される
。また、孔あけ加工の場合でも同様である。ところで、
対物集光レンズ6の初期位置、つまり振動動作の基準位
置を、焦点が被加工物8の板厚中央になるようにその都
度予め設定することは、能率が悪く生産性が低い。
そこで、本実施例では次のようにして上記問題を解決し
ている。すなわち、レーザビーム2の被加工物8による
反射光もしくは被加工物8の発熱発光10は光電変換器
11で検出され、バンドパスフイルタ12により所定の
交流成分のみが抽出される。
この抽出した交流成分のレベルは、被加工物8における
パルスレーザビーム2の照射スポツトの大きさに略対応
するので、上記交流成分は対物集光レンズ6の振動周期
、つまり発振器15から発生される交流信号ASに同期
して変化する。例えば、対物集光レンズ6の初期位置が
焦点を被加工物8よりも近い位置に形成する位置にある
場合、上記交流成分BSは第2図aに示す如く発振器1
5の交流信号出力ASと同相となる。一方対物集光レン
ズ6の初期位置が焦点を被加工物8よりも遠い位置に形
成する位置にある場合には、反射光10の交流成分BS
は第2図bのように発振器15の交流信号出力ASに対
し逆相となる。また、焦点が被加工物8上に形成される
位置に対物集光レンズ6がある場合には、反射光10の
交流成分BSは第2図cのように交流信号ASに対して
2倍の周波数となる。こうして得られた交流成分BSは
、同期整流回路14で発振器15の交流信号出力ASに
同期して整流され、それぞれ第2図A,b,cに示す如
き信号CSとなる。
そして、この整流信号CSは平滑されたのちに交流信号
ASに相互に重畳されて、対物集光レンズ6の駆動信号
として駆動機構9に供給される。この結果、対物集光レ
ンズ6は、上記整流信号CSの成分によつて基準位置が
修正され、この位置において発振器15からの交流信号
ASにより振動する。例えば、対物集光レンズ6の焦点
が被加工物8より手前にある場合には、対物集光レンズ
6は基準位置が被加工物8へ近づく方向へ移動し、この
状態で振動する。また、対物集光レンズ6の焦点が被加
工物8より遠方にある場合には、対物集光レンズ6は基
準位置が光フアイバ5の方向へ移動してこの位置で振動
する。そうして、対物集光レンズ6の基準位置は、焦点
が被加工物8と一致する方向に修正され、この結果、被
加工物8はレーザビーム2の焦点部分、つまり照射エネ
ルギ密度が最大となる最小照射スポツトにより常に加工
される。このように、本実施例の装置によれば、対物集
光レンズ6を光軸方向に振動させてこれによりレーザビ
ーム2の焦点形成位置を被加工物8の厚さ方向に可変す
るようにしているので、光フアイバ5の使用によりレー
ザビームに広がりを生じてこれによりレーザビームの焦
点深度が浅くなつても、厚肉の被加工物を十分確実に切
断もしくは孔あけ加工することが可能となる。
また本実施例では、レーザビーム2の被加工物8による
反射光もしくは被加工物8の発熱発光10を検出してこ
の検出信号を同期整流し、この整流信号CSにより対物
集光レンズ6の基準位置を最適位置に調整するようにし
ている。したがつて、対物集光レンズ6および被加工物
8の相対位置がレーザビーム2の焦点を被加工物8上に
形成し得ない位置関係にあつたとしても、予め上記相対
位置を手動設定することなく、加工中に自動的に設定す
ることができる。この結果加工能率を高めて生産性の向
上をはかることができる。またより精度の高い加工を行
なえる利点がある。なお、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではない。
例えば、レーザがパルスレーザビームでありこの繰り返
し率が同期整流周波数と等しく、低速繰り返し率の場合
にレーザビーム2の焦点位置合わせを行なう手段として
、第3図に示す如く力旺用のセツト20と並列に位置合
わせ用のセツト30を設け、このセツトによる低出力の
CWレーザビーム31を対物集光レンズ6を経て被加工
物8に集光照射することにより焦点の位置合わせを行な
うものを適用してもよい。この装置の場合、位置合わせ
用セツト30の光フアイバ32の出力端と加工用セツト
20の光フアイバ5の出力端とは、相互に所定の関係を
有して固定される。また以上の装置を用いれば、加工用
のパルスレーザビームのパルス繰り返し率に関係なく照
射スポツト径を種々可変設定することができるので、孔
あけ加工時の加工径の変更等も容易に行なうことができ
る。また、対物集光レンズ6を振動させる手段としては
、第4図に示す如く一部孔41を設けた透明板42を光
フアイバ5と対物集光レンズ6との間で回転させ、これ
により光路長を可変してレーザビーム2の照射スポツト
の大きさを変化させるものを適用してもよい。さらに、
光フアイバ5の出力端を音叉51に固定し、この音叉5
1を音叉駆動マグネツト52で駆動してレーザビーム2
の焦点位置を可変させるようにしてもよい。なお53は
音叉駆動マグネツト52の1駆動部である。その他レー
ザビームを集光照射するための光学系の構成、レーザビ
ームの焦点形成位置を可変するための手段、レーザビー
ムの焦点の基準位置を調整するための手段等についても
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施で
きる。以上詳述したように本発明は、光フアイバの出力
端と被加工物との間に、レーザビームの焦点形成位置を
その光軸方向に周期的に可変する手段を設けたものであ
る。したがつて、本発明によれば、レーザビームの焦点
深度が浅くても厚肉の被加工物を確実に蒸発除去加工し
得、加工能力の高いレーザ加工装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるレーザ加工装置の概
略構成図、第2図a−cは同装置の作用説明に用いるた
めの信号波形図、第3図〜第5図はそれぞれ本発明の他
の異なる実施例を示す概略構成図である。 1・・・レーザ発振器、2・・・レーザビーム、3・・
・反射ミラー、4・・・集光レンズ、 ,32・・・
光フアイバ、6・・・対物集光レンズ、7・・・ノズル
、8・・・被加工物、9・・・駆動機構、10・・・反
射光もしくは発熱発光、11・・・光電変換器、12・
・・バンドパスフイルタ、14・・・同期整流回路、1
5・・・発振器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザ発振器のレーザビーム出力を光ファイバで伝
    送して被加工物に集光照射し被加工物を加工するレーザ
    加工装置において、光ファイバの出力端と被加工物との
    間に、レーザビームの焦点形成位置をその光軸方向に周
    期的に可変する手段を設けたことを特徴とするレーザ加
    工装置。 2 レーザビームの焦点形成位置を可変する手段は、レ
    ーザビームの被加工物による反射光もしくは被加工物の
    発熱発光を検出し、その強度が最大となる位置を基準と
    してレーザビームを集光するための対物集光光学系をそ
    の光軸方向に振動させ、この振動によりレーザビームの
    焦点形成位置を周期的に可変するものである特許請求の
    範囲第1項記載のレーザ加工装置。
JP56135134A 1981-08-28 1981-08-28 レ−ザ加工装置 Expired JPS5944151B2 (ja)

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JP56135134A JPS5944151B2 (ja) 1981-08-28 1981-08-28 レ−ザ加工装置

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JP56135134A JPS5944151B2 (ja) 1981-08-28 1981-08-28 レ−ザ加工装置

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JPS5838689A JPS5838689A (ja) 1983-03-07
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6457993A (en) * 1988-07-15 1989-03-06 Toshiba Corp Production of punching die by laser
JP3216570B2 (ja) * 1997-05-19 2001-10-09 松下電器産業株式会社 光ビーム加熱装置
WO2018127317A1 (de) * 2017-01-05 2018-07-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Laserwerkzeug mit fokusverstelleinheit
DE102017200080A1 (de) 2017-01-05 2018-07-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Laserwerkzeug mit Hohlwellenantrieb und nicht-rotierender Linse

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JPS5838689A (ja) 1983-03-07

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