JPS6049886A - レ−ザ加工ヘッド - Google Patents
レ−ザ加工ヘッドInfo
- Publication number
- JPS6049886A JPS6049886A JP58159423A JP15942383A JPS6049886A JP S6049886 A JPS6049886 A JP S6049886A JP 58159423 A JP58159423 A JP 58159423A JP 15942383 A JP15942383 A JP 15942383A JP S6049886 A JPS6049886 A JP S6049886A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- lens
- assist gas
- condenser lens
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/1476—Features inside the nozzle for feeding the fluid stream through the nozzle
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザなどを用いた
レーザ加工分野に利用されるレーザ加工ヘッドに関する
ものである。
レーザ加工分野に利用されるレーザ加工ヘッドに関する
ものである。
従来例の構成とその問題点
炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザなどのレーザビームをレ
ンズを用いて集光する事により得られる極めてエネルギ
ー密度の高い集光ビームを、被加工材の表面に照射して
、照射部の材料を熱的に蒸発もしくは溶断させて被加工
材の切断を行なうレーザ切断加工においては、レーザビ
ームの被加工材への照射と共に、通常、いわゆるアシス
トガスが、加工部へ供給される０例えば、鉄系金属の切
断加工においては、酸素がアシストガスとして加工部へ
供給される。この場合、アシストガスとしての酸素ガス
を供給する目的としては、１ 加工部からの蒸発物質あ
るいは飛散粒子が集光レンズに付着するのを防止する０ ２ レーザ照射部において発生するプラズマを吹き飛ば
し、レーザビームがプラズマにさえぎられる事なく加工
部に照射される様にするＱ３ 酸化反応を促進させる事
により発生する酸化反応熱を、加工のエネルギとして利
用する。
ンズを用いて集光する事により得られる極めてエネルギ
ー密度の高い集光ビームを、被加工材の表面に照射して
、照射部の材料を熱的に蒸発もしくは溶断させて被加工
材の切断を行なうレーザ切断加工においては、レーザビ
ームの被加工材への照射と共に、通常、いわゆるアシス
トガスが、加工部へ供給される０例えば、鉄系金属の切
断加工においては、酸素がアシストガスとして加工部へ
供給される。この場合、アシストガスとしての酸素ガス
を供給する目的としては、１ 加工部からの蒸発物質あ
るいは飛散粒子が集光レンズに付着するのを防止する０ ２ レーザ照射部において発生するプラズマを吹き飛ば
し、レーザビームがプラズマにさえぎられる事なく加工
部に照射される様にするＱ３ 酸化反応を促進させる事
により発生する酸化反応熱を、加工のエネルギとして利
用する。
等である。また、都合上、加工部の酸化を防止したい場
合は、酸素ガスは使えないわけであるが、上記１，２の
目的のためには、やはりアシストガスは必要であり、こ
の場合、Ａｒ、Ｎ２などがアシストガスとして用いられ
る。
合は、酸素ガスは使えないわけであるが、上記１，２の
目的のためには、やはりアシストガスは必要であり、こ
の場合、Ａｒ、Ｎ２などがアシストガスとして用いられ
る。
そして、また、上記１．２の目的のためにはアシストガ
スを勢いよく、集光レンズから加工部に向けて強く吹き
つける事が必要で、そのために、アシストガスは、ノズ
ルの細い開口部かう勢いよく放出される様になされてい
る。
スを勢いよく、集光レンズから加工部に向けて強く吹き
つける事が必要で、そのために、アシストガスは、ノズ
ルの細い開口部かう勢いよく放出される様になされてい
る。
通常、レーザビームを集光するための集光レンズ、アシ
ストガスを供給するだめのノズル等から成る部分をまと
めて、加工ヘッドと呼ぶが、従来の加工ヘッドの構造を
第１図に示す。
ストガスを供給するだめのノズル等から成る部分をまと
めて、加工ヘッドと呼ぶが、従来の加工ヘッドの構造を
第１図に示す。
第１図において、１は大盛平行なレーザビーム２を集光
するための集光レンズで、押えリング３により円筒状の
部材４に固定されている。５は集光レンズ１によシ集光
されるレーザビーム６を、その周囲から覆う円錐状のノ
ズルで、レーザビーム６の集光点１３の近傍に開口部７
を有する。８はアシストガスをノズル５内の空間１２に
導くためのアシストガス導入口であり、ノズル６に直接
取付けられている。またノズル５は、ボルト１１により
部材４に固定された部側１ｏに、ネジ９により取付けら
れている。１４は鉄板等の被加工材である。
するための集光レンズで、押えリング３により円筒状の
部材４に固定されている。５は集光レンズ１によシ集光
されるレーザビーム６を、その周囲から覆う円錐状のノ
ズルで、レーザビーム６の集光点１３の近傍に開口部７
を有する。８はアシストガスをノズル５内の空間１２に
導くためのアシストガス導入口であり、ノズル６に直接
取付けられている。またノズル５は、ボルト１１により
部材４に固定された部側１ｏに、ネジ９により取付けら
れている。１４は鉄板等の被加工材である。
さて、この加工ヘッドに、アンストガスがアンストガス
導入口８を経てノズル６内の空間１２に導びかれる。こ
の場合、アシストガスを、数〜／ ｃ４程度の圧力で空
間１２に送る事により、ノズル５の先端の、直径約１
ｍｍ程度の開口部７からは、被加工材１４に向けて勢い
よくアシストガスが噴出し、前述したアシストガスとし
ての働きを行なうのである。
導入口８を経てノズル６内の空間１２に導びかれる。こ
の場合、アシストガスを、数〜／ ｃ４程度の圧力で空
間１２に送る事により、ノズル５の先端の、直径約１
ｍｍ程度の開口部７からは、被加工材１４に向けて勢い
よくアシストガスが噴出し、前述したアシストガスとし
ての働きを行なうのである。
この様な従来の加工ヘッドにおいては、以下に述べる欠
点があった。
点があった。
前述した様に、ノズルの開口部７から噴出するアシスト
ガスの流速を大とする必要から、ノズル６内の空間１２
の圧力は数Ｋｐ ／ｃ４になっている訳であるが、従来
の加工ヘッドでは、この圧力がそのまｌ集光レンズ１に
作用し、集光レンズに変形が生じる。集光レンズ１はも
ともと、収差を最小にするために、レンズ面の曲率半径
はサブミクロンのオーダの高精度の設計が行なわれてい
る。逆に言えば、それはレンズの収差はレンズ曲面の曲
率半径の変化に応じて敏感に変化すると言う事を意味し
ている。従って、アシストガス圧により集光レンズに僅
かな変形が生じると、もともとは収差が最小になる様に
設計されていた集光レンズ１の収差は増大する事になる
。
ガスの流速を大とする必要から、ノズル６内の空間１２
の圧力は数Ｋｐ ／ｃ４になっている訳であるが、従来
の加工ヘッドでは、この圧力がそのまｌ集光レンズ１に
作用し、集光レンズに変形が生じる。集光レンズ１はも
ともと、収差を最小にするために、レンズ面の曲率半径
はサブミクロンのオーダの高精度の設計が行なわれてい
る。逆に言えば、それはレンズの収差はレンズ曲面の曲
率半径の変化に応じて敏感に変化すると言う事を意味し
ている。従って、アシストガス圧により集光レンズに僅
かな変形が生じると、もともとは収差が最小になる様に
設計されていた集光レンズ１の収差は増大する事になる
。
出力５００ＷクラスのＣＯ２レーザでは、通常、集光レ
ンズの外径は、約３０１１Ｉｍ前後であり、その時はノ
ズルら内のアシストガスの通常圧力３与／ｃｙＡ〜５
％＝ ／ｃ４ によって、集光レンズ１には、約２０〜
〜３６与もの力が加わる事になる。従って集光レンズの
変形は大きく、それに伴なう著るしい収差の増大によっ
てレーザ加工の加工性能、加工精度の大幅な低下を招い
た。
ンズの外径は、約３０１１Ｉｍ前後であり、その時はノ
ズルら内のアシストガスの通常圧力３与／ｃｙＡ〜５
％＝ ／ｃ４ によって、集光レンズ１には、約２０〜
〜３６与もの力が加わる事になる。従って集光レンズの
変形は大きく、それに伴なう著るしい収差の増大によっ
てレーザ加工の加工性能、加工精度の大幅な低下を招い
た。
また、収差の増加が許容しうる範囲内にレンズの変形を
納めようとすると、レンズの変形量は、ご〈僅かな量し
か許容できず、そのためには、集光レンズ１の厚さを極
端に厚くせねばならず、実際問題としては、これは非現
実的であった。
納めようとすると、レンズの変形量は、ご〈僅かな量し
か許容できず、そのためには、集光レンズ１の厚さを極
端に厚くせねばならず、実際問題としては、これは非現
実的であった。
発明の目的
本発明は従来例における上述の問題点を解決したもので
、集光レンズがアシストガスの圧力によって変形するこ
となく、高精度の加工が行なえるレーザ加工ヘッドの提
供を目的とする。
、集光レンズがアシストガスの圧力によって変形するこ
となく、高精度の加工が行なえるレーザ加工ヘッドの提
供を目的とする。
発明の構成
本発明は集光レンズとノズル開口部との間に形成される
空間を、集光レンズの光軸に対して略直角に、レーザ光
を透過する平板を設置し、この平板とノズル開口部との
間に形成される空間にアンストガスを導くものであり、
このような構成により、アシストガスの圧力による集光
レンズの変形を防止している。
空間を、集光レンズの光軸に対して略直角に、レーザ光
を透過する平板を設置し、この平板とノズル開口部との
間に形成される空間にアンストガスを導くものであり、
このような構成により、アシストガスの圧力による集光
レンズの変形を防止している。
実施例の説明
以下、本発明の実施例を図面と共に詳細に説明する。
第２図は本発明の一実施例である加工ヘッドの断面図で
ちり、第１図と同一符号のものは同一のものを表す。
ちり、第１図と同一符号のものは同一のものを表す。
第２図においては、第１図と異なり、ＣＯ２レーザビー
ム６に対し透明な材料であるＺｎ５ｅで作られた平板１
５を集光レンズ１とノズル５の開口部７との間であって
、レーザビーム６が通過する位置で集光レンズ１の光軸
に直角に設けられており、この平板１６によって、集光
レンズ１とノズル５の開口部７の間の空間が１６と１７
に二つに分離されている。更に、これらの空間１６と１
７は、平板１５の外周において設けられたゴム製のＯリ
ングの流体シール１９により流体的に分離されている。
ム６に対し透明な材料であるＺｎ５ｅで作られた平板１
５を集光レンズ１とノズル５の開口部７との間であって
、レーザビーム６が通過する位置で集光レンズ１の光軸
に直角に設けられており、この平板１６によって、集光
レンズ１とノズル５の開口部７の間の空間が１６と１７
に二つに分離されている。更に、これらの空間１６と１
７は、平板１５の外周において設けられたゴム製のＯリ
ングの流体シール１９により流体的に分離されている。
なお平板１５は押えリング１８によシ固定されている。
そして、アシストガス導入口８は、平板１６とノズル６
の開口部７の間の空間１６に連通している。
の開口部７の間の空間１６に連通している。
この様に構成された本実施例の加工ヘッドは、従来の加
工ヘッドと異なシ、ノズル６内に導ひかれるアシストガ
スの圧力が、集光レンズ１には加わらない。従って集光
レンズ１は従来例で問題となった、収差の増大を招く変
形を全く生じない。
工ヘッドと異なシ、ノズル６内に導ひかれるアシストガ
スの圧力が、集光レンズ１には加わらない。従って集光
レンズ１は従来例で問題となった、収差の増大を招く変
形を全く生じない。
平板１６については、アシストガスの圧力を受けるので
あるが、その圧力によシ平板が多小の変形をしても、変
形後の平板の曲率は一般的にほとんど初期値のＯに近い
値となるため、平板の変形によ・る収差への影響は集光
レンズが変形する場合に比べて、はるかに小さい。そこ
で、平板１５については、その厚さを適当に厚くして（
本実施例の場合、６．３ｍｍ）変形量を適当に小さくし
ておけば、その変形による収差への影響を実際上なくす
事ができる。
あるが、その圧力によシ平板が多小の変形をしても、変
形後の平板の曲率は一般的にほとんど初期値のＯに近い
値となるため、平板の変形によ・る収差への影響は集光
レンズが変形する場合に比べて、はるかに小さい。そこ
で、平板１５については、その厚さを適当に厚くして（
本実施例の場合、６．３ｍｍ）変形量を適当に小さくし
ておけば、その変形による収差への影響を実際上なくす
事ができる。
第１表に、同一のＣＯ２レーザ発振器、同一の集光レン
ズに対し従来加工ヘッドと本実施例の加工ヘッドを用い
た場合の加工時性の比較を示す。
ズに対し従来加工ヘッドと本実施例の加工ヘッドを用い
た場合の加工時性の比較を示す。
第１表から、本実施例の方がレーザビームがより小さな
スポット径に集光され、また良好な加工が行なわれてい
る事が分かる。
スポット径に集光され、また良好な加工が行なわれてい
る事が分かる。
以下余白
第１表
発明の効果
この様に本発明によれば比較的簡単な構造の加工ヘッド
によって、従来のアシストガス圧によるレンズ収差の発
生に基づく欠点を完全に除去でき、常に加工精度、加工
性能を安定に保つことができるという優れた効果が得ら
れるものである。
によって、従来のアシストガス圧によるレンズ収差の発
生に基づく欠点を完全に除去でき、常に加工精度、加工
性能を安定に保つことができるという優れた効果が得ら
れるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のレーザ用加工ヘッドの断面図、第２図は
本発明の一実施例におけるレーザ加工ヘッドの断面図で
ある。 １・・・・・集光レンズ、２・・・・・・レーザビーム
、６ ・−・・ノズル、７・・・・・・ノズル開口部、
８・・・・・アシストガス導入口、１２・・・・・・ノ
ズル内の空間、１６・・・・・平板、１６．１７・・・
・・・空間、１９・・・・・・液体シール。 第１図 ？ 第２図
本発明の一実施例におけるレーザ加工ヘッドの断面図で
ある。 １・・・・・集光レンズ、２・・・・・・レーザビーム
、６ ・−・・ノズル、７・・・・・・ノズル開口部、
８・・・・・アシストガス導入口、１２・・・・・・ノ
ズル内の空間、１６・・・・・平板、１６．１７・・・
・・・空間、１９・・・・・・液体シール。 第１図 ？ 第２図
Claims (1)
- レーザビームを微小なスポットに集光するだめの集光レ
ンズと、前記集光レンズによって集束されるレーザビー
ムをその周囲から覆う、前記レーザビームの集光点付近
に開口を有するノズルと、アシストガスを前記ノズル内
に導入するためのアシストガス導入口を具備し、前記レ
ーザビームに対し透明な材料からなる平板を、前記集光
レンズと前記ノズルの開口部との間に、前記レーザビー
ムが通過する位置で前記集光レンズの光軸に直角に設け
、前記アシストガス導入口を、前記平板と前記ノズル開
口部との間の空間に連通ずるようになしたレーザ加工ヘ
ッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159423A JPS6049886A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | レ−ザ加工ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159423A JPS6049886A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | レ−ザ加工ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6049886A true JPS6049886A (ja) | 1985-03-19 |
Family
ID=15693417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58159423A Pending JPS6049886A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | レ−ザ加工ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049886A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63113518A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Ikegami Tsushinki Co Ltd | 光センサ装置および外観検査装置 |
| US5961862A (en) * | 1995-11-30 | 1999-10-05 | The Regents Of The University Of California | Deposition head for laser |
| US6025571A (en) * | 1998-07-15 | 2000-02-15 | American Torch Tip Company | Nozzle assembly for laser cutting head |
| KR101005200B1 (ko) | 2008-11-28 | 2010-12-31 | 주식회사 성우하이텍 | 레이저 옵틱헤드용 보호 글라스 유닛 |
| CN105171247A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-23 | 成健 | 适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头 |
| US10384264B2 (en) | 2015-01-16 | 2019-08-20 | Rolls-Royce Corporation | Compact axially translational powder deposition head |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP58159423A patent/JPS6049886A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63113518A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Ikegami Tsushinki Co Ltd | 光センサ装置および外観検査装置 |
| US5961862A (en) * | 1995-11-30 | 1999-10-05 | The Regents Of The University Of California | Deposition head for laser |
| US6025571A (en) * | 1998-07-15 | 2000-02-15 | American Torch Tip Company | Nozzle assembly for laser cutting head |
| KR101005200B1 (ko) | 2008-11-28 | 2010-12-31 | 주식회사 성우하이텍 | 레이저 옵틱헤드용 보호 글라스 유닛 |
| US10384264B2 (en) | 2015-01-16 | 2019-08-20 | Rolls-Royce Corporation | Compact axially translational powder deposition head |
| CN105171247A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-23 | 成健 | 适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头 |
| CN105171247B (zh) * | 2015-08-28 | 2017-01-11 | 成健 | 适用于机械手笼式结构全密封激光三维切割头 |
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