JPS6116939Y2

JPS6116939Y2 -

Info

Publication number: JPS6116939Y2
Application number: JP1980052708U
Authority: JP
Priority date: 1980-04-18
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1986-05-24
Also published as: JPS56156479U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、単一のレーザ発振器を用いて複数の
被加工部位を加工する際に、レーザ発振器からの
距離が異なつても各被加工部位を均一に加工し得
るとともに、レーザビームの広がり角度が変化し
ても加工状態が変化しないようにしたレーザ加工
装置に関する。

例えば、回転体のダイナミツクバランスの調整
のように被加工体にパルスレーザビームを照射し
て加工を行なう場合、従来よりガラスレーザやル
ビーレーザを繰り返し発振させて得たパルスレー
ザビームが多く使用されている。この種のレーザ
ビームは、ビームの広がり角度の経時変化が比較
的少ないため常に均一な加工を行なえる利点があ
る。ところが、その反面発振の繰り返し率が低い
ため加工能率が悪く、加工能率の向上をはかり難
い。そこで、発振の繰り返し率が高いYAGレー
ザ等の使用が検討されている。しかるに、この種
のレーザは平均出力の増加に従つてビームの広が
り角度が大きく変動するため、被加工部位におけ
るレーザビームの照射スポツトが変化し、加工精
度が極めて低い。この加工精度の低下は、レーザ
発振器と被加工部位との距離が増すと特に著し
く、このため実用に供し難かつた。

一方、加工能率を一層高めるため、１台のレー
ザ発振器のパルスレーザビームを複数の被加工部
位に照射して加工する手法が試みられている。と
ころが、このような手法は、レーザ発振器と被加
工部位との距離が各被加工部位毎に異なると、各
被加工部位におけるレーザビームの照射スポツト
が変化し、また先に述べたようにビームの広がり
角度によつても各被加工部位毎に照射スポツトに
変化をきたす。このため、各被加工部位を均一に
加工することができなかつた。

本考案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、レーザ発振器からの距
離が異なる複数の加工部位にそれぞれ同一スポツ
ト径のレーザビームを照射し得るようにし、しか
もレーザビームの広がり角度の変動による照射ス
ポツト径の変化がなく、複数の加工部位を精度良
くしかも高能率で加工し得て生産性の高いレーザ
加工装置を提供することにある。

以下、本考案を図面に示す一実施例を参照して
説明する。なお、同実施例は本考案のレーザ装置
を回転体のダイナミツクバランス調整用として適
用したものである。

第１図において、被加工物としての回転体１
は、軸受２および弾性部材３を介して図示しない
基台に支持され、この状態でモータ４により回転
駆動されている。そして、この回転体１の回転振
動および回転位相は、それぞれ回転振動検出器５
および回転位相検出器６により検出され加工制御
回路７に導入される。この加工制御回路７は、上
記各検出器５，６で検出された回転振動情報およ
び回転位相情報に基づいて回転体１の除去加工す
べき位置とその加工量とを算出して後述するレー
ザ発振器８を駆動制御するものである。

さて、レーザ発振器８は、上記加工制御回路７
の制御出力をレーザ制御電源９に入力し、このレ
ーザ制御電源９により励起ランプ１０を駆動して
YAGレーザロツド１１を繰り返し発振させ、パ
ルスレーザビーム１２を発生している。このパル
スレーザビーム１２は、光路切換ミラー１３ある
いは反射ミラー１４で反射されたのち、第１の集
光レンズ１５もしくは第２の集光レンズ１６によ
り前記回転体１の各被加工部位Ａ，Ｂにそれぞれ
同一スポツトとなるように集光照射される。この
とき、上記光路切換ミラー１３の光路切換動作
は、前記加工制御回路７の指示に従つて時分割で
行なわれている。

ところで、上記各被加工部位Ａ，Ｂに照射され
るパルスレーザビームのスポツト径は、次のよう
に定められる。先ず、光路切換ミラー１３と被加
工部位Ａとの間において、焦点距離F₁を有する
第１の集光レンズ１５を被加工部位Ａにスポツト
径Δｘのレーザビーム１２が照射されるように移
動させ、位置を固定する。このとき、YAGレー
ザロツド１１と集光レンズ１５との距離をa₁（a₁
＝a_1-1＋a_1-2）、集光レンズ１５と被加工部位Ａと
の距離をb₁とすると、この光路には Δｘ＝ｘ（ｂ_１／ａ_１） ………(1) が成立する。

次に、第２の集光レンズ１６の位置を前記第(1)
式に基づいてｂ_２／ａ_２＝ｂ_１／ａ_１となるように定める。ここで、a₂はYAGレーザ
ロツド１１と第２の集光レンズ１６との距離（a₂
＝a_2-1＋a_2-2）、b₂はこの第２の集光レンズ１６と
被加工部位Ｂとの距離である。そして、レンズの
一般式１／ｂ_２＋１／ａ_２＝１／Ｆ_２ ………(2) に従つて、第２の集光レンズ１６の集点距離F₂
を算出し、この焦点距離F₂を有するレンズを第
２の集光レンズとして配置する。

すなわち、この実施例では第１および第２の各
集光レンズ１５，１６の配置位置と焦点距離とを
調整することにより、各被加工部位Ａ，Ｂにおけ
るレーザビームの照射スポツト径Δｘを同一に設
定する。また、このときスポツトの形成位置は、
第１および第２の各集光レンズ１５，１６の焦点
形成位置よりも遠方側に定められる。

このように構成されたレーザ加工装置におい
て、回転体１の加工除去すべき位置が振動検出器
５により検出され、加工制御回路７から制御出力
が送出されると、レーザ発振器８は繰り返し発振
してYAGレーザロツド１１からビーム径ｘのパ
ルスレーザビーム１２を出力する。ここで、光路
初換ミラー１３が図中実線側に切換わつている
と、上記パルスレーザビーム１２は先ず光路切換
ミラー１３で反射され、第１の集光レンズ１５で
集光されてスポツト径Δｘで被加工部位Ａに照射
される。かくして、被加工部位Ａの除去加工がな
される。

次に、加工制御回路７の指示に従つて光路初換
ミラー１３が図中想像線側に切換わり、前記と同
様に制御出力が加工制御回路７から送出される
と、YAGレーザロツド１１から出力されたパル
スレーザビーム１２は反射ミラー１４で反射され
たのち、第２の集光レンズ１６で集光されて被加
工部位Ｂに照射される。このとき、第２の集光レ
ンズ１６は、その焦点距離および配置位置が
YAGレーザロツド１１と被加工部位Ｂとの距離
に応じて前記第１の集光レンズ１５とは独自に、
しかも適当な値に設定されている。したがつて、
被加工部位Ｂには前記被加工部位Ａと同じスポツ
ト径Δｘのパルスレーザビーム１２が照射され、
このスポツト径Δｘによる被加工部位Ｂの除去加
工がなされる。

また、上記各被加工部位Ａ，Ｂに形成されるパ
ルスレーザビーム１２のスポツトは、ともに集光
レンズ１５，１６の焦点形成位置よりも遠方側に
おいて形成されている。ここで、レンズ焦点形成
位置より若干遠方側の位置では、レンズに入射さ
れるレーザビームの広がり角度が変動しても、ス
ポツトの大きさおよびエネルギ密度はほとんど変
化しないことが確かめられている。したがつて、
前記被加工部位Ａ，Ｂにおけるレーザビーム１２
のスポツト径Δｘは、YAGレーザロツド１１の
熱歪等によりレーザビーム１２の広がり角度がた
とえば変動しても、略一定に保たれる。

このように、本実施例によれば、YAGレーザ
ロツド１１および各被加工部位Ａ，Ｂ間のパルス
レーザビーム１２の通過距離に応じて第１および
第２の各集光レンズ１５，１６の焦点距離を各別
に適宜定められているので、YAGレーザロツド
１１からの距離がそれぞれ異なる被加工部位Ａ，
Ｂであつても、それぞれ同一のスポツトでレーザ
ロツド１２を照射することができ、この結果複数
の被加工部位Ａ，Ｂを同一条件で加工することが
できる。また、本実施例では、被加工部位に形成
するレーザビーム１２のスポツトを、集光レンズ
の焦点形成位置よりも遠方において形成している
ので、たとえばレーザビーム１２の広がり角度が
変動しても、常に一定のスポツトを照射すること
ができ、この結果レーザビーム１２の広がり角度
が変化し易いYAGレーザを用いたとしても、正
確で安定な除去加工を行なうことができる。この
場合、YAGレーザは繰り返し発振率を比較的高
く定めることができるので、前記１台のレーザ発
振器で複数の被加工部位を加工することと相まつ
て、極めて高能率で、しかも精度良く回転体１の
除去加工を行なうことができる。

次に、第２図を参照しながら本考案の他の実施
例を説明する。本実施例は、１台のレーザ発振器
から出力したパルスレーザビームをそれぞれ距離
の異なる複数の被溶接部位に対して時分割で照射
しそれぞれ溶接加工を行なうもので、レーザ発振
器および各被加工部位間のレーザビーム通過路に
選択的に光路延長プリズムを設けてレーザビーム
を迂回させ、これによりレーザ発振器および各被
溶接部位間の各レーザビーム通過距離を同一に設
定するようにしたものである。

すなわち、YAGレーザロツド１１から出力さ
れたパルスレーザビーム１２は、光路切換ミラー
２１，２２の切換位置に従つて各光路切換ミラー
２１，２２あるいは反射プリズム２３で反射さ
れ、しかるのちそれぞれ同一の焦点距離を有する
集光レンズ２４，２５，２６で集光されて各被溶
接部位Ｃ，Ｄ，Ｅに照射される。このとき、光路
切換ミラー２１と集光レンズ２４との間および光
路切換ミラー２１と集光レンズ２５との間には、
それぞれ光路延長プリズム２７，２８が設けら
れ、光路初換ミラー２１，２２で反射されたレー
ザビーム１２は光路延長プリズム２７，２８を介
して集光レンズ２４，２５に導びかれる。したが
つて、上記光路延長プリズム２７，２８の設置位
置を適宜定めれば、YAGレーザロツド１１およ
び各被加工部位Ｃ，Ｄ，Ｅ間の各レーザビーム通
過距離はいずれも同一となる。この結果各集光レ
ンズ２４，２５，２６の配置位置および焦点距離
をある値に共通に定めることにより、各被溶接部
位Ｃ，Ｄ，Ｅにはそれぞれスポツト径Δｘの等し
いレーザビーム１２が照射される。また、このと
き被溶接部位Ｃ，Ｄ，Ｅに形成されるレーザビー
ム１２のスポツトは、前記実施例と同様に集光レ
ンズ２４，２５，２６の焦点形成位置よりも遠方
側に設定される。

したがつて、このような実施例によれば、
YAGレーザロツド１１と各被溶接部位Ｃ，Ｄ，
Ｅとの間に適宜光路延長プリズム２７，２８を設
置して各レーザビーム通過距離をそれぞれ同一に
しているので、各被溶接部位Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞ
れ同一スポツトΔｘでレーザビーム１２を照射す
ることができ、これにより各被溶接部位Ｃ，Ｄ，
Ｅを均一に溶接加工することができる。また、集
光レンズ２４，２５，２６の焦点距離よりも遠方
側でスポツトΔｘを形成しているので、たとえば
レーザビーム１２の広がり角度が変動してもスポ
ツトΔｘの変化を低く抑えることができる。

なお、本考案は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、複数の被加工部位は１台のレー
ザ発振器に対して放射状に点在していてもよく、
この場合には反射鏡やプリズム等の光学系を組合
わせることにより、それぞれ加工することができ
る。その他、レーザ発振器や被加工物の種類等に
ついても本考案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考案によれば、レーザ発
振器からの距離が異なる複数の加工部位にそれぞ
れ同一スポツト径のレーザビームを照射し得るよ
うにし、しかもレーザビームの広がり角度の変動
による照射スポツト径の変化がなく、複数の加工
部位を精度良くしかも高能率で加工し得て生産性
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図は本考案の一実施例におけるレーザ加工
装置の概略構成図、第２図は本考案の他の実施例
におけるレーザ加工装置の概略構成図である。８……レーザ発振器、９……レーザ制御電源、
１０……励起ランプ、１１……YAGレーザロツ
ド、１３，２１，２２……光路切換ミラー、１４
……反射ミラー、１５……第１の集光レンズ、１
６……第２の集光レンズ、２３……反射プリズ
ム、２４，２５，２６……集光レンズ、２７，２
８……光路延長プリズム、Ａ，Ｂ，Ｃ，D.E……
被加工部位。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

繰返し発振して広がり角度の変化するパルスレ
ーザビームを出力するレーザ発振器と、上記パル
スレーザビームを時分割で複数の被加工部位に照
射する反射鏡と、少なくとも集光レンズを備え、
前記反射鏡で反射されたパルスレーザビームを前
記レーザ発振器から被加工部位までのパルスレー
ザビーム通過距離に応じて前記集光レンズの焦点
距離を可変設定するかまたは各被加工部位毎のパ
ルスレーザビーム通過距離を等しくするための迂
回路を形成することにより前記各被加工部位へそ
れぞれ同一スポツトで集光照射するとともに、前
記集光レンズと被加工部位との間の距離を前記パ
ルスレーザビームの広がり角度が最大となつたと
きの焦点距離よりも長く設定するべく前記集光レ
ンズの位置を設定した光学系とを具備したことを
特徴とするレーザ加工装置。