JPS62203116A - Laser light irradiating device - Google Patents

Laser light irradiating device

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Publication number
JPS62203116A
JPS62203116A JP61045032A JP4503286A JPS62203116A JP S62203116 A JPS62203116 A JP S62203116A JP 61045032 A JP61045032 A JP 61045032A JP 4503286 A JP4503286 A JP 4503286A JP S62203116 A JPS62203116 A JP S62203116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
laser beam
rotating
workpiece
fixed
Prior art date
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Pending
Application number
JP61045032A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukiro Yamazaki
山崎 幸郎
Jiro Takashita
高下 二郎
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.)
Hitachi Seiki Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Seiki Co Ltd filed Critical Hitachi Seiki Co Ltd
Priority to JP61045032A priority Critical patent/JPS62203116A/en
Publication of JPS62203116A publication Critical patent/JPS62203116A/en
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Abstract

PURPOSE:To dispersing the energy of laser light uniformly and perform a uniform heat treatment, and to simplify the constitution of a device and reduce its cost by slanting the rotating shaft of a rotary mirror which reflects luminous flux from a laser light source to a body surface to its normal. CONSTITUTION:An image forming lens 3 is fixed to a holding cylinder 14, which is mounted at the inner periphery of a cylinder body 12. The rotating shaft 10a is provided slantingly to the normal 10b to the rotary mirror 10b. The rotary mirror 10 is clamped between holding frames 16 and 17 and fixed,the frame 17 is coupled with the output shaft 10a of a motor 13 through a coupling pin 18, and a bearing member 19 is also fixed to the output shaft 10a through the coupling pin 18. Therefore, the output shaft 10a is rotated by the motor 13 to rotate the bearing member 19, coupling pin 18, holding frame 17, holding frame 16, and rotary mirror 10 in one body.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、スポット状のレーザー光をワーク上面に照射
するレーザー光の照射装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a laser beam irradiation device that irradiates a spot-shaped laser beam onto the upper surface of a workpiece.

(従来の技術) 従来、レーザー光の照射装置は、例えばスポット状のレ
ーザー光をワーク上面に照射すると共に該ワーク上面で
所定の軌跡に沿って走査することにより、該ワーク上面
の所定範囲を焼入れして熱処理を施す場合に使用されて
いる。
(Prior Art) Conventionally, a laser beam irradiation device hardens a predetermined range of the upper surface of the workpiece by emitting, for example, a spot-shaped laser beam onto the upper surface of the workpiece and scanning the upper surface of the workpiece along a predetermined trajectory. It is used when heat treatment is performed.

しかしながら、従来のレーザー光の照射装置では、ワー
ク上面に照射されるスポット状のレーザー光自体にムラ
いわゆるマルチモード・エネルギー分布があるため、前
記ワーク上面に照射されたレーザー光のエネルギーが前
記所定範囲内で均等に分散しておらず、前記熱処理にム
ラができ、均一な熱処理ができないという問題点があっ
た。
However, in conventional laser beam irradiation devices, the spot-shaped laser beam irradiated onto the top surface of the workpiece itself has unevenness, so-called multimode energy distribution, so that the energy of the laser beam irradiated onto the top surface of the workpiece is within the predetermined range. There was a problem in that the heat treatment was not uniformly distributed within the interior of the container, resulting in uneven heat treatment.

このような問題点が生じるのを避けるために。To avoid such problems from occurring.

従来のレーザー光の照射装置としては、(1)第5図に
示すように、スポット状のレーザー光1が照射されるワ
ーク上面2の位置をレーザ−光源(図示省略)からの平
行光束を結像する結像レンズ3の焦点位置からズラすこ
とにより、ワーク2上面にポケだスポット状のレーザー
光1を結像させるように構成したもの。
As a conventional laser beam irradiation device, (1) as shown in FIG. It is configured to form a spot-shaped laser beam 1 on the upper surface of a workpiece 2 by shifting the focus position of the imaging lens 3.

(2)第6図に示すように、ワーク2の上面位置を結像
レンズ3の焦点位置から若干ずらし、かつ結像レンズ3
からの集光光束をワーク上面2に向けて反射する振動ミ
ラー4を軸4aを中心として揺動反転して振動すること
により、スポット状のレーザー光lを第5図および第6
図の矢印方向に振動させるように構成したもの。
(2) As shown in FIG.
By oscillating and inverting the vibrating mirror 4 that reflects the condensed light beam from the workpiece toward the upper surface 2 of the workpiece, a spot-shaped laser beam l is generated as shown in FIGS. 5 and 6.
It is configured to vibrate in the direction of the arrow in the figure.

(3)第8図に示すように、微小の平面鏡5aが多数貼
られて形成された凹面鏡5を設け、前記レーザー光源か
らの平行光束をワーク上面2に結像するように構成した
もの等がある。
(3) As shown in FIG. 8, a concave mirror 5 formed by pasting a large number of minute plane mirrors 5a is provided, and the collimated light beam from the laser light source is configured to form an image on the upper surface 2 of the workpiece. be.

しかしながら、上記(1)の従来例では、ワークE面2
上に形成されるスポット状のレーザー光lをポカしてい
るだけであり、前記ワーク上面2に照射されたレーザー
光1のエネルギーが前記所定範囲内で均等に分散してお
らず、前記熱処理にムラができてしまう、 上記(2)の従来例では、第6図の矢印方向に振動した
スポット状のレーザー光lを一方向に直線的に延びた範
囲を走査して熱処理する場合には問題は生じないが、第
7図に示すように矢印方向に振動したスポット状のレー
ザー光lを直径dの円軌道6を描くようにワーク上面2
上で図の矢印方向に回転走査した場合には、該矢印方向
に振動したスポット状のレーザー光lが通過した軌跡す
なわちスポット状のレーザー光1により照射された軌跡
7は外径が横長で内径が縦長の長円形状となり、その軌
跡7の幅は一定にならないので、この軌跡7の幅の狭い
部分7aにおけるスポット状のレーザー光1のエネルギ
ー密度が軌跡7の幅の広い部分7bにおけるエネルギー
密度に比べて高くなり、この狭い部分7aがスポット状
のレーザー光1のエネルギーにより融けてしまうことが
あり、かつ振動ミラー4を揺動反転させる機械的構成が
難しい、 第8図に示すように上記(3)の従来技術では、前記凹
面鏡5によりワーク上面2上に結像されたレーザー光l
のエネルギーtよ−ある程度は均等に分散しているので
、上記2つの従来例よりは前記熱処理のムラが少ないが
、多数の平面鏡5aを凹面鏡5の曲率中心に合致させて
貼らなければならないので、該凹面鏡5の製造コストが
極めて高くなり、不経済であり、かつ各平面鏡5aの間
に隙間があるので、スポット状のレーザー光lのエネル
ギーロスが大きいという問題点があった。
However, in the conventional example (1) above, the workpiece E surface 2
The laser beam 1 formed on the top surface of the workpiece is only focused on the spot-shaped laser beam 1, and the energy of the laser beam 1 irradiated onto the upper surface 2 of the workpiece is not evenly distributed within the predetermined range, and the heat treatment In the conventional example (2) above, there is a problem when heat treatment is performed by scanning an area linearly extending in one direction with a spot-shaped laser beam l vibrated in the direction of the arrow in Fig. 6. However, as shown in FIG.
When rotating and scanning in the direction of the arrow in the figure above, the trajectory of the spot-shaped laser beam l vibrating in the direction of the arrow, that is, the trajectory 7 irradiated by the spot-shaped laser beam 1, has an outer diameter that is horizontally elongated and an inner diameter that is elongated. has a vertically elongated oval shape, and the width of the locus 7 is not constant, so the energy density of the spot-shaped laser beam 1 at the narrow part 7a of the locus 7 is equal to the energy density at the wide part 7b of the locus 7. The narrow portion 7a may be melted by the energy of the spot-shaped laser beam 1, and the mechanical configuration for swinging and reversing the vibrating mirror 4 is difficult.As shown in FIG. In the conventional technique (3), the laser beam l focused on the upper surface 2 of the workpiece by the concave mirror 5
Since the energy t is evenly distributed to some extent, the heat treatment is less uneven than the above two conventional examples, but since a large number of plane mirrors 5a must be aligned with the center of curvature of the concave mirror 5, The manufacturing cost of the concave mirror 5 is extremely high, making it uneconomical, and since there is a gap between each plane mirror 5a, there is a problem that the energy loss of the spot-shaped laser beam 1 is large.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、レーザー光の持っているマルチモードエネルギ
ー分布を均等にするため、レンズを通して入射する入射
光を平面内で回転する平面鏡の平面に直交する回転軸と
交叉し、同一平面内に設けられた揺動軸を中心に若干傾
斜させた平面鏡を前記回転軸を中心に回転させることに
より、前記回転平面鏡を介して物体上面に、均一な熱処
理を施すことができ、構成が極めて簡単で、製造コスト
の安いレーザー光の照射装置を提供することを目的とし
ている。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention was made by focusing on such conventional problems, and in order to equalize the multimode energy distribution of laser light, it is possible to The incident light intersects the rotation axis perpendicular to the plane of the plane mirror rotating within the plane, and by rotating the plane mirror, which is slightly tilted around a swing axis provided in the same plane, around the rotation axis. The object of the present invention is to provide a laser beam irradiation device that can uniformly heat the upper surface of an object through the rotating plane mirror, has an extremely simple configuration, and is inexpensive to manufacture.

(問題点を解決するための手段) かかる目的を達成するための本発明の要旨は、スポット
状のレーザー光を物体面とに照射するレーザー光の照射
装置において、 レーザー発振器と、 該レーザー発振器から入射する平行光束を前記物体面上
に結像する結像レンズと。
(Means for Solving the Problems) The gist of the present invention for achieving the above object is to provide a laser beam irradiation device that irradiates a spot-shaped laser beam onto an object surface, including: a laser oscillator; and an imaging lens that forms an image of the incident parallel light beam onto the object surface.

該結像レンズからの集光光束を反射する固定ミラーと、 回転軸を中心として回転可能で、前記固定ミラーで反射
された光束を前記物体面に向けて反射する回転ミラーと
、該回転ミラーを回転させる駆動源とを備えて成り、 該回転ミラーの反射光と入射光とが互に交叉すると共に
、前記回転ミラーの回転軸をその法線に対して傾けて設
けたことを特徴とするレーザー光の照射装置に存する。
a fixed mirror that reflects a condensed light beam from the imaging lens; a rotating mirror that is rotatable about a rotation axis and that reflects the light beam reflected by the fixed mirror toward the object surface; a driving source for rotating the mirror, the reflected light and the incident light of the rotating mirror intersect with each other, and the rotating axis of the rotating mirror is tilted with respect to its normal line. It resides in the light irradiation device.

(作用) そして、上記レーザー光の照射装置では、前記回転ミラ
ーを回転すると、該回転ミラーの回転軸はその法線に対
して傾いているので、ワーク上面に形成されるスポット
状のレーザー光がリング状に回転するように成っている
(Function) In the above laser beam irradiation device, when the rotating mirror is rotated, the rotation axis of the rotating mirror is inclined with respect to its normal line, so that the spot-shaped laser beam formed on the upper surface of the workpiece is It rotates in a ring shape.

(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。な
お、従来例と同様の部位には同一符号を付する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings. Note that the same parts as in the conventional example are given the same reference numerals.

第1図から第4図は本発明の一実施例を示しており、第
1図はレーザー加工機の全体図であり、第2図は一実施
例に係るレーザー光の照射装置の主要部を示す断面図で
ある。
1 to 4 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall view of a laser processing machine, and FIG. 2 shows the main parts of a laser beam irradiation device according to an embodiment. FIG.

第1図に示すレーザー加工機はベッドB上の水モ面上を
移動するテーブルT上に載置したワーク2のL面を熱処
理すべく、レーザー光の照射装置8が上下動可能なヘッ
ドに取付けられ、前記加工機前面にはテーブルT、ヘッ
ドHの動きを制御する制御パネルCMが、更に加工機前
面にはレーザー発振器操作盤CLが配置しである。
In the laser processing machine shown in FIG. 1, a laser beam irradiation device 8 is installed in a vertically movable head in order to heat-treat the L side of a workpiece 2 placed on a table T that moves on a water movable surface on a bed B. A control panel CM for controlling the movements of the table T and head H is mounted on the front of the processing machine, and a laser oscillator operation panel CL is also arranged on the front of the processing machine.

また、加工機側面にはレーザー光発振器が設けられ、そ
の光線を鏡を介して照射装置に導いている。
Furthermore, a laser beam oscillator is provided on the side of the processing machine, and its beam is guided to an irradiation device via a mirror.

第2図および第3図に示すように、レーザー光の照射装
置8は、レーザー発振機からの平行光束をワーク2上面
に光を集光すべく固定ミラー9が水平面に対して90’
傾斜して第1保持部11に固定され、第1の固定ミラー
9からの反射光束を結像する結像レンズ3と、該結像レ
ンズ3からの集光光束を反射する第2の固定ミラー23
と、回転軸10aを中心として回転可能で、第2の固定
ミラー23で反射された光束をワーク2に向けて反射す
る回転ミラー10と、結像レンズ3を一端に保持した筒
体12と固定ミラー23および回転ミラー10を出力軸
端に設けたモーター13を保持した第2保持部21とか
ら構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the laser beam irradiation device 8 has a fixed mirror 9 90' with respect to the horizontal plane in order to condense the parallel light beam from the laser oscillator onto the upper surface of the workpiece 2.
An imaging lens 3 that is tilted and fixed to the first holding part 11 and forms an image of the reflected light beam from the first fixed mirror 9, and a second fixed mirror that reflects the condensed light beam from the imaging lens 3. 23
, a rotating mirror 10 that is rotatable around a rotation axis 10a and that reflects the light beam reflected by a second fixed mirror 23 toward the workpiece 2, and a cylinder 12 that holds an imaging lens 3 at one end and is fixed thereto. It is comprised of a mirror 23 and a second holding part 21 holding a motor 13 with a rotating mirror 10 provided at the output shaft end.

前記結像レンズ3は、保持筒14に固定されており、こ
の保持筒14は筒体12の内周に装着されている。
The imaging lens 3 is fixed to a holding cylinder 14 , and the holding cylinder 14 is attached to the inner circumference of the cylinder body 12 .

第1の固定ミラー9はミラー固定部15の内部に固定さ
れており、このミラー固定部15は第1保持部11の外
面に固定されている。
The first fixed mirror 9 is fixed inside a mirror fixing part 15, and this mirror fixing part 15 is fixed to the outer surface of the first holding part 11.

更に、第2の固定ミラー23はミラー固定部22の内部
に固定されており、このミラー固定部22は第2保持部
21の外面に傾斜して固定されている。
Furthermore, the second fixed mirror 23 is fixed inside a mirror fixing part 22, and this mirror fixing part 22 is fixed to the outer surface of the second holding part 21 at an angle.

第2図および第3図に示すように、前記回転軸10a(
第1図では回転軸10aの中心線が10a”で示されて
いる。)は回転ミラー10の法線10bに対して傾けて
設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the rotating shaft 10a (
In FIG. 1, the center line of the rotating shaft 10a is indicated by 10a''), which is inclined with respect to the normal 10b of the rotating mirror 10.

回転ミラー10は保持枠16.17により挟持されて固
定されており、この17は連結ピン18を介してモータ
ー13の出力軸10aに連結されている。この連結ピン
18を介して軸受部材19も出力軸10aに固定されて
いる。
The rotating mirror 10 is held and fixed by holding frames 16 and 17, which are connected to the output shaft 10a of the motor 13 via a connecting pin 18. A bearing member 19 is also fixed to the output shaft 10a via this connecting pin 18.

したがって、モーター13により出力軸10aが回転し
、これによって軸受部材19、連結ピン18、保持枠1
7.保持枠16および回転ミラー10が一体的に回転す
るように成っている。
Therefore, the output shaft 10a is rotated by the motor 13, which causes the bearing member 19, the connecting pin 18, and the holding frame 1 to rotate.
7. The holding frame 16 and the rotating mirror 10 are configured to rotate integrally.

ここで1回転軸10aの回転数は例えば6000rpm
程度である。
Here, the rotation speed of the one-rotation shaft 10a is, for example, 6000 rpm.
That's about it.

モーター13は、第2保持部21の上部開口12aに保
持されている。
The motor 13 is held in the upper opening 12a of the second holding part 21.

第2保持部21の下部開口12bには、回転ミラー10
で反射された光束を投光する部分に投光筒体20が第2
保持部21下部に取り付けられている。
The lower opening 12b of the second holding part 21 has a rotary mirror 10
A second light projecting cylinder 20 is installed at the part that projects the luminous flux reflected by the
It is attached to the lower part of the holding part 21.

また、前記ワーク2上面は第1図に示すテーブルT上に
a置されており、かつ結像レンズ3の焦点位置3aから
若干離れた位置に設定される。このテーブルは水平面E
で移動可能に成っている。
Further, the upper surface of the workpiece 2 is placed a on the table T shown in FIG. This table is a horizontal plane E
It is made movable.

上記構成を有するレーザー光の照射装置8では、前記レ
ーザー光源からの平行光束は、結像レンズ3により集光
され、この集光光束は第1、第2の固定ミラー9.23
および回転ミラー10で反射され、焦点位i3aに一旦
結像された後にワーク2上に照射される。したがって、
第2図および第4図(イ)に示すように、ワークlh面
には若干ポケたレーザー光すなわちスポット状のレーザ
ー光lがワーク2上面に形成される。
In the laser beam irradiation device 8 having the above configuration, the parallel light beam from the laser light source is condensed by the imaging lens 3, and this condensed light beam is transmitted to the first and second fixed mirrors 9, 23.
The light is then reflected by the rotating mirror 10, and is once focused on the focal point i3a, and then irradiated onto the workpiece 2. therefore,
As shown in FIGS. 2 and 4(a), a laser beam slightly missed on the surface of the work lh, that is, a spot-shaped laser beam l is formed on the upper surface of the work 2.

このとき、前記回転軸10aはモーター13の回転によ
り6000r p m程度の回転数で高速回転している
At this time, the rotating shaft 10a is rotating at a high speed of about 6000 rpm due to the rotation of the motor 13.

この回転軸10aの回転により、軸受部材19、連結ピ
ン18、保持枠17、保持枠16および回転ミラー10
が一体的に回転する。
This rotation of the rotating shaft 10a causes the bearing member 19, the connecting pin 18, the holding frame 17, the holding frame 16, and the rotating mirror 10 to
rotates as a unit.

このとき、上述したように回転軸10aは回転ミラー1
0の法線10bに対して若干傾いているので、ワーク2
上面に照射されたスポット状のレーザー光lは、第4図
(イ)のリング30で示すように前記回転軸10aおよ
び回転ミラーlOと同じ回転数で高速回転する。
At this time, as described above, the rotating shaft 10a is connected to the rotating mirror 1.
Work 2 is slightly tilted with respect to the normal 10b of 0.
The spot-shaped laser beam 1 irradiated onto the upper surface rotates at a high speed at the same rotation speed as the rotating shaft 10a and the rotating mirror 10, as shown by the ring 30 in FIG. 4(A).

このとき、前記テーブルを水平面上円運動することによ
りワーク2上面を回転すると、リング30状に高速で回
転しているスポット状のレーザー光1は、第4図(イ)
に示す円軌道31に沿ってワーク2上を移動(走査)す
る。
At this time, when the upper surface of the workpiece 2 is rotated by circularly moving the table on the horizontal plane, the spot-shaped laser beam 1 rotating at high speed in the shape of a ring 30 is generated as shown in FIG. 4(a).
The workpiece 2 is moved (scanned) along a circular trajectory 31 shown in FIG.

これによって、この円軌道31全体がスポ−/ )状の
レーザー光1の照射を受け、熱処理される。
As a result, the entire circular orbit 31 is irradiated with the laser beam 1 in the shape of a spout and is heat-treated.

このようにスポット状のレーザー光1が、ワーク2上面
においてほぼ真円に近いリング30で示すように高速回
転しながら円軌道31に沿って移動し、かつ該円軌道3
1の幅は一定であるので、ワーク2上面の円軌道31全
体に照射されるレーザー光のエネルギーは均等に分散し
ている。これによって、円軌道31全体においてムラの
ない均一な熱処理が成されたことになる。
In this way, the spot-shaped laser beam 1 moves along the circular orbit 31 while rotating at high speed as shown by the ring 30 which is almost a perfect circle on the upper surface of the workpiece 2, and the circular orbit 3
1 is constant, the energy of the laser beam irradiated over the entire circular orbit 31 on the upper surface of the workpiece 2 is evenly distributed. As a result, even and uniform heat treatment was performed over the entire circular orbit 31.

また、ワーク2が載置されたテーブルを、熱処理を施す
範囲に応じて所望の方向に移動させることにより、リン
グ30に沿って高速回転しているスポット状のレーザー
光lをワーク2上面で所望の方向に移動させることがで
きる。この所望の方向への移動軌跡の幅は、上記円軌道
31を描いた場合と同様に一定である。
In addition, by moving the table on which the workpiece 2 is placed in a desired direction depending on the range to be heat-treated, the spot-shaped laser beam l rotating at high speed along the ring 30 can be directed onto the upper surface of the workpiece 2 in a desired direction. can be moved in the direction of The width of this movement locus in the desired direction is constant as in the case where the circular orbit 31 is drawn.

尚、ワーク上面に照射されるレーザー光1は回転してい
る回転ミラー10から反射されてワーク上面に照射され
運動軌跡が第4図(イ)に示される様に真円になるのが
理想である。
Ideally, the laser beam 1 irradiated onto the top surface of the workpiece is reflected from the rotating rotating mirror 10 and irradiated onto the top surface of the workpiece, so that the locus of motion becomes a perfect circle as shown in FIG. 4 (a). be.

しかし、回転ミラーlOから反射されてくる光は法線に
対する入射角が零であれば真円を形成できるが、構造上
の制約から困難である。
However, although the light reflected from the rotating mirror IO can form a perfect circle if the angle of incidence with respect to the normal is zero, this is difficult due to structural constraints.

従って、レーザー光線の入射角を少くすれば真円に近い
形状を得ることができる。
Therefore, by reducing the incident angle of the laser beam, a shape close to a perfect circle can be obtained.

回転ミラー10を回転軸に対してル傾斜させた場合の回
転ミラーの法線に対する入射角をφとした場合、投影面
に描かれる形状は以下に詳述すべく解析することができ
る。
When the angle of incidence with respect to the normal line of the rotating mirror 10 when the rotating mirror 10 is tilted with respect to the rotation axis is φ, the shape drawn on the projection plane can be analyzed as described in detail below.

第9図に示す原理図に基づいて説明すると。This will be explained based on the principle diagram shown in FIG.

O2:ミラーの回転中心 OPo  :回転中心においてミラー表面に立てた法線 Plo:入射光 P2O:反射光 P3  :Plから直線OPo にたてた垂線の足面、
点PIはy、z平面上にあるものとする。
O2: Center of rotation of the mirror OPo: Normal line to the mirror surface at the center of rotation Plo: Incident light P2O: Reflected light P3: Foot surface of a perpendicular line drawn from Pl to the straight line OPo,
It is assumed that point PI is on the y,z plane.

(x!−0) PIOが2軸となす角をφとし、pto 4とすると、
点P1の座標は (0、−1sinφ、flcosφ’)     −・
・−・−(1)ミラー回転中心軸OZに垂直な面に対し
てミラーが角度ル傾いていると、z軸とOPoがなす角
度が鉢である。いま。
(x!-0) If the angle between PIO and the two axes is φ, and pto 4,
The coordinates of point P1 are (0, -1 sinφ, flcosφ') −・
- (1) When the mirror is tilted at an angle with respect to a plane perpendicular to the mirror rotation center axis OZ, the angle formed by the z-axis and OPo is a pot. now.

0Po−見、 OQ−ρとすると z6m 1cos IL ρ−1sinル IOmρco’s θmJ1cosθ−sin gyo
=  ρsin  0m1sin  θ −sin  
IL従って、点POの座標は (lcosθ−+’ing、 、 fL sin θ・
5rnp−、l cos x)(イ)直線−の方向余弦
は、 つぎに1点P3を求めるために点P1から直!1PoO
hにおろした垂線を求めると、点P3は直線POOhに
あるから、 73 = xztanθ CaSθ ・tan  u。
0Po-see, OQ-ρ then z6m 1cos IL ρ-1sin leIOmρco's θmJ1cosθ-sin gyo
= ρ sin 0 m1 sin θ − sin
IL Therefore, the coordinates of point PO are (lcos θ−+'ing, , fL sin θ・
5rnp-, l cos x) (a) The direction cosine of the straight line - is, Next, to find one point P3, directly from point P1! 1PoO
When finding the perpendicular line drawn to h, since point P3 is on the straight line POOh, 73 = xztanθ CaSθ ・tan u.

垂線の方程式は、点P1とP2をつなぐ直線を求めると (o)直&IP+hの方向余弦は、PIP3−Lとする
と、これが直線−PLIOと直交するから cosθ−5inILX −+ sinθ−s+ngX
(2)XL !3  (cog  o ・s:n IL  +   
sin  θ ・s inp、  −tan  θ  
 ◆cos  4°           )+  s
inθ ・sinル・CoSθ −tang lsin  φ−cost −fLsin  φ 冨 
0従って !3 = 1−cosθ−srng (casp、−c
osφ−5irl ・5rn4・sinφ) 同様にして y3− x3tan O−10sinθ−sjng (
cosg ・casφ −5inθ−5rnuL−si
nφ) z3−       *l cod (cost−co
sφ−5inθ・cosθ−tang sin終・sinφ ) つぎに点P3の座標を求める。
The equation of a perpendicular line is to find a straight line connecting points P1 and P2, and the direction cosine of (o) direct & IP+h is PIP3-L. Since this is orthogonal to the straight line -PLIO, it is cosθ-5inILX −+ sinθ-s+ngX
(2)XL! 3 (cog o s:n IL +
sin θ ・s inp, -tan θ
◆cos 4°)+s
inθ ・sin le・CoSθ −tang lsin φ−cost −fLsin φ
0 Follow! 3 = 1-cosθ-srng (casp, -c
osφ-5irl ・5rn4・sinφ) Similarly, y3- x3tan O-10sinθ-sjng (
cosg ・casφ −5inθ−5rnuL−si
nφ) z3- *l cod (cost-co
sφ-5inθ・cosθ−tang sin end・sinφ) Next, the coordinates of point P3 are determined.

P3はPlと22の中点だから x= 2!3−!l、 yz=2y3−y+、 22−
223−21ここに、!l” Os Y+−−1sin
φ+21 謔fLcosφであるから、 x21I 2!3 −2Jl  ・casθ °5in
IL (CO8IL +CO8φ−5inθ−5in 
 g °sinφ) !2− 2y3+l sin  φ=21 sin  
θ−s+nIL(cosg ・cosφ−5inθ −
sing  ・sinφ)+jLsin  φ22− 
2z3−1 cog  φm21 cas  g (c
asg−casφ−5inθ −sing−sinφ)
−ucos  φ(ハ)古線圧の方向余弦は田=見とす
ると、−sinθ−sing ・sinφ) −cosφ−5inθ・sing ・sinφ) +g
inφ−5in θ・sin#L−sinφ) −5i
nφ(ニ)第1θ図に示す、直線雨が乎面Hをよぎる点
を求める。
P3 is the midpoint between Pl and 22, so x= 2!3-! l, yz=2y3-y+, 22-
223-21 Here! l"Os Y+--1sin
Since φ+21 fLcosφ, x21I 2!3 −2Jl ・casθ °5in
IL (CO8IL +CO8φ-5inθ-5in
g °sinφ)! 2- 2y3+l sin φ=21 sin
θ−s+nIL(cosg ・cosφ−5inθ −
sing ・sinφ)+jLsinφ22−
2z3-1 cog φm21 cas g (c
asg-casφ-5inθ-sing-sinφ)
-ucos φ (c) If the direction cosine of the paleolinear pressure is ta, then -sinθ-sing ・sinφ) -cosφ-5inθ・sing ・sinφ) +g
inφ−5in θ・sin#L−sinφ) −5i
nφ(d) Find the point where the straight rain crosses the surface H shown in Figure 1θ.

乎面H(7)一般式はAI + By + Cz + 
D −0平面HはX軸に平行であるため、A−02曽0
のとき Y−0のとき B m −sin  φ−D、  C−−cosφ−D
:、−s:n  φ−D  −y −cosφ−D−z
+ D = 0従ってモ面Hの式は sinφ・y + cosφ・z −1また、直線mの
式は をモ面Hの式に代入すると。
The general formula for surface H (7) is AI + By + Cz +
Since the D-0 plane H is parallel to the X axis, A-02 so 0
When Y-0, B m -sin φ-D, C--cos φ-D
:, -s:n φ-D -y -cosφ-D-z
+ D = 0 Therefore, the formula for the mo surface H is sinφ・y + cosφ・z −1 Also, when substituting the formula for the straight line m into the formula for the mo surface H.

図のとおり、0′を原点として、Y軸をとり、X軸は紙
面に垂直とする。
As shown in the figure, the origin is 0', the Y axis is taken, and the X axis is perpendicular to the plane of the paper.

このとき −tanΦ 従って、第11図のような構成で、物体上に原点O′と
してX−Y座標をとると、X軸を紙面に垂直な方向とし
て、 cosa −2cosθ−5tnp、 (cosg °
cosφ−ginθ−5jnIL・sinφ) cosβ g2sirO−sing (cosJL−c
osφ−5ino−sinp、。
At this time, -tanΦ Therefore, with the configuration shown in Figure 11, if we take the X-Y coordinates on the object as the origin O', then with the X axis perpendicular to the plane of the paper, cosa -2cosθ-5tnp, (cosg °
cosφ-ginθ-5jnIL・sinφ) cosβ g2sirO-sing (cosJL-c
osφ-5ino-sinp,.

−5Inφ)+  sinφ CO57=2cos4(cas4−cas φ −5i
n  θ −5an JL −5in φンーCoSφ を得る。
−5Inφ)+sinφ CO57=2cos4(cas4−casφ−5i
n θ −5an JL −5in φ−CoSφ is obtained.

即ち、前記した式に数値を入れて計算すると、回転ミラ
ーをル傾けた状態で回転軸の廻りに回転させたとき入射
角φで入射したレーザー光の回転する回転ミラーの反射
で物体面上に描かれる軌跡は入射角φが小さい程真円に
近い状態となり、逆に入射角φが大きい程、Y軸方向に
長い長円を形成することが分る。
In other words, when calculating by inserting numerical values into the above formula, when the rotating mirror is tilted and rotated around the rotation axis, the laser beam incident at an incident angle φ is reflected onto the object plane by the rotating rotating mirror. It can be seen that the smaller the incident angle φ, the closer the drawn trajectory is to a perfect circle, and conversely, the larger the incident angle φ, the longer an ellipse is formed in the Y-axis direction.

なお、上記実施例によれば、第4図(イ)のリング30
に沿って描かれる長円の長軸Xおよび短軸Yは第2図に
示す筒体12から先をワーク2と共に90’回転させる
と共に入射角を変えることによりリング30は、縦長の
長円になるが全体の形状は真円に近い状態に調整可能で
あり、かつスポット状のレーザー光lの直径立1はワー
ク2上面と焦点位置3aとの距離を変えることにより調
整可能であるので、この調整により種々の熱処理作業に
対応させることができ、汎用性のあるレーザー光の照射
装置8が得られる。
In addition, according to the above embodiment, the ring 30 in FIG. 4(a)
The long axis X and short axis Y of the ellipse drawn along However, the overall shape can be adjusted to a state close to a perfect circle, and the diameter 1 of the spot-shaped laser beam 1 can be adjusted by changing the distance between the top surface of the workpiece 2 and the focal position 3a, so this The laser beam irradiation device 8 can be made compatible with various heat treatment operations by adjustment, and has versatility.

なお、上記実施例では回転ミラー10を600゜rpm
の回転数で回転しているが、この回転数は8000r 
p mに限られるものではない。
In the above embodiment, the rotating mirror 10 is rotated at 600° rpm.
It is rotating at a rotation speed of 8000 r.
It is not limited to pm.

更に、ミラーlOをモータの出力軸10aの法線tob
を中心とする回転に同期して、連結ピン18を中心とす
る揺動運動を与えると、ワーク2−E面に描かれるリン
グ30は真円にすることも可能である。
Furthermore, the mirror lO is set to the normal tob of the output shaft 10a of the motor.
If a swinging motion is applied around the connecting pin 18 in synchronization with the rotation around the center, the ring 30 drawn on the surface of the workpiece 2-E can also be made into a perfect circle.

(発明の効果) 本発明に係るレーザー光の照射装置によれば。(Effect of the invention) According to the laser light irradiation device according to the present invention.

レーザー光源からの光束を物体面に向けて反射する回転
・ミラーの回転軸をその法線に対して傾けたことにより
、該回転ミラーを回転した場合には物体面上に形成され
るスポット状のレーザー光がリングを描きながら回転す
るので、物体面に照射されたレーザー光のエネルギーが
均等に分散し、均一な熱処理を施すことができ、かつ構
成が極めて簡単で、製造コストを低減できる。
Rotation that reflects the light flux from the laser light source toward the object surface.By tilting the rotation axis of the mirror with respect to its normal line, when the rotating mirror is rotated, a spot-like shape is formed on the object surface. Since the laser beam rotates while drawing a ring, the energy of the laser beam irradiated onto the object surface is evenly distributed, allowing uniform heat treatment to be performed, and the structure is extremely simple, reducing manufacturing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はレーザー加工機の全体斜ネ見図、第2図から第
3図は本発明の一実施例を示しており、第2図は主要部
を示す断面図、第3図は第2図の■−■線断面図、第4
図(イ)はスポット状のレーザー光の回転によるリング
が略真円の場合に物体面上に描かれる投射拡大図、第4
図(a)はリングを縦長長円により形成される外径略真
円を物体面上で円運動させた場合の説明図、第5図は従
来例を示す概略的な光学系の配置図、第6図および第7
図は別の従来例を示しており、第°6図は概略的な光学
系の配置図、第7図はスポット状のレーザー光が物体面
上で動く様子を示した説明図、第8図は別の従来例を示
す概略的な光学系の配置図、第9図は回転ミラーをp傾
けて回転させたとき反射光が物体面上に描かれる軌跡の
原理図(1)、第10図は前記同様の原理図(2)、第
11図は前記同様の原理図(3)である。 1・・・スポット状のレーザー光 2・・・ワーク       3・・・結像レンズ8・
・・レーザー光の照射装置 9・・・固定ミラー     10・・・回転ミラー1
0a・・・回転軸     10b・・・法線第1図 第2図 第3図 第5図      第6図 第8図 萬9図
Fig. 1 is an overall oblique view of the laser processing machine, Figs. 2 and 3 show an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing the main parts, and Fig. Sectional view along the ■-■ line in the figure, No. 4
Figure (a) is a projected enlarged view drawn on the object plane when the ring created by the rotation of the spot-shaped laser beam is approximately a perfect circle.
Figure (a) is an explanatory diagram when the ring is moved circularly on the object plane with an approximately perfect circle with an outer diameter formed by a vertically long ellipse, and Figure 5 is a schematic layout diagram of an optical system showing a conventional example. Figures 6 and 7
The figures show another conventional example; Fig. 6 is a schematic layout of the optical system, Fig. 7 is an explanatory drawing showing how a spot-shaped laser beam moves on the object plane, and Fig. 8 9 is a schematic layout diagram of an optical system showing another conventional example, FIG. 9 is a principle diagram (1) of the trajectory of the reflected light drawn on the object surface when the rotating mirror is rotated with an inclination of P, and FIG. 10 is 11 is a diagram (2) of the same principle as described above, and FIG. 11 is a diagram (3) of the same principle as described above. 1...Spot-shaped laser beam 2...Workpiece 3...Imaging lens 8.
... Laser light irradiation device 9 ... Fixed mirror 10 ... Rotating mirror 1
0a... Rotation axis 10b... Normal line Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】  スポット状のレーザー光を物体面上に照射するレーザ
ー光の照射装置において、 レーザー発振器と、 該レーザー発振器から入射する平行光束を前記物体面上
に結像する結像レンズと、 該結像レンズからの集光光束を反射する固定ミラーと、 回転軸を中心として回転可能で、前記固定ミラーで反射
された光束を前記物体面に向けて反射する回転ミラーと
、該回転ミラーを回転させる駆動源とを備えて成り、 該回転ミラーの反射光と入射光とが互に交叉すると共に
、前記回転ミラーの回転軸をその法線に対して傾けて設
けたことを特徴とするレーザー光の照射装置。
[Scope of Claim] A laser beam irradiation device that irradiates a spot-shaped laser beam onto an object surface, comprising: a laser oscillator; an imaging lens that images a parallel beam incident from the laser oscillator on the object surface; , a fixed mirror that reflects the condensed light beam from the imaging lens; a rotating mirror that is rotatable about a rotation axis and that reflects the light beam reflected by the fixed mirror toward the object surface; and the rotating mirror. and a drive source for rotating the rotating mirror, wherein the reflected light and the incident light of the rotating mirror intersect with each other, and the rotating axis of the rotating mirror is inclined with respect to its normal line. Laser light irradiation device.
JP61045032A 1986-03-01 1986-03-01 Laser light irradiating device Pending JPS62203116A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6461720A (en) * 1987-09-02 1989-03-08 Mitsubishi Electric Corp Laser beam condensing device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60236483A (en) * 1984-05-09 1985-11-25 三菱電機株式会社 Laser heater

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