JPS6251713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパルスレーザ光の波形調整機構をも
つレーザ加工装置の改良に関する。

従来パルスレーザ光を集光レンズで集光して加
工を行うに際して、穴をあけた回転板を設け、こ
れをパルスレーザ光の光路に交差するように回転
しながら透過パルス出力波形を制御し、溶接や穴
あけなどに適する波形にして加工を行つていた。
この場合、パルスレーザ光の光エネルギは回転板
にあけられた穴によつてその一部が空間的に遮断
されるために、その遮断光は損失となるばかり
か、回転板を加熱することになり、過熱防止のた
めに別個に冷却機構を設けねばならなかつた。

また、加工部に注目すると、例えばパルスレー
ザ光による点溶接では、その溶接部の周囲が溶融
物で盛り上がり、突出した状態となることが多い
が、これを避けるために、点溶接部にパルスレー
ザ光を集光する集光レンズの他に、環状に集光す
る別の集光レンズを設けて点溶接部の周囲を照射
し溶接部とその周囲との温度差を僅小にして上記
突出状態を作らないようにしているが、集光光学
系が複雑となり、実用上必ずしも有利でない。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、透明回転体の一部に拡散部もしくは屈折部を
設けることにより、レーザ光路に入つて回転する
回転板を透過するレーザ光が加工部に対して拡大
スポツトもしくは焦点位置の位置ずれの照射とな
るようにし、加工物の熱傾斜度合を小さくするこ
とで良好なレーザ加工の実現が図れるようにした
ものである。

以下実施例を示す図面を参照してこの発明を説
明する。

第１図において、１は楕円反射鏡、２および３
はこの反射鏡内の二つの焦点に配置されるレーザ
ロツドおよびフラツシユランプである。レーザロ
ツド２の両端側には共振ミラー４，５が配置され
ている。また、フラツシユランプ３は直流電源６
により充電されるコンデンサ７の充電電圧がゲー
トターンオフ（GTO）、サイリスタ、サイラトロ
ンなどで構成されるスイツチング素子８および波
形整形コイル９を介して加えられ、トリガー電極
１０にトリガー信号が印加されたとき、発光する
ようになつている。更にフラツシユランプ３を常
時予備放電状態に保つために、微小直流電源１１
およびバラスト抵抗１２がフラツシユランプ３に
接続し別の回路を構成している。

一方、１３は集光レンズで共振ミラー５を通過
して出力されるレーザ光１４を集光し被加工物１
５，１６の接合部１７を照射するように配設され
ている。上記共振ミラー５と集光レンズ１３と間
において、レーザ光１４の光路には後述する透明
体からなる回転板１８が配設され、モータ１９に
よつて常時回転駆動されるようになつている。回
転板１８の表面１８ａ、すなわちレーザ光１４の
通過面側近傍には位相検出用光電素子２０が配設
されている。この光電素子２０はこの素子で検出
される位相信号をパルスとして発生させる増幅器
２１に接続され、増幅器２１は例えばモノマルチ
バイブレータ回路を利用した位相制御タイミング
回路２２に接続され、任意の時間に遅延されたパ
ルスが出力されるようになつている。更に、位相
制御タイミング回路２２は外部制御信号２３で
ON、OFFを制御するゲート回路２４を介し、ス
イツチング素子８のON制御、もしくはON、
OFF制御回路２５に接続されている。

上記回転板１８の一例を第２図に示す。すなわ
ちこの例では回転板１８はガラス体からなり、そ
の表面１８ａに中心点Ｃを間にし所定角度θ（θ
90゜）の範囲で散乱部２６ａ，２６ｂが対称的
に形成されている。これら散乱部２６ａ，２６ｂ
は表面１８ａに格子状に多数の細溝を刻設したも
ので、レーザ光１４の光路となる部分にその光束
全体を散乱することができる幅の扇状に形成され
ている。すなわち、散乱部２６ａはθ₂₁〜θ₀₂、
また、散乱部２６ｂはθ₂₂〜θ₀₁となつている。
そして、回転方向を矢印Ａで示すように図中反時
計方向とすると、それぞれの散乱部の終点となる
位置、すなわちθ₀₂およびθ₀₁の位置に近ずくに
つれて上記細溝の格子間隔は狭くなつている。ま
た、回転位相検出用の位置検出マーク２７ａ，２
７ｂが表面１８ａのθ₀₂およびθ₀₁の位置に印さ
れている。

次に作用を第１図から第４図において説明する
と、回転板１８はモータ１９で常時回転されてい
て、その回転位相はすなわち、検出マーク２７
ａ，２７ｂが光電素子２０でそれぞれ検出され、
ゲート回路２４を通過するパルス信号によつてス
イツチング素子８はその都度ONになり、あらか
じめ微小直流電源１１から微小予備放電状態に保
たれたフラツシユランプ３にコンデンサ７からパ
ルス放電が行われる。予備放電開始にはトリガー
パルスがトリガー電極１０に印加されている。フ
ラツシユランプ３の発光によりレーザロツド２は
活性化され、レーザパルス発振が行なわれる。

一方、回転板１８の散乱部２６ａ，２６ｂにお
いて、θ₂₁からθ₀₂およびθ₂₂からθ₀₁にそれぞれ
近づくにつれて、それら散乱の度合は上記細溝の
形成状態から第３図ａの波形２９，２９で示すよ
うに強くなる。ここにおいて、例えば、先ず光電
素子２０により時間t₁において、検出マーク２７
ａが検出され、位相制御タイミング回路２２によ
り、パルス発振の開始位置がθ₀₁〜θ₂₁の間、例
えば時間t₂におけるθ₁₁とし、そのパルス幅を時
間t₄におけるθ₀₁までとすると、その発振波形は
第３図ｂのPL₁に示す矩形波３０となる。その出
力の変化をみると、第３図ｃのPL₂に示すように
θ₁₁〜θ₂₁の間はレーザ光全体がそのまま通過す
るから発振開始時の出力を保つが、散乱部２６ａ
すなわちθ₂₁〜θ₀₂の間で一部が直進光として回
転板１８を透過するがその成分は減少し、直進光
PL₂の出力は漸減していく波形３１となる。一
方、矩形波３０であらわされるレーザ光PL₁は散
乱部２６ａで上記のように一部は直進光PL₂の成
分となるが残りは第３図ｄで示す散乱光PL₃とな
り、その出力は波形３２のように漸増するものと
なる。上記作用は散乱部２６ｂにおいても同様で
あり、１回転中における第２のパルス開始点はθ
₁₁と対向するθ₁₂の位置となる。以上のように、
散乱部２６ａ，２６ｂをもつ回転板１８が二次的
な光源の役目なし、第４図に示すように、被加工
物１５，１６の接合部１７は直進光PL₂のスポツ
トとこのスポツトの周囲に出力の弱い散乱光によ
るぼけたスポツトで照射されるため、例えば溶接
加工であれば、溶接部だけの加熱でなく、その周
囲も加熱されることになり、平滑な溶接面が得ら
れる。また、パルスの急冷が原因で溶接断面内部
に生じる気泡などの溶接欠陥を防止することがで
きた。更に、回転板は透明体であり全てレーザ光
を透過するので、エネルギを無駄なく利用し、ま
た回転板は過熱することがないので、水冷等の冷
却機構を必要としないので装置が簡略化できる。

なお、回転板位相とパルス発振位相を位相制御
タイミング回路２２で第３図ｂ，ｃ，ｄにおいて
点線で示す波形３０′，３１′，３２′のように変
化することができるから被加工物の熱的性質、光
学的性質、加工条件に応じ、それらに適する波形
でレーザ光を照射できる。また、位相制御タイミ
ング回路でタイミングを変えることにより、一種
のレーザビームエネルギの波形スロープコントロ
ールが可能となり、従来の放電励起波形などで行
うよりも容易に各種のスロープで制御できるよう
になつた。

第５図は回転板１８の別の実施例で、散乱部２
６ａ，２６ｂの代りに偏光プリズム３５ａ，３５
ｂを設けた回転板１８′で屈折ビームをパルス波
形の一時期に形成し、加工部例えば溶接部へのエ
ネルギ密度を除々に減少させることにより、溶接
部に一時的に形成される穴（キーホール）を除々
に周囲の溶融物で埋めることにより、溶接欠陥を
なくする効果を得るものである。第６図は上記回
転板１８′でのレーザ光の照射状態を示したもの
で、偏光プリズム３５ａもしくは３５ｂがない場
合は直進ビームPL₂を破線で示し、上記偏光プリ
ズムが光路に入つた場合は偏光ビームPL₃′を実線
で示した。この場合、波形３０で示すパルスの最
後の部分で偏光プリズムが光路に除々に入るよう
に考えたが、この反対に、主に溶接する部分が偏
光プリズム３５ａ，３５ｂを通つたレーザ光でも
よく、パルスの最終部のビームを除々に弱いスポ
ツトとする部分を直進光とすることも可能で、こ
れは回転板１８′の位相とパルス発振のタイミン
グとのとり方で制御できるものである。

以上詳述したように、この発明はレーザパルス
出力のエネルギを加工部に無駄なく導びくととも
に、例えば溶接加工においては、主エネルギによ
る溶接工程で生じ易いキーホールなどの欠陥部を
パルスの最終部でそのエネルギ密度の制御によ
り、加工条件に幅を持たせて加工することで修正
する如くし、溶接部に欠陥として残さないように
し、かつ加工表面を平滑に仕上げるように改良し
たものであり、実用的効果は極めて大である。

なお、パルス発振用のレーザ制御回路は第１図
に限定されず、一般にパルスレーザ発振を行うレ
ーザであれば固体レーザばかりでなく、他の種類
例えばガスレーザ、色素レーザ、化学レーザ、半
導体レーザでも実施できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す全体構成図、
第２図は同実施例における回転板の平面図、第３
図ａ，ｂ，ｃ，ｄは同実施例の動作を説明するた
めの波形図、第４図は第２図に示す回転板による
動作図、第５図は回転板の他の実施例を示す平面
図、第６図は同実施例による動作図である。 １……楕円反射鏡、２……レーザロツド、３…
…フラツシユランプ、４，５……共振ミラー、６
……直流電源、７……コンデンサー、８……スイ
ツチング素子、９……波形整形コイル、１０……
トリガー電極、１３……集光レンズ、１５，１６
……被加工物、１８……回転板、１９……モー
タ、２０……光電素子、２２……位相制御タイミ
ング回路、２６ａ，２６ｂ……散乱部、３５ａ，
３５ｂ……屈折体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振装置と、このレーザ発振装置から
   発振されるレーザ光の光路を横切つて回転し上記
   レーザ光の波形を調整する回転板とを備えるレー
   ザ加工装置において、上記回転板は透明体からな
   りこの回転板の上記レーザ光の横切る部分に上記
   レーザ光を散乱する散乱部もしくは屈折する屈折
   部を形成したことを特徴とするレーザ加工装置。 ２ レーザ発振装置は回転板の運動位相と所定の
   タイミングで発振制御するためのタイミング回路
   を備えていることを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。