JPS63146479A - Method and apparatus for adjusting divergence angle of laser beam - Google Patents
Method and apparatus for adjusting divergence angle of laser beamInfo
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- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的１
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザビームの発散角を調整する方法および
装置に係り、さらに詳細には、レーザビームの光路中に
配置された反射鏡の曲率半径を変化せしめて、レーザビ
ームの発散角を調整する方法および装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Objective of the Invention 1 (Industrial Application Field) The present invention relates to a method and apparatus for adjusting the divergence angle of a laser beam. The present invention relates to a method and apparatus for adjusting the divergence angle of a laser beam by changing the radius of curvature of a reflective mirror.
（従来の技術）
従来、例えば板状のワークピースを切断したり、あるい
は適宜のワークピースの１部分を熱処理するｖｉ置とし
て、レーザ加工５Ａ４が開発されている。(Prior Art) Laser machining 5A4 has been developed for use in, for example, cutting a plate-shaped workpiece or heat-treating a portion of a suitable workpiece.
上記レーザ加工装置に°は、大別して、光ＷＩＩ２ｉｌ
ｌ定方式と光走査方式とがある。The above laser processing equipment can be roughly divided into optical WII2il
There are two types: fixed method and optical scanning method.
上記光軸固定方式は、レーザ発振器から集光しンズを内
装したレーザ加エヘッド迄の光路長が一定であるので、
レーザビームが完全なる平行光線でなく、僅かに発散角
を有するものであってもスポット径を一定に維持でき、
ワークピースの加工精度に大きな影響を与えることはな
い。In the fixed optical axis method, the optical path length from the laser oscillator to the laser processing head equipped with a condensing lens is constant.
Even if the laser beam is not completely parallel and has a slight divergence angle, the spot diameter can be maintained constant.
It does not significantly affect the machining accuracy of the workpiece.
しかし、光走査方式にＪ３いては、集光レンズを内装し
たレーザ加工ヘッドがＸ軸、Ｙ軸方向の少なくとも一方
に移動する構成であるから、レーザ発振器からレーザ加
工ヘッドに至る光路長が常に変化するものである。した
がって、前記集光レンズに対するレーザビームの入射ビ
ーム直径が変化し、スポット径が変化するので、ワーク
ピースの切断面の粗さに影響を与えるものである。However, in the J3 optical scanning method, the laser processing head equipped with a condensing lens moves in at least one of the X-axis and Y-axis directions, so the optical path length from the laser oscillator to the laser processing head constantly changes. It is something to do. Therefore, the beam diameter of the laser beam incident on the condenser lens changes, and the spot diameter changes, which affects the roughness of the cut surface of the workpiece.
（発明が解決しようとする問題点）
上記のごとき問題を解決するために、従来においては、
艮焦点単レンズやオートコリメーターあるいは凹面ミラ
ー等を用いてレーザビームを平行光線に直した後に集光
レンズに入射せしめている。(Problems to be solved by the invention) In order to solve the above problems, conventionally,
A laser beam is converted into a parallel beam using a single focusing lens, an autocollimator, a concave mirror, etc., and then is made to enter a condenser lens.
しかし、何れの場合も発散角に合わせてレンズやミラー
等を設計しな番プればならないので、各システム毎に対
応することが困難である。また、例えば、レーザ発振器
内のミラーの劣化等による発散角の変化については対応
が極めて困難であった。However, in either case, lenses, mirrors, etc. must be designed in accordance with the divergence angle, making it difficult to adapt to each system. Furthermore, it has been extremely difficult to deal with changes in the divergence angle due to, for example, deterioration of mirrors within the laser oscillator.
本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされ゛たもので
、その目的とするところは、レーザビームの光路中に配
置された反射鏡の曲率半径を適宜に変化Ｖしめて、レー
ザビームの発散角を調整する方法および装置を提供する
ことである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to appropriately change the radius of curvature of a reflecting mirror disposed in the optical path of a laser beam, thereby increasing the divergence angle of the laser beam. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for adjusting.
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
上記のごとき目的を達成するために、本発明においては
、レーデビームの光路中に配置した反射鏡に外力を付加
して反ｆｉ４＃Ａの曲率半径を変化せしめて、反射鏡か
ら反射されるレーザビームの発散角を調整するものであ
る。また、上２段０４ｖＡの曲率半径を変化せしめるた
めに、反射鏡には外力付加装置を設けてなるものである
。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above objects, in the present invention, an external force is applied to a reflecting mirror disposed in the optical path of the radar beam to prevent anti-fi4#A. The radius of curvature is changed to adjust the divergence angle of the laser beam reflected from the reflecting mirror. Further, in order to change the radius of curvature of the upper two stages 04vA, the reflecting mirror is provided with an external force applying device.
（実施例）
第１図を参照するに、レーザ加工１ａｔｉは、ベース３
の一側部にレーザ発振部５を備えている。(Example) Referring to FIG. 1, the laser processing 1ati is based on the base 3
A laser oscillation section 5 is provided on one side of the oscillator.
上記ベース３上には、板状のワークピースＷを支承する
ためのワークテーブル７が設けられており、このワーク
テーブル７の上方位置には、ワークピースＷヘレーザピ
ームを照射するための加工ヘッド９が前後左右方向へ移
動自在に設けられている。A work table 7 for supporting a plate-shaped workpiece W is provided on the base 3, and a processing head 9 for irradiating the workpiece W with a laser beam is located above the work table 7. It is provided so as to be movable in the front, rear, left and right directions.
より詳細には、前記ベース３上には、前後方向（Ｘ軸方
向）に延伸したガイドレール１１が設けられており、こ
のガイドレール１１には、左右方向（Ｙ軸方向）に延伸
してワークテーブル７の上方に位置するビーム部材１３
が１ｙＪ後方向へ移動自在に支承されている。上記ビー
ム部材１３には、前記加工ヘッド９が左右方向へ移動自
在に支承されている。上記ビーム部材１３の前模動や、
加工ヘッド９の左右動の移動ｍｓは、例えばリニＶパル
スモータやボールネジを使用した適宜のサーボ駆動機構
等によって構成されるものであるから、その移動機構の
詳細については説明を省略する。More specifically, a guide rail 11 extending in the front-rear direction (X-axis direction) is provided on the base 3, and this guide rail 11 has a workpiece extending in the left-right direction (Y-axis direction). Beam member 13 located above the table 7
is supported so as to be movable 1yJ in the rearward direction. The processing head 9 is supported on the beam member 13 so as to be movable in the left-right direction. Front movement of the beam member 13,
The horizontal movement ms of the processing head 9 is constructed by, for example, a linear V-pulse motor or an appropriate servo drive mechanism using a ball screw, so a detailed explanation of the movement mechanism will be omitted.
なお、加工ヘッド９のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置は、例
えばマグネルケールのごときリニアスケール（図示省略
）をガイドレール１１およびビーム部材１３に設Ｕるこ
とにより容易に検出できるものである。Note that the position of the processing head 9 in the X-axis direction and the Y-axis direction can be easily detected by installing a linear scale (not shown) such as a magnetic scale on the guide rail 11 and the beam member 13, for example.
前記ビーム部材、１３の一端部には、前記シー１１発振
部５からのレーザビームを加工ヘッド９方向へ屈曲する
ビームベンダー装置１５が設けられており、このビーム
ベンダー装置１５とレーザ発振部５との間には、伸縮自
在なビーム導管１７が設けられている。前記加工ヘッド
９には、前記ビームベンダー装置ｉ！ｆ１５からのレー
ザビームを垂直方向に屈曲する第２のビームベンダー装
置が内装されていると共に、レーザビームを集光するた
めの集光レンズ１９が備えられている。前記ビームベン
ダー１５と加工ヘッド９との聞には、第２のビーム導管
２１が伸縮自在に備えられている。また詳報な図示は省
略するが、加工ヘッド９には、アシストガスを噴射する
ためのノズル２３を備えている。A beam bender device 15 is provided at one end of the beam member 13 to bend the laser beam from the oscillator 5 of the sheath 11 in the direction of the processing head 9. A telescopic beam conduit 17 is provided between them. The processing head 9 includes the beam bender device i! A second beam bender device for vertically bending the laser beam from f15 is installed, and a condensing lens 19 for condensing the laser beam is also provided. A second beam conduit 21 is extendably provided between the beam bender 15 and the processing head 9. Further, although detailed illustration is omitted, the processing head 9 is equipped with a nozzle 23 for injecting assist gas.
上記のごとき構成において、ワークテーブル７上にワー
クピースＷを支承し、レーザ発振部５からのレーデビー
ムを加工ヘッド９に導いて、加工ヘッド９の集光レンズ
１９によって集光してワークピースＷへ照射すると共に
、ノズル２３からアシストガスを噴射することにより、
ワークピースＷにレーザ加工が行なわれる。そして、ビ
ーム部材１３を適宜に前後動すると共に、加工ヘッド９
をビーム部材１３に沿って左右動することによりワーク
ピースＷは適宜の形状に切り抜くことができるものであ
ることが理解されよう。In the above configuration, the workpiece W is supported on the worktable 7, the radar beam from the laser oscillation unit 5 is guided to the processing head 9, and the condensing lens 19 of the processing head 9 condenses the beam to the workpiece W. By irradiating and injecting assist gas from the nozzle 23,
Laser processing is performed on the workpiece W. Then, while moving the beam member 13 back and forth appropriately, the processing head 9
It will be understood that the workpiece W can be cut out into an appropriate shape by moving it laterally along the beam member 13.
前記ビームベンダー装置１５内には、レーザ発振部５か
らのレーザビームを加工ヘッド９の方向へ反射するため
の反射鏡装置２５（第２図参照）が内装されている。こ
の反射鏡装置２５は、レーザビームを反射するためのミ
ラー部２７とミラー部２７を保持するミラーホルダ２９
を備えてなるものである。より詳細には、上記ミラー部
２７は、本実施例においてはアルミニウム、銅あるいは
金属板に適宜のコーティングを行なった反射面３１を備
えた円板形状に形成しである。すなわちミラー部２７は
弾性変形し得る適宜部材より構成しであるものである。Inside the beam bender device 15, a reflecting mirror device 25 (see FIG. 2) for reflecting the laser beam from the laser oscillation section 5 toward the processing head 9 is installed. This reflecting mirror device 25 includes a mirror section 27 for reflecting a laser beam and a mirror holder 29 that holds the mirror section 27.
It is equipped with the following. More specifically, in this embodiment, the mirror portion 27 is formed into a disk shape with a reflective surface 31 made of aluminum, copper, or a metal plate coated with an appropriate coating. That is, the mirror portion 27 is made of a suitable member that can be elastically deformed.
前記ミラーホルダ２９は、ミラー部２７を支持するため
のもので、ミラー部２７に対向した面には適宜のチャン
バー３３が形成しである。また、ミラーホルダ２９には
、ミラー部２７の周縁を押えるための抑圧リング部材３
５が複数のボルト３７によって取付番ノである。The mirror holder 29 is for supporting the mirror section 27, and has an appropriate chamber 33 formed on the surface facing the mirror section 27. The mirror holder 29 also includes a suppression ring member 3 for suppressing the periphery of the mirror portion 27.
5 is the mounting number by a plurality of bolts 37.
前記ミラー部２７に外力を付加してミラー部２７の曲率
半径を変化せしめるために（本実施例においては、球面
状に変形するために）、前記ミラーホルダ２９の基低部
には外力付加装２の一例として、ミラー部２７に対して
直交する方向に延伸したパイプ状の螺子部材３９が調節
自在に螺合しである。この螺子部材３９の軸心を回転自
在であるように貫通したビン４１の両端部には、螺子部
材３９に対するビン４１の軸方向への移動を規制するＪ
ＪＪ １．ＩＪ Ｗ材４３が一体的に取付けである。内
端部側の規制部材４３は、例えば接着などの適宜の手段
によって、前記ミラー部２７の背面の中央部に一体的に
連結しである。In order to change the radius of curvature of the mirror part 27 by applying an external force to the mirror part 27 (in order to deform it into a spherical shape in this embodiment), an external force applying device is provided at the base of the mirror holder 29. As an example of 2, a pipe-shaped screw member 39 extending in a direction perpendicular to the mirror portion 27 is adjustably screwed together. At both ends of the bottle 41 that rotatably penetrates the axis of the screw member 39, J is provided to restrict movement of the bottle 41 in the axial direction with respect to the screw member 39.
JJ 1. IJW material 43 is integrally attached. The regulating member 43 on the inner end side is integrally connected to the central portion of the back surface of the mirror portion 27 by suitable means such as adhesion.
上記構成において、螺子部材３９の端部に形成された工
具保合部３９Ｔに適宜の工具を係合せしめて、螺子部材
３９を適宜に回転せしめると、螺子部材３９は軸方向に
僅かに移動することとなる。In the above configuration, when a suitable tool is engaged with the tool retaining portion 39T formed at the end of the screw member 39 and the screw member 39 is rotated appropriately, the screw member 39 moves slightly in the axial direction. becomes.
したがって、螺子部材３９が第２図において上方向に移
動すると、内端部側の規制部材４３を介してミラー部２
７の中央部が押圧されることとなり、ミラー部２７はミ
ラーホルダ２９から突出する態様の球面形状（凸面鏡）
に変形することとなる。Therefore, when the screw member 39 moves upward in FIG.
7 is pressed, and the mirror part 27 has a spherical shape (convex mirror) that protrudes from the mirror holder 29.
It will transform into.
逆に、螺子部材３９が第２図において下方向に移動する
と、ビン４１や規制部材４３を介してミラー部２７の中
央部が引かれる態様となる。したがって、ミラー部２７
はミラーホルダ２９に入゛り込む態様となり、凹面鏡に
変形する。Conversely, when the screw member 39 moves downward in FIG. 2, the center portion of the mirror portion 27 is pulled via the bottle 41 and the regulating member 43. Therefore, the mirror portion 27
enters the mirror holder 29 and transforms into a concave mirror.
既に理解されるように、反Ｑ４鏡装置２５におけるミラ
ー部２７を凸面鏡あるいは凹面鏡に変形することができ
るので、上記ミラー部２７を適宜の球面形状に変形酸し
めておくことにより、前記レーザ発振部５からのレーザ
ビームを加工ヘッド９方向へ照射するとき、レーザビー
ムの発散角を調節できるものである。As already understood, the mirror section 27 of the anti-Q4 mirror device 25 can be transformed into a convex mirror or a concave mirror. When irradiating the laser beam in the direction of the processing head 9, the divergence angle of the laser beam can be adjusted.
なお、−１述したようにミラー部２７を球面形状に変形
しめるとき、ミラー部２７の変形を理想的なものに近ず
けるために、ミラー部２７の厚みに変化をつけることが
望ましいものである。Note that when deforming the mirror portion 27 into a spherical shape as described in -1, it is desirable to vary the thickness of the mirror portion 27 in order to approximate the ideal deformation of the mirror portion 27. be.
第３図〜第９図は本発明の別の実施例を示すもので、第
３図の場合は、ミラー部２７の背面に一体的に設けた螺
子部材４５にナツト４７を螺合し、ナツト４７を締付Ｃ
ノることによってミラー部２７を凹面鏡に変形する実施
例を示すものである。3 to 9 show another embodiment of the present invention. In the case of FIG. 3, a nut 47 is screwed into a screw member 45 provided integrally on the back surface of the mirror portion 27. Tighten 47C
This shows an embodiment in which the mirror portion 27 is transformed into a concave mirror by bending.
第４図は、ミラー部２７の背面にテーバ状の凹部４９を
形成し、このテーバ状の凹部４９内へ円錐形状の楔部材
５１を螺子部材５３によって圧入することにより、ミラ
ー部２７を凹面鏡に変形する場合を例示するものである
。FIG. 4 shows that a tapered recess 49 is formed on the back surface of the mirror portion 27, and a conical wedge member 51 is press-fitted into the tapered recess 49 using a screw member 53, thereby converting the mirror portion 27 into a concave mirror. This is an example of a case of deformation.
第５図は、ミラーホルダ２９のチャンバー３３内の圧力
を負圧にすることにより、ミラー部２７を凹面鏡に変形
する場合を例示したものである。FIG. 5 illustrates a case where the mirror portion 27 is transformed into a concave mirror by making the pressure inside the chamber 33 of the mirror holder 29 negative.
第６図は、ミラー部２７の背面に形成された四部５５の
外周をテーバＮ５に形成し、このテーバ部に筒状部材５
７を螺子部材５９によって押圧することによって、ミラ
ー部２７を凸面鏡に変形する場合を例示したものである
。In FIG. 6, the outer periphery of the four parts 55 formed on the back surface of the mirror part 27 is formed into a tapered part N5, and a cylindrical member 5 is attached to this tapered part.
7 is exemplified to deform the mirror portion 27 into a convex mirror by pressing the screw member 59.
第７図は、ミラー部２７の背面を螺子部材６１によって
押圧することによって、ミラー部２７を凸面鏡に変形す
る場合を例示したものである。FIG. 7 illustrates a case in which the mirror portion 27 is transformed into a convex mirror by pressing the back surface of the mirror portion 27 with the screw member 61.
第８図は、ミラーホルダ２９のチャンバー３３に作１Ｆ
ＩＪ流体を供給し、チャンバー３３内の圧力を上昇せし
めることによってミラー部２７を凸面鏡に変形する場合
を例示したものである。Figure 8 shows the 1st floor made in the chamber 33 of the mirror holder 29.
This example illustrates a case where the mirror portion 27 is transformed into a convex mirror by supplying IJ fluid and increasing the pressure inside the chamber 33.
第９図は、第７図の変更態様を示すもので、ミラー部２
７の反射面３１を適宜の曲率半径で予め凹面形状に形成
しておき、螺子部材６１によって押圧することにより曲
率半径を適宜に変化せしめる場合を例示したものである
。FIG. 9 shows a modification of FIG. 7, in which the mirror portion 2
The reflective surface 31 of No. 7 is previously formed into a concave shape with an appropriate radius of curvature, and the radius of curvature is changed appropriately by pressing with the screw member 61.
なお、本発明の実施例は、反射鏡装置におけるミラー部
を適宜曲率半径の球面状に変形するとき、手動的に変形
せしめる趣旨の説明を行なった。しかし、例えばミラー
部を変形せしめる螺子部材を量ナーボモータに連動連結
して設け、レーザ発振部から加工ヘッド迄の距離に対応
してサーボモータを制御する構成となして、レーザ発振
一部から加工ヘッド迄の距離に対応してミラー部を適宜
曲率半径の球面状に変形することも可能である。In the embodiments of the present invention, an explanation has been given of the purpose of manually deforming the mirror portion of the reflecting mirror device into a spherical shape with an appropriate radius of curvature. However, for example, a screw member that deforms the mirror part is connected to the nervo motor, and the servo motor is controlled according to the distance from the laser oscillation part to the processing head. It is also possible to deform the mirror portion into a spherical shape with an appropriate radius of curvature depending on the distance.
なお、本発明は前述の実施例のみに限るものではなく、
適宜の変更を行うことにより、その他の態様でも実施し
得るものである。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments.
Other embodiments may be implemented by making appropriate changes.
［発明の効果］
以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要す
るに本発明の要旨は特許請求の範囲に記載のとおりであ
るから、本発明によれば、反射装置におけるミラー部が
レーザ発振部からのレーザビームを加工ヘッドの方向へ
反射するとき、レーザビームの発散角を調節できるもの
である。[Effects of the Invention] As can be understood from the description of the embodiments above, the gist of the present invention is as described in the claims.According to the present invention, the mirror portion of the reflecting device When the laser beam from the oscillator is reflected toward the processing head, the divergence angle of the laser beam can be adjusted.
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明を
実施したレーザ加工装置の斜視図、第２図は第１実施例
を示す断面図、第３図〜第９図はそれぞれ別の実施例を
示す断面説明図である。
２５・・・反射鏡装置 ２７・・・ミラー部３１・・・
螺子部材 ３３・・・チＶンバ第４図
第６図
第８図
第５図
第７図
第９図The drawings show embodiments of the present invention; FIG. 1 is a perspective view of a laser processing device implementing the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment, and FIGS. 3 to 9 are respectively FIG. 7 is a cross-sectional explanatory diagram showing another example. 25...Reflector device 27...Mirror part 31...
Screw member 33...Chamber Fig. 4 Fig. 6 Fig. 8 Fig. 5 Fig. 7 Fig. 9
Claims (5)
付加して反射鏡の曲率半径を変化せしめて、上記反射鏡
から反射されるレーザビームの発散角を調整することを
特徴とするレーザビームの発散角調整方法。(1) A laser characterized in that the angle of divergence of the laser beam reflected from the reflecting mirror is adjusted by applying an external force to a reflecting mirror placed in the optical path of the laser beam to change the radius of curvature of the reflecting mirror. How to adjust the beam divergence angle.
ラー部の曲率半径を変化するための外力付加装置を設け
てなることを特徴とするレーザビームの発散角調整装置
。(2) A device for adjusting the divergence angle of a laser beam, characterized in that a reflecting mirror disposed in the optical path of the laser beam is provided with an external force applying device for changing the radius of curvature of the mirror portion.
に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第２
項に記載の発散角調整装置。(3) The mirror portion of the reflecting mirror is previously formed into a spherical shape with a desired radius of curvature.
Divergence angle adjustment device as described in section.
あるいは牽引する螺子機構よりなることを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の発散角調整装置。(4) The divergence angle adjusting device according to claim 2, wherein the external force applying device comprises a screw mechanism that directly pushes or pulls the rear surface of the mirror section.
ャンバー内に対して流体の供給あるいは排出を行なう流
体圧機構よりなることを特徴とする特許請求の範囲第２
項に記載の発散角調整装置。(5) The external force applying device is comprised of a fluid pressure mechanism that supplies or discharges fluid into a chamber formed at the back of the mirror section.
Divergence angle adjustment device as described in section.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61-165650 | 1986-07-16 | ||
| JP16565086 | 1986-07-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63146479A true JPS63146479A (en) | 1988-06-18 |
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Family Applications (1)
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| JP62039289A Pending JPS63146479A (en) | 1986-07-16 | 1987-02-24 | Method and apparatus for adjusting divergence angle of laser beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63146479A (en) |
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