JPH01180796A - レーザビームの照射方法 - Google Patents
レーザビームの照射方法Info
- Publication number
- JPH01180796A JPH01180796A JP62336082A JP33608287A JPH01180796A JP H01180796 A JPH01180796 A JP H01180796A JP 62336082 A JP62336082 A JP 62336082A JP 33608287 A JP33608287 A JP 33608287A JP H01180796 A JPH01180796 A JP H01180796A
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- JP
- Japan
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- mirror
- laser beam
- segment
- linear
- laser
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- Granted
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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
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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）
本発明はレーザビームの照射方法、特にレーザビーム照
射における照射光の形状を制御する方法に関するもので
ある。
射における照射光の形状を制御する方法に関するもので
ある。
（従来の技術）
一般に、レーザ加工において照射部におけるビーム形状
をその加工に応じた最適なものに制御することは重要で
ある。例えばレーザにより被加工物の表層の改質を行な
う場合、これまでに第２図〜第４図に示した方法が提案
されている。第２図はレンズ７で絞ったレーザビームを
デフす一カス位置で照射する方法であり、加工ヘッド＊
たけ被加工物を移動させることにより一定面積の処理が
可能になるが、照射部においてエネルギー分布が均一に
ならない、エネルギー密度が下がるためビーム径をあま
り大きくできないという２つの大きな問題点を有する。
をその加工に応じた最適なものに制御することは重要で
ある。例えばレーザにより被加工物の表層の改質を行な
う場合、これまでに第２図〜第４図に示した方法が提案
されている。第２図はレンズ７で絞ったレーザビームを
デフす一カス位置で照射する方法であり、加工ヘッド＊
たけ被加工物を移動させることにより一定面積の処理が
可能になるが、照射部においてエネルギー分布が均一に
ならない、エネルギー密度が下がるためビーム径をあま
り大きくできないという２つの大きな問題点を有する。
そこで、これらの問題点を解決するのがＰｌｆＪ３図、
第４図に示される光学系である。第３図は積分１ｔ８を
用いたシステムで、積分＃ｔ８を構成する各セグメン）
ミラーの集光方向を１つに集め積分効果により照射部に
おけるエネルギー分布を均一にすることができ、前者の
問題点を解決することができるが（”Ｌ ａｓｅｒ Ｆ
ｏｃｕｓ”。
第４図に示される光学系である。第３図は積分１ｔ８を
用いたシステムで、積分＃ｔ８を構成する各セグメン）
ミラーの集光方向を１つに集め積分効果により照射部に
おけるエネルギー分布を均一にすることができ、前者の
問題点を解決することができるが（”Ｌ ａｓｅｒ Ｆ
ｏｃｕｓ”。
Ｎｏｖ、 １ ９ ７ ９． ｐ、６ ８ ｙ
”Ａ Ｃｏｎｖｅｘ Ｂｅａ−Ｉ ｎｔｅｇｒａｔ
ｏｒ″）、後者の問題点を解決することはできない、一
方、第４図は集光方向が互いに直交する２枚の円柱鏡９
．１０で構成される光学系であり、入射光をまずＩＳｌ
の凹面円柱鏡９で１方向に絞り、さらに第２の凸面円柱
鏡１０でこれと直交する方向に広げ、線状のビームを作
るものである。こうすることによりエネルギー密度を下
げずにビーム径を大きくすることができ、後者の問題点
を解決することができるが、前者の問題点を解決するこ
とができない。
”Ａ Ｃｏｎｖｅｘ Ｂｅａ−Ｉ ｎｔｅｇｒａｔ
ｏｒ″）、後者の問題点を解決することはできない、一
方、第４図は集光方向が互いに直交する２枚の円柱鏡９
．１０で構成される光学系であり、入射光をまずＩＳｌ
の凹面円柱鏡９で１方向に絞り、さらに第２の凸面円柱
鏡１０でこれと直交する方向に広げ、線状のビームを作
るものである。こうすることによりエネルギー密度を下
げずにビーム径を大きくすることができ、後者の問題点
を解決することができるが、前者の問題点を解決するこ
とができない。
（発明が解決しようとする問題点）
以上のように、従来の技術では照射部においてレーザビ
ームのエネルギー分布を均一にし、かつレーザビームの
エネルギー密度を下げずにビーム径を大きくすることが
できない。
ームのエネルギー分布を均一にし、かつレーザビームの
エネルギー密度を下げずにビーム径を大きくすることが
できない。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、レーザ発振器から出たレーザビームを凹面円
柱鏡により１方向に絞り、次に該レーザビームを凸面円
柱鏡をセグメントにもつ積分値により上記方向に対して
９０°変位した方向に広げかつ積分値の各セグメントか
ら反射されるビームを照射位置で重ね合わせることによ
って全体として線状でかつ線方向に均一なエネルギー分
布をもつレーザビームを得ることを特徴とするレーザビ
ームの照射方法である。積分値を構成する各セグメント
の集光方向を調整することにより線状ビームの長さを所
望の値にすること、線状ビームを被加工物に連続的に照
射し、被加工物の一定面積を加工することも可能である
。
柱鏡により１方向に絞り、次に該レーザビームを凸面円
柱鏡をセグメントにもつ積分値により上記方向に対して
９０°変位した方向に広げかつ積分値の各セグメントか
ら反射されるビームを照射位置で重ね合わせることによ
って全体として線状でかつ線方向に均一なエネルギー分
布をもつレーザビームを得ることを特徴とするレーザビ
ームの照射方法である。積分値を構成する各セグメント
の集光方向を調整することにより線状ビームの長さを所
望の値にすること、線状ビームを被加工物に連続的に照
射し、被加工物の一定面積を加工することも可能である
。
（作用）
第１図は本発明法を実施するための光学系の例を示し、
凹面円柱Ｉｉ！１及び凸面円柱鏡をセグメントにもつ積
分値２から構成される。発振器から出たレーザビームは
虫ず凹面円柱訛１により１方向に絞られ、次に凸面円柱
鏡をセグメントにもつ積分値２により上記方向に対して
９０°変位した方向に広げられる。そうすると円柱鏡１
によって最も小さく絞られた位置でのビーム形状は第１
図３に示すように線状となる。
凹面円柱Ｉｉ！１及び凸面円柱鏡をセグメントにもつ積
分値２から構成される。発振器から出たレーザビームは
虫ず凹面円柱訛１により１方向に絞られ、次に凸面円柱
鏡をセグメントにもつ積分値２により上記方向に対して
９０°変位した方向に広げられる。そうすると円柱鏡１
によって最も小さく絞られた位置でのビーム形状は第１
図３に示すように線状となる。
ここで、線状ビーム３における線方向のエネルギー分布
が問題になるが、ビームが当たっているセグメント２−
２〜２−６各々から反射された像のエネルギー分布は第
５図のように不均一であっでも、これらを１箇所に集光
することにより同図に示す如く重ね合わせられ、均一な
エネルギー分布が得られる。
が問題になるが、ビームが当たっているセグメント２−
２〜２−６各々から反射された像のエネルギー分布は第
５図のように不均一であっでも、これらを１箇所に集光
することにより同図に示す如く重ね合わせられ、均一な
エネルギー分布が得られる。
また、このときの線長をＬとすれば、セグメンま
たセグメント２−５．２−６の集光位置をτＬだけ下に
ずらせて重ね合わせることにより第６図のようにもとの
長さの１．５ 倍の線状ビームが得られる。このように
各セグメントの調整により所望の氏さのビームを作るこ
とが可能である。ただし同一部分に重ね合わせる像の数
が少ない場合、その部分におけるエネルギー分布がばら
つきがちになるため、線の長さをある程度長くしたい場
合はセグメントの数を十分多くしておく必要がある。
ずらせて重ね合わせることにより第６図のようにもとの
長さの１．５ 倍の線状ビームが得られる。このように
各セグメントの調整により所望の氏さのビームを作るこ
とが可能である。ただし同一部分に重ね合わせる像の数
が少ない場合、その部分におけるエネルギー分布がばら
つきがちになるため、線の長さをある程度長くしたい場
合はセグメントの数を十分多くしておく必要がある。
（実施例）
第７図に示すのは本発明法を実施するために設計した光
学系である。本光学系に入射したレーザビーム６はｆ
＝ １２１０（ｍｍ）の凹面円柱鏡１により２方向に絞
られ、さらにｆ ＝ ２１５（ａ＋ｍ）の積分値の各
セグメントにより Ｘ方向（紙面の法線方向）に広げら
れかつ照射部において１箇所に重ね合わせられることに
よりワーク５上で幅４１１１１％長さ２２０ｍ１（うち
均一部分１６０１６ｍ）の線状ビームが得られた。この
線状ビームにより以下のような条件で焼入れを行なった
ところ、１度の照射で幅１６０ｍｍにわたる均一な処理
ができた。
学系である。本光学系に入射したレーザビーム６はｆ
＝ １２１０（ｍｍ）の凹面円柱鏡１により２方向に絞
られ、さらにｆ ＝ ２１５（ａ＋ｍ）の積分値の各
セグメントにより Ｘ方向（紙面の法線方向）に広げら
れかつ照射部において１箇所に重ね合わせられることに
よりワーク５上で幅４１１１１％長さ２２０ｍ１（うち
均一部分１６０１６ｍ）の線状ビームが得られた。この
線状ビームにより以下のような条件で焼入れを行なった
ところ、１度の照射で幅１６０ｍｍにわたる均一な処理
ができた。
・材料；冷延薄鋼板（板厚０，８ａ＋ｍ、カーボン０．
００４〜０．０６８％、表面にグラ７フイト塗布） ・出力；６ｋｍ（ワーク上） ・加工速度；１〜１．６鴫／論ｉｎ （発明の効果） レーザによって被加工物の表層を一度に大面積処理する
場合、線状のビームを作り線幅方向に被加工物を走らせ
、処理することが効果的であるが、この際以下の２つの
ことが本発明により可能になった・ ■レーザ発振器の横モード、例えばマルチモードなら次
数、リングモードならＭ値の差によって光学系に入るレ
ーザビームのエネルギー分布は様々であるが、本発明法
によるといかなるエネルギー分布をもつビームが入射し
ても必ず線方向のエネルギー分布が均一な線状ビームを
作ることができる。
００４〜０．０６８％、表面にグラ７フイト塗布） ・出力；６ｋｍ（ワーク上） ・加工速度；１〜１．６鴫／論ｉｎ （発明の効果） レーザによって被加工物の表層を一度に大面積処理する
場合、線状のビームを作り線幅方向に被加工物を走らせ
、処理することが効果的であるが、この際以下の２つの
ことが本発明により可能になった・ ■レーザ発振器の横モード、例えばマルチモードなら次
数、リングモードならＭ値の差によって光学系に入るレ
ーザビームのエネルギー分布は様々であるが、本発明法
によるといかなるエネルギー分布をもつビームが入射し
ても必ず線方向のエネルギー分布が均一な線状ビームを
作ることができる。
■本発明法によるとミツ−の交換をせずにビームの線の
長さを自由に変えることができ、処理幅を自由に変更で
きる。
長さを自由に変えることができ、処理幅を自由に変更で
きる。
第１図は本発明法を実施するための光学系の例を示す図
、 第２図〜第４図は従来の光学系を示す図、第５図、第６
図は各セグメントで反、射されたレーザビームが重ね合
わせられて得られたエネルギー分布を示す図、 第７図は本発明法を実施するための光学系の断面を示す
図である。 １・・・四面円柱鏡、２・・・積分鏡、２−１〜２−８
・・・セグメント、３・・・線状ビーム、４・・・箱、
５・・・ワーク、６・・・レーザビーム、７・・・レン
ズ、８・・・積分鏡、９・・・凹面円柱鏡、１０・・・
凸面円柱鏡。
、 第２図〜第４図は従来の光学系を示す図、第５図、第６
図は各セグメントで反、射されたレーザビームが重ね合
わせられて得られたエネルギー分布を示す図、 第７図は本発明法を実施するための光学系の断面を示す
図である。 １・・・四面円柱鏡、２・・・積分鏡、２−１〜２−８
・・・セグメント、３・・・線状ビーム、４・・・箱、
５・・・ワーク、６・・・レーザビーム、７・・・レン
ズ、８・・・積分鏡、９・・・凹面円柱鏡、１０・・・
凸面円柱鏡。
Claims (3)
- （１）レーザ発振器から出たレーザビームを凹面円柱鏡
により１方向に絞り、次に該レーザビームを凸面円柱鏡
をセグメントにもつ積分鏡により上記方向に対して９０
゜変位した方向に広げかつ積分鏡の各セグメントから反
射されるビームを照射位置で重ね合わせることによって
全体として線状でかつ線方向に均一なエネルギー分布を
もつレーザビームを得ることを特徴とするレーザビーム
の照射方法。 - （２）積分鏡を構成する各セグメントの集光方向を調整
することにより線状ビームの長さを所望の値にする特許
請求の範囲１項記載のレーザビームの照射方法。 - （３）線状ビームを被加工物に連続的に照射し、被加工
物の一定面積を加工する特許請求の範囲第１項記載のレ
ーザビームの照射方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62336082A JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62336082A JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01180796A true JPH01180796A (ja) | 1989-07-18 |
| JPH0455785B2 JPH0455785B2 (ja) | 1992-09-04 |
Family
ID=18295509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62336082A Granted JPH01180796A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | レーザビームの照射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01180796A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7148447B2 (en) * | 2001-03-29 | 2006-12-12 | Gsi Group Corporation | Method and apparatus for laser marking by ablation |
| US7270431B2 (en) * | 2004-07-16 | 2007-09-18 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Illumination device and its use |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5794482A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-11 | Hitachi Ltd | Pattern forming device by laser |
| JPS6284889A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-18 | Nippon Steel Corp | レ−ザ溶接方法および装置 |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP62336082A patent/JPH01180796A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5794482A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-11 | Hitachi Ltd | Pattern forming device by laser |
| JPS6284889A (ja) * | 1985-10-11 | 1987-04-18 | Nippon Steel Corp | レ−ザ溶接方法および装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7148447B2 (en) * | 2001-03-29 | 2006-12-12 | Gsi Group Corporation | Method and apparatus for laser marking by ablation |
| US7270431B2 (en) * | 2004-07-16 | 2007-09-18 | Carl Zeiss Jena Gmbh | Illumination device and its use |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0455785B2 (ja) | 1992-09-04 |
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