JPH01278988A

JPH01278988A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH01278988A
Application number: JP63103873A
Authority: JP
Inventors: Akira Morikawa; 彰森川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-09

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はレーザ加工装置に関する。

（従来の技術）従来のレーザ光を分割するビームスプリッタを備えたレ
ーザ加工装置の伝送路の一例を示す第７図において、レ
ーザ発搬器１の出力ミラー２から出射されたレーザ光３
は、光軸に垂直な平面とφだけ傾けて設けられたビーム
スプリッタ７に入射され、このビームスプリッタ７を透
過したレーザ光８は加工用に、反射したレーザ光９は加
工用ヤレーザ出力制御のモニタ用として使われる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、出力ミラー２やビームスプリッタ７は、レー
ザ光３を吸収すると熱歪を起し、光を歪ませる熱レンズ
効果が出るが、もし、出力ミラー２に熱レンズ効果が生
じると、集光レンズへの入射ビーム径が小さくなり、集
光レンズの熱応力が増え、これを繰り返すと損傷する。

又、集光レンズで集光されたスポット径は、熱レンズ効
果がない場合に比べて大きくなるので、パワー密度が落
ち、加工性能が落ちる。

本発明の目的は、出力ミラーやビームスプリッタの熱レ
ンズ効果による加工性能の低下を防ぎ、安定した加工が
できるレーザ加工装置を得ることでおる。

［発明の構成］（課題を解決するための手段および作用）本発明は、出
力ミラーやビームスプリッタを備えたレーザ加工装置の
集光レンズ直前にレーザ光のビーム径を測定するビーム
径測定装置を設けるとともに、出力ミラーと集光レンズ
間に凹レンズを設けてこの凹レンズをレーザ光軸方向に
駆動する駆動装置とレーザ光軸方向の位置を制御する位
置制御装置で器参≠≠の位置を制御して集光レンズに入
射するビーム径を一定にして加工性能を安定化させたレ
ーザ加工装置でおる。

（実施例）本発明のレーザ加工装置の一実施例を示す第１図におい
て、レーザ発振器１の出力ミラー２から出たレーザ光３
は、従来同様に反射ミラー４で曲げられ集光レンズ５で
集光されて加工物６に照射されるが、本発明では更に、
集合レンズ５の前にはレーザ光３のビーム径を測定する
ビーム径測定装置１０が設けられ、反射ミラー４の前後
にレーザ光３の経路を切替えるビーム切替装置１１Ａ、
１１Ｂが設けられ、ビームの切替装置１１Ａと１１８間
には反射ミラー４ａと凹レンズ１４が設けられ、ざらに
、この凹レンズ１４ａをレーザ光３の光軸に沿って駆動
する駆動装置１２と、光軸方向の位置を制御する位置制
御装置１３がある。

このような構成のレーザ加工装置においては、集光レン
ズ５に入射するレーザ光３のビーム径は常にビーム径測
定装置１０で測定され位置制御装置１３に出力される。

そして、出力ミラー２に熱レンズ効果が生じていないと
きには、ビーム切替装置１１Ａ、　１１Ｂの全反射ミラ
ーは第１図のように光路から逃げ、レーザ光３は直接集
光レンズ５に入射する。しかし、出力ミラー２に熱レン
ズ効果が生じ、ビーム径測定装置１０で測定されたビー
ム径が加工に影響を及ぼす限界値隅１、以下になると、
位置制御装置１３でビーム切替装置１１Ａ、　１１Ｂの
全反射ミラーが第２図のとおり光路に移動して、レーザ
光３は凹レンズ１４を経て集光レンズ５に入射される。

すると、同時に位置制御装置１３で集光レンズ５への入
射ビーム径が出力ミラーに熱レンズ効果がないときの値
Ｄ　ＩＮＴと加工に影響を及ぼす限界値ＤＡＬＨの間に
なるような凹レンズ１４の位置を演算し、駆動装置１２
に指令を出す。

すなわち、集光レンズ５への入射ビーム径が加工に影響
を及ぼす限界値ＤＡＬＨになったとき、出力ミラー２に
生じた熱レンズ効果の焦点距離ｆ１は次式で表わされる
。

ここでＤｏは出力ミラー２に入射するビーム径Ｌ１　は
出力ミラーと集光レンズ間の距離である。

そこで、出力ミラー２と凹レンズ１４間の距離Ｌ４の初
期設定値を簡易的に次のようにして決める。

ｆｌ　が（１）式から求まるので、第３図に示すように
凹レンズ１４に入射するビーム径Ｄ１　は次式で求めら
れる。

次に、凹レンズ１４の焦点距離をｆ４とすると、集光レ
ンズ５に入射するビーム径りは、次式で表わされる。

したがって、（３）式でＤ　”’　Ｄ　ＡＬＨとすれば
、出力ミラー２と凹レンズ１４間の距ＩＬ＋を求められ
るが、それではすぐにＤ　＜Ｄ　ＡＬＨになる恐れがお
るのでＤ＝（ＤＡＬＨ＋ＤＩＮＴ　）　／　２を（３）
式に代入し、次式の二次方程式から二つの解を求めてＬ
ｌ　より小さい方の値を初期設定値とする。

［）ＡＬＭ　　＋［）ＩＮ丁　− 凹レンズ１４の位置を（４）式から求めたＬ４に設定す
る指令値を位置制御装置１３から駆動装置１２に出力し
、凹レンズ１４を位置決め後、ビーム径測定装置１０で
集光レンズ５に入射するビーム径りを再測定する。その
結果、ＤＡＬＨ≦Ｄ≦ＤＩＮ丁であれば、これで終了するが、Ｄ　＜Ｄ　ＡＬＨの場合は更に次の処理を行なう。

（３）式に測定したビーム径りを代入し変形した次式で
出力ミラー２に生じた熱レンズ効果の焦点距離ｆ１　を
再演算する。

（５）式で求められたｆｌ　を（２）式に代入し、（３
）式、（４）式から再度Ｌ４を算出し、位置制（ｉＩＩ
ｌ装置１３と駆動装置１２で凹レンズ１４の位置を制御
し、ビーム径を再チエツクする。以下、これを繰り返す
。

第４図に位置制御装置１３の演算処理フローを示す。

このように、集光レンズに入射するビーム径が一定とな
るように凹レンズの位置を制御することで、熱レンズ効
果を抑えて常に一定ビーム径を集光レンズ入射する。ま
た、使用に耐える熱レンズ効果に対応する凹レンズの位
置の限界値ＬＡＩＪ（を設定しておけば、位置制御装置
１３で演算したＬ４がこの限界値に達したときに出力ミ
ラー、ビームスプリッタの寿命を検知でき、レーザ発振
器の運転を停めるインターロックを設けておけば破損事
故を未然に防ぐことができる。

尚、上記実施例では、位置制御されるレンズに凹レンズ
を用いたが、第５図のように同様な作用の凸レンズ１５
を使ってもよい。

［発明の効果コ以上、本発明のレーザ加工装置によれば、集光レンズに
入射するビーム径を常に一定に制御したので、出力ミラ
ーやビームスプリッタの熱レンズ効果による加工への影
響を抑えることができるとともに、出力ミラーやビーム
スプリッタの寿命を予測することができ、安定した加工
ができるレーザ加工装置を１ｑることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置の一実施例を示す図、
第２図は本発明のレーザ加工装置の作用を示す図、第３
図は本発明のレーザ加工装置の要部の作用を示す説明図
、第４図は本発明のレーザ加工装置の位置制御の処理手
順を示すフローチャート、第５図は本発明の他の実施例
を示す図、第６〜７図は従来のレーザ加工装置の一例を
示す図でおる。１・・・レーザ発振器２・・・出力ミラー３・・・レーザ光４．４ａ・・・反射ミラー５・・・集光レンズ６・・・加工物１０・・・ビーム径測定装置１１Ａ・・・ビーム切替装置１２・・・駆動装置１３・・・位置制御装置１４・・・凹レンズ（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）第　２　凶　　　　　　　　　　　ｂ　　−第　３　図第７図

Claims

【特許請求の範囲】レーザ発信器から出力ミラーを経て出射されたレーザ光
を反射ミラーで折り曲げ集光レンズで集光してワークに
照射するレーザ加工装置において、前記反射ミラーの前
後の前記レーザ光路に退避自在にそれぞれ設けられた第
１および第２のビーム切替装置と、この第１及び第２のビームの切替装置間に設けられ、前
記第１のビームの切替装置で切替えられたレーザ光を折
り曲げて、前記第２の反射ミラーと、この第２の反射ミラーと前記第２のビーム切替装置間に
、この第２の反射ミラーから前記第２のビーム切替装置
へ伝送される前記レーザ光路に沿って移動自在に設けら
れた凹レンズと、前記集光レンズと前記第２のビーム切替装置間に設けら
れ、前記集光レンズへ入射される前記レーザ光のビーム
径を検出するビーム径測定装置と、このビーム径測定装
置からの情報にもとづいて、前記出力ミラーの焦点距離
と、この出力ミラーと前記凹レンズ間の距離を演算して
前記凹レンズを駆動する駆動装置を制御し、前記第１及
び第２のビーム切替装置を切替える制御装置とを設けた
こと、を特徴とするレーザ加工装置。