JPH02161411A - Laser beam machining head - Google Patents

Laser beam machining head

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Publication number
JPH02161411A
JPH02161411A JP63316923A JP31692388A JPH02161411A JP H02161411 A JPH02161411 A JP H02161411A JP 63316923 A JP63316923 A JP 63316923A JP 31692388 A JP31692388 A JP 31692388A JP H02161411 A JPH02161411 A JP H02161411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
cylindrical lens
length
optical axis
linear laser
Prior art date
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Pending
Application number
JP63316923A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kozo Shirasu
白須 浩蔵
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP63316923A priority Critical patent/JPH02161411A/en
Publication of JPH02161411A publication Critical patent/JPH02161411A/en
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily and rapidly adjust the length of a linear laser beam without entailing the wasteful loss of energy by providing a cylindrical lens which converges the output distribution of the laser beam in the direction nearly perpendicular to the linear laser beam on the optical axis of the laser beam in such a manner that the lens can be moved in its optical axis direction. CONSTITUTION:The cylindrical lens 8 which converges the output distribution of the laser beam 1 in the direction nearly perpendicular to the direction of the linear laser beam 1a is provided on the optical axis of the laser beam 1. The distance between the cylindrical lens 8 and a material 4 to be worked changes when the cylindrical lens 8 is moved in its optical axis direction. The degree of convergence on the surface of the material 4 changes correspondingly and the length of the linear laser beam 1a increases or decreases. The length adjustment of the linear laser beam is easily and continuously executed in this way without entailing the wasteful loss of the energy of the laser beam.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、炭酸ガスレーザ等を用いて金属材料の熱処
理等を行う場合に使用されるレーザ加工ヘッドに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a laser processing head used when performing heat treatment on metal materials using a carbon dioxide laser or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

レーザビームによる熱処理を行う場合、その熱処理の方
式や被加工材である金属材料等の種類。
When performing heat treatment using a laser beam, the type of heat treatment method and metal material to be processed.

形状等の条件により、被加工材に照射されるレーザビー
ムの出力分布としては種々の形状のものが要求される。
Depending on conditions such as shape, various shapes are required for the output distribution of the laser beam irradiated onto the workpiece.

従って、レーザ発振器からのレーザビームを種々な形状
の出力分布を有するレーザビームに成形する光学系即ち
レーザ加工ヘッドが必要となる。第3図は、例えば[自
動車技術J vol。
Therefore, an optical system, ie, a laser processing head, is required to shape the laser beam from the laser oscillator into laser beams having output distributions of various shapes. FIG. 3 shows, for example, [Automobile Technology J vol.

37、鬼7 、1983年発行、P2S5に開示された
この池従来のレーザ加工ヘッドの光学系の構成を示す斜
視図である。図において、(1)は図示しないレーザ発
振器から出射されたレーザビーム、(2)はレーザビー
ム(1)の方向を転換させる方向転換用金属ミラーで、
後述のシリンドリカルミラーにレーザビーム(1)を鋭
角で入射させる役割をもつ。(3)は一定直径の円内の
出力分布がほぼ均一な円形状のレーザビーム(1)を線
状レーザビーム(1a)に収束して被加工材(4)に照
射するシリンドリカルミラー、(6)は線状レーザビー
ム(1a)の長さを調整するビーム長調整用平面ミラー
である。
37, Oni 7, published in 1983, P2S5 is a perspective view showing the configuration of an optical system of a conventional laser processing head disclosed in Konoike. In the figure, (1) is a laser beam emitted from a laser oscillator (not shown), (2) is a metal mirror for changing the direction of the laser beam (1),
It has the role of making the laser beam (1) enter the cylindrical mirror (described later) at an acute angle. (3) is a cylindrical mirror (6) that converges a circular laser beam (1) with a substantially uniform output distribution within a circle of a constant diameter into a linear laser beam (1a) and irradiates the workpiece (4). ) is a beam length adjusting plane mirror that adjusts the length of the linear laser beam (1a).

レーザ発振器から出射された円形状のレーザビーム(1
)は、方向転換用金属ミラー(2)で反射した後、シリ
ンドリカルミラー(3)により、その円形状ビームの一
方向のみが収束され、線状レーザビーム(1a)となっ
て被加工材(4)に照射される。線状レーザビーム(1
a)の照射位龜は、例えば被加工材(4)を所定速度で
移動させることにより、矢印(6)に示す方向に順次移
動していく。
A circular laser beam (1
) is reflected by the metal mirror for direction change (2), and then the circular beam is focused in only one direction by the cylindrical mirror (3), becoming a linear laser beam (1a) and striking the workpiece (4). ) is irradiated. Linear laser beam (1
The irradiation position a) is sequentially moved in the direction shown by the arrow (6), for example, by moving the workpiece (4) at a predetermined speed.

また、線状レーザビーム(1a)の長さを増減したい場
合は、ビーム長調整用平面ミラー(5)を矢印(7)の
方向に移動し、レーザビーム(1)の入射面積を増減す
ることにより行う。
Also, if you want to increase or decrease the length of the linear laser beam (1a), move the beam length adjustment plane mirror (5) in the direction of the arrow (7) to increase or decrease the incident area of the laser beam (1). This is done by

以上により、エネルギー密度が高く、かつその長さが調
整可能な線状レーザビームが得られる訳である。
As a result of the above, a linear laser beam with high energy density and adjustable length can be obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕 従来のレーザ加工ヘッドは以上のように構成されており
、線状レーザビーム(1a)の長さの調整は、ビーム長
調整用平面ミラー(5)により、レーザ発振器からのレ
ーザビーム(1)の一部を遮蔽して行う方法によってい
るので、その分レーザビーム(1)の出力エネルギーが
失われ、効率が悪化するという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] The conventional laser processing head is configured as described above, and the length of the linear laser beam (1a) is adjusted by the beam length adjusting plane mirror (5). Since this method is performed by shielding a part of the laser beam (1) from the oscillator, there is a problem in that the output energy of the laser beam (1) is correspondingly lost and efficiency deteriorates.

ビーム長調整用平面ミラー(5)によらない方法として
、それぞれ曲率が異なる複数個の方向転換用金属ミラー
(3)を用意し、線状レーザビーム(1a)の要求され
た長さに応じてこの方向転換用金属ミラー(3)を順次
取り替える方法が考えられるが、取替作業が煩雑で迅速
な調整は期待できず、また不連続な調整とならざるを得
ない。
As a method that does not use the beam length adjusting plane mirror (5), a plurality of direction changing metal mirrors (3) each having a different curvature are prepared, and the length of the linear laser beam (1a) is adjusted according to the required length of the linear laser beam (1a). It is conceivable to sequentially replace the direction changing metal mirror (3), but the replacement work is complicated and rapid adjustment cannot be expected, and the adjustment must be discontinuous.

この発明は以上のような問題点を解消するためになされ
たもので、線状レーザビームの長さを、エネルギーの無
駄な損失を伴うことなく、簡便迅速に調整することが可
能なレーザ加工ヘッドを得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above problems, and provides a laser processing head that can easily and quickly adjust the length of a linear laser beam without wasting energy. The purpose is to obtain.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係るレーザ加工ヘッドは、レーザビームの光
軸上に、その出力分布を線状レーザビームの方向とほぼ
直角の方向に収束するシリンドリカルレンズを、その先
軸の方向に移動可能に設けたものである。
The laser processing head according to the present invention is provided with a cylindrical lens movable in the direction of the tip axis on the optical axis of the laser beam to converge its output distribution in a direction substantially perpendicular to the direction of the linear laser beam. It is something.

〔作 用〕[For production]

シリンドリカルレンズをその光軸の方向に移動させると
、当該シリンドリカルレンズと被加工材との距離が変化
し、それに伴い被加工材表面での収束度合が変化して線
状レーザビームの長さが増減する。
When a cylindrical lens is moved in the direction of its optical axis, the distance between the cylindrical lens and the workpiece changes, and the degree of convergence on the workpiece surface changes accordingly, increasing or decreasing the length of the linear laser beam. do.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この発明の一実施例におけるレーザ加工ヘッ
ドの光学系の構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical system of a laser processing head in an embodiment of the present invention.

図において、従来と異なるのは、レーザビーム(1)の
光軸上にシリンドリカルレンズ(8)を設けた点である
。なお、従来のビーム長調整用平面ミラー(5)は不要
となる。ここで、シリンドリカルレンズ(8)の収束方
向は、シリンドリカルミラー(3)のそれと直角の方向
となっている。即ち、シリンドリカルミラー(3)は同
図の前後方向においてビームを収束し、一方シリントリ
カルレンズ(8)は左右方向においてビームを収束する
。そしてシリンドリカルレンズ(8)は図示しない移動
装置により、その光軸の方向 従って図中矢印(9)の
方向に移動可能に構成されている。
In the figure, the difference from the conventional method is that a cylindrical lens (8) is provided on the optical axis of the laser beam (1). Note that the conventional beam length adjusting plane mirror (5) is no longer necessary. Here, the convergence direction of the cylindrical lens (8) is perpendicular to that of the cylindrical mirror (3). That is, the cylindrical mirror (3) converges the beam in the front-back direction in the figure, while the cylindrical lens (8) converges the beam in the left-right direction. The cylindrical lens (8) is configured to be movable in the direction of its optical axis, that is, in the direction of the arrow (9) in the figure, by a moving device (not shown).

第2図は被加工材(4)の表面に照射された線状レーザ
ビーム(1a)の形状を示すものである゛。即ち、シリ
ンドリカルミラー(3)により円形状のレーザビーム(
1)が幅tの線状ビームに収束される。また、シリンド
リカルレンズ(8)を矢印(9)の方向に移動させると
被加工材(4)との距離が変化し、それ(こ伴い被加工
材(4)の表面におけるシリンドリカルレンズ(8)に
よる収束効果の度合が変化し、第2図に示すよう(こ、
線状レーザビーム(1a)の長さが11から42まで変
化する。この場合、長さlの大小にかかわらず、レーザ
発振器からのレーザビーム(1)の全エネルギーが被加
工材(4)に照射されることになり、従来のように無駄
な損失を伴うことはない。従って、線状レーザビーム(
1a)の長さlを短かくするとその分ビーム(1a)の
エネルギー密度が増大することになる。長さlの大小に
かかわらずこのエネルギー密度を一定Iこじたい場合は
、シリンドリカルレンズ(8)の移動量と連動してレー
ザ発振器の出力を調整するようにすればよい。
FIG. 2 shows the shape of the linear laser beam (1a) irradiated onto the surface of the workpiece (4). That is, a circular laser beam (
1) is converged into a linear beam of width t. Furthermore, when the cylindrical lens (8) is moved in the direction of the arrow (9), the distance from the workpiece (4) changes, and the cylindrical lens (8) on the surface of the workpiece (4) changes accordingly. The degree of convergence effect changes, as shown in Figure 2.
The length of the linear laser beam (1a) varies from 11 to 42. In this case, regardless of the length l, the entire energy of the laser beam (1) from the laser oscillator will be irradiated onto the workpiece (4), and there will be no unnecessary loss as in the conventional case. do not have. Therefore, the linear laser beam (
When the length l of 1a) is shortened, the energy density of the beam (1a) increases accordingly. If it is desired to maintain a constant energy density I regardless of the length l, the output of the laser oscillator may be adjusted in conjunction with the amount of movement of the cylindrical lens (8).

なお、上記実施例では線状レーザビーム(1a)を得る
ため、一定度合の収束を行う光学姿素とし5更 てシリンドリカルミラー(3)を信用したが、これを同
一の収束効果を有するシリンドリカルレンズとしてもよ
い。もっとも、その場合は各光学要素の配翫は別途設定
する必要はある。
In the above embodiment, in order to obtain a linear laser beam (1a), a cylindrical mirror (3) was used as an optical element that performs a certain degree of convergence. You can also use it as However, in that case, it is necessary to separately set the arrangement of each optical element.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明はレーザビームの光軸上に、そ
の出力分布を線状レーザビームの方向とほぼ直角の方向
に収束するシリンドリカルレンズを設け、このシリンド
リカルレンズを上記光軸の方向に移動することにより線
状レーザビーム、の長さを調整するようにしたので、線
状レーザビームの長さの調整がレーザビームのエネルギ
ーの無駄な損失を伴うことなく、簡単にかつ連続的に行
うことができる。
As described above, the present invention provides a cylindrical lens on the optical axis of a laser beam that converges its output distribution in a direction substantially perpendicular to the direction of the linear laser beam, and moves this cylindrical lens in the direction of the optical axis. By adjusting the length of the linear laser beam, the length of the linear laser beam can be adjusted easily and continuously without unnecessary loss of laser beam energy. Can be done.

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

第1図はこの発明の一実施例におけるレーザ加工ヘッド
の光学系の構成を示す斜視図、第2図はその線状レーザ
ビームの形状を示す図、第3図は従来のレーザ加工ヘッ
ドの光学系の構成を示す斜視図である。 図において、(1)はレーザビーム、(la)は線状レ
ーザビーム、(4)は被加工材、(8)はシリンドリカ
ルレンズである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the optical system of a laser processing head in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the shape of the linear laser beam, and FIG. 3 is a perspective view showing the optical system of a conventional laser processing head. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the system. In the figure, (1) is a laser beam, (la) is a linear laser beam, (4) is a workpiece, and (8) is a cylindrical lens. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 レーザ発振器からのレーザビームをその出力分布を線状
に収束して被加工材に照射するものにおいて、 上記レーザビームの光軸上に、その出力分布を上記線状
レーザビームの方向とほぼ直角の方向に収束するシリン
ドリカルレンズを設け、このシリンドリカルレンズを上
記光軸の方向に移動することにより、上記被加工材に照
射する線状レーザビームの長さを調整可能としたことを
特徴とするレーザ加工ヘッド。
[Claims] In a device that irradiates a workpiece with a laser beam from a laser oscillator with its output distribution converged linearly, the output distribution is focused on the optical axis of the laser beam, and the output distribution is focused on the linear laser beam. A cylindrical lens converging in a direction substantially perpendicular to the direction is provided, and by moving this cylindrical lens in the direction of the optical axis, the length of the linear laser beam irradiated to the workpiece can be adjusted. A laser processing head featuring:
JP63316923A 1988-12-14 1988-12-14 Laser beam machining head Pending JPH02161411A (en)

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JP63316923A JPH02161411A (en) 1988-12-14 1988-12-14 Laser beam machining head

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007171286A (en) * 2005-12-19 2007-07-05 Tomizo Yamamoto Linear light radiation device
JP2011505020A (en) * 2007-11-29 2011-02-17 リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー Beam forming device
CN105689890A (en) * 2016-04-05 2016-06-22 沈阳工业大学 Annular laser welding head and annular laser welding method
EP3535087A4 (en) * 2016-11-03 2020-07-29 Bibas, Charles BEAM HANDLEBAR WITH IMPROVED OPTICS
JP2021104539A (en) * 2019-12-26 2021-07-26 株式会社ディスコ Laser beam machining device

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