JPH04237585A - レーザ切断装置およびレーザ切断方法 - Google Patents

レーザ切断装置およびレーザ切断方法

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JPH04237585A
JPH04237585A JP3006415A JP641591A JPH04237585A JP H04237585 A JPH04237585 A JP H04237585A JP 3006415 A JP3006415 A JP 3006415A JP 641591 A JP641591 A JP 641591A JP H04237585 A JPH04237585 A JP H04237585A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
workpiece
laser
cutting device
laser cutting
Prior art date
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Pending
Application number
JP3006415A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Mitsuyanagi
直毅 三柳
Kojiro Ogata
緒方 浩二郎
Nobuhiko Tada
多田 信彦
Kenichi Suzuki
賢一 鈴木
Yoshiaki Shimomura
義昭 下村
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.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP3006415A priority Critical patent/JPH04237585A/ja
Publication of JPH04237585A publication Critical patent/JPH04237585A/ja
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ切断装置および
レーザ切断方法に関し、特に、ストレートな切断面を形
成することのできるレーザ切断装置およびレーザ切断方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を利用した加工としては、切断
・穴開け・溶接などの加工が、機械、電子、半導体の多
方面の分野で利用されている。特に、レーザ加工装置に
よる、薄板の高精度な切断加工は、広く普及している。 従来のレーザ切断装置の構成およびその要部である加工
ヘッドの光学系の各々の構成を、図4および図5を参照
して説明する。図4において、1はレーザ光を出力する
レーザ発振器、2はワーク、3は、ワーク2を搭載する
XYテーブルで、X方向およびY方向に移動自在である
。レーザ発振器1にはヘッド4が付設される。5は、ワ
ーク2に臨むように配設されたノズルである。ノズル5
の先部からワーク2に向かって、加工用のレーザ光が出
射される。6は、レーザ発振器1を上下方向(Z軸方向
)に移動させるZテーブルである。レーザ発振器1での
レーザ発振出力は、電源7から供給される。8はコント
ローラであり、このコントローラ8により、XYテーブ
ル3の水平面内(X軸方向とY軸方向)の移動動作、Z
テーブル6の上下方向の移動動作、レーザ発振器1の発
振動作などを、自動または手動で制御することができる
。図5において、レーザ発振器1からヘッド4に対し、
レーザ光9が与えられる。ヘッド4の内部の光学系には
、ベンディングミラー10が設けられ、レーザ光9をワ
ーク2の方向に誘導する。また、ワーク2の直前には、
前記ノズル5とその内部に配置される集光レンズ11と
が配設される。ノズル5にはアシストガス供給口12が
設けられる。集光レンズ11によりレーザ光9は集光さ
れ、ワーク2の加工面で、切断を可能にする所要のエネ
ルギ密度を有するように、充分に集光される。集光レン
ズ11で集光されたレーザ光は、ノズル5の先部から外
部に出力され、ワーク2に照射される。供給口12で供
給されたアシストガスは、ノズル5の先部から、レーザ
光と共に、同軸的に吹き出される。上記の構成において
、レーザ切断は次のように行われる。集光レンズ11に
よって集光されたレーザ光に関し、集光レンズ11の焦
点の位置Aが、ワーク2の加工面に来るように位置設定
を行う。この焦点の位置設定では、Zテーブル6を動作
させ、上下方向の位置関係を調整することにより行う。 位置設定を行った後、コントローラ8の制御の下で、ア
シストガスを供給し、レーザ発振器1を発振動作させ、
切断を行うためのレーザ光をワーク2に照射する。ワー
ク2において、所望の切断を行うためには、切断予定の
部分に沿ってレーザ光を移動させる必要がある。そこで
、コントローラ8の制御の下で、XYテーブル3を所要
の軌跡で移動させて、前記の切断を行う。切断加工では
、充分な熱エネルギになるまで集光されたレーザ光が熱
源となってワーク2の表面を溶融する。この溶融は、表
面から順次に深さ方向に向かって進行し、やがて貫通し
、ワーク2の切断が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のレーザ
切断装置による切断方法では、ワーク2の表面が熱源と
なり、その熱で溶融を行い、その溶融が次第に進み、最
終的に切断が完了する、したがって、その切断で形成さ
れる断面は、図6(A)に示すように、表面で大きな幅
を有し、裏面では小さな幅を有し、全体としてテーパ形
状を有する。このように切断断面がテーパ形状を有する
と、切断されたワーク2について、その表面と裏面とで
寸法が異なり、製品として規格不一致という不具合が発
生する。レーザ切断装置として、切断の結果、得られる
製品の品質が高精度になるためには、テーパ状の断面で
はなく、図6(B)に示す如くストレートな断面にする
ことが必要である。本発明の目的は、上記の問題に鑑み
、ワークにおける切断部の断面をストレートな断面にし
、もって高精度な切断を行えることを企図したレーザ切
断装置およびレーザ切断方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ切断
装置は、レーザ発振器と、ワークを載置し、ワークを移
動させる移動テーブルと、レーザ発振器から出力された
レーザ光をワークに誘導する誘導手段と、ワークに照射
されるレーザ光を集光させる集光レンズと、誘導手段に
よるレーザ光のワークへの照射および移動テーブルの移
動を制御する制御手段を備え、レーザ光を集光させてワ
ークに照射し、ワークを切断するレーザ切断装置におい
て、誘導手段における、ワークの加工面の直前の箇所に
、ワークに照射されるレーザ光を歳差運動させる回転機
構を設けたことを特徴とする。前記の構成において、レ
ーザ光を歳差運動させる回転機構は、集光レンズの手前
の位置で、回転自在に配設された回転体と、この回転体
に取り付けられ、レーザ光の光軸を所定距離だけ平行に
移動させるシフト手段と、回転体を回転させる駆動装置
とからなることを特徴とする。前記の構成において、前
記シフト手段は、傾斜した姿勢でレーザ光の光路上に配
置されたビームパラレルであることを特徴とする。前記
の構成において、前記シフト手段は、2つのプリズムま
たはミラーで構成されることを特徴とする。本発明に係
るレーザ切断方法は、レーザ発振器から出力されたレー
ザ光を誘導し、集光レンズでレーザ光を集光させ、移動
テーブル上のワークに照射すると共に、ワークを移動テ
ーブルで移動させてワークを切断するようにしたレーザ
切断方法において、ワークに照射されるレーザ光は、歳
差運動で回転しながらワークに与えられることを特徴と
する。
【0005】
【作用】本発明によるレーザ切断装置では、レーザ発振
器から出力されたレーザ光をワークに照射するに当たり
、回転機構で、当該レーザ光に歳差運動を行わせて照射
するようにしたため、その回転運動により、ストレート
な切断断面を生じるレーザ切断を行うことができる。 照射部において、レーザ光に、かかる歳差運動を行わせ
るには、レーザ光を、集光レンズの手前で、光軸に平行
に所要の距離だけシフトさせる必要があり、これによっ
て、レーザ光が、ワークの表面に対して所定角度で傾斜
した状態で照射させる。歳差運動を生じるための回転機
構としては、レーザ光を所定距離平行にシフトさせるシ
フト手段が用いられ、具体的には、ビームパラレルや、
2個のプリズムまたは2枚のミラーを使用する。
【0006】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図1〜図3に基づ
いて説明する。図1は本発明に係るレーザ切断装置の第
1実施例の要部構成を示す断面図、図2はレーザ光の歳
差運動を示す図、図3は第2実施例の図1と同様な図で
ある。なお、各図において図4および図5で説明した要
素と同一の要素には同一の符号を付している。図1にお
いて、レーザ発振器1の出力部に配設されたヘッド4の
下部の位置であって、ベンディングミラー10と集光レ
ンズ11との間にビームパラレル13が配設される。ビ
ームパラレル13は、その上面13aに入射されたレー
ザ光9を、その光線の平行状態を保持したまま、下面1
3bに移動させる機能を有する。ビームパラレル13は
、回転支持体14,15で回転自在に取り付けられたド
ラム16において、このドラム16の回転軸14に対し
て傾斜させて固設されている。かかる構成において、ド
ラム16の回転軸17は、その上側のレーザ光9の光軸
9Aと一致している。18はドラム16を回転させるた
めのモータであり、このモータ18の出力軸に固定され
たプーリ19と、ドラム16の外周囲との間には、ベル
ト20が掛けられている。この動力伝達機構によって、
モータ18が回転動作を行うと、ドラム16は回転され
る。その結果、ドラム16と一体となったビームパラレ
ル13が回転され、回転軸17の回りに歳差運動を行う
。ここで、歳差運動とは、すりこぎ状の円錐回転運動の
ことをいう。上記の構成が、図4で説明した構成に追加
される。ワーク2の加工面では、レーザ光9は、11で
集光レンズで集光され、ほぼ表面の位置で、集光するよ
うに照射される。その他の構成については、前述した図
4および図5で説明した構成と同じである。上記構成に
おける作用について説明する。ベンディングミラー10
でワークの方向に進路を変えられたレーザ光は、一点鎖
線上を進み、ビームパラレル13の上面13aに入射さ
れる。ビームパラレル13に入射したレーザ光は、屈折
して伝播し、ビームパラレル13の下面13bから出射
するとき、再度屈折を行う。このときビームパラレル1
3では、入射面の上面と出射面の下面とが平行であるた
め、ビームパラレル13から出射するレーザ光は、平行
に移動する。すなわち、図1の一点鎖線で示される光軸
9Aに平行で、かつεだけ右側にシフトする。さらに、
集光レンズ11を通過したレーザ光は、集光レンズ11
の焦点位置に集光される。この場合のレーザ光では、一
点鎖線に従って進行した場合と比較すると、θだけ傾斜
した状態でワーク2の表面に照射される。モータ18が
回転動作し、ドラム16が回転し、ビームパラレル13
が回転すると、レーザ光は集光位置Aを中心に、図2に
示すように、歳差運動で回転しながら照射を行う。上記
の如く、ワーク2の加工表面におけるレーザ光9の照射
方向を、図6(A)に示すテーパ状の角度に相当する分
だけ傾斜させ、任意に定めることのできる特定な回転軸
の回りにおいて、傾斜したレーザ光を回転させれば、図
6(B)に示す如きストレート状の切断断面を形成する
切断加工が可能となる。また、切断を行うためには切断
予定線に沿ってレーザ光を移動させる必要がある。その
ためにXYテーブル3を移動させたとき、切断部のある
部分については、切断部の両壁面にレーザ光が照射され
ない箇所が生じるおそれがある。このような場合には、
XYテーブル3の移動速度に対して、ビームパラレル1
3を十分に速い回転速度で回転させれば、この問題は解
消することができる。
【0007】前記において、ワーク2の表面に集光レン
ズ11の焦点位置設定、モータ18の回転、これに伴う
レーザ光のワーク表面における歳差運動(円錐回転運動
)、XYテーブル3の移動、という手順で、切断加工を
行うと、テーパの生じないストレートな切断断面を有す
る高品質のレーザ切断加工を行うことができる。上記の
一連の手順は、コントローラ8の制御の下で実行される
【0008】レーザ光9を、ワーク2の表面で入射させ
るとき、前記の如く傾斜させる他の構成としては、図3
に示すようにすることができる。この実施例によれば、
ビームパラレル13の代わりに、2つのプリズム21,
22(または2枚のミラー)を用いている。これらのプ
リズム21,22は、ビームパラレル13の場合と同様
に、ドラム16に固定されており、その他の構成につい
ても、前記実施例で説明した構成と同じである。
【0009】以上の実施例では、レーザ光による切断を
中心に説明したが、ワークの加工面でレーザ光を歳差運
動させる加工は、孔開け等のその他の加工でも応用する
ことができるのは、勿論である。
【0010】また、ワーク2の加工面の手前の位置で、
レーザ光は適当な角度だけ傾斜されるが、この傾斜角を
大きくすることにより、逆テーパ形状の孔の形成、ある
いは逆テーパ形状の切断断面を有する切断を行うことも
可能である。
【0011】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、レーザ切断装置において、テーパー切断断面が
生じない高精度な切断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ切断装置の第1実施例の要
部構成を示す断面図である。
【図2】レーザ光の歳差運動を示す図である。
【図3】第2実施例について、図1と同様な図である。
【図4】レーザ切断装置の全体構成を示したシステム構
成図である。
【図5】従来の加工ヘッドの構成図である。
【図6】レーザ切断によって形成される断面の形状を説
明するための図である。
【符号の説明】
1          レーザ発振器 2          ワーク 3          XYテーブル 4          ヘッド 5          ノズル 6          Zテーブル 7          電源 8          コントローラ 9          レーザ光 10          ベンディングミラー11  
        集光レンズ 13          ビームパラレル16    
      ドラム 18          モータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  レーザ発振器と、ワークを載置し、前
    記ワークを移動させる移動テーブルと、前記レーザ発振
    器から出力されたレーザ光を前記ワークに誘導する誘導
    手段と、前記ワークに照射される前記レーザ光を集光さ
    せる集光レンズと、前記誘導手段によるレーザ光のワー
    クへの照射および前記移動テーブルの移動を制御する制
    御手段を備え、前記レーザ光を集光させてワークに照射
    し、ワークを切断するレーザ切断装置において、前記誘
    導手段における、前記ワークの加工面の直前の箇所に、
    前記ワークに照射される前記レーザ光を歳差運動させる
    回転機構を設けたことを特徴とするレーザ切断装置。
  2. 【請求項2】  請求項1記載のレーザ切断装置におい
    て、レーザ光を歳差運動させる前記回転機構は、前記集
    光レンズの手前の位置で、回転自在に配設された回転体
    と、この回転体に取り付けられ、前記レーザ光の光軸を
    所定距離だけ平行に移動させるシフト手段と、前記回転
    体を回転させる駆動装置とからなることを特徴とするレ
    ーザ切断装置。
  3. 【請求項3】  請求項2記載のレーザ切断装置におい
    て、前記シフト手段は、傾斜した姿勢で前記レーザ光の
    光路上に配置されたビームパラレルであることを特徴と
    するレーザ切断装置。
  4. 【請求項4】  請求項2記載のレーザ切断装置におい
    て、前記シフト手段は、2つのプリズムまたはミラーで
    構成されることを特徴とするレーザ切断装置。
  5. 【請求項5】  レーザ発振器から出力されたレーザ光
    を誘導し、集光レンズで前記レーザ光を集光させ、移動
    テーブル上のワークに照射すると共に、ワークを移動テ
    ーブルで移動させてワークを切断するようにしたレーザ
    切断方法において、前記ワークに照射されるレーザ光は
    、歳差運動で回転しながらワークに与えられることを特
    徴とするレーザ切断方法。
JP3006415A 1991-01-23 1991-01-23 レーザ切断装置およびレーザ切断方法 Pending JPH04237585A (ja)

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JP3006415A JPH04237585A (ja) 1991-01-23 1991-01-23 レーザ切断装置およびレーザ切断方法

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JP3006415A Pending JPH04237585A (ja) 1991-01-23 1991-01-23 レーザ切断装置およびレーザ切断方法

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100442100C (zh) * 2005-07-14 2008-12-10 上海交通大学 基于物镜旋转的环形激光轨迹实现方法
US7772520B2 (en) * 2005-07-08 2010-08-10 Climax Molybdenum Company Hand-held laser cutting apparatus and method using same
JP2016002585A (ja) * 2014-06-19 2016-01-12 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP2020104167A (ja) * 2018-12-28 2020-07-09 三星ダイヤモンド工業株式会社 レーザー加工装置およびビームローテータユニット
CN112743241A (zh) * 2021-01-05 2021-05-04 山东金威刻激光科技有限公司 一种铝单板开卷下料全自动激光加工生产线

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