JPH0467799B2 - - Google Patents
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- JPH0467799B2 JPH0467799B2 JP9640385A JP9640385A JPH0467799B2 JP H0467799 B2 JPH0467799 B2 JP H0467799B2 JP 9640385 A JP9640385 A JP 9640385A JP 9640385 A JP9640385 A JP 9640385A JP H0467799 B2 JPH0467799 B2 JP H0467799B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- processing
- laser beam
- guide
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高出力レーザを金属，プラスチツ
ク，木，紙等の加工、すなわちレーザ切断，レー
ザ溶接，レーザ熱処理等に使用する場合の加工用
高出力レーザに関するものである。
ク，木，紙等の加工、すなわちレーザ切断，レー
ザ溶接，レーザ熱処理等に使用する場合の加工用
高出力レーザに関するものである。
高出力レーザ利用分野は、各種材料の切断，溶
接，表面熱処理など広範囲になつている。
接，表面熱処理など広範囲になつている。
なかでもCO2レーザの高出力化およびその実用
化は急速な進歩をとげ将来性の高い分野となつて
いる。
化は急速な進歩をとげ将来性の高い分野となつて
いる。
高出力CO2レーザ装置の基本的構成を第７図に
示す。レーザ物質は炭酸ガス，窒素，ヘリウム等
であり、これらの混合ガスをガス入口Giからガ
ス出口Goへ高速度で循環させ、その途中に熱交
換器をおいてガスを強制的に冷却する。図中の
WiおよびWoはそれぞれ冷却水の入口および出口
である。
示す。レーザ物質は炭酸ガス，窒素，ヘリウム等
であり、これらの混合ガスをガス入口Giからガ
ス出口Goへ高速度で循環させ、その途中に熱交
換器をおいてガスを強制的に冷却する。図中の
WiおよびWoはそれぞれ冷却水の入口および出口
である。
このレーザ装置において、直流高電圧源PSよ
り電極端子E1，E2間に高圧を加え、グロー放電
させる。放電部DAからエネルギーを受けて又全
反射鏡RMと部分反射鏡PMの一対の反射鏡によ
つてレーザ光は励起および反射を繰り返し、レー
ザ物質によつて増巾され、レーザ発振となる。一
部のレーザは部分反射鏡PMから出力としてとり
出す。
り電極端子E1，E2間に高圧を加え、グロー放電
させる。放電部DAからエネルギーを受けて又全
反射鏡RMと部分反射鏡PMの一対の反射鏡によ
つてレーザ光は励起および反射を繰り返し、レー
ザ物質によつて増巾され、レーザ発振となる。一
部のレーザは部分反射鏡PMから出力としてとり
出す。
レーザ光には通常の光にない次の特徴がある。
(1) 位相がそろつている。
(2) 指向性がよい。
(3) 単色性にすぐれている。
(4) 高エネルギー密度が得られる。
CO2レーザ装置は、多くのレーザの中でも最も
高い出力を安定に発生できるものである。
高い出力を安定に発生できるものである。
CO2レーザによる加工システムの一例を第８図
に示す。これにおいて、CO2レーザ発振器１０か
らのレーザ光LB１は大気中を指向性よく、ビー
ムの発散が極めて少なく伝播し、加工物の位置
へ、ビーム折り曲げ鏡BM１，BM２，BM３を
介して搬送され、レンズLN等の光学部品によつ
て集光され、小さなスポツトのビームとなつて高
いエネルギー密度で加工点に至りレーザ加工を行
う。
に示す。これにおいて、CO2レーザ発振器１０か
らのレーザ光LB１は大気中を指向性よく、ビー
ムの発散が極めて少なく伝播し、加工物の位置
へ、ビーム折り曲げ鏡BM１，BM２，BM３を
介して搬送され、レンズLN等の光学部品によつ
て集光され、小さなスポツトのビームとなつて高
いエネルギー密度で加工点に至りレーザ加工を行
う。
レーザ加工では、レーザビームの焦点位置FP
と被加工物２０の表面SFとの関係が重要であり、
切断加工または溶接加工では、レーザビームの焦
点位置FPを被加工物２０の表面SFか表面直下に
することによつて加工性能が最適になる。
と被加工物２０の表面SFとの関係が重要であり、
切断加工または溶接加工では、レーザビームの焦
点位置FPを被加工物２０の表面SFか表面直下に
することによつて加工性能が最適になる。
本発明で説明上、CO2レーザのビームを図示し
ているが、波長は10.6μmで実際には目視できな
い。
ているが、波長は10.6μmで実際には目視できな
い。
レーザ加工でのレンズによるCO2レーザビーム
の集光状況を第３図に示す。
の集光状況を第３図に示す。
CO2レーザビームLB１の中心軸Ｃ１とレンズ
LNの中心軸Ｃ３の関係によつて被加工物２０の
表面SFでの焦点位置が変化する。第３ａ図は双
方の軸が合つた場合であり、第３ｂ図および第３
ｃ図はCO2レーザ軸Ｃ１とレンズ軸Ｃ３がずれて
いる場合であり、この場合レンズの中心軸上に
CO2レーザが集光されない。
LNの中心軸Ｃ３の関係によつて被加工物２０の
表面SFでの焦点位置が変化する。第３ａ図は双
方の軸が合つた場合であり、第３ｂ図および第３
ｃ図はCO2レーザ軸Ｃ１とレンズ軸Ｃ３がずれて
いる場合であり、この場合レンズの中心軸上に
CO2レーザが集光されない。
CO2レーザビームは可視光でないので実際の加
工をしないとCO2レーザの集光位置はわからず、
加工位置の設定等のレーザ加工条件の設定が困難
である。
工をしないとCO2レーザの集光位置はわからず、
加工位置の設定等のレーザ加工条件の設定が困難
である。
そこで従来法、ジエイ エム パルムギスト，
ジエイ エム ミユニイツ；エンハンスト プレ
シジヨン レーザ ウエルデイング スルー オ
プテイカルポジシヨン デテクシヨン，プロシー
デイング オブ ザ テクニイカル プログラ
ム，エレクトロ−オプテイクス／レーザ 77 コ
ンフエランス アンド エクスポジシヨン オク
トーバー25／27（1977）〔J.M.Palmguist，J.M.
Muniz；Enhanced Precision Laser Welding
Through Optical Position Detection，
Proceeding of the Technical Program，
Electro−Optics／Laser 77 Conference ＆
Exposition，Oct.25／27（1977）〕は、第４図，第
５図に示す如く、可視光であるHe−Neレーザ１
１を使用し、CO2レーザビーム（不可視）LB１
とHe−Neレーザビーム（可視）LB２とをシヤ
ツターミラーＭ１で切り換えて使用する。それぞ
れのビームの中心軸を合せておき、He−Neレー
ザビームLB２で照射位置を設定してからCO2レ
ーザLB１で加工を行なう。
ジエイ エム ミユニイツ；エンハンスト プレ
シジヨン レーザ ウエルデイング スルー オ
プテイカルポジシヨン デテクシヨン，プロシー
デイング オブ ザ テクニイカル プログラ
ム，エレクトロ−オプテイクス／レーザ 77 コ
ンフエランス アンド エクスポジシヨン オク
トーバー25／27（1977）〔J.M.Palmguist，J.M.
Muniz；Enhanced Precision Laser Welding
Through Optical Position Detection，
Proceeding of the Technical Program，
Electro−Optics／Laser 77 Conference ＆
Exposition，Oct.25／27（1977）〕は、第４図，第
５図に示す如く、可視光であるHe−Neレーザ１
１を使用し、CO2レーザビーム（不可視）LB１
とHe−Neレーザビーム（可視）LB２とをシヤ
ツターミラーＭ１で切り換えて使用する。それぞ
れのビームの中心軸を合せておき、He−Neレー
ザビームLB２で照射位置を設定してからCO2レ
ーザLB１で加工を行なう。
第４図は、CO2レーザ１０の外部でHe−Neレ
ーザLB２との切り換えをするものであり、第５
図はCO2レーザ１０の全反射鏡RMにHe−Neレ
ーザビームLB２の投入孔RMHを設け、投入窓
Ｗを通し、シヤツターＭ１によつて投入したHe
−Neレーザは、CO2レーザ１０内を通るので、
CO2レーザビームLB１とHe−Neレーザビーム
LB２の同軸性は比較的に合いやすい。しかし、
この場合、CO2レーザ１０が発振している場合
は、He−Neレーザビームの投入は出来ず、CO2
レーザビームの発振状態と停止状態でHe−Neレ
ーザビームの光路条件が変化する。
ーザLB２との切り換えをするものであり、第５
図はCO2レーザ１０の全反射鏡RMにHe−Neレ
ーザビームLB２の投入孔RMHを設け、投入窓
Ｗを通し、シヤツターＭ１によつて投入したHe
−Neレーザは、CO2レーザ１０内を通るので、
CO2レーザビームLB１とHe−Neレーザビーム
LB２の同軸性は比較的に合いやすい。しかし、
この場合、CO2レーザ１０が発振している場合
は、He−Neレーザビームの投入は出来ず、CO2
レーザビームの発振状態と停止状態でHe−Neレ
ーザビームの光路条件が変化する。
第４図，第５図の方法はいずれにしてもHe−
Neレーザビームをガイドレーザとしているため
に、CO2レーザビームの波長10.6μmとHe−Neレ
ーザビームの波長0.6μmとの波長差（18倍近く）
により伝播，屈折特性に差が生じる。
Neレーザビームをガイドレーザとしているため
に、CO2レーザビームの波長10.6μmとHe−Neレ
ーザビームの波長0.6μmとの波長差（18倍近く）
により伝播，屈折特性に差が生じる。
この波長差がHe−Neレーザをガイドレーザと
した場合の大きな問題（従来法の問題点）となつ
ている。
した場合の大きな問題（従来法の問題点）となつ
ている。
CO2レーザビームLB１とHe−Neレーザビー
ムLB２の伝播路の媒質によつて、それぞれの光
路に変化を生じ、同軸性が低下する。
ムLB２の伝播路の媒質によつて、それぞれの光
路に変化を生じ、同軸性が低下する。
第６ａ図および第６ｂ図はレンズLNを用いて
CO2レーザビームLB１とHe−Neレーザビーム
LB２を集光した場合の、それぞれの焦点位置FP
１とFP２を示したものである。ここでレンズLN
の中心軸Ｃ３とCO2レーザビーム軸Ｃ１，He−
Neレーザビーム軸Ｃ２は同軸で、ビームは両方
とも平行ビームとしている。第６ａ図および第６
ｂ図にHe−Neレーザビームの径の差異を示す
が、両図とも波長の短かいHe−Neレーザビーム
LB２の焦点FP２は位置Ｐ２で、CO2レーザビー
ムLB１の焦点FP１の位置Ｐ１より上にくる。こ
の位置の差Δlが従来法で発生する為に正確な焦
点位置を設定が出来ない欠点がある。
CO2レーザビームLB１とHe−Neレーザビーム
LB２を集光した場合の、それぞれの焦点位置FP
１とFP２を示したものである。ここでレンズLN
の中心軸Ｃ３とCO2レーザビーム軸Ｃ１，He−
Neレーザビーム軸Ｃ２は同軸で、ビームは両方
とも平行ビームとしている。第６ａ図および第６
ｂ図にHe−Neレーザビームの径の差異を示す
が、両図とも波長の短かいHe−Neレーザビーム
LB２の焦点FP２は位置Ｐ２で、CO2レーザビー
ムLB１の焦点FP１の位置Ｐ１より上にくる。こ
の位置の差Δlが従来法で発生する為に正確な焦
点位置を設定が出来ない欠点がある。
本発明は、高出力CO2レーザ加工における、ビ
ーム伝播路での安定伝播と、焦点位置設定の正確
さを計り加工性能の向上を目的とする。
ーム伝播路での安定伝播と、焦点位置設定の正確
さを計り加工性能の向上を目的とする。
上記目的を達成するために本発明においては、
低出力ガイドレーザとして加工用CO2レーザと同
じ波長で、極めて低出力ガイドCO2レーザ発振器
を用いる。
低出力ガイドレーザとして加工用CO2レーザと同
じ波長で、極めて低出力ガイドCO2レーザ発振器
を用いる。
本発明の好ましい実施例では、加工用CO2レー
ザと低出力ガイドCO2レーザの光軸を同軸とす
る。また、低出力のCO2レーザ発振器が発する
CO2レーザビームの位置を知るため、加工位置近
傍にCO2レーザビーム検出素子（例えばAu−Ge
等）を設置し、該検出素子の検出信号表示部を備
える。
ザと低出力ガイドCO2レーザの光軸を同軸とす
る。また、低出力のCO2レーザ発振器が発する
CO2レーザビームの位置を知るため、加工位置近
傍にCO2レーザビーム検出素子（例えばAu−Ge
等）を設置し、該検出素子の検出信号表示部を備
える。
低出力ガイドCO2レーザと加工用レーザが同一
波長のCO2レーザであり、レーザ発振器の温度変
化が同様傾向があり、伝播、屈折特性両レーザの
温度変化による伝播，屈折特性の相対的変化がな
くなつて焦点位置差が減少し、焦点位置設定が正
確となるので加工性能が向上する。
波長のCO2レーザであり、レーザ発振器の温度変
化が同様傾向があり、伝播、屈折特性両レーザの
温度変化による伝播，屈折特性の相対的変化がな
くなつて焦点位置差が減少し、焦点位置設定が正
確となるので加工性能が向上する。
第１図は本発明の一実施例の構成概要を示す断
面図である。これにおいては、ガイドレーザと加
工レーザが同一波長のCO2レーザであり、第７図
に示す如く、加工用レーザ内でも、また従来法の
第４図，第５図のように加工用レーザ外でも構成
が可能であり、第１図の場合、レーザ発振器の温
度変化が同様傾向があり、加工用レーザと計装用
レーザの温度変化による差異が極めて減少でき
る。
面図である。これにおいては、ガイドレーザと加
工レーザが同一波長のCO2レーザであり、第７図
に示す如く、加工用レーザ内でも、また従来法の
第４図，第５図のように加工用レーザ外でも構成
が可能であり、第１図の場合、レーザ発振器の温
度変化が同様傾向があり、加工用レーザと計装用
レーザの温度変化による差異が極めて減少でき
る。
本発明のもう１つの実施例を示す第２図では、
加工用のCO2レーザ発振器１０，低出力ガイド
CO2レーザ１２，CO2ビーム検知器１３，伝送路
BG１〜BG４，ビーム折り曲げミラーBM１〜
BM３および集光レンズLNによるレーザ加工シ
トテムを示したものである。CO2ビーム検知器１
３は、Au−Ge素子を用いたもので、伝送路BG
４の保護筒に移動可能に取り付けられたものであ
り、CO2ビームの位置検出後、加工用CO2レーザ
の照射前に、そのビーム光路の外へ退避させられ
る。両レーザが同一波長であり、低出力ガイド
CO2レーザLB２と加工用CO2レーザLB１を伝送
系の入口で同軸にすれば、低出力ガイドCO2レー
ザシステムによつて伝送系、集光系全てにおいて
中心の調整および集光系の調整および設定が可能
となる。
加工用のCO2レーザ発振器１０，低出力ガイド
CO2レーザ１２，CO2ビーム検知器１３，伝送路
BG１〜BG４，ビーム折り曲げミラーBM１〜
BM３および集光レンズLNによるレーザ加工シ
トテムを示したものである。CO2ビーム検知器１
３は、Au−Ge素子を用いたもので、伝送路BG
４の保護筒に移動可能に取り付けられたものであ
り、CO2ビームの位置検出後、加工用CO2レーザ
の照射前に、そのビーム光路の外へ退避させられ
る。両レーザが同一波長であり、低出力ガイド
CO2レーザLB２と加工用CO2レーザLB１を伝送
系の入口で同軸にすれば、低出力ガイドCO2レー
ザシステムによつて伝送系、集光系全てにおいて
中心の調整および集光系の調整および設定が可能
となる。
以上の通り本発明では実際のCO2レーザ加工に
おいて正確なレーザ照射位置の設定が可能にな
り、レーザ加工性能を高めることが出来るととも
に伝送系においても正確に加工用CO2レーザビー
ムを伝送系中心軸を通し、安全性を確保する事が
できる。
おいて正確なレーザ照射位置の設定が可能にな
り、レーザ加工性能を高めることが出来るととも
に伝送系においても正確に加工用CO2レーザビー
ムを伝送系中心軸を通し、安全性を確保する事が
できる。
第１図および第２図は本発明の一実施例を示す
断面図である。第３ａ図，第３ｂ図，第３ｃ図，
第４図および第５図はHe−Neレーザを使用した
従来のガイドレーザ付高出力CO2レーザ発振器を
示す断面図、第６ａ図および第６ｂ図はレーザ波
長差による焦点位置の差異を示す側面図、第７図
は高出力CO2レーザ基本的構成を示す断面図、第
８図はCO2レーザの従来の加工システムの一例を
示す側面図である。 １０……加工用CO2レーザ、１２……低出力ガ
イドCO2レーザ、１３……CO2ビーム検知器、
BG１〜BG４……伝送路、BM１〜BM３……ビ
ーム折り曲げミラー、LB１……加工用CO2レー
ザビーム、LB２……低出力ガイドレーザビーム、
FP１，FP２……焦点、LN……レンズ、２０…
…被加工物、SF……被加工物表面、RM……全
反射鏡（共振ミラー）、PM……部分反射鏡（共
振ミラー）、Ｍ１……シヤツター、FP……焦点。
断面図である。第３ａ図，第３ｂ図，第３ｃ図，
第４図および第５図はHe−Neレーザを使用した
従来のガイドレーザ付高出力CO2レーザ発振器を
示す断面図、第６ａ図および第６ｂ図はレーザ波
長差による焦点位置の差異を示す側面図、第７図
は高出力CO2レーザ基本的構成を示す断面図、第
８図はCO2レーザの従来の加工システムの一例を
示す側面図である。 １０……加工用CO2レーザ、１２……低出力ガ
イドCO2レーザ、１３……CO2ビーム検知器、
BG１〜BG４……伝送路、BM１〜BM３……ビ
ーム折り曲げミラー、LB１……加工用CO2レー
ザビーム、LB２……低出力ガイドレーザビーム、
FP１，FP２……焦点、LN……レンズ、２０…
…被加工物、SF……被加工物表面、RM……全
反射鏡（共振ミラー）、PM……部分反射鏡（共
振ミラー）、Ｍ１……シヤツター、FP……焦点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 加工用に用いられるCO2レーザ発振器におい
て、低出力ガイドCO2レーザを備えていることを
特徴とする加工用CO2レーザ発振器。 ２ 低出力ガイドCO2レーザと加工用CO2レーザ
の光軸を同軸にした前記特許請求の範囲第１項記
載の加工用CO2レーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9640385A JPS61255079A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Ｃｏ↓２レ−ザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9640385A JPS61255079A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Ｃｏ↓２レ−ザ発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61255079A JPS61255079A (ja) | 1986-11-12 |
| JPH0467799B2 true JPH0467799B2 (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=14163994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9640385A Granted JPS61255079A (ja) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Ｃｏ↓２レ−ザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61255079A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5368261B2 (ja) * | 2008-11-06 | 2013-12-18 | ギガフォトン株式会社 | 極端紫外光源装置、極端紫外光源装置の制御方法 |
| JP6760044B2 (ja) * | 2016-12-21 | 2020-09-23 | トヨタ自動車株式会社 | 光軸調整用装置 |
-
1985
- 1985-05-07 JP JP9640385A patent/JPS61255079A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61255079A (ja) | 1986-11-12 |
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