JPH0557329B2 - - Google Patents

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JPH0557329B2
JPH0557329B2 JP63148342A JP14834288A JPH0557329B2 JP H0557329 B2 JPH0557329 B2 JP H0557329B2 JP 63148342 A JP63148342 A JP 63148342A JP 14834288 A JP14834288 A JP 14834288A JP H0557329 B2 JPH0557329 B2 JP H0557329B2
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JP
Japan
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laser
polygon mirror
mirror
laser beam
beams
Prior art date
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JP63148342A
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JPH01316415A (ja
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Motoi Kido
Shinsuke Nakanishi
Katsuhiro Minamida
Hiromichi Kawasumi
Norio Ikenaga
Osami Ichiko
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multi-focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はレーザによる鋼材の熱処理加工の方法
と装置に関する。 [従来の技術] 従来の、ポリゴンミラーを用いたレーザ熱処理
加工に於いては、一個のポリゴンミラーを用い
て、ビームをスキヤンさせる事により、被加工物
の処理を行つていた。また、面処理する場合に
は、被加工物を、ビームのスキヤンと同時に、ス
キヤンの方向と垂直に移動させる事により行つて
いた。 [発明が解決しようとする課題] 従来の、ポリゴンミラーを用いたレーザ加工に
於いては、一つのビームのスキヤンにより、熱処
理を行つていた。この場合、被加工物は、レーザ
による熱処理の特徴である、急加熱、急冷却加工
されていた。このため、鋼材の一様な加熱によ
る、表面温度の設定と設定温度の保持が困難であ
る。また、一つのビームのスキヤンにより、被加
工物を面処理する場合、たとえば焼入れ処理を例
にとると、第2図で示されるとおり、すでに熱処
理された部分の直近を、次のスキヤンビームが通
過し熱処理する。このため、すでに急加熱、急冷
却によつて熱処理され高硬度となつた周辺部分が
再び熱影響を受け硬度値が低下し、熱影響を受け
ない部分と硬度差が生じ処理にむらができる欠点
があつた。 ポリゴンミラーを用いたレーザビーム加工方法
としては特開昭62−13389号公報に記載されたス
クラツチ加工装置があるが、これは均一で高速加
工するために、同時に数ケ所を照射するためのも
のであつて、上記欠点は防止できない。 本発明は以上の事情を鑑みてなされたものであ
り、一様な加熱により加工温度の設定と設定温度
の維持ができ、また処理にむらのない熱処理の可
能な装置と方法を提供する事を目的とする。 [課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、レーザ本体とレーザビームを
反射し、スキヤンするためのポリゴンミラーから
なるレーザによる鋼材の加工装置において、レー
ザビームを複数本に分割する光学系と、前記分岐
光学系から分割された複数本のビームの方向をそ
れぞれ調整して反射する複数個のベンデイングミ
ラーと、分割し反射されたビーム数に対応した段
数で重ねられ、かつ表面ミラーの角度をお互いに
ずらして同軸で回転するポリゴンミラーと、レー
ザビームのスキヤン方向と直角方向に上記加工物
を移動する移動機構を備えたことを特徴とするレ
ーザ熱処理装置と、 ポリゴンミラーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法に
於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビーム
の反射角度をベンデイングミラーで調整し、多段
ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、複
数ビームで鋼材表面を照射することを特徴とする
レーザ熱処理方法と、 ポリゴンミラーを用いてレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法に
於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビーム
の反射角度をベンデイングミラーで調整し、多段
ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、複
数ビームを鋼材表面の同一スキヤン上に振り分け
て照射する事を特徴とするレーザ熱処理方法と、 ポリゴンミラーを用いたレーザビームを鋼材表
面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法に
於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビーム
の反射角度をベンデイングミラーで調整し、多段
ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、複
数ビームをスキヤン方向に対して角度を持たせて
振り分けて照射する事を特徴とするレーザ熱処理
方法とにある。 [作用] 以下に本発明を詳細に説明する。 第1図は本発明の装置の構成を示すた模式図で
ある。本発明は第1図で示される通り、レーザ本
体1から出射されたレーザビーム3を複数のレー
ザビームに分割する分岐光学系2、各々のレーザ
ビームの方法を調整する複数のベンデイングミラ
ー14とその角度調整器4、複数のレーザビーム
を各々集光するレンズ5、上記集光レンズ5から
の上記レーザビームを各々反射し被加工物9の表
面に上記レーザビームを照射する同軸の複数のポ
リゴンミラー6、上記複数のベンデイングミラー
を回転する回転駆動機構、及び上記ポリゴンミラ
ーの回転によつて上記レーザビームがスキヤンさ
れる方向と角度方向に上記被加工物を移動する移
動機構によつて構成される。 上記ポリゴンミラー6の回転駆動機構として
は、回転数制御の可能なコントローラ8を備えた
モータ7が、又被加工物の移動機構としては、コ
ントローラ11付きのX−Y−Zテーブル10が
一例として挙げられる。尚、12はスキヤンの遅
れ、13はスキヤンの行路を示す。 この装置においてレーザ本体1より射出したレ
ーザビーム3を分岐光学系2を用いて複数のレー
ザビームに分割し、各々のレーザビームの角度を
目標とするポリゴンミラーに入射し反射させて、
被加工物の目標個所を照射できるよう、ベンデイ
ングミラー14の角度調節器4により調整し、集
光レンズ5をとおし複数個のポリゴンミラー6に
各々を導く。ここでポリゴンミラーの軸方向まわ
りの角度に、第7図に示すように差(遅れ角)θ
を付ける。この結果、ポリゴンミラーの反射光
は、ある一定の遅れを保ちつつ、スキヤンの同一
の行路をたどる複数のレーザビームとなつて、被
加工物に照射される。この結果、被加工物上では
ビームは第8図eから順にhとなり、被加工物上
の温度はa〜dとなる。この時、ビームの数、
各々のビームのパワー、遅れを変化させる事によ
り、被加工物を順次加熱し、ポリゴンミラーの設
定角と、回転数の制御によつて、必要な温度領域
に、必要な時間だけ保持する事ができる。したが
つて一本のレーザビームのみで処理される時のよ
うな急加熱急冷却はなく、鋼材表面の熱処理後の
冷却速度を任意に制御する事ができる。なお、被
加工物は、ビームのスキヤンと同時に、スキヤン
の方向と垂直方向に動かす。 また、この装置を用いて、各々のビームを、先
頭のビームがスキヤンしている行路と、先頭のビ
ームが熱影響を与える領域に、後熱のためスキヤ
ン方向に角度をもたせて振り分け、先頭ビームが
熱影響を与える領域を、保温する。その後、先頭
ビームの熱影響が、無くなつた部分から、随時処
理を終えて行く。この結果被加工物の温度を、処
理とされた温度条件に、合わせる事が可能とな
り、再加熱による処理むらを無くす事も可能とな
る。 [実施例] 実施例 1 第1表に示す成分を有する板厚1.4mmの熱処理
強化型鋼板の熱処理を行つた。この時三枚のポリ
ゴンミラーを用いた。ポリゴンミラーは、鋼製で
六角柱、80mmφ、一片が20mmのミラー面を持つ物
を用いた。ポリゴンミラーの回転数は、0.5rpm、
角度差θを9.2度とした。使用レーザは、2kW炭
酸ガスレーザで、ビームをビームスプリツターに
よつて、三つに分割した。各々のパワーは、先頭
から1.5kW、0.25kW、0.25kWとした。集光レン
ズとして、焦点距離が1000mmの物を用いた。スキ
ヤンの長さは、300mm、幅は2mm、速さは、30
mm/sec、各々のビームの遅れは、100mmとした。
この時被加工物の、一点に於ける温度は、第5図
におけるΔ点を結んだ曲線となり、ビツカース硬
さは、第6図となつた。この結果、従来の方法よ
り、本発明による方法が、優れている事が解る。
【表】 実施例 2 板厚3.2mmの炭素鋼S45Cに、三枚のポリゴンミ
ラーを用い、2kW炭酸ガスレーザで、面処理を
行つた。ポリゴンミラーは、銅製で六角柱、80mm
φ、一片が20mmのミラー面を持つ物を用いた。ポ
リゴンミラーの回転数は、0.5rpm、角度差を4.2
度とした。ビームスプリツターにより、ビームを
三つに分割し、各々のパワーを1kW、0.5kW、
0.5kWとした。レンズは、1000mmの焦点距離の物
を用いた。スキヤンの長さは300mm、幅は2mm、
速さは、30mm/sec、各々のビーム遅れは350mm
(スキヤンの行路一本と50mmの遅れ)とし、スキ
ヤン方向に直角方向には12mm/secとした。この
時の、スキヤンに垂直方向の、ビツカース硬さの
分布は、第4図に示すようになつた。この結果、
第3図に示す従来の一つのポリゴンミラーによる
処理の硬度分布と比べて、処理むらが、改善され
た事が解る。 [発明の効果] 実施例でも示した通り、本発明によれば、レー
ザを用いた入熱加工に於て、必要な温度条件に、
必要な時間、被加工物を維持する事が可能となつ
た。また、一個のポリゴンミラーを用いた熱処理
系の問題点でもあつた。スキヤン方向に垂直な方
向での処理むらも改善する事が可能となつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成の一例を示す模式図、第
2図はスキヤンの概念図、第3図は従来のポリゴ
ンミラーを用いた熱処理装置による焼入れ後の被
加工物の硬度値のグラフ、第4図は本発明の装置
による焼入後の被加工物の硬度値のグラフ、第5
図は被加工物の定点における温度のプロフイー
ル、第6図は加工後の硬度のグラフ、第7図はポ
リゴンミラーの設定の概念図、第8図は加工物上
のビームの位置と温度分布の概念図である。 1……レーザ本体、2……分岐光学系、3……
レーザビーム、4……角度調整器、5……レン
ズ、6……ポリゴンミラー、7……モータ、8…
…コントローラ、9……被加工物、10……X−
Y−Zテーブル、11……コントローラ、12…
…スキヤンの遅れ、13……スキヤンの行路、1
4……ベンデイングミラー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザ本体とレーザビームを反射し、スキヤ
    ンするためのポリゴンミラーからなるレーザによ
    る鋼材の加工装置において、レーザビームを複数
    本に分割する光学系と、前記分岐光学系から分割
    された複数本のビームの方向をそれぞれ調整して
    反射する複数個のベンデイングミラーと、分割さ
    れたレーザビームを集光するためのレンズと、分
    割し反射されたビーム数に対応した段数で重ねら
    れ、かつポリゴンミラーの反射面の角度をお互い
    にずらした、同軸で回転するポリゴンミラーと、
    レーザビームのスキヤン方向と直角方向に上記加
    工物を移動する移動機構を備えたことを特徴とす
    るポリゴンミラーを用いたレーザ熱処理装置。 2 ポリゴンミラーを用いてレーザビームを鋼材
    表面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法
    に於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビー
    ムの反射角度をベンデイングミラーで調整し、多
    段ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、
    複数ビームで鋼材表面を照射することを特徴とす
    るポリゴンミラーを用いたレーザ熱処理方法。 3 ポリゴンミラーを用いてレーザビームを鋼材
    表面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法
    に於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビー
    ムの反射角度をベンデイングミラーで調整し、多
    段ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、
    複数ビームを鋼材表面の同一スキヤン上に振り分
    けて照射する事を特徴とするポリゴンミラーを用
    いたレーザ熱処理方法。 4 ポリゴンミラーを用いたレーザビームを鋼材
    表面上にスキヤンさせながら行う鋼材の加工方法
    に於て、レーザビームを複数本に分割し、各ビー
    ムの反射角度をベンデイングミラーで調整し、多
    段ポリゴンミラーの各段のミラー面に反射させ、
    複数ビームをスキヤン方向に対して角度を持たせ
    て振り分けて照射する事を特徴とするポリゴンミ
    ラーを用いたレーザ熱処理方法。
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