JPH0568871B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本発明はレーザビームの変調方法および装置に
係り、さらに詳細には、例えば連続発振のレーザ
ビームを機械的にパルス化する方法および装置に
関する。

ｂ 従来技術 例えば金属板のごとき適宜の被加工材にレーザ
加工装置によつて切断加工や穿孔加工等を行なう
とき、加工部の周辺への熱影響を回避したり、あ
るいは加工精度をより向上するには、パルス発振
のレーザビームが望ましい。特に、深穴加工の場
合には、パルスレーザを多数回繰り返して同一箇
所に照射することが望ましいものである。

上記のごとき要望に対応すべく、連続発振のレ
ーザビームを機械的にパルス化する方法および装
置は、特開昭58−163912号公報に開示されてい
る。

連続発振のレーザビームを機械的にパルス化し
てレーザ加工を行なうとき、従来においてはパル
スレーザのデユーテイ比が一定であり、より小さ
な穴加工や細い切断幅にて加工することが中々容
易ではなかつた。

ｃ 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のごとき問題に鑑み発明したもの
で、連続発振のレーザビームを機械的にパルス化
するとき、レーザ加工の加工態様、例えば単なる
溶断や微細加工等に応じてパルスレーザのデユー
テイ比を適宜に変更することのできるレーザビー
ムの変調方法および装置を提供しようとするもの
である。

ｄ 問題点を解決するための手段 外周部付近にレーザビームの透過部を適宜間隔
に形成してなる複数の回転板を、レーザ発振器か
ら発振されるレーザビームの経路を横切る位置に
配置し、適数の回転板と同軸に配置した補助回転
板を回転自在かつ固定自在に設けると共に、各補
助回転板に形成したレーザビームの透過部の数
を、同軸の回転板の透過部の数と異にしてなる。

ｅ 作用 複数の回転板が一定速度で回転し、かつ各補助
板が停止あるいは各回転板と一体に回転している
とき、各回転板および各補助回転板の透過部がレ
ーザビームの経路上において一致したときにのみ
レーザビームの透過が許容され、その他のときに
は、レーザビームは遮断される。すなわち連続発
振のレーザビームはパルス化されることとなる。

上記のごとく、複数の回転板および補助回転板
の透過部がレーザビームの経路上で一致する回数
を、回転板と一体的に回転する補助回転板を選定
することにより変更する。すなわち、例えば一定
速度で回転している回転板の１回転当りに透過部
をレーザビームが透過し得る回数が変更されるこ
ととなり、回転板の１回転当りのパルス数が異な
る。したがつて、パルス化されたレーザビームの
デユーテイ比が変更されることとなる。

ｆ 実施例 第１図を参照するに、レーザ加工装置が総括的
に符号１で示されており、レーザ加工装置１に
は、例えば炭酸ガスレーザ発振器のごときレーザ
発振器３が装着してある。レーザ発振器３は一般
的なものであつて、レーザビームLBをレーザ加
工装置１へ向つて発振するように構成されてお
り、本実施例においては、レーザ発振器３はレー
ザ加工装置１の後部側に直接的に装着されてい
る。レーザ発振器３は連続発振型式のものが望ま
しいが、パルス発振の型式でも良い。

レーザ加工装置１は、ベース５と、ベース５に
垂直に立設したポスト７およびポスト７を介して
ベース５の上方に片持式状に水平に支持されたビ
ーム部材９より構成してある。ベース５の上部に
はワークテーブル１１が備えられており、このワ
ークテーブル１１には、加工すべく水平におかれ
たシートメタルのごときワークピースＷを支持す
る多数のスライドボールが備えられている。ビー
ム部材９の先端部には加工ヘツド１３が備えられ
ており、この加工ヘツド１３には、ミラー組立体
１５と焦点レンズ１７が内蔵されている。ミラー
組立体１５はレーザ発振器３からのレーザビーム
LBをワークピースＷの方向へ屈折反射するよう
に構成されており、焦点レンズ１７はワークピー
スＷに焦点を合わせるように配置してある。そし
て、加工ヘツド１３は、レーザ加工時には、レー
ザ発振器３からのレーザビームLBをミラー組立
体１５、焦点レンズ１７を介してワークピースＷ
に照射すると共にアシストガスを加工部へ噴射す
るように構成してある。

ワークピースＷを移動しかつ位置決めするため
に、レーザ加工装置１は水平に移動自在な第１キ
ヤリツジ１９を備えると共に、ワークピースＷを
把持する複数のワーククランプ２３を保持した第
２キヤリツジ２１を備えている。第１キヤリツジ
１９はベース５の上部両側に互に平行に固定した
一対のレール２５に移動自在に支承されており、
加工ヘツド１３直下の加工領域に対して接近離反
可能である。複数のワーククランプ２３を保持し
た第２キヤリツジ２１は、第１キヤリツジ１９の
移動方向に対して直交する方向へ水平に移動自在
であるように第１キヤリツジ１９に支承されてい
る。したがつて、ワーククランプ２３に把持され
たワークピースＷは、第１、第２のキヤリツジ１
９，２１の移動によつて加工ヘツド１３の下方へ
ワークテーブル１１上を移送できるのである。

上記構成により、第１、第２のキヤリツジ１
９，２１によつて加工ヘツド１３の直下の加工領
域にワークピースＷを位置決めすることにより、
ワークピースＷをレーザビームLBによつて加工
できるものである。レーザ発振器３から発振され
たレーザビームLBは加工ヘツド１３へ照射され、
ミラー組立体１５によつて下方向へ屈折指向され
る。そして、レーザビームLBは、焦点レンズ１
７により集光されてワークピースＷへ照射される
ものであり、同時に加工部へはアシストガスが供
給されるものである。

前記レーザ発振器３と加工ヘツド１３の間のレ
ーザビームLBの経路中には、レーザ発振器３か
ら発振されたレーザビームLBを機械的にパルス
化したり、あるいは適宜に変調する変調装置２７
が適宜に配設してある。

第２図〜第４図を参照するに、変調装置２７
は、後述するスリーブ、軸承およびシリンダ等を
冷却するための冷却室２９を備えたベースプレー
ト３１等より構成してある。より詳細には、隔壁
部材３３によつてベースプレート３１と蓋部材３
５とを離隔しかつ密封することによつて冷却室２
９が形成してあり、冷却室２９には冷却水を給排
するためのエルボジヨイント３７が複数接続して
ある。上記ベースプレート３１の中央部には、冷
却室２９を貫通した円筒体３９が取付けてある。
この円筒体３９はレーザ加工機１に備えたレーザ
導管LTに接続するものである。したがつて、レ
ーザ発振器３から発振されたレーザビームLBは、
変調装置２７を透過してレーザ加工装置１へ照射
可能である。

さらにベースプレート３１には、冷却室２９を
貫通した複数のスリーブ４１Ａ〜４１Ｄ（図面に
はスリーブ４１Ｃ，４１Ｄは示されていない）が
円筒体３９から等距離の位置に配置してある。ス
リーブ４１Ａには、スリーブ４１Ａを貫通した回
転軸４３Ａが複数の軸受４５を介して回転自在に
支承されており、この回転軸４３Ａの大きく延伸
した一端部側の端部には円板状の回転板４７Ａが
一体的に取付けてある。回転板４７Ａはレーザ発
振器３から発振されるレーザビームLBの経路Ｌ
を遮断自在に横切つており、経路Ｌを横切る部分
の位置には、例えば切欠きあるいは孔のごとき適
宜の透過部４９Ａが等間隔に複数個形成してあ
る。本実施例においては、第４図に示されるよう
に、透過部４９Ａは８個形成してあるが、８個に
限ることなく任意の数にして良いものである。

上記構成により、回転板４７Ａの回転によつて
透過部４９ＡがレーザビームLBの経路Ｌに一致
しているときにのみ、レーザビームLBは透過可
能なものであり、透過部４９Ａが上記経路Ｌに位
置しないときには、レーザビームLBは回転板４
７Ａによつて遮断された状態となる。したがつ
て、レーザ加工装置１の加工ヘツド１３方向へ照
射されるレーザビームLBはパルス化され得るこ
ととなる。

前記スリーブ４１Ａをのぞくその他のスリーブ
４１Ｂ〜４１Ｄのそれぞれの一端部にはシリンダ
５１がそれぞれ装着してあり、各シリンダ５１に
は、ピストン５３を一体的に備えると共にシリン
ダ５１を貫通した円筒形状のピストンロツド５５
が摺動のみ自在に備えられている。また、各スリ
ーブ４１Ｂ〜４１Ｄには、各スリーブ４１Ｂ〜４
１Ｄを貫通すると共に前記ピストンロツド５５を
貫通した回転軸４３Ｂ〜４３Ｄがそれぞれ複数の
軸承５７を介して回転自在に支承されている。各
回転軸４３Ｂ〜４３Ｄは前記回転軸４３Ａよりも
順次短くなつており、各回転軸４３Ｂ〜４３Ｄの
一端部には、前記回転板４７Ａと同様にそれぞれ
透過部４９Ｂ〜４９Ｄを等間隔に複数備えた回転
板４７Ｂ〜４７Ｄがそれぞれ取付けてある。

したがつて、レーザ発振器３から発振されたレ
ーザビームLBは、複数の回転板４７Ａ〜４７Ｄ
に備えたそれぞれの透過部４９Ａ〜４９Ｄが経路
Ｌに一致したときにのみ透過可能となることが理
解されよう。

前述の各シリンダ５１に摺動自在に備えられた
各ピストンロツド５５の先端部には、各回転板４
７Ｂ〜４７Ｄに対応する補助回転板５９Ｂ〜５９
Ｄが回転のみ自在に支承されている。各補助回転
板５９Ｂ〜５９Ｄにはそれぞれ適数の透過部６１
Ｂ〜６１Ｄが形成してある。各補助回転板５９Ｂ
〜５９Ｄにおける透過部６１Ｂ〜６１Ｄの数はそ
れぞれ異なつており、本実施例においては、補助
回転板５９Ｂには４つの透過部６１Ｂが等間隔
に、また補助回転板５９Ｃには２つの透過部６１
Ｃが対称位置に、さらに補助回転板５９Ｄには１
つの透過部６１Ｄが形成してある。

上記構成により、各回転板４７Ａ〜４７Ｄの各
透過部４９Ａ〜４９Ｄおよび各補助回転板５９Ｂ
〜５９Ｄの各透過部６１Ｂ〜６１Ｄがレーザビー
ムLBの経路Ｌに一致したときにのみ、レーザビ
ームLBはレーザ加工装置１側へ透過し得るもの
であることが理解されよう。

前記各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄは、各シリン
ダ５１の各ピストンロツド５５と一体的に軸方向
へ移動自在であつて、各補助回転板５９Ｂ〜５９
Ｄが各回転板４７Ｂ〜４７Ｄに対向した適宜位置
には穴のごとき適宜の係合凹部６３が適数個形成
してあり、各回転板４７Ｂ〜４７Ｄには各係合凹
部６３に係脱自在な係合凸部６５が設けてある。
各回転板４７Ｂ〜４７Ｄの係合凸部６５と各補助
回転板５９Ｂ〜５９Ｄの係合凹部６３とが係合し
た状態のときには、各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄ
の透過部６１Ｂ〜６１Ｄと各回転板４７Ｂ〜４７
Ｄの適宜位置の透過部４９Ｂ〜４９Ｄとが一致し
た状態にあり、各回転板４７Ｂ〜４７Ｄと各補助
回転板５９Ｂ〜５９Ｄは各々一体的に回転する。

また、各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄには、前記
各シリンダ５１に取付けた複数の固定ピン６７の
先端部６７Ｅと係脱自在な係合孔６９が形成して
ある。各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄの係合孔６９
が固定ピン６７の先端部６７Ｅと係合した固定状
態にあるときには、各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄ
の適宜位置の透過部６１Ｂ〜６１Ｄはレーザビー
ムLBの経路Ｌに一致した状態にあり、かつ各補
助回転板５９Ｂ〜５９Ｄの係合凹部６３と各回転
板４７Ｂ〜４７Ｄの係合凸部６５とは離脱した状
態にある。

以上のごとき構成より理解されるように、各シ
リンダ５１を適宜に作動することにより、適宜の
補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄを個別に停止状態に、
あるいは各回転板４７Ｂ〜４７Ｄと一体的に回転
する状態に選択し得るものである。

第２図に最も良く示されるように、各回転軸４
３Ａ〜４３Ｄを同期回転するために、各回転軸４
３Ａ〜４３Ｄの各他端部にはそれぞれプーリ７１
Ａ〜７１Ｄが取付けてあり、各プーリ７１Ａ〜７
１Ｄにはエンドレス状のベルト７３が掛回してあ
る。適宜位置の回転軸すなわち本実施例において
は回転軸４３Ｄにはさらに従動プーリ７５（第３
図参照）が取付けてあり、この従動プーリ７５に
掛回したベルト７７はモータ７９に取付けた駆動
プーリ８１に掛回してある。上記モータ７９は、
数値制御装置のごとき適宜制御装置により制御さ
れるもので、ブラケツト８３を介して前記ベース
プレート３１に支承されている。

上記構成により、モータ７９の駆動により各回
転軸４３Ａ〜４３Ｄおよび各回転板４７Ａ〜４７
Ｄが同期して回転することとなる。したがつて、
各回転板４７Ａ〜４７Ｄに形成した複数の透過部
４９Ａ〜４９Ｄは、レーザビームLBの経路Ｌに
おいて周期的に一致し、透過するレーザビーム
LBをパルス化することとなる。このパルスの周
波数は、モータ７９の回転を適宜に制御すること
によつて変更し得るものである。

前記回転軸４３Ａ〜４３Ｄを停止状態に固定す
るために、変調装置２７にはロツクシリンダ８５
が設けられている。すなわち、第３図に最も良く
示されているように、ロツクシリンダ８５は、前
記回転軸４３Ａと同軸上に配置してあり、前記蓋
部材３５に一端部を固定した複数の支柱８７にブ
ラケツト８９を介して支承されている。このロツ
クシリンダ８５に摺動自在に備えられたピストン
ロツド９１にはロツクシリンダ８５に形成したス
リツト８５Ｓに嵌入したドグピン９３が固定して
あつて、回動を規制されている。ピストンロツド
９１の端部には、前記回転軸４３Ａの他端部が嵌
入自在な穴９１Ｈが軸方向に穿設してある。さら
にピストンロツド９１の端面は軸心に対し傾斜し
た態様のカム面９１Ｃに形成してある。他方、回
転軸４３Ａの他端部には、上記カム面９１Ｃと係
脱自在なピン９５が軸心に対し直交する方向に植
設してある。

上記構成により、ロツクシリンダ８５の作動に
よつてピストンロツド９１の穴９１Ｈに回転軸４
３Ａの他端部が嵌入され、回転軸４３Ａに備えた
ピン９５がカム面９１Ｃによつて規制された状態
にあるときには、回転軸４３Ａは勿論のこと、そ
の他の回転軸４３Ｂ〜４３Ｄも各プーリ７１Ａ〜
７１Ｄおよびベルト７３を介して停止された状態
にある。このように各回転軸４３Ａ〜４３Ｄが停
止された状態にあるときには、各回転板４７Ａ〜
４７Ｄの適宜透過部４９Ａ〜４９Ｄおよび各補助
回転板５９Ｂ〜５９Ｄの適宜透過部６１Ｂ〜６１
ＤはレーザビームLBの経路Ｌに一致した状態に
あつて、レーザビームLBの透過を許容するよう
に構成してある。したがつて、レーザ発振器３が
レーザビームLBを連続発振しているときには、
ロツクシリンダ８５の作動によつて各回転軸４３
Ａ〜４３Ｄを停止状態に保持することにより、連
続発振のレーザビームLBがレーザ加工装置１へ
照射されることとなる。

前記各回転軸４３Ａ〜４３Ｄがロツクシリンダ
８５によつて固定された状態にあるか否かを検出
するために、ロツクシリンダ８５に近接した位置
にはリミツトスイツチLS１，LS２が配設してあ
る。第３図より明らかなように、リミツトスイツ
チLS１，LS２は、前記ベースプレート３１に取
付けたブラケツト９７に支承されており、前記ピ
ストンロツド９１のストロークエンドにおいてド
グピン９３によつて作動されるように配置してあ
る。したがつて、リミツトスイツチLS１，LS２
の作動状態を知ることにより、各回転軸４３Ａ〜
４３Ｄが停止状態あるいは回転可能な状態にある
かを知ることができる。

以上のごとき構成において、各シリンダ５１に
おけるピストンロツド５５を引込み作動し、各補
助回転板５９Ｂ〜５９Ｄの係合孔６９と各固定ピ
ン６７の先端部６７Ｅとを係合して各補助回転板
５９Ｂ〜５９Ｄを停止状態に保持する。そしてモ
ータ７９によつて各回転軸４３Ａ〜４３Ｄを同期
回転すると、前述したように、各回転板４７Ａ〜
４７Ｄの各透過部４９Ａ〜４９Ｂがレーザビーム
LBの経路Ｌに一致したときにのみレーザビーム
LBの透過が許容される。したがつて、レーザ発
振器３から発振されるレーザビームLBが連続発
振であつても、レーザビームLBを機械的にパル
ス化することができる。本実施例においては、各
回転板４７Ａ〜４７Ｄには８個の透過部４９Ａ〜
４９Ｄがそれぞれ設けてあるので、レーザビーム
LBは各回転板４７Ａ〜４７Ｄの１回転当り８パ
ルスとなる。なお、モータ７９の回転数を適宜に
制御することにより、パルス化されるレーザビー
ムLBの周波数を変更することができる。

次に、適宜のシリンダ５１におけるピストンロ
ツド５５を伸長作動して、適宜の補助回転板を回
転板と一体的に回転可能にする。例えば、補助回
転板５９Ｂのみを回転板４７Ｂと一体的に回転可
能とし、他の補助回転板５９Ｃ，５９Ｄを停止状
態に保持してモータ７９によつて各回転板４７Ａ
〜４７Ｄを同期回転すると、補助回転板５９Ｂに
は、本実施例においては４個の透過部６１Ｂが設
けられているに過ぎないで、レーザビームLBは
各回転板４７Ａ〜４７Ｄの１回転当り４パルスに
変調される。

また、各シリンダ５１の作動により補助回転板
５９Ｃのみ或いは補助回転板５９Ｂ，５９Ｃを各
回転板４７Ｂ，４７Ｃと一体化すると、補助回転
板５９Ｃに設けた透過部６１Ｃは本実施例におい
は２個であるので、レーザビームLBは各回転板
４７Ａ〜４７Ｄの１回転当り２パルスに変調され
る。さらに補助回転板５９Ｄを回転板４７Ｄと一
体化すると、レーザビームLBは各回転板４７Ａ
〜４７Ｄの１回転当り１パルスに変調される。

すなわち、複数の補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄを
全て停止状態に保持したり、或いは適宜の補助回
転板を回転板と一体的に回転することにより、レ
ーザ発振器３から照射されて透過するレーザビー
ムLBを、回転板４７Ａ〜４７Ｄの１回転当り適
宜パルスのパルスレーザに変調できる。換言すれ
ば、回転板４７Ａ〜４７Ｄの１回転当りのパルス
数を変更できることにより、パルスレーザのデユ
ーテイ比を調節できるものである。

ｇ 発明の効果 以上のごとき実施例の説明より理解されるよう
に、本発明によれば、レーザ発振器がレーザビー
ムを連続発振している場合であつても、レーザ発
振器に悪影響を与えることなしに、機械的にパル
スレーザに変調でき、しかもパルスレーザのデユ
ーテイ比を変更することができる。したがつて、
レーザ加工装置においてワークピースをレーザ加
工するとき、その加工態様、例えば単なる溶断加
工や微細加工等に応じて連続発振レーザやデユー
テイ比の異なるパルスレーザに変調してワークピ
ースのレーザ加工が行ない得ることとなる。よつ
て加工能率の向上および加工精度の向上を図り得
るものである。

なお、本発明は前述の実施例のみに限ることな
く、適宜の変更を行なうことによつては、その他
の態様でも実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置を実施したレーザ加
工装置の正面図、第２図は第１図における−
線に沿つた拡大矢視図、第３図は第２図における
−線に沿つた断面図、第４図は第１図におけ
る−線に沿つた拡大矢視図である。 LB……レーザビーム、４７Ａ〜４７Ｄ……回
転板、４９Ａ〜４９Ｂ……透過部、５９Ｂ〜５９
Ｄ……補助回転板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビームの透過部を適宜間隔に形成した
   複数の回転板によつてレーザ発振器から発振され
   たレーザビームを間欠的に遮断して、レーザビー
   ムをパルス化すると共に各回転板の透過部の数を
   変更することによりパルス化されるレーザビーム
   のデユーテイ比を変えることを特徴とするレーザ
   ビーム変調方法。 ２ 外周部付近にレーザビームの透過部を適宜間
   隔に形成してなる複数の回転板を、レーザ発振器
   から発振されるレーザビームの経路を横切り自在
   な位置に配置して設け、適数の回転板と同軸に配
   置した補助回転板を回転自在かつ固定自在に設け
   ると共に、各補助回転板に形成したレーザビーム
   の透過部の数を、同軸の回転板の透過部の数と異
   にしてなることを特徴とするレーザビームの変調
   装置。 ３ 各補助回転板におけるレーザビームの透過部
   の数を夫々異にしてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項に記載のレーザビームの変調装
   置。