JPH10272587A - レーザー光線拡散防止方法 - Google Patents
レーザー光線拡散防止方法Info
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- JPH10272587A JPH10272587A JP9078287A JP7828797A JPH10272587A JP H10272587 A JPH10272587 A JP H10272587A JP 9078287 A JP9078287 A JP 9078287A JP 7828797 A JP7828797 A JP 7828797A JP H10272587 A JPH10272587 A JP H10272587A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザー溶接装置におけるレーザー光線拡散
防止方法および装置。 【解決手段】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラーの表面昇温による反りに釣り合うような、または
それ以上の逆反りが起こるようにミラー裏面近傍を加熱
し、ミラー側断面の温度分布を制御することによりレー
ザー光線の拡散を防止することを特徴とするレーザー溶
接装置におけるレーザー光線拡散防止方法および装置。
防止方法および装置。 【解決手段】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラーの表面昇温による反りに釣り合うような、または
それ以上の逆反りが起こるようにミラー裏面近傍を加熱
し、ミラー側断面の温度分布を制御することによりレー
ザー光線の拡散を防止することを特徴とするレーザー溶
接装置におけるレーザー光線拡散防止方法および装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー溶接機等
に用いられる高出力レーザー伝送系ミラーにおけるレー
ザー光線の拡散防止方法に関するものである。
に用いられる高出力レーザー伝送系ミラーにおけるレー
ザー光線の拡散防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄鋼板の溶接分野においてはレー
ザー溶接機、例えば炭酸ガスレーザー溶接機、ＹＡＧレ
ーザー溶接機による溶接が盛んに使用されつつある。特
に、炭酸ガスレーザー溶接機はその特性から最も薄鋼板
の溶接に適していると言われているが、被接合材が薄鋼
板の場合にはレーザー光線を斜方向から被接合材に照射
して溶接し、溶接長さを実質的に長くすることが一般的
に行われている。このようなレーザー光線による溶接で
過度の急激な加熱および急速な冷却によって非溶接部と
溶接部との間の金属組織中にブローホールや不純物の混
入が起こることや、金属材料の焼き入れ、金属組織の局
部的な材料歪、亀裂を起こすことが頻繁である。
ザー溶接機、例えば炭酸ガスレーザー溶接機、ＹＡＧレ
ーザー溶接機による溶接が盛んに使用されつつある。特
に、炭酸ガスレーザー溶接機はその特性から最も薄鋼板
の溶接に適していると言われているが、被接合材が薄鋼
板の場合にはレーザー光線を斜方向から被接合材に照射
して溶接し、溶接長さを実質的に長くすることが一般的
に行われている。このようなレーザー光線による溶接で
過度の急激な加熱および急速な冷却によって非溶接部と
溶接部との間の金属組織中にブローホールや不純物の混
入が起こることや、金属材料の焼き入れ、金属組織の局
部的な材料歪、亀裂を起こすことが頻繁である。
【０００３】この問題を解決する薄鋼板の溶接に関し、
特開昭５８−５３３８４号公報に開示されているよう
に、炭酸ガスレーザー装置から発生したレーザー光線を
使用して重合した被溶接薄鋼板を直線的に一定のビード
長のシーム溶接を行うために、該装置の水平溝に摺動部
材を摺動自在に設け、この摺動部材にレーザー光を下方
に反射するように斜設した反射体の下位の摺動部材に、
集光レンズを被接合材に焦点を結ぶように付設してシー
ム溶接を行う方法を提案している。しかしながら、この
ような構造で溶接長を長くしようとすると入射レーザー
光線の拡散が顕著になり、受光側のミラーを外れる照射
が頻発し周辺機器を損傷するという問題がある。
特開昭５８−５３３８４号公報に開示されているよう
に、炭酸ガスレーザー装置から発生したレーザー光線を
使用して重合した被溶接薄鋼板を直線的に一定のビード
長のシーム溶接を行うために、該装置の水平溝に摺動部
材を摺動自在に設け、この摺動部材にレーザー光を下方
に反射するように斜設した反射体の下位の摺動部材に、
集光レンズを被接合材に焦点を結ぶように付設してシー
ム溶接を行う方法を提案している。しかしながら、この
ような構造で溶接長を長くしようとすると入射レーザー
光線の拡散が顕著になり、受光側のミラーを外れる照射
が頻発し周辺機器を損傷するという問題がある。
【０００４】一方、特開昭５８−５３３８４号公報に開
示された技術においては、被接合材より一体距離を隔て
て複数の焦点距離を異にするレンズを設けた回転板を設
ける替りに凸面鏡の有するミラーに冷却手段を設けてミ
ラーの焦点距離を変えることにより少なくとも１種類の
ミラーを用いることで小型化したレーザー加工装置が提
案されている。しかしながら、この公開特許において
は、非常に高いビームパワー密度によりミラー表面が熱
膨張してレーザー光が拡散するという問題を解決するた
めに、レーザー光を拡大あるいは縮小するレンズに温度
調整装置を設けている。また、従来から市販されている
レーザーミラーでは、ミラー側断面でみて、一層のみ冷
却層が設けられているが、例えミラーの冷却温度を制御
してもミラー表面＞ミラー裏面の温度分布が必然的に生
じ熱膨張の差からミラー表面に反りが発生する。この反
りはレーザー光線が拡散する方向にのみ発生せざるを得
ず、安定したレーザー伝送は得られないという問題があ
った。特に、被加工物が長大である場合に一度に長距離
を伝送するような場合においては、レーザー光線の拡散
が顕著になる。
示された技術においては、被接合材より一体距離を隔て
て複数の焦点距離を異にするレンズを設けた回転板を設
ける替りに凸面鏡の有するミラーに冷却手段を設けてミ
ラーの焦点距離を変えることにより少なくとも１種類の
ミラーを用いることで小型化したレーザー加工装置が提
案されている。しかしながら、この公開特許において
は、非常に高いビームパワー密度によりミラー表面が熱
膨張してレーザー光が拡散するという問題を解決するた
めに、レーザー光を拡大あるいは縮小するレンズに温度
調整装置を設けている。また、従来から市販されている
レーザーミラーでは、ミラー側断面でみて、一層のみ冷
却層が設けられているが、例えミラーの冷却温度を制御
してもミラー表面＞ミラー裏面の温度分布が必然的に生
じ熱膨張の差からミラー表面に反りが発生する。この反
りはレーザー光線が拡散する方向にのみ発生せざるを得
ず、安定したレーザー伝送は得られないという問題があ
った。特に、被加工物が長大である場合に一度に長距離
を伝送するような場合においては、レーザー光線の拡散
が顕著になる。
【０００５】このように、被接合材が長尺である場合の
レーザー溶接では、レーザー光線の拡散を防止して安定
したレーザー伝送を行うことは従来技術では対応できず
性能の良いレーザー溶接機の開発が望まれていた。
レーザー溶接では、レーザー光線の拡散を防止して安定
したレーザー伝送を行うことは従来技術では対応できず
性能の良いレーザー溶接機の開発が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決すべく発明されたもので、レーザー伝送系、特に加
工用のパワーレーザーでは伝送系の中のミラーが使用時
間の経過につれ表面の汚れ等でレーザーエネルギーの吸
収が起き、ミラーの熱膨張による反りによってレーザー
光が拡散する問題、特に長距離を伝送するミラー間では
これが顕著になり伝送系の設計、適用、保全のネックに
なっている。本発明は、レーザー溶接装置におけるミラ
ーの反りがミラー内部の温度差（表面側温度＞裏面側温
度）に起因して起こることを突き止め、この温度差を制
御すればレーザー光線が拡散することを防止できるので
はないかという点に着目して、このミラーの反りを無く
す方法を見いだしたものである。
解決すべく発明されたもので、レーザー伝送系、特に加
工用のパワーレーザーでは伝送系の中のミラーが使用時
間の経過につれ表面の汚れ等でレーザーエネルギーの吸
収が起き、ミラーの熱膨張による反りによってレーザー
光が拡散する問題、特に長距離を伝送するミラー間では
これが顕著になり伝送系の設計、適用、保全のネックに
なっている。本発明は、レーザー溶接装置におけるミラ
ーの反りがミラー内部の温度差（表面側温度＞裏面側温
度）に起因して起こることを突き止め、この温度差を制
御すればレーザー光線が拡散することを防止できるので
はないかという点に着目して、このミラーの反りを無く
す方法を見いだしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、レー
ザー溶接装置における伝送系の中のミラーの表面昇温に
よる反りに釣り合うような、またはそれ以上の逆反りが
起こるようにミラー裏面近傍を加熱し、ミラー側断面の
温度分布を制御することによりレーザー光線の拡散を防
止することを第一の特徴とする。
ザー溶接装置における伝送系の中のミラーの表面昇温に
よる反りに釣り合うような、またはそれ以上の逆反りが
起こるようにミラー裏面近傍を加熱し、ミラー側断面の
温度分布を制御することによりレーザー光線の拡散を防
止することを第一の特徴とする。
【０００８】第二の特徴は、拡散量管理値（ｓ）を一般
式； 拡散量管理値（ｓ）≧Ｓ＝ｌ×ｆ（Ｔｃｓ，Ｔｃｂ） でミラー側断面の温度分布を制御することによりレーザ
ー光線の拡散を防止する方法である。但し、ここでＳ：
拡散量、ｌ：ミラー間距離、Ｔｃｓ：ミラー中心表面温
度、Ｔｃｂ：ミラー中心裏面温度である。
式； 拡散量管理値（ｓ）≧Ｓ＝ｌ×ｆ（Ｔｃｓ，Ｔｃｂ） でミラー側断面の温度分布を制御することによりレーザ
ー光線の拡散を防止する方法である。但し、ここでＳ：
拡散量、ｌ：ミラー間距離、Ｔｃｓ：ミラー中心表面温
度、Ｔｃｂ：ミラー中心裏面温度である。
【０００９】また、第三の特徴は、前記ミラー内の反射
面側に冷却水路を設けて冷却を行うと共に、ミラーの裏
面側に温水路を設けるかミラーの裏面側近傍に加熱用ヒ
ーターを設けて加熱することによりミラー側断面の温度
分布を制御することによってレーザー光線の拡散を防止
する方法である。更に、前記ミラー内の反射面側に冷却
水路を設けて冷却を行うと共に、前記ミラー内の反射面
側に冷却ガスを吹きつけて局部冷却を行いミラー側断面
の温度分布を制御することによりレーザー光線の拡散を
防止することを第四の特徴とする。
面側に冷却水路を設けて冷却を行うと共に、ミラーの裏
面側に温水路を設けるかミラーの裏面側近傍に加熱用ヒ
ーターを設けて加熱することによりミラー側断面の温度
分布を制御することによってレーザー光線の拡散を防止
する方法である。更に、前記ミラー内の反射面側に冷却
水路を設けて冷却を行うと共に、前記ミラー内の反射面
側に冷却ガスを吹きつけて局部冷却を行いミラー側断面
の温度分布を制御することによりレーザー光線の拡散を
防止することを第四の特徴とする。
【００１０】本発明は、また、レーザー溶接機における
伝送系の中のミラー表面の反射ビームの拡散量測定装置
とミラー断面温度分布制御機構を備えたレーザー光線伝
送系を設けたレーザー溶接装置を第五の特徴とするもの
である。
伝送系の中のミラー表面の反射ビームの拡散量測定装置
とミラー断面温度分布制御機構を備えたレーザー光線伝
送系を設けたレーザー溶接装置を第五の特徴とするもの
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に従来の一層冷却の場合にお
けるレーザー光線の拡散状況を説明する。一般にミラー
の諸部材はＣｕやＣｕ合金等の比較的熱影響を受け易い
材質で構成されている。そこで、レーザー光の吸収によ
るミラーの熱変形をＦＥＭ解析を行いレーザー光拡散を
調査した。その時のミラーの熱伝導解析結果を図１に示
す。図１において、１はミラーであり、２は冷却水路で
あり、ミラー温度が常に冷却水により一定に維持される
よう設計されている。なお、ミラーは直径３００mmの平
面鏡を用いた。
けるレーザー光線の拡散状況を説明する。一般にミラー
の諸部材はＣｕやＣｕ合金等の比較的熱影響を受け易い
材質で構成されている。そこで、レーザー光の吸収によ
るミラーの熱変形をＦＥＭ解析を行いレーザー光拡散を
調査した。その時のミラーの熱伝導解析結果を図１に示
す。図１において、１はミラーであり、２は冷却水路で
あり、ミラー温度が常に冷却水により一定に維持される
よう設計されている。なお、ミラーは直径３００mmの平
面鏡を用いた。
【００１２】しかし、実際のミラー１の照射中の温度分
布をみると、ミラー中心表面領域Ａの温度が最も高く、
ミラー中心裏面領域Ｅの温度より高く、そしてミラー半
径方向の外側にいくに従って冷却水近傍の温度に低下し
ていることが分かった。特に、ミラー中心表面領域Ａと
ミラー中心裏面領域Ｅの温度差は実に４℃前後になり、
この温度差がミラー表面の熱膨張を誘発し、図２に示す
ようにミラーがミラー中心表面領域Ａを中心に外側に彎
曲する反り現象が起き、ミラー表面に数μｍ程度の隆起
が生ずる。このため、レーザー光線の反射角のズレが起
き、遠方（例えば５０ｍ程度）にレーザー光線を受ける
別のミラーがある場合には、この反り現象のために吸収
率が数％に至る場合は、最大拡散量は５〜２０mmにまで
及び焦点が全然別方向に伝送される結果となり伝送系を
外れる可能性があり、自からのレーザーによって装置の
破壊に至る可能性がある。
布をみると、ミラー中心表面領域Ａの温度が最も高く、
ミラー中心裏面領域Ｅの温度より高く、そしてミラー半
径方向の外側にいくに従って冷却水近傍の温度に低下し
ていることが分かった。特に、ミラー中心表面領域Ａと
ミラー中心裏面領域Ｅの温度差は実に４℃前後になり、
この温度差がミラー表面の熱膨張を誘発し、図２に示す
ようにミラーがミラー中心表面領域Ａを中心に外側に彎
曲する反り現象が起き、ミラー表面に数μｍ程度の隆起
が生ずる。このため、レーザー光線の反射角のズレが起
き、遠方（例えば５０ｍ程度）にレーザー光線を受ける
別のミラーがある場合には、この反り現象のために吸収
率が数％に至る場合は、最大拡散量は５〜２０mmにまで
及び焦点が全然別方向に伝送される結果となり伝送系を
外れる可能性があり、自からのレーザーによって装置の
破壊に至る可能性がある。
【００１３】そこで、実際に照射中のミラーの拡散状況
をシミュレーションした結果を以下に示す。図３はこの
シミュレーションに用いたミラー断面の模式図を示し
た。先ず、レーザー光の拡散量は以下に式で表すことが
できる。 Ｓ＝ｆ（Ｌ，Ｔｃｓ，Ｔｃｂ，Ｔｃｗ，Ｚａ） ・・・（１） ここで、Ｓ：レーザー光線の拡散量（片側）、Ｌ：レー
ザー光線の到達地点とミラー間距離、Ｔｃｓ：ミラー中
心表面温度、Ｔｃｂ：ミラー中心裏面温度、Ｔｃｗ：冷
却水温度、Ｚａ：反り（曲げ）の形状係数である。
をシミュレーションした結果を以下に示す。図３はこの
シミュレーションに用いたミラー断面の模式図を示し
た。先ず、レーザー光の拡散量は以下に式で表すことが
できる。 Ｓ＝ｆ（Ｌ，Ｔｃｓ，Ｔｃｂ，Ｔｃｗ，Ｚａ） ・・・（１） ここで、Ｓ：レーザー光線の拡散量（片側）、Ｌ：レー
ザー光線の到達地点とミラー間距離、Ｔｃｓ：ミラー中
心表面温度、Ｔｃｂ：ミラー中心裏面温度、Ｔｃｗ：冷
却水温度、Ｚａ：反り（曲げ）の形状係数である。
【００１４】この内、Ｔｃｓ（ミラー中心表面温度）に
ついては、ミラー表面の吸熱、放熱に関係し、 Ｔｃｓ＝ｆ（ｑin） ・・・（２） ｑin＝Ｐ×λーｑout ・・・（３） で表すことができる。
ついては、ミラー表面の吸熱、放熱に関係し、 Ｔｃｓ＝ｆ（ｑin） ・・・（２） ｑin＝Ｐ×λーｑout ・・・（３） で表すことができる。
【００１５】ここで、Ｐ：レーザー光線の熱量、λ：ミ
ラー表面の吸収率、ｑin：ミラー内に取り込まれる熱
量、ｑout ：ミラー表面からの放熱量である。なお、レ
ーザー光線の熱量を一定とすると、 Ｔｃｓ＝ｆ（λ，ｑout ）・・・（４） の関係が成り立つ。
ラー表面の吸収率、ｑin：ミラー内に取り込まれる熱
量、ｑout ：ミラー表面からの放熱量である。なお、レ
ーザー光線の熱量を一定とすると、 Ｔｃｓ＝ｆ（λ，ｑout ）・・・（４） の関係が成り立つ。
【００１６】また、（１）式のＺａに関しては、ミラー
形状が図３に示した形状に類似する形状である場合に
は、 Ｚａ＝ｆ（ｔ，ｄ，Ｄ） の式で表すことができる。ただし、ｔ：ミラー厚み、
ｄ：実質ミラー径、Ｄ：支持部を含むミラー径を表す。
形状が図３に示した形状に類似する形状である場合に
は、 Ｚａ＝ｆ（ｔ，ｄ，Ｄ） の式で表すことができる。ただし、ｔ：ミラー厚み、
ｄ：実質ミラー径、Ｄ：支持部を含むミラー径を表す。
【００１７】ここで、設計上および運転管理上の制御を
踏まえ、ミラー形状および冷却水温度（Ｔｃｗ）をそれ
ぞれ一定にすると、レーザー光線の拡散量（Ｓ）は、 Ｓ＝ｆ（Ｌ，Ｔｃｓ，Ｔｃｂ）・・・（５） の関係に簡略化できる。従って、ある距離：Ｌ＝ｌにお
ける拡散量Ｓを管理値（ｓ）以内に抑えるためには、 ｓ≧Ｓ＝ｌ・ｆ（Ｔｃｓ，Ｔｃｂ）・・・（６） 式で整理することができるため、拡散量管理値（ｓ）は
ＴｃｓあるいはＴｃｂの一方、ないしはそれら両方を制
御することで最小にすることが可能になる。
踏まえ、ミラー形状および冷却水温度（Ｔｃｗ）をそれ
ぞれ一定にすると、レーザー光線の拡散量（Ｓ）は、 Ｓ＝ｆ（Ｌ，Ｔｃｓ，Ｔｃｂ）・・・（５） の関係に簡略化できる。従って、ある距離：Ｌ＝ｌにお
ける拡散量Ｓを管理値（ｓ）以内に抑えるためには、 ｓ≧Ｓ＝ｌ・ｆ（Ｔｃｓ，Ｔｃｂ）・・・（６） 式で整理することができるため、拡散量管理値（ｓ）は
ＴｃｓあるいはＴｃｂの一方、ないしはそれら両方を制
御することで最小にすることが可能になる。
【００１８】前述した制御例を具体的に説明すると、ミ
ラー中心表面温度（Ｔｃｓ）を低下させる場合にはミラ
ー表面からの放熱量（ｑOUT ）を増やせば良く、そのた
めにはミラー表面に空気または不活性ガス等の冷却ガス
を噴射して冷却することで達成される。また、ミラー中
心裏面温度（Ｔｃｂ）を上昇させる場合にはミラー裏面
に熱を加え、Ｔｃｂ＝ｆ（ｑbin ）、ただし、ｑbin は
ミラー裏面からの入熱量、で表すことができるため、ミ
ラー裏面近傍にヒーターを設置して加熱する方法やミラ
ー裏面側に水路を設けて温水を流してミラー裏面側を昇
温するような方法で達成することができる。
ラー中心表面温度（Ｔｃｓ）を低下させる場合にはミラ
ー表面からの放熱量（ｑOUT ）を増やせば良く、そのた
めにはミラー表面に空気または不活性ガス等の冷却ガス
を噴射して冷却することで達成される。また、ミラー中
心裏面温度（Ｔｃｂ）を上昇させる場合にはミラー裏面
に熱を加え、Ｔｃｂ＝ｆ（ｑbin ）、ただし、ｑbin は
ミラー裏面からの入熱量、で表すことができるため、ミ
ラー裏面近傍にヒーターを設置して加熱する方法やミラ
ー裏面側に水路を設けて温水を流してミラー裏面側を昇
温するような方法で達成することができる。
【００１９】図４は、上述した本発明に基づく実施例を
示すもので、図４（ａ）は、ミラー表面（反射面）側の
表面局部冷却の例を示したもので、ミラー中心表面にノ
ズル３より空気または不活性ガス等の冷却ガスを噴射し
てミラー中心表面を冷却し、ミラー表面（反射面）温度
＜ミラー裏面温度にする態様である。また、図４（ｂ）
および（ｃ）は、何れもミラー裏面加熱の例を示したも
ので、（ｂ）はミラー裏面に離間して設けたヒーターで
ミラー裏面を３０〜４０℃に加熱する態様であり、
（ｃ）はミラー裏面側表面直下に冷却水路と同様な形状
の温水通路を設け、温水温度：約３０〜４０℃を流して
加熱することにより、ミラー表面（反射面）およびミラ
ー裏面の温度差をできるだけ無くすような構造としたも
のである。
示すもので、図４（ａ）は、ミラー表面（反射面）側の
表面局部冷却の例を示したもので、ミラー中心表面にノ
ズル３より空気または不活性ガス等の冷却ガスを噴射し
てミラー中心表面を冷却し、ミラー表面（反射面）温度
＜ミラー裏面温度にする態様である。また、図４（ｂ）
および（ｃ）は、何れもミラー裏面加熱の例を示したも
ので、（ｂ）はミラー裏面に離間して設けたヒーターで
ミラー裏面を３０〜４０℃に加熱する態様であり、
（ｃ）はミラー裏面側表面直下に冷却水路と同様な形状
の温水通路を設け、温水温度：約３０〜４０℃を流して
加熱することにより、ミラー表面（反射面）およびミラ
ー裏面の温度差をできるだけ無くすような構造としたも
のである。
【００２０】このような構成をとることにより、ミラー
内部での反り力がバランスし、ミラーの反りはほぼ零に
まで可能になり、また、ミラー裏面の反りを強化するこ
とで凹状ミラー的な効果、すなわちレーザー光線拡散防
止が十分な程度得られるものである。更に、本発明を利
用したレーザー伝送システムを有するレーザー溶接装置
の例を図５に示した。図５において、レーザー発振器６
から発せられたレーザービーム７は、ミラー７で特定す
る方向に反射され、別のミラー８で受けてレンズ１０に
より焦点調整され加工対象物１１に照射されて所望の加
工を行うよう構成されている。このように構成されたレ
ーザー溶接装置において、本発明による特徴的な構成
は、冷却水路を内蔵したミラー７の背面近傍に裏面加熱
ヒーター１２を設け、更にミラー７の表面には非接触型
のミラー表面温度測定器１３を取り付け、更に別のミラ
ー８にはレーザー光線拡散の拡散量を測定する非接触型
のレーザー光線拡散測定器１４（例えばサーモピュア
等）を取り付けたことにある。このように必要機器を設
置した上で、レーザー光線拡散制御が行われる。すなわ
ち、前記ミラー表面温度測定器１３から得られたミラー
表面温度情報およびレーザー光線拡散測定器１４から得
られたレーザー光線拡散量情報に基づき、これらをＣＰ
Ｕ演算処理装置１５で演算処理してミラー７の裏面加熱
ヒーター１２を加熱すべく加熱温度制御情報を前記裏面
加熱ヒーター１２に与えてミラー表面温度制御およびレ
ーザー光線拡散制御を加工対象物あるいは他の制御要因
と併せて適切に制御することで安定したレーザー伝送が
長期間にわたって実現できるものである。
内部での反り力がバランスし、ミラーの反りはほぼ零に
まで可能になり、また、ミラー裏面の反りを強化するこ
とで凹状ミラー的な効果、すなわちレーザー光線拡散防
止が十分な程度得られるものである。更に、本発明を利
用したレーザー伝送システムを有するレーザー溶接装置
の例を図５に示した。図５において、レーザー発振器６
から発せられたレーザービーム７は、ミラー７で特定す
る方向に反射され、別のミラー８で受けてレンズ１０に
より焦点調整され加工対象物１１に照射されて所望の加
工を行うよう構成されている。このように構成されたレ
ーザー溶接装置において、本発明による特徴的な構成
は、冷却水路を内蔵したミラー７の背面近傍に裏面加熱
ヒーター１２を設け、更にミラー７の表面には非接触型
のミラー表面温度測定器１３を取り付け、更に別のミラ
ー８にはレーザー光線拡散の拡散量を測定する非接触型
のレーザー光線拡散測定器１４（例えばサーモピュア
等）を取り付けたことにある。このように必要機器を設
置した上で、レーザー光線拡散制御が行われる。すなわ
ち、前記ミラー表面温度測定器１３から得られたミラー
表面温度情報およびレーザー光線拡散測定器１４から得
られたレーザー光線拡散量情報に基づき、これらをＣＰ
Ｕ演算処理装置１５で演算処理してミラー７の裏面加熱
ヒーター１２を加熱すべく加熱温度制御情報を前記裏面
加熱ヒーター１２に与えてミラー表面温度制御およびレ
ーザー光線拡散制御を加工対象物あるいは他の制御要因
と併せて適切に制御することで安定したレーザー伝送が
長期間にわたって実現できるものである。
【００２１】
【発明の効果】上述したように、本発明は、従来、レー
ザー光線の吸収によるミラーの熱膨張に起因するレーザ
ー光線の拡散により不可能だった大出力レーザー光線の
長距離伝送が可能になり、また、温度制御系を付加する
ことで長期間安定した伝送が可能になった。
ザー光線の吸収によるミラーの熱膨張に起因するレーザ
ー光線の拡散により不可能だった大出力レーザー光線の
長距離伝送が可能になり、また、温度制御系を付加する
ことで長期間安定した伝送が可能になった。
【図１】レーザー照射時におけるミラーの温度分布を示
す図。
す図。
【図２】レーザー照射時におけるミラーの熱膨張による
変形を示す図。
変形を示す図。
【図３】ミラー温度制御のシミュレーションを示す図。
【図４】本発明によるミラー温度制御の具体的手段を示
す図で、（ａ）は ミラー表面局部加熱方式で、（ｂ）
および（ｃ）はミラー裏面加熱方式を示す図である。
す図で、（ａ）は ミラー表面局部加熱方式で、（ｂ）
および（ｃ）はミラー裏面加熱方式を示す図である。
【図５】本発明によるミラー裏面加熱によるレーザー光
線拡散防止レーザー伝送装置の概略を示す模式図。
線拡散防止レーザー伝送装置の概略を示す模式図。
１…ミラー ２…冷却路 ３…ノズル ４…ヒーター ５…温水路 ６…レーザー発振器 ７…レーザービーム ８…ミラー ９…ミラー １０…レンズ １１…加工対象物 １２…ミラー裏面加熱ヒーター １３…ミラー表面温度測定器 １４…レーザー光線拡散量測定器 １５…ＣＰＵ演算処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城戸 基 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラーの表面昇温による反りに釣り合うような、または
それ以上の逆反りが起こるようにミラー裏面近傍を加熱
し、ミラー側断面の温度分布を制御することによりレー
ザー光線の拡散を防止することを特徴とするレーザー溶
接装置におけるレーザー光線拡散防止方法。 - 【請求項２】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラーの拡散量管理値（ｓ）を一般式； 拡散量管理値（ｓ）≧Ｓ＝ｌ×ｆ（Ｔｃｓ，Ｔｃｂ） でミラー側断面の温度分布を制御することによりレーザ
ー光線の拡散を防止するこを特徴とするレーザー溶接装
置におけるレーザー光線拡散防止方法。但し、ここで
Ｓ：拡散量、ｌ：ミラー間距離、Ｔｃｓ：ミラー中心表
面温度、Ｔｃｂ：ミラー中心裏面温度である。 - 【請求項３】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラー内の反射面側に冷却水路を設けて冷却を行うと共
に、ミラーの裏面側に温水路を設けるかミラーの裏面近
傍に加熱用ヒーターを設けて加熱することによりミラー
側断面の温度分布を制御することによってレーザー光線
の拡散を防止することを特徴とするレーザー溶接装置に
おけるレーザー光線拡散防止方法。 - 【請求項４】 レーザー溶接装置における伝送系の中の
ミラー内の反射面側に冷却水路を設けて冷却を行うと共
に、前記ミラー内の反射面側に冷却ガスを吹きつけて局
部冷却を行いミラー側断面の温度分布を制御することに
よりレーザー光線の拡散を防止することを特徴とするレ
ーザー溶接装置におけるレーザー光線拡散防止方法。 - 【請求項５】 レーザー溶接機における伝送系の中のミ
ラー表面の反射ビームの拡散量測定装置とミラー断面温
度分布制御機構を備えたレーザー光線伝送系を設けたこ
とを特徴とするレーザー溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078287A JPH10272587A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | レーザー光線拡散防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9078287A JPH10272587A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | レーザー光線拡散防止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10272587A true JPH10272587A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13657745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9078287A Withdrawn JPH10272587A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | レーザー光線拡散防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10272587A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011142350A1 (ja) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 三菱重工業株式会社 | 溶接装置 |
| JP2012119723A (ja) * | 2012-02-14 | 2012-06-21 | Japan Steel Works Ltd:The | レーザ照射方法及びその装置 |
| KR20170088250A (ko) * | 2016-01-22 | 2017-08-01 | 주식회사 포스코 | 방향성 전기강판의 자구미세화 방법과 그 장치 |
| CN113838783A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 激光退火设备 |
| CN115483597A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-16 | 深圳综合粒子设施研究院 | 低温反射镜面形控制装置、同步辐射装置及自由电子激光装置 |
| CN116315996A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-23 | 深圳综合粒子设施研究院 | 反射镜模组、同步辐射装置及自由电子激光装置 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP9078287A patent/JPH10272587A/ja not_active Withdrawn
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