JPH11277286A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH11277286A
JPH11277286A JP10078808A JP7880898A JPH11277286A JP H11277286 A JPH11277286 A JP H11277286A JP 10078808 A JP10078808 A JP 10078808A JP 7880898 A JP7880898 A JP 7880898A JP H11277286 A JPH11277286 A JP H11277286A
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JP
Japan
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optical path
duct
branch
temperature
laser processing
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Application number
JP10078808A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Azuma
達也 東
Tsukasa Matsuno
司 松野
Shuichi Sawai
秀一 澤井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ発振器から出力されるレーザ光を歪み
なく集光レンズまで伝搬し、且つ高い清浄効果によって
光路ダクト内の局所的な温度上昇を回避することで長期
的な安定加工を可能とするレーザ加工装置を得ること。 【解決手段】 レーザ発振器1から導かれたレーザ光2
が被加工物8に至る光路に光路ダクト3を設けてなるレ
ーザ加工装置において、光路ダクト3内の長手方向に沿
った複数箇所の温度を測定する温度測定器12と、この
温度測定器12の出力に基づいて光路ダクト3内の気体
の温度分布を均一かつ一定値に維持する温度制御装置1
3とを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばレーザ加
工装置のビーム伝搬の安定化技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のレーザ加工装置は図6に示すよう
に構成され、レーザ発振器1から発射されたレーザ光2
は、保護と安全のための保護カバーの機能を有する光路
ダクト3を通してレーザ光折曲げ用の全反射ミラー4へ
と導かれる。そして、この全反射ミラー4により発振器
1から発射されたレーザ光は90°折曲げられ集光レン
ズ5に導かれる。この集光レンズ5でレーザ光2は集光
され、加工ノズル6を通して、テーブル7上に設置され
た被加工物8に照射される。この種のレーザ加工装置に
おいては、光路内の空気を清浄な状態に保つために光路
の途中に空気流入口9を設け、コンプレッサー10によ
って一定圧力のドライエアーを光路内に供給しており、
光路内に入った空気は光路の先端部、例えば加工ノズル
6の近傍の小孔11から排出される構造となっている。
これらの構造により、光路内の空気圧力を外気圧よりも
僅かに高い圧力に保持し、外部から光路内に塵埃が侵入
して全反射ミラー4等の光学部品が汚染されるのを防ぐ
ようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来のレーザ加工装置の光路伝搬装置においては、例え
ば光走査形レーザ加工装置のようにレーザ光を長距離に
わたって伝搬する場合、光路内の清浄効果が十分に得ら
れないため、光路内の空気中に滞留している塵埃がレー
ザ光によって熱せられ、光路内で温度差が生じる。この
ような局所的な温度差により、光路内では空気密度に偏
りが生じ、レーザ光は気体の熱レンズ効果から屈折現象
を起すため、レーザ光の光軸が変化したり光路中のレー
ザ光の径が変化したりする。この結果、必然的に集光レ
ンズに入射するレーザ光の径も変化するため、集光スポ
ット径が変化したり焦点位置が変化したりして正常な切
断が出来なくなるといった問題があった。
【0004】本発明は上述の欠点を解消するためになさ
れたものであり、レーザ発振器から出力されるレーザ光
を歪みなく集光レンズまで伝搬し、且つ高い清浄効果に
よって光路内の局所的な温度上昇を回避することで長期
的な安定加工を可能とするレーザ加工装置である。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工装置は、光路ダクト内の長手方向に沿った複数箇所の
温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段の出
力に基づいて上記光路ダクト内の気体の温度分布を均一
かつ一定値に維持する温度制御手段とを設けたものであ
る。
【0006】また、光路ダクトと連通する分岐流出路及
び分岐流入路を有する分岐ダクトと、この分岐ダクト内
に設けられ上記光路ダクトから上記分岐流出路を通じて
流出した空気を上記分岐流入路を通じて上記光路ダクト
へ流入させることにより上記光路ダクト内の空気を循環
させるファン及び熱交換器とを設け、上記ファンは温度
制御手段からの出力に基づいて動作するものである。
【0007】また、分岐流入路が複数設けられているも
のである。
【0008】また、分岐ダクト内に流量制御弁を設けた
ものである。
【0009】さらに、分岐ダクト内のファンの近傍に塵
埃除去用のフィルタを設けたものである。
【0010】また、複数の分岐流入路は、光路ダクト内
の温度測定手段によって温度を測定される位置に対応し
てそれぞれ設けられているものである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.この発明の第1の
実施の形態によるレーザ加工装置を、図1を用いて説明
する。図1において、符号1乃至8は、従来例の図面の
ものと同一または相当のものであるため、説明を省略す
る。12は温度測定器、13は温度制御装置である。レ
ーザ発振器1から発振されたレーザ光2は、パイプ形状
をした保護と安全の光路ダクト3を通ってレーザ光折曲
げ用の全反射ミラー4へと導かれる。そして、この全反
射ミラー4により90°折曲げられた後集光レンズ5で
レーザ光2は集光され、加工ノズル6を通ってテーブル
7上に設置された被加工物8に照射される。上記の装置
は、長距離にわたってレーザ光を伝搬して溶接、孔明け
等のレーザ加工を行う時、レーザ光の質および形状によ
って加工状態が変化する。例えば、レーザ溶接では溶接
深さ、溶接幅が変化する。また、レーザ切断では、切断
幅の大小、溶融物の付着の有無などの影響がある。これ
は、光路ダクト3内で生じた局所的な温度差により空気
の密度が偏り、レーザ光2が気体の熱レンズ効果から屈
折現象を引き起こすためである。このような、光路ダク
ト3内において発生する局所的な温度分布を計測する手
段として光路ダクト3に温度測定器12を図1のごとく
複数個設置し、それぞれの箇所における光路内の温度を
測定出来る様になっている。また、光路ダクト3に設置
された全ての温度測定器12は温度制御装置13によっ
て集中管理出来る様になっており、常時、光路ダクト3
内の温度分布が把握出来る。
【0012】さらに、温度測定器12と一体的に、冷却
器を設け、この複数箇所の冷却器によって、光路ダクト
3内の空気を冷却するなどして、光路内の気体の温度分
布を均一かつ一定値に維持するようにしてもよい。
【0013】実施の形態2.次にこの発明の第2の実施
の形態によるレーザ加工装置を、図2を用いて説明す
る。図2において、符号1乃至8、及び12、13は、
第1の実施の形態の図面のものと同一または相当のもの
であるため、説明を省略する。14は分岐流出路、15
は分岐流入路、16は熱交換器、17はファンである。
分岐流出路14及び分岐流入路15が分岐ダクトを構成
している。また、複数の分岐流入路15は、光路ダクト
3内の温度測定器12が設置されている位置に対応して
それぞれ設けられている。光路ダクト3に設置された複
数の温度測定器12の測定結果から、温度制御装置13
は平均値Mを算出する。各測定点における平均値Mとの
偏差がある一定の基準を超えた場合、温度制御装置13
は熱交換器16及びファン17を作動させる指令を出
す。ファン17が回転すると光路ダクト3の両端(発振
器1側と全反射ミラー4側)に接続された分岐流出路1
4を通って光路ダクト内の空気が吸い上げられ、熱交換
器16で冷却された後、再び分岐流入路15を通って光
路ダクト3内に戻る。このように、光路ダクト3内の空
気は、各測定点における温度測定結果と平均値Mとの偏
差がある基準値以内に収束するまで熱交換器16を介し
て循環し続ける。
【0014】実施の形態3.次にこの発明の第3の実施
の形態によるレーザ加工装置を、図3を用いて説明す
る。図3において、符号1乃至8、及び12乃至17
は、第2の実施の形態の図面のものと同一または相当の
ものであるため、説明を省略する。18は流量制御弁で
ある。上述の第2の実施の形態で示したものは、複数の
分岐流入路15から、ある一定温度の空気が同時に同量
だけ光路ダクト3へ流入するものであるが、この第3の
実施の形態のものでは、光路ダクト3に接続された複数
の分岐流出路15のそれぞれに流量制御弁18を設置
し、光路ダクト3内の温度分布を集中管理する温度制御
装置13が、各流量制御弁18に、最も適切かつ効率的
な冷却効果の得られる流量の指令を出す。例えば、温度
制御装置13にて算出された平均値Mよりも温度の高い
箇所に空気を流入させる分岐流入路15の流量制御弁1
8には、弁を大きく開く指令を出し、温度の低い箇所に
設置された流量制御弁18には、弁を閉じる指令を出
す。各測定点における温度測定結果と平均値Mとの偏差
がある基準値以内に収束すれば全ての流量制御弁18は
閉じ、熱交換器16及びファン17の動作もこれと同時
に停止する。
【0015】実施の形態4.次にこの発明の第4の実施
の形態によるレーザ加工装置を、図4を用いて説明す
る。図4において、符号1乃至8、及び12乃至17
は、第3の実施の形態の図面のものと同一または相当の
ものであるため、説明を省略する。19は分岐中間路で
ある。この第4の実施の形態のものでは、複数に枝分か
れした分岐中間路19のそれぞれに熱交換器16及びフ
ァン17を設置し、さらに光路ダクト3内の空気の熱交
換効率を向上したもである。分岐流出路14からの複数
の分岐中間路19と光路ダクト3との接続部分の近辺に
配された温度測定器12の測定結果を温度制御装置13
にフィードバックされる。温度制御装置13は測定結果
から平均値Mを算出し、各測定点における偏差を元に、
それぞれの熱交換器16に冷却あるいは加熱の指令を与
える。この時、各熱交換器16と併設されたファン17
が作動するため、光路ダクト3内の空気は分岐流出路1
4から吸い上げられた後、各熱交換器16を介して冷却
あるいは加熱され、再び光路ダクト3内に流入する。ま
た、温度制御装置13がファンの回転数も同時に制御す
れば、より短時間で光路ダクト3内の空気の温度分布が
均一になる。最終的に、各測定点における温度測定結果
と平均値Mとの偏差がある基準値以内に収束すれば全て
の熱交換器16及びファン17は停止する。
【0016】実施の形態5.次にこの発明の第5の実施
の形態によるレーザ加工装置を、図5を用いて説明す
る。図5において、符号1乃至8、及び12乃至17、
19は、第4の実施の形態の図面のものと同一または相
当のものであるため、説明を省略する。20はフィルタ
である。この第5の実施の形態では、各熱交換機16の
直後にフィルタ20を装着したため、ファン17の回転
によってレーザ発振器1及び全反射ミラー4の近辺から
吸い出された塵埃を含んだ光路ダクト3内の空気は、熱
交換器16を介して再び光路ダクト3内に循環する途中
で、フィルタ20によってろ過される。これによって、
光路ダクト3には常に清浄な空気が流入することにな
る。
【0017】
【発明の効果】以上に述べたようにこの発明によれば、
光路ダクト内の長手方向に沿った複数箇所の温度を測定
する温度測定手段と、この温度測定手段の出力に基づい
て上記光路ダクト内の気体の温度分布を均一かつ一定値
に維持する温度制御手段とを設けたことにより、レーザ
光の熱による光路内の局所的な温度上昇を抑えることが
でき、レーザ光が屈折現象を起したり歪んだ状態で伝搬
される事なく、安定した加工を実現できるという効果を
奏する。
【0018】また、光路ダクトと連通する分岐流出路及
び分岐流入路を有する分岐ダクトと、この分岐ダクト内
に設けられ上記光路ダクトから上記分岐流出路を通じて
流出した空気を上記分岐流入路を通じて上記光路ダクト
へ流入させることにより上記光路ダクト内の空気を循環
させるファン及び熱交換器とを設けたことにより、光路
内の局所的な温度上昇を簡単な構成で抑えることがで
き、レーザ光が屈折現象を起したり歪んだ状態で伝搬さ
れる事なく、安定した加工を実現できるという効果を奏
する。
【0019】また、分岐流入路が複数設けられているた
め、冷却された空気を光路内の広い範囲に行き渡り易く
し、光路内の温度分布を均一に保持し易くなるという効
果を奏する。
【0020】また、分岐ダクト内に流量制御弁を設けた
ことにより、光路ダクトへ流入する空気を、弁の開閉の
みで簡単に制御することができるという効果を奏する。
【0021】さらに、分岐ダクト内のファンの近傍に塵
埃除去用のフィルタを設けたことにより、光路内に侵入
した塵埃を除去し、光路内を常時清浄化することによっ
て、塵埃を原因とした光路内における発熱現象を抑制す
ることができるという効果を奏する。
【0022】また、複数の分岐流入路が光路ダクト内の
温度測定手段によって温度を測定される位置に対応して
それぞれ設けられているため、光路ダクト内の温度変化
が生じている箇所に直接対応することができ、効率的な
温度制御が可能になるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態のレーザ加工装
置を示す概略図である。
【図2】 この発明の第2の実施の形態のレーザ加工装
置を示す概略図である。
【図3】 この発明の第3の実施の形態のレーザ加工装
置を示す概略図である。
【図4】 この発明の第4の実施の形態のレーザ加工装
置を示す概略図である。
【図5】 この発明の第5の実施の形態のレーザ加工装
置を示す概略図である。
【図6】 従来のレーザ加工装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 レーザ光 3 光路ダクト 12 温度測定器 13 温度制御装置 14 分岐流出路 15 分岐流入路 16 熱交換器 17 ファン 18 流量制御弁 19 分岐中間路 20 フィルタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から導かれたレーザ光が被
    加工物に至る光路に光路ダクトを設けてなるレーザ加工
    装置において、上記光路ダクト内の長手方向に沿った複
    数箇所の温度を測定する温度測定手段と、この温度測定
    手段の出力に基づいて上記光路ダクト内の気体の温度分
    布を均一かつ一定値に維持する温度制御手段とを設けた
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 光路ダクトと連通する分岐流出路及び分
    岐流入路を有する分岐ダクトと、この分岐ダクト内に設
    けられ上記光路ダクトから上記分岐流出路を通じて流出
    した空気を上記分岐流入路を通じて上記光路ダクトへ流
    入させることにより上記光路ダクト内の空気を循環させ
    るファン及び熱交換器とを設け、上記ファンは温度制御
    手段からの出力に基づいて動作するものであることを特
    徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 分岐流入路が複数設けられていることを
    特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
  4. 【請求項4】 分岐ダクト内に流量制御弁を設けたこと
    を特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
  5. 【請求項5】 分岐ダクト内のファンの近傍に塵埃除去
    用のフィルタを設けたことを特徴とする請求項2に記載
    のレーザ加工装置。
  6. 【請求項6】 複数の分岐流入路は、光路ダクト内の温
    度測定手段によって温度を測定される位置に対応してそ
    れぞれ設けられていることを特徴とする請求項3に記載
    のレーザ加工装置。
JP10078808A 1998-03-26 1998-03-26 レーザ加工装置 Pending JPH11277286A (ja)

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Cited By (5)

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