JPS60260177A - レ−ザビ−ムの変調方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

わ、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
によっ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■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ずべく、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５
８−１６３９１２円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
ーディ比が一定であり、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った。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 −本発明は上記のごとき同角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どぎ、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ィ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。

ｄ０問題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ｔｃ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。

０１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ぎ、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、回転板ど一
体的に回転ブ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。したがって、パルス化されたレーザビーム
のデユーティ比が変更されることとなる。

ｆ、実施例 第１図を参照ザるに、レーザ加工装置が総括的に符号］
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ぎレーザ発振器３が装着しである
。レーザ光振器３は一般的なものであって、レーザビー
ムＩＢをレーザ加工装置１へ向っ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
ーザ光振器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
である。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Ｊる多数のスライドボールが備えられている。ビー
ム部月９の先端部には加工ヘッド１３が備えられており
、この加工ヘッド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１
７はワークピースＷに焦点を合わせるように配置しであ
る。そして、加工ヘッド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１
５、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覆るように構成しで
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１１−ヤリッジ１９
を備えると共に、ワークピースＷを把持（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、加工ヘッド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１つの移動方向に
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
キヤソツジ１９に支承されている。し１ｃかって、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ｌＩリッジ１゛９．２１の移動によって加工ヘ
ッド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Ｊ：す、第１、第２のキレリッジ１９．２１
によって加工ヘッド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によって加］−できるものである。レーデ
発振器３から発振されたレーザ“ビームＬＢは加工ヘッ
ド１３へ照射され、ミラー組立体１５によって下方向へ
屈折指向される。

そして、レーザビームＬＢは、焦点レンズ１７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］：ヘッド１３の間のレーザビ
ームＬＢの経路中には、レーザ発振器３がら発振された
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−Ｃ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づるための冷
却室２９を備えたベースプレート３１等より構成しであ
る。より詳細には、隔壁部材３３によってベースプレー
１−３１と蓋部材３５とを離隔しかつ密封することによ
って冷Ｎｌ室２９が形成してあり、冷却室２９には冷却
水を給排するだめのエルボジョイン１−３７が複数接続
しである。

上記ベースブレート３１の中央部には、冷却室２９を貫
通した円筒体３９が取付けである。この円筒体３９はレ
ーザ加１機１に備えたレーザ導管１丁に接続するもので
ある。したがって、レーザ発振器３から発振されたレー
ザビームＬ’Ｂ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４．
、Ｉ　Ｃ，＝１．１　Ｉ）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である。スリーブ４１　
Ａには、スリーブ４１　Ａ　／ａＺ貫通した回転軸４３
Ａが複数の軸受４５を介し−Ｃ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７！１７Ａが一体的に取付りである
。回転板４７△はレーザ発振器３から発振されるレーザ
ビームＬＢの経路りを遮断自在に横切っており、経路り
を横切る部分の位置には、例えば切欠きあるい１．！孔
のごとき適宜の透過部４９Ａが等間隔にＷｉＩ１１個形
成しである。

本実施例においては、第４図に示されるＪ：うに、透過
部４９Ａは８個形成しであるが、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の回転によって透過部４
．９　Ａがレーザビーム［Ｂの経路１−に一致している
とぎにのみ、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］−に位置しないときには、
レーザビームＬＢは回転板４７Ａによつ’Ｃ１１ｌ！ｌ
ｉされた状態となる。したがってレーザ加工装置１の加
工ヘッド１３ｈ向へ照射されるレーザど一ム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４１８〜
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〜４’ＩＤには、各スリーブ
４１Ｂ〜４１Ｄを貫通ずると共に前記ピストンロッド５
５を貫通した回転＠４３Ｂ〜’１３０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１１ｑｌｉ　４３　Ａよりも
順次短くなっており、各回転軸４３８〜４３Ｄ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（プである。

したがって、レーザ発振器３から発振されたレーザど−
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が経路しに一致したとぎにの
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ビス］
・ンロツド５５の先端部には、各回転板４７Ｂ〜４７’
Ｄに対応する補助回転板５９８〜５９Ｄ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６１Ｂ〜６１Ｄが形成しである。各
補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄにおける透過部６１Ｂ〜６１
Ｄの数はそれぞれ異なっており、本実施例においては、
補助回転板５９Ｂには４つの透過部６１Ｂが智間隔に、
また補助回転板５９Ｃには２つの透過部６１Ｃが対称位
置に、さらに補助回転板５９Ｄには１つの透過部６１Ｄ
が形成しである。

上記構成により、各回転板４７Ａ〜４７Ｄの各透過部４
９Ａ〜４９　Ｄ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「に一
致したときにのみ、レーザど一ム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
各ピストンロッド５５と一体的に軸方向へ移動自在であ
って、各補助回転板５９８〜５９Ｄが各回転板４．７　
Ｂ〜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４７８〜４
７Ｄには各係合凹部６３に係脱自在な係合凸部６５が設
けである。

各回転板４７Ｂ〜４７Ｄの係合凸部６５と各補助回転板
５９８〜５９Ｄの係合凹部６３とが係合した状態のとぎ
には、各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄの透過部６１Ｂ−６
１Ｄと各回転板４７Ｂ〜４７Ｄの適宜位置の透過部４９
　Ｂ〜４９Ｄとが一致した状態にあり、各回転板４７８
〜４７［）と各補助回転板５９Ｂ〜５９Ｄは各々一体向
に回転する。

また、各補助回転板５９８〜５９Ｄには、前記各シリン
ダ５１に取付けた複数の固定ビン６７の先端部６７Ｅと
係脱自在な係合孔６９が形成しである。各補助回転板５
９８〜５９Ｄの係合孔６９が固定ビン６７の先端部６７
Ｅと係合した固定状態にあるときには、各補助回転板５
９Ｂ〜５９Ｄの適宜位置の透過部６１Ｂ−６１Ｄはレー
ザビームＬＢの経路１−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４
７Ｂ〜４７Ｄの係合凸部６５とは１ｍ脱した状態にある
。

以上のごとき構成より理解されるにうに、各シリンダ５
１を適宜に作動することにより、適宜の補助回転板５９
Ｂ〜５９Ｄを個別に停止状態に、あるいは各回転板４７
　Ｂ〜４７　Ｄ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４３Ａ〜４
３Ｄを同期回転するために、各回転軸４３Ａ〜４３Ｄの
各他端部にはそれぞれプーリ７１Ａ〜７１Ｄが取付（プ
てあり、各プーリ７１Ａ・〜７１Ｄにはエンドレス状の
ベルト７３が掛回しである。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にはざらに従動プーリ
７５（第３図参照）が取付りてあり、この従動プーリ７
５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に掛回しである。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
ラケット８３を介して前記ベースプレー１〜３１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４３
Ａ〜４３Ｄおよび各回転板４７Ａ〜４７Ｄが同期して回
転することとなる。したがって、各回転板４７Ａ〜４７
Ｄに形成した複数の透過部４９　Ａ〜４９Ｄは、レーザ
ビームＬＢの経路１−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
とによって変更し得るものである。

前記回転軸４３Ａ〜４３Ｄを停止状態に固定覆るために
、変調装置２７には［ｊツクシリンダ８５が設けられて
いる。づなわち、第３図に最も良く示されているように
、ロックシリンダ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にブラケット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
ンロッド９１にはロックシリンダ８５に形成したスリッ
ト８５Ｓに嵌入したドグピン９３が固定してあって、回
動を規制されている。ピストンロッド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
向に穿設しである。ざらにピストンロッド９１の端面は
軸心に対し傾斜した態様のカム面９１Ｃに形成しである
。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
しである。

上記構成により、ロックシリンダ８５の作動によってピ
ストンロッド９１の穴９１Ｈに１転軸４３Ａの他端部が
嵌入され、回転ＩＩ！１１４３Ａに備えたピン９５がカ
ム面９１Ｇによっ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〜４．
３　ｌ）　ｂ各プーリ７１Ａ〜７１Ｄおよびベル１−７
３を介して（り１１された状態にある。このように各回
転Ｉｒ１ｌＩ１４３Ａ−７１３Ｄが停止された状態にあ
るとぎには、各回転板４．７Ａ〜４７Ｄの適宜透過部４
９Ａ〜４９Ｄおよび各補助回転板５９［３〜５９［］の
適宜透過部６１Ｂ〜６１ＤはレーザビームＬＢの経路り
に一致した状態にあって、し〜ザビームＬＢの透過を許
容するように構成しである。したがって、レーザ発振器
３がレーザビームＬＢを連続発振ｌノでいるどきには、
ロックシリンダ８５の作動にＪ、って各回転軸４３Ａ〜
４３０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がレーザ加工賃′Ｉ１１へ照射される
ことどなる。

前記各回転軸４３Ａ〜４３Ｄがロックシリンダ８５によ
って固定された状態にあるか否かを検出するために、ロ
ックシリンダ８５に近接した位置にはリミットスイッチ
ＬＳＩ、ＬＳ２が配設しである。第３図より明らかなよ
うに、リミットスイッチ［Ｓｌ、ＬＳ２は、前記ベース
プレート３１に取付けたブラケット９７に支承されてお
り、前記ピストンロッド９１のストロークエンドにおい
てドグピン９３によって作動されるように配置しである
。したがって、リミットスイッチ１−８１、ＬＳ２の作
動状態を知ることにより、各回転軸４３Ａ〜４３０が停
止状ｆポあるいは回転可能な状態にあるかを知ることが
（パさる。

以上のごとき構成において、各シリンダ５１におりるピ
ストンロッド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。ぞしてモータ７９によって各回転軸４３Ａ〜
／１．３　Ｄ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４９　Ａ−４９Ｂがレー
ザビーム１−　Ｂの経路りに一致したときにのみレーザ
ビームしＢの透過が許容される。したがって、レーザ発
振器３から発振されるレーザビームＬ　Ｂが連続発振で
あっても、レーザビームＬＢを機械的にパルス化するこ
とができる。本実施例においでは、各回転板４７Ａ−４
７Ｄには８個の透過部４９Ａ〜４９Ｄがそれぞれ設（プ
であるので、レーザビームしＢは各回転板４７Ａ〜４７
Ｄの１回転当り８パルスとなる。なお、を−夕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
ザビームしＢ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ッド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、伯の補助回転板Ｅｊ
９Ｃ１５９Ｄを停止状態に保持してモータ７９によって
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ｄ５いては４個の透過部６１Ｂ
が設けられているに過ぎないので、レーデビームＬ　Ｂ
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は本実施例においては２個であるので、レーザ
ビーム１−１３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
＆４７Ｄと一体化−ｔＪ−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ご−ムＬＢを、回転板４７Ａ〜／
Ｉ７Ｄの１回転当り適宜パルスのパルス１ノーザに変調
できる。換言覆れば、回転板４７Ａ〜４．７　［）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
ーザのデユーティ比を調節できるものである。

Ｑ９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
ている場合であっても、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デに変調でき、しかも
パルスレー１ｆのデユーティ比を変更することができる
。したがって、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■や微細加工等に応じて連続発振レーザやデユーティ
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。よって加工能率の向−
Ｆおよび加工精度の向−ヒ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っては、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図におけるト（線に沿った拡大矢
視図、第３図は第２図における■−■線に沿った断面図
、第４図は第１図にお（プるＩＶ　−ＩＶ線に沿った拡
大矢視図である。 １Ｂ・・・レーザビーム、４７Ａ〜４７Ｄ・・・回転板
、４９Ａ−、−４，９１３・・・透過部、５９８〜５９
Ｄ・・・補助回転板 第１図 箪２図 １

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザビームの透過部を適宜間隔に形成した複
   数の回転板によっ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く、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ディ比を変えること
   を特徴とするレーザビーム変調方法。
2. （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紅路を横切り自在な位置に配置し
   て設（プ、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（」ると共に、各補助回転板
   に形成しｌζレーザど−ムの透過部の故を、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. （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。