JPS6044192A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPS6044192A
JPS6044192A JP58152380A JP15238083A JPS6044192A JP S6044192 A JPS6044192 A JP S6044192A JP 58152380 A JP58152380 A JP 58152380A JP 15238083 A JP15238083 A JP 15238083A JP S6044192 A JPS6044192 A JP S6044192A
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Muneharu Kutsuna
宗春 沓名
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Nagoya University NUC
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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】 技術分野 本発明は、レージ゛の高−[ネルギー密疫を利用して各
種の材料に各種の加工を施−4レーリ”加工の装置おJ
、び方法に関し、特に、任意所望のレーザヒームパター
ンを形成してレーザエネルギーを多種多様の加工に利用
し得るようにしたものである。
従来技術 従来、この種レーリ゛加丁の技術分野にJ3いては、木
材、イ11、プラスデック、刀ラス、セラミックスおよ
び全屈など各種のIA2+1よりなる製品についで、切
断、穿孔、模4.)−加工、溶接、合金化、肉盛、夕(
1処狸なと各種の加工技術がtill究され、実用化さ
れつつある。かかるレーザ加]−に用いるレーザ発振器
についても、発振出力の増大とどもに、発振ヒームモー
ドも、ガウス分イ1型、準ガ・クス分イII!1′!、
三日月型など種々のモー1へか実用されでおり、レーザ
加工に際しては、かかる各種モー1−のレージ”ビーム
をレンズあるいは反射鏡により導いて集光し、被加工物
の表面に当てるようにしている。しかしながら、従来の
レー!f加工におい・ては、一般に、一つのレーザ光振
器から1qられるレーザビームのモー1〜は1種類乃至
2種類に留J、す、多(鴫f多様の加」二の目的を達成
づるには、1本11ヒ的に不I分な場合が多かった。し
たが・)て、かかるレーザ”ビームを、光学系により、
左右あるいiJ1前後に揺動させて適1.7Iなエネル
ギー分イIiを何づる熱源を形成するように工夫がなさ
れていたが、かかる工ンルキー分布形成に用いる光学系
によっ(−t)、限られた形態のビームモードしか形成
し’Irr ’J”、ジー1F加工の多目的利用には不
十分でdうる、という欠点があった。
発明の要点 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、レーザ
による熱源のエネルギー分布を形成りる光学系を適切に
構成して、1種類ノジ至2種類のレーザ発振ビームのモ
ードを分光・集光することによって無数に近い種類のビ
ームパターンを形成し、レーザ・エネルギーを任意所望
の多目的に利用し1qるようにしたレーザ”加工の装置
および方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来はレーザ加工によっては極め
て困難とされていた態様の加]二技tij /!:可能
にJるレーリ゛加工の装置J3よび方法を提供づること
にある。
ヅなわら、本発明は、多面鏡により分光したレーザビー
ムを適切に集、光して組合わせ、さらに、回転さμれば
軸対称に種々の形態のエネルギー分イDが1qられるこ
とに着目してなしたちのであり、回転軸に治って導入し
たレーザ光により複数個の鏡面を有する鏡体の各前記鏡
面をJt通に照q・]シ、前記複数個の鏡面にそれぞれ
対向させて配設した複数個の凹面鏡により各前記鏡面に
て反6’l シた1)す記レーザ光をそれぞれ反111
Jさμ゛C前記回転す1l11上の所定の位置にぽぼ集
光づるととbに、前記銃体j3よび前記複数個の凹面鏡
を一体にし°(前記回転軸の周りに回転させることによ
り、前記所定の位置に配置した被加工物上に回転軸対l
a1のJネルギー分イhを形成して加工するようにした
ことを特徴どするものである。
実施例 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
Jる。
J、す゛、本発明にJ:るレーザ加工装置の貝1ホ的、
R,j成の例を第1図に示す。図示の構成においては、
レーザ発振tiii (図示じず)から取出したままの
ン1リジナルレーザビーム1を支持枠2により保持した
多面体113に当てて複数本のレーザビームに分光する
。図示の例においては、2面体鏡3によりAリレナルレ
ーザビーム1を2分しくビー11’l aと41)とに
分()である。それら分光した各ビーム4a、41+を
凹面鏡支持枠5によりイれぞ′れ42’ #、1した凹
面鏡6a、61+にそれぞれ導いて反04さU被加工物
714)−1点に各反則ビーム8a、81)をほぼ集光
づる。
[)ホのような構成の光学系においくけ、多面1ホ鏡3
の各鏡面が互いに交差する頂貞J:5 J:び液加−1
−物7上のビーム集光点をAリジナルレ−量J”ビーム
1の軸上にそれぞれ位置δυ−1−ざ゛のヒ゛−ムlq
l+を回転の軸として多面体鏡3 J3よび各凹面鏡6
a、61〕よりなるこの光学系を高速回転さゼる。ずな
わら、図示のように構成して組合わせた各回転支持具9
、+0J3J:び11にJ:す、支持枠2、多面1ホ鏡
3、凹面鏡支持枠5 d3よび各凹面鏡6a、61+を
支持し、回転プーリ、ベルトやブ1−ンなどの回転伝尋
体13および駆動側回転プーリ14を順次に介して電動
モータ15により駆動しc1臼速疫に回転さける。
かかる偶成においで、多面i4−鏡3の1負点角19、
凹面鏡6Q、611の間隔、焦点用tJJ、 a>よぴ
集光111の合わせ具合などにより、被加工物7上には
(重々の形状の静止ビームパターン1.8Iなわら、静
]1−払態にJHプるレーザ光のエネルギー分イiパタ
ーンが得られる。かかる種々の形状の静止ビームパター
ンを上述のように高j*回転さUると、被加工物7上の
加工点を照射する集光ビームの]ネルギー分イ1jは静
止力イ1jから回転力イ11に転じ、レーザビームのエ
ネルギー分布パターンが貯量的に反復される形態どなり
、拐旧加二[に種々の効果をもたらり。
すなわら、レーリ゛光振器から直接に得られるAルジナ
ルビー11によっては、一つ乃至二つのビームモードし
か形成し得ないが、そのAリシjルレーリ゛ビームを多
面体鏡の頂魚に当てで分光し、複数本のレーリ“ビーム
を形成した後に、凹面鏡により集光して再び単一のレー
ザビームに戻りことによって二次的に得られる静止ビー
ムパターン(J、第2図に示づJ、うに、種々の形状の
ビーl\バター (ンとなる。したがって、かかる秤々
の形状の静止ビームパターンを回転さけると、その回%
、i’、 (7) i中1jに応じて、実効的に極めて
多種多杼の回転ビームパターンが117られる。
上述のように、単一のオリジナルレーリービームを複数
本のビーl\に分光した後に再爪単−のし−ムに集光し
て種々の形状のビームパターンを形成したものを高速回
転させ、多種多柱の回転ビームパターンを形成すれば、
つぎのような種々の作用効果が得られる。
(1)1種類の副すジノルビームパターンjp +う多
種類の静止ビームパターンあるいは回転ビームパターン
を得ることかてぎ、例えば、第2図のC欄に示したJ:
うイfドーナツ状分イIJのビームパターンから円11
1台状のビームパターンC,−,5あるいはC−6をi
I7ることがて′さる。
したがって、レーリーによる表面焼入れ処理を行なう場
合には、i3’A入れのイ業さを一1苫均−にした幅広
い焼入れ層を形成覆ることができる。
:2)被加工物に溶接を施り場合に、被加工物の表面に
対し、垂直の方向からではなく、斜めの方向から各レー
ザビームを集光して町田づるので、被加工物材料の溶融
、W>発同に生づるスパッタJ3よび蒸気等にJ、る加
工光学系の汚it 、11)破損を防ぎ易く、したがつ
C,通例、垂直方向からレーザビームを照用する場合に
必要とする加工光学系保護用刀ス、例えは、ヘリウムを
用いる必要がない。
(3)従来、金属のレーザビーム溶接の際には、溶接時
に生す゛る金属然気にJ、つC溶接池のルーI 上にプ
ラズマ雲が生ずるためにレーザ光・が散乱し、レーリ゛
山ネルギーが液加−[物にイJ効に伝わらなかったのに
対し、本発明装置においては、第3図に示り゛ように、
被加工物7Lの加工点の真上に生じたプラズマ雲1Gを
避りて各レーザビーム8a、81+を1゛1めに入用さ
μるとともに、プラズマ化し易いカスを上)ホのIHH
用ガスとして用いていないので、プラスマによって生ず
る諸問題の発生自体が抑制されるa ( (4)種々の静止ビームパターン、1夕よひ回転ビ−ム
パターンに1、って任意所望のパターン4右Cする土ネ
ルギー分イIiが1!7られるので、でのパターンを焼
イ・](Jることによって模(コミ加工を行なうことが
できる。
(5)集光じ一ムを高速にて回転さμているの(、(・
深溶造み溶接に際しくは、ビーム溶14孔を従来より深
く安定に保つことかてさ、J、た、気孔の発住を抑制覆
ることが′Cきる。
(6)第4図に示づように、21u・Iの被加工物7a
、71)の開先Stを接合さt!て溶接づる場合に、開
先部に角度θをイ1m ’SlるV型1tIXを形成り
ると、シー1アビーム8a 、8bは、図示のAC面(
Iるるいは80面にて反則し、(反厚方向づなわち被加
工物の深部に向う方向に進入するので、液加二[物7a
、7bの表面にで反射し、散乱づるレーザ光を減少さけ
ることがてさ、レーザー[ネルギーを有効に使用して深
い溶造i)を1qることができる。
7)加工用集光ビームを凸逮回11ムさけることにより
、第5図(a)に示1ように静止ビームパターンをもつ
−C照OJJる揚台には117ることが不可能の真円に
近い底面をもって、第5図(b)に示覆J:うな円♀(
1状乃至円′J11台状の被照躬部ををることができる
8)第1図示の偶成におりる多面イホ鏡3の拍車とAリ
ジプルビーム゛1の中心軸との相夕・1位置の関係を変
化さけることにより、各凹面鏡6a 、6bに向()て
分光−りる各ビームの売足を調節づることができ、3し
た、多面1水鏡支J、′J枠の支柱の長さを変化さける
とと已に、各凹面鏡(3a、6bの取f(目づ角1σ、
相n間隔および焦点距離を変化させることなどにより、
各分光ビーム4a、41)を各凹面IJ6a、(3bに
よって再度単一ビームに集光り−る際に、種々異なった
静止ビーl\パターン乃至回転ビームパターンを同時に
百ることがでさ、したがって、例えば、第6図に示づよ
うに、非対称形状の被加工物7aを平板状の被加工物7
1)に溶接りる1原に、左右非対称のづみ肉i8JΣ;
を同11に行なうことが可(1ピどなり、また、第7図
に示Jように、各分光ビーム8a、Qbにより、各波加
工物7a、71)の異なる複ルグlli、1所に同時に
加工を施すこともできる。
(9)溶接づへき非加工物の開先部にV型)1°ISを
形成Jるどもに、そのV型d11を含めて開先面にグラ
フアイ]−などのレーザ吸収剤を塗イ117シたうえC
、レーク゛じ−18により1(り(身・j7Jれぽ、本
発明による被加工物の溶接を一層有効に行なうことがで
きる。
効 東 以上の説明から明らか41ように、本発明にJこれば、
限られたビームパターンしか有しないオリジノル・レー
リ゛ビームを多面イホ鏡の1負点に当−(て分光したも
のを凹面鏡にJ:り集光して多杯多様の静止ビームパタ
ーンを形成し、さらに、ぞの静由ビームパターンを高速
回転さけて任意所望の回転ビームパターンを形1次し冑
るので、甲純なパターンのレーリ゛ビームのエネルギー
を多目的の加工に極めて有効適切に利用し寄るという惰
別の効果を1!?ることかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるレーリ゛加工装置の構成例を承り
正面図、 第2図は同じくそのレーク“加工装置にJ3りるAリシ
ナルビームパターンと静止し−ムパターンJ3J、びI
I!1転ビームパターン並びに板塀−111ll(の形
f占との関1糸の例を示1l112図、 第3図は同じくそのレーザ1二1−装億にJ51Jる加
工の態様の例を示1線図、 第4図は同じくそのレーリ゛加工装置にお(ノる)′?
f接の態様の例を示1線図、 第5図(aiおよび<1))は従来d3よひ本発明のレ
ーザ加工にd3いて形成づる被加工物照射部の形状の例
をそれぞれ承り線図、 第6図は本発明におるシー1f加丁の態)1の例をポリ
−線図、 第7図は本発明によるレーザ加工のrlA 4.);の
他の例を示づ線図でdろる。 1・・・オルジナル・レーザビ−ム 2・・・支持枠 3・・・多面体鏡 4a、 41+、 8a、 8t+−・・分光レーザビ
ーム5・・・凹面鏡支持枠 Ga、 61)・・・凹面
鏡7、7a、 7b・・・被加工物 9、10.11・・・回転支持具 12、44・・・回転プーリ 13・・・回転伝動1ホ
15・・・電動モータ 16・・ブラスマ方17・・・
レンズ Δ・・・回転軸。 第3図 第4図 ■ 第5図 (a)(b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、回転軸に7(>つて導入したレーザ光により複数個
    の鏡面を有寸る鏡体の各前記鏡面をノシ通に照射し、前
    記複数個の鏡面にそれぞれ対向させで配設した複数個の
    凹面鏡により各前記鏡面にて反M(した前記レーザ光を
    それぞれ反則さけて前記回転軸上の所定の位置に+、J
    は集光するとともに、前記鏡体d3よび前記複数個の凹
    面鏡を一体にし−C前記回転軸の周りに回転させること
    により、前記所定の位置に配置した被加工物−Lに回転
    軸対称の土ネルー1゛′−分布を形成して加工づるよう
    にしたことを特徴とJるレーザ加工装置。 2、特許請求の範囲第1項記載のレーリ゛加り装置に配
    置する前記被加工物の開先面にV型溝を形成づるととも
    に、そのV型it1を含むnQ記間先面にレーザ吸収剤
    を塗布した後に、前記V型溝にほぼ集光した前記レーリ
    ゛光にJ:り前記開先面に加Tするようにしたことを特
    tff&とするレーザ加工方法。
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