JPS61253193A - レ−ザ加工装置 - 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】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

従来の技術 レーザ加工装置には、光源として固体レーザ光源を使用
するものがある。

固体レーザ光源から出射されるレーザビームの直径と拡
がり角は、レーザ媒質の寸法、その熱的特性、共振器の
構成などに依存し、通常、直径数ｍｍ、拡がり角数ｍｒ
ａｄ〜数＋ｍｒａｄの範囲にある。この出射レーザビー
ムを所望のパワー密度に変換する手段として、組合せレ
ンズで構成されるビームエキスパンダーが使用されてい
る。

また、固体レーザ光源では、パルス状の励起が行われる
。

発明が解決しようとする問題点 固体レーザ光源が定常動作をしている間は、レーザ媒質
が熱的平衡状態にあり、出射されるレーザビームの拡が
り角は一定値を保つ。

これに対して、固体レーザが間歇的に動作する場合には
、動作開始直後の熱的過渡状態においてビーム拡がり角
が変化し、これに伴い被加工物上のパワー密度が変化し
、加工精度が低下するという問題がある。

発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明のレーザ加工装置は、パルス励起固体レーザ光源
と被加工物との間に配置される組合せレンズから成るビ
ームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、パルス励起
固体レーザ光源から出射されるレーザビームの拡がり角
の変化を相殺する方向に自動的に変更されることにより
、熱的過渡状態におけるビーム拡がり角の変動を吸収す
るように構成されている。

以下、本発明の作用を実施例と共に詳細に説明する。

実施例 第１図は、本発明の一実施例のレーザ加工装置における
ビームエキスパンダー周辺部分の構成を模式的に示すブ
ロック図である。

このビームエキスパンダー１０は、ＹＡＧレーザ発振器
などから成る固体レーザ光源１の前方に設置され、固体
レーザ光源からの出射レーザビームの径を拡大して被加
工物側に導く。

このビームエキスパンダー１０は、凹レンズ１１と、そ
の前方に配置された凸レンズ１２と、凹レンズ１１を搭
載して移動する移動板１３ａ、この移動板をレンズ１１
１２の光軸と平行な方向に前後させるカム１３ｂ及びば
ね１３ｃから成る機構部１３と、この機構部１３のカム
１３ｂを所定の速度で回転させるパルスモータ１４と、
このパルスモータ１４に所定周期のパルスを供給するパ
ルス発生回路１５を備えている。

駆動回路２は、固体レーザ光源１に周期的な駆動パルス
群を間歇的に供給することにより、いわゆるバーストモ
ードで固体レーザ光源１を動作させる。

すなわち、固体レーザ光源１は、その出射ビーム強度の
時間変化を第２図（Ａ）に例示するように、所定周期で
１０回だけパルス的に動作したのち、所定期間にわたっ
て休止し、さらに所定周期で１０回だけパルス的に動作
したのち所定期間に渡って休止するというバーストモー
ドによる周期的な動作を繰り返す。

このようなバーストモードにおいては、レーザロッドの
温度は、例えば第２図（Ｂ）に示すように周期的に変化
する。すなわち、バーストの開始に伴い最初のパルス動
作が行われると、レーザロッドの温度が上昇し始める。

この温度上昇は、２番目、３番目・・・のパルス動作に
伴い漸次増加してゆくが、レーザロッドからの放熱量も
同時に増加してゆくためやがては発熱量と放熱量が均合
った熱平衡状態になり、レーザロッドの温度も一定値と
なる。この上昇した温度は、固体レーザ光源１の停止期
間中に徐々に低下し、次のバースト動作が開始される時
には、前回のパルス動作が開始された時の温度に等しく
なっている。

レーザロッド内では中心部分はど高温であるような空間
的な温度分布が生じ、この温度分布に基づく屈折率の空
間分布などから、レーザロッド自体がレンズ作用を行う
。この結果、出射ビームの拡がり角がレーザロッドの温
度分布の変化に伴って変化する。従って、熱的不平衡時
における温度の空間分布の変化に伴い出射レーザビーム
の拡がり角θが、第２図（Ｃ）に例示するように、一定
値まで漸増する。

この出射ビームの拡がり角の増加を相殺する方向に、凹
レンズ１１と凸レンズ１２のレンズ間隔ｄが減少せしめ
られる。

すなわち、第１図（Ｄ）に示すように、パルス発生回路
１５は、駆動回路２が固体レーザ光ｔＸ１に供給するバ
ーストパルスのうち最初のものに同期したパルスを駆動
回路２から受け、その整数倍の繰り返し速度のパルスを
発生し、これをパルスモータ１４に供給する。このパル
スを受けたパルスモータ１４は、パルス速度に比例する
一定速度でカム１３ｂを回転させる。この結果、固体レ
ーザ光源１のバースト動作の開始時には、第１図の実線
で示す位置にあった凹レンズ１１は、移動板１３ｃの移
動に伴い徐々に前方に押し出されて凸レンズ１２に接近
してゆき、点線で示す最大接近位置を所定時間保持した
のち、再度後退し始め、次のバーストの開始時までには
、実線で示す元の位置に戻るという反復的な前後運動を
バースト周期で繰り返す。

この結果、固体レーザ光源２から出射されるレーザビー
ムは、各バーストの開始時には第１図中実線で示すよう
な光路を経て、また、熱的平衡状態に達した後は同図中
点線で示すような光路を経゛ζ被加工物側に供給される
。このようなレンズ間隔の周期的な増減により、固体レ
ーザ光源１から出射されたレーザビームの拡がり角の増
加分が補償される。

以上、１回のバーストに含まれるパルス数とバースト周
期が固定されている場合について本発明を例示したが、
これらが変動する場合にも本発明が適用できる。この場
合、各バーストのパルス数を計数してこれが所定値にな
るまでパルスモータを回転させたのち回転を停止させ、
各バーストの終了を検出した時点で、所定数の高速パル
スを供給することによりパルスモータの回転角を初期値
に早戻しする等の適宜な修正を行えばよい。

また、レンズ間隔を変更するためにカムとパルスモータ
を使用する構成を例示したが、その他の適宜な方法を使
用してもよい。

また、凹レンズを移動させることによってレンズ間隔を
変化させる場合を例示したが、凹レンズを固定して凸レ
ンズ側を移動させる構成としてもよい。

発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明のレーザ加工装置は
、ビームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、パルス
励起固体レーザ光源から出射されるレーザビームの拡が
り角の変化を相殺する方向に自動的に変更される構成で
あるから、熱的過渡状態におけるビーム拡がり角の変動
を吸収でき、加工精度を一段と高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ加工装置におけるビ
ームエキスパンダー周辺部分の構成を模式的に示すブロ
ック図、第２図は第１図の動作を説明するための特性図
である。 ■・・固体レーザ光源、２・・駆動回路、１０・・ビー
ムエキスパンダー、１１・・凹レンズ。 １２・・凸レンズ、１３・・機構部、１４・・パルスモ
ータ、１５・・パルス発生回路。 特許出廓人　日本電気株式会社 代　理　人　弁理士　櫻井俊彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 間歇的に動作するパルス励起固体レーザ光源と、このパ
   ルス励起レーザ光源と被加工物との間に配置される組合
   せレンズから成るビームエキスパンダーとを備え、 このビームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、前記
   パルス励起固体レーザ光源から出射されるレーザビーム
   の拡がり角の変化を相殺する方向に自動的に変更される
   ことを特徴とするレーザ加工装置。