JP2000275564A - Laser projection optical system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光により溶
接や切断を行うためのレーザ加工装置に適用され、レー
ザ光の集光スポットを被加工部材上で円運動させる機能
を持つレーザ出射光学系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a laser processing apparatus for performing welding or cutting by laser light, and has a function of causing a converging spot of laser light to circularly move on a member to be processed. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ光により金属部材を溶接あるいは
切断したり、樹脂材を切断するレーザ加工装置が各種提
供されている。この種のレーザ加工装置は、レーザ発振
器からのレーザ光を光ファイバを通して出射光学系と呼
ばれる光学系に導入し、この光学系を通して被加工部材
に照射する。出射光学系は、通常、光ファイバ端面から
拡大するレーザ光を平行光にするリコリメートレンズ
と、このリコリメートレンズからの平行光を集光させて
被加工部材上に集光スポットを形成するための加工レン
ズとを内蔵している。この種のレーザ溶接や切断におい
ては、レーザ光の集光スポットを円軌道に沿って動かす
ことにより、円形の溶接や切断を行うことができる。そ
して、レーザ光の集光スポットを円軌道に沿って動かす
方法として、以下の方法が知られている。2. Description of the Related Art Various laser processing apparatuses for welding or cutting a metal member by laser light or cutting a resin material have been provided. This type of laser processing apparatus introduces laser light from a laser oscillator through an optical fiber into an optical system called an emission optical system, and irradiates a workpiece through the optical system. The exit optical system is usually used to collimate the laser light expanding from the end face of the optical fiber into a collimated lens, and collect the collimated light from the collimating lens to form a converged spot on the workpiece. Built-in processing lens. In this type of laser welding or cutting, circular welding or cutting can be performed by moving the focused spot of the laser beam along a circular orbit. The following method is known as a method for moving the condensing spot of the laser beam along a circular orbit.
【0003】(1)X−Yテーブルなどの駆動系にて出
射光学系全体を動かす方法。(1) A method in which the entire emission optical system is moved by a drive system such as an XY table.
【0004】(2)加工レンズをレーザビーム中心から
ずらし、集光スポットを円軌道に沿って動かすことによ
りその位置を変える方法。(2) A method in which the processing lens is shifted from the center of the laser beam, and the position is changed by moving the focused spot along a circular orbit.
【0005】(3)加工レンズとリコリメートレンズの
間に傾斜プリズムを配置する方法。(3) A method of disposing an inclined prism between a processing lens and a collimating lens.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記(1)の方法で
は、出射光学系を支持する駆動系にて円軌道を作るた
め、駆動系が大きくなる。In the above method (1), the driving system supporting the emission optical system forms a circular orbit, so that the driving system becomes large.
【0007】上記(2)の方法では、駆動径により加工
レンズ中心を円運動させることで、集光スポットが円軌
道を描くようにしており、加工レンズをレーザビーム中
心からずらした距離に応じて、円軌道の半径が決まる。
この方法では駆動系を加工レンズに設置しなければなら
ず、出射光学系が大きくなる。また、円運動に際して加
工レンズ中心が常にレーザビーム中心と一定間隔になる
ようなホルダが必要である。このホルダは円運動の半径
に比例して大きなものとなる。In the method (2), the center of the processing lens is circularly moved by the driving diameter, so that the condensed spot follows a circular trajectory, and the processing lens is shifted according to the distance shifted from the center of the laser beam. , The radius of the circular orbit is determined.
In this method, the drive system must be installed on the processing lens, and the output optical system becomes large. Further, a holder is required so that the center of the processing lens is always at a constant distance from the center of the laser beam during the circular movement. This holder becomes larger in proportion to the radius of the circular motion.
【0008】上記(3)の方法では、傾斜プリズムを回
転駆動径で回転させることにより、集光スポットが円運
動するもので、傾斜プリズムの角度により集光スポット
の円運動半径が決まる。このための回転駆動系は加工レ
ンズ径と同じサイズの傾斜プリズムが必要になり、回転
駆動系は(2)の方法と同様に大きくなる。また、集光
スポットの円運動半径は傾斜プリズムの角度により一義
的に決定され、円運動半径の調整が困難である。In the above method (3), the condensed spot makes a circular motion by rotating the inclined prism by the rotation driving diameter. The circular movement radius of the condensed spot is determined by the angle of the inclined prism. For this purpose, a rotary drive system requires an inclined prism having the same size as the diameter of the processing lens, and the rotary drive system becomes large as in the method (2). Further, the radius of the circular motion of the condensed spot is uniquely determined by the angle of the inclined prism, and it is difficult to adjust the radius of the circular motion.
【0009】そこで、本発明の課題は、簡単な構成で集
光スポットを円軌道に沿って移動させる機能を持つレー
ザ出射光学系を提供することにある。An object of the present invention is to provide a laser emission optical system having a function of moving a focused spot along a circular orbit with a simple configuration.
【0010】本発明の他の課題は、簡単な構成で集光ス
ポットの円運動の半径を調整できる機能を持つレーザ出
射光学系を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a laser emitting optical system having a function of adjusting the radius of the circular movement of the converging spot with a simple configuration.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、リコリメート
レンズと加工レンズとを内蔵し、レーザ光の集光スポッ
トを円運動させるレーザ出射光学系において、該出射光
学系の入射部と前記リコリメートレンズとの間にプリズ
ムを配置し、該プリズムを回転運動させてレーザ光の中
心光路を変化させることにより、前記レーザ光の集光ス
ポットを円運動させるようにしたことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a laser emitting optical system which has a built-in recollimating lens and a processing lens and circularly moves a condensed spot of a laser beam. A prism is disposed between the collimator lens and the converging spot of the laser light is circularly moved by rotating the prism to change the center optical path of the laser light.
【0012】前記レーザ光が光ファイバにより前記入射
部に導入される場合、前記光ファイバの端面と前記リコ
リメートレンズとの間に前記プリズムが配置される。[0012] When the laser light is introduced into the incident portion by an optical fiber, the prism is disposed between an end face of the optical fiber and the recollimating lens.
【0013】本レーザ出射光学系には更に、前記プリズ
ムを回転させる回転駆動機構が備えられる。The laser emission optical system further includes a rotation drive mechanism for rotating the prism.
【0014】更に、前記光ファイバ端面と前記プリズム
との間の距離を調整できる機構を備えていることが望ま
しい。Further, it is preferable that a mechanism for adjusting a distance between the optical fiber end face and the prism be provided.
【0015】特に、前記プリズムを、該出射光学系のケ
ースに着脱自在なリング状の回転保持部材により保持
し、該回転保持部材と前記プリズムとの間には更に、リ
ング状のスペーサを、その厚さを変えることにより前記
光ファイバの端面と前記プリズムとの間の距離が変化す
るように配置することにより前記調整機構を構成するこ
とができる。In particular, the prism is held in a case of the emission optical system by a detachable ring-shaped rotation holding member, and a ring-shaped spacer is further provided between the rotation holding member and the prism. The adjustment mechanism can be configured by arranging the optical fiber such that the distance between the end face of the optical fiber and the prism changes by changing the thickness.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1を参照して、本発明の好まし
い実施の形態を説明する前に、動作原理を説明する。レ
ーザ出射光学系には光ファイバ10を通してレーザ発振
器からのレーザ光が導入される。レーザ出射光学系は、
光ファイバ10の出射端面から拡大するレーザ光を平行
光にするリコリメートレンズ11と、このリコリメート
レンズ11からの平行光を集光させて被加工部材13上
に集光スポットを形成するための加工レンズ12とを内
蔵している。これらのレンズに加えて、光ファイバ10
の端面とリコリメートレンズ11との間に上面に傾斜面
を持つ傾斜プリズム14が配置される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing a preferred embodiment of the present invention with reference to FIG. 1, the principle of operation will be described. Laser light from a laser oscillator is introduced into the laser emission optical system through an optical fiber 10. The laser emission optical system is
A collimating lens 11 for collimating the laser light expanded from the emission end face of the optical fiber 10 into parallel light; and a collimating lens 11 for converging the parallel light from the collimating lens 11 to form a converged spot on the workpiece 13. A processing lens 12 is incorporated. In addition to these lenses, an optical fiber 10
An inclined prism 14 having an inclined surface on the upper surface is arranged between the end face of the lens and the collimating lens 11.
【0017】集光点でのスポット径dは、光ファイバ1
0の直径d0 及びリコリメートレンズ11の焦点距離f
2、加工レンズ12の焦点距離f1によって次式(1)
により決定される。The spot diameter d at the focal point is determined by the optical fiber 1
0 of the focal length f of the diameter d 0 and Li collimator lens 11
2. The following equation (1) is obtained according to the focal length f1 of the processing lens 12.
Is determined by
【0018】 d=(f1/f2)・d0 (1) 傾斜プリズム14をその中心軸が、レーザ光の中心軸と
一致した状態で回転させると、被加工部材13上での集
光スポットは円運動する。D = (f1 / f2) · d 0 (1) When the inclined prism 14 is rotated with its central axis coinciding with the central axis of the laser beam, the condensed spot on the workpiece 13 becomes Make a circular motion.
【0019】円運動の半径aは、傾斜プリズム14の傾
斜面の角度α、屈折率n、光ファイバ10端面から傾斜
プリズム14までの距離xとすると、次式(2)により
決定される。The radius a of the circular motion is determined by the following equation (2), assuming that the angle α of the inclined surface of the inclined prism 14, the refractive index n, and the distance x from the end face of the optical fiber 10 to the inclined prism 14.
【0020】 a=sin{(n−1)・α}・x・(f1/f2) (2) 上記式(2)より、距離xを変えることにより、円運動
の半径aを変えることができることが理解できよう。A = sin {(n−1) · α} · x · (f1 / f2) (2) From the above equation (2), it is possible to change the radius a of the circular motion by changing the distance x. Can understand.
【0021】上記のように、光ファイバ10の出射端面
とリコリメートレンズ11との間に傾斜プリズム14を
設置することで、傾斜プリズム14の大きさを加工レン
ズ12の大きさより小さくすることができる。また、円
運動半径aの調整が可能になる。As described above, by disposing the inclined prism 14 between the exit end face of the optical fiber 10 and the collimating lens 11, the size of the inclined prism 14 can be made smaller than the size of the processing lens 12. . In addition, the circular movement radius a can be adjusted.
【0022】図2を参照して、本発明の実施の形態につ
いて説明する。図2において、図1と同じ部分には同じ
番号を付している。図1で説明したように、本出射光学
系は、上から順に、傾斜プリズム14、リコリメートレ
ンズ11、加工レンズ12の順序でケース20内に配置
されている。光ファイバ10(図1)の出射端面は、ケ
ース20の上部20aに固定される。An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are given the same numbers. As described with reference to FIG. 1, the emission optical system is disposed in the case 20 in the order of the inclined prism 14, the recollimating lens 11, and the processing lens 12 in order from the top. The emission end face of the optical fiber 10 (FIG. 1) is fixed to the upper part 20a of the case 20.
【0023】傾斜プリズム14を回転させるための回転
駆動機構について説明する。傾斜プリズム14の回転駆
動はモータ21によって行う。モータ21の回転は、そ
の出力軸に固定された第1のギア22A、この第1のギ
ア22Aに歯合した第2のギア22Bを介して、円筒状
のプリズムホルダ23に伝達される。プリズムホルダ2
3は、傾斜プリズム14を回転可能に保持しているもの
であり、第2のギア22Bの内径側に固定されている。
プリズムホルダ23は、ベアリング24を介してケース
20に支持されており、ケース21から取り外すことが
できる。モータ21の回転数を制御することにより、集
光スポットの円運動の速度を制御し、定回転での連続照
射または、円軌道での多点打ちを行うことができる。A rotation drive mechanism for rotating the tilt prism 14 will be described. The rotation of the tilt prism 14 is performed by a motor 21. The rotation of the motor 21 is transmitted to a cylindrical prism holder 23 via a first gear 22A fixed to an output shaft of the motor 21 and a second gear 22B meshed with the first gear 22A. Prism holder 2
Reference numeral 3 denotes a rotatable holding of the tilt prism 14, which is fixed to the inner diameter side of the second gear 22B.
The prism holder 23 is supported by the case 20 via a bearing 24 and can be removed from the case 21. By controlling the number of rotations of the motor 21, the speed of the circular movement of the converging spot can be controlled, and continuous irradiation at a constant rotation or multi-point hitting in a circular orbit can be performed.
【0024】次に、光ファイバ10の端面と傾斜プリズ
ム14間の距離の調整機構について説明する。プリズム
ホルダ23は、その下端部に内面側に突出するフランジ
部を有しており、このフランジ部に傾斜プリズム14が
搭載される。傾斜プリズム14の上側には、傾斜プリズ
ム14と同じ傾斜面を持つカラー25が設けられ、この
カラー25の上には更に、プリズムホルダ23の内径面
に形成されためねじに螺入可能なねじリング26が設け
られていることにより、傾斜プリズム14が押さえ付け
られている。特に、プリズムホルダ23のフランジ部と
傾斜プリズム14との間には、リング状のスペーサ27
が配置されている。そして、スペーサ27の厚さを変え
ることにより光ファイバ10の端面と傾斜プリズム14
との間の距離が変化することで前記距離の調整機構を構
成している。したがって、光ファイバ10の端面と傾斜
プリズム14との間の距離の調整は、プリズムホルダ2
3をケース20から取り外して行われる。勿論、距離の
調整機構は、このようなものに限らず、モータ21を含
めた可動部全体を上下動可能にケース20に組み込んで
も良いし、光ファイバ10の出射端を固定しているケー
ス20の上部を分離可能とし、しかも上下動可能にして
も良い。Next, a mechanism for adjusting the distance between the end face of the optical fiber 10 and the inclined prism 14 will be described. The prism holder 23 has a flange portion protruding inward at the lower end thereof, and the inclined prism 14 is mounted on this flange portion. A collar 25 having the same inclined surface as the inclined prism 14 is provided above the inclined prism 14, and a screw ring formed on the inner diameter surface of the prism holder 23 and capable of being screwed into a screw is provided on the collar 25. With the provision of 26, the inclined prism 14 is pressed down. In particular, a ring-shaped spacer 27 is provided between the flange portion of the prism holder 23 and the inclined prism 14.
Is arranged. By changing the thickness of the spacer 27, the end face of the optical fiber 10 and the inclined prism 14 are changed.
The distance adjusting mechanism constitutes the distance adjusting mechanism. Therefore, the adjustment of the distance between the end face of the optical fiber 10 and the inclined prism 14 is performed by the prism holder 2.
3 is removed from the case 20. Of course, the mechanism for adjusting the distance is not limited to this, and the entire movable portion including the motor 21 may be incorporated in the case 20 so as to be able to move up and down, or the case 20 in which the emission end of the optical fiber 10 is fixed. May be separable and vertically movable.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、小型で設置スペースが少なくて済み、集光スポット
を円軌道に沿って動かすことのできるレーザ出射光学系
を実現でき、円軌道の半径の調整に必要な時間は短時間
で済むので、溶接、切断の短時間加工が可能である。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a laser emitting optical system which requires a small size, requires less installation space, and can move a converging spot along a circular orbit. Since the time required for adjusting the radius of the workpiece is short, welding and cutting can be performed in a short time.
【図1】本発明の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態を示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
10 光ファイバ 11 リコリメートレンズ 12 加工レンズ 13 被加工部材 14 傾斜プリズム 20 ケース 21 モータ 22A、22B 第1、第2のギア 23 プリズムホルダ 24 ベアリング 25 カラー 26 ねじリング 27 スペーサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical fiber 11 Recollimating lens 12 Processing lens 13 Workpiece 14 Inclined prism 20 Case 21 Motor 22A, 22B First and second gear 23 Prism holder 24 Bearing 25 Collar 26 Screw ring 27 Spacer
Claims (5)
蔵し、レーザ光の集光スポットを円運動させるレーザ出
射光学系において、該出射光学系の入射部と前記リコリ
メートレンズとの間にプリズムを配置し、該プリズムを
回転運動させてレーザ光の中心光路を変化させることに
より、前記レーザ光の集光スポットを円運動させるよう
にしたことを特徴とするレーザ出射光学系。1. A laser emitting optical system which includes a recollimating lens and a processing lens and circularly moves a condensed spot of a laser beam, wherein a prism is provided between an incident portion of the emitting optical system and the recollimating lens. A laser emission optical system, wherein the laser beam is focused and the converging spot of the laser light is moved circularly by rotating the prism to change the center optical path of the laser light.
て、前記レーザ光は光ファイバにより前記入射部に導入
され、前記光ファイバの端面と前記リコリメートレンズ
との間に前記プリズムが配置されていることを特徴とす
るレーザ出射光学系。2. The laser emitting optical system according to claim 1, wherein said laser light is introduced into said incident portion by an optical fiber, and said prism is disposed between an end face of said optical fiber and said recollimating lens. And a laser emission optical system.
て、前記プリズムを回転させる回転駆動機構を備えてい
ることを特徴とするレーザ出射光学系。3. The laser emission optical system according to claim 2, further comprising a rotation drive mechanism for rotating said prism.
学系において、前記光ファイバ端面と前記プリズムとの
間の距離を調整できる調整機構を備えていることを特徴
とするレーザ出射光学系。4. The laser emitting optical system according to claim 2, further comprising an adjusting mechanism capable of adjusting a distance between an end surface of said optical fiber and said prism.
て、前記プリズムは、該出射光学系のケースに着脱自在
なリング状の回転保持部材により保持されており、該回
転保持部材と前記プリズムとの間には更に、リング状の
スペーサがその厚さを変えることにより前記光ファイバ
の端面と前記プリズムとの間の距離が変化するように配
置されていることにより前記調整機構を構成することを
特徴とするレーザ出射光学系。5. The laser emission optical system according to claim 4, wherein the prism is held by a ring-shaped rotation holding member detachable from a case of the emission optical system, and the rotation holding member, the prism and Further, the ring-shaped spacer is arranged so that the distance between the end face of the optical fiber and the prism is changed by changing its thickness, thereby constituting the adjustment mechanism. Characteristic laser emission optical system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11086068A JP2000275564A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Laser projection optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11086068A JP2000275564A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Laser projection optical system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000275564A true JP2000275564A (en) | 2000-10-06 |
Family
ID=13876400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11086068A Withdrawn JP2000275564A (en) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | Laser projection optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000275564A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101088119B1 (en) | 2009-09-16 | 2011-12-02 | 주식회사 제이미크론 | Laser Cutting Apparatus for Lead Frame and Connector and Laser Cutting Method using the Same |
KR101291381B1 (en) * | 2011-10-10 | 2013-08-07 | 김장주 | Apparatus of manufacturing substrate using laser drilling |
CN107900562A (en) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 湘潭大学 | A kind of ring laser sensor for weld joint tracking |
CN110900010A (en) * | 2019-12-25 | 2020-03-24 | 广东电网有限责任公司 | Panel laser cutting machine of power equipment production usefulness |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11086068A patent/JP2000275564A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Legal Events
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A761 | Written withdrawal of application |
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