JP2000275564A - レーザ出射光学系 - Google Patents
レーザ出射光学系Info
- Publication number
- JP2000275564A JP2000275564A JP11086068A JP8606899A JP2000275564A JP 2000275564 A JP2000275564 A JP 2000275564A JP 11086068 A JP11086068 A JP 11086068A JP 8606899 A JP8606899 A JP 8606899A JP 2000275564 A JP2000275564 A JP 2000275564A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 出射光学系のレーザ光入射部とリコリメ
ートレンズ１１との間に傾斜プリズム１４を配置し、該
傾斜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。
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。 【解決手段】 出射光学系のレーザ光入射部とリコリメ
ートレンズ１１との間に傾斜プリズム１４を配置し、該
傾斜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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
射光学系全体を動かす方法。
【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。
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。
【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。
間に傾斜プリズムを配置する方法。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ムを回転させる回転駆動機構が備えられる。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
の半径ａを変えることができることが理解できよう。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態を示した断面図である。
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
Claims (5)
- 【請求項１】 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レーザ出射光学系。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザ出射光学系におい
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。 - 【請求項３】 請求項２記載のレーザ出射光学系におい
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。 - 【請求項４】 請求項２あるいは３記載のレーザ出射光
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。 - 【請求項５】 請求項４記載のレーザ出射光学系におい
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086068A JP2000275564A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | レーザ出射光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11086068A JP2000275564A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | レーザ出射光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000275564A true JP2000275564A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13876400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11086068A Withdrawn JP2000275564A (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | レーザ出射光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000275564A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101088119B1 (ko) | 2009-09-16 | 2011-12-02 | 주식회사 제이미크론 | 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 |
| KR101291381B1 (ko) * | 2011-10-10 | 2013-08-07 | 김장주 | 레이저 드릴링을 이용한 기판의 제조 장치 |
| CN107900562A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 湘潭大学 | 一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器 |
| CN110900010A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-24 | 广东电网有限责任公司 | 一种电力设备生产用的板材激光切割机 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP11086068A patent/JP2000275564A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101088119B1 (ko) | 2009-09-16 | 2011-12-02 | 주식회사 제이미크론 | 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 |
| KR101291381B1 (ko) * | 2011-10-10 | 2013-08-07 | 김장주 | 레이저 드릴링을 이용한 기판의 제조 장치 |
| CN107900562A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-04-13 | 湘潭大学 | 一种用于焊缝跟踪的环形激光传感器 |
| CN110900010A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-24 | 广东电网有限责任公司 | 一种电力设备生产用的板材激光切割机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060317 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061205 |