JP2581574B2

JP2581574B2 - レ−ザ加工方法およびその装置

Info

Publication number: JP2581574B2
Application number: JP62287530A
Authority: JP
Inventors: 優金岡; 基木谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-11-16
Filing date: 1987-11-16
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPH01130894A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はレーザ加工方法およびその装置に関し、特
にレーザビーム揺動の安定化に関するものである。

［従来の技術］第３図は例えば実公昭60−37182号公報に開示されて
いる従来のビーム揺動レーザ加工装置を示す断面図であ
る。第３図において、（２）は不図示のレーザ発振器か
ら出射したレーザビーム、（６）はレーザビーム（２）
を集光する集光光学系、（20）は集光されたレーザビー
ム（２）の方向を変換する全反射鏡、（21）は全反射鏡
（20）で反射したレーザビームを被加工物（９）上に照
射する全反射鏡である。この全反射鏡（20）と全反射鏡
（21）のいずれか一方は一定角度だけ回動可能となって
おり、集光光学系（６）と２枚の全反射鏡（20），（2
1）で加工ヘッド（22）を構成している。（10）は被加
工物（９）を載置した加工テーブルである。

上記のように構成したレーザ加工装置の動作を説明す
る。集光光学系（６）で集光したレーザビーム（２）は
全反射鏡（20）と全反射鏡（21）で反射して被加工物
（９）の加工位置に照射する。この状態で全反射鏡（2
0），（21）のいずれか一方を図面に垂直な軸を中心と
して一定角度回転することにより被加工物（９）上に照
射しているレーザビーム（２）を揺動することができ
る。このレーザビーム（２）の揺動幅は回動する全反射
鏡の回転角で制御することができる。

上記のように被加工物（９）上に照射しているレーザ
ビーム（２）を揺動しながら加工ヘッド（22）自体ある
いは加工テーブル（10）をレーザビーム（２）の揺動方
向と垂直方向へ移動することにより、幅の広い均一な加
工、例えば溶接では第４図に示すように幅の広い均一な
ビード（23）を形成することができ、焼入れも幅の広い
均一な焼入層を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］上記のように構成した従来のレーザ加工装置において
は、全反射鏡を一方向に回動することによりレーザビー
ム（２）を走査しているため、被加工物（９）上を揺動
するレーザビーム（２）の揺動方向は一方向に限られて
いた。したがって、加工中のレーザビーム（２）の揺動
方向と加工ヘッド（22）あるいは加工テーブル（10）の
移動方向が垂直である場合は幅広い溶接や焼入加工が可
能であるが、レーザビーム（２）の揺動方向と加工ヘッ
ド（22）、加工テーブル（10）の移動方向が同一方向の
場合は幅広い加工が不可能であり、例えば第５図に示す
ように幅の狭いビード（24）しか形成することができな
いという問題点があった。

また、このために複雑な形状の加工を行う場合に加工
幅が不均一となる問題点もあった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたも
のであり、加工ヘッドあるいは加工テーブルの移動方向
に関係なく、緻密で加工むらのない幅広い均一な加工を
行うことができるレーザ加工方法およびその装置を得る
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］この発明に係るレーザ加工方法は、レーザ発振器から
出射したレーザビームを、光軸を中心として回転する第
１の全反射鏡で反射して方向を変化させ、この反射した
レーザビームを光軸を中心として回転する第２の全反射
鏡でレーザビームの集光光学系の光軸からずらして反射
させ、加工テーブル上に載置された被加工物にレーザビ
ームの第１の回転軌跡および第２の回転軌跡を重畳して
形成するものである。

また、この発明に係るレーザ加工装置は、レーザビー
ムの方向を変換する方向変換系を集光光学系の前段に設
け、この方向変換系に、レーザ発振器から出射し全反射
鏡で反射したレーザビームの方向を変化させるために反
射面を傾けた第１の全反射鏡と、第１の全反射鏡で反射
したレーザビームの方向を集光光学系の光軸の方向とず
らすように反射面を傾けた第２の全反射鏡と、第１、第
２の全反射鏡で反射したレーザビームを集光光学系の光
軸を中心に回転させるために、駆動装置と同期して第
１、第２の全反射鏡を回転させる回転装置とを備えたも
のである。

［作用］この発明においては、方向変換系に設けられたレーザ
発振器から出射し全反射鏡で反射したレーザビームの方
向を変化させるために反射面を傾けた第１の全反射鏡
と、第１の全反射鏡で反射したレーザビームの方向を集
光光学系の光軸の方向とずらすように反射面を傾けた第
２の全反射鏡とを介してレーザ発振器から集光光学系に
レーザビームを入射し、かつ、この状態で第１、第２の
全反射鏡をそれぞれ回転させると、集光光学系に入射す
るレーザビームは第１、第２の全反射鏡の回転に対応し
て回転する。そして、集光光学系の先に配置した被加工
物上でレーザビームは第１回転軌跡およびこの第１の回
転軌跡の中にさらに第２の回転軌跡を形成し、より緻密
で加工むらがなく、加工幅を広範囲かつ任意に変化させ
た均一な加工を行う。

［実施例］第１図はこの発明の実施例を示す構成図である。第１
図において、（１）はレーザビーム（２）を出射するレ
ーザ発振器、（３）はレーザ発振器（１）から出射した
レーザビーム（２）の方向を変換するため反射面を固定
した全反射鏡である。（15）は全反射鏡（３）で反射し
たレーザビーム（２）の方向を変化させるために反射面
（15a）を任意の角度に傾けることのできる第１の全反
射鏡、（５）は第１の全反射鏡（15）で反射したレーザ
ビーム（２）の方向を集光光学系（６）の光軸（７）の
方向とずらすように反射面（5a）を任意の角度に傾ける
ことのできる第２の全反射鏡で、反射面（5a），（15
a）は相対する全反射鏡（５），（15）の中心軸とずれ
た位置にレーザビーム（２）が導かれるように調整する
ことができる。

（８），（16）は第１、第２の全反射鏡（５），（1
5）をそれぞれ回転させる回転装置で、第１、第２の全
反射鏡（５），（15）が回転することにより、集光光学
系（６）へ入射するレーザビーム（２）は回転する。ま
た、全反射鏡（３），（５），（15）および回転装置
（８），（16）によりレーザビーム（２）の方向を変換
する方向変換系を構成し、この方向変換系と集光光学系
（６）で加工ヘッドを構成している。

（９）は被加工物、（10）は被加工物（９）を搭載し
た加工テーブル、（11）は加工テーブル（10）を移動す
るＸ軸駆動モータ、（12）はＹ軸駆動モータ、（13）は
Ｘ軸駆動モータ（11）とＹ軸駆動モータ（12）を駆動す
る駆動装置である。なお、回転装置（８），（16）は駆
動装置（13）と同期して全反射鏡（５），（15）を回転
する。

上記のように構成したレーザ加工装置の動作を説明す
る。レーザ発振器（１）から出射したレーザビーム
（２）は全反射鏡（３），（15），（５）を介して集光
光学系（６）に入射される。この時、全反射鏡（15）に
入射したレーザビーム（２）は全反射鏡（５）の中心か
らはずれた位置に出射され、さらに全反射鏡（５）に入
射したレーザビーム（２）は集光光学系（６）の光軸
（７）とずれた軸で反射して集光光学系（６）に斜光線
となったレーザビーム（２）が入射する。このように、
斜光線となったレーザビーム（２）が集光光学系（６）
に入射することによって集光光学系（６）から出射した
レーザビーム（２）は、被加工物（９）上で集光光学系
（６）の光軸（７）とずれた位置に集光する。この状態
で加工テーブル（10）を移動するＸ軸駆動モータ（11）
とＹ軸駆動モータ（12）を加工形状に合わせて駆動装置
（13）で駆動して被加工物（９）を移動しながら、同時
に駆動装置（13）から回転装置（８），（16）に回転信
号を送って回転装置（８），（16）を駆動して全反射鏡
（５），（15）を回転する。この全反射鏡（５），（1
5）の回転により全反射鏡（５），（15）で反射したレ
ーザビーム（２）は集光光学系（６）の光軸（７）を中
心として円錐状に回転するため、集光光学系（６）から
出射したレーザビーム（２）の被加工物（９）上での集
光点の軌跡（14）は光軸（７）を中心として回転する。
なお、加工幅は回転直径に応じて変化することができ
る。

このように被加工物（９）上のレーザビーム（２）
は、第２図（ａ）に示すように、第１の回転軌跡（大き
さ回転軌跡）（14a）およびこの第１の回転軌跡（14a）
の中にさらに第２の回転軌跡（小さな回転軌跡）（14
b）を形成する。これにより、単一の全反射鏡の回転で
得られる加工（同図ｂ））よりもより緻密で加工むらの
ない熱処理加工が可能になり、加工テーブル（10）の移
動方向に関係なく幅の広い均一な加工を行うことができ
る。また、被加工物（９）上でのレーザビーム（２）の
振り幅も広範囲かつ任意に変化させることができ、複雑
な形状の加工も行うことができる。

また、全反射鏡（５）で反射するレーザビーム（２）
と集光光学系（６）の光軸（７）とのなす角θを変える
ように全反射鏡（５），（15）の反射面（5a），（15
a）の傾きを変えることによって任意に変化する加工幅
が得られ、優れたレーザ加工装置を得ることができる。

［発明の効果］この発明に係るレーザ加工方法は、レーザ発振器から
出射したレーザビームを、光軸を中心として回転する第
１の全反射鏡で反射して方向を変化させ、この反射した
レーザビームを光軸を中心として回転する第２の全反射
鏡でレーザビームの集光光学系の光軸からずらして反射
させ、加工テーブル上に載置された被加工物にレーザビ
ームの第１の回転軌跡および第２の回転軌跡を重畳し形
成するようにしたので、被加工物に満遍なく熱処理加工
を施すことができる。

また、この発明に係るレーザ加工装置は、方向変換系
に、レーザ発振器から出射し全反射鏡で反射したレーザ
ビームの方向を変化させるために反射面を傾けた第１の
全反射鏡と、第１の全反射鏡で反射したレーザビームの
方向を集光光学系の光軸の方向とずらすように反射面を
傾けた第２の全反射鏡と、第１、第２の全反射鏡で反射
したレーザビームを集光光学系の光軸を中心に回転させ
るために、駆動装置と同期して第１、第２の全反射鏡を
回転させる回転装置とを備えたので被加工物を載置した
加工テーブルあるいは加工ヘッドの移動方向に関係な
く、緻密で加熱むらがなく加工幅の広い均一な加工を行
うことができ、上記のようなレーザ加工方法を実現する
ことができる。

さらに、振り幅等も広範囲かつ任意に変化させること
ができ、複雑な形状等においてもより緻密な加工を行え
る優れたレーザ加工装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図
（ａ），（ｂ）はこの発明の実施例の動作説明図、第３
図は従来のビーム揺動レーザ加工装置を示す断面図、第
４図は幅の広いビードを示す断面図、第５図は幅の狭い
ビードを示す断面図である。図において、（１）はレーザ発振器、（２）はレーザビ
ーム、（３），（５），（15）は全反射鏡、（６）は集
光光学系、（７）は光軸、（８），（16）は回転装置、
（９）は被加工物、（10）は加工テーブル、（13）は駆
動装置、（14）はレーザビーム集光点の軌跡である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−292122（ＪＰ，Ａ) 実公昭59−22946（ＪＰ，Ｙ２) 国際公開87／5843（ＷＯ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器から出射したレーザビーム
を、光軸を中心として回転する第１の全反射鏡で反射し
て方向を変化させ、この反射したレーザビームを光軸を
中心として回転する第２の全反射鏡でレーザビームの集
光光学系の光軸からずらして反射させ、加工テーブル上
に載置された被加工物にレーザビームの第１の回転軌跡
および第２の回転軌跡を重畳して形成することを特徴と
するレーザ加工方法。
【請求項２】レーザビームを発生させるレーザ発振器
と、複数個の全反射鏡を有しレーザ発振器から出射した
レーザビームの進行方向を変換する方向変換系と、該方
向変換系で方向が変換されたレーザビームを集光する集
光光学系からなる加工ヘッドと、該加工ヘッドで集光さ
れたレーザビームで加工する被加工物を載置した加工テ
ーブルと、加工ヘッド又は加工テーブルを加工形状にし
たがって移動する駆動装置とを有するレーザ加工装置に
おいて、前記方向変換系に、前記レーザ発振器から出射し前記全
反射鏡で反射したレーザビームの方向を変化させるため
に反射面を傾けた第１の全反射鏡と、該第１の全反射鏡
で反射したレーザビームの方向を前記集光光学系の光軸
の方向とずらすように反射面を傾けた第２の全反射鏡
と、該第１、第２の全反射鏡で反射したレーザビームを
前記集光光学系の光軸を中心に回転させるために、前記
駆動装置と同期して前記第１、第２の全反射鏡を回転さ
せる回転装置とを備えたことを特徴とするレーザ加工装
置。