JP3392225B2 - Laser processing method and apparatus - Google Patents
Laser processing method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いて鋼な
どの金属製およびその他の材料から成る板などの被加工
物を切断などして加工するための方法および装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for cutting a workpiece such as a plate made of metal such as steel and other materials using laser light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】典型的な先行技術は、レーザ源と加工用
レンズとの間の光経路内に複数の反射鏡を挿入してレー
ザ光を導き、加工用レンズが被加工物の表面に沿って移
動するのに応じて、レーザ源と加工用レンズとの間の光
経路長が一定に保たれるように、反射鏡を移動し、これ
によって被加工物に照射されるレーザ光の収束スポット
径が小さくなるように構成される。2. Description of the Related Art In the typical prior art, a plurality of reflecting mirrors are inserted in an optical path between a laser source and a processing lens to guide laser light, and the processing lens follows a surface of a workpiece. As the optical path moves, the reflecting mirror is moved so that the optical path length between the laser source and the processing lens is kept constant. It is configured to have a small diameter.
【０００３】このような先行技術では、反射鏡の移動距
離が大きく、したがって構成が大形になるという問題が
ある。また光経路長が長くなり、そのためレーザ光の径
が大きくなり、これによって加工レンズの収差が大きく
なり、エネルギ密度が大きいレーザ光を被加工物に照射
することが困難になる。In such a prior art, there is a problem that the moving distance of the reflecting mirror is long and therefore the structure becomes large. In addition, the optical path length becomes long, so that the diameter of the laser light becomes large, which increases the aberration of the processing lens and makes it difficult to irradiate the workpiece with the laser light having a large energy density.
【０００４】他の先行技術は、たとえば特開昭６０−１
８７４９２に開示されており、この先行技術では、レー
ザ源からのレーザ光を被加工物に集光する加工用レンズ
の被加工物表面に沿う変位に応じて、加工用レンズの被
加工物表面との間の距離が変化してレーザ光のスポット
径が小さくなるようにその加工用レンズを移動して駆動
する。Another prior art is disclosed in, for example, JP-A-60-1.
No. 87492, and in this prior art, the workpiece surface of the processing lens is moved in accordance with the displacement along the workpiece surface of the processing lens that collects the laser light from the laser source on the workpiece. The processing lens is moved and driven so that the distance between them changes and the spot diameter of the laser beam becomes smaller.
【０００５】このような先行技術では、スポット径が小
さくなるように加工用レンズを調整変位すべき距離が短
いので、レーザ光のスポット径が小さくなるように高精
度に加工用レンズを駆動することが困難である。またこ
の先行技術では、レーザ源と加工用レンズとの間の距離
が長いとき、およびレーザ源からのレーザ光の径が大き
いときには、加工用レンズを通るレーザ光の径が大きく
なり、したがって収差が大きくなり、また大きい口径を
有する加工用レンズを必要とするという問題もある。In such a prior art, since the distance for adjusting and displacing the processing lens so that the spot diameter becomes small is short, it is necessary to drive the processing lens with high accuracy so that the spot diameter of the laser beam becomes small. Is difficult. Further, in this prior art, when the distance between the laser source and the processing lens is long, and when the diameter of the laser light from the laser source is large, the diameter of the laser light passing through the processing lens is large, and therefore the aberration is large. There is also a problem that it becomes large and a processing lens having a large aperture is required.
【０００６】したがって本発明の目的は、構成を小形化
することができ、被加工物に集光されるレーザ光のスポ
ット径を高精度で小さくすることができ、しかも伝搬さ
れるレーザ光のビーム径を小さく収束して絞ることがで
きるようにしたレーザ加工方法および装置を提供するこ
とである。Therefore, an object of the present invention is to reduce the size of the structure, to reduce the spot diameter of the laser beam focused on the workpiece with high accuracy, and to propagate the beam of the laser beam. It is an object of the present invention to provide a laser processing method and device capable of converging and narrowing a diameter small.
【０００７】従来から、レーザ光を用いてたとえば金属
製などの厚板である被加工物を切断するにあたっては、
レーザ源からのレーザ光を被加工物に収束する加工用レ
ンズは、焦点深度が深い長焦点レンズが用いられてい
る。このような先行技術では、スポット径を最小にして
切断することができる被加工物の板厚には限度があり、
大きな板厚を有する被加工物を切断することはできな
い。Conventionally, when cutting a workpiece, which is a thick plate made of metal, for example, using a laser beam,
A long-focus lens having a deep depth of focus is used as a processing lens that converges a laser beam from a laser source onto a workpiece. In such a prior art, there is a limit to the plate thickness of the work piece that can be cut with the spot diameter minimized,
It is not possible to cut a work piece having a large plate thickness.
【０００８】レーザ光を用いる被加工物の加工性能を制
御する主要因としては、
加工用レンズの焦点深度、
レーザ光の出力、
レーザ光の質、
加工速度、
アシストガスの種類、
アシストガスのガス圧力、
加工用レンズからのレーザ光とアシストガスとを噴射
する加工用ノズルの径、および
被加工物に対する焦点位置などがある。The main factors that control the processing performance of a workpiece using laser light are the depth of focus of the processing lens, the laser light output, the quality of the laser light, the processing speed, the type of assist gas, and the gas of the assist gas. The pressure, the diameter of the processing nozzle that ejects the laser light from the processing lens and the assist gas, and the focus position with respect to the workpiece are included.
【０００９】従来では、加工用レンズの焦点位置は、固
定的であるので、上述のように加工が可能な板厚に限度
がある。Conventionally, since the focal position of the processing lens is fixed, there is a limit to the plate thickness that can be processed as described above.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の他の目的は、
被加工物の深い位置までスポット径が小さいレーザ光を
照射してたとえば厚板の切断加工などを行うことができ
るようにしたレーザ加工方法および装置を提供すること
である。Another object of the present invention is to:
It is an object of the present invention to provide a laser processing method and apparatus capable of irradiating a laser beam having a small spot diameter to a deep position of a workpiece to perform, for example, cutting of a thick plate.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ源１か
らのレーザ光を、レンズ手段１４を介して、加工用レン
ズ１６に導いて被加工物に集光し、レンズ手段１４は、
レーザ源１のレーザ光出射側に凸状に膨んだ凸レンズ１
５と、この凸レンズ１５から光経路の下流側に間隔をあ
けて配置された凹レンズ１６とから成り、レーザ源と加
工用レンズとの間の光経路長に応じて、加工用レンズ６
と被加工物との間の距離Ｆ１を一定に保ったままで、レ
ンズ手段の前記凹レンズ１６を移動して、被加工物に集
光されるレーザ光のスポット径を小さくすることを特徴
とするレーザ加工方法である。また本発明は、レーザ源
１は、レーザ媒質９を、共振キャビティ１３の内側の面
が凹球面状である反射鏡１０と、前記凸レンズ１１とに
よって挟んで構成され、前記凸レンズ１１は、共振キャ
ビティ１３に臨む表面１１ａを有し、この表面１１ａ
は、光軸１２に垂直な平面であり、この凸レンズ１１
は、レーザ光を部分的に透過してレーザ光を取出すこと
を特徴とする。また本発明は、レーザ源と、レーザ源か
らのレーザ光を被加工物に集光する加工用レンズと、レ
ーザ源と加工用レンズとの間に介在され、レーザ源１の
レーザ光出射側に凸状に膨んだ凸レンズ１５と、この凸
レンズ１５から光経路の下流側に間隔をあけて配置され
た凹レンズ１６とから成るレンズ手段と、レーザ源と加
工用レンズとの間の光経路長を検出する手段と、検出手
段の出力に応答し、加工用レンズによる被加工物に照射
されるレーザ光のスポット径が小さくなるように、加工
用レンズ６と被加工物との間の距離Ｆ１を一定に保った
ままで、レンズ手段の前記凹レンズ１６を移動する駆動
手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置である。
また本発明は、被加工物の厚みを表す信号を導出する厚
み信号導出手段と、厚み信号導出手段からの厚み信号に
応答し、被加工物の加工部分でスポット径が小さくなる
ように、各厚みに対応したレンズ手段の移動位置を制御
する手段とを含むことを特徴とする。また本発明は、レ
ンズ手段は、レーザ源からのレーザ光を集光することを
特徴とする。また本発明は、駆動手段は、スポット径が
小さい集光位置が厚み内付近にあるようにして、かつ厚
み方向に往復変位するように、レンズ手段の前記凹レン
ズ１６を往復移動することを特徴とする。また本発明
は、前記往復移動は、１秒間に約１〜３０回であること
を特徴とする。また本発明は、加工用レンズ６からのス
ポット径が小さい集光位置が、被加工物の厚み内付近に
あるようにして、かつその厚み方向に往復変位するよう
に、レンズ手段１４の凹レンズ１６を駆動することを特
徴とする。According to the present invention, laser light from a laser source 1 is guided through a lens means 14 to a processing lens 16 and focused on a workpiece, and the lens means 14
A convex lens 1 bulging in a convex shape on the laser light emitting side of the laser source 1.
5 and a concave lens 16 arranged at a distance from the convex lens 15 on the downstream side of the optical path, and the processing lens 6 is formed in accordance with the optical path length between the laser source and the processing lens.
The laser is characterized in that the concave lens 16 of the lens means is moved to keep the spot diameter of the laser beam focused on the workpiece small while keeping the distance F1 between the workpiece and the workpiece constant. It is a processing method. Further, according to the present invention, the laser source 1 is configured such that the laser medium 9 is sandwiched between a reflecting mirror 10 having an inner surface of a resonant cavity 13 having a concave spherical shape and the convex lens 11, and the convex lens 11 is a resonant cavity. 13 has a surface 11a facing this surface 11a.
Is a plane perpendicular to the optical axis 12, and the convex lens 11
Is characterized in that the laser light is partially transmitted and taken out. Further, according to the present invention, a laser source, a processing lens that focuses laser light from the laser source on a workpiece, and a laser source and a processing lens are provided between the laser source and the laser light emitting side. The optical path length between the laser source and the processing lens is defined by a lens means including a convex lens 15 bulging in a convex shape and a concave lens 16 arranged at a distance from the convex lens 15 on the downstream side of the optical path. The distance F1 between the processing lens 6 and the object to be processed is set so that the spot diameter of the laser beam applied to the object to be processed by the processing lens is small in response to the output of the detecting means. It is a laser processing apparatus characterized by including a driving means for moving the concave lens 16 of the lens means while keeping it constant.
Further, the present invention responds to the thickness signal deriving means for deriving a signal representing the thickness of the workpiece, and the thickness signal deriving means for responding to the thickness signal from the thickness signal deriving means so as to reduce the spot diameter at the processed portion of the workpiece. Means for controlling the moving position of the lens means corresponding to the thickness. Further, the invention is characterized in that the lens means collects the laser light from the laser source. Further, the present invention is characterized in that the driving means reciprocates the concave lens 16 of the lens means such that the light-condensing position having a small spot diameter is near the inside of the thickness and is reciprocally displaced in the thickness direction. To do. Further, the present invention is characterized in that the reciprocating movement is about 1 to 30 times per second. Further, according to the present invention, the concave lens 16 of the lens means 14 is arranged so that the light collection position from the processing lens 6 having a small spot diameter is near the inside of the thickness of the workpiece and is reciprocally displaced in the thickness direction. It is characterized by driving.
【００１２】[0012]
【作用】本発明に従えば、レーザ源と加工用レンズとの
間にレンズ手段を介在し、加工用レンズがたとえば被加
工物の表面に沿って切断などの加工のために移動するこ
とによって光経路長が変化すると、検出手段によってそ
の光経路長が検出され、レンズ手段の凹レンズ１６が駆
動手段によって移動されて被加工物に照射されるレーザ
光のスポット径が小さくなるように、たとえば最小径に
なるようにされる。前記検出手段は、光経路長を直接に
検出する構成であってもよいけれども、光経路長に対応
する加工用レンズの移動量を検出する構成であってもよ
く、その他の構成であってもよい。レンズ手段は、単一
枚または複数枚のレンズから成る。According to the present invention, the lens means is interposed between the laser source and the processing lens, and the processing lens is moved for processing such as cutting along the surface of the work piece so that the light is emitted. When the path length changes, the optical path length is detected by the detecting means, and the concave lens 16 of the lens means is moved by the driving means to reduce the spot diameter of the laser light with which the workpiece is irradiated. To be. The detecting means may be configured to directly detect the optical path length, but may be configured to detect the movement amount of the processing lens corresponding to the optical path length, or may be another configuration. Good. The lens means is composed of a single lens or a plurality of lenses.
【００１３】このようにレンズ手段の凹レンズ１６を移
動する構成とすることによって、前述の先行技術におけ
る反射鏡の変位、したがって光経路長の変化量に比べて
レンズ手段の凹レンズ１６の移動量を小さくすることが
でき、構成を小形化することができる。By thus moving the concave lens 16 of the lens means, the moving amount of the concave lens 16 of the lens means is smaller than the displacement of the reflecting mirror in the above-mentioned prior art and therefore the change amount of the optical path length. It is possible to reduce the size of the structure.
【００１４】また前述の先行技術に関連して述べたよう
に、加工用レンズを、光経路長の変化に応じて移動する
構成に比べて、レンズ手段の凹レンズ１６の移動量が大
きくなり、スポット径を最小にするために高精度の調整
が可能である。Further, as described in relation to the above-mentioned prior art, the amount of movement of the concave lens 16 of the lens means becomes large compared to the structure in which the processing lens is moved according to the change of the optical path length, and High precision adjustment is possible to minimize the diameter.
【００１５】またレンズ手段を用いることによって、レ
ーザ源からのレーザ光を、その径が小さくなるように集
束して絞り、これによってレーザ源から加工用レンズま
での光経路長が長いとき、またはレーザ源からのレーザ
光の径が大きいときにおいても、加工用レンズを通るビ
ーム径を小さくし、これによって収差を小さくすること
ができるようになり、また加工用レンズを小径とするこ
とができる。Further, by using the lens means, the laser light from the laser source is focused and narrowed so that its diameter becomes small, so that when the optical path length from the laser source to the processing lens is long, or Even when the diameter of the laser beam from the source is large, the beam diameter passing through the processing lens can be made small, whereby the aberration can be made small, and the processing lens can be made small.
【００１６】さらに本発明に従えば、被加工物の厚みに
応じて、加工用レンズから被加工物の加工部分に照射さ
れるレーザ光のスポット径が小さくなるように、レンズ
手段の凹レンズ１６の移動位置を制御し、こうしてエネ
ルギ密度が大きいレーザ光を被加工物の厚み方向すなわ
ち深さ方向の加工部分に照射して切断などの加工を容易
に行うことができ、被加工物の深い部分に加工を施すこ
とができる。Further, according to the present invention, the concave lens 16 of the lens means is arranged so that the spot diameter of the laser beam irradiated from the processing lens to the processed portion of the workpiece becomes small according to the thickness of the workpiece. By controlling the movement position, laser light with high energy density can be applied to the thickness direction of the work piece, that is, the depth direction, to easily perform processing such as cutting. It can be processed.
【００１７】さらに本発明に従えば、レンズ手段の凹レ
ンズ１６を往復移動して、スポット径が小さい集光位置
が、被加工物の厚み内付近にあるようにして、かつ厚み
方向に往復変位して、たとえば板厚が大きいときであっ
ても、切断などの加工を行うことができるようになる。
このレンズ手段の凹レンズ１６の往復移動の周期は、た
とえば１秒間に約１〜３０回であってもよい。Further, according to the present invention, the concave lens 16 of the lens means is reciprocally moved so that the condensing position with a small spot diameter is near the inside of the thickness of the work piece and is reciprocally displaced in the thickness direction. Thus, for example, even when the plate thickness is large, processing such as cutting can be performed.
The period of reciprocating movement of the concave lens 16 of this lens means may be, for example, about 1 to 30 times per second.
【００１８】[0018]
【実施例】図１は、本発明の一実施例の全体の構成を示
す簡略化した断面図である。たとえばＣＯ2 レーザなど
のレーザ源１からのレーザ光２は、ハウジング３内に備
えられている全反射平面反射鏡４によって反射され、加
工ヘッド５に固定されている凸レンズである加工用レン
ズ６によって集束され、そのレーザ光７は、金属製など
の厚手の板などの被加工物８に照射されて切断などの加
工が行われる。レーザ源１内では、図１に斜線で図示す
るレーザ媒質９を挟んで一対の反射鏡１０，１１が光軸
１２方向に間隔をあけて配置される。全反射鏡１０の共
振キャビティ１３の内側の面は、凹球面状である。もう
１つの反射鏡１１の共振キャビティ１３に臨む表面１１
ａは、光軸１２に垂直な平面である。この反射鏡１１
は、レーザ光を部分的に透過してレーザ光が取出され
る。1 is a simplified sectional view showing the overall construction of an embodiment of the present invention. A laser beam 2 from a laser source 1 such as a CO 2 laser is reflected by a total reflection plane reflecting mirror 4 provided in a housing 3 and a processing lens 6 which is a convex lens fixed to a processing head 5. After being focused, the laser beam 7 is applied to a workpiece 8 such as a thick plate made of metal or the like to perform processing such as cutting. In the laser source 1, a pair of reflecting mirrors 10 and 11 are arranged at intervals in the optical axis 12 direction with a laser medium 9 shown by hatching in FIG. The inner surface of the resonance cavity 13 of the total reflection mirror 10 has a concave spherical shape. The surface 11 facing the resonance cavity 13 of the other reflecting mirror 11.
a is a plane perpendicular to the optical axis 12. This reflector 11
The laser light is extracted by partially transmitting the laser light.
【００１９】本発明に従えば、レーザ源１からのレーザ
光２の加工用レンズ６との間の光経路の途中には、レン
ズ手段１４が介在される。このレンズ手段１４は、反射
鏡１１のレーザ光出射側に凸状に膨らんだ凸レンズ１５
と、この凸レンズ１５から光経路の下流側に間隔をあけ
て配置された凹レンズ１６とから成り、コリメータと称
することができる。凸レンズ１５は、反射鏡１１と一体
的に構成され、たとえば１枚の石英などの材料から成
り、これによって本件レーザ加工装置の光学系のレンズ
枚数を減少して、レーザ光の透過損失を減らすことがで
きる。According to the present invention, the lens means 14 is interposed in the optical path between the laser light 2 from the laser source 1 and the processing lens 6. The lens means 14 is a convex lens 15 that bulges in a convex shape toward the laser light emitting side of the reflecting mirror 11.
And a concave lens 16 arranged at a distance from the convex lens 15 on the downstream side of the optical path, and can be referred to as a collimator. The convex lens 15 is formed integrally with the reflecting mirror 11 and is made of, for example, one piece of material such as quartz, thereby reducing the number of lenses in the optical system of the laser processing apparatus of the present case and reducing the transmission loss of laser light. You can
【００２０】ハウジング３には、反射鏡４と加工ヘッド
５とが固定されており、このハウジング３は駆動手段１
７によって、被加工物８の表面に沿って矢符１８の方向
に移動されることができる。この移動手段１７によるハ
ウジング３、したがって加工用レンズ６の移動量は検出
手段１９によって検出され、マイクロコンピュータなど
によって実現される処理回路２０に与えられる。この検
出手段１９によって検出される移動量は、レーザ源１か
ら加工用レンズ６までの光経路長に対応している。加工
用レンズ６と被加工物８との間の距離Ｆ１は、一定に保
たれる。A reflecting mirror 4 and a processing head 5 are fixed to the housing 3, and the housing 3 is a driving means 1
By means of 7, it can be moved along the surface of the work piece 8 in the direction of the arrow 18. The amount of movement of the housing 3, and hence the processing lens 6, by the moving means 17 is detected by the detecting means 19 and provided to the processing circuit 20 realized by a microcomputer or the like. The amount of movement detected by the detection means 19 corresponds to the optical path length from the laser source 1 to the processing lens 6. The distance F1 between the processing lens 6 and the workpiece 8 is kept constant.
【００２１】レンズ手段１４に備えられるレンズ１６の
光経路に沿う矢符２１の移動は、駆動手段２２によって
行われる。処理回路２０は、検出手段１９からの出力を
受信し、また入力手段２３からの被加工物８の板厚を表
す厚み信号を受信し、駆動手段１７，２２を制御する。
処理回路２０には、メモリ２４が接続される。The movement of the arrow 21 along the optical path of the lens 16 provided in the lens means 14 is performed by the driving means 22. The processing circuit 20 receives the output from the detecting means 19 and the thickness signal representing the plate thickness of the workpiece 8 from the input means 23, and controls the driving means 17 and 22.
A memory 24 is connected to the processing circuit 20.
【００２２】レーザ源１から加工用レンズ６までの光経
路におけるレンズ手段１４のレンズ１５，１６間の距離
をＬ１とし、このレンズ手段１４から反射鏡４を経て加
工用レンズ６までのレンズ間距離をＬ２とするとき、駆
動手段１７によってハウジング３が矢符１８の方向に変
位することによって光経路長（＝Ｌ１＋Ｌ２）が変化す
る。加工用レンズ６からのレーザ光７の被加工物８の表
面またはその内部である加工部分で、そのレーザ光７の
スポット径が小さくなるように、たとえば最小になるよ
うに、処理手段２０は、駆動手段２２を制御してレンズ
手段１４のレンズ１６を光経路に沿って矢符２１のよう
に移動する。The distance between the lenses 15 and 16 of the lens means 14 in the light path from the laser source 1 to the processing lens 6 is L1, and the distance between the lens means 14 and the processing lens 6 via the reflecting mirror 4. Is L2, the optical path length (= L1 + L2) is changed by displacing the housing 3 in the direction of the arrow 18 by the driving means 17. At the processing portion of the laser beam 7 from the processing lens 6 on the surface of the workpiece 8 or inside thereof, the processing means 20 reduces the spot diameter of the laser beam 7 to, for example, minimize it. The driving means 22 is controlled to move the lens 16 of the lens means 14 along the optical path as indicated by an arrow 21.
【００２３】図２は、切断すべき被加工物８の厚みに応
じてその被加工物８の表面のレーザ光７のスポット径
が、予め定める値Ｒ０未満になるようにするための光経
路の各長さＬ１，Ｌ２の関係を示すグラフである。被加
工物８が薄いときにはライン２６の特性となり、厚いと
きにはライン２７の特性となる。メモリ２４には、図２
に示される特性２６，２７が予めストアされている。板
厚入力手段２３によって被加工物８の板厚が設定される
ことによって、処理回路２０は、メモリ２４のストア内
容を読出して、ライン２６または２７などによる光経路
長Ｌ１，Ｌ２を読出して演算する。FIG. 2 shows an optical path for making the spot diameter of the laser beam 7 on the surface of the workpiece 8 to be cut less than a predetermined value R0 according to the thickness of the workpiece 8 to be cut. It is a graph which shows the relationship of each length L1 and L2. When the workpiece 8 is thin, it has the characteristics of the line 26, and when it is thick, it has the characteristics of the line 27. The memory 24 is shown in FIG.
The characteristics 26 and 27 shown in are stored in advance. When the plate thickness of the workpiece 8 is set by the plate thickness input means 23, the processing circuit 20 reads out the stored contents of the memory 24, and reads out the optical path lengths L1 and L2 by the line 26 or 27 or the like for calculation. To do.
【００２４】図３は、処理回路２０の動作を説明するた
めのフローチャートである。ステップｎ１からステップ
ｎ２に移り、板厚入力手段２３によって被加工物８の板
厚が入力されると、ステップｎ３では、メモリ２４にス
トアされている板厚毎のライン２６，２７などで示され
る特性を選択する。ステップｎ４では、処理回路２０は
検出手段１９によってハウジング３の矢符１８に沿う移
動量、したがって光経路長（＝Ｌ１＋Ｌ２）を求め、こ
れによって被加工物８の厚みに対応した光経路長の部分
Ｌ１＋Ｌ２が得られるように、駆動手段２２を動作させ
てレンズ手段１４のレンズ１６を矢符２１の方向にステ
ップｎ５において移動し、こうしてステップｎ６では一
連の動作を終了する。FIG. 3 is a flow chart for explaining the operation of the processing circuit 20. When the plate thickness of the workpiece 8 is input by the plate thickness input means 23 from step n1 to step n2, in step n3, the lines 26 and 27 for each plate thickness stored in the memory 24 are displayed. Select a characteristic. In step n4, the processing circuit 20 obtains the amount of movement of the housing 3 along the arrow 18, that is, the optical path length (= L1 + L2) by the detection means 19, and the portion of the optical path length corresponding to the thickness of the workpiece 8 is thereby obtained. In order to obtain L1 + L2, the driving means 22 is operated to move the lens 16 of the lens means 14 in the direction of the arrow 21 at step n5, and thus, at step n6, a series of operations is ended.
【００２５】駆動手段１７によってハウジング３が停止
した状態においても、被加工物８のレーザ光が照射され
る位置が、深さ方向に変化してゆくとき、そのレーザ光
の照射される位置におけるスポット径が最小になるよう
に、駆動手段２２によってレンズ１６を移動し、こうし
てエネルギ密度が高いレーザ光によって効率よく被加工
物８を切断などの加工をすることができる。Even when the housing 3 is stopped by the driving means 17, when the laser beam irradiation position of the workpiece 8 changes in the depth direction, the spot at the laser beam irradiation position is changed. The lens 16 is moved by the driving unit 22 so that the diameter is minimized, and thus the workpiece 8 can be efficiently processed by the laser light having a high energy density.
【００２６】板厚入力手段２３に代えて、被加工物８の
板厚を検出してその厚み信号を処理回路２０に与えるよ
うに構成してもよい。Instead of the plate thickness input means 23, the plate thickness of the workpiece 8 may be detected and the thickness signal may be given to the processing circuit 20.
【００２７】被加工物８が特に厚い材料であるとき、容
易に切断を可能にするために、本発明では、処理回路２
０は駆動手段２２によってレンズ手段１４のレンズ１６
を、矢符１８の方向の変位に対応するレンズ１６の移動
に比べて充分に高い振動数で、たとえば１秒間に約１〜
３０回で周期的に往復移動させる。たとえばレンズ１６
が図１の左方に変位されたときには、図４（１）に示さ
れるように、被加工物８の上下の厚み内付近で参照符２
８で示されるようにその表面付近に最小スポット径の位
置が存在する。レンズ１６が図１の右方に変位されたと
きには、図４（２）に示されるように、最小スポット径
の位置２９は、被加工物８の厚み方向の加工用レンズ６
から遠去かった位置にある。このようにして被加工物８
の厚み内付近で最小スポット径の位置２８，２９が振動
変位されることによって、エネルギ密度の高いレーザ光
が被加工物８の厚み方向に移動して照射されることにな
るので、板厚が大きい被加工物８であっても、切断加工
が容易になり、大きな板厚を有する被加工物８の加工が
可能になる。In order to allow easy cutting when the work piece 8 is a particularly thick material, the processing circuit 2 is used in the present invention.
0 is the lens 16 of the lens means 14 by the driving means 22.
At a frequency sufficiently higher than the movement of the lens 16 corresponding to the displacement in the direction of the arrow 18, for example, about 1 to 1 second.
It reciprocates periodically at 30 times. For example lens 16
Is displaced to the left in FIG. 1, as shown in FIG.
As shown by 8, the position of the minimum spot diameter exists near the surface. When the lens 16 is displaced rightward in FIG. 1, as shown in FIG. 4B, the position 29 of the minimum spot diameter is the lens 6 for processing in the thickness direction of the workpiece 8.
It is in a position far away from. In this way, the workpiece 8
By vibrating and displacing the positions 28 and 29 of the minimum spot diameter in the vicinity of the thickness of, the laser beam having a high energy density is moved and irradiated in the thickness direction of the workpiece 8, so that the plate thickness is Even a large work piece 8 can be easily cut, and a work piece 8 having a large plate thickness can be processed.
【００２８】図５は、本発明の他の実施例の構成を簡略
化して示す断面図である。この実施例は前述の実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。前述の
実施例では、特に大きい板厚を有する被加工物８を切断
加工などする際には、駆動手段２２によってレンズ手段
１４のレンズ１６が周期的に駆動されるように構成され
たけれども、図５に示される実施例では、加工ヘッド
５、したがって加工用レンズ６が、駆動手段３１によっ
て処理回路２０の制御のもとに周期的に図５の上下に振
動され、その加工用レンズ６の往復移動は、前述の実施
例と同様にたとえば１秒間に約１〜３０回であってもよ
い。レンズ１６を移動する駆動手段２２は、ハウジング
３の矢符１８の方向の駆動手段１７による変位に応じ
て、被加工物８の上表面におけるレーザ光７のスポット
径が最小になるように、位置決めされる。FIG. 5 is a sectional view showing a simplified configuration of another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the previous embodiment, and corresponding parts bear the same reference numerals. In the above-described embodiment, the lens 16 of the lens means 14 is periodically driven by the driving means 22 when the workpiece 8 having a particularly large plate thickness is cut and processed. In the embodiment shown in FIG. 5, the processing head 5, and hence the processing lens 6, is periodically vibrated up and down in FIG. 5 under the control of the processing circuit 20 by the driving means 31, and the processing lens 6 reciprocates. The movement may be, for example, about 1 to 30 times per second as in the above-described embodiment. The drive means 22 for moving the lens 16 is positioned so that the spot diameter of the laser beam 7 on the upper surface of the workpiece 8 is minimized according to the displacement of the drive means 17 in the direction of the arrow 18 of the housing 3. To be done.
【００２９】駆動手段３１によって加工用レンズ６を上
下に周期的に往復移動することによって、レーザ光７
が、図６（１）に示されるように被加工物８の厚み方向
上部寄りの位置３２でスポット径が最小になり、また加
工用レンズを被加工物８に近づけることによって、位置
３３でレーザ光７のスポット径が最小になる。その他の
構成は、前述の実施例と同様である。The laser light 7 is generated by periodically moving the processing lens 6 up and down by the driving means 31.
However, as shown in FIG. 6 (1), the spot diameter is minimized at the position 32 near the top of the workpiece 8 in the thickness direction, and the laser beam is moved to the position 33 by moving the processing lens closer to the workpiece 8. The spot diameter of the light 7 becomes the minimum. Other configurations are the same as those in the above-mentioned embodiment.
【００３０】こうして本発明によれば、図１に示される
実施例において駆動手段２２によってレンズ手段１４の
レンズ１６を周期的に往復移動して振動させ、また図５
の実施例では加工用レンズ６を周期的に往復移動して振
動させ、こうして板厚が大きい被加工物８を切断加工な
どすることができるようになる。したがって本発明によ
れば、レーザ加工の加工性能を制御する新しい要因が加
わったと見なすことができるのである。Thus, according to the present invention, in the embodiment shown in FIG. 1, the driving means 22 causes the lens 16 of the lens means 14 to periodically reciprocate and vibrate, and FIG.
In this embodiment, the processing lens 6 is periodically reciprocated and vibrated, and thus the workpiece 8 having a large plate thickness can be cut. Therefore, according to the present invention, it can be considered that a new factor for controlling the processing performance of laser processing is added.
【００３１】レンズ手段１４において、反射鏡１１と一
体的である凸レンズ１５の焦点距離ｆ１＝４００ｍｍで
あり、もう１つの凸レンズの焦点距離ｆ２＝−３００ｍ
ｍであり、さらに加工用レンズ６の焦点距離ｆ３＝１０
０ｍｍであってもよい。In the lens means 14, the focal length f1 of the convex lens 15 integral with the reflecting mirror 11 is 400 mm, and the focal length f2 of the other convex lens is f2 = -300 m.
m, and the focal length f3 of the processing lens 6 is f3 = 10
It may be 0 mm.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、レーザ源と加工用レン
ズとの間に介在されるレンズ手段の凹レンズ１６を、光
経路長の変化に応じて、被加工物に照射されるレーザ光
のスポット径が小さくなるように駆動手段によって移動
するようにしたので、レンズ手段の凹レンズ１６の移動
量が小さくてすみ、構成を小形化することができる。According to the present invention, the concave lens 16 of the lens means interposed between the laser source and the processing lens causes the laser beam to be irradiated onto the workpiece in accordance with the change in the optical path length. Since the spot diameter is reduced by the driving means, the concave lens 16 of the lens means can be moved in a small amount, and the structure can be downsized.
【００３３】また本発明によれば、上述のようにレンズ
手段の凹レンズ１６を移動する構成とすることによっ
て、光経路長が長いとき、またはレーザ源からのレーザ
光のビーム径が大きいときであっても、そのレーザ源か
らのレーザ光をレンズ手段によって小さい径に集束して
絞ることができ、したがって加工用レンズによる収差を
抑制し、また加工用レンズを小形化することができる。Further, according to the present invention, when the concave lens 16 of the lens means is moved as described above, when the optical path length is long or the beam diameter of the laser light from the laser source is large. However, the laser light from the laser source can be converged and narrowed down to a small diameter by the lens means, so that the aberration due to the processing lens can be suppressed and the processing lens can be miniaturized.
【００３４】さらに本発明によれば、前述の先行技術に
関連して述べたように光経路長の変化に応じて加工用レ
ンズを変位する構成に比べて、本発明ではレンズ手段の
凹レンズ１６を移動するように構成したので、この光経
路長の変化量に対するレンズ手段の移動量は、先行技術
における加工用レンズの移動量に比べて大きく、したが
って光加工物に照射されるレーザ光のスポット径を、高
精度でたとえば最小となるように小さくすることが可能
となる。Further, according to the present invention, the concave lens 16 of the lens means is used in the present invention as compared with the structure in which the processing lens is displaced according to the change of the optical path length as described in relation to the above-mentioned prior art. Since it is configured to move, the amount of movement of the lens means with respect to this amount of change in the optical path length is larger than the amount of movement of the processing lens in the prior art, and therefore the spot diameter of the laser light irradiated to the optical work piece. Can be reduced with high accuracy, for example, to a minimum.
【００３５】また本発明によれば、スポット径を小さく
するために、先行技術における加工用レンズを変位する
構成とはなっておらず、したがって被加工物付近で加工
用レンズを変位駆動するための構成は不要であり、その
ため加工用レンズ付近の構成が大形化することはなく、
本発明では加工用レンズ付近の構成を小形化して簡略化
し、加工を行っている被加工物付近の悪環境下での構成
を単純化し、保守を容易にすることができる。Further, according to the present invention, the processing lens is not configured to be displaced in the prior art in order to reduce the spot diameter, so that the processing lens is driven to be displaced near the workpiece. No configuration is required, so the configuration around the processing lens does not become large,
According to the present invention, the structure in the vicinity of the processing lens can be downsized and simplified, and the structure in a bad environment in the vicinity of the workpiece to be processed can be simplified to facilitate maintenance.
【００３６】さらに本発明によれば、被加工物の厚みに
応じて焦点深度を変えるとともに、レンズ手段の凹レン
ズ１６の移動位置を、被加工物の加工部分でスポット径
が小さくなるように制御し、これによって厚手の被加工
物であっても、切断などの加工を行うことができるよう
になる。Further, according to the present invention, the depth of focus is changed according to the thickness of the workpiece, and the moving position of the concave lens 16 of the lens means is controlled so that the spot diameter becomes small in the processed portion of the workpiece. As a result, even a thick work piece can be cut and processed.
【００３７】さらに本発明によれば、レンズ手段の凹レ
ンズ１６を光経路に沿って往復移動して振動させ、スポ
ット径が小さい集光位置が、被加工物の厚み内付近にあ
るようにして、かつその厚み方向に往復変位するように
し、こうして被加工物の深い位置まで、高いエネルギ密
度のレーザ光を照射し、切断などの加工を行うことが可
能になる。Further, according to the present invention, the concave lens 16 of the lens means is reciprocally moved along the optical path to vibrate so that the condensing position with a small spot diameter is near the thickness of the workpiece. Further, it is possible to perform reciprocal displacement in the thickness direction thereof, and thus to perform processing such as cutting by irradiating a deep position of the workpiece with laser light having a high energy density.
【００３８】さらに本発明によれば、レンズ手段の凹レ
ンズ１６の往復移動は、１秒間に約１〜３０回に選び、
これによって被加工物の深い位置まで、エネルギ密度が
高いレーザ光を照射して切断などの加工を行うことがで
きるようになる。Further according to the present invention, the reciprocating movement of the concave lens 16 of the lens means is selected to be about 1 to 30 times per second,
As a result, it becomes possible to irradiate a deep position of the workpiece with laser light having a high energy density to perform processing such as cutting.
【図１】本発明の一実施例のレーザ加工装置の全体の構
成を示す簡略化した断面図である。FIG. 1 is a simplified cross-sectional view showing the overall configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】レーザ源１と加工用レンズ６との間のレーザ光
の光経路長の各部分Ｌ１，Ｌ２が被加工物８の板厚に応
じて変化して設定される状態を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a state in which the respective portions L1 and L2 of the optical path length of laser light between the laser source 1 and the processing lens 6 are changed and set according to the plate thickness of the workpiece 8. is there.
【図３】処理回路２０の動作を説明するためのフローチ
ャートである。FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the processing circuit 20.
【図４】駆動手段２２によってレンズ手段１４のレンズ
１６を周期的に往復移動して振動する動作を説明するた
めの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an operation of periodically reciprocatingly moving the lens 16 of the lens means 14 by the driving means 22 to vibrate.
【図５】本発明の他の実施例のレーザ加工装置の全体の
構成を簡略化して示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a simplified overall configuration of a laser processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図６】図５に示される実施例における加工用レンズ６
が駆動手段３１によって周期的に往復移動されて振動さ
れる状態を示すための断面図である。6 is a processing lens 6 in the embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the drive unit 31 periodically reciprocates and is vibrated.
１ レーザ源 ２，７ レーザ光 ３ ハウジング ４ 反射鏡 ５ 加工ヘッド ６ 加工用レンズ ８ 被加工物 １０，１１ 反射鏡 １４ レンズ手段 １５ 凸レンズ １６ 凹レンズ １７，２２ 駆動手段 １９ 検出手段 ２０ 処理回路 ２３ 板厚入力手段 ２４ メモリ ３１ 駆動手段 1 laser source 2,7 laser light 3 housing 4 reflector 5 processing head 6 Processing lens 8 Workpiece 10,11 Reflector 14 Lens means 15 convex lens 16 concave lens 17,22 Drive means 19 Detection means 20 Processing circuit 23 Thickness input means 24 memory 31 Drive means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−84587（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224887（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−142966（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-84587 (JP, A) JP-A-2-224887 (JP, A) JP-A-6-142966 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/42
Claims (9)
段１４を介して、加工用レンズ６に導いて被加工物に集
光し、レンズ手段１４は、 レーザ源１のレーザ光出射側に凸状に膨んだ凸レンズ１
５と、 この凸レンズ１５から光経路の下流側に間隔をあけて配
置された凹レンズ１６とから成り、 レーザ源と加工用レンズとの間の光経路長に応じて、加
工用レンズ６と被加工物との間の距離Ｆ１を一定に保っ
たままで、レンズ手段の前記凹レンズ１６を移動して、
被加工物に集光されるレーザ光のスポット径を小さくす
ることを特徴とするレーザ加工方法。1. A laser beam from a laser source 1 is guided to a processing lens 6 via a lens means 14 and focused on an object to be processed, and the lens means 14 is provided on a laser beam emitting side of the laser source 1. Convex lens 1 bulging in a convex shape
5 and a concave lens 16 arranged at a distance from the convex lens 15 on the downstream side of the optical path. The processing lens 6 and the workpiece are processed according to the optical path length between the laser source and the processing lens. While keeping the distance F1 between the object and the object constant, the concave lens 16 of the lens means is moved,
A laser processing method comprising reducing a spot diameter of a laser beam focused on a workpiece.
ャビティ１３の内側の面が凹球面状である反射鏡１０
と、前記凸レンズ１１とによって挟んで構成され、 前記凸レンズ１１は、共振キャビティ１３に臨む表面１
１ａを有し、この表面１１ａは、光軸１２に垂直な平面
であり、 この凸レンズ１１は、レーザ光を部分的に透過してレー
ザ光を取出すことを特徴とする請求項１記載のレーザ加
工方法。2. A laser source 1 comprises a laser medium 9 and a reflection mirror 10 in which an inner surface of a resonance cavity 13 is a concave spherical surface.
And the convex lens 11, the convex lens 11 has a surface 1 facing the resonance cavity 13.
2. The laser processing according to claim 1, wherein the surface 11a has a surface 1a, and the surface 11a is a plane perpendicular to the optical axis 12, and the convex lens 11 partially transmits the laser light to take out the laser light. Method.
ンズと、 レーザ源と加工用レンズとの間に介在され、レーザ源１
のレーザ光出射側に凸状に膨んだ凸レンズ１５と、この
凸レンズ１５から光経路の下流側に間隔をあけて配置さ
れた凹レンズ１６とから成るレンズ手段と、 レーザ源と加工用レンズとの間の光経路長を検出する手
段と、 検出手段の出力に応答し、加工用レンズによる被加工物
に照射されるレーザ光のスポット径が小さくなるよう
に、加工用レンズ６と被加工物との間の距離Ｆ１を一定
に保ったままで、レンズ手段の前記凹レンズ１６を移動
する駆動手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装
置。3. A laser source, a processing lens for condensing laser light from the laser source on a workpiece, and a laser source 1 interposed between the laser source and the processing lens.
Of the laser source and the processing lens, and a lens means including a convex lens 15 bulging in a convex shape toward the laser light emitting side and a concave lens 16 arranged at a distance from the convex lens 15 to the downstream side of the optical path. A means for detecting the optical path length between the processing lens 6 and the processing lens 6 so that the spot diameter of the laser beam irradiated to the processing object by the processing lens becomes small in response to the output of the detection means. And a driving unit that moves the concave lens 16 of the lens unit while keeping the distance F1 between them constant.
ャビティ１３の内側の面が凹球面状である反射鏡１０
と、前記凸レンズ１１とによって挟んで構成され、 前記凸レンズ１１は、共振キャビティ１３に臨む表面１
１ａを有し、この表面１１ａは、光軸１２に垂直な平面
であり、 この凸レンズ１１は、レーザ光を部分的に透過してレー
ザ光を取出すことを特徴とする請求項３記載のレーザ加
工装置。4. A laser source 1 comprises a laser medium 9 and a reflection mirror 10 in which an inner surface of a resonance cavity 13 is a concave spherical surface.
And the convex lens 11, the convex lens 11 has a surface 1 facing the resonance cavity 13.
4. The laser processing according to claim 3, wherein the surface 11a has a surface 1a, and the surface 11a is a plane perpendicular to the optical axis 12, and the convex lens 11 partially transmits the laser light to extract the laser light. apparatus.
み信号導出手段と、 厚み信号導出手段からの厚み信号に応答し、被加工物の
加工部分でスポット径が小さくなるように、各厚みに対
応したレンズ手段の移動位置を制御する手段とを含むこ
とを特徴とする請求項３または４記載のレーザ加工装
置。5. A thickness signal deriving means for deriving a signal representing the thickness of the workpiece, and each of the means for responding to the thickness signal from the thickness signal deriving means so as to reduce the spot diameter in the processed portion of the workpiece. 5. The laser processing apparatus according to claim 3, further comprising means for controlling the moving position of the lens means corresponding to the thickness.
を集光することを特徴とする請求項３〜５のうちの１つ
に記載のレーザ加工装置。6. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the lens means focuses the laser light from the laser source.
置が厚み内付近にあるようにして、かつ厚み方向に往復
変位するように、レンズ手段の前記凹レンズ１６を往復
移動することを特徴とする請求項３〜６のうちの１つに
記載のレーザ加工装置。7. The driving means reciprocates the concave lens 16 of the lens means such that the light-converging position with a small spot diameter is near the inside of the thickness and is reciprocally displaced in the thickness direction. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein
であることを特徴とする請求項７記載のレーザ加工装
置。8. The laser processing apparatus according to claim 7, wherein the reciprocating movement is about 1 to 30 times per second.
い集光位置が、被加工物の厚み内付近にあるようにし
て、かつその厚み方向に往復変位するように、レンズ手
段１４の凹レンズ１６を駆動することを特徴とする請求
項１または２記載のレーザ加工方法。9. The concave lens 16 of the lens means 14 is arranged so that the light collecting position from the processing lens 6 having a small spot diameter is near the inside of the thickness of the workpiece and is reciprocally displaced in the thickness direction thereof. 3. The laser processing method according to claim 1, wherein the laser processing method is driven.
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