JP3404627B2 - Laser processing machine - Google Patents
Laser processing machineInfo
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- JP3404627B2 JP3404627B2 JP25725599A JP25725599A JP3404627B2 JP 3404627 B2 JP3404627 B2 JP 3404627B2 JP 25725599 A JP25725599 A JP 25725599A JP 25725599 A JP25725599 A JP 25725599A JP 3404627 B2 JP3404627 B2 JP 3404627B2
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、２つのレーザスポ
ット光を照射可能なツインスポット光学系を備えたレー
ザ加工機の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a laser processing machine equipped with a twin spot optical system capable of irradiating two laser spot lights.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザビームを小スポットに集光し、金
属等の加工対象物に照射することにより、溶接や切断等
の加工を行なうことができる。例えば、溶接加工につい
て言えば、熱容量や融点等の異なる異種材料の突き合わ
せ溶接においては、それぞれの材料に適したエネルギー
が異なり、高品位の溶接を行なうためには異種材料にそ
れぞれ適合したレーザビームエネルギーを与えることが
望まれる。2. Description of the Related Art By converging a laser beam into a small spot and irradiating an object to be processed such as metal, processing such as welding or cutting can be performed. For example, regarding welding, in butt welding of dissimilar materials with different heat capacities and melting points, the energy suitable for each material is different, and in order to perform high-quality welding, the laser beam energy suitable for each dissimilar material is used. Is desired to be given.
【０００３】単一のレーザビームでこのような異種材料
の突き合わせ溶接を実施する場合には、突き合わせ位置
に対してレーザビームの中心位置を偏心させる技術が知
られている。この場合は高精度の照射位置制御が必要と
なり、対処が難しい。また、同一材料の突き合わせ溶接
においても板厚に差がある場合は同様である。When performing such butt welding of dissimilar materials with a single laser beam, a technique is known in which the center position of the laser beam is eccentric with respect to the butt position. In this case, highly accurate irradiation position control is required, which is difficult to deal with. The same applies when there is a difference in plate thickness even in butt welding of the same material.
【０００４】これに対し、本出願人は、単一のレーザビ
ームを用いて２つのレーザスポット光を形成することの
できるレーザ加工機を提案（特許第２９０２５５０号）
した。これを、図４を参照して簡単に説明する。図４に
おいて、レーザ発振器で発生されたレーザビームは光フ
ァイバにより伝送され、光ファイバの先端部１０１から
図中下方に出射される。光ファイバの先端部１０１から
発散したレーザ光は、コリメートレンズ１０２によって
コリメートされ、平行光束となる。この平行光束は、直
進して屋根形プリズム１０３に入射する。屋根形プリズ
ム１０３は、図中上側に左右に傾いた対称的入射面を有
する。On the other hand, the present applicant has proposed a laser processing machine capable of forming two laser spot lights by using a single laser beam (Japanese Patent No. 2902550).
did. This will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 4, a laser beam generated by a laser oscillator is transmitted by an optical fiber and emitted from the tip 101 of the optical fiber downward in the figure. The laser light diverging from the tip portion 101 of the optical fiber is collimated by the collimator lens 102 and becomes a parallel light flux. The parallel light flux goes straight and enters the roof prism 103. The roof prism 103 has a symmetrical incident surface that is inclined to the left and right on the upper side in the figure.
【０００５】屋根形プリズム１０３は、図中左半分に入
射したレーザビームは右下方に偏向し、右半分に入射し
たレーザビームは左下方に偏向する。このように、屋根
形プリズム１０３は、入射するレーザビームを２つのビ
ームに分割する役割を果たす。そして、屋根形プリズム
１０３はレーザビームの光軸に直角な方向に可動とされ
ている。その結果、屋根形プリズム１０３の２つの傾斜
面に入射するレーザビームの入射面積比により分割比が
可変となる。分割比が可変であるということは、出力比
率が可変であることを意味する。In the roof-shaped prism 103, the laser beam incident on the left half in the figure is deflected to the lower right, and the laser beam incident on the right half is deflected to the lower left. In this way, the roof-shaped prism 103 serves to split the incident laser beam into two beams. The roof prism 103 is movable in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam. As a result, the division ratio becomes variable depending on the incident area ratio of the laser beams incident on the two inclined surfaces of the roof prism 103. The fact that the division ratio is variable means that the output ratio is variable.
【０００６】屋根形プリズム１０３で分割された２本の
レーザビームは、集光レンズ（加工レンズ）１０４によ
って集光され、異なる点にスポット状に集光される。集
光点の位置は、屋根形プリズム１０３の与える偏向（屈
折）角度、屋根形プリズム１０３と集光レンズ１０４と
の間の距離、集光レンズ１０４の焦点距離等によって定
まる。The two laser beams divided by the roof prism 103 are condensed by a condenser lens (processing lens) 104, and are condensed in spots at different points. The position of the focal point is determined by the deflection (refraction) angle provided by the roof prism 103, the distance between the roof prism 103 and the condenser lens 104, the focal length of the condenser lens 104, and the like.
【０００７】なお、図示していないが、上記の各要素は
筒状のノズルケースに収容されている。特に、屋根形プ
リズム１０３はプリズムセルに保持され、集光レンズ１
０４は集光レンズセルに保持されている。プリズムセル
の下端と集光レンズセルの上端には相係合するねじが切
られており、集光レンズセルをプリズムセルにねじ込む
ことにより、両者は一体化される。更に、回転駆動機構
により、プリズムセルと集光レンズセルとを一体的に回
転させることができるように構成されている。その結
果、屋根形プリズム１０３と集光レンズ１０４とを、入
射レーザビームの光軸を中心として一体的に回転させる
ことにより２つのスポット光の配列角度を任意に設定す
ることができる。ここで言う、２つのスポット光の配列
角度とは、２つのスポット光の中心を結ぶ線分と溶接方
向との間の角度を意味する。溶接の場合、通常、この角
度は９０度である。Although not shown, each of the above elements is housed in a cylindrical nozzle case. In particular, the roof-shaped prism 103 is held in the prism cell, and the condenser lens 1
04 is held in the condenser lens cell. The lower end of the prism cell and the upper end of the condenser lens cell are threaded so as to be engaged with each other. By screwing the condenser lens cell into the prism cell, the both are integrated. Further, the rotation driving mechanism is configured to integrally rotate the prism cell and the condenser lens cell. As a result, the roof prism 103 and the condenser lens 104 are integrally rotated around the optical axis of the incident laser beam, whereby the array angle of the two spot lights can be set arbitrarily. Here, the array angle of the two spot lights means the angle between the line segment connecting the centers of the two spot lights and the welding direction. In the case of welding, this angle is usually 90 degrees.
【０００８】一方、コリメートレンズ１０２はコリメー
トレンズケースに保持されている。光ファイバの先端部
１０１を保持するファイバケースは、その下端に形成さ
れたねじ部がコリメートレンズケースの上端に形成され
たねじ部にねじ込まれて固定される。On the other hand, the collimator lens 102 is held by the collimator lens case. The fiber case that holds the tip 101 of the optical fiber is fixed by screwing the threaded portion formed at the lower end of the fiber case into the threaded portion formed at the upper end of the collimating lens case.
【０００９】上記のような単一のレーザビームから２つ
のスポット光を得るための光学系は、ツインスポット光
学系と呼ばれているが、細部構造は、上述の特許公報に
開示されているので、詳しい説明は省略する。An optical system for obtaining two spot lights from a single laser beam as described above is called a twin spot optical system, but the detailed structure is disclosed in the above-mentioned patent publication. , Detailed description is omitted.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
レーザ加工機においては、２つのスポット光の照射域を
観察するための観察光学系が必要となる。このような観
察光学系は通常、ＣＣＤカメラで構成され、集光レンズ
１０４の光軸と同軸になるように、ノズルケースの上部
に設置されるのが好ましい。しかし、その場合、屋根型
プリズム１０３を通して２つのスポット光の照射域を撮
像すると、スポット光を含む照射域の像が２重になって
しまうという問題点がある。By the way, such a laser beam machine requires an observation optical system for observing the irradiation areas of two spot lights. Such an observation optical system is usually composed of a CCD camera and is preferably installed above the nozzle case so as to be coaxial with the optical axis of the condenser lens 104. However, in that case, if the irradiation areas of the two spot lights are imaged through the roof-type prism 103, there is a problem that the images of the irradiation areas including the spot light are duplicated.
【００１１】そこで、本発明の課題は、２つのスポット
光を照射可能なツインスポット光学系を備えたレーザ加
工機において、２つのスポット光を含む照射域の鮮明な
画像を得ることのできるレーザ加工機を提供することに
ある。Therefore, an object of the present invention is to provide a laser processing machine equipped with a twin-spot optical system capable of irradiating two spot lights so that a clear image of an irradiation area including two spot lights can be obtained. To provide a machine.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ加工
機は、２つのレーザスポット光を照射可能なツインスポ
ット光学系を備えており、前記ツインスポット光学系
は、レーザ光を２つに分割するためのプリズムと、分割
されたレーザ光を２つのスポット光として異なる位置に
照射する集光レンズと、ワークに照射された２つのスポ
ット光の照射域を観察するための撮像手段とを含み、前
記プリズムは、前記集光レンズの光軸と同軸となる位置
から外れた位置に配置され、前記撮像手段は、前記集光
レンズの光軸と同軸となるように配置されていることを
特徴とする。A laser beam machine according to the present invention comprises a twin spot optical system capable of irradiating two laser spot lights, and the twin spot optical system divides the laser light into two. And a condenser lens for irradiating the divided laser light as two spot lights at different positions, and an imaging means for observing an irradiation area of the two spot lights irradiating the work. The prism is arranged at a position deviated from a position coaxial with the optical axis of the condenser lens, and the imaging means is arranged so as to be coaxial with the optical axis of the condenser lens. .
【００１３】本発明によればまた、ツインスポット光学
系が、レーザ発振器からのレーザ光を受光する受入れ部
と、受光したレーザ光を平行光にするための第１のコリ
メートレンズと、該平行光を２つに分割するための屋根
型プリズムと、分割されたレーザ光を２つのスポット光
として異なる位置に照射する集光レンズと、ワークに照
射された２つのスポット光の照射域を観察するための撮
像手段とを含み、前記集光レンズは、筒状のノズルケー
スの下部に収容されており、前記受入れ部、前記第１の
コリメートレンズ、前記屋根型プリズムは前記ノズルケ
ースの側方に連結された第１のガイドケースに収容され
て前記屋根型プリズムにより分割されたビームを前記ノ
ズルケースに収容されたレーザ光全反射ミラーを介して
前記集光レンズに導くようにしており、前記ノズルケー
スの上部には前記集光レンズの光軸と同軸になるように
前記撮像手段が配置され、前記レーザ光全反射ミラーは
可視光を透過するミラーであることにより、前記撮像手
段は、前記レーザ全反射ミラー、前記集光レンズを通し
て前記照射域を撮像することを特徴とするるレーザ加工
機が提供される。According to the present invention, the twin-spot optical system further includes a receiving portion for receiving the laser beam from the laser oscillator, a first collimating lens for collimating the received laser beam, and the parallel beam. For observing the roof-type prism for splitting the beam into two, a condenser lens for radiating the split laser light as two spot lights at different positions, and the irradiation area of the two spot lights irradiating the work. Image pickup means, the condenser lens is housed in a lower portion of a cylindrical nozzle case, and the receiving portion, the first collimating lens, and the roof prism are connected to a side of the nozzle case. The beam, which is housed in the first guide case and split by the roof-type prism, is passed through the laser light total reflection mirror housed in the nozzle case to the condenser lens. The image pickup means is arranged above the nozzle case so as to be coaxial with the optical axis of the condenser lens, and the laser light total reflection mirror is a mirror that transmits visible light. The laser processing machine is characterized in that the imaging means images the irradiation area through the laser total reflection mirror and the condenser lens.
【００１４】前記ノズルケースの側方に更に、前記ワー
クにおける２つのスポット光の照射域を照らすための照
明光導入用の第２のガイドケースを連結し、該第２のガ
イドケースからの照明光を前記ノズルケースに収容され
たハーフミラーを介して前記照射域に照射するようにす
ることが望ましく、この場合、前記撮像手段は、前記ハ
ーフミラー、前記レーザ光全反射ミラー、前記集光レン
ズを通して前記照射域を撮像する。A second guide case for introducing illumination light for illuminating the irradiation areas of the two spot lights on the work is further connected to the side of the nozzle case, and the illumination light from the second guide case is connected. It is desirable to irradiate the irradiation area through a half mirror housed in the nozzle case. In this case, the image pickup means passes through the half mirror, the laser light total reflection mirror, and the condenser lens. An image of the irradiation area is captured.
【００１５】前記屋根型プリズムは、前記第１のガイド
ケースに装着されたプリズムセルによりレーザ光の光軸
を中心に回動可動な状態で保持される。The roof type prism is held by a prism cell mounted on the first guide case in a state of being rotatable about an optical axis of laser light.
【００１６】前記第１のガイドケースは前記ノズルケー
スの中心軸に直角な方向に延びており、前記受入れ部は
前記レーザ発振器からのレーザ光を伝送する光ファイバ
の先端部を受入れ可能に構成されており、該受入れ部は
前記光ファイバをその中心軸に直角な方向に位置調整可
能にするための位置調整機構と、前記光ファイバをその
中心軸回りに回転可能にすると共に、中心軸に垂直な面
方向に位置調整可能にするための回転位置調整機構とを
有する。The first guide case extends in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle case, and the receiving portion is configured to be able to receive the tip portion of the optical fiber for transmitting the laser light from the laser oscillator. The receiving portion includes a position adjusting mechanism for adjusting the position of the optical fiber in a direction perpendicular to the central axis thereof, a mechanism for rotating the optical fiber around the central axis thereof, and a vertical axis of the central axis. And a rotational position adjusting mechanism for enabling position adjustment in various plane directions.
【００１７】前記第１のガイドケースには前記第１のコ
リメートレンズをレーザ光の光軸方向に位置調整可能に
するためのコリメートレンズ位置調整機構を設けてい
る。The first guide case is provided with a collimator lens position adjusting mechanism for adjusting the position of the first collimator lens in the optical axis direction of the laser beam.
【００１８】前記第２のガイドケースは前記第１のガイ
ドケースよりも上方において前記ノズルケースに連結さ
れて前記ノズルケースの中心軸に直角な方向に延びてお
り、該第２のガイドケース内には第２のコリメートレン
ズを収容している。The second guide case is connected to the nozzle case above the first guide case and extends in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle case. Contains a second collimating lens.
【００１９】前記撮像手段がＣＣＤカメラである場合、
前記ノズルケース内には、前記ハーフミラーと前記ＣＣ
Ｄカメラとの間にＣＣＤカメラ用結像レンズが収容さ
れ、前記ノズルケースには前記ＣＣＤカメラ用結像レン
ズをその光軸方向に位置調整可能にするためのピント調
整機構を設けている。When the image pickup means is a CCD camera,
Inside the nozzle case, the half mirror and the CC
An imaging lens for a CCD camera is housed between the D camera and the nozzle case, and a focus adjusting mechanism for adjusting the position of the imaging lens for the CCD camera in the optical axis direction is provided in the nozzle case.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】図１〜図３を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。本発明によるレーザ加工
機は、図４で説明したレーザ加工機と原理的に同じであ
り、２つのレーザスポット光を照射可能なツインスポッ
ト光学系を備えている。すなわち、ツインスポット光学
系は、図示しないレーザ発振器からのレーザ光を受光す
る受入れ部１１と、受光したレーザ光を平行光にするた
めのコリメートレンズ１２と、平行光を２つに分割する
ための屋根型プリズム１３と、分割されたレーザ光を２
つのスポット光として異なる位置に照射する集光レンズ
１４とを含む。本形態においては更に、ワークに照射さ
れた２つのスポット光をを含む照射域を撮像して観察す
るための撮像手段としてＣＣＤカメラ１５を備えてい
る。なお、レーザ発振器としては通常、ＹＡＧレーザ発
振器が使用されるが、これに限定されるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The laser processing machine according to the present invention is the same in principle as the laser processing machine described in FIG. 4, and includes a twin spot optical system capable of irradiating two laser spot lights. That is, the twin-spot optical system includes a receiving unit 11 that receives laser light from a laser oscillator (not shown), a collimator lens 12 that makes the received laser light parallel light, and a parallel light split into two. The roof prism 13 and the split laser light
And a condenser lens 14 for irradiating different positions as one spot light. In the present embodiment, a CCD camera 15 is further provided as an image pickup means for picking up and observing an irradiation area including two spot lights applied to the work. A YAG laser oscillator is usually used as the laser oscillator, but the laser oscillator is not limited to this.
【００２１】本形態によるレーザ加工機の特徴は以下の
点にある。集光レンズ１４は、筒状のノズルケース２０
の下部に設けられている。ノズルケース２０の下端部に
は開口２０ａが設けられ、この開口２０ａには保護ガラ
ス２１が設けられている。受入れ部１１はノズルケース
２０の側方に連結された第１のガイドケース３０の先端
部に構成され、コリメートレンズ１２及び屋根型プリズ
ム１３は、第１のガイドケース３０に収容されている。
第１のガイドケース３０はノズルケース２０の中心軸に
直角な方向に延びており、受入れ部１１はレーザ発振器
からのレーザ光を伝送する光ファイバ３１の先端部を受
入れ可能に構成されている。そして、屋根型プリズム１
３により分割されたレーザ光をノズルケース２０に収容
された全反射ミラー２２を介して９０度角度を変えるこ
とにより集光レンズ１４に導くようにしている。全反射
ミラー２２はレーザ光を全反射させ、可視光を透過する
ミラーである。ノズルケース２０の上部には集光レンズ
１４の光軸と同軸になるようにＣＣＤカメラ１５が配置
されている。The features of the laser beam machine according to this embodiment are as follows. The condenser lens 14 is a cylindrical nozzle case 20.
It is provided at the bottom of. An opening 20a is provided at the lower end of the nozzle case 20, and a protective glass 21 is provided in the opening 20a. The receiving portion 11 is formed at the tip of a first guide case 30 connected to the side of the nozzle case 20, and the collimating lens 12 and the roof prism 13 are housed in the first guide case 30.
The first guide case 30 extends in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle case 20, and the receiving portion 11 is configured to be able to receive the distal end portion of the optical fiber 31 that transmits the laser light from the laser oscillator. And roof type prism 1
The laser beam divided by 3 is guided to the condenser lens 14 by changing the angle of 90 degrees through the total reflection mirror 22 housed in the nozzle case 20. The total reflection mirror 22 is a mirror that totally reflects laser light and transmits visible light. A CCD camera 15 is arranged above the nozzle case 20 so as to be coaxial with the optical axis of the condenser lens 14.
【００２２】第１のガイドケース３０より上方のノズル
ケース２０の側方には更に、ワークにおける２つのスポ
ット光の照射域を照らすための照明光導入用の第２のガ
イドケース４０が連結されている。第２のガイドケース
４０の先端には、図示しない照明用の光源からの光が光
ファイバ４１を通して導入される。第２のガイドケース
４０もノズルケース２０の中心軸に直角な方向に延びて
おり、該第２のガイドケース４０内には第２のコリメー
トレンズ４２を収容している。そして、第２のガイドケ
ース４０からの照明光をノズルケース２０に収容された
ハーフミラー２３を介して照射域に照射するようにして
いる。A second guide case 40 for introducing illumination light for illuminating the irradiation areas of the two spot lights on the work is further connected to the side of the nozzle case 20 above the first guide case 30. There is. Light from an illumination light source (not shown) is introduced into the tip of the second guide case 40 through an optical fiber 41. The second guide case 40 also extends in the direction perpendicular to the central axis of the nozzle case 20, and the second collimator lens 42 is accommodated in the second guide case 40. Then, the illumination light from the second guide case 40 is applied to the irradiation area via the half mirror 23 housed in the nozzle case 20.
【００２３】一方、ノズルケース２０内には、ハーフミ
ラー２３とＣＣＤカメラ１５との間にＣＣＤカメラ用結
像レンズ２４が収容されている。その結果、ＣＣＤカメ
ラ１５は、ＣＣＤカメラ用結像レンズ２４、ハーフミラ
ー２３、全反射ミラー２２、集光レンズ１４を通して照
射域を撮像する。On the other hand, in the nozzle case 20, a CCD camera imaging lens 24 is housed between the half mirror 23 and the CCD camera 15. As a result, the CCD camera 15 images the irradiation area through the CCD camera imaging lens 24, the half mirror 23, the total reflection mirror 22, and the condenser lens 14.
【００２４】屋根型プリズム１３は、第１のガイドケー
ス３０に装着されたプリズムセル３２によりレーザ光の
光軸を中心に回動可動な状態で保持されている。プリズ
ムセル３２を使用することで、２つのスポット光の配列
角度を調整することができる。すなわち、プリズムセル
３２をレーザ光の光軸回りに回転させることにより、２
つのスポット光の配列角度を希望する向きにあわせるこ
とができる。このようなプリズムセルの構造は周知であ
るので、詳しい説明は省略する。The roof prism 13 is held by a prism cell 32 mounted on the first guide case 30 so as to be rotatable about the optical axis of the laser light. By using the prism cell 32, the array angle of the two spot lights can be adjusted. That is, by rotating the prism cell 32 around the optical axis of the laser light,
The array angle of the two spot lights can be adjusted to the desired direction. Since the structure of such a prism cell is well known, detailed description thereof will be omitted.
【００２５】受入れ部１１は、光ファイバ３１をその中
心軸方向に位置調整可能にするためのファイバ位置調整
機構と、光ファイバ３１をその中心軸回りに回転可能に
すると共に、中心軸に垂直な面方向に位置調整可能にす
るためのファイバ回転位置調整機構とを有する。厳密に
言えば、第１のガイドケース３０は、コリメートレンズ
１２、屋根型プリズム１３を収容している筒状体３０−
１と、この筒状体３０−１の先端に組み付けられるスリ
ーブ体３０−２と、このスリーブ体３０−２の外周側に
スライド可能に組み付けられる筒状体３０−３とから成
る。受入れ部１１は、スリーブ体３０−２と筒状体３０
−３とで構成される。The receiving portion 11 has a fiber position adjusting mechanism for adjusting the position of the optical fiber 31 in the direction of the central axis thereof, a structure for rotating the optical fiber 31 around the central axis thereof, and a mechanism for adjusting the position of the optical fiber 31 perpendicular to the central axis. And a fiber rotation position adjusting mechanism for enabling position adjustment in the plane direction. Strictly speaking, the first guide case 30 is a tubular body 30 that houses the collimating lens 12 and the roof prism 13.
1, a sleeve body 30-2 assembled to the tip of the tubular body 30-1, and a tubular body 30-3 slidably assembled to the outer peripheral side of the sleeve body 30-2. The receiving portion 11 includes the sleeve body 30-2 and the tubular body 30.
-3 and.
【００２６】受入れ部１１においては、筒状体３０−３
に光ファイバ３１の先端部を挿入してロックするように
している。筒状体３０−３に対する光ファイバ３１のロ
ックは、ファイバロックネジ３３により行われる。ファ
イバ位置調整機構は、筒状体３０−３をスリーブ体３０
−２に対してロックするためのファイバ位置調整用ロッ
クネジ３４を有する。ファイバ位置調整用ロックネジ３
４は、筒状体３０−３に設けられた長穴３０−３ａを通
してスリーブ体３０−２に設けられたネジ穴に螺入され
る。すなわち、第１のコリメートレンズ１２の焦点位置
に光ファイバ３１の先端位置を粗調整した後、ファイバ
位置調整用ロックネジ３４をロックする。このような調
整は通常、製品出荷検査時に行われている。In the receiving portion 11, the tubular body 30-3
The distal end of the optical fiber 31 is inserted into and locked. The fiber lock screw 33 locks the optical fiber 31 to the tubular body 30-3. The fiber position adjusting mechanism uses the tubular body 30-3 as the sleeve body 30.
It has a fiber position adjusting lock screw 34 for locking with respect to -2. Lock screw for fiber position adjustment 3
4 is screwed into a screw hole provided in the sleeve body 30-2 through an elongated hole 30-3a provided in the tubular body 30-3. That is, after the tip position of the optical fiber 31 is roughly adjusted to the focal position of the first collimator lens 12, the fiber position adjusting lock screw 34 is locked. Such adjustment is usually performed at the time of product shipping inspection.
【００２７】一方、ファイバ回転位置調整機構は、３個
のファイバ回転位置調整用ロックネジ３５を有する。フ
ァイバ回転位置調整用ロックネジ３５は、スリーブ体３
０−２を筒状体３０−１に固定するためのものであり、
筒状体３０−１に設けられたネジ穴に螺入される。すな
わち、スリーブ体３０−２の筒状体３０−１側にはフラ
ンジ部を有し、このフランジ部には周方向に等角度間隔
をおいてファイバ回転位置調整用ロックネジ３５の遊嵌
可能な穴が設けられている。ファイバ回転位置調整用ロ
ックネジ３５は、２つのスポット光のエネル分割バラン
スを微調整する場合に用いられる。本ツインスポット光
学系では、２つのスポット光を形成するために、第１の
コリメートレンズ１２で平行にされたレーザ光を、２分
岐型の屋根型プリズム１３で分割して集光している。２
つのスポット光のエネルギ分割比は、屋根型プリズム１
３に照射される、レーザ光面積比に依存する。従って、
エネルギ分割比を微調整するには、３個のファイバ回転
位置調整用ロックネジ３５を緩め、スリーブ体３０−２
の位置を微調整して光ファイバ３１をレーザ光の光軸回
り方向または光軸に垂直な平面方向に調整すれば良い。On the other hand, the fiber rotational position adjusting mechanism has three fiber rotational position adjusting lock screws 35. The fiber rotation position adjusting lock screw 35 is used for the sleeve body 3.
For fixing 0-2 to the tubular body 30-1,
It is screwed into a screw hole provided in the tubular body 30-1. That is, the sleeve body 30-2 has a flange portion on the cylindrical body 30-1 side, and the flange portion has holes at equal angular intervals in the circumferential direction in which the fiber rotation position adjusting lock screws 35 can be loosely fitted. Is provided. The fiber rotation position adjusting lock screw 35 is used when finely adjusting the energy splitting balance of the two spot lights. In this twin-spot optical system, in order to form two spot lights, the laser light collimated by the first collimator lens 12 is divided by the bifurcated roof prism 13 and condensed. Two
The energy splitting ratio of the two spot light is the roof prism 1
3 depends on the laser beam area ratio. Therefore,
To finely adjust the energy splitting ratio, loosen the three fiber rotation position adjusting lock screws 35 to remove the sleeve body 30-2.
The position may be finely adjusted to adjust the optical fiber 31 in the direction around the optical axis of the laser light or in the plane direction perpendicular to the optical axis.
【００２８】第１のガイドケース３０の筒状体３０−１
には、第１のコリメートレンズ１２をレーザ光の光軸方
向に位置調整可能にするためのコリメートレンズ位置調
整機構を設けている。第１のコリメートレンズ１２も筒
状体３０−１に対して軸方向にスライド可能なレンズセ
ルに保持されている。このレンズセルに、筒状体３０−
１に設けられた長穴３０−１ａを通してコリメートレン
ズ位置調整用ネジ３６が螺入されている。コリメートレ
ンズ位置調整用ネジ３６は、２つのスポット光のジャス
トフォーカスを調整するためのロックネジである。第１
のコリメートレンズ１２の位置は、筒状体３０−１に付
された１０等分された目盛り３０−１ｂのほぼ中央に調
整されており、ワークディスタンスを変化させることな
くスポット光をディフォーカスする場合に用いる。な
お、２つのスポット光の間隔も第１のコリメートレンズ
１２の位置を変化させることにより微小量変化する。１
０等分の目盛りに対して、光ファイバ３１側を０とし、
屋根型プリズム１３側を１０とすると、目盛りを０に近
づけた場合、スポット光の間隔は短くなる。The tubular body 30-1 of the first guide case 30
Is provided with a collimator lens position adjusting mechanism for adjusting the position of the first collimator lens 12 in the optical axis direction of the laser light. The first collimator lens 12 is also held by a lens cell that is slidable in the axial direction with respect to the tubular body 30-1. In this lens cell, the tubular body 30-
The collimator lens position adjusting screw 36 is screwed in through the elongated hole 30-1a provided in the first embodiment. The collimator lens position adjusting screw 36 is a lock screw for adjusting the just focus of the two spot lights. First
The position of the collimator lens 12 is adjusted to approximately the center of the graduated scale 30-1b that is attached to the cylindrical body 30-1 and divided into 10 parts. When defocusing the spot light without changing the work distance. Used for. It should be noted that the distance between the two spot lights also changes slightly by changing the position of the first collimator lens 12. 1
The optical fiber 31 side is set to 0 with respect to the 0 division,
Assuming that the roof prism 13 side is 10, when the scale is brought close to 0, the spot light interval becomes short.
【００２９】ＣＣＤカメラ用結像レンズ２４はノイズ光
除去用のフィルタ２５と共に、ノズルケース２０内を中
心軸方向にスライド可能なレンズセル２６に保持されて
いる。レンズセル２６はＣＣＤカメラピント調整用ロッ
クネジ２７と共にＣＣＤカメラ用結像レンズ２４をその
光軸方向に位置調整可能にするためのピント調整機構を
構成する。すなわち、ＣＣＤカメラピント調整用ロック
ネジ２７は、所定の位置に位置合せされたレンズセル２
６をノズルケース２０に固定するためのものである。Ｃ
ＣＤカメラピント調整用ロックネジ２７は、所定のワー
クディスタンスの地点にワークを置いた時、ＣＣＤカメ
ラ１５のピントが最適になるよう設定した上で締め付け
を行う。このようなピント調整も通常、出荷検査時に行
われている。The image forming lens 24 for CCD camera is held together with a filter 25 for removing noise light in a lens cell 26 which is slidable in the direction of the central axis in the nozzle case 20. The lens cell 26 constitutes, together with the CCD camera focus adjusting lock screw 27, a focus adjusting mechanism for enabling position adjustment of the CCD camera imaging lens 24 in the optical axis direction thereof. That is, the lock screw 27 for adjusting the focus of the CCD camera is used for the lens cell 2 aligned at a predetermined position.
It is for fixing 6 to the nozzle case 20. C
The CD camera focus adjustment lock screw 27 is set so that the focus of the CCD camera 15 is optimal when the work is placed at a predetermined work distance, and then tightened. Such focus adjustment is also usually performed at the time of shipping inspection.
【００３０】ＣＣＤカメラ位置調整用ロックネジ２８
は、ＣＣＤカメラ１５に接続されるＴＶモニタ画面の中
央にレーザ加工点が位置するようにＣＣＤカメラ１５の
位置を調整するためのものである。すなわち、４箇所の
ＣＣＤカメラ位置調整用ロックネジ２８を動かし、ＣＣ
Ｄカメラ１５の位置を調整する。また、ワークの天地と
ＴＶモニタ画面の天地を一致させる場合、ＣＣＤカメラ
１５の回転位置を調整することで実現できる。Lock screw 28 for CCD camera position adjustment
Is for adjusting the position of the CCD camera 15 so that the laser processing point is located at the center of the TV monitor screen connected to the CCD camera 15. That is, by moving the four CCD camera position adjusting lock screws 28, CC
The position of the D camera 15 is adjusted. Further, when the top and bottom of the work and the top and bottom of the TV monitor screen are matched, it can be realized by adjusting the rotation position of the CCD camera 15.
【００３１】以上のような構成において、光学系の諸元
を以下のようにするものとする。光ファイバ３１のコア
径φＤ（μｍ）、第１のコリメートレンズ１２の焦点距
離ｆ 1 （ｍｍ）、集光レンズ１４の焦点距離ｆ2 （ｍ
ｍ）、屋根型プリズム１３の偏光角度θ（図４参照）、
２つのスポット光の中心の間隔ｄ（ｍｍ）、屋根型プリ
ズム１３の屈折率ｎとすると、
スポット光の径φＤ′（μｍ）＝φＤ×ｆ2 ／ｆ1
２つのスポット光の中心の間隔ｄ＝２・ｆ2 ・ｔａｎδ
（但し、δは（ｎ−１）・θにほぼ等しいものとする）
により決定される。With the above construction, the specifications of the optical system
Shall be as follows. Optical fiber 31 core
Diameter φD (μm), focal length of the first collimating lens 12
Separation f 1(Mm), the focal length f of the condenser lens 142(M
m), the polarization angle θ of the roof prism 13 (see FIG. 4),
Distance d (mm) between the centers of the two spot lights, roof type
Assuming that the refractive index n of Zum 13 is
Spot light diameter φD '(μm) = φD x f2/ F1
Distance between the centers of two spot lights d = 2 · f2・ Tan δ
(However, δ is almost equal to (n-1) · θ)
Determined by
【００３２】２つのスポット光の配列角度を調整する場
合、屋根型プリズム１３を保持しているプリズムセル３
２を回転させ、希望する配列角度に合せることができ
る。また、２つのスポット光のエネルギ分割バランスを
微調整する場合、屋根型プリズム１３に照射されるレー
ザ光面積比に依存するため、光ファイバ３１をファイバ
回転位置調整機構により光軸回り方向又は光軸に垂直な
面方向に微少量だけ調整する。When adjusting the array angle of the two spot lights, the prism cell 3 holding the roof prism 13 is used.
2 can be rotated to match the desired array angle. Further, when finely adjusting the energy splitting balance of the two spot lights, it depends on the area ratio of the laser light with which the roof prism 13 is irradiated. Adjust a small amount in the direction perpendicular to.
【００３３】同軸照明光学系は、第２のガイドケース４
０における第２のコリメートレンズ４２と、集光レンズ
１４により決まる。The coaxial illumination optical system includes the second guide case 4
It is determined by the second collimator lens 42 at 0 and the condenser lens 14.
【００３４】ＣＣＤカメラ１５の同軸観察光学系は、集
光レンズ１４、ＣＣＤカメラ用結像レンズ２４、ＣＣＤ
カメラ１５の構成により決定される。この場合、ピント
調整機構によりレーザ加工点の位置に結像点が一致する
ようにＣＣＤカメラ用結像レンズ２４の位置を調整す
る。The coaxial observation optical system of the CCD camera 15 includes a condenser lens 14, a CCD camera imaging lens 24, and a CCD.
It is determined by the configuration of the camera 15. In this case, the focus adjusting mechanism adjusts the position of the image forming lens 24 for the CCD camera so that the image forming point coincides with the position of the laser processing point.
【００３５】以上のようにして、光ファイバ３１から出
射されたレーザ光は、第１のコリメートレンズ１２、屋
根型プリズム１３、集光レンズ１４を通過することによ
り、２つのスポット光として同時にワークに照射され
る。ワークには集光レンズ１４を通して同軸照明光が照
射される。また、集光レンズ１４を通してワークを、同
軸上に設置されたＣＣＤカメラ１５による観察光学系で
観察して、位置決めを行う。その際、同軸観察光学系の
光路上に屋根型プリズム１３が存在しない構造であるこ
とから、ＣＣＤカメラ１５への像が２重に結像すること
はない。As described above, the laser light emitted from the optical fiber 31 passes through the first collimating lens 12, the roof prism 13 and the condenser lens 14 to simultaneously form two spot lights on the work. Is irradiated. The work is irradiated with the coaxial illumination light through the condenser lens 14. Further, the work is observed through the condensing lens 14 by the observation optical system by the CCD camera 15 installed coaxially, and the work is positioned. At that time, since the roof prism 13 is not present on the optical path of the coaxial observation optical system, the image on the CCD camera 15 will not be doubled.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。According to the present invention, the following effects can be obtained.
【００３７】（１）２つのスポット光の照射域を、ＣＣ
Ｄカメラにより同時観察でき、２つのスポット光を、Ｔ
Ｖモニタ上のクロスラインにて確認することができる。(1) The irradiation areas of the two spot lights are CC
You can observe with D camera at the same time
It can be confirmed on the cross line on the V monitor.
【００３８】（２）同軸照明光学系により２つのスポッ
ト光との同軸落射照明を実現することができ、ワーク付
近に照明光学系を配置しなくても良いので、ワーク付近
の空間を有効活用できる。(2) The coaxial illumination optical system can realize coaxial epi-illumination with two spot lights, and it is not necessary to dispose the illumination optical system near the work, so that the space near the work can be effectively used. .
【００３９】（３）２つのスポット光を、一定間隔で、
等分にエネルギ分割されたツインスポット光として照射
できる。(3) Two spot lights are set at regular intervals.
It can be irradiated as twin spot light with energy split into equal parts.
【００４０】（４）コリメートレンズ位置調整機構を備
えていることにより、ＴＶモニタ画面の焦点を変えるこ
となく、スポット光のディフォーカス調整を行うことが
できる。(4) Since the collimator lens position adjusting mechanism is provided, the defocus adjustment of the spot light can be performed without changing the focus of the TV monitor screen.
【００４１】（５）２つのスポット光を、ＣＣＤカメラ
による同軸観察光学系により、２重にぼけることなくＴ
Ｖモニタ上にて観察しながら、レーザ加工を実現するこ
とができる。(5) The two spot lights are not double-blurred by the coaxial observation optical system with the CCD camera without blurring.
Laser processing can be realized while observing on a V monitor.
【図１】本発明によるレーザ加工機の構成を示す縦断面
図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration of a laser beam machine according to the present invention.
【図２】図１に示されたノズルケース内の構造を図１の
左側から見た図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure inside the nozzle case shown in FIG. 1 as viewed from the left side of FIG.
【図３】本発明によるレーザ加工機の外観を図１と同じ
方向から見た図である。FIG. 3 is a view of the external appearance of a laser processing machine according to the present invention as viewed from the same direction as in FIG.
【図４】従来のツインスポット光学系の概略構成を示し
た図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional twin spot optical system.
１１ 受入れ部 １２ 第１のコリメートレンズ １３ 屋根型プリズム １４ 集光レンズ １５ ＣＣＤカメラ ２０ ノズルケース ２１ 保護ガラス ２２ 全反射ミラー ２３ ハーフミラー ２４ ＣＣＤカメラ用結像レンズ ２５ フィルタ ２６ レンズセル ２７ ＣＣＤカメラピント調整用ロックネジ ２８ ＣＣＤカメラ位置調整用ロックネジ ３０ 第１のガイドケース ３１ レーザ光用の光ファイバ ３２ プリズムセル ３３ ファイバロックネジ ３４ ファイバ位置調整用ロックネジ ３５ ファイバ回転位置調整用ロックネジ ３６ コリメートレンズ位置調整用ネジ ４０ 第２のガイドケース ４１ 照明光用の光ファイバ ４２ 第２のコリメートレンズ 11 Reception Department 12 First collimating lens 13 Roof type prism 14 Condensing lens 15 CCD camera 20 nozzle case 21 Protective glass 22 Total reflection mirror 23 Half mirror 24 Imaging lens for CCD camera 25 filters 26 lens cell 27 CCD camera lock screw for focus adjustment 28 CCD camera position adjustment lock screw 30 First guide case 31 Optical fiber for laser light 32 prism cell 33 Fiber lock screw 34 Lock screw for fiber position adjustment 35 Fiber rotation position adjustment lock screw 36 Collimating lens position adjusting screw 40 Second guide case 41 Optical fiber for illumination light 42 Second collimating lens
Claims (8)
インスポット光学系を備えたレーザ加工機において、 前記ツインスポット光学系は、レーザ光を２つに分割す
るためのプリズムと、分割されたレーザ光を２つのスポ
ット光として異なる位置に照射する集光レンズと、ワー
クに照射された２つのスポット光の照射域を観察するた
めの撮像手段とを含み、 前記プリズムは、前記集光レンズの光軸と同軸となる位
置から外れた位置に配置され、 前記撮像手段は、前記集光レンズの光軸と同軸となるよ
うに配置されていることを特徴とするレーザ加工機。1. A laser processing machine comprising a twin spot optical system capable of irradiating two laser spot lights, wherein the twin spot optical system comprises a prism for splitting the laser light into two and a split laser. The prism includes a condensing lens that irradiates the light as two spot lights at different positions, and an imaging unit that observes an irradiation area of the two spot lights irradiating the workpiece, and the prism includes the light of the condensing lens. The laser processing machine is arranged at a position deviated from a position coaxial with the axis, and the image pickup means is arranged coaxially with the optical axis of the condenser lens.
インスポット光学系を備えたレーザ加工機において、 前記ツインスポット光学系は、レーザ発振器からのレー
ザ光を受光する受入れ部と、受光したレーザ光を平行光
にするための第１のコリメートレンズと、該平行光を２
つに分割するための屋根型プリズムと、分割されたレー
ザ光を２つのスポット光として異なる位置に照射する集
光レンズと、ワークに照射された２つのスポット光の照
射域を観察するための撮像手段とを含み、 前記集光レンズは、筒状のノズルケースの下部に収容さ
れており、 前記受入れ部、前記第１のコリメートレンズ、前記屋根
型プリズムは前記ノズルケースの側方に連結された第１
のガイドケースに収容されて前記屋根型プリズムにより
分割されたビームを前記ノズルケースに収容されたレー
ザ光全反射ミラーを介して前記集光レンズに導くように
しており、 前記ノズルケースの上部には前記集光レンズの光軸と同
軸になるように前記撮像手段が配置され、 前記レーザ光全反射ミラーは可視光を透過するミラーで
あることにより、前記撮像手段は、前記レーザ全反射ミ
ラー、前記集光レンズを通して前記照射域を撮像するこ
とを特徴とするレーザ加工機。2. A laser processing machine provided with a twin spot optical system capable of irradiating two laser spot lights, wherein the twin spot optical system includes a receiving portion for receiving the laser light from the laser oscillator, and the received laser light. And a first collimating lens for collimating the
Roof prism for splitting into two, a condenser lens for radiating split laser light as two spot lights at different positions, and imaging for observing the irradiation area of the two spot lights irradiating the work. And a receiving unit, the first collimating lens, and the roof prism are connected to a side of the nozzle case. First
The beam housed in the guide case and split by the roof prism is guided to the condenser lens via the laser light total reflection mirror housed in the nozzle case. The image pickup means is arranged so as to be coaxial with the optical axis of the condenser lens, and the laser light total reflection mirror is a mirror that transmits visible light. A laser beam machine, wherein the irradiation area is imaged through a condenser lens.
前記ノズルケースの側方には更に、前記ワークにおける
２つのスポット光の照射域を照らすための照明光導入用
の第２のガイドケースが連結され、該第２のガイドケー
スからの照明光を前記ノズルケースに収容されたハーフ
ミラーを介して前記照射域に照射するようにし、前記撮
像手段は、前記ハーフミラー、前記レーザ光全反射ミラ
ー、前記集光レンズを通して前記照射域を撮像すること
を特徴とするレーザ加工機。3. The laser processing machine according to claim 2,
A second guide case for introducing illumination light for illuminating two spot light irradiation areas on the workpiece is further connected to the side of the nozzle case, and the illumination light from the second guide case is connected to the second guide case. The irradiation area is irradiated with light through a half mirror housed in a nozzle case, and the imaging unit images the irradiation area through the half mirror, the laser light total reflection mirror, and the condenser lens. And laser processing machine.
において、前記屋根型プリズムは、前記第１のガイドケ
ースに装着されたプリズムセルによりレーザ光の光軸を
中心に回動可動な状態で保持されていることを特徴とす
るレーザ加工機。4. The laser processing machine according to claim 2, wherein the roof-type prism is rotatable about an optical axis of a laser beam by a prism cell mounted on the first guide case. A laser processing machine characterized by being held.
前記第１のガイドケースは前記ノズルケースの中心軸に
直角な方向に延びており、前記受入れ部は前記レーザ発
振器からのレーザ光を伝送する光ファイバの先端部を受
け入れ可能に構成されており、該受入れ部は前記光ファ
イバをその中心軸方向に位置調整可能にするための位置
調整機構と、前記光ファイバをその中心軸回りに回転可
能にすると共に、中心軸に垂直な面方向に位置調整可能
にするための回転位置調整機構とを有することを特徴と
するレーザ加工機。5. The laser processing machine according to claim 4,
The first guide case extends in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle case, and the receiving portion is configured to be capable of receiving a tip end portion of an optical fiber that transmits laser light from the laser oscillator. The receiving portion is provided with a position adjusting mechanism for adjusting the position of the optical fiber in the direction of the central axis thereof, a structure for rotating the optical fiber around the central axis thereof, and a position adjustment in a plane direction perpendicular to the central axis. A laser beam machine having a rotation position adjusting mechanism for enabling the laser beam machine.
前記第１のガイドケースには前記第１のコリメートレン
ズをレーザ光の光軸方向に位置調整可能にするためのコ
リメートレンズ位置調整機構を設けていることを特徴と
するレーザ加工機。6. The laser processing machine according to claim 5,
A laser beam machine, wherein the first guide case is provided with a collimator lens position adjusting mechanism for adjusting the position of the first collimator lens in the optical axis direction of the laser light.
前記第２のガイドケースは前記第１のガイドケースより
も上方において前記ノズルケースに連結されて前記ノズ
ルケースの中心軸に直角な方向に延びており、該第２の
ガイドケース内には第２のコリメートレンズを収容して
いることを特徴とするレーザ加工機。7. The laser processing machine according to claim 4,
The second guide case is connected to the nozzle case above the first guide case and extends in a direction perpendicular to the central axis of the nozzle case, and a second guide case is provided inside the second guide case. A laser beam machine that houses the collimator lens of.
前記撮像手段はＣＣＤカメラであり、前記ノズルケース
内には、前記ハーフミラーと前記ＣＣＤカメラとの間に
ＣＣＤカメラ用結像レンズが収容されており、前記ノズ
ルケースには前記ＣＣＤカメラ用結像レンズをその光軸
方向に位置調整可能にするためのピント調整機構を設け
ていることを特徴とするレーザ加工機。8. The laser processing machine according to claim 3,
The image pickup means is a CCD camera, an imaging lens for a CCD camera is housed in the nozzle case between the half mirror and the CCD camera, and an imaging for the CCD camera is provided in the nozzle case. A laser beam machine equipped with a focus adjustment mechanism for adjusting the position of a lens in the optical axis direction.
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