JP4783498B2 - 多目的レーザ加工機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームの照射によって、対象物の加工を行う多目的レーザ加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工機は、溶接、切断、穴開け及び整形加工等に使用されているが、用途毎に加工機は相違しており、多目的なレーザ加工機は、これまで開発されていない。
【０００３】
例えば、切断、溶接用のレーザ加工機は、穴開けに使用することは不可能であり、その逆も同様である。
【０００４】
他方、微細加工に使用するレーザ加工機としては、ＬＤ励起固体レーザが使用されているが、このようなレーザ加工機は、非常に高価である。
【０００５】
にも拘らず、このような高価な微細加工用のレーザ加工機は、他の用途に使用可能という訳ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の如き従来技術の状況に鑑み、穴開け、切断、更には所定の形状の整形も実現可能とするような多目的なレーザ加工機の構成を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明の構成は、レーザ発振器から出力されたレーザビームの進行方向と直交する断面形状を円形状に整形するビーム整形器を通過させた後、前記断面形状におけるビームの強度分布を均一化するビームホモジナイザー、前記断面形状を略長方形に変換する際、複数のレンズを、ロボットアームに対するコントロールによって選択するか、又は複数のレンズを放射状に配列されている回転アームに配置してレボルバー方式によってビームが通過する位置に回転することによって選択しているビーム形状可変器、被加工物に対し、レーザビームを集光するためのビーム集光器をレーザ発振器側から順次結合し、中央コントローラによって、前記ロボットアームに対するコントロール又は前記回転アームの回転に対するコントロールを行うことによって、該ビームホモジナイザー、該ビーム形状可変器の何れを最終段階工程として使用するかを選択したうえで、ビーム集光機によってレーザビームを収集したうえで被加工物に照射している多目的レーザ加工機からなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基本構成を示す。
【０００９】
図１に示すように、本発明は、
レーザ発振器１によるレーザビームの発生
→ビーム整形器２（エキスパンダー）による進行方向と直交する断面を略真円形状に整形
→ビームホモジナイザー３により、ガウシアン分布（前記真円の中心から、半径方向に従って、順次２項分布に従って、強度が減少する分布状態）を略均一分布に変換
→ビーム形状可変器４によってレーザビームの断面形状を所望の略矩形状に変換
→ビーム集光器５による被加工物に対する集光
という基本構成を採用したうえで、図２に示すように、レーザー発振器１側からビーム整形器２、ビームホモジナイザー３、及びビーム形状可変器４を順次結合している。
【００１０】
上記のビーム整形器２、ビームホモジナイザー３、及びビーム形状可変器４は既に周知の技術的手段であるが、本発明は、これらを順次結合し、かつビーム集光機５による被加工物に対する集光より前段階において中央コントローラ８によって、前記ビームホモジナイザー３及びビーム形状可変器４の何れを最終段階工程として使用させるかの選択を行っている点に基本的特徴を有している。
【００１１】
前記の各工程において、ビーム整形器２は、断面が略楕円形状の出力されたレーザビームを、略真円形状に整形するために、通常シリンドリカルレンズ（レンチキュラーレンズ）と凹レンズとの組み合わせによって構成されている（但し、本発明において、このような組み合わせに限定する訳ではない。）。
【００１２】
これに対し、ビームホモジナイザー３は、通常シリンドリカルレンズと凸レンズとの組み合わせによって構成されている（但し、本発明において、このような組み合わせに限定する訳ではない。）。
【００１３】
ビーム形状可変器４は、ビームホモジナイザー３を通過することによって、断面略正方形状となっているレーザビームを、断面略長方形に変換するために、通常シリンドリカルレンズ、凸レンズ並びに凹レンズの組み合わせによって構成されている（但し、本発明において、このような組み合わせに限定する訳ではない。）。
【００１４】
前記の如き基本構成に基づき、均一な深さによる溶接を行うために、ビームホモジナイザー３を通過し、強度分布が略均一であるレーザビームを使用することになる。
【００１５】
通常、ビームホモジナイザー３を通過した場合のレーザビームの断面形状は、略正方形である。
【００１６】
しかしながら、被加工物の切断又は整形を行うためには、略正方形の断面よりも、細長い長方形の断面の方が好都合である場合が多い。
【００１７】
このため、被加工物の切断又は整形を行う場合には、ビーム形状可変器４を通過した後、断面を略長方形に変換した後、レーザビームを集光することによって必要な切断又は整形を行うことができる。尚、その場合には、レーザビームは、必然的にビーム整形器２及びビームホモジナイザー３を通過している。
【００１８】
被加工物の切断又は整形を行う部位の大きさ及び形状は、随時変化する場合が多い。
【００１９】
このような状況を考慮し、製造現場において、切断又は整形を行う部位の大きさ及び形状に対応して、断面を略長方形に変換するビーム形状可変器４においては、使用している複数のレンズの組み合わせを取捨選択しており、これによって変換されたビームの長方形の縦方向及び横方向の各大きさを、必要に応じて選択しているが、複数のレンズの組み合わせを選択するには、予め配置されている複数のレンズをロボットアームの中央コントローラ８のコントロールによって選択する方法、又は複数のレンズを放射状に配列されている回転アームに配置してレボルバー方式によってビームが透過する位置に回転するような中央コントローラ８のコントロールによって選択する方法を採用している。
【００２０】
前記の各使用段階の何れにおいても、ビーム集光器５によって、レーザビームを集光したうえで、被加工物に対し照射を行うことになる。
【００２１】
このように、本発明においては、前記のような結合によって各用途に応じて各段階毎のレーザビームを使用することができ、多角的なレーザ加工を実現することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例においては、更にビーム集光レンズの段階においても、集光レンズの組み合わせ、交換、選択を可能とすることによって集光の度合いを選択し、しかも被加工物に対する距離（Ｚ軸方向の距離）を調整可能とすることによって、被加工物に対し、照射したレーザビームの断面の大きさを調整している。
【００２３】
実際のレーザ加工においては、被加工物における加工度合いをＣＣＤカメラ９によって撮影し、中央コントローラ８としてモニタリング又はＮＣ制御装置を採用し、モニタリング又はＮＣ制御装置８に対し映像信号１０を送付する。
【００２４】
そして、モニタリング又はＮＣ制御装置８においては、本来の切断又は整形が行われた場合の状態を示す情報を記憶し、かつ映像信号１０との対比を行うことによって、制御信号１１を被加工物を載置しているステージ７に送達し、当該ステージ７の平面方向（ｘ，ｙ方向）、及びビーム集光器５のステージ７に対する距離（ｚ方向の距離）を制御すると共に、前記制御信号１１をレーザ発振器１にも送達し、レーザ出力のＯＮ・ＯＦＦ及び出力するレーザ光の量の制御をも行っている。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、レーザビームによる穴開け、切断、整形による何れかの作業を、ビームホモジナイザーを通過した段階、ビーム形状可変器を通過した段階とすることによって、それぞれ選択することができ、レーザ加工機の多目的使用が可能となる。
【００２６】
しかも、実施例記載のように、複数のレンズの組み合わせの選択、及びビーム集光器の被加工物に対する距離の制御によって、長方形の断面における横方向及び縦方向の各大きさを選択することによって、所望の形状に応じた切断及び整形を実現でき、従来技術の場合のように、高価なＬＤ励起固体レーザを必ずしも使用する必要がない（但し、ＬＤ励起固体レーザを使用する構成もまた、本発明に適用することが可能であり、かつこのような適用による構成もまた、必然的に本発明の技術範囲に属する。）。
【００２７】
このように、本発明は、多目的レーザ加工機の稼働率を上昇させ、かつ加工コストを下げることを可能としており、その価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基本原理を示す工程図である。
尚、右側の斑点又は黒色による図面は、順次変換されるレーザ光の断面形状を模式的に示す。
【図２】 実施例の工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２ ビーム整形器
３ ビームホモジナイザー
４ ビーム形状可変器
５ ビーム集光器
６ ミラー
７ ステージ
８ 中央コントローラ（モニタリング装置又はＮＣ制御装置）
９ ＣＣＤカメラ
１０ 映像信号
１１ 制御信号

Claims (3)

1. レーザ発振器から出力されたレーザビームの進行方向と直交する断面形状を円形状に整形するビーム整形器を通過させた後、前記断面形状におけるビームの強度分布を均一化するビームホモジナイザー、前記断面形状を略長方形に変換する際、複数のレンズを、ロボットアームに対するコントロールによって選択するか、又は複数のレンズを放射状に配列されている回転アームに配置してレボルバー方式によってビームが通過する位置に回転することによって選択しているビーム形状可変器、被加工物に対し、レーザビームを集光するためのビーム集光器をレーザ発振器側から順次結合し、中央コントローラによって、前記ロボットアームに対するコントロール又は前記回転アームの回転に対するコントロールを行うことによって、該ビームホモジナイザー、該ビーム形状可変器の何れを最終段階工程として使用するかを選択したうえで、ビーム集光機によってレーザビームを収集したうえで被加工物に照射している多目的レーザ加工機。
2. ビームホモナイザーによって均一分布とする際、断面形状を略正方形とし、その後ビーム形状可変器によって断面形状を変換する際、被加工物における切断又は整形部所の大きさ又は形状に対応した大きさ及び形状による長方形に変換することを特徴とする請求項１記載の多目的レーザ加工機。
3. ビーム集光レンズの段階において、集光レンズの組み合わせ、交換、選択を可能としたうえで、被加工物に対する距離を調整可能とすることを特徴とする請求項１記載の多目的レーザ加工機。

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