JP6698701B2 - レーザー加工装置および方法ならびにその光学部品 - Google Patents
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Description
それぞれが少なくとも1本の第1の光供給ファイバーに第1のレーザービームを供給する少なくとも1つの第1のレーザー装置と、
それぞれが少なくとも1本の第2の光供給ファイバーに第2のレーザービームを供給する少なくとも1つの第2のレーザー装置と、
前記第1および第2の供給ファイバーおよびマルチコア光ファイバーに接続されたビーム結合手段であって、前記少なくとも1本の光供給ファイバーを前記マルチコア光ファイバーの第1のコアと位置合わせさせ、かつ前記少なくとも1本の第2の光供給ファイバーを前記マルチコア光ファイバーの少なくとも1つの第2のコアと位置合わせさせることにより複合レーザービームを形成するように構成されたビーム結合手段と
を備え、
前記第1および第2のコアは、レーザー加工ヘッドにおいて第1および第2の出力レーザービームを含む複合レーザービームを加工される被加工物に導くように構成されており、
前記第1および第2の出力レーザービームのパワー密度を個々に制御するように前記第1および第2のレーザー装置に機能的に接続された制御ユニット
を備える。
少なくとも1つの第1のレーザー装置に接続された少なくとも1本の第1の光供給ファイバーからの少なくとも1種の第1のレーザービームを供給する工程と、
少なくとも1つの第2のレーザー装置に接続された少なくとも1本の第2の光供給ファイバーからの少なくとも1種の第2のレーザービームを供給する工程と、
前記少なくとも1本の第1の光供給ファイバーを前記マルチコア光ファイバーの第1のコアと位置合わせし、かつ前記少なくとも1本の第2の光供給ファイバーを前記マルチコア光ファイバーの第2のコアと位置合わせすることにより、前記第1および第2のレーザービームをマルチコア光ファイバーの中に結合する工程と、
前記マルチコア光ファイバーからの第1および第2の出力ビームを含む複合レーザービームを加工される被加工物に導く工程と、
前記第1および第2のレーザー装置に機能的に接続された制御ユニットにより前記第1および第2の出力ビームのパワー密度を個々に制御する工程と
を含む。
溶融ガラス管からなる本体部分と、
少なくとも2つのレーザー装置からの光供給ファイバーによって運搬されるレーザービームを受け入れるための前記ガラス管の入力端と、
互いに同じ方向に位置合わせされた少なくとも2種類のレーザービームからなる複合出力レーザービームを送出するための前記ガラス管の対向出力端と
を含み、
前記本体部分において、前記入力端において入る光供給ファイバーは前記本体部分を通ってキャピラリー穴の中を前記出力端まで延在し、かつ前記ガラス管と融合して導光コアおよび包囲ガラス材料からなる構成要素を形成し、前記コアは、全反射によりこの構成要素全体を通して当該コアにおける光パワーの伝播を行うために、当該コアを包囲するガラス材料の屈折率よりも高い屈折率を有する。
溶接線における少ない硬化効果により変形がより少なくなり、
より綺麗な切断面により切断片の公差が緩和され、
大きいスポットおよび小さいキーホールにより、より良好な制御およびパワーが得られ、
充填剤材料の供給がより容易になり、
切断および溶接のために1つのレーザー源が存在し、
同じ結果を達成するためのコストが減少する
という点を含む、かなりの利点が得られる。
以下、添付の図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。
Claims (16)
- レーザー加工装置であって、
それぞれが少なくとも1本の第1の光供給ファイバー(8)に第1のレーザービームを供給する少なくとも1つの第1のレーザー装置(6)であって、前記第1のレーザー装置(6)はファイバーレーザーである、第1のレーザー装置(6)と、
それぞれが少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(9)に第2のレーザービームを供給する少なくとも1つの第2のレーザー装置(7)であって、前記第2のレーザー装置(7)はファイバーレーザーである、第2のレーザー装置(7)と、
前記第1の光供給ファイバー(8)および前記第2の光供給ファイバー(9)に、かつマルチコア光ファイバー(12,50)に接続されたビーム結合手段(11)であって、前記ビーム結合手段は、前記少なくとも1本の光供給ファイバー(72,56)を前記マルチコア光ファイバー(50)の第1のコア(51)と位置合わせさせ、かつ前記少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(71,57)を前記マルチコア光ファイバー(50)の少なくとも1つの第2のコア(53)と位置合わせさせることにより複合レーザービーム(16)を形成するように構成されており、前記第1のコアおよび前記第2のコアは、レーザー加工ヘッド(13)において第1の出力レーザービーム(41)および第2の出力レーザービーム(42)を含む複合レーザービーム(16,40)を加工される被加工物(14)に導くように構成されている、ビーム結合手段(11)と、
前記第1の出力レーザービームおよび前記第2の出力レーザービームのパワー密度を個々に制御するように前記第1のレーザー装置(6)および前記第2のレーザー装置(7)に機能的に接続された制御ユニット(10)と、
を備える、レーザー加工装置。 - 前記マルチコア光ファイバー(50)の前記第1のコア(51)は円形の断面を有し、かつ前記第2のコア(53)は前記第1のコアと同心の環状形状を有する、請求項1に記載のレーザー加工装置。
- 第1のレーザービームを導くように構成された第1の光供給ファイバー(72,56)の中心は、前記マルチコア光ファイバー(50)の前記第1のコア(51)の中心と位置合わせされている、請求項2に記載のレーザー加工装置。
- 第2のレーザービームを導くように構成された少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(71,57)の中心は、前記マルチコア光ファイバー(50)の前記第2の環状コア(53)の内径と外径との間に位置合わせされている、請求項2または3に記載のレーザー加工装置。
- 前記第2の光供給ファイバー(71,57)は4本であり、前記マルチコア光ファイバーの前記第2の環状コア(53)の断面と対称的に結合されている、請求項4に記載のレーザー加工装置。
- 前記レーザー加工ヘッド(13)は、シールドガスを溶接線に与えるかまたは加圧ガス噴射を切断線に与えるように構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
- 被加工物をレーザービームで加工するための方法であって、
少なくとも1つの第1のレーザー装置(6)に接続された少なくとも1本の第1の光供給ファイバー(8)からの少なくとも1種の第1のレーザービームを供給する工程であって、前記第1のレーザー装置(6)はファイバーレーザーである工程と、
少なくとも1つの第2のレーザー装置(7)に接続された少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(9)からの少なくとも1種の第2のレーザービームを供給する工程であって、前記第2のレーザー装置(7)はファイバーレーザーである工程と、
前記少なくとも1本の第1の光供給ファイバー(72,56)をマルチコア光ファイバー(50)の第1のコア(51)と位置合わせし、かつ前記少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(71,57)を前記マルチコア光ファイバー(50)の第2のコア(53)と位置合わせすることにより、前記第1のレーザービームおよび前記第2のレーザービームをマルチコア光ファイバー(12,50)の中に結合する工程と、
レーザー加工ヘッド(13)において前記マルチコア光ファイバーからの第1の出力ビーム(41)および第2の出力ビーム(42)を含む複合レーザービーム(16,40)を加工される被加工物(14)に導く工程と、
前記第1のレーザー装置(6)および前記第2のレーザー装置(7)に機能的に接続された制御ユニット(10)により前記第1の出力ビームおよび前記第2の出力ビームのパワー密度を個々に制御する工程と、
を含む、方法。 - 前記第1の光供給ファイバー(72,56)の中心を前記マルチコア光ファイバー(50)の断面の中心にある第1のコア(51)の中心と位置合わせする工程と、
前記第2の光供給ファイバー(71,57)の中心を前記第1のコアと同心の第2の環状コア(53)の内径と外径との間に位置合わせする工程と、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 前記レーザー加工ヘッド(13)は、シールドガスを溶接線に与えるかまたは加圧ガス噴射を切断線に与えるように構成されている、請求項7または8に記載の方法。
- レーザービームを結合して位置合わせするための光学部品であって、前記光学部品は、
溶融ガラス管からなる本体部分(77)と、
少なくとも2つのレーザー装置からの光供給ファイバー(71,72)によって運搬されるレーザービームを受け入れるための前記ガラス管の入力端(76)であって、前記少なくとも2つのレーザー装置のそれぞれはファイバーレーザーである、入力端(76)と、
互いに同じ方向に位置合わせされた少なくとも2種類のレーザービームからなる複合出力レーザービームを送出するための前記ガラス管の対向出力端(74)と、
を含み、
前記本体部分において、前記入力端(76)において入る前記光供給ファイバー(71,72)は前記本体部分を通ってキャピラリー穴の中を前記出力端(74)まで延在し、かつ前記ガラス管(77)と融合して導光コア(71a,72a)および包囲ガラス材料からなる構成要素を形成し、前記コアは、全反射により前記構成要素全体を通して前記コアにおける光パワーの伝播を行うために、前記コアを包囲する前記材料の屈折よりも高い屈折率を有することを特徴とする、光学部品。 - 第1の光供給ファイバー(72)の中心は、前記光学部品を通って延在する第1の中心導光コア(72a)を形成するために、前記本体部分の中心と位置合わせされている、請求項10に記載の光学部品。
- 少なくとも1本の第2の光供給ファイバー(71)の中心は、前記出力端(74)において前記第1の中心導光コア(72a)から所定の距離で出力ビームを供給するために、前記光学部品を通って延在する少なくとも1つの第2の導光コア(71a)を形成している、請求項11に記載の光学部品。
- 前記第2の導光コア(71a)は4つであり、前記第1の中心導光コア(72a)から前記所定の距離において互いの間で90°の角距離で出力ビームを供給するように前記中心コア(72a)に対して対称的に配置されている、請求項12に記載の光学部品。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザー加工装置において用いられる請求項10〜13のいずれか一項に記載の光学部品。
- レーザー溶接のために用いられる請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
- レーザー切断のために用いられる請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
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