JPH037477B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ装置、特にレーザビームを利用
して加工を行なう加工装置において、レーザビー
ムを光学的に制御する機構の改良に関するもので
ある。

従来一般に用いられているこの種の加工装置の
構成図を第１図に示す。同図において、電源装置
１において発生した高圧電源は、ケーブル２を経
てレーザ発振器３に供給される。これにより該レ
ーザ発振器３はレーザ発振を起こし、発生したレ
ーザビーム４は加工光学装置５に導かれ、そこに
具備された２個のビームエキスパンダーレンズ
６，７によつてビーム径を拡大される。更に収束
レンズ８によつて集光されてエネルギ密度を高め
た後、被加工物９の加工条件に合わせて被加工点
ｐに熱エネルギを供給し、溶接、切断等の加工を
行なう。

このようなレーザ加工装置において、レーザビ
ームの起動停止は、通常レーザ発振器のビーム発
振を電気信号等によりON−OFF制御することに
よつて行なう。ところが、例えば第２図に示すよ
うに、１台のレーザ発振器３のレーザビーム４を
ハーフミラー１０により４ａ，４ｂに分割して複
数の被加工物９ａ，９ｂの加工を行なうような場
合には、各被加工物の状況に応じてレーザビーム
４ａ，４ｂのいずれか一方のみの照射を選択的に
停止したい場合が生じ得る。このため、各光路に
レーザビームの遮へい機構１１を設け、加工の可
否に従つて外部から信号を与えてレーザビーム光
路の開閉を行なつている。

第３図に、従来用いられている遮へい機構１１
の一例を示す。同図において、ブラケツト１２に
取付けたロータリソレノイド１３の出力軸１４
に、レバー１５をねじ１６ｑよつて締結してあ
る。このレバー１５の先端部には、更にビーム遮
へい板１７が固定してある。外部よりビーム遮へ
い指令が与えられると、出力軸１４が揺動し、レ
バー１５を介してビーム遮へい板１７を矢印θの
ように回転し、レーザビーム４の光路を遮断す
る。

上述したような遮へい機構１１を用いた場合、
レーザ出力が連続発振で数ワツト、パルス発振で
１ジユール以下程度で、かつビームスポツト径10
mm以下の小型レーザ加工装置においては比較的問
題はないが、より大型の装置の場合、ビーム遮へ
い板１７は遮へい時にエネルギ密度の高いレーザ
ビーム４を吸収して著しく加熱される。例えば、
ビーム遮へい板１７として外径20mm、板厚１mmの
黒色金属板（吸収率0.8）を用い、これに定格出
力500ワツトのレーザビーム４（効率10％）を10
秒間照射した場合、300℃程度の昇温が起こる。
照射時間およびレーザ出力が増大すればこの加熱
温度は更に上昇する。加えてこの種の遮へい機構
１１は通常のON−OFF動作の繰返しで使用され
ることが多いため、蓄熱により遮へい板１７の寿
命が極端に低下し、その交換に要する時間が装置
の稼動時間を低下させる一因となつている。ま
た、遮へい板１７で吸収されずに反射したレーザ
ビーム４は、光路内で反射吸収を繰返しながら減
衰するが、その一部は路外へ漏洩する危険もあ
り、安全管理上も問題がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、大出力、長時間のビー
ム遮へいを安全かつ確実に行ない得る遮へい機構
を備えたレーザ装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明によ
るレーザ装置は、ビーム遮へい機構として反射板
を用いると共に、該反射板で反射したレーザビー
ムを受光して減衰させる減衰器を設けたものであ
る。以下、実施例を用いて本発明によるレーザ装
置を詳細に説明する。

第４図は、本発明によるレーザ装置の一実施例
を示す構成図であり、第１図もしくは第２図と同
一部分は同一信号を用いてその詳細説明を省略す
る。第４図において、加工光学装置５ｃの内部の
ビームエキスパンダーレンズ６，７と収束レンズ
８との間に、シリンダ１８の出力軸１９に取付け
た反射板２０を設けてある。この可動反射板２０
は、シリンダ１８に外部から与えられる信号に従
つて、出力軸１９の方向に往復運動を行ない、ビ
ームエキスパンダーレンズ６，７から収束レンズ
８に向かうレーザビーム制御光路の開閉を行なう
ことによつて当該制御光路を分岐し得るように配
置してある。更に、この可動反射板２０の遮へい
時の反射光路方向に、該反射板２０によつて反射
されたレーザビーム４ｃを受光するための減衰器
２１を設けてある。この減衰器２１は、耐熱材で
ありかつビーム吸収率の高い材質によつて構成し
た減衰ブロツク２２からなり、凹球面状の減衰室
２３を備えている。このような材質としては、例
えばカーボン、レンガ、コンクリート等を拳げる
ことができる。また、減衰室２３の内壁はビーム
吸収効果を高めるように凹凸状に加工してある。
この減衰室２３のレーザビーム４ｃ投入口には、
当該減衰室２３内部を外部の加工用の制御光路側
雰囲気から遮断するための透光性のシールドガラ
ス板２４と、前記レーザビーム４ｃを拡散してそ
のエネルギ密度を減少させる拡散レンズ２５とが
設けてある。以上、ハーフミラー１０で分割され
たレーザビームの一方４ａについてのみ説明し、
他方のレーザビーム４ｂについても、上述したと
同様の遮へい機構および減衰器を具備している。

上記構成を有するレーザ装置において、可動反
射板２０が鎖線で示す位置にある場合、レーザ発
振器３から発射したレーザビーム４は加工光学装
置５ｃに導入され、ハーフミラー１０で４ａと４
ｂとに分割される。その後、これらのレーザビー
ム４ａ，４ｂは従来と同様にエキスパンダーレン
ズ６，７および収束レンズ８により拡大集光さ
れ、それぞれ被加工物９ａおよび９ｂ（図示せず）
の被加工点PaおよびPb（図示せず）に照射されて
溶接、切断、穿孔等の加工を行なう。

ここで、例えば被加工物９ａに不良が発生し、
レーザビーム４ａのみを遮断したい場合、ビーム
遮へい指令を与えて可動反射板２０を動かし、第
４図に実線で示すように、エキスパンダーレンズ
７と収束レンズ８との間のレーザビーム制御光路
を遮へいする。加工用の制御光路を遮断され、可
動反射板２０で反射されたレーザビーム４ｃは、
減衰器２１に向かい、透光性のシールドガラス板
２４を通過して減衰室２３に入る。減衰室２３に
入つたレーザビーム４ｃは、拡散レンズ２５によ
つてビーム径を拡大される。レーザビーム４ｃの
レーザエネルギ密度は、拡大されるビーム径に比
例して減少する。こうしてエネルギ密度を低下さ
せられたレーザビーム４ｃは、減衰室２３の内壁
に照射されて吸収され、一部吸収されなかつた光
も、乱反射を繰返して減衰する。この場合、減衰
室２３の最適形状は、レーザパワー、効率、ビー
ム遮へい時間繰返し頻度、エキスパンダーレンズ
６，７によるビーム拡大率等の設定条件と、減衰
器側の拡散レンズ２５によるビーム拡大率よび減
衰ブロツク２２を構成する材質のビーム吸収率等
の諸条件とから、容易に設定できる。また、前述
したように、減衰室２３の内壁に凹凸を設けて表
面粗度を高くすることにより、減衰効果を更に高
めることができる。

このように、従来の遮へい機構が、制御光路中
に差入れた平板状の遮へい板にレーザビームを照
射して直接吸収させ、またそこで吸収されない一
部のビームについては光学部品に吸収させて減衰
させる方式を用いていたのに対し、本発明におい
ては、制御光路中に差入れた反射板によつて光路
を分岐してバイパス光路を設け、このバイパス光
路のビームを減衰器に導いてその内部で確実に減
衰消滅させる方式をとつている。このためビーム
の漏洩が確実に防止できると共に、遮へいビーム
が加工光学部品を加熱する不都合を除去すること
が可能となる。第４図において、定格出力500W
のレーザビームを１分間連続発振させ、可動反射
板２０の開閉動作を10秒間毎に切換えて減衰器２
１および光学部品の温度を測定した結果、約50℃
の昇温に留まり、加工光学装置５ｃの構成部品が
ビーム遮へい時の昇温から有効に保護されている
ことが確認された。

なお、上述した実施例においては、減衰室２３
を凹球面状に形成したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、この形状は、前述したように
加工用の制御光路側および減衰器側の諸条件に従
つて、その最適状態を定めることができる。

また、上述した実施例においては減衰室２３の
レーザビーム４₀投入口に拡散レンズ２５を設け
て減衰室２３に入るビームのエネルギ密度を減少
させたが、特にレザーパワーが小さい場合には、
この拡散レンズ２５を省略してもよい。

更に、上述した実施例においては、１台のレー
ザ発振器３のビームを複数のビーム分割し、各被
加工物の状況に応じて各ビームを制御する場合に
ついてのみ説明した。本発明が以上のような状況
において、特に有効であることは言うまでもない
が、それに限定されるものではない。例えばビー
ムを分割しない場合においても、レーザ加工タイ
ミング以外は遮へい状態にしておくことにより、
電源装置の誤動作等で発振が開始されても、レー
ザビームの異常照射を未然に防止し得る機構とし
て使用できることは勿論である。

以上説明したように、本発明によるレーザ装置
によれば、レーザビームの制御光路を分岐し得る
可動反射板と、該反射板によつて反射されたレー
ザビームを受光する減衰器を設けたことにより、
レーザビームを安全かつ確実に遮へいすることが
可能になるという優れた効果を有し、レーザビー
ムの熱エネルギを利用して溶接、穿孔、切断、剥
離等、あらゆる分野の加工を行なうレーザ装置と
して極めて利用価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来のレーザ装
置の一例を示す構成図、第３は第２図のレーザ装
置におけるビーム遮へい機構を示す構成図、第４
図は本発明によるレーザ装置の一実施例を示す構
成図である。 ３……レーザ発振器、４，４ａ，４ｂ，４ｃ…
…レーザビーム、２０……可動反射板、２１……
減衰器、２３……減衰室、２４……シールドガラ
ス板、２５……拡散レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビーム制御光路に遮へい動作によつて
   当該制御光路を分岐し得る可動反射板を配設する
   と共に、遮へい動作時に該反射板によつて反射さ
   れたレーザビームを受光する減衰器を配設し、該
   減衰器は、前記反射されたレーザビームを拡散し
   てそのエネルギ密度を減少させる拡散レンズと、
   該拡散レンズによつて拡散されたレーザビームを
   受光する減衰室とを有していることを特徴とする
   レーザ装置。 ２ 減衰器は、減衰室のレーザビーム投入口に該
   減衰室内を外部雰囲気から遮断する透光性のシー
   ルドガラス板を備えていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレーザ装置。