JPH07185860A - Laser beam machining device - Google Patents
Laser beam machining deviceInfo
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- JPH07185860A JPH07185860A JP5333869A JP33386993A JPH07185860A JP H07185860 A JPH07185860 A JP H07185860A JP 5333869 A JP5333869 A JP 5333869A JP 33386993 A JP33386993 A JP 33386993A JP H07185860 A JPH07185860 A JP H07185860A
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- optical system
- laser
- collimation
- laser beam
- lens
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、レーザビームで穴加
工、パターン加工、切断、溶接等を行うレーザ加工装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for performing hole processing, pattern processing, cutting, welding, etc. with a laser beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の実施例について特開昭６２−２６
３８８９号公報を用いて説明する。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-26
This will be described using Japanese Patent No. 3889.
【０００３】図５は、従来の光走査型のレーザ加工装置
を示す説明図である。図において、５１はレーザビーム
を出力するレーザ発振機、５２はリアミラー、５３は出
力鏡、５４は伝送されるレーザビームの径をコントロー
ルするコリメーションレンズ、５５は加工ヘッドに保持
され、伝送されてきたレーザビームを集光して被加工物
の表面上に照射する集光レンズである。FIG. 5 is an explanatory view showing a conventional optical scanning type laser processing apparatus. In the figure, 51 is a laser oscillator that outputs a laser beam, 52 is a rear mirror, 53 is an output mirror, 54 is a collimation lens that controls the diameter of the transmitted laser beam, and 55 is held by a processing head and transmitted. It is a condenser lens that condenses a laser beam and irradiates it onto the surface of the workpiece.
【０００４】次に動作に付いて説明する。レーザ発振機
５１より出力したレーザビームは、コリメーションレン
ズ５４に入射する。Next, the operation will be described. The laser beam output from the laser oscillator 51 enters the collimation lens 54.
【０００５】そして、伝送経路中を通過した後集光レン
ズにより集光され被加工物の表面に照射され、被加工物
の切断、溶接、熱処理を行う。Then, after passing through the transmission path, it is condensed by a condenser lens and irradiated on the surface of the workpiece, and cutting, welding and heat treatment of the workpiece are performed.
【０００６】また、この集光レンズ５５は加工ヘッドが
移動して加工を行う走査型の場合であるため、ある可動
範囲を持っている。The condensing lens 55 has a certain movable range because it is a scanning type in which the machining head moves to perform machining.
【０００７】なお、コリメーションレンズ５４は、任意
の焦点距離を与えることにより、レーザビームの径をコ
ントロールし、集光レンズの可動範囲の中心点とビーム
ウエストの位置を一致させている。The collimation lens 54 controls the diameter of the laser beam by giving an arbitrary focal length so that the center point of the movable range of the condenser lens and the position of the beam waist coincide with each other.
【０００８】このように構成した場合、集光レンズを可
動範囲内で走査した場合の集光レンズに入射するビーム
半径の変化が最小になり、以下の（数１）のような関係
で集光半径の変化も最小になり、加工位置による加工精
度を一定に保てる。With this configuration, the change in the radius of the beam incident on the condenser lens when the condenser lens is scanned within the movable range is minimized, and the light is condensed according to the following equation (1). The change in radius is minimized, and the processing accuracy can be kept constant depending on the processing position.
【０００９】[0009]
【数１】 [Equation 1]
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような構成ではレーザ発振器の放電状態の変化や熱レン
ズ効果などの原因でレーザビームのビームプロファイル
が変化した場合、リアミラー５２、出力鏡５３、コリメ
ーションレンズ５４より計算されるビームプロファイル
から実際のビームプロファイルが変化してしまうため計
算値どうりにビームを制御できず、集光レンズ５５の可
動範囲の中心点にあるウエスト位置が動いてしまうとい
う問題があった。However, in the conventional configuration, when the beam profile of the laser beam changes due to a change in the discharge state of the laser oscillator or a thermal lens effect, the rear mirror 52, the output mirror 53, and the collimation. Since the actual beam profile changes from the beam profile calculated by the lens 54, the beam cannot be controlled according to the calculated value, and the waist position at the center point of the movable range of the condenser lens 55 moves. was there.
【００１１】また、熱レンズ効果によるビームプロファ
イルの変形が過渡的なものであった場合、熱レンズ効果
によるビームプロファイルの変形によるウエスト位置の
移動を考慮にいれ、その移動を補正しようとしても、過
渡途中におけるビームプロファイルの補正は難しいとい
う問題があった。When the deformation of the beam profile due to the thermal lens effect is transient, even if the movement of the waist position due to the deformation of the beam profile due to the thermal lens effect is taken into consideration and the movement is attempted to be corrected, it is transient. There was a problem that it was difficult to correct the beam profile on the way.
【００１２】この発明は、上記のような問題点を解決す
るために為されたものでレーザ発振機より発振されるレ
ーザビームのビームプロファイルが熱レンズ効果等の原
因で変化し、集光レンズの可動域の中心点にあるウエス
ト位置がするような場合においてもウエスト位置を集光
レンズの可動域の中心点に固定しておくことを目的とす
る。The present invention has been made to solve the above problems, and the beam profile of the laser beam oscillated by the laser oscillator changes due to the thermal lens effect or the like, and It is an object to fix the waist position at the center point of the movable range of the condenser lens even when the waist position at the center point of the movable range exists.
【００１３】また、ビームプロファイルの変化の過渡的
変化の途中においてもウエスト位置を集光レンズの可動
範囲の中心点に固定しておくことを目的とする。It is another object of the present invention to fix the waist position at the center point of the movable range of the condenser lens even during the transitional change of the beam profile.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、集光光学系の可動範囲の中心位置で伝送
されたレーザビームがウエストを持つように挿入された
コリメーション光学系の少なくとも一部に対し、レーザ
ビームの進行方向に移動できる構成とする。In order to achieve this object, the present invention provides a collimation optical system in which a laser beam transmitted at the center position of the movable range of the focusing optical system is inserted so as to have a waist. At least a part of the structure can be moved in the traveling direction of the laser beam.
【００１５】また、集光光学系の可動範囲の中心位置で
伝送されたレーザビームがウエストを持つように挿入さ
れたコリメーション光学系の少なくとも一部に対し、ビ
ームの進行方向に対して移動可能とし、移動速度をコン
トロールできるような構成とする。Further, at least a part of the collimation optical system inserted so that the laser beam transmitted at the center position of the movable range of the focusing optical system has a waist is movable in the traveling direction of the beam. , The configuration is such that the moving speed can be controlled.
【００１６】また、集光光学系の可動範囲の中心点にあ
るウエスト位置が変化しようとしたとき、その変化を検
出する機構を設け、その変化を補正出来るようなコリメ
ーション光学系の少なくとも一部の移動量にフィードバ
ックし、その量だけコリメーション光学系の少なくとも
一部が移動し、常にビームウエスト位置が可動範囲の中
心点から移動しないような構成とする。Further, when the waist position at the center point of the movable range of the focusing optical system is about to change, a mechanism for detecting the change is provided, and at least a part of the collimation optical system capable of correcting the change. The configuration is such that the amount of movement is fed back, and at least a part of the collimation optical system moves by that amount, and the beam waist position does not always move from the center point of the movable range.
【００１７】[0017]
【作用】本発明は、上記構成により、熱レンズ効果など
によるレーザビームのプロファイルが変化しても常にビ
ームウエスト位置を集光レンズの可動範囲の中心点に固
定する。According to the present invention, the beam waist position is always fixed at the center point of the movable range of the condenser lens even if the profile of the laser beam changes due to the thermal lens effect or the like.
【００１８】また、レーザ発振機と集光レンズの間に集
光レンズの可動範囲の中心点にウエストを位置させるよ
うにに挿入されたコリメーション光学系の少なくとも一
部が、レーザビームの進行方向にそって移動できるよう
な構成を有し、なおかつ移動速度をコントロール出来れ
ば、熱レンズ効果などによるビームプロファイルの変化
に対するウエスト位置のズレが過渡的変化である場合、
そのウエスト位置の移動の過渡的変化に合わして、それ
を補正して行くように挿入したコリメーションレンズの
移動速度を指定してやれば、過渡的に変化しようとする
ウエスト位置を常に集光レンズの可動範囲の中心に固定
できる。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condenser lens so as to locate the waist at the center point of the movable range of the condenser lens is arranged in the traveling direction of the laser beam. If the waist position shift with respect to the change of the beam profile due to the thermal lens effect is a transient change as long as it has a configuration capable of moving along with it, and the movement speed can be controlled,
If the movement speed of the inserted collimation lens is specified so as to compensate for the transient change in the movement of the waist position, the waist position that will change transiently will always be the movable range of the condenser lens. Can be fixed at the center of.
【００１９】また、集光レンズの可動範囲の中心点にあ
るレーザビームのウエスト位置が変化しようとしたと
き、その変化を検出し、その変化を補正できるようなコ
リメーション光学系の移動量にフィードバックし、その
量だけコリメーションレンズを移動できるようにすれ
ば、常にビームウエスト位置が可動範囲の中心点に固定
できる。Further, when the waist position of the laser beam at the center point of the movable range of the condenser lens is about to change, the change is detected and fed back to the movement amount of the collimation optical system so that the change can be corrected. If the collimation lens can be moved by that amount, the beam waist position can always be fixed at the center point of the movable range.
【００２０】[0020]
（実施例１）以下、本発明の第一の実施例について、図
面を参照しながら説明する。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２１】図１は、本発明の実施例におけるレーザ加
工装置の概念図である。図１において、１０１はＣＯ2
レーザ発振器、１０２はＣＯ2レーザ発振器１０１の光
共振器、１０３は光共振器１０２のリアミラー、１０４
は光共振器１０２の出力鏡、１０５はコリメーション光
学系、１０６、１０７はコリメーション光学系を構成す
るコリメーションレンズで、材質は、ＣＯ2レーザビー
ムに適したＺｎＳｅとする。FIG. 1 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is CO 2
Laser oscillator 102 is an optical resonator of CO 2 laser oscillator 101, 103 is a rear mirror of optical resonator 102, 104
Is an output mirror of the optical resonator 102, 105 is a collimation optical system, and 106 and 107 are collimation lenses forming a collimation optical system, and the material is ZnSe suitable for a CO 2 laser beam.
【００２２】そして、１０８は集光光学系で、本実施例
中は１枚の集光レンズとし、１０９は被加工物、１１０
は駆動ステージである。Reference numeral 108 denotes a condensing optical system, which is one condensing lens in this embodiment, 109 is a work piece, and 110 is a work piece.
Is a drive stage.
【００２３】ここで、光共振器１０２の構造について説
明する。リアミラー１０３と出力鏡１０４の曲率半径は
約２０ｍ、リアミラー１０３と出力鏡１０４の間隔は４
ｍである。Here, the structure of the optical resonator 102 will be described. The radius of curvature of the rear mirror 103 and the output mirror 104 is about 20 m, and the distance between the rear mirror 103 and the output mirror 104 is 4 m.
m.
【００２４】また、外部光学系については、コリメーシ
ョンレンズ１０６の焦点距離は０．９５ｍ、コリメーシ
ョンレンズ１０６の位置は光共振器内のビームウエスト
からビームの進行方向に約２ｍ、つまり出力鏡の直後の
ところとする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 106 is 0.95 m, and the position of the collimation lens 106 is about 2 m from the beam waist in the optical resonator in the traveling direction of the beam, that is, immediately after the output mirror. By the way.
【００２５】コリメーションレンズ１０７の焦点距離
は、１．５１ｍ、コリメーションレンズ１０７の位置は
光共振器内のビームウエストから４．５ｍとする。The focal length of the collimation lens 107 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 107 is 4.5 m from the beam waist in the optical resonator.
【００２６】なお、コリメーションレンズ１０７は、駆
動ステージ１１０により±５００ｍｍレーザビームの進
行方向にそって移動可能とする。The collimation lens 107 can be moved by the driving stage 110 along the traveling direction of the laser beam of ± 500 mm.
【００２７】集光光学系１０８の焦点距離は、１２７ｍ
ｍ、なお光共振器内のビームウエストからレーザビーム
の進行方向に５．５ｍ〜１０．５ｍまで移動可能とす
る。The focal length of the condensing optical system 108 is 127 m.
The distance from the beam waist inside the optical resonator is 5.5 m to 10.5 m in the traveling direction of the laser beam.
【００２８】なお、以下本実施例におけるレーザ加工装
置の動作について説明する。まず、ＣＯ2レーザ発振器
１０１より発振されるレーザビームをガウシアンビーム
であるとすると、レーザビームは光共振器１０２の中
心、すなわち出力鏡１０４からリアミラー１０３に向か
って２ｍのところにビームウエストをもち、ビームウエ
スト半径は４．５ｍｍとなる。The operation of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. First, assuming that the laser beam emitted from the CO 2 laser oscillator 101 is a Gaussian beam, the laser beam has a beam waist at the center of the optical resonator 102, that is, 2 m from the output mirror 104 toward the rear mirror 103, The beam waist radius is 4.5 mm.
【００２９】そして、ＣＯ2レーザ発振器から発振され
たレーザビームはコリメーション光学系１０５、集光光
学系１０８を通過後被加工物１０９に集光される。Then, the laser beam oscillated from the CO 2 laser oscillator passes through the collimation optical system 105 and the focusing optical system 108 and is focused on the workpiece 109.
【００３０】また、上記のような構成にするとコリメー
ション光学系１０５を通過後のレーザビームは、集光光
学系１０８の可動範囲の中心である光共振器内のビーム
ウエストからビームの進行方向に約８ｍのところに再び
ビームウエストを持つ。Further, with the above-mentioned configuration, the laser beam after passing through the collimation optical system 105 is moved in the beam traveling direction from the beam waist in the optical resonator which is the center of the movable range of the condensing optical system 108. It has a beam waist again at 8m.
【００３１】また、レーザビームがハイパワーでレーザ
ビームのプロファイルやコリメーションレンズ１０５、
１０６の焦点距離が変化しレーザビームの集光光学系１
０８の可動範囲の中心点のビームウエストが動いてしま
う場合、コリメーションレンズ１０７は、レーザビーム
のビームウエストが、再び集光光学系１０８の可動範囲
の中心点に位置させるような位置に移動する。Further, the laser beam has a high power and the profile of the laser beam and the collimation lens 105,
Focusing optical system 106 for changing the focal length of laser beam 1
When the beam waist at the center point of the movable range of 08 moves, the collimation lens 107 moves to a position where the beam waist of the laser beam is again positioned at the center point of the movable range of the condensing optical system 108.
【００３２】本実施例のように、図１で示されるような
レーザ加工装置を使用し、集光光学系１０８の可動範囲
内の任意の位置でレーザビームを集光させた場合、集光
光学系１０８の可動範囲が、レーザビームのコリメーシ
ョン光学系１０５を通過後のビームウエストの前後にな
り、集光光学系１０８に入射するビーム半径の集光光学
系の移動にともなう変化が最小になり、（数１）のよう
な理由で集光レンズの移動による集光半径の変化を最小
限に押さえることが出来る。When the laser processing apparatus as shown in FIG. 1 is used as in this embodiment and the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 108, the focusing optical system The movable range of the system 108 is before and after the beam waist of the laser beam after passing through the collimation optical system 105, and the change in the beam radius incident on the focusing optical system 108 with the movement of the focusing optical system is minimized. For the reason as shown in (Equation 1), it is possible to minimize the change in the focusing radius due to the movement of the focusing lens.
【００３３】その様子を図４に示す。図４は、本実施例
の加工装置で、実際に集光光学系１０８を光共振器１０
２内のビームウエストからレーザビームの進行方向に
５．５ｍ〜１０．５ｍまで１ｍ間隔で移動させた場合の
集光半径の計算結果のグラフである。The situation is shown in FIG. FIG. 4 shows the processing apparatus of this embodiment, in which the condensing optical system 108 is actually used for the optical resonator 10.
It is a graph of the calculation result of the condensing radius when it is moved from the beam waist in 2 in the traveling direction of the laser beam from 5.5 m to 10.5 m at 1 m intervals.
【００３４】グラフは実線Aで示し、比較のためコリメ
ーション光学系１０５を挿入しない場合の集光半径のグ
ラフを同じ図４の上に実線Bで示す。The graph is shown by a solid line A, and for comparison, a graph of the focusing radius when the collimation optical system 105 is not inserted is shown by a solid line B on the same FIG.
【００３５】コリメーション光学系１０５を挿入しない
場合の集光半径は、５０．３μｍ〜６８．５μｍと大き
くばらつくのに対し、本実施例のようなレーザ加工装置
の場合、集光半径は約５９μｍで一定である。In the case where the collimation optical system 105 is not inserted, the condensing radius varies greatly from 50.3 μm to 68.5 μm, whereas in the case of the laser processing apparatus of this embodiment, the converging radius is about 59 μm. It is constant.
【００３６】しかし、光共振器１０２内部の放電状態や
光共振器１０２内部のレーザガスや図１のレーザ加工装
置における各々の光学系の熱レンズ効果などにより、レ
ーザビームのビーム品質やプロファイルが変化した場
合、コリメーションレンズ１０６通過後のビームウエス
トの位置が集光光学系１０８の可動範囲の中心点よりず
れてしまい、可動範囲内で集光レンズの位置により、集
光半径の変化が大きくなってしまう。However, the beam quality and profile of the laser beam change due to the discharge state inside the optical resonator 102, the laser gas inside the optical resonator 102, the thermal lens effect of each optical system in the laser processing apparatus of FIG. In this case, the position of the beam waist after passing through the collimation lens 106 deviates from the center point of the movable range of the condensing optical system 108, and the change of the condensing radius becomes large depending on the position of the condensing lens within the movable range. .
【００３７】例として、共振器内部のレーザガスや出力
鏡１０４の熱レンズ効果によりレーザビームの光共振器
１０２内のビームウエスト位置が、出力鏡１０４から
１．５ｍにビームウエスト径が５ｍｍに変化し、コリメ
ーションレンズ１０６、１０７の焦点距離が熱レンズ効
果によりそれぞれ０．９ｍ、１．３５ｍに変化した場合
の集光位置による集光半径のグラフを図４に実線ｃに示
す。As an example, the beam waist position of the laser beam in the optical resonator 102 changes from the output mirror 104 to 1.5 m due to the laser gas inside the resonator and the thermal lens effect of the output mirror 104 to 5 mm. A solid line c in FIG. 4 shows a graph of the light collection radius depending on the light collection position when the focal lengths of the collimation lenses 106 and 107 are changed to 0.9 m and 1.35 m, respectively, due to the thermal lens effect.
【００３８】集光半径が、５０μｍ〜１０８μｍと大き
く変化している。そこで、本実施例のように、コリメー
ションレンズ１０７が、レーザビームの進行方向にそっ
て移動可能な機能を持つようなレーザ加工装置を加工に
用いた場合、熱レンズ効果などにより集光光学系１０８
の可動範囲の中心点より移動してしまったビームウエス
ト位置を、コリメーションレンズ１０６を移動させるこ
とにより、補正することが出来、再び集光光学系１０８
の可動範囲内で集光光学系８に入射するレーザビームの
ビーム半径の変化を最小限にする事ができ、（数１）の
ような関係で、集光光学系１０８のレーザビームの進行
方向にそった移動にともなう集光半径の変化も最小にな
り、その結果集光レンズの移動に伴う加工性能の変化も
最小にすることが出来る。The condensing radius greatly changes from 50 μm to 108 μm. Therefore, when a laser processing apparatus having a function in which the collimation lens 107 is movable along the traveling direction of the laser beam is used for processing as in the present embodiment, the condensing optical system 108 due to a thermal lens effect or the like.
The beam waist position that has moved from the center point of the movable range of can be corrected by moving the collimation lens 106, and again the condensing optical system 108.
The change in the beam radius of the laser beam incident on the condensing optical system 8 can be minimized within the movable range of, and the traveling direction of the laser beam of the condensing optical system 108 can be expressed by the relationship as in (Equation 1). The change of the condensing radius due to the movement of the condenser lens is also minimized, and as a result, the change of the processing performance due to the movement of the condenser lens can be minimized.
【００３９】図４に、この熱レンズ効果による集光半径
の変化を補正するためにコリメーションレンズ１０７を
レーザビームの進行方向に−０．２３ｍ移動させた場合
の集光位置による集光半径を実線ｄで示す。In FIG. 4, the solid line shows the light-collecting radius according to the light-collecting position when the collimation lens 107 is moved by −0.23 m in the traveling direction of the laser beam in order to correct the change in the light-collecting radius due to the thermal lens effect. Denote by d.
【００４０】集光半径は約５７μｍで再び一定になり、
集光レンズの位置による加工精度もほぼ一定となる。The condensing radius becomes constant again at about 57 μm,
The processing accuracy is almost constant depending on the position of the condenser lens.
【００４１】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置においてＣＯ2レーザ発振器と集光レンズの間に
コリメーション光学系を挿入し、集光レンズのレーザビ
ームの進行方向における可動範囲の中心にビームウエス
トが位置するように焦点距離とレンズ位置を選び、集光
レンズの可動範囲内で集光レンズの位置つまり集光位置
によらず集光半径をほぼ一定になるような構成にし、コ
リメータレンズにビームの進行方向にそって移動できる
ような機能を登載すれば、熱レンズ効果などの原因でプ
ロファイルが変化し、集光レンズの可動範囲の中心点か
らウエスト位置が移動し、集光位置による加工精度が一
定でなくなるような場合において、ＣＯ 2レーザ発振器
と集光レンズの間に挿入されたコリメーションレンズを
レーザビームの進行方向に移動させることにより、再び
集光レンズの可動範囲の中心点にウエスト位置を補正し
て集光位置による集光半径を一定にでき、集光位置によ
る加工精度を一定にすることができる。As described above, according to this embodiment, the laser processing is performed.
CO in engineering equipment2Between the laser oscillator and the condenser lens
Insert the collimation optical system and
Beam waste at the center of the movable range in the direction of travel of the beam
Focal length and lens position so that the
The position of the condensing lens within the movable range of the lens, that is, the condensing position
Irrespective of the
It is possible to move along the beam traveling direction to the remeter lens.
If such a function is listed, it may be
Profile changes, is it the center point of the movable range of the condenser lens?
The waist position moves from that position, and the processing accuracy depends on the focus position.
In the case where it becomes uncertain, CO 2Laser oscillator
The collimation lens inserted between the
By moving the laser beam in the direction of travel,
Correct the waist position to the center of the movable range of the condenser lens.
The focusing radius can be made constant depending on the focusing position.
The processing accuracy can be kept constant.
【００４２】（実施例２）以下、本発明の第二の実施例
について、図面を参照しながら説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４３】図２は、本発明の実施例におけるレーザ加
工装置の概念図である。図２において、２０１はＣＯ2
レーザ発振器、２０２はＣＯ2レーザ発振器２０１の光
共振器、２０３は光共振器２０２のリアミラー、２０４
は光共振器２０２の出力鏡、２０５はコリメーション光
学系、２０６、２０７はコリメーション光学系を構成す
るコリメーションレンズで、材質は、ＣＯ2レーザビー
ムに適したＺｎＳｅとする。FIG. 2 is a conceptual diagram of the laser processing apparatus in the embodiment of the present invention. In FIG. 2, 201 is CO 2
A laser oscillator, 202 is an optical resonator of the CO 2 laser oscillator 201, 203 is a rear mirror of the optical resonator 202, 204
Is an output mirror of the optical resonator 202, 205 is a collimation optical system, and 206 and 207 are collimation lenses forming a collimation optical system. The material is ZnSe suitable for a CO 2 laser beam.
【００４４】そして、２０８は集光光学系で、本実施例
中は１枚の集光レンズとし、２０９は被加工物、２１０
は駆動速度が制御可能な駆動ステージである。Reference numeral 208 denotes a condensing optical system, which is one condensing lens in this embodiment, 209 is a work piece, and 210 is a work piece.
Is a drive stage whose drive speed can be controlled.
【００４５】ここで、光共振器２０２の構造について説
明する。リアミラー２０３と出力鏡２０４の曲率半径
は、約２０ｍ、リアミラー２０３と出力鏡２０４の間隔
は４ｍである。Now, the structure of the optical resonator 202 will be described. The radius of curvature of the rear mirror 203 and the output mirror 204 is about 20 m, and the distance between the rear mirror 203 and the output mirror 204 is 4 m.
【００４６】また、外部光学系については、コリメーシ
ョンレンズ２０６の焦点距離は０．９５ｍ、コリメーシ
ョンレンズ２０６の位置は光共振器内のビームウエスト
からビームの進行方向に約２ｍ、すなわち出力鏡２０４
の直後のところとする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 206 is 0.95 m, and the position of the collimation lens 206 is about 2 m in the traveling direction of the beam from the beam waist in the optical resonator, that is, the output mirror 204.
Immediately after.
【００４７】コリメーションレンズ２０７の焦点距離は
１．５１ｍ、コリメーションレンズ２０７の位置は光共
振器内のビームウエストから４．５ｍとする。The focal length of the collimation lens 207 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 207 is 4.5 m from the beam waist in the optical resonator.
【００４８】なお、コリメーションレンズ２０７は、駆
動ステージ２１０により±５００ｍｍレーザビームの進
行方向にそって移動可能とする。The collimation lens 207 is movable by the drive stage 210 along the traveling direction of the laser beam of ± 500 mm.
【００４９】集光光学系２０８の焦点距離は１２７ｍ
ｍ、なお光共振器内のビームウエストからレーザビーム
の進行方向に５．５ｍ〜１０．５ｍまで移動可能とす
る。The focal length of the condensing optical system 208 is 127 m.
The distance from the beam waist inside the optical resonator is 5.5 m to 10.5 m in the traveling direction of the laser beam.
【００５０】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
動作について説明する。ＣＯ2レーザ発振器２０１より
発振されるレーザビームをガウシアンビームであるとす
るとレーザビームは光共振器２０２の中心、すなわち出
力鏡２０４からリアミラー２０３に向かって２ｍのとこ
ろにビームウエストをもち、ビームウエスト半径は４．
５ｍｍとなる。The operation of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. When the laser beam emitted from the CO 2 laser oscillator 201 is a Gaussian beam, the laser beam has a beam waist at the center of the optical resonator 202, that is, at a distance of 2 m from the output mirror 204 toward the rear mirror 203, and has a beam waist radius. Is 4.
It becomes 5 mm.
【００５１】ＣＯ2レーザ発振器２０１から発振された
レーザビームは、コリメーション光学系２０５、集光光
学系２０８を通過後被加工物２０９に集光される。The laser beam oscillated from the CO 2 laser oscillator 201 passes through the collimation optical system 205 and the focusing optical system 208 and is focused on the workpiece 209.
【００５２】また、上記のような構成にするとコリメー
ション光学系を通過後のレーザビームは集光光学系２０
８の可動範囲の中心に再びビームウエストを持つ。Further, with the above configuration, the laser beam after passing through the collimation optical system is focused by the focusing optical system 20.
It has a beam waist again in the center of the movable range of 8.
【００５３】また、レーザビームがハイパワーで熱レン
ズ効果などによりレーザビームのプロファイルやコリメ
ーションレンズ２０５、２０６の焦点距離が変化し、レ
ーザビームの集光光学系２０８の可動範囲の中心点のビ
ームウエスト位置が変化してしまう場合、コリメーショ
ンレンズ２０７は、レーザビームのビームウエストが、
再び集光光学系２０８の可動範囲の中心点に位置させる
ような位置に移動する。 また、ビームプロファイルの
変化によるビームウエストの変化が過渡的変化である場
合、コリメーションレンズ２０７は、駆動ステージ２１
０により、過渡途中においても、ウエスト位置を集光レ
ンズの可動範囲の中心点から移動させないような速度で
レーザビームの進行方向にそって移動される。Further, the laser beam has a high power and the profile of the laser beam and the focal lengths of the collimation lenses 205 and 206 are changed due to the thermal lens effect or the like, and the beam waist at the center point of the movable range of the laser beam focusing optical system 208 is changed. If the position changes, the collimation lens 207 causes the beam waist of the laser beam to
It again moves to a position where it is located at the center point of the movable range of the condensing optical system 208. When the change in beam waist due to the change in beam profile is a transient change, the collimation lens 207 causes the drive stage 21 to move.
With 0, the waist position is moved along the traveling direction of the laser beam at a speed that does not move the waist position from the center point of the movable range of the condenser lens even during the transition.
【００５４】本実施例のように、図２で示されるような
レーザ加工装置を使用し、集光光学系２０８の可動範囲
内の任意の位置でレーザビームを集光させた場合、集光
光学系２０８の可動範囲がレーザビームのコリメーショ
ン光学系２０５通過後のビームウエストの前後になり集
光光学系２０８に入射するビーム半径の集光レンズの移
動にともなう変化が最小になり、（数１）のような理由
で集光レンズの移動による集光半径の変化を最小限に押
さえることが出来る。When the laser processing apparatus as shown in FIG. 2 is used as in this embodiment and the laser beam is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 208, the focusing optical system The movable range of the system 208 is before and after the beam waist after the laser beam has passed through the collimation optical system 205, and the change in the radius of the beam incident on the focusing optical system 208 due to the movement of the focusing lens is minimized. For this reason, it is possible to minimize the change in the focusing radius due to the movement of the focusing lens.
【００５５】その様子を図４に示す。図４は、本実施例
の加工装置で実際に集光光学系２０８をビームウエスト
２１０からレーザビームの進行方向に５．５ｍ〜１０．
５ｍまで１ｍ間隔で移動させた場合の集光半径の計算結
果のグラフである。The situation is shown in FIG. FIG. 4 shows the processing apparatus of this embodiment in which the condensing optical system 208 is actually moved from the beam waist 210 to 5.5 m to 10.
It is a graph of the calculation result of the condensing radius when it is moved up to 5 m at 1 m intervals.
【００５６】グラフは実線Aで示し、比較のためコリメ
ーション光学系２０５を挿入しない場合の集光半径のグ
ラフを同じ図４の上に実線Bで示す。The graph is shown by the solid line A, and for comparison, the graph of the focusing radius when the collimation optical system 205 is not inserted is shown by the solid line B on the same FIG.
【００５７】コリメーション光学系２０５を挿入しない
場合の集光半径は５０．３μｍ〜６８．５μｍと大きく
ばらつくのに対し、本実施例のようなレーザ加工装置の
場合、集光半径は約５９μｍで一定である。In the case where the collimation optical system 205 is not inserted, the condensing radius varies greatly from 50.3 μm to 68.5 μm, whereas in the case of the laser processing apparatus of this embodiment, the converging radius is constant at about 59 μm. Is.
【００５８】しかし、光共振器２０２の内部の放電状態
が変化したり、光共振器２０２内部のレーザガスや図３
のレーザ加工機における各々の光学系の熱レンズ効果に
よりレーザビーム２０９のビームプロファイルが変化し
た場合、コリメーション光学系通過後のビームウエスト
の位置が、集光光学系２０８の可動範囲の中心点よりず
れてしまい、可動範囲内で集光光学系の位置により、集
光半径が異なってしまう。However, the discharge state inside the optical resonator 202 is changed, or the laser gas inside the optical resonator 202 or the state shown in FIG.
When the beam profile of the laser beam 209 changes due to the thermal lens effect of each optical system in the laser processing machine of No. 2, the position of the beam waist after passing the collimation optical system is displaced from the center point of the movable range of the condensing optical system 208. Therefore, the focusing radius varies depending on the position of the focusing optical system within the movable range.
【００５９】例として、光共振器２０２内のレーザガス
や出力鏡２０４の熱レンズ効果によりレーザビームの光
共振器２０２内のビームウエスト位置が出力鏡２０４か
ら１．５ｍにビームウエスト径が５ｍｍに変化し、コリ
メータレンズ２０６、２０７の焦点距離が熱レンズ効果
でそれぞれ０．９ｍ、２．３５ｍに変化した場合の集光
位置による集光半径のグラフを図４に実線ｃに示す。集
光半径が５０μｍ〜１０８μｍと大きく変化している。As an example, the laser waist in the optical resonator 202 and the thermal lens effect of the output mirror 204 change the beam waist position of the laser beam in the optical resonator 202 from the output mirror 204 to 1.5 m and the beam waist diameter to 5 mm. A solid line c in FIG. 4 shows a graph of the focusing radius depending on the focusing position when the focal lengths of the collimator lenses 206 and 207 are changed to 0.9 m and 2.35 m due to the thermal lens effect. The condensing radius is largely changed from 50 μm to 108 μm.
【００６０】本実施例のようにコリメーションレンズ２
０７が、レーザビームの進行方向にそって移動可能な機
能を持つようなレーザ加工装置を用いた場合、ビームプ
ロファイルの変化により集光光学系２０８の可動範囲の
中心点より移動してしまったビームウエスト位置をコリ
メーションレンズ２０７を移動させることにより、補正
することが出来、レーザビームプロファイルが変化した
際にも集光光学系２０８の可動範囲内で集光光学系２０
８に入射するレーザビームのビーム半径の変化を最小限
にする事ができ、（数１）のような関係で、集光光学系
２０８のレーザビーム２１１の進行方向にそった移動に
ともなう集光半径の変化も最小になり、その結果、集光
レンズの移動に伴う加工性能の変化も最小にとどめるこ
とが出来る。The collimation lens 2 as in this embodiment
When a laser processing device 07 has a function capable of moving along the traveling direction of the laser beam, the beam moved from the center point of the movable range of the focusing optical system 208 due to the change of the beam profile. The waist position can be corrected by moving the collimation lens 207, and even when the laser beam profile changes, the focusing optical system 20 is within the movable range of the focusing optical system 208.
It is possible to minimize the change in the beam radius of the laser beam incident on the laser beam No. 8, and in accordance with the relationship of (Equation 1), the focusing optical system 208 collects light along with the movement of the laser beam 211 in the traveling direction. The change in radius is also minimized, and as a result, the change in processing performance due to the movement of the condenser lens can be minimized.
【００６１】図４に、この熱レンズ効果によるビームウ
エスト位置の変化を補正するためにコリメーションレン
ズ２０７をレーザビーム２１１の進行方向に−０．２３
ｍ移動させた場合の集光位置による集光半径を実線ｄで
示す。In FIG. 4, in order to correct the change in the beam waist position due to the thermal lens effect, the collimation lens 207 is moved to −0.23 in the traveling direction of the laser beam 211.
A solid line d indicates the light-collecting radius depending on the light-collecting position when the lens is moved by m.
【００６２】集光半径は、約５７μｍで再び一定にな
り、集光レンズの位置による加工精度もほぼ一定とな
る。The condensing radius becomes constant again at about 57 μm, and the processing accuracy depending on the position of the condensing lens becomes almost constant.
【００６３】また、本実施例においてレーザビームの熱
レンズ効果などによるビームプロファイルの変化が過渡
現象だとすると、レーザビームのビームプロファイルが
変化した瞬間にコリメーションレンズ２０７を０．２３
ｍ移動したのでは、過渡途中においては、集光レンズの
可動範囲の中心点にレーザビームのビームウエストは一
致しない。If the change in the beam profile due to the thermal lens effect of the laser beam is a transient phenomenon in this embodiment, the collimation lens 207 is moved to 0.23 at the moment when the beam profile of the laser beam changes.
After moving by m, the beam waist of the laser beam does not coincide with the center point of the movable range of the condenser lens during the transition.
【００６４】そこで、本実施例のように駆動速度を制御
できる駆動ステージを用いた場合、熱レンズ効果の過渡
途中においても、ウエスト位置が可動範囲の中心点から
動かないような速度でコリメーションレンズ７を移動す
ることで、ハイパワーレーザビームを用いた際の熱レン
ズ効果の過渡途中においても、集光光学系２０８の可動
範囲の中心点にビームウエスト位置を固定しておくこと
ができ、その結果、集光光学系２０８の位置による集光
径が一定になり集光位置による加工精度も一定になる。Therefore, when the drive stage whose drive speed can be controlled is used as in this embodiment, the collimation lens 7 is moved at a speed such that the waist position does not move from the center point of the movable range even during the transition of the thermal lens effect. By moving, the beam waist position can be fixed to the center point of the movable range of the condensing optical system 208 even during the transition of the thermal lens effect when the high power laser beam is used. As a result, the condensing diameter is constant depending on the position of the condensing optical system 208, and the processing accuracy is constant depending on the condensing position.
【００６５】以上のように本実施例によれば、ＣＯ2レ
ーザ発振器と集光レンズの間にコリメータレンズを挿入
し、集光レンズのレーザビームの進行方向における可動
範囲の中心にビームウエストが位置するように焦点距離
とレンズ位置を選ぶことにより、集光レンズの可動範囲
内で集光レンズの位置つまり集光位置によらず集光半径
をほぼ一定し、加工性能を一定に保つようなレーザ加工
装置において、ＣＯ2レーザ発振器と集光レンズの間に
挿入したレンズにビームの光軸方向にそって移動できる
ような機能を登載することにより、熱レンズ効果などに
よりビームプロファイルが変化し、それにともないビー
ムウエストの位置も変化し、集光位置による加工精度が
一定でなくなるような場合において、ＣＯ2レーザ発振
器と集光レンズの間に挿入されたコリメーションレンズ
をレーザビームの進行方向に移動させることにより、再
びビームウエスト位置を集光レンズの可動範囲の中心点
に戻し、集光位置による集光半径を一定にでき、集光位
置による加工精度を一定にすることができる。As described above, according to this embodiment, the collimator lens is inserted between the CO 2 laser oscillator and the condenser lens, and the beam waist is positioned at the center of the movable range of the condenser lens in the traveling direction of the laser beam. By selecting the focal length and lens position so that the laser beam has a constant focusing radius within the movable range of the focusing lens regardless of the position of the focusing lens, that is, the focusing position, and the processing performance is kept constant. In the processing equipment, a lens inserted between the CO 2 laser oscillator and the condenser lens has a function to move along the optical axis direction of the beam, so that the beam profile changes due to the thermal lens effect and the like. between also change position without the beam waist is also the case that machining accuracy by the condensing position is not constant, CO 2 laser oscillator and the condenser lens By moving the inserted collimation lens in the direction of travel of the laser beam, the beam waist position is returned to the center point of the movable range of the condensing lens, and the condensing radius at the converging position can be made constant. The processing accuracy can be kept constant.
【００６６】また、ビームプロファイルの変化が過渡現
象であるような場合、過渡途中においても、駆動速度が
制御可能な駆動ステージによりウエスト位置が集光レン
ズの可動範囲の中心点から移動しないような速度で、コ
リメーションレンズを移動させることにより、集光レン
ズの可動範囲の中心点にビームウエスト位置を固定する
ことができ、集光レンズの位置による集光径をほぼ一定
に保てその結果集光位置による加工精度も一定にでき
る。When the change in the beam profile is a transient phenomenon, the speed at which the waist position does not move from the center point of the movable range of the condenser lens by the drive stage whose drive speed can be controlled even during the transition. Then, by moving the collimation lens, the beam waist position can be fixed at the center point of the movable range of the condensing lens. The processing accuracy can be kept constant.
【００６７】（実施例３）以下、本発明の第三の実施例
について、図面を参照しながら説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００６８】図３は、本発明の第三の実施例におけるレ
ーザ加工装置の概念図である。図３において、３０１は
ＣＯ2レーザ発振器、３０２はＣＯ2レーザ発振器１の光
共振器、３０３は光共振器３０２のリアミラー、３０４
は光共振器３０２の出力鏡、３０５はコリメーション光
学系３０６、３０７はコリメーション光学系を構成する
コリメーションレンズ材質はコリメーション光学系に適
したＺｎＳｅとする。FIG. 3 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, 301 is a CO 2 laser oscillator, 302 is an optical resonator of the CO 2 laser oscillator 1, 303 is a rear mirror of the optical resonator 302, 304
Is an output mirror of the optical resonator 302, 305 is a collimation optical system 306, and 307 is a collimation lens made of ZnSe suitable for the collimation optical system.
【００６９】そして、３０８は集光光学系で、本実施例
中は１枚の集光レンズとし、３０９は被加工物、３１０
は駆動速度が制御可能な駆動ステージ、３１１、３１
２、３１３はハーフミラー、３１４、３１５はパワーメ
ータ、３１６はフィードバック回路である。Reference numeral 308 denotes a condensing optical system, which is one condensing lens in this embodiment, 309 is a work piece, and 310 is a work piece.
Is a drive stage whose drive speed is controllable, 311, 31
Reference numerals 2, 313 are half mirrors, 314, 315 are power meters, and 316 is a feedback circuit.
【００７０】ここで、光共振器３０２の構造について説
明する。リアミラー３０３と出力鏡３０４の曲率半径
は、約２０ｍ、リアミラー３０３と出力鏡３０４の間隔
は４ｍである。Now, the structure of the optical resonator 302 will be described. The radius of curvature of the rear mirror 303 and the output mirror 304 is about 20 m, and the distance between the rear mirror 303 and the output mirror 304 is 4 m.
【００７１】また、外部光学系についてはコリメーショ
ンレンズ３０６の焦点距離は０．９５ｍ、コリメーショ
ンレンズ３０６の位置は光共振器内のビームウエストか
らビームの進行方向に約２ｍのところとする。Regarding the external optical system, the focal length of the collimation lens 306 is 0.95 m, and the position of the collimation lens 306 is about 2 m in the beam traveling direction from the beam waist in the optical resonator.
【００７２】コリメーションレンズ３０７の焦点距離
は、１．５１ｍ、コリメーションレンズ３０７の位置は
光共振器内のビームウエストから４．５ｍとする。The focal length of the collimation lens 307 is 1.51 m, and the position of the collimation lens 307 is 4.5 m from the beam waist in the optical resonator.
【００７３】なお、コリメーションレンズ３０７は、駆
動ステージ３１０により±５００ｍｍレーザビームの進
行方向にそって移動可能とする。The collimation lens 307 can be moved by the driving stage 310 along the traveling direction of the laser beam of ± 500 mm.
【００７４】集光光学系３０８の焦点距離は１２７ｍ
ｍ、なお光共振器内のビームウエストからレーザビーム
３１１の進行方向に、５．５ｍ〜１０．５ｍまで移動可
能とする。The focal length of the condensing optical system 308 is 127 m.
It is possible to move from the beam waist in the optical resonator to 5.5 m to 10.5 m in the traveling direction of the laser beam 311.
【００７５】以下、本実施例におけるレーザ加工装置の
動作について説明する。ＣＯ2レーザ発振器３０１より
発振されるレーザビームをガウシアンビームであるとす
ると、レーザビームは光共振器３０２の中心、すなわち
出力鏡３０４からリアミラー３０３に向かって２ｍのと
ころにビームウエストをもち、ビームウエスト半径は
４．５ｍｍとなる。The operation of the laser processing apparatus in this embodiment will be described below. Assuming that the laser beam emitted from the CO 2 laser oscillator 301 is a Gaussian beam, the laser beam has a beam waist at the center of the optical resonator 302, that is, at a distance of 2 m from the output mirror 304 toward the rear mirror 303. The radius is 4.5 mm.
【００７６】ＣＯ2レーザ発振器から発振されたレーザ
ビーム３０９は、コリメーション光学系３０５、集光光
学系３０８を通過後被加工物３０８に集光される。The laser beam 309 oscillated from the CO 2 laser oscillator passes through the collimation optical system 305 and the focusing optical system 308 and is focused on the workpiece 308.
【００７７】また、上記のような構成にするとコリメー
ション光学系３０５通過後のレーザビームは集光光学系
３０８の可動範囲の中心点に再びビームウエストを持
つ。Further, with the above configuration, the laser beam after passing through the collimation optical system 305 has a beam waist again at the center point of the movable range of the focusing optical system 308.
【００７８】また、ＣＯ2レーザ発振器３０１から発振
されたレーザビームの一部は、ハーフミラー３１１によ
り分岐され、さらにその一部は、ハーフミラー３１２、
３１３により分岐されパワーメータ３１４、３１５に入
射する。A part of the laser beam oscillated from the CO 2 laser oscillator 301 is branched by the half mirror 311, and a part of it is further divided into the half mirror 312 and the half mirror 312.
The light is branched by 313 and enters power meters 314 and 315.
【００７９】このハーフミラー３１２、３１３は、ハー
フミラー３１１で分岐されたレーザビームにそって、ハ
ーフミラー３１１から測った光路長が、ハーフミラー３
１１を透過したレーザビームのハーフミラー３１１から
集光光学系３０８の可動範囲の中心点までの光路長と一
致するような位置の直前と直後に配置され、３１１によ
り分岐されたレーザビームの断面でみて一端とその逆側
の一端を分岐しパワメータ３１４、３１５に入射させ
る。In the half mirrors 312 and 313, the optical path length measured from the half mirror 311 along the laser beam branched by the half mirror 311 is
In the cross section of the laser beam branched by 311, the laser beam transmitted through 11 is arranged immediately before and after the position that coincides with the optical path length from the half mirror 311 to the center point of the movable range of the condensing optical system 308. One end and the other end on the opposite side are branched and made incident on the power meters 314 and 315.
【００８０】集光レンズの可動範囲の中心点にビームウ
エストがあると、パワーメータ３１４、３１５に入射す
るレーザビームのパワーは、等しくなるが、ウエスト位
置が変化した場合、パワーメータ３１４、３１５に入射
するレーザビームの入射パワーが等しくなくなる。If the beam waist is located at the center point of the movable range of the condenser lens, the powers of the laser beams incident on the power meters 314 and 315 will be equal, but if the waist position changes, the power meters 314 and 315 will show the same. The incident powers of the incident laser beams are not equal.
【００８１】このような場合、パワーメータ３１４、３
１５の入射パワーの変化を再び両者の入射パワーが等し
くなるように補正するようなコリメーション光学系３０
５の移動量にフィードバック回路３１６でフィードバッ
クし、その量だけ駆動ステージ３１０はコリメーション
レンズ３０７を移動させ常にパワーメータ３１４と３１
５に入射するレーザビームのビームパワーは、等しく保
たれる。In such a case, the power meters 314, 3
The collimation optical system 30 for correcting the change in the incident power of 15 again so that the incident powers of the two become equal.
5 is fed back by the feedback circuit 316, and the drive stage 310 moves the collimation lens 307 by that amount, and the power meters 314 and 31 are constantly operated.
The beam powers of the laser beams incident on 5 are kept equal.
【００８２】本実施例のように図３で示されるようなレ
ーザ加工装置を使用し、集光光学系３０８の可動範囲内
の任意の位置でレーザビーム３１１を集光させた場合、
集光光学系３０８の可動範囲がレーザビーム３１１のコ
リメーション光学系３０５通過後のビームウエストの前
後になり集光光学系３０８に入射するビーム半径の集光
レンズの移動にともなう変化が最小になり、（数１）の
ような理由で集光レンズの移動による集光半径の変化を
最小限に押さえることが出来る。When the laser processing apparatus as shown in FIG. 3 is used as in this embodiment and the laser beam 311 is focused at an arbitrary position within the movable range of the focusing optical system 308,
The movable range of the condensing optical system 308 is before and after the beam waist of the laser beam 311 after passing through the collimation optical system 305, and the change of the beam radius incident on the condensing optical system 308 with the movement of the condensing lens is minimized. For the reason as shown in (Equation 1), it is possible to minimize the change in the focusing radius due to the movement of the focusing lens.
【００８３】その様子を図４に示す。図４は、本実施例
の加工装置で実際に集光光学系８を光共振器２内のビー
ムウエストからレーザビーム１１の進行方向に５．５ｍ
〜１０．５ｍまで１ｍ間隔で移動させた場合の集光半径
の計算結果のグラフである。The situation is shown in FIG. FIG. 4 shows the processing apparatus of this embodiment in which the condensing optical system 8 is actually moved 5.5 m from the beam waist in the optical resonator 2 in the traveling direction of the laser beam 11.
It is a graph of the calculation result of the condensing radius in the case of moving to 10.5 m at 1 m intervals.
【００８４】グラフは実線Aで示し、比較のためコリメ
ーション光学系３０５を挿入しない場合の集光半径のグ
ラフを同じ図４の上に実線Bで示す。The graph is shown by the solid line A, and for comparison, the graph of the focusing radius when the collimation optical system 305 is not inserted is shown by the solid line B on the same FIG.
【００８５】コリメーション光学系３０５を挿入しない
場合の集光半径は、５０．３μｍ〜６８．５μｍと大き
くばらつくのに対し、本実施例のようなレーザ加工装置
の場合、集光半径は約５９μｍで一定である。The condensing radius when the collimation optical system 305 is not inserted varies greatly from 50.3 μm to 68.5 μm, whereas in the case of the laser processing apparatus of this embodiment, the converging radius is about 59 μm. It is constant.
【００８６】それ故、集光レンズのレーザビームの進行
方向に対する位置によらず加工性能を一定に保つことが
できる。Therefore, the processing performance can be kept constant regardless of the position of the condenser lens in the traveling direction of the laser beam.
【００８７】しかし、熱レンズ効果などの原因でビーム
プロファイルが変化し、コリメーション光学系３０５通
過後のビームウエストの位置が集光光学系３０８の可動
範囲の中心点よりずれてしまい、可動範囲内で集光レン
ズの位置により、集光半径が異なってしまう。However, the beam profile changes due to the thermal lens effect or the like, and the position of the beam waist after passing through the collimation optical system 305 deviates from the center point of the movable range of the condensing optical system 308, and within the movable range. The focusing radius varies depending on the position of the focusing lens.
【００８８】熱レンズ効果などによりビームプロファイ
ルが変化し、ビームウエスト位置が変化するような場合
においても、本実施例のように構成された、ハーフミラ
ー３１２、３１３、パワーメータ３１４、３１５でビー
ムウエスト位置の変化をパワーメータ３１４、３１５に
入射するレーザビームのパワーの変化という形で検出
し、フィードバック回路３１３でその変化を補正するた
めのコリメーションレンズ３０７のレーザビーム３１１
の進行方向の移動量にフィードバックし、その移動量だ
け駆動ステージ３１０でコリメーションレンズ３０７を
移動させビームウエストの移動を連続して補正するよう
な機能を登載することにより、常にビームウエストを集
光レンズ３０９の可動範囲の中心に固定でき、集光レン
ズの位置による集光径の変化を最小限にでき、集光位置
による加工精度の変化も最小限に押さえることができ
る。Even when the beam profile changes due to the thermal lens effect or the like and the beam waist position changes, the beam waist is changed by the half mirrors 312 and 313 and the power meters 314 and 315 configured as in this embodiment. The laser beam 311 of the collimation lens 307 for detecting a change in position in the form of a change in the power of the laser beam incident on the power meters 314 and 315 and correcting the change in the feedback circuit 313.
The amount of movement of the beam waist is fed back to the driving stage 310, and the collimation lens 307 is moved by the movement amount so as to continuously correct the movement of the beam waist. It can be fixed at the center of the movable range of 309, the change of the light collecting diameter due to the position of the light collecting lens can be minimized, and the change of processing accuracy due to the light collecting position can also be suppressed to the minimum.
【００８９】以上のように本実施例によれば、レーザ加
工装置においてＣＯ2レーザ発振器と集光レンズの間に
コリメーション光学系を挿入し、集光レンズのレーザビ
ームの進行方向における可動範囲の中心にビームウエス
トが位置するように焦点距離とレンズ位置を選べば、集
光レンズの可動範囲内で集光レンズの位置つまり集光位
置によらず集光半径をほぼ一定にでき、加工性能を一定
に保つことができる。As described above, according to the present embodiment, in the laser processing apparatus, the collimation optical system is inserted between the CO 2 laser oscillator and the condenser lens, and the center of the movable range of the condenser lens in the traveling direction of the laser beam. If the focal length and lens position are selected so that the beam waist is located at, the focusing radius can be made almost constant within the movable range of the focusing lens regardless of the focusing lens position, that is, the focusing position, and the processing performance is constant. Can be kept at
【００９０】また、熱レンズ効果などによるビームプロ
ファイルの変化によりビームウエストの位置が集光レン
ズの可動範囲の中心点から動こうとするような場合、本
実施例のようにビームウエスト位置の変化を検出し、フ
ィードバック回路でその変化を補正するためのコリメー
ションレンズのレーザビームの進行方向の移動量にフィ
ードバックし、ビームウエスト位置の変化を連続して補
正するような機能を登載することにより、常にビームウ
エストを集光レンズの可動範囲の中心に固定しておくこ
とで集光レンズの位置による集光径の変化を最小限にで
き、集光位置による加工精度の変化も最小限に押さえる
ことができる。When the position of the beam waist tends to move from the center point of the movable range of the condenser lens due to the change of the beam profile due to the thermal lens effect or the like, the position of the beam waist is changed as in this embodiment. The function to detect and feed back to the moving amount of the collimation lens in the traveling direction of the laser beam to correct the change in the feedback circuit, and to continuously correct the change in the beam waist position is provided so that the beam By fixing the waist to the center of the movable range of the condensing lens, it is possible to minimize the change of the condensing diameter due to the position of the condensing lens, and to minimize the change of the processing accuracy depending on the condensing position. .
【００９１】[0091]
【発明の効果】以上のように本発明は、集光光学系の可
動範囲の中心位置で伝送されたレーザビームがウエスト
を持つように挿入されたコリメーション光学系の少なく
とも一部に対し、レーザビームの進行方向に移動できる
ような機能を設けることにより、熱レンズ効果によるレ
ーザビームのプロファイルの変形のための、ビームウエ
ストの集光レンズの可動範囲の中心点からのズレをコリ
メーションレンズを移動させることにより補正すること
ができ、熱レンズ効果などによりビームプロファイルが
変化する場合においても集光レンズの位置つまり加工位
置にかかわらず加工精度を一定に保つことが出来る。As described above, according to the present invention, the laser beam transmitted to the central part of the movable range of the focusing optical system is inserted into the collimation optical system so that it has a waist. By moving the collimation lens from the center point of the movable range of the beam waist condensing lens due to the deformation of the laser beam profile due to the thermal lens effect, by providing a function to move the collimation lens. It is possible to correct by using, and even when the beam profile changes due to the thermal lens effect or the like, the processing accuracy can be kept constant regardless of the position of the condenser lens, that is, the processing position.
【００９２】また、レーザ発振機と集光レンズの間に集
光レンズの可動範囲の中心点にウエストを位置させるよ
うにに挿入されたコリメーション光学系の少なくとも一
部が、レーザビームの進行方向にそって移動できるよう
な構成をゆうしなおかつ移動速度をコントロール出来れ
ば、熱レンズ効果などによりレーザビームのプロファイ
ルが過渡的に変化しそれにともないウエスト位置が変化
するような場合においても、そのウエスト位置の移動の
過渡的変化に合わしてそれを補正して行くように挿入し
たレンズの移動速度を指定してやれば、過渡的に変化し
ようとするウエスト位置を常に集光レンズの可動範囲の
中心に固定でき、集光レンズの位置つまり加工位置にか
かわらず加工精度を一定に保つことができる。Further, at least a part of the collimation optical system inserted between the laser oscillator and the condenser lens so that the waist is positioned at the center point of the movable range of the condenser lens is disposed in the traveling direction of the laser beam. If it is possible to move along with it and control the moving speed, even if the waist position changes due to the transient change of the laser beam profile due to the thermal lens effect, etc. If you specify the moving speed of the inserted lens so as to correct it in accordance with the transient change of movement, you can always fix the waist position that is going to change transiently in the center of the movable range of the condenser lens, The processing accuracy can be kept constant regardless of the position of the condenser lens, that is, the processing position.
【００９３】また、集光レンズの可動範囲の中心点にあ
るレーザビームのウエスト位置が変化しようとしたと
き、その変化を検出し、その変化を補正できるようなコ
リメーション光学系の少なくとも一部の移動量にフィー
ドバックし、その量だけコリメーションレンズを移動で
きるようにすれば、常にビームウエスト位置が可動範囲
の中心点に固定され、熱レンズ効果によりビームプロフ
ァイルが変化しようとした場合においても集光レンズの
位置つまり加工位置にかかわらず加工精度を一定に保つ
ことができる。Further, when the waist position of the laser beam at the center point of the movable range of the condenser lens is about to change, the change is detected and at least a part of the collimation optical system is moved so that the change can be corrected. By feeding back to the amount and moving the collimation lens by that amount, the beam waist position is always fixed at the center point of the movable range, and even when the beam profile is about to change due to the thermal lens effect, The processing accuracy can be kept constant regardless of the position, that is, the processing position.
【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 1 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 2 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３の実施例におけるレーザ加工装置
の概念図FIG. 3 is a conceptual diagram of a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例における集光レンズの位置に対
する集光径の関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a position of a condenser lens and a condensed diameter in an embodiment of the present invention.
【図５】従来例におけるレーザ加工装置の概念図FIG. 5 is a conceptual diagram of a laser processing device in a conventional example.
１０１ レーザ発振機 １０２ 光共振器 １０３ リアミラー １０４ 出力鏡 １０５ コリメーション光学系 １０６ コリメーションレンズ １０７ コリメーションレンズ １０８ 集光光学系 １０９ 被加工物 １１０ 駆動ステージ ２０１ レーザ発振機 ２０２ 光共振器 ２０３ リアミラー ２０４ 出力鏡 ２０５ コリメーション光学系 ２０６ コリメーションレンズ ２０７ コリメーションレンズ ２０８ 集光光学系 ２０９ 被加工物 ２１０ 駆動ステージ ３０１ レーザ発振機 ３０２ 光共振器 ３０３ リアミラー ３０４ 出力鏡 ３０５ コリメーション光学系 ３０６ コリメーションレンズ ３０７ コリメーションレンズ ３０８ 集光光学系 ３０９ 被加工物 ３１０ 駆動ステージ ３１１ ハーフミラー ３１２ ハーフミラー ３１３ ハーフミラー ３１４ パワーメータ ３１５ パワーメータ ３１６ フィードバック回路 101 Laser Oscillator 102 Optical Resonator 103 Rear Mirror 104 Output Mirror 105 Collimation Optical System 106 Collimation Lens 107 Collimation Lens 108 Condensing Optical System 109 Workpiece 110 Driving Stage 201 Laser Oscillator 202 Optical Resonator 203 Rear Mirror 204 Output Mirror 205 Collimation Optical system 206 Collimation lens 207 Collimation lens 208 Condensing optical system 209 Work piece 210 Driving stage 301 Laser oscillator 302 Optical resonator 303 Rear mirror 304 Output mirror 305 Collimation optical system 306 Collimation lens 307 Collimation lens 308 Condensing optical system 309 Work piece 310 Drive stage 311 Half mirror 312 Half mirror 313 Half mirror 314 Power Meter 315 Power meter 316 Feedback circuit
Claims (6)
発振されたレーザビームを集光し、前記レーザ発振器よ
り発振されたレーザビームの進行方向にそって少なくと
もその一部が移動可能である集光光学系と、前記集光光
学系の可動範囲の中心位置で前記レーザビームがビーム
ウエストを持つように、前記レーザ発振器と前記集光学
系の間に挿入されたコリメーション光学系とを有し、前
記レーザビームのプロファイルが変化して前記ビームウ
エストの位置が変化した場合、その変化を補正するよう
に前記コリメーション光学系の少なくとも一部が前記レ
ーザビームの光軸方向にそって移動するレーザ加工装
置。1. A laser oscillator and a condensing optics for condensing a laser beam oscillated by the laser oscillator and at least a part of which is movable along a traveling direction of the laser beam oscillated by the laser oscillator. And a collimation optical system inserted between the laser oscillator and the collecting optical system so that the laser beam has a beam waist at the center position of the movable range of the condensing optical system. A laser processing apparatus in which at least a part of the collimation optical system moves along the optical axis direction of the laser beam so as to correct the change when the beam profile changes and the position of the beam waist changes.
度を、レーザビームのプロファイルの変化に追従して制
御するレーザ加工装置。2. A laser processing apparatus for controlling the speed at which the collimation optical system moves in accordance with the change in the profile of the laser beam.
て、その変化を補正するためにコリメーション光学系の
少なくとも一部の移動量にフィードバックをして前記コ
リメーション光学系の少なくとも一部を移動し、常にビ
ームウエスト位置が可動範囲の中心点から移動しないよ
うにする請求項２または３記載のレーザ加工装置。3. A change in the position of the beam waist is detected, and in order to correct the change, feedback is made to the movement amount of at least a part of the collimation optical system to move at least a part of the collimation optical system, The laser processing apparatus according to claim 2 or 3, wherein the beam waist position is always moved from the center point of the movable range.
２枚のレンズより構成する請求項３記載のレーザ加工装
置。4. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the collimation collimation optical system is composed of two lenses.
より構成する請求項４記載のレーザ加工装置。5. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the collimation optical system is composed of two convex lenses.
り、コリメーション光学系の材質をＺｎＳｅとした請求
項５記載のレーザ加工装置。6. The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser oscillator is a CO 2 laser oscillator, and the material of the collimation optical system is ZnSe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5333869A JPH07185860A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5333869A JPH07185860A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07185860A true JPH07185860A (en) | 1995-07-25 |
Family
ID=18270863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5333869A Pending JPH07185860A (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Laser beam machining device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07185860A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1700665A1 (en) | 2005-03-09 | 2006-09-13 | Fanuc Ltd | Laser apparatus |
| JP2011031283A (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Amada Co Ltd | Compact thermal lens compensation machining head |
| CN102335795A (en) * | 2010-07-20 | 2012-02-01 | 株式会社迪思科 | Optical device and laser beam machining apparatus having optical device |
| CN104317065A (en) * | 2013-11-28 | 2015-01-28 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Laser collimating optical system |
| CN104722917A (en) * | 2013-12-24 | 2015-06-24 | Ap***股份有限公司 | Apparatus for compensating laser line beam and method for compensating laser line beam |
| JP2016016449A (en) * | 2014-07-11 | 2016-02-01 | 日本特殊陶業株式会社 | Laser processing machine, control method for the same, and manufacturing method of spark plug |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5333869A patent/JPH07185860A/en active Pending
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| CN104317065B (en) * | 2013-11-28 | 2017-02-01 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Dual-wavelength laser collimating optical system |
| CN104722917A (en) * | 2013-12-24 | 2015-06-24 | Ap***股份有限公司 | Apparatus for compensating laser line beam and method for compensating laser line beam |
| JP2016016449A (en) * | 2014-07-11 | 2016-02-01 | 日本特殊陶業株式会社 | Laser processing machine, control method for the same, and manufacturing method of spark plug |
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