JPS60153024A - レ−ザビ−ムを融通自在に構成するためのシステム - Google Patents

レ−ザビ−ムを融通自在に構成するためのシステム

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JPS60153024A
JPS60153024A JP59196931A JP19693184A JPS60153024A JP S60153024 A JPS60153024 A JP S60153024A JP 59196931 A JP59196931 A JP 59196931A JP 19693184 A JP19693184 A JP 19693184A JP S60153024 A JPS60153024 A JP S60153024A
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mirror
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magnifier
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axis
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JP59196931A
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イラリオ・フランケツテイ
リノ・グリソニ
ビンチエンソオ・フアンテイーニ
ジヨバンニ・インチエルテイ
ルチアーノ・ガリフオ
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Alfa Romeo Auto SpA
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ源から各々の作業ステーションに、個々
のレーザビーム又は個々のビームを組合わせることによ
り得られそして成分ビームのパワーの和であるパワーを
有するビームを供給することができるパワーレーザビー
ムの融通自在な構成Ｉ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ）のだめのシステムに関する。
レーザビームのエネルギーは材料熱処理から切断及び溶
接の如き機械的操作の範囲にわたる技術分野で広く使用
されており、そして種々の異なる特性及び・切−を有す
るビームが用途の種類に従って必要とされる。
故にそれは、各々のステーションが操作の種類及び加工
されるべきピースの種類（材料、寸法）に従って変るパ
ワーを吸収するところの種々の作業ステーションに供給
することを要求され得る。
この問題は当該レーザビームがそっくりそのま甘で使用
されること又はよシ低いパワーのいくつかのビームに分
割されることを可能とする手段と共に、適当なパワーの
単一レーザ源を使用することによって解決することがで
きる。
しかしながら、必要とされる最大パワーが非常に高い場
合には、この種の解決はプラントの操作及び保全コスト
の故に経済的観点から又はシステムの複雑性及び単一レ
ーザ源において故障が発生する場合のスタンバイ（ｓｔ
ａｎｄ−ｂｙ）の全くないことの故に信頼性の観点から
便利とは言えない。
これに反して、異なったレーザ源から発するいくつかの
レーザビームの利用可能性に基づく解決は操作において
及び将来の拡大の観点からより多様性であり、そしてよ
り高度の信頼性を有する。
何故ならば、すべてのレーザ源の同時故障による完全な
停止の確率は低いからである。
しかしながら、このような場合において、より低いパワ
ーのいくつかのビームから高パワーレーザビームを得る
という問題が解決されなければならない。この点におい
て、個々のビームが並べで（５ｉｄｅ　−ｂｙ−５ｉｄ
ｅ　）伝搬されそして適当なフォーカシング装置（ｆｏ
ｃｕｓｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　）により共通の焦点で重
ね合わせられるところのシステムによっていくつかのレ
ーザビームを組合わせることが提唱された。
しかしながら、これらの解決は機械的操作のために一般
的に必要とされろ７オーカシング（ｆｏｃ−ｕｓｉｎｇ
　）特性を有するレーザビームを得ることを可能としな
かった。
本発明は同じビームを個々に又は操作上の要求に従って
組合せて使用することを可能とする並びにたとえばレー
ザ源の交換性及び作業ステーションの各々において入手
可能なパワーを変えることの最大の容易さの如き種々の
利点を有する、レーザビームの融通自在な構成のための
システムヲ提供する。
本発明に従うシステムはレーザビームを放出することが
できる少なくとも２つのレーザ源と、作業ステーション
と、予め選ばれた入射角で配置された適当な鏡の対によ
シ構成されたデカップリングユニット（ｄｅｃｏｌＬｐ
ｌｉｎｇ　ｕｎｉｔ　）と、構成ユニット１　ｃｏｍｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　）と、予め選ばれた入射角
で配置された可動鏡のマトリックスにより構成された方
向づけユニットを具備し、該方向づけユニツｌ相互に、
該レーザ源に及び該作業ステーションに作用的に接続さ
れており、該システムは該レーザ源の少なくとも１つが
実質的に塊状断面のビームを放出することができること
と、該構成ユニットが所定の伝搬方向において第１ビー
ムを供給することができる伝搬手段と、実質的に環状断
面の該ビームを反射するための少なくとも１つの穴付き
鐘（ｈｏｌｅｄ　ｍ１ｒｒｏｒ　）を具備し、眼鏡の穴
は該第１ビームの外側寸法に実質的に等しい寸法を有し
、眼鏡は該第１ビームの前記伝搬方向に同軸に配置され
ておりそして予め選ばれた角度前記伝搬方向に対して傾
斜しており、眼鏡の下流で、成分ビームの同心断面によ
り構成された断面を有する複合ビームを入手することが
できることを特徴とする。
好ましい態様に従えば、前記構成ユニットはレーザビー
ムの同軸組合わせを行なうためにレーザビームの断面を
縮小し又は拡大することができるところのレーザビーム
の断面の寸法を変えるだめの手段も具備する。
本発明の特徴及び利点は本発明の好ましい態様を非限定
的例として示す添付図面第１図乃至第４図を参照して以
下に説明する。
第１図において、ブロックｉｏ、ｉｔ、ｉ２ｕ連続ＣＯ
２型の３つの２．５　ＫＷパワーレーザビーム源を表わ
す。
レーザ源１０．、ＩＬ　１２は線１３．１４．１５によ
り示された３つのレーザビームが所定の水準で同じ面内
で伝搬するような方法で地上から適当な高さに配置され
ている。この特定の場合において３つのビームは環状断
面である。
参照番号１６１１′ｉ小さな入射角に配置された情の対
１７及び１８．１９及び２０．２１及び２２を含んで成
るデカップリング装置を全体として示す。
平担であり１．つ鋼構造体であるこれらの＠は、所定の
源により放射されたビームを下流に配置された光学シス
テムの光軸と整列させろことが可能であるように２つの
直交軸（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ａｗｅｓ　）の捷わり
に回転する（　５ｗ１ｖｅｌ　）ことができる。
参照番号２３け、ユニット１６を去る反射されたビーム
の伝搬の方向に配置されているところの、線２４．２５
．２６により表わされた３つの人力チャンネルを具備す
る方向づけユニツ）　（ｄｉｒｅｃ−１ｉｎｇ　ｕｒｉ
ｉｔ　）を全体として示す。
ユニット２３は３つの円形平面鏡（ｆｌａｔ　ｃｉｒｃ
−ｕｌａｒ　ｍ１ｒｒｏｒｓ　）　２７．２８．２９を
具備し、その各々は可動性であり、そして予め選ばれた
入射角、たとえは４５°において作用位置に配置される
ことができる。
図において上記鏡は非作用位置においては点線で示され
、そして作用位置においては実線で示され、それらの中
心にチャンネル２４から発するビーム１３の軸線と一致
している。
ユニット２３は３０及び３１により示された更に他の２
つの円形平面鏡を具備して成る。これらはやはり可動で
あり、そして予め選ばれた入射角（やはり４５°　）で
、入力チャンネル２５及び２６と整列されることができ
、ビーム１４及び１５は人カチャンネ）１．／２５及び
２６から伝搬する。
参照番号３２は全体として構成ユニットを示し、これは
第２図にもつと詳細に示されている。ユニット３２はそ
の光学入力軸（ｏｐｔｉｃａｌ　１ｎｐｕｔａハ８）を
、作用位置ＶＣあるときの鐘２７により反射されたビー
ムが伝搬せしめられるところの線３４で示された方向に
なるようにして配置された公知型の縮少器（ｒｅｃｈｂ
ｃｅｒ　）　３３を具備する。第２図に示された如く、
共通の焦点を有する２つのコＩＪ　メータレンズ３５及
び３６によ！２構成されている縮小器３３の目的は、予
め選ばれた縮少係数（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｆａｃｔｏ
ｒ　）だけ相似的にビーム１３の断面を縮少させること
である。
縮小器３３の下流には平面鏡３７がその中心を該縮小器
３３の光軸上にして配置されている。
参照番号３８は、鏡３７に同軸に配置されそしてその中
心が鏡２８（ビーム１３）又は鏡３０（ビーム１４）に
より反射されたビームの線３９により表わされ／ζ軸線
と一致している穴つき平面鏡を示す。
鏡３８の穴の内側寸法は鏡２８又は鏡３０により反射さ
れたビームの内側寸法に実質的に等しくそして鏡３７に
より反射されたビームの外側寸法にも実質的に等しい。
ユニット３２ばその光軸（ｏｐｔｉｃａｌ　ａｘｉｓ　
）が作用位置にあるときの鏡２９により反射されたビー
ム１３又は鏡３１により反射されたビーム１５が伝搬せ
しめられるところの線４１により表わされた方向に配置
されている公知型の拡大器（ｅｘｐａ−ｎｄｅｒ）４０
も具備する。
拡大器４０ｌ−１ｔ２つの鏡、即ち第２図に示された如
く、球形キャップ形状の凸面鏡４２及び球形セグメント
の形態にある凹面鏡４３により構成されている。上記拡
大器の目的は鏡２９により反射されたビーム１３又は鏡
３１により反射されたビーム１５の断面を予め選ばれた
拡大係数だけ相似的に拡大することである。
或いは、拡大器４０ｉｄビーム１５の軸線に対して所定
の角度傾斜したその光軸を有することができる。この場
合に、第４図に示された如く、拡大器は２つの鏡、即ち
、両方共球形キャッグ形状（５ｐｈｅｒｉｃａｌ　ｃａ
ｐ　５ｈａｐｅ　）の凸面伎４４２及び凹面鏡４４３に
より構成することができる。２つの鏡はそれらの軸線を
平行ならしめ、そして鏡４４２の光軸はビーム１５の軸
線に対して傾斜している。
拡大器４０の下流には鏡３７及び３８に同軸でありそし
て拡大器４０の光軸と一致しているその中心を有する穴
つき平面鏡４４が配置されている。
＊４４の内径は拡大器４０により反射されたビームの内
径に実質的に等しくそして鏡３８により反射れたビーム
の外径にも実質的に等【７い。
ユニット２３及び３２は４つの出力チャンネル４５．４
６．４７．４８を具備する。これらの内：、初めの３つ
はそれぞれ入力チャンネル２４．２５．２６に同軸であ
り、それらの目的は個々のレーザビーム（１３又Ｉｒ１
１４又は１５）を放出することである。第４番目のもの
は鏡３７．３８．４４に同軸であり、その目的は２つの
個々のビームの和ｆ１３＋１５又＃″ｔｌ　４＋１５又
は１３＋１４）又は３つの個々のビームの和［１３＋１
４＋１５）であるビームを放出することである。
第１図において、参照番号４９ば、ユニット２３及び３
２の出力チャンネルの数と作業ステーションの数との積
に等しい数の可動鏡のマ）　ＩＪソクスの形態にある方
向づけユニットを示す。
この特定の場合には、５つの作業ステーションがあり、
従ってユニット４９は５つの可動平面鏡５０−５４．５
５−５９．６０−６４及び６５−６９の４つの列（ｃｏ
ｌｌＬｍｎ）を具備する。各列の各鏡はその非作用位置
（点線により示された）からその作用位置（実線により
示された）まで動かすことができ、作用位置においては
、それはユニット２３及び３２の出力チャンネルと同心
に且つユニット４９の出力チャンネル７０−７４の１つ
に同軸に配置されている。
ブロック７５．７６．７７．７８．７９により表わされ
ている作業ステーションは溶接及び熱処理の如き種々の
機械的操作を行なうために設けられている。
レーザ源ｔｏ、１１，１２により放出された３つのレー
ザビーム１３．１４．１５は、５つの作業ステーション
の何れかの３つに個々に供給することができ、そしてこ
の場合に方向づけユニット２３の鏡にすべてそれらの非
作用位置にあり、これに対して方向づけユニット４９に
おいては３つの鐘、即ちチャンネル４５．４６．４７と
整列した列と出力チャンネル７０．７１，７２．７３．
７４のうちの３つと整列した行との交点に位置した鏡が
その作用位置にある。
３つのレーザビーム１３．１４．１５のすべて又はそれ
らの２つの和から得られるビームを作業ステーションに
供給することもできる。第１の場合においては、鏡２７
．３０．３１はユニット２３においてその作用位置に配
置されそして３つのレーザビーム１３．１４．１５が構
成ユニット３２に向けて反射される。
縮小器３３のレンズ３５及び３６を通過すると、ビーム
１３Ｉ／′ｉ第２図に示された如く、相似形の断面縮小
を受けそしてこの縮小した状態において、鏡３７によっ
て出力チャンネル４８の方向に反射される。ビーム■４
は穴つき鏡３８にぶつかりそして出力チャンネル４８の
方向においてビーム１３と同軸に反射される。ビーム１
５Ｉ″ｉ拡大器４０を通過し、その際凸面鏡４２にぶつ
かり、それから該ビームは凹面鏡４３に向けて相似形に
拡大されて反射される。凹面鏡４３からビームは穴つき
平面鏡４４に向けて反射され、平面鏡４４はそれ自体、
ビームを出力チャンネル４８の方向にビーム１３及び１
４に同軸に反射する。
かくしてこのチャンネルにおいてはその断面が成分ビー
ムの同心断面により構成されている複合ビームが入手可
能である。
この複合ビームは、チャンネル４８と整列（〜だ列と、
関連した作業ステーションに接続さｎている出力チャン
ネル７０乃至７４と整列した行との交点でその作業位置
に配置されたユニット４９の鈍ｖＣよって作業ステーシ
ョンの何れか１つに向けて方向づけられる。
２つのみのビームの和で６．Ｒビームは類似した方法に
より得ることができる。この場合には、３つのビームの
内２つのみが構成ユニット３２に向けて反射される。
このようにして形成されたシステムは非常に融通自在で
ある。何故ならば、レーザ源により放出された３つのレ
ーザビームの何れか１つ又は上記入手可能なビームの２
つの和もしくは３つの和であるビームを５つの作業ステ
ーションの何の工つにも供給することができるからであ
る。
本システムの他の利点は、特定の構成部品を必要とする
ことなく、商業的に入手可能な構成部品からそれが構成
され得ることである。
第３図は第１図のシステムの修正を示す。いくらかの部
品は同じ参照番号により示されており、これに対して方
向づけユニット２３及び４９は修正されており、そして
ここでは参照番号３４３及び３４９により示されている
。
ユニット３４３は３１０．３１１．　３１２により示さ
れた３つの可動＠會具備し、これらは矢印３１３．３１
４．３１５の方向において並進運動（ｔｒａｎ、ｓ　１
ａｔａｒｙ　ｍｏｔｉｏｎ）を受けることができろ。
これらの鏡はかぐしてそれらの非作用位置の他に種々の
異なる作用位置をとることができろ。
ユニツｌ−３４９は、矢印３２１．３２２．３２３．３
２４．３２５の方向において、即ちチャンネル４５．４
６．４７．４８から入ろことができろビームの伝搬方向
に対して９０°以外であることがでさろ角度だけ傾斜し
た方向において並進運動を受けろことができる５つの可
動鏡３１６．３１７．３１８．３１９．３２０を具備す
る。
やはりこの場合においても、並進せしめられることによ
って、鏡１−ｉ非作用位置の他に種々の異なった作用位
％°、をとろことができろ。
第１図の態様ど比較して、この態様は実質的により少な
い数の光学要素を使用するという利点及び作業ステーシ
ョンの種々の異なる位置を許容するという利点を有する
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の融通自在な構成システムの１つの態様
の線図である。 第之−図ビ第１図のシステムの一部を詳細に示す図であ
る。 第３図は第１図のシステムの修正した態様を示す。 第４図は第２図の態様の修正を示す。 図において １０、ＩＩ、１２・・・・・−７ぐワーレーザビーム源
、１６・・・・・・デカップリングユニット、１７．１
８：１９，２０：２１，２２；・・・・・・鏡の対、２
３・・・・・・方向づけユニット、２４．２５．２６・
・・・・・入力チャンネル、２７．２８．２９．３０．
３１・・・・・・円形平面鏡、３２・・・・・・構成ユ
ニット、３３・・・・・・縮小器、３５．３６・・・・
・・コリメータレンズ、３７・・・・・・平面鏡、３８
・・・・・・穴付き平面鏡、４０・・・・・・拡大器、
４２・・・・・・凸面鏡、４３・・・・・・凹面鏡、４
４・・・・・・穴付き平面鏡、４５．４６．４７．４８
・・・・・・出力チャンネル、４９・・・−二・・方向
づけユニツ上−，５０〜５−、、Ｊ　、５５〜５９．６
０〜６４．６５〜６９・・・・・・可動平面鏡、７０〜
７４・・・・・・出力チャンネル、７５．７６．７７．
７８．７９・・・・・・作業ステーション、３１０．３
１１，３１２・・・・・・可動鏡、３１６．３１７．３
１８．３１９．３２０・・・・・・可動鏡、３４３．３
４９・・・・・・方向づけユニツｌ−１４４２・・・・
・・凸面鏡、４４３・・・・・・凹面鏡、である。 第１頁の続き ０発　明　者　リノ　・グリソニ　イタリア国コモ＠発
　明　者　ピンチェンソオ・ファ　イタリア国ミランテ
イーニ　ンッオー二５３ ＠発明者　ジョバンニ・インチェ　イタリア国ミラルテ
イ ０発　明　者　ルチアー７・ガリフオ　イタリア国ミラ
０出　願　人　シーアイエスイー−チ　イタリア国ミラ
エントロ串インフオル マツイオニ・ステユデ イ・エスペリエンツ エ・ソチェタ拳ペル・ アチオニ ・カンドウ′　・ビア１１フエブライ第１４ノ・セスト
サンジョバンニ・ビアドン ノ・ビアパ下バ２７６ ノ・ビアアジャッチョ１３ ノ・ビアカルドウッチ１４

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　レーザビームを放出することかで＠る少なくとも
    ２つのレーザ源と、作業ステーションと、予め選ばれた
    入射角で配置された適当な鏡の対により構成されたデカ
    ップリングユニットと、構成ユニットと、予め選ばれた
    入射角で配置された可動鏡のマトリックスにより構成さ
    れた方向づけユニットを具備し、該方向づけユニットハ
    相互に、該レーザ源に及び該作業ステーションに作用的
    に接続されているようにしたレーザビームの融通自在な
    構成のためのシステムにおいて、 該レーザ源の少なくとも１つは実質的に環状断面のビー
    ムを放出することができることと、該構成ユニラードが
    所定の伝搬方向において第１ビームを供給することがで
    きる伝搬手段と、実質的に環状断面の該ビームを反射す
    るだめの少なくとも１つの穴付き鏡を具備し、眼鏡の穴
    は該第１ビームの外側寸法に実質的に等しい寸法を有し
    、眼鏡は該第１ビームの前記伝搬方向に同軸に配置され
    ておりそして予め選ばれた角度だけ前記伝搬方向に対し
    て傾斜（−でおり、眼鏡の下流で成分ビームの同心断面
    により構成された断面を有する複合ビームを入手するこ
    とができることを特徴とするシステム。 ２　該構成ユニットは該レーザビームの少なくとも１つ
    の断面の寸法を変えるだめの手段も具備することを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のシステム。 ３　前記変動手段が該第ル−ザビームの軸線と整列した
    その光軸を有する縮小器により構成されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載のシステム。 ４、　該縮小器は２つのコリメータレンズにより構成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
    システム。 ５、該変動手段は実質的に環状断面の該ビームの軸線と
    整列したその光軸を有する拡大器により構成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のシステム
    。 ６、該拡大器は２つの鏡、即ち球形カップ形状の凸面鏡
    及び球形セグメント形状の凹面鏡により構成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のシステム
    。 ７　該変動手段は、その入口要素の光軸が実質的に環状
    断面の該ビームの軸線に対して予め選ばれた角度傾斜せ
    しめられている拡大器により構成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第２項記載のシステム。 ８、該拡大器は２つの鏡、即ち両方共球状キャップ形状
    の凸面鏡及び凹面鏡により構成され、該２つの鏡はそれ
    らの軸線を平行にして且つ凸面鏡の光軸は入力ビームの
    軸線に対して所定の角度傾斜しているようにして配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の
    システム。 ９、該構成ユニットは実質的に環状断面の更に他のビー
    ムの軸線と整列したその光軸を有する拡大器及び該更に
    他のビームを反射するための更に他の穴付き鏡も具備し
    、該拡大器の下流に配置されている眼鏡は前記第２のビ
    ームの外側寸法に等しいその穴の内側寸法を有しており
    、そして該第エピームの該伝搬方向に同軸に配置されセ
    して該伝搬方向に対して予め選ばれた角度傾斜している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシステム
    。 ｌＯ該構盛ユニットは、実質的に環状断面の更に他のビ
    ームの軸線に対して所定の角度その入口要素の光軸が傾
    斜せしめられている拡大器及び該更に他のビームを反射
    するための更に他の穴付き鏡も具備し、該拡大器の下流
    に配置されている眼鏡は前記第２のビームの外側寸法に
    等しいその穴の内側寸法を有し、そして該第１ビームの
    前記伝搬方向に同軸に配置されそして該伝搬方向に対し
    て予め選ばれた角度傾斜（〜ていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のシステム。 １１、前記伝搬手段が、前記伝搬方向にお−で配置され
    たその軸線を有する千面競により構成されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシステム。
JP59196931A 1983-12-20 1984-09-21 レ−ザビ−ムを融通自在に構成するためのシステム Pending JPS60153024A (ja)

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IT24272A/83 1983-12-20

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