JPS6146387A - レ−ザ加工機 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明はレーザ加工機の改良に関し、さらに詳しくは
レーザ発振器から加工ヘッドに至る光路長の変化に応じ
て、被加工物上のレーザ光のスポット半径、つまシスポ
ット径を常に最小に制御するようにしたレーザ加工機に
関するものである。

〔従来技術〕

第２図はレーザ加工機の原理を示す構成図である。図に
おいて、（１）はレーザ発振器、（２）は平面鏡、（３
）は加工ヘッド、（４）は集光装置であるレンズ、（５
）はレーザ光、（６）は被加工物で、平面鏡（２）およ
び加工ヘッド（３）は筐体に固定され、レーザ発振器（
１）からの出力であるレーザ光（５）を平面鏡（２）に
よって反射させ、加工ヘッド（３）内に設けたレンズ（
４）へ入射させて、このレンズ（４）により集光された
レーザ光（５）の焦点位置近傍に被加工物（６）が定置
されている。

次に動作について説明する。第２図の構成において、レ
ンズ（４）で集光されたレーザ光（５）が焦点位置近傍
にある被加工物（６）に照射されると、レーザ光（５）
は被加工物（６）の表面層で吸収されて熱エネルギに変
換され、被加工物（６）を溶融して穴あけ、溶断等の加
工を行なう。例えば被加工物（６）にレーザ光（５）を
照射しながら、加工ヘッド（３）の位置を図示のＡから
破線で示したＢへ移動すると、レーザ光（５）の被加工
物（６）へ照射した軌跡長さ、すなわち図のＬに相当す
る長さの溶断加工を行なうことができる。

しかし、第３図に示すように、レーザ発振器（１）から
発振するレーザ光（５）はθで示した発散角を持つ特性
があるので、レーザ発振器（１）からの距離の長さに応
じて、レーザ光（５）のビーム径が大きくなる。

一方、レンズに入射するレーザ光のビーム径が変わると
、レンズを通過したあとの集光の様子が変わる。

第４図はレンズに入射したレーザ光の状態を説明するた
めの説明図で、一般にレンズ（４）Ｋ入射するガウスモ
ードのレーザ光、っまシ光の強度分布がガウス分布をし
ているレーザ光のビームウェスト半径Ｗｏルンズ（４）
とビームウェスト位置の距離ｄｉｓレンズ（４）の焦点
距離ｆルンズを通過したレーザ光のレンズから距離ｄ２
の位置でのビーム半径ｗ１は（１）式の関係がある。

・−（１） λはビームの波長で、ビームウェスト半径Ｎ。

とその位置は発振器（１）内の構造によって決定される
。

以下、ｄｉをさして発振器（１）からの距離と呼ぶこと
にする。また、被加工物上でのｗｌをスポット半径と呼
ぶことにする。

なお、第４図において、（１ａ）　＝　（１ｂ）はミラ
ーである。

第５図は第３図におけるＡ位置のレーザ光を（５ａ）、
Ｂ位置のレーザ光を（５ｂ）とした、レンズ（４）によ
る集光性の差を示す。すなわち、太い径のレーザ光（５
ａ）が細い径のレーザ光（５ｂ）よルレンズに対し近距
離の位置で小さなビーム半径にしぼられる。

第６図は加工ヘッドが二次元的な走査を行なう加工機の
原理を示す斜視図である。第６図におい　　“て第２図
と同一部分は同一符号を付して示しである。（２ａ）　
、　（２ｂ）　、　（２ｅ）は平面鏡、（７）は加工テ
ーブル、（８ｘ）はＸ軸移動台で、駆動装置により駆動
されて加工テーブル（７）の長手方向であるＸ軸方向に
移動する。（８Ｙ）はＹ軸移動台で、加工ヘッド（３）
が取シ付けられておシ、駆動装置により駆動されてＸ軸
移動台（８Ｘ）上を移動する。したがって、Ｘ軸移動台
（８Ｘ）及びＹ軸移動台（８Ｙ）をＮＣ装置等で制御し
て移動させることにより、加工ヘッド（３）を二次元的
に移動させることができ、二次元の任意形状（ト）で加
工を行なうことができるものである。なお、（９Ｘ）、
（９Ｙ）は移動台用のガイドレールを示す。

第６図に示す加工機ではレーザ発振器（１）からの距離
ｄ１はＸ座標、Ｙ座標の和によって決定される。

以上のように、加工ヘッド（３）が移動して前述の距離
ｄ１が変化するにしたがって、−スポット半径Ｗ１が変
化する。

一般に、薄板切断の場合には、被加工物に対して最小ス
ポット径でレーザ光を照射するが、距離ｄｉが変化する
とスポット径は最小ではなくなる。

今−例として、ちる発振器から出力されたレーザビーム
がある焦点距離をもつ集光レンズに入射した場合、第７
図に示されるような集光特性になる。横軸は集光レンズ
から被加工物方向への距離であ！Ｄ、（１）式のｄ２に
あたる。縦軸は集光スポット半径であ！０、（１）式の
Ｗｌにあたる。又、図中で３ｍ・・・１０ｍと記されて
いるのはレーザビーム取出口から集光レンズまでの距離
で（１）式の距離ｄ１と同様の意味をもつ。この８ｇ７
図かられかるように、発振器（１）からの距離ｄ１が変
化すると最小スポット径位置が変化する。例えば、ビー
ム取出口と集光レンズとの距離が３ｍの時は、ａｍは１
９４■だが、１０ｍでは１９２．６ｗｍ、である。従っ
て、加工ヘッドと被加工物との距離を一定にしたｉｔで
は、発振器からの距離が変化すると、常に最小スポット
径を得ることはできない。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような欠点を解消するためになされた
もので、レーザ発振器から集光装置に至る光路長の変化
に応じて、集光装置を上下させ被加工物上のレーザ光の
スポット半径、つｔ、ｂスポット径を常に最小に制御す
るようにしたレーザ加王様を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第５図かられかるように、被加工物（６）に対してレン
ズ（４）を上下すれば、被加工物（６）上のスポット径
が変化するので、レーザ発振器（１）からの距離ｄｌに
応じてレンズ（４）、つｌ加工ヘッド（３）を上下させ
ればスポット径を最小にすることができる。

ここで、（１）式よシ、半径Ｗ！が最小になる時のｄｚ
をｄｚ・庁〕とすると、 となる＠従って為レンズと被加工物との距離ｄ２を距離
ｄ１の値に応じてｄｚ”Ｋしてやれば、常に最小スポッ
ト径が得られる。

この発明は、発振器からの距離を求め、その結果から、
その光路長の場合の最小スポット径を得ることの・でき
る距離ｄ２を計算し、加工ヘッド（３）つまりレンズ（
４）′を上下させて、その位置になるように制御する制
御装置をレーザ加工機に設けたものである。

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図である。第１
図において、（２）は光路長計算回路で、加工ヘッド（
３）のＸ、Ｙ移動量に基づいて、レーザ発振器からの距
離ｄ１を計算する回路、（２）は、（２）式により、最
小スポット径を得るための加工ヘッド（３）と被加工物
間の距離を計算する回路、（２）は比較器、（財）はモ
ータ駆動回路で、後述の加工ヘッド上下駆動装置に）の
モータの駆動信号を出力する。（ハ）は加工ヘッド上下
駆動装置で、Ｙ軸移動台に設けられ、モータを駆動源と
して、加工ヘッド（３）を上下に移動させる。に）は距
離検出器で、加工ヘッド（３）と被加工物（６）との距
離を検出する。

次に動作を説明する。

加工ヘッド（３）のＸ方向、Ｙ方向の移動量は、ＮＣ装
置によル位置決めを行うために検出されて　　　□いる
ので、このＸ、Ｙ移動量に基づいて、光路長計算回路＠
により、レーザ発振器からの距離ｄ１が計算される。こ
の計算結果は計算回路（２）に入力され、（２）式にニ
ジ、レンズ（４）、つまり加工ヘッド（３）と液加・ニ
ー間の距離ｄ２　　を計算する。との回路に）の出力は
、比較器（２）゛により現在の距離と比較され、加工ヘ
ッド上下駆動装置に）゛のモータを駆動するモータ駆動
回路（財）Ｋ入力される、。そして、計算回路（２）に
より計算された距離と実際の・距離が等しくなった時に
モータの上下駆動信号を止めることにより、スポット径
を常に最小に制御することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明かられかるように、この発明によれば加工テ
ーブル罠載置された被加工物に、加工ヘッドに設けた集
光装置によ〕レーザ光を集光して照射すると共に、上記
加工ヘッド−を移動させて被加工物を加工するレーザ加
工機に、レーザ発振器から上記集光装置に至る光路長の
変化に応じて、上記集光装置を上下させることＫよシレ
ーザ光の照射スポット半径、つまシスポット径を常に最
小に制御する制御装置を設けたから、切れ味が悪くなる
ことがない。したがって、精密な加工を行なうことかで
きる。

また、計算回路（２）を常に最小のスポット径を得るた
めの計算回路ではなく、常に一定のスポット径を得るた
めの計算回路にすれば、加工ヘッドの上下により、常に
一定のスポット径による加工が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はレ
ーザ加工機の原理を示す構成図、第３図はレーザ光の伝
播特性を説明するための説明図、第４図はレンズに入射
したレーザ光の状態を説明−するための説明図、第５図
はレーザ光の集光性を説明するための説明図、第６図は
加工ヘッドが二次元的に走査されるレーザ加工機の原理
を示す斜視図、第７図はレンズからの距離ｄ！とスポッ
ト半径司との関係を示す線図である。 図中、（１）はレーザ発振器、（２）　、　（２ｍ）　
、　（２ｂ）　。 （２ｃ）は平面鏡、（３）は加工ヘッド、（４）はレン
ズ（集光装置）　、（５）　−（５ａ）、（５ｂ）はレ
ーザ光、（６）は被加工物、（７）は加工ヘッド、（８
Ｘ）はＸ軸移動台、（８Ｙ）はＹ軸移動台、（９Ｘ）　
、　（９Ｙ）はガイドレール、αＱは被加工図形１ 、（ハ）は　　　　　　　　　　　　光路長計算回路、
“（イ）は加工ヘッド、被加工物間最適距離計算回路、
（２）は比較器、（ハ）はモータ駆動回路、に）は加工
ヘッド上下駆動装置、に）は距離検出器である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す代理人　
弁理士　木　村　三　朗 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　加工テーブルに載置された被加工物に、加工ヘッドに
   設けた集光装置によりレーザ光を集光して照射すると共
   に、上記加工ヘッドを移動させて被加工物を加工するレ
   ーザ加工機において、レーザ発振器から上記集光装置に
   至る光路長の変化に応じて、上記被加工物上のレーザ光
   のスポット径を常に最小に制御するスポット径制御装置
   を設けたことを特徴とするレーザ加工機。