JPS62183980A

JPS62183980A - レ−ザ加工装置

Info

Publication number: JPS62183980A
Application number: JP61027612A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Takahashi; 謙一高橋; Noriyuki Ashida; 葭田　典之
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1987-08-12

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】（１）技術分野この発明は赤外レーザを用いたレーザ加工装置に関する
。

赤外レーザ光によって、被加工物を切断し、加熱するレ
ーザ加工装置は既に広く用いられている。

使用する赤外レーザは、ＹＡＧレーザ又はＣＯ２し−ザ
が一般的である。どちらも強い赤外光が得られる。ＹＡ
Ｇレーザ光は１．０６７ｚｍ、　Ｃｏ□レーザ光は１０
．６μｍの波長を持つ。

ＹＡＧレーザ光は、石英ガラスファイバによって導くこ
とができるが、発振効率が低い。

Ｃｏ２レーザは、発振効率が高い。このため、切断、穴
あけ、溶接、熱処理などのような工業分野、あるいは生
体組織の切開、蒸散などを行なう医療分野で実用化が図
られている。

従来、ＣＯ２レーザ光は、これを効率良く通すファイバ
がなく、ＣＯ２レーザ光自体のパワーが大きいので、ミ
ラー導波路が用いられていた。ミラーを多数用いた、関
節を多用する多関節ミラー型導波路である。

関節に於て、曲げ、回転などができるようになっている
が、自由度が小さく、ミラーの角度調整も困難であって
使いにくい、という欠点があった。

柔軟性、可撓性を求めて、近年、赤外ファイバが開発さ
れつつある。

アルカリハライド系、タリウムハライド系、銀ハライド
系の結晶ファイバ、カルコゲナイドガラス系ファイバ、
フッ化物系ガラスファイバなどがＣＯ２レーザ光を伝送
するためのファイバとして開発されてきた。

（イ）従来技術内視鏡として使用されている物は、照明光を導くファイ
バと、物体からの物体光を導く光ファイバと、対象物へ
液体又は気体を送給し、或はこれら流体を除去するよう
にしたものがある。

たとえば、プラスチックの外被の中に、導管を１本或は
２本設け、さらに、照明光伝送用ファイバ、物体光伝送
用ファイバをこの外被の中へ埋め込んだような構造にな
っている。

導管によって、ガスを抜いたり、或は生理食塩水を導入
したりできる。照明光によって、対象物を明るく照らす
ことができる。反射光は、他の光ファイバによって伝送
され、これはＴＶカメラ、又は肉眼で対象物を観察でき
るようになっている。

物体光を伝送する光ファイバは、多数の独立な光ファイ
バの集合であって、イメージファイバと呼ぶこともある
。

照明光伝送用ファイバは、プラスチックファイバ或は石
英ガラスファイバである。

このようなものは、可視光を伝送するものである。

ＹＡＧレーザを用いた医療用機器、成るいはＡｒレーザ
を用いた医療用機器に於ては、これらに加えて、レーザ
光伝送用のファイバも備える。これらは石英ガラスファ
イバによって、伝送できる。

従って、導光路の構成は、照明光伝送用ファイバ、イメ
ージファイバ、流体注入用導管又は流゛体排除用導管、
加工用レーザ光伝送用ファイバよりなっている。こうし
て、対象物を照らし、観察しながら、レーザ光を照射で
きるようになっている。

ＣＯ２レーザの場合も、必要に応じて、ライトガイドな
どの照明系と組合わせ、可視域の画像伝送用ファイバ（
イメージファイバ）を用いて、被加工部分を視覚的に検
査する事のできるようになったレーザ加工機が作製され
ている。

視覚による観察は、加工前、加工中、加工後の全てにわ
たって実行することができる。このようにして、対象物
が、狭隘な場所にあっても、これを視覚観察しながら、
レーザ光を照射することができるのである。

ところが、これでは、被加工部分の温度異常や、可視的
には不明な被加工部分の変質などを、検知することがで
きない。

被加工物の温度測定も必要なことがある。

赤外光ファイバと、放射温度計とを組合わせて、放射温
度計を構成したものは既に存在する。放射温度計は、物
体から温度に応じた赤外光が放射されることに基づいて
、物体の温度を求めるものである。温度によりスペクト
ルのピークの位置が変動し、又、放射光の全体の強度も
変動する。従って、放射光スペクトル、或は放射光強度
を測定することにより、物体の温度を検出できる。

物体のすぐ近くに検出器を位置させることが難しいので
、物体の反射光を、光ファイバによって検出器まで伝送
する。

通常の温度範囲にある物体の放射スペクトルの大部分は
赤外域にある。そこで、赤外光ファイ、（が、放射温度
計の光ファイバとして用（１られる。

このように、ＣＯ２レーザ加工機で、赤外光ファイバを
、光の伝送に用いるものは存在する。さらに、赤外光フ
ァイバを信号光の伝送に用いた放射温度計も既に存在す
る。

しかし、両者を兼ねそなえたものは、未だ存在しない。

さらに、ＣＯ２レーザ加工機に於て、視覚観察可能であ
って、ＣＯ□レーザ光照射のできるものもあるが、既に
述べたように、ＣＯ，レーザ伝送ファイバと、観察用の
ファイバは別々の導光路になっているから、嵩ぼって、
可撓性を欠くという難点があった。

（つ）　　目　　　　　　　的（１）　　視覚的な検査では検出できないような、被加
工部分の温度異常や変質を赤外光を利用して検出するこ
とのできるレーザ加工装置を与えることが本発明の第１
の目的である。

（２）可撓性を損うことなく細径の導光路を有する取扱
い容易なレーザ加工装置を提供することが本発明の第２
の目的である。

に）構　成本発明のレーザ加工機は、ＣＯ□レーザ光を伝送するこ
とができ、可視光による観察が可能で、しかも温度測定
も可能であるようにしたものである。

このため、ＣＯ２レーザ光伝送用ファイバ、照明用光フ
ァイバ、画像伝送用ファイバ（イメージファイバ）、ガ
イド光伝送用ファイバ、吸引用導管を、本発明のレーザ
加工機の導光路が備えている。

第１図は、本発明のレーザ加工面直斤の概略側面図であ
る。

このレーザ加工装置は、筐体１と、集光光学系２、導光
路３、及びマニピュレータ部４とよりなっている。

筐体１は、レーザ発振器、温度計測器、を組込んである
。視覚観察に必要な光源や、イメージファイバを伝わっ
てきた画像を撮像するＴＶ右カメラどを筐体１に含めて
もよい。また光源や受像装置は、筐体の外に設けてもよ
い。

筐体１の出入射端に設けた集光光学系２＆よ、ＣＯ２レ
ーザ光の集光光学系である。レンズで構成する場合は、
Ｚｎ５ｅ　、　ＺｎＳ　、　ＮｔｓＣｌなど赤外光を通
すレンズを用いることとする。

集光光学系４を組込んだマニピュレータ部４は、導光路
３の終端にあって、それぞれのファイバの終端部を金属
などのスリーブによって、固定したものである。集光光
学系というのは、ＣＯ２レーザに対するものであるが、
この他に、イメージファイバの面上に、物体像を結ぶた
めの結像レンズをも備えなければならない。

第３図によって導光路３の構造を説明する。

ＣＯ□レーザ光伝送用赤外ファイバ７が中心に設けられ
ている。これは、第２図に示す赤外ファイバである。

補強保護層１７は、樹脂によって例えば形成されるもの
であって、可撓性があり、化学的に安定な材料である。

赤外ファイバ７の他に、画像伝送用光ファイバ（イメー
ジファイバ）１４、ガイド光伝送用ファイバ１５、吸引
用導管１６、照明用光ファイバ１３を備えている。

照明用光ファイバ１３は、光源（図示せず）からの可視
光を被加工物に照射するためのものである。プラスチッ
ク、或は石英ガラスファイバを用いることができる。ラ
イトガイドと呼ぶこともある。

画像伝送用光ファイバ１４は、被加工物５の像を直接伝
送するイメージファイバである。これは筐体１の方で他
のファイバと分かれ、適当なアダプタを介し、ＴＶ右カ
メラ或は肉眼によって被加工物像を観察できるように配
置しである。

ＣＯ２レーザの光は目視できないので、被加工物５のど
の部分に当っているのか分らないので、可視のガイド光
を、ＣＯ２レーザの光）て合致させて出射する。ガイド
光伝送用光ファイバ１５は、このようなガイド光を伝送
するものである。ガイド光はＨｅ　−Ｎｏレーザ光や、
ハロゲンランプの光を使用することができる。これは、
照明光と区別できるものでなければならない。

ガイド光伝送用光ファイバ１５は、ＰＭＭＡなどのプラ
スチックファイバ、石英ガラスファイバなどを用いる事
ができる。

吸引用導管１６は、作業光であるＣＯ２レーザ光の照射
によって生じた被加工物からの粉塵、煙などの排気或い
は吸引のための導管である。

第３図の例に於ては、赤外ファイバ７を中心にし、他の
ファイバを、互に９０°をなす４方向の内の３方に設け
ている。しかし、各々のファイバや導管の位置は任意で
ある。

第２図は第１図の部分図であって、本発明の主要な溝成
を示す。

ＣＯ２レーザ発振器６と、放射温度計１２がミラー１１
０面に対し、いずれも４５°の角度をなす位置に設けら
れている。ミラー１１はＡ位置と、Ｂ位置を択一的に取
る事ができる。

ＣＯ２レーザ発振器６の前方には、ミラー１１、集光光
学系８、赤外ファイバ７、集光光学系９があり、これら
によってＣＯ□レーザの光が被加工物５へ伝送される。

集光光学系８は、ＣＯ□レーザの幅のある平行光を、赤
外ファイバ７の入射端へ効率良く入射させるものである
。集光光学系９は、赤外ファイバから出射された拡散光
を、被加工物５の面」二の、狭い地点に集中させるため
のものである。

集光光学系は、赤外光に対するものであるから、例えば
Ｚｎ５ｅなどを用いることができる。

ミラー１１が、破線て示されるＢ位置にある時、ＣＯ２
レーザの光が、赤外ファイバ７を通って、被加工物５へ
照射される。

工業用レーザ加工機である場合、照射の目的は、切断、
穴穿け、溶接、熱処理などである。被加工物は、金属、
プラスチック、セラミックなどである。

医療用レーザ治療機である場合、照射の目的は、生体組
織の切開、蒸散、凝固などである。

赤外ファイバ７は、（１）　　タリウムハライド　　　　ＴｌＢｒ　、ＩＴ
ＩＩ（２）アルカリハライＦ　−ＣｓＢｒ　、　Ｃ５Ｉ
（３）Ｉｔハラ４　Ｆ　　　　　　　　　Ａｇ（Ｊ　ｌ
ＡｇＢｒを基材とした結晶質ファイバである。

ミラー１１がＡ位置にある時、ＣＯ２レーザの発振を停
止する。被加工物５は、温度に応じた赤外光を放射する
。放射赤外光は集光光学系９によって集光されて、赤外
ファイバ７へ入り、この中を伝送される。放射赤外光の
スペクトルは多様であるが、通常の温度域にあれば、上
記の赤外ファイバによって、効率よく通すことができる
。

赤外７アイパ７を出射した赤外光は、集光光学系８で平
行光となり、ミラー１１によって反射されて、放射温度
計１２に入射する。放射温度計１２は、赤外光の全パワ
ーを検出するか、或はスペクトルに分けて検出し、物体
温度を求める。

これによって、物体の温度を知ることができるので極め
て有用である。

例えば、生体組織に於て、正常部と温度差があるような
異常部（患部）を検出できる。

なお、放射温度計１２は、赤外分光器によって置き換え
る事もできる。

赤外分光器の場合は、赤外分光器内に赤外光源が内蔵さ
れている。光源から発した赤外光を、ミラー１１、赤外
ファイバ７により、被加工物７に照射し、反射光が戻っ
てくるようにする。被加工物の温度やその他の性質によ
って反射特性が変わる。そこで、赤外ファイバを伝わり
ミラー１１で反射されて、赤外分光器へ戻ってきた反射
光のスペクトルを調べる。スペクトルによって、温度情
報を得ることができる。

ミラー１１は、Ａ位置とＢ位置に切替わるミラーとして
もよい。これは光スィッチという事ができる。この場合
は、ＣＯ２レーザ光を通すか、又は物体からの放射光を
通すか、いずれかであって、同時にレーザ照射、温度測
定ができない。

レーザ照射、温度測定を同時に行なうようにすることも
できる。この場合ミラー１１をハーフミラ−とする。ハ
ーフミラ−は、例えばセレン化亜鉛などの平板に、反射
率を制御するコーティングを施したものでよい。

ＣＯ□レーザ光と、温度検出用の赤外光を同時に通すこ
とができるようになる。コーティングによって、レーザ
光と、検出用赤外光の透過、反射の比率を変えることが
できる。

（イ）効　果（１）００２レーザを伝送するための赤外ファイバと、
被加工物の検査のための赤外光を伝送する赤外ファイバ
を同一にしている。このため導光路内部の構造が簡便に
なる。また導光路を細径にすることができる。取扱いに
便利であって、可撓性を損なわない。

（２）視覚的な検査では不明な、被加工部分の温度異常
や変質を赤外光を利用して検出できる。

（６）実施例赤外ファイバとして、０．７ｆｆφ、長さ２ｍのＡｇＢ
ｒ・ＡｇＣ１！混晶フアイバを用いて本発明のレーザ加
工装置を作製した。集光光学系は反射防止膜付きのＺｎ
５ｅレンズを用いた。

３５Ｗの出力のＣＯ２レーザ光を、被加工物に照射する
ことができた。

第２図の構成で、黒体炉を対象として、約１〜２℃の温
度差を検出することができた。

（１）　　用　　　　　途（１）　　工業用レーザ加工機金属、プラスチックなどの切断、穿孔、溶接、熱処理（１１）医療用レーザ治療機生体組織の切開、蒸散、凝固

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置の全体図。第２図は赤外ファイバとｃｏ２レーザ放射温度計の部分
のみの構成図。第３図は導光路の断面図。１　・・・・・・　レーザ発振器、温度計測器を組込ん
だ筐体２・・・・・・集光光学系３・・・・・・導　光路４　・・・・・・　集光光学系を組込んだマニピュレー
タ部５・・・・・・被加工物６　・・・・・・　ＣＯ２レーザ発振器γ　・・・・・
・赤外ファイバ８．９・・・・集光光学系１１　　　・・・・　　　ミ　　　　　ラ　　　　　−
１２・・・・放射温度計１３　・・・・　照明用光ファイバ１４　・・・・　画像伝送用光ファイバ１５　・・・・
　ガイド光伝送用光ファイバ１６・・・・吸引用導管１７・・・・補強保護層発　　明　　者　　　　　　　　高　　橋　　謙　　−
葭　　川　　典　　之

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣＯ＿２レーザ発振器と、放射温度計又は赤外分
光器とを内蔵する筐体と、赤外ファイバを含む導光路と
、ＣＯ＿２レーザ発振器から出射されたレーザ光を赤外
ファイバに入射させる集光光学系と、導光路の先端に設
けられレーザ光を外部へ出射するための集光光学系を含
んだマニピュレータ部とを有し、ＣＯ＿２レーザ光を赤
外ファイバによつて目的部位に導き被加工物の切断或は
加熱を行なうレーザ加工装置であつて、光シャターの移
動或はハーフミラーにより、ＣＯ＿２レーザ光と赤外フ
ァイバあるいは、放射温度計又は赤外分光器と赤外ファ
イバを光学的に結合する事により、作業光用の赤外レー
ザ光と検査光用の赤外光を同一の赤外ファイバで伝送す
るようにした事を特徴とするレーザ加工装置。
（２）赤外ファイバがＴｌＢｒ又はＴｌＩの結晶を基材
とするものである特許請求の範囲第（１）項記載のレー
ザ加工装置。
（３）赤外ファイバが、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒの結晶を基
材とするものである特許請求の範囲第（１）項記載のレ
ーザ加工装置。
（４）赤外ファイバがＣｓＢｒ、ＣｓＩの結晶を基材と
するものである特許請求の範囲第（１）項記載のレーザ
加工装置。
（５）導光路には、赤外ファイバ、照明用光ファイバ、
画像伝送用光ファイバ、ガイド光伝送用光ファイバ、吸
引用導管などが一体に設けられている特許請求の範囲第
（１）項記載のレーザ加工装置。