WO2021157546A1 - レーザ加工装置 - Google Patents

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WO2021157546A1
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laser beam
laser
optical
processing apparatus
wavelength
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恵司 鳴海
菱田　光起
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing apparatus, particularly a laser processing apparatus that emits a plurality of laser beams having different wavelengths from each other.
  • a laser processing apparatus having a configuration in which a laser beam generated by a laser light source is guided to a laser head by an optical fiber and the laser beam is irradiated from the laser head toward a work.
  • a condensing optical system composed of a collimating lens and a condensing lens is provided inside the laser head to condense the laser beam and irradiate the processing point of the work.
  • an object of the present invention is laser processing capable of reducing the difference in focusing position with respect to each laser beam when the workpiece is simultaneously irradiated with laser beams having different wavelengths. To provide the equipment.
  • the laser processing apparatus includes a first laser oscillator that emits a first laser beam of a first wavelength, a second laser oscillator that emits a second laser beam of a second wavelength, and the like.
  • An optical fiber that receives and guides the first laser beam and the second laser beam, respectively, and the optical fiber that is connected to the optical fiber and collects the first laser beam and the second laser beam at predetermined positions of the work, respectively.
  • the first wavelength is shorter than the second wavelength
  • the laser head includes a housing and an optical path difference generating means provided inside the housing.
  • the optical path difference generating means is configured to make the optical path length of the first laser beam inside the housing longer than the optical path length of the second laser beam. It is characterized by.
  • the laser processing apparatus of the present disclosure it is possible to reduce the difference in the focusing position for each of the first laser beam and the second laser beam.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the internal configuration of the laser head.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of output control of the first laser oscillator and the second laser oscillator.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment, and the laser processing apparatus 100 includes a first laser oscillator 1, a second laser oscillator 2, a beam coupler 10, an optical fiber 40, and a laser head 50. Have at least.
  • the laser processing apparatus 100 controls the output of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 by controlling the driving power source of the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 and the output of the power source. Although it has parts and the like, illustration and description thereof will be omitted for convenience of explanation.
  • the first laser oscillator 1 emits the first laser beam LB1 having the first wavelength
  • the second laser oscillator 2 emits the second laser beam LB2 having the second wavelength.
  • the first wavelength is shorter than the second wavelength, and in the present embodiment, the first wavelength is about 400 nm to 450 nm, and the second wavelength is about 900 nm to 1100 nm.
  • the present invention is not particularly limited to this, and different values can be taken as appropriate.
  • the first wavelength may be about 500 to 550 nm. It is preferable that the first wavelength is in the range of 380 nm or more and 550 nm or less, and the second wavelength is in the range of 800 nm or more and 1100 nm or less.
  • the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 may be a solid-state laser light source, a gas laser light source, or a fiber laser light source, respectively. Further, a semiconductor laser light source that directly uses the light emitted from the semiconductor laser may be used. Further, it may be a semiconductor laser array including a plurality of laser light emitters.
  • the beam coupler 10 has a configuration in which a polarized beam combiner 20 and a first condensing lens 30 are provided inside the first housing 11, and the first housing 11 is emitted from the first laser oscillator 1.
  • the first window 12 that transmits the first laser beam LB1, the second window 13 that transmits the second laser beam LB2 emitted from the second laser oscillator 2, and the first connection port 14 for connecting to the optical fiber 40 are It is provided.
  • the first connection port 14 of the first housing 11 and the second connection port 52 of the second housing 51 of the laser head 50 are connected by an optical fiber 40.
  • the polarized beam combiner 20 is a plate-shaped optical element, and is configured to transmit the first laser beam LB1 while reflecting the second laser beam LB2.
  • the surface of the polarized beam combiner 20 is such that the optical axis of the first laser beam LB1 emitted from the first laser oscillator 1 and the optical axis of the second laser beam LB2 emitted from the second laser oscillator 2 are respectively. , 45 degrees.
  • the first laser beam LB1 transmitted through the first window 12 and the second laser beam LB2 transmitted through the second window 13 are coupled by the polarizing beam combiner 20 so that their optical axes are substantially aligned with each other.
  • substantially the same and “substantially the same” mean the same or the same including the manufacturing tolerance of each part in the laser machining apparatus 100 and the permissible tolerance of the arrangement relation of each part. It does not mean that the two to be compared are exactly the same or the same.
  • the polarized beam combiner 20 reflects the first laser beam LB1 while transmitting the second laser beam LB2, so that the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are respectively transmitted.
  • the optical axes may be connected so as to be substantially aligned with each other.
  • the first condensing lens 30 condenses the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 coupled by the polarizing beam combiner 20 and causes them to enter the core (not shown) of the optical fiber 40. Specifically, the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are focused toward the first connection port 14 to which the end of the optical fiber 40 is connected. In addition, other optical components may be arranged in the beam coupler 10.
  • the optical fiber 40 is an optical member in which a core (not shown), which is an optical waveguide, is covered with a cladding (not shown) made of a material having a refractive index lower than that of the core.
  • the core and clad are arranged coaxially.
  • the optical fiber 40 transmits the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 incident on the core to the laser head 50.
  • the optical fiber 40 may have a plurality of cores, and the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 may be incident on different cores.
  • the optical axis of the first laser beam LB1 and the optical axis of the second laser beam LB2 substantially coincide with each other in the first stage of the condensing optical system 60 described later. This is because, as will be described later, it becomes easy to make a difference between the optical path length of the first laser beam LB1 and the optical path length of the second laser beam LB2 inside the laser head 50.
  • the laser head 50 is configured to receive the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 transmitted through the optical fiber 40, and internally perform predetermined conversion to each of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2. Has been done.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 that have undergone the conversion are emitted from the laser head 50 toward the work 200.
  • the internal configuration of the laser head 50 will be described in detail later.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the internal configuration of the laser head. Further, FIG. 3 shows an example of output control of the first laser oscillator and the second laser oscillator. In FIG. 2, the optical fiber 40 is not shown.
  • the laser head 50 includes a second housing 51, a condensing optical system 60, and an optical path difference generating means 70.
  • the second housing 51 has a second connection port 52 and an exit port 53, and as shown in FIG. 1, one end of the optical fiber 40 is connected to the second connection port 52.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 incident on the inside of the second housing 51 via the optical fiber 40 pass through the plurality of optical components described above inside the first housing 11, respectively. It is emitted from the exit port 53 toward the work 200.
  • the exit port 53 is provided with a protective glass 54 to prevent fume and the like from entering the inside of the laser head 50.
  • the condensing optical system 60 is provided inside the second housing 51, and is composed of a collimating lens 61 and a second condensing lens (condensing lens) 62.
  • the condensing optical system 60 is arranged between the second connection port 52 of the second housing 51 and the optical path difference generating means 70.
  • the collimating lens 61 converts the first laser light LB1 and the second laser light LB2 into parallel light, respectively, and the second condensing lens 62 transmits the first laser light LB1 and the second laser light LB2 transmitted through the collimating lens 61.
  • Each is configured to collect light.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 travel on the same optical axis from the time they are incident on the laser head 50 until they reach the first prism 71, which will be described later. In the following description, this optical axis may be referred to as an incident optical axis.
  • the collimating lens 61 and the second condensing lens 62 are lenses that have not been corrected for chromatic aberration, that is, have not been achromatic. Further, the material of each of the collimating lens 61 and the second condensing lens 62 is synthetic quartz, and the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are transmitted respectively, and the loss at the time of transmission becomes a predetermined value or less. It is configured as follows.
  • the optical path difference generating means 70 is provided inside the second housing 51, and is a set of optical components composed of a first prism (first optical component) 71 and a second prism (second optical component) 72. Is.
  • the optical path difference generating means 70 is arranged between the exit port 53 of the second housing 51 and the condensing optical system 60.
  • Both the first prism 71 and the second prism 72 are made of synthetic quartz. Further, as shown in FIG. 2, the shapes of the first prism 71 and the second prism 72 are preferably triangular in cross-sectional view. However, the present invention is not particularly limited to this.
  • the optical path of the second laser beam LB2 having a long wavelength is not significantly bent.
  • the optical path of the first laser beam LB1 having a short wavelength is bent more than the optical path of the second laser beam LB2.
  • the optical axes of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are separated from the above-mentioned incident optical axes so that the first laser beam LB1 and the second laser beam are separated from each other.
  • the optical path of LB2 is changed.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 that have passed through the first prism 71 are incident on the second prism 72, and the optical path of the first laser beam LB1 that has passed through the second prism 72 is that of the second laser beam LB2. It can be bent more than the optical path.
  • the first laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light so that the respective optical axes of the first laser light LB1 and the second laser light LB2 approach the above-mentioned incident light axis.
  • the optical path of LB2 is changed. Therefore, the optical path of the first laser beam LB1 after passing through the second prism 72 is changed so as to approach the second laser beam LB2.
  • the optical axis of the first laser beam LB1 emitted from the outlet 53 of the second housing 51 is at a first angle ⁇ 1 with respect to the incident optical axis of the first laser beam LB1.
  • the optical axis of the second laser beam LB2 emitted from the outlet 53 of the second housing 51 is tilted at a second angle ⁇ 2 with respect to the incident optical axis of the second laser beam LB2.
  • the second angle ⁇ 2 is larger than 0 degrees, and the first angle ⁇ 1 is larger than the second angle ⁇ 2.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are focused on the same position on the work 200. Will be done.
  • the period for emitting the first laser beam LB1 and the period for emitting the second laser beam LB2 all overlap (FIG. 3A).
  • the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 are controlled so as to partially overlap each other (FIG. 3 (b)).
  • the work 200 is laser-processed by simultaneously irradiating the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 at the same position of the work 200.
  • the laser processing apparatus 100 has a first laser oscillator 1 that emits the first laser beam LB1 of the first wavelength and a second laser processing apparatus 100 that emits the second laser beam LB2 of the second wavelength. It includes at least a laser oscillator 2.
  • the first wavelength is set shorter than the second wavelength.
  • the laser processing apparatus 100 works on an optical fiber 40 that receives and guides the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2, respectively, and a first laser beam LB1 and a second laser beam LB2 that are connected to the optical fiber 40. It includes a laser head 50 configured to focus on 200 predetermined positions.
  • the laser head 50 has at least a second housing (housing) 51 and an optical path difference generating means 70 provided inside the second housing 51.
  • the optical path difference generating means 70 is configured so that the optical path length of the first laser beam LB1 inside the second housing 51 is longer than the optical path length of the second laser beam LB2.
  • the optical path length of the first laser beam LB1 having a short wavelength is made longer than the optical path length of the second laser beam LB2 having a long wavelength.
  • the laser light LB1 and the second laser light LB2 can be applied to the work 200. This makes it possible to reduce the difference between the focusing position of the first laser beam LB1 and the focusing position of the second laser beam LB2.
  • the laser head 50 further includes a condensing optical system 60, and the optical path difference generating means 70 includes a condensing position of the first laser beam LB1 and a condensing position of the second laser beam LB2 due to chromatic aberration of the condensing optical system 60.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are configured to be focused on the same position of the work 200 by reducing the difference from the focusing position.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be irradiated to the same position of the work 200, respectively. This will be described further.
  • the chromatic aberration of the condensing optical system 60 provided in the laser head 50 The first laser beam LB1 having a short wavelength is focused closer to the laser head 50 than the second laser beam LB2 having a long wavelength.
  • the first wavelength is about 400 nm to 450 nm and the second wavelength is about 900 nm to 1100 nm
  • the focusing position of the first laser beam LB1 and the focusing position of the second laser beam LB2 The difference from the position may widen to about a dozen mm to a few tens of mm.
  • the laser beam irradiation spot on the work 200 may be wider than the design value, and the desired processing may not be performed. was there.
  • the focusing position of one laser beam is set on the surface of the work 200, the focusing position of the other laser beam is separated from the surface of the work 200, the laser beam cannot be irradiated with a desired intensity, and the laser cutting is performed. And there was a risk that laser welding could not be performed well.
  • the cutting width and the drilling diameter may not be reduced, or the welding bead width may be expanded more than a predetermined value.
  • the optical path difference generating means 70 inside the laser head 50, the focusing position of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 due to the chromatic aberration of the focusing optical system 60 It is possible to cancel the difference from the condensing position of.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be irradiated to the same position of the work 200, respectively, and the work 200 can be subjected to desired laser machining.
  • the condensing optical system 60 collects a collimating lens 61 that converts the first laser light LB1 and the second laser light LB2 into parallel light, and the first laser light LB1 and the second laser light LB2 that have passed through the collimated lens 61, respectively. It is preferable to have at least a second condensing lens (condensing lens) 62 that shines.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be irradiated to a predetermined position of the work 200.
  • the optical axis of the first laser beam LB1 emitted from the laser head 50 is the first with respect to the incident optical axis of the first laser beam LB1 from the time it is incident on the laser head 50 until it reaches the optical path difference generating means 70. It is tilted at an angle ⁇ 1. Further, the optical axis of the second laser beam LB2 emitted from the laser head 50 is relative to the incident optical axis of the second laser beam LB2 from the time it is incident on the laser head 50 until it reaches the optical path difference generating means 70. It is tilted at the second angle ⁇ 2. The second angle ⁇ 2 is larger than 0 degrees, and the first angle ⁇ 1 is larger than the second angle ⁇ 2.
  • the laser head 50 is tilted diagonally so that the laser beam is obliquely incident on the machined surface of the work 200. By doing so, it is possible to prevent the return light of the laser beam reflected by the work 200 from entering the inside of the laser head 50 and adversely affecting the propagation of the laser beam.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be obliquely incident on the machined surface while the laser head 50 is kept upright on the machined surface of the work 200. .. This simplifies the position control of the laser head 50. Further, it is possible to suppress the return light of the laser beam reflected by the work 200 from adversely affecting the laser beam for processing.
  • the optical path difference generating means 70 has at least a first prism (first optical component) 71 and a second prism (second optical component) 72.
  • the first prism 71 is configured to change the optical paths of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 so that the optical axis of the first laser beam LB1 is separated from the optical axis of the second laser beam LB2.
  • the second prism 72 is configured to change the optical paths of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 so that the optical axis of the first laser beam LB1 approaches the optical axis of the second laser beam LB2. ing.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 that have passed through the first prism 71 are incident on the second prism 72, respectively.
  • the optical path difference generating means 70 By configuring the optical path difference generating means 70 in this way, the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be emitted from the laser head 50 in a state of being close to each other, and the first laser beam inside the laser head 50 can be emitted.
  • the optical path length of the LB1 can be easily made longer than the optical path length of the second laser beam LB2.
  • the difference between the focusing position of the first laser beam LB1 and the focusing position of the second laser beam LB2 due to the chromatic aberration of the focusing optical system 60 is reduced, and the first laser beam LB1 and the second laser beam are reduced.
  • the LB2 can be focused on the same position on the work 200, respectively.
  • the optical path of the first laser beam LB1 having a short wavelength can be bent more than the optical path of the second laser beam LB2 having a long wavelength. Therefore, the optical path length of the first laser beam LB1 inside the laser head 50 can be easily made longer than the optical path length of the second laser beam LB2.
  • the laser processing apparatus 100 further includes a beam coupler 10 between the first laser oscillator 1 and the second laser oscillator 2 and the optical fiber 40.
  • the beam coupler 10 is configured to combine the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 so that the optical axis of the first laser beam LB1 and the optical axis of the second laser beam LB2 are the same. Is preferable.
  • the incident optical axis of the first laser beam LB1 and the incident optical axis of the second laser beam LB2 can be aligned, and the optical path lengths of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are changed inside the laser head 50. It becomes easy to change the angle of the optical axis of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 emitted from the laser head 50.
  • the beam coupler 10 is configured to condense the combined first laser beam LB1 and second laser beam LB2 and make them incident on the core of the optical fiber 40, specifically, the optical fiber 40.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be guided to the optical fiber 40 without loss, and the loss of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be suppressed.
  • damage to the optical fiber 40 can be suppressed, and an increase in the operating cost of the laser processing apparatus 100 can be suppressed.
  • the first wavelength is in the range of 380 nm or more and 550 nm or less
  • the second wavelength is in the range of 800 nm or more and 1100 nm or less.
  • the copper material has a low light absorption rate in the wavelength range of the second wavelength, but by irradiating the first laser beam LB1 of the first wavelength at the same time as the second laser beam LB2 of the second wavelength, the copper material can be used.
  • the light absorption is enhanced, and the temperature of the portion irradiated with the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 rises in a short time.
  • the temperature of the copper material approaches the melting point, the light absorption rate in the wavelength region of the second wavelength rapidly improves, so that both the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 can be efficiently processed in the work 200. Available.
  • the wavelength ranges of the first wavelength and the second wavelength as described above, it is possible to suppress the occurrence of spatter and debris during laser processing of the work 200. As a result, the processing quality of the work 200 can be improved.
  • the laser head 50 shown in the embodiment may be held by a robot arm (not shown) to form a laser processing apparatus 100. By doing so, the laser head 50 can be brought to an appropriate position even for the work 200 having a complicated shape, and the desired laser machining can be performed on the work 200.
  • the laser processing apparatus of the present disclosure is high because it can cancel the chromatic aberration generated in the internal optical system and reduce the difference in the focusing position for each laser beam when the work is simultaneously irradiated with laser beams having different wavelengths. It is useful for application to output laser processing equipment.

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Abstract

レーザ加工装置は、互いに異なる波長の第１及び第２レーザ光（ＬＢ１），（ＬＢ２）を出射する第１及び第２レーザ発振器と、第１及び第２レーザ光（ＬＢ１），（ＬＢ２）をそれぞれ導光する光ファイバと、第１及び第２レーザ光（ＬＢ１），（ＬＢ２）をそれぞれワークの所定の位置に集光するように構成されたレーザヘッド（５０）と、を備えている。レーザヘッド（５０）は、第２筐体（５１）の内部に設けられた光路差発生手段（７０）と、を有している。光路差発生手段（７０）は、第２筐体（５１）の内部での第１レーザ光（ＬＢ１）の光路長を第２レーザ光（ＬＢ２）の光路長よりも長くするように構成されている。

Description

レーザ加工装置
　本開示は、レーザ加工装置、特に互いに波長の異なる複数のレーザ光を出射するレーザ加工装置に関する。
　従来、レーザ光を用いて溶接等の加工を行うレーザ加工装置が広く用いられており、その中で、複数の波長成分を含むレーザ光を光ファイバで導光してワークの加工を行うレーザ加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－０７９８０２号公報
　ところで、近年、赤外レーザ光と可視レーザ光とを同時にワークに照射してレーザ加工を行う技術が提案されてきている。例えば、近赤外レーザ光と緑色レーザ光または青色レーザ光とをワークに同時照射することで、ワークでのレーザ光吸収率を高めつつ、高速にレーザ加工を行うことができる。
　一方、従来、特許文献１等に開示されるように、レーザ光源で発生したレーザ光を光ファイバでレーザヘッドに導光し、レーザヘッドからワークに向けてレーザ光を照射する構成のレーザ加工装置が広く用いられている。このような構成により、種々の形状を有するワークを加工することが容易となる。また、この場合、レーザヘッドの内部には、例えば、コリメートレンズと集光レンズとで構成される集光光学系が設けられ、レーザ光を集光してワークの加工点に照射している。
　しかし、通常の集光光学系では、入射光の波長が異なると集光位置も異なるという現象が発生する。これは、集光光学系の色収差と呼ばれる。通常、波長の短い光の方が集光光学系に近い位置に集光される。
　赤外レーザ光と可視レーザ光とを同時にワークに照射する場合、２つのレーザ光の波長差が大きくなるため、集光位置の差も大きくなってしまい、このずれを抑制することは非常に困難である。
　本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、互いに異なる波長のレーザ光をレーザヘッドから同時にワークに照射する場合に、各レーザ光に関する集光位置の差を低減可能なレーザ加工装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本開示に係るレーザ加工装置は、第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を受け取ってそれぞれ導光する光ファイバと、前記光ファイバに接続され、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれワークの所定の位置に集光するように構成されたレーザヘッドと、を少なくとも備え、前記第１波長は前記第２波長よりも短く、前記レーザヘッドは、筐体と、前記筐体の内部に設けられた光路差発生手段と、を少なくとも有しており、前記光路差発生手段は、前記筐体の内部での前記第１レーザ光の光路長を前記第２レーザ光の光路長よりも長くするように構成されていることを特徴とする。
　本開示のレーザ加工装置によれば、第１レーザ光及び第２レーザ光のそれぞれに関する集光位置の差を低減することができる。
図１は、本開示の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。 図２は、レーザヘッドの内部構成を示す模式図である。 図３は、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器の出力制御の一例を示した図である。
　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態）
　［レーザ加工装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図を示し、レーザ加工装置１００は、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２とビーム結合器１０と光ファイバ４０とレーザヘッド５０とを少なくとも有している。
　なお、レーザ加工装置１００は、第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２の駆動用電源や当該電源の出力を制御することで第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の出力を制御する制御部等を有しているが、これらについては、説明の便宜上、図示及び説明を省略する。
　第１レーザ発振器１は、第１波長を有する第１レーザ光ＬＢ１を出射し、第２レーザ発振器２は、第２波長を有する第２レーザ光ＬＢ２を出射する。第１波長は第２波長よりも短く、本実施形態では、第１波長は４００ｎｍ～４５０ｎｍ程度であり、第２波長は９００ｎｍ～１１００ｎｍ程度である。ただし、特にこれに限定されず、それぞれ適宜別の値を取りうる。例えば、第１波長が５００～５５０ｎｍ程度であってもよい。第１波長が、３８０ｎｍ以上でかつ５５０ｎｍ以下の範囲であり、第２波長が、８００ｎｍ以上でかつ１１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
　第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２は、それぞれ固体レーザ光源であっても気体レーザ光源であってもよいし、ファイバレーザ光源であってもよい。また、半導体レーザからの出射光を直接に用いる半導体レーザ光源でもよい。また、複数のレーザ光エミッタを備える半導体レーザアレイであってもよい。
　ビーム結合器１０は、第１筐体１１の内部に偏光ビームコンバイナ２０と第１集光レンズ３０とを有した構成であり、第１筐体１１には、第１レーザ発振器１から出射された第１レーザ光ＬＢ１を透過させる第１窓１２と第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２を透過させる第２窓１３と光ファイバ４０と接続するための第１接続口１４とが設けられている。第１筐体１１の第１接続口１４とレーザヘッド５０の第２筐体５１の第２接続口５２とが光ファイバ４０により接続されている。
　偏光ビームコンバイナ２０は、板状の光学素子であり、第１レーザ光ＬＢ１を透過する一方、第２レーザ光ＬＢ２を反射するように構成されている。
　偏光ビームコンバイナ２０は、その表面が、第１レーザ発振器１から出射された第１レーザ光ＬＢ１の光軸と第２レーザ発振器２から出射された第２レーザ光ＬＢ２の光軸のそれぞれに対して、４５度をなすように配置されている。
　第１窓１２を透過した第１レーザ光ＬＢ１と第２窓１３を透過した第２レーザ光ＬＢ２とが偏光ビームコンバイナ２０により、それぞれの光軸が略一致するように結合される。
　なお、本願明細書において、「略同じ」や「略一致」とは、レーザ加工装置１００内の各部品の製造公差や各部品の配置関係の許容公差を含んで同じまたは一致という意味であり、比較対象となる両者が厳密な意味で同じまたは一致していることまでを意味するものではない。
　なお、偏光ビームコンバイナ２０が、第１レーザ光ＬＢ１を反射する一方、第２レーザ光ＬＢ２を透過するように構成されることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが、それぞれの光軸が略一致するように結合されてもよい。
　第１集光レンズ３０は、偏光ビームコンバイナ２０で結合された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を集光して、光ファイバ４０のコア（図示せず）に入射させる。具体的には、光ファイバ４０の端部が接続された第１接続口１４に向けて第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ集光する。なお、ビーム結合器１０に他の光学部品が配置されていてもよい。
　光ファイバ４０は、光導波路であるコア（図示せず）をコアよりも屈折率の低い材質のクラッド（図示せず）で覆った光学部材である。コアとクラッドとは同軸状に配置されている。光ファイバ４０は、コアに入射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をレーザヘッド５０に伝送する。なお、光ファイバ４０は複数のコアを有していてもよく、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とがそれぞれ別のコアに入射されるようにしてもよい。ただし、その場合においても、後で述べる集光光学系６０の前段で、第１レーザ光ＬＢ１の光軸と第２レーザ光ＬＢ２の光軸とが略一致していることが好ましい。後で述べるように、レーザヘッド５０の内部で、第１レーザ光ＬＢ１の光路長と第２レーザ光ＬＢ２の光路長との間に差を付けることが容易となるためである。
　レーザヘッド５０は、光ファイバ４０を伝送した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を受け取るとともに、内部で第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２のそれぞれに所定の変換を行うように構成されている。当該変換を受けた第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、レーザヘッド５０からワーク２００に向けて出射される。レーザヘッド５０の内部構成については後で詳述する。
　［レーザヘッドの構成］
　図２は、レーザヘッドの内部構成の模式図を示す。また、図３は、第１レーザ発振器と第２レーザ発振器の出力制御の一例を示す。なお、図２において、光ファイバ４０の図示を省略している。
　図２に示すように、レーザヘッド５０は、第２筐体５１と集光光学系６０と光路差発生手段７０とを有している。
　第２筐体５１は、第２接続口５２と出射口５３とを有しており、図１に示すように、第２接続口５２に光ファイバ４０の一端が接続されている。光ファイバ４０を介して第２筐体５１の内部に入射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、第１筐体１１の内部で前述した複数の光学部品をそれぞれ透過して、出射口５３からワーク２００に向けて出射される。なお、出射口５３には、レーザヘッド５０の内部にヒューム等が入り込まないように保護ガラス５４が設けられている。
　集光光学系６０は、第２筐体５１の内部に設けられており、コリメートレンズ６１と第２集光レンズ（集光レンズ）６２とで構成されている。集光光学系６０は、第２筐体５１の第２接続口５２と光路差発生手段７０との間に配置されている。
　コリメートレンズ６１は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ平行光に変換し、第２集光レンズ６２は、コリメートレンズ６１を透過した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ集光するように構成されている。レーザヘッド５０に入射されてから、後で述べる第１プリズム７１に到達するまで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、それぞれ同じ光軸上を進行している。以降の説明において、この光軸を入射光軸と呼ぶことがある。
　ここで、コリメートレンズ６１及び第２集光レンズ６２は、色収差補正が行われていない、いわゆる色消しが行われていないレンズである。また、コリメートレンズ６１及び第２集光レンズ６２のそれぞれの材質は、合成石英であり、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ透過させるとともに、透過時の損失が所定値以下になるように構成されている。
　光路差発生手段７０は、第２筐体５１の内部に設けられており、第１プリズム（第１光学部品）７１と第２プリズム（第２光学部品）７２とで構成された光学部品の組である。光路差発生手段７０は、第２筐体５１の出射口５３と集光光学系６０との間に配置されている。なお、第１プリズム７１及び第２プリズム７２ともに合成石英製である。また、図２に示すように、第１プリズム７１及び第２プリズム７２の形状は、断面視で三角形であるのが好ましい。ただし、これに特に限定されない。
　第１プリズム７１に第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２がそれぞれ入射すると、波長の長い第２レーザ光ＬＢ２の光路は大きく曲げられない。一方で、波長の短い第１レーザ光ＬＢ１の光路は第２レーザ光ＬＢ２の光路よりも大きく曲げられる。また、第１プリズム７１を透過することで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２のそれぞれの光軸が、前述の入射光軸から離れるように、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光路が変更される。
　第１プリズム７１を透過した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、第２プリズム７２に入射され、第２プリズム７２を透過後の第１レーザ光ＬＢ１の光路は第２レーザ光ＬＢ２の光路よりも大きく曲げられる。
　また、第２プリズム７２を透過することで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２のそれぞれの光軸が、前述の入射光軸に近づくように、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光路が変更される。このため、第２プリズム７２を透過後の第１レーザ光ＬＢ１は、第２レーザ光ＬＢ２に近づくようにその光路が変更される。
　また、図２に示すように、第２筐体５１の出射口５３から出射される第１レーザ光ＬＢ１の光軸は、第１レーザ光ＬＢ１の入射光軸に対して、第１角度θ１で傾いており、第２筐体５１の出射口５３から出射される第２レーザ光ＬＢ２の光軸は、第２レーザ光ＬＢ２の入射光軸に対して、第２角度θ２で傾いている。
　第２角度θ２は０度よりも大きく、かつ第１角度θ１は第２角度θ２よりも大きくなっており、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、ワーク２００の同じ位置に集光される。
　また、本実施形態において、図３に示すように、第１レーザ光ＬＢ１を出射する期間と、第２レーザ光ＬＢ２を出射する期間とが、全部が重なるか（図３の（ａ）図）、または、一部が重なるように（図３の（ｂ）図）、第１レーザ発振器１と第２レーザ発振器２が、それぞれ制御される。
　つまり、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが同時にワーク２００の同じ位置に照射されることで、ワーク２００がレーザ加工される。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置１００は、第１波長の第１レーザ光ＬＢ１を出射する第１レーザ発振器１と、第２波長の第２レーザ光ＬＢ２を出射する第２レーザ発振器２と、を少なくとも備えている。第１波長は第２波長よりも短く設定される。
　レーザ加工装置１００は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を受け取ってそれぞれ導光する光ファイバ４０と、光ファイバ４０に接続され、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれワーク２００の所定の位置に集光するように構成されたレーザヘッド５０と、を備えている。
　レーザヘッド５０は、第２筐体（筐体）５１と、第２筐体５１の内部に設けられた光路差発生手段７０と、を少なくとも有している。光路差発生手段７０は、第２筐体５１の内部での第１レーザ光ＬＢ１の光路長を第２レーザ光ＬＢ２の光路長よりも長くするように構成されている。
　レーザ加工装置１００、特にレーザヘッド５０をこのように構成することで、波長の短い第１レーザ光ＬＢ１の光路長を波長の長い第２レーザ光ＬＢ２の光路長よりも長くした状態で、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をワーク２００に照射することができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１に関する集光位置と第２レーザ光ＬＢ２に関する集光位置との差を低減することができる。
　レーザヘッド５０は、集光光学系６０をさらに有しており、光路差発生手段７０は、集光光学系６０の色収差に起因する第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との差を減じて、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が、それぞれワーク２００の同じ位置に集光されるように構成されている。
　レーザヘッド５０をこのように構成することで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれワーク２００の同じ位置に照射することができる。このことについてさらに説明する。
　本実施形態に示すように、互いに波長の異なる第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが、同じレーザヘッド５０から出射される場合、レーザヘッド５０に設けられた集光光学系６０の色収差に起因して、波長の短い第１レーザ光ＬＢ１が波長の長い第２レーザ光ＬＢ２よりもレーザヘッド５０に近い位置に集光される。特に、本実施形態に示すように、第１波長が４００ｎｍ～４５０ｎｍ程度で、第２波長は９００ｎｍ～１１００ｎｍ程度である場合、第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との差は十数ｍｍ～数十ｍｍ程度に広がってしまうことがある。
　このように、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とで集光位置が大きく異なると、ワーク２００上でレーザ光の照射スポットが設計値よりも拡がってしまい、所望の加工が行えないおそれがあった。例えば、一方のレーザ光の集光位置をワーク２００の表面に設定すると、他方のレーザ光の集光位置がワーク２００の表面から離れてしまい、所望の強度でレーザ光を照射できず、レーザ切断やレーザ溶接をうまく行えないおそれがあった。また、切断幅や穴あけ径を小さくできなかったり、溶接ビード幅が所定以上に拡がってしまったりするおそれがあった。
　一方、本実施形態によれば、レーザヘッド５０の内部に光路差発生手段７０を設けることで、集光光学系６０の色収差に起因する第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との差をキャンセルすることができる。このことにより、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれワーク２００の同じ位置に照射することができ、ワーク２００に対して所望のレーザ加工を行うことが可能となる。
　集光光学系６０は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ平行光に変換するコリメートレンズ６１と、コリメートレンズ６１を透過した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をそれぞれ集光する第２集光レンズ（集光レンズ）６２と、を少なくとも有していることが好ましい。
　このようにすることで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２をワーク２００の所定の位置に照射することができる。
　レーザヘッド５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の光軸は、レーザヘッド５０に入射されてから光路差発生手段７０に到達するまでの第１レーザ光ＬＢ１の入射光軸に対して、第１角度θ１で傾いている。また、レーザヘッド５０から出射される第２レーザ光ＬＢ２の光軸は、レーザヘッド５０に入射されてから光路差発生手段７０に到達するまでの第２レーザ光ＬＢ２の入射光軸に対して、第２角度θ２で傾いている。第２角度θ２は０度よりも大きく、かつ第１角度θ１は第２角度θ２よりも大きい。
　通常のレーザ加工装置１００では、レーザヘッド５０を斜めに傾けることで、ワーク２００の加工面に対してレーザ光を斜めから入射させている。このようにすることで、ワーク２００で反射されたレーザ光の戻り光がレーザヘッド５０の内部に入り込んで、レーザ光の伝搬に悪影響を与えるのを抑制している。
　一方、本実施形態によれば、ワーク２００の加工面に対してレーザヘッド５０を直立させたままで、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を加工面に対して斜めから入射させることができる。このことにより、レーザヘッド５０の位置制御が簡素化される。また、ワーク２００で反射されたレーザ光の戻り光が、加工用のレーザ光に悪影響を与えるのを抑制できる。
　光路差発生手段７０は、第１プリズム（第１光学部品）７１と第２プリズム（第２光学部品）７２とを少なくとも有している。第１プリズム７１は、第１レーザ光ＬＢ１の光軸が、第２レーザ光ＬＢ２の光軸から離れるように、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光路をそれぞれ変更するように構成されている。第２プリズム７２は、第１レーザ光ＬＢ１の光軸が、第２レーザ光ＬＢ２の光軸に近づくように、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光路をそれぞれ変更するように構成されている。また、第１プリズム７１を透過した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が、それぞれ第２プリズム７２に入射される。
　光路差発生手段７０をこのように構成することで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを近づけた状態でレーザヘッド５０から出射できるとともに、レーザヘッド５０の内部での第１レーザ光ＬＢ１の光路長を第２レーザ光ＬＢ２の光路長よりも長くすることが容易に行える。
　このことにより、集光光学系６０の色収差に起因する第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との差を減じて、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を、それぞれワーク２００の同じ位置に集光することが可能となる。
　また、光路差発生手段７０として、第１プリズム７１と第２プリズム７２を用いることで、波長の短い第１レーザ光ＬＢ１の光路を波長の長い第２レーザ光ＬＢ２の光路よりも大きく曲げることができ、レーザヘッド５０の内部での第１レーザ光ＬＢ１の光路長を第２レーザ光ＬＢ２の光路長よりも長くすることが容易に行える。
　レーザ加工装置１００は、第１レーザ発振器１及び第２レーザ発振器２と光ファイバ４０との間にビーム結合器１０をさらに備えている。
　ビーム結合器１０は、第１レーザ光ＬＢ１の光軸と第２レーザ光ＬＢ２の光軸とが同じになるように、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを結合するように構成されているのが好ましい。
　このようにすることで、１つの光ファイバ４０に第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを入射させるのが容易となる。また、第１レーザ光ＬＢ１の入射光軸と第２レーザ光ＬＢ２の入射光軸とを揃えることができ、レーザヘッド５０の内部で第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光路長を変更したり、レーザヘッド５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の光軸の角度を変更したりするのが容易となる。
　ビーム結合器１０は、結合された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を集光して光ファイバ４０、具体的には、光ファイバ４０のコアに入射させるように構成されている。
　このようにすることで、ロスなく第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を光ファイバ４０に導光でき、ひいては、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の損失を抑えられる。このことにより、光ファイバ４０の損傷を抑制できるとともに、レーザ加工装置１００の稼働コストが上昇するのを抑制できる。
　第１波長が、３８０ｎｍ以上でかつ５５０ｎｍ以下の範囲であり、第２波長が、８００ｎｍ以上でかつ１１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
　第１波長及び第２波長の波長域をそれぞれ上記のように設定することで、種々の加工を行うことができる。
　例えば、銅材は、第２波長の波長域の光吸収率が低いが、第１波長の第１レーザ光ＬＢ１を第２波長の第２レーザ光ＬＢ２と同時に照射することで、銅材での光吸収が高められ、短時間で第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が照射された部分の温度が上昇する。また、銅材の温度が融点近くになると、第２波長の波長域の光吸収率が急激に向上するため、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の両方を効率よくワーク２００の加工に利用できる。
　また、第１波長及び第２波長の波長域をそれぞれ上記のように設定することで、ワーク２００のレーザ加工時にスパッタやデブリの発生を抑制することができる。このことにより、ワーク２００の加工品質を高められる。
　（その他の実施形態）
　なお、実施形態に示すレーザヘッド５０がロボットアーム（図示せず）に保持されて、レーザ加工装置１００が構成されてもよい。このようにすることで、複雑な形状のワーク２００に対してもレーザヘッド５０を適切な位置に持ってくることができ、ワーク２００に対して所望のレーザ加工を行うことができる。
　本開示のレーザ加工装置は、互いに波長の異なるレーザ光を同時にワークに照射する場合に、内部の光学系で生じる色収差をキャンセルして、各レーザ光に関する集光位置の差を低減できるため、高出力のレーザ加工装置に適用する上で有用である。
１　　　第１レーザ発振器
２　　　第２レーザ発振器
１０　　ビーム結合器
１１　　第１筐体
１２　　第１窓
１３　　第２窓
１４　　第１接続口
２０　　偏光ビームコンバイナ
３０　　第１集光レンズ
４０　　光ファイバ
５０　　レーザヘッド
５１　　第２筐体（筐体）
５２　　第２接続口
５３　　出射口
５４　　保護ガラス
６０　　集光光学系
６１　　コリメートレンズ
６２　　第２集光レンズ（集光レンズ）
７０　　光路差発生手段
７１　　第１プリズム
７２　　第２プリズム
１００　レーザ加工装置
２００　ワーク
ＬＢ１　第１レーザ光
ＬＢ２　第２レーザ光
θ１　　第１角度
θ２　　第２角度

Claims (9)

  1. 　第１波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、
    　第２波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、
    　前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を受け取ってそれぞれ導光する光ファイバと、
    　前記光ファイバに接続され、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれワークの所定の位置に集光するように構成されたレーザヘッドと、を少なくとも備え、
    　前記第１波長は前記第２波長よりも短く、
    　前記レーザヘッドは、
    　　筐体と、
    　　前記筐体の内部に設けられた光路差発生手段と、を少なくとも有しており、
    　前記光路差発生手段は、前記筐体の内部での前記第１レーザ光の光路長を前記第２レーザ光の光路長よりも長くするように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 　請求項１に記載のレーザ加工装置において、
    　前記レーザヘッドから出射される前記第１レーザ光の光軸は、前記レーザヘッドに入射されてから前記光路差発生手段に到達するまでの前記第１レーザ光の入射光軸に対して、第１角度で傾いており、
    　前記レーザヘッドから出射される前記第２レーザ光の光軸は、前記レーザヘッドに入射されてから前記光路差発生手段に到達するまでの前記第２レーザ光の入射光軸に対して、第２角度で傾いており、
    　前記第２角度は０度よりも大きく、かつ前記第１角度は前記第２角度よりも大きいことを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 　請求項１または２に記載のレーザ加工装置において、
    　前記光路差発生手段は、第１光学部品と第２光学部品とを少なくとも有しており、
    　前記第１光学部品は、前記第１レーザ光の光軸が、前記第２レーザ光の光軸から離れるように、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の光路をそれぞれ変更し、
    　前記第２光学部品は、前記第１レーザ光の光軸が、前記第２レーザ光の光軸に近づくように、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の光路をそれぞれ変更するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  4. 　請求項３に記載のレーザ加工装置において、
    　前記第１光学部品及び前記第２光学部品は、それぞれプリズムであることを特徴とするレーザ加工装置。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
    　前記レーザヘッドは集光光学系をさらに有しており、
    　前記光路差発生手段は、前記集光光学系の色収差に起因する前記第１レーザ光の集光位置と前記第２レーザ光の集光位置との差を減じて、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光が、それぞれ前記ワークの同じ位置に集光されるように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  6. 　請求項５に記載のレーザ加工装置において、
    　前記集光光学系は、
    　前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ平行光に変換するコリメートレンズと、
    　前記コリメートレンズを透過した前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ集光する集光レンズと、を少なくとも有していることを特徴とするレーザ加工装置。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
    　前記第１レーザ発振器及び前記第２レーザ発振器と前記光ファイバとの間にビーム結合器をさらに備え、
    　前記ビーム結合器は、前記第１レーザ光の光軸と前記第２レーザ光の光軸とが同じになるように、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを結合するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  8. 　請求項７に記載のレーザ加工装置において、
    　前記ビーム結合器は、結合された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を集光して前記光ファイバに入射させるように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  9. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、
    　前記第１波長は、３８０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の範囲であり、
    　前記第２波長は、８００ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とするレーザ加工装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5284748A (en) * 1976-01-05 1977-07-14 Toshiba Corp Device for finely adjusting position at which laser light is focused
JP2006119210A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Sumitomo Heavy Ind Ltd 焦点位置調整装置、レーザ照射装置及び光照射方法。
CN102837125A (zh) * 2011-11-11 2012-12-26 中国科学院光电研究院 激光加工装置
JP2015044225A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 三菱重工業株式会社 レーザ加工装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5284748A (en) * 1976-01-05 1977-07-14 Toshiba Corp Device for finely adjusting position at which laser light is focused
JP2006119210A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Sumitomo Heavy Ind Ltd 焦点位置調整装置、レーザ照射装置及び光照射方法。
CN102837125A (zh) * 2011-11-11 2012-12-26 中国科学院光电研究院 激光加工装置
JP2015044225A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 三菱重工業株式会社 レーザ加工装置

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