JPH04182087A - レーザ加工用集光装置 - Google Patents
レーザ加工用集光装置Info
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- JPH04182087A JPH04182087A JP2312132A JP31213290A JPH04182087A JP H04182087 A JPH04182087 A JP H04182087A JP 2312132 A JP2312132 A JP 2312132A JP 31213290 A JP31213290 A JP 31213290A JP H04182087 A JPH04182087 A JP H04182087A
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- laser beam
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
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-
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、レーザ加工用集光装置に係り、特にレーザ溶
接用に適するレーザ加工用集光装置に関する。
接用に適するレーザ加工用集光装置に関する。
（従来の技術及び解決しようとする課題）従来より、レ
ーザによる熱源は、溶接１表面改質等々の様々な加工用
途に利用されており、熱源としてもＣ○２レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等々の種々のものが利用されている。
ーザによる熱源は、溶接１表面改質等々の様々な加工用
途に利用されており、熱源としてもＣ○２レーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等々の種々のものが利用されている。
従来、Ｃ○２レーザ等の高出力レーザの集光系には、球
面又は放物面のミラーやＺｎ５ｅ等のレンズが用いられ
ており、これらによってレーザビームを絞って、パワー
密度を上げた状態で溶接等に利用されていた。
面又は放物面のミラーやＺｎ５ｅ等のレンズが用いられ
ており、これらによってレーザビームを絞って、パワー
密度を上げた状態で溶接等に利用されていた。
しかし、このようなビーム系では、表面処理鋼板等の溶
接の場合、溶接欠陥が発生し易いという問題があり、ま
た、ＡＱ等の熱伝導率の良い金属の溶接の場合にはビー
トが乱れるという問題があった。更に、高張力鋼板等の
溶接の場合、溶接金属や熱影響部（ＨＡＺ）が硬化する
という問題があった・ その原因は、従来のレーザビーム集光装置では、一定の
強度パターンでしか集光できず、任意の強度パターンが
得られないので５種々の加工態様に適した対応が不可能
なためである。
接の場合、溶接欠陥が発生し易いという問題があり、ま
た、ＡＱ等の熱伝導率の良い金属の溶接の場合にはビー
トが乱れるという問題があった。更に、高張力鋼板等の
溶接の場合、溶接金属や熱影響部（ＨＡＺ）が硬化する
という問題があった・ その原因は、従来のレーザビーム集光装置では、一定の
強度パターンでしか集光できず、任意の強度パターンが
得られないので５種々の加工態様に適した対応が不可能
なためである。
そこで、従来は、複雑なスキャン機構を取付けてレーザ
ビームをスキャニング（振動）させて対応していた。し
かし、スキャン機構は高価であり、装置のコスト高をも
たらしていた。
ビームをスキャニング（振動）させて対応していた。し
かし、スキャン機構は高価であり、装置のコスト高をも
たらしていた。
一方、他の問題として、溶接施工時に溶接スパッタがレ
ンズやミラーに付着して損傷するので、高価なレンズや
ミラーを頻繁に交換する必要があり、コスト高であった
。
ンズやミラーに付着して損傷するので、高価なレンズや
ミラーを頻繁に交換する必要があり、コスト高であった
。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決して。
任意のビーム強度パターンが容易に得られる安価なレー
ザ加工用集光装置を提供することを目的とするものであ
る。
ザ加工用集光装置を提供することを目的とするものであ
る。
（課題を解決するための手段）
前記課題を解決するため、本発明者等は、レーザビーム
系について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなし
たものである。
系について鋭意研究を重ねた結果、ここに本発明をなし
たものである。
すなわち、本発明は、レーザ発振器からのレーザビーム
を全反射ミラーにて屈曲させ、これを更に他のミラーに
て反射させて加工部に集光させるレーザビーム系におい
て、後者の他のミラーとして、二重焦点ミラーを用いる
ことにより、２つのビームに分割して集光させる構成に
したことを特徴とするレーザ加工用集光装置を要旨とす
るものである。
を全反射ミラーにて屈曲させ、これを更に他のミラーに
て反射させて加工部に集光させるレーザビーム系におい
て、後者の他のミラーとして、二重焦点ミラーを用いる
ことにより、２つのビームに分割して集光させる構成に
したことを特徴とするレーザ加工用集光装置を要旨とす
るものである。
また、レーザビーム方向と同軸方向又は交差する方向に
ガスを流すスパッタ付着防止装置を集光ビームの回りに
設けたことを特徴とするものである。
ガスを流すスパッタ付着防止装置を集光ビームの回りに
設けたことを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
（作用）
前述のように、従来のレーザビーム集光装置は。
レーザ発振器からのレーザビームを１枚のレンズ（球面
レンズ、放物面レンズ）又はミラー（球面ミラー、放物
面ミラー）を用いて集光するビーム系であるので、一定
のビーム強度分布のものしが得られない。
レンズ、放物面レンズ）又はミラー（球面ミラー、放物
面ミラー）を用いて集光するビーム系であるので、一定
のビーム強度分布のものしが得られない。
一方、本発明は、１枚のレンズ又はミラーに代えて、全
反射ミラーと二重焦点ミラーとを組合せて用いるビーム
系とし、二重焦点ミラーによって２つのビームに分割し
てこれらを集光させるので。
反射ミラーと二重焦点ミラーとを組合せて用いるビーム
系とし、二重焦点ミラーによって２つのビームに分割し
てこれらを集光させるので。
各ビームのビーム強度パターンを任意に組合せて種々の
ビーム強度パターンを得ることが可能である。
ビーム強度パターンを得ることが可能である。
第１図は本発明のレーザビーム系の一例を示したもので
、レーザ発振器からのレーザビームを、まず全反射ミラ
ーｌにて反射させ、次いで二重焦点ミラー２．３にて反
射させて２つのビームに分割し、これらを集光させるビ
ーム系である。したがって、１つのビームを分割した２
つのビームをそれぞれ微小距離（Ｑ：１〜５ＩＩＩ１１
程度）離れた２つの点に集光させることができる。
、レーザ発振器からのレーザビームを、まず全反射ミラ
ーｌにて反射させ、次いで二重焦点ミラー２．３にて反
射させて２つのビームに分割し、これらを集光させるビ
ーム系である。したがって、１つのビームを分割した２
つのビームをそれぞれ微小距離（Ｑ：１〜５ＩＩＩ１１
程度）離れた２つの点に集光させることができる。
全反射ミラーとしては、ビームを屈曲させるミラーであ
れば如何なるものでもよい。
れば如何なるものでもよい。
二重焦点ミラーとしては、適当なミラーを２枚組み合わ
せて構成し、放物面ミラー、球面ミラー及びセミシリン
ドリカルミラーなどを２枚組合せて用いられる。表面に
Ｃｕや、Ａｕなどの貴金属を被覆したミラーでよいので
安価で耐久性もよい。
せて構成し、放物面ミラー、球面ミラー及びセミシリン
ドリカルミラーなどを２枚組合せて用いられる。表面に
Ｃｕや、Ａｕなどの貴金属を被覆したミラーでよいので
安価で耐久性もよい。
２枚のミラーは、同じ焦点距離のミラーが好ましく、例
えば、１枚のミラーを半分に分割し、第１図に示すよう
に両者が僅かに重なるように配列する。
えば、１枚のミラーを半分に分割し、第１図に示すよう
に両者が僅かに重なるように配列する。
ここで、セミシリンドリカルミラーとは、通常のシリン
ドリカルミラーが有する曲率方向と直交する方向にも曲
率を設けたミラーを云う。すなわち、全体が第２図に示
すような形状のミラーであり、そのＡ断面は第３図に示
すようにシリンドリカル面（円柱側面）が曲率ｆの局面
を有し、Ｂ断面は第４図に示すようにシリンドリカル面
がａＸｆの曲率（１＜ａ）を有している。このａの値が
大きいほど、第５図に示すようにｙ軸方向（Ｂ断面方向
）のビーム幅を拡げることができる。
ドリカルミラーが有する曲率方向と直交する方向にも曲
率を設けたミラーを云う。すなわち、全体が第２図に示
すような形状のミラーであり、そのＡ断面は第３図に示
すようにシリンドリカル面（円柱側面）が曲率ｆの局面
を有し、Ｂ断面は第４図に示すようにシリンドリカル面
がａＸｆの曲率（１＜ａ）を有している。このａの値が
大きいほど、第５図に示すようにｙ軸方向（Ｂ断面方向
）のビーム幅を拡げることができる。
また、２枚のミラーは、第１図に示すように、各々を回
転可能にしたり、或いは加工線方向（Ｘ軸方向）に移動
可能にすることができる。回転角度は僅かでよい。また
、回転軸の高さをそれぞれ変えたり１曲率を変えたりし
て、加工部上に焦点を作ることも可能である。
転可能にしたり、或いは加工線方向（Ｘ軸方向）に移動
可能にすることができる。回転角度は僅かでよい。また
、回転軸の高さをそれぞれ変えたり１曲率を変えたりし
て、加工部上に焦点を作ることも可能である。
本発明のレーザビーム集光系は上述の構成であるので、
以下のような利用態様が可能である。
以下のような利用態様が可能である。
まず、二重焦点ミラーに入る前のビーム強度分布が第６
図に示すようなビーム強度パターンの場合、二重焦点ミ
ラーの２枚のミラーを回転することにより、例えば第７
図、第８図、第９図に示すように、１つのビームを２点
に集光でき、しかも、各ビームのビーム強度と距離を変
えた種々のビーム強度パターンを得ることができる。第
７図は２つのビームの距離を比較的大きくした場合、第
８図は近接した場合、第９図は重なるようにした場合で
ある。
図に示すようなビーム強度パターンの場合、二重焦点ミ
ラーの２枚のミラーを回転することにより、例えば第７
図、第８図、第９図に示すように、１つのビームを２点
に集光でき、しかも、各ビームのビーム強度と距離を変
えた種々のビーム強度パターンを得ることができる。第
７図は２つのビームの距離を比較的大きくした場合、第
８図は近接した場合、第９図は重なるようにした場合で
ある。
したがって、２つのビームのうち弱い強度パターンのビ
ームを予熱処理、後熱処理などに利用できる。また、表
面処理鋼板の溶接の場合は、弱い強度パターンで表面皮
膜を除去した後に強い強度パターンのビームで本溶接す
ることにより、皮膜に起因する溶接欠陥を防止できる。
ームを予熱処理、後熱処理などに利用できる。また、表
面処理鋼板の溶接の場合は、弱い強度パターンで表面皮
膜を除去した後に強い強度パターンのビームで本溶接す
ることにより、皮膜に起因する溶接欠陥を防止できる。
更には、溶融池内対流の制御にも利用できる。
なお、第６図の場合のビーム強度分布はｆＩｏｄＶ＝ｆ
工、ｄｖ工＋ｆ■２ｄＶ２で表わすことができ、第７図
〜第９図の場合、それぞれ図中左側のものはｆ１１ｄｖ
工、右側のものはｆ Ｉ２ｄ ｖ２と表わすことができ
る。
工、ｄｖ工＋ｆ■２ｄＶ２で表わすことができ、第７図
〜第９図の場合、それぞれ図中左側のものはｆ１１ｄｖ
工、右側のものはｆ Ｉ２ｄ ｖ２と表わすことができ
る。
また、二重焦点ミラーの２枚のミラーをＸ軸方向に平行
移動させることにより、第１ビームと第２ビームの強度
比を連続的に変えることができる。
移動させることにより、第１ビームと第２ビームの強度
比を連続的に変えることができる。
更に、二重焦点ミラーとしてセミシリンドリカルミラー
を２枚組み合わせることにより、第５図に示すようにセ
ミシリンドリカルミラーが焦点におけるＸ軸方向の幅を
狭くし及びｙ軸方向の幅を広くできるので、母材にギャ
ップのある溶接や、フィラーワイヤを用いる溶接に応用
できる。
を２枚組み合わせることにより、第５図に示すようにセ
ミシリンドリカルミラーが焦点におけるＸ軸方向の幅を
狭くし及びｙ軸方向の幅を広くできるので、母材にギャ
ップのある溶接や、フィラーワイヤを用いる溶接に応用
できる。
第１０図は上述のビーム系に設けるスパッタ付着防止装
置を示している。この装置は、二重焦点ミラーで反射し
た集光ビームの回りにガス流通部材４を配置したもので
ある。レーザビーム方向と同軸方向に流す場合（ａ）に
は、環状部材４の流出口をビームと同軸方向に向けるよ
うにする。一方、レーザビーム方向と交差する方向に流
す場合（ｂ）には、交差する方向に一対のガス流出口と
ガス吸引口をビーム周囲に対向させ、ガス流出口からガ
スを噴出させて、これをガス吸引口に吸引する構成にす
る。溶接スパッタは加工部からほぼ上方に飛散するので
、レーザビームと同軸方向にガスを流すのが好ましい。
置を示している。この装置は、二重焦点ミラーで反射し
た集光ビームの回りにガス流通部材４を配置したもので
ある。レーザビーム方向と同軸方向に流す場合（ａ）に
は、環状部材４の流出口をビームと同軸方向に向けるよ
うにする。一方、レーザビーム方向と交差する方向に流
す場合（ｂ）には、交差する方向に一対のガス流出口と
ガス吸引口をビーム周囲に対向させ、ガス流出口からガ
スを噴出させて、これをガス吸引口に吸引する構成にす
る。溶接スパッタは加工部からほぼ上方に飛散するので
、レーザビームと同軸方向にガスを流すのが好ましい。
ガスとしてはＮ２、Ａｒ−Ｈｅなどの不活性ガスが用い
られる。ガスを流す速度は適宜法められる。
られる。ガスを流す速度は適宜法められる。
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明によれば、二重焦点ミラー
用いて１つのビームを２つのビームに分割して集光させ
るので、ビーム強度及び距離の異なる種々のビーム強度
分布が得られる。また、複雑で高価なスキャン機構を必
要とせず、全体の機構が簡易であり、スパッタ付着防止
も可能であるのでミラーの耐久性が向上でき、経済的で
ある６
用いて１つのビームを２つのビームに分割して集光させ
るので、ビーム強度及び距離の異なる種々のビーム強度
分布が得られる。また、複雑で高価なスキャン機構を必
要とせず、全体の機構が簡易であり、スパッタ付着防止
も可能であるのでミラーの耐久性が向上でき、経済的で
ある６
第１図は本発明のレーザビーム系の構成例を示す説明図
、 第２図〜第４図はセミシリンドリカルミラーを説明する
図で、第２図は斜視図、第３図は第２図のＡ断面図、第
４図は第２図のＢ断面図であり。 第５図は二重焦点ミラーとしてセミシリンドリカルミラ
ーを用いた場合に集光されるビームの強度パターンを示
す図。 第６図は二重焦点ミラーに入る前のビーム強度分布を示
す図、 第７図〜第９図は二重焦点ミラーにより得られる異なる
ビーム強度分布の例を示す図、第１０図（ａ）、（ｂ）
はスパッタ付着防止装置を示す説明図である。 １・・・全反射ミラー、２．３・・・二重焦点ミラー、
４・・ガス流通部材。 第１図 第２図 第３図 ↓′ 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 （ａ） （ｂ）
、 第２図〜第４図はセミシリンドリカルミラーを説明する
図で、第２図は斜視図、第３図は第２図のＡ断面図、第
４図は第２図のＢ断面図であり。 第５図は二重焦点ミラーとしてセミシリンドリカルミラ
ーを用いた場合に集光されるビームの強度パターンを示
す図。 第６図は二重焦点ミラーに入る前のビーム強度分布を示
す図、 第７図〜第９図は二重焦点ミラーにより得られる異なる
ビーム強度分布の例を示す図、第１０図（ａ）、（ｂ）
はスパッタ付着防止装置を示す説明図である。 １・・・全反射ミラー、２．３・・・二重焦点ミラー、
４・・ガス流通部材。 第１図 第２図 第３図 ↓′ 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 （ａ） （ｂ）
Claims (4)
- （１）レーザ発振器からのレーザビームを全反射ミラー
にて屈曲させ、これを更に他のミラーにて反射させて加
工部に集光させるレーザビーム系において、後者の他の
ミラーとして、二重焦点ミラーを用いることにより、２
つのビームに分割して集光させる構成にしたことを特徴
とするレーザ加工用集光装置。 - （２）二重焦点ミラーが、放物面ミラー、球面ミラー及
びセミシリンドリカルミラーのうちのいずれかで、かつ
、２枚を組み合わせて用いる請求項１に記載のレーザ加
工用集光装置。 - （３）２枚のミラーをそれぞれ回転可能に又は加工方向
に移動可能に設けた請求項２に記載のレーザ加工用集光
装置。 - （４）レーザビーム方向と同軸方向又は交差する方向に
ガスを流すスパッタ付着防止装置を集光ビームの回りに
設けた請求項１に記載のレーザ加工用集光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2312132A JPH04182087A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | レーザ加工用集光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2312132A JPH04182087A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | レーザ加工用集光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04182087A true JPH04182087A (ja) | 1992-06-29 |
Family
ID=18025639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2312132A Pending JPH04182087A (ja) | 1990-11-17 | 1990-11-17 | レーザ加工用集光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04182087A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5378582A (en) * | 1992-09-29 | 1995-01-03 | Bausch & Lomb Incorporated | Symmetric sweep scanning technique for laser ablation |
| US5498508A (en) * | 1992-09-29 | 1996-03-12 | Bausch & Lomb Incorporated | Symmetric scanning technique for laser ablation |
| FR2746047A1 (fr) * | 1996-03-13 | 1997-09-19 | Alphatech Ind Sa | Tete optique bifocalisation |
| EP0865863A1 (fr) * | 1997-03-19 | 1998-09-23 | Alphatech-Industrie | Tête-Optique-Bifocalisation |
| US5841097A (en) * | 1995-12-27 | 1998-11-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for welding workpieces with two or more laser beams whose spots are oscillated across welding direction |
| DE10261422A1 (de) * | 2002-12-30 | 2004-07-08 | Volkswagen Ag | Laserschweiß- und lötverfahren sowie Vorrichtung dazu |
| EP2774712A1 (de) * | 2013-03-07 | 2014-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Laserverfahren mit unterschiedlichem Laserstrahlbereich innerhalb eines Strahls |
| EP2774713A1 (de) * | 2013-03-07 | 2014-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Laserverfahren mit unterschiedlichen Laserstrahlbereichen innerhalb eines Strahls und Vorrichtungen |
-
1990
- 1990-11-17 JP JP2312132A patent/JPH04182087A/ja active Pending
Cited By (13)
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| WO2014135358A1 (de) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Laserverfahren mit unterschiedlichen laserstrahlbereichen innerhalb eines strahls und vorrichtungen |
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| US9884391B2 (en) | 2013-03-07 | 2018-02-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Laser method with different laser beam areas within a beam and devices |
| US10144092B2 (en) | 2013-03-07 | 2018-12-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Laser method with different laser beam areas within a beam |
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