JPS60184488A - レ−ザ加工装置及び加工方法 - 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〕 本発明はレーザ加工装置に係わシ、特に複数の光ファイ
バなどの光伝送手段によってレーザ光を任意の複数位置
に伝送し、これらの位置において加工物に加工を行なう
装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来よυ一台のレーザ発振装置からのレーザ光を複数に
分割し、光ファイバなどの光伝送手段によって複数の任
意の位置に同時に伝送し、加工物の複数の加工部に同時
に照射し加工する同時多点加工が行なわれている。また
、レーザ光を複数に分割することなく、レーザ光と複数
の光伝送手段；の入力端とを相対移動させることによっ
て、入力端に順次レーザ光を入射させ、光伝送手段によ
って順次任意の位置に伝送し複数の加工部を加工する順
次多点加工も行なわれている。このように。

レーザ光の応用として、レーザ光の性質を有効に利用し
能率的な加工が行なわれている。

例えば上述の加工技術において、順次多点加工を行なう
装置ではその一例として第１図に示すとおシである。（
１）はレーザ発振器でＹＡＧレーザがよく用いられる。

このレーザ発振器（１）から発振するレーザ光（２）は
反射鏡（３）によって光路を変更され。

集光レンズ（４）によって集光される。レーザ光（２）
の集光点上には複数の光伝送手段である光ファイバ（５
ａ）、　（５ｂ）、　（５Ｃ）、　（５ｄ）の入力端（
６ａ）、　（６ｂ）、（６Ｃ）、（６ｄ）が保持具（７
）によって保持されている。なお、保持具（７）はＸ−
Ｙテーブル（８）に接続されておシ、二次元平面上を自
在に移動することができる。一方、光ファイバ（５ａ）
　〜（５ｄ）の出力端（９ａ）、　（９ｂ）、　（９Ｃ
）。

（９ｄ）のそれぞれは出力端保持具（ｘｏａ）、　（１
０ｂ）、　（１００）。

（１０ｄ）によって保持されている。これら出力端保持
具（１０ａ）　〜（１０ｄ）の内部には出力端（９ａ）
〜（９ｄ）からのレーザ光を集光するための集光レンズ
（ｌｌａ）。

（ｌｌｂ）、　（ｌｌｃ）、　（ｌｉｄ）が設けられて
いる。

このような装置によって、例えば２枚の鋼板（１つ。

α■の複数の点においてスポット溶接を行なうとする。

とのときの溶接方法は、まず出力端保持具（１０ａ）〜
（１０ｄ）を鋼板（１湯上の溶接する箇所にそれぞれ位
置決めし固定する。そこでレーザ発振器（１）からレー
ザ光（２）を発振させるとともに、Ｘ−Ｙテーブル（８
）を作動させ光ファイバ（５ａ）〜（５ｄ）の入力端（
６ａ）〜（６ｄ）にレーザ光（２）が入射するように第
１図の矢印方向に保持具（力を移動させる。このとき、
レーザ光（２）は集光レンズ（４）によって集光された
点で入力端（６ａ）〜（６ｄ）に入射する。

ここで、保持具（力が矢印方向に移動すると、レーザ光
（２）は初めに入力端（６ａ）に入射し、光ファイバ（
５ａ）を伝わシ、出力端（９ａ）から出力する。この後
、レーザ光（２）は集光レンズ（ｌｌａ）により集光、
され、鋼板０功上のＡ点に照射し鋼板０２．θ■を溶接
２する。つぎに、レーザ光（２）は入射端（６）に入射
し。

光ファイバ（５ｂ）を経て集光レンズ（ｏｂ）直下のＢ
点を同様に溶接する。さらにその後、保持具（力が矢印
方向に移動することによって、レーザ光は順次入力端（
５Ｃ）、　（５ｄ）に入射し、同様にＣ，Ｄ点を順次溶
接する。

このように、保持具（力をわずかに移動することによっ
て、はぼ連続的に鋼板（１２１，（１３）のはなれた点
Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄを一台のレーザ発振器（１）によっ
て溶接することができる。また、保持具（７）の移動速
度は比較的大きくすることができるので、非常に短時間
に複数の点を溶接することができる利点がある。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上述の従来技術には以下に述べるような
欠点があった。それは、レーザ光（２）を入力端（６ａ
）〜（６ｄ）に順次入射させる場合、レーザ光（２）を
発振させたまま保持具（７）を移動させていた点にある
。この場合、レーザ光（２）が入力端（６ａ）〜（６ｄ
）に入射していかいときには、レーザ光（２）は保持具
（７）上を走査することになり、このとき保持具（７）
が熱によシ破壊してしまうことがあった。さらにはレー
ザ光（２）が走査し、入射端（６ａ）〜（６ｄ）の端部
にさしかかったときに、入射端（６ａ）〜（６ｄ）自体
を焼損させることがある。光ファイバ（５ａ）〜（５ｄ
）は一般的に石英製であシ、中心部にコア、周辺部にク
ラッド層を有したものとなっていゐ。このような光ファ
イバに集光したレーザ光（２）が中心部でなく周辺部の
クラッド層に照射すゐと、レーザ光（２）のエネルギに
より焼損するととが多いのである。このため、従来の装
置を用いる場合、レ−ザ光（２）ノ出力は保持具（７）
、入力端（６ａ）　〜（６ｄ）　（Ｄ損傷を防ぐため、
比較的小さなものに限られていた。

しかしながら、今日ではレーザ光応用の拡大とともに大
出力のレーザ光による加工装置も登場し。

種々の加工が大出力レーザ光によってなされている。し
たがって、大出力のレーザ光でも上述の方式による加工
装置が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に着目してなされたものであシ、大出
力のレーザ光でも装置の一部を損傷させることなく、順
次複数の箇所にレーザ光を伝送し。

加工物の複数部分に能率的な加工を行なうことができる
レーザ加工装置及び加工方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明はレーザ光を光伝送手段の入力端とを相対移動さ
せ、いずれかの入力端にレーザ光を照射し、このレーザ
光を光伝送手段によって任意の位置に伝送し、この位置
においてレーザ光を加工物に照射し加工するものであっ
て、このときレーザヒ 光ち入力端とが相対移動していればレーザ光を遮断し、
レーザ光と入力端との位置決めがなされていればレーザ
光を遮断から解放し入力端に入射させることを特徴とし
たレーザ加工装置及び加工方法である。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第２図は本
実施例を示す平面図である。Ｑυはレーザ発振器であっ
て、このレーザ発振器ｅυから発振するレーザ光（イ）
の光路上に反射鏡（２階が設けられている。との反射鏡
（２）によってレーザ光（２擾は反射され光路を変更す
るが、この光路上には集光レンズ（２４）が設けられて
いる。さらに、集光レンズ（財）の下方には４個の光伝
送手段である石英製の光ファイバ（２５ａ）、　（２５
ｂ）、　（２５Ｃ）、　（２５ｄ）の入力端（２６ａ）
、　（２６ｂ）。

（２６Ｃ）、　（２６ｄ）がそれぞれ円筒保護体（財）
に保護されるとともに保持具ｔ２樟に一軸上に配列され
て固定されている。このときの入力端（２６ａ）〜（２
６ｄ）はそれぞれ保持具備から同一の高さに調整されて
いるが、これは円筒保護体（２７）の取シ付は高さを変
えることによって調整される。なお、保持具（ハ）はＸ
　−Ｙテーブル（ト）に取シ付けられてお）、二次元平
面内を移動することができ、レーザ光（２りとの相対移
動が可能となっている。

光７フイバ（２５ａ）　〜（２５ｄ）　（７）出力端（
３０ａ）、（３０ｂ）。

（３０Ｃ）、　（３０ｄ）は円筒形状の出力端保持具（
３１ａ）、（ｓｌｂ）。

（３１Ｃ）、　（３１ｄ）によって支持固定されている
。この出力端保持具（３１ａ）〜（３１ｄ）にはそれぞ
れ出力端（３０ａ）〜（３０ｄ）から出力されるレーザ
光を集光する集光レンズ（ａ２ａ）、　（３２ｂ）、　
（３２Ｃ）、　（３２ｄ）が設けられている。また、出
力端保持具（３１ａ）〜（３１ｄ）はそれぞれに移動可
変装置（ａ３ａ）、　（３３ｂ）、　（３３Ｃ）、　（
３３ｄ）に取り付けられ移動可能となっている。

一方、レーザ発振器（２１）の前方にはソレノイドなど
からなるレーザ光遮断器Ｃ３５）が設けられている。

このレーザ光遮断器０！９はシャツタ板（ト）を備え、
このシャツタ板（至）をレーザ光（２功の光路上に突出
させることによってレーザ光（２りを遮断することがで
きる。

このようなレーザ光遮断器Ｃ３５１のシャツタ板（至）
の開閉はマイコンなどからなる制御部０７）によって制
御される。また、この制御部０７）はこの他にレーザ発
振器（２１）、Ｘ−Ｙテーブル翰および移動可変装置（
３３ａ）〜（３３ｄ）に接続され、これらの動作の制御
を行なうことができる。

次に本実施例装置の動作について説明する。例として、
第２図に示されるように金属製の加工物（４０ａ）、　
（４０ｂ）、　（４０Ｃ）、　（４０ｄ）の表面上にレ
ーザ光を照射することによって加工処理を行なうものと
する。

第３図は制御部０？）の制御による各党ファイバ（２５
ａ）〜（２５ｄ）のレーザ光の伝送状況、レーザ光遮断
器（ハ）の開閉状況を示す図である。第３図中Ｃａ＞〜
（ｄ）は各党ファイバ（２５ａ）〜（２５ｄ）のレーザ
光伝送状況、（ｅ）はレーザ光遮断器（ハ）の開閉状況
を示す。

なお、第３図（ｅ）中のＯＮはシャツタ板（ト）が突出
しレーザ光（２邊を遮断している状態で、　ＯＦＦはレ
ーザ光（２優を遮断から解放している状態である。

まず、加工物（４０ａ）〜（４０ｄ）のそれぞれの加工
出力端保持具（３１ａ）〜（３１ｄ）の位置決めを行な
う。

また、このとき保持具（２１Ｏは入力端（２７ａ）が集
光レンズ０４）の光軸、すなわちレーザ光（２邊の光軸
よシも図中において左側に位置するようにセットされて
いる。

ここで、制御部（３７）はレーザ発振器（２１）からレ
ーザ光（２匂を発振させるとともに、レーザ光遮断器０
ωを駆動させＯＮ状態にし、シャツタ板（ト）を突出さ
せることによってレーザ光（２）を遮断する。すなわち
、第３図中のもの状態である。そこで、制御部０７）は
Ｘ−Ｙテーブル翰を駆動し、保持具（財）を図中の矢印
方向へ移動させ、レーザ光（２りと相対移動させる。

この保持具（ハ）が所定の距離を移動したとき、時刻１
、において入射端（２６ａ）の軸と集光レンズ（財）の
光軸、すなわちレーザ光間の光軸とが一致したとする。

このとき、制御部０７）は第３図（ｅ）に示されるよう
にレーザ光遮断器（３つをＯＦＦ状態にし、レーザ光（
２功を解放するとともに、Ｘ−Ｙテーブル翰を停止させ
ることによって保持具Ｑ鴎の移動を停止させる。

解放されたレーザ光Ｃ２ａは反射鏡（至）によって光路
を下方に変更され、集光レンズ（２４）に入射し集光さ
れる。このとき、第３図ｒａ）に示されるようにレーザ
光間は入射端（２６ａ）に入射し光ファイバ（２５ａ）
によって伝送され、出力端（３０ａ）よシ出力する。こ
の出力したレーザ光（２っはビーム径が拡がるが、集光
レンズ（３Ｚａ）によって再び集光されて、加工物（４
０ａ）の加工部（Ａ）に照射する。ここで、加工部（Ａ
）はレーザ光（２りによって所定の加工処理が行なわれ
る。

加工物（４０ａ）の加工が時刻ｔ、で終了すると、との
時点において、制御部０７）は再びレーザ光遮断器（ハ
）をＯＮ状態にしレーザ光Ｑツを遮断し、Ｘ−Ｙテーブ
ル翰によ）保持具（ハ）をさらに矢印方向へ移動させる
。この移動によシ時刻１．では入射端（２７ｂ）が集光
レンズ（財）の光軸上に位置する。このとき、制御部０
７）は上述と同様にレーザ光遮断器（ト）をＯＦＦ状態
にしレーザ光＠を解放するとともに保持具（（ト）を停
止させる。この状態ではレーザ光０２１は第３図（ｂ）
に示されるように光ファイバ（２５ｂ）によって伝送さ
れ、出力端（３０ｂ）より出力し集光レンズ（３２ｂ）
によって集光されたのち、加工物（４０ｂ）の加工部（
Ｂ）を加工する。

加工物（４０ｂ）の加工が終了すると、−ト述と同様に
制御部０７）はレーザ光遮断器０５）をＯＮ状態にして
レーザ光（社）を遮断し、保持具備を再び入射端（２７
：）が集光レンズ（財）の光軸上に位置するまで移動さ
せる。（時刻ｔ４〜１１１の状態）以下同様な操作によ
って加工物（４０Ｃ）、　（４０ｄ）の加工部（Ｃ）、
　（Ｄ）を１−次加部（Ａ）〜（Ｄ）　Ｋ順次加工を行
なった後、さらに異なる位置に加工処理する場合には、
移動可変装置（３３ａ）　〜（３３ｄ）によって出力端
保持具（３１ａ）　〜（３１ｄ）をそれぞれ所定の位置
に位置決めし、上述と同様な操作によｐ加工物（４０８
）〜（４０ｄ）に順次レーザ光を照射し加工すればよい
。なお、この場合、保持具０Ｉ１１１の移動は第２図中
の矢印と逆方向にして。

レーザ光（２ａの入射を入射端（２６ｄ）から始めても
よい。

以上のように１本実施例ではＸ−Ｙテーブル翰により保
持具備を移動させることによって、レーザ光０４と入射
端（２６ａ　）〜（２６ｄ）とが相対移動しているとき
には、レーザ光遮断器Ｇ９をＯＮ状態にしレーザ光（社
）を遮断し、集光レンズ（財）の光軸、すなわちレーザ
光（ハ）の光軸と入射端（２６ａ）〜（２６ｄ）の軸と
が一致することによって位置決めがなされたときには、
レーザ光遮断器（ハ）をＯＦＦ状態にし、シー２６ペ ザ光（イ）を解放し入射端（２６ａ）〜Ｃ知）のいずれ
かのものであっても、入射端（２６ａ）〜（かり、保持
具（ハ）々どを損傷させるととカ＜、順次多点加工が可
能になった。また、レーザ光（社）がＹＡＧレーザの連
続発振のもので比較的出力が小さいものでも。

従来では入射端（２６Ｊｌ）〜（２６ｄ）の周辺部など
に入射した場合、この部分の異常発熱、わずかながらも
発生する蒸発物の入射端（２６ａ）〜（２６ｄ）への付
着という不都合な点が生じていた。しかしながら、本実
施例によシとの不都合な点が除かれ、光ファイバ（２Ｓ
ａ）〜（２５ｄ）の常に安定したレーザ光伝送が実現さ
れる。

なお１本実施例では、入射端（２６ｇ）〜（２６ｄ）を
保持具（２印によシ保持し、この保持具（霞をＸ−Ｙテ
ーブル翰により移動させることによりレーザ光（２４と
入射端（２６ａ）〜（２６ｄ）との相対移動を行なった
が。

入射端（２６ａ）〜（２６ｄ　）を固定しておいて、反
射鏡（２３）および集光鏡（２４）を移動させることに
してもよい。

また、レーザ光遮断器Ｃ３Ｓはレーザ発振器（２υの前
方だけでなく、反射鏡（至）と集光レンズＣ４Ｊとの間
または集光レンズＩ２４）の下方に設け、これらの箇所
におけるレーザ光（２）を遮断・解放するようにしても
よい。さらに、シャツタ板０６）はレーザ光（２３を完
全に遮断する材質のものでなく、シャツタ板（至）が突
出したときレーザ光（２２１の一部が透過する材質のも
のであってもよい。この場合、透過したレーザ光の出力
は十分に減少させることが必要であるが、とのレーザ光
は入射端（２６ａ）〜（２６ｄ）との相対移動中の光軸
の目印となる。

なお、本実施例では出力端保持具（３１ａ）〜（３１ｄ
）のそれぞれに移動可変装置（ａａａ）〜（３３ｄ）を
設けたが、これは加工物（４０ａ）〜（４０ｄ）の加工
部、加エバターンがそれぞれ異なるときに、個々の出力
端保持具（３１！ｌ）〜（ａｔｄ）を独立に移動させる
ことができる利点がある。例えば、生産ラインにおいて
、加工物（４０ａ）〜（４ｏｄ）としてそれぞれ異なる
部品を流し、それぞれ溶接・穴あけなどの加工箇所が異
なっていても、それぞれの移動可変装置（３３ａ）〜（
３３ｄ）によって独立に出力端保持共（３１ａ）〜（３
１ｄ）を移動させ加工すればよい。このとき。

レーザ光（２２は前述の実施例と同様に入射端（２６ｍ
）〜（２６ｄ）との１度の相対移動を行なうだけでよく
非常に能率的な加工が可能となる。なお、このような場
合に、レーザ光（２渇は入射端（２６＆）〜（ｚ６ｄ　
）に（ａ）から（ｄ）へと規則的に入射させることなく
、例えば入射端（２６Ｍ）の次に入射端（２６Ｃ）とい
ったいずれかの必要な箇所に順次入射させるようにして
もよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のレーザ加工装置及び加工
方法によればレーザ発振器が発振するレーザ光が大出力
であっても、装置の一部を損傷させることなく、Ｊ＠次
次数数箇所にレーザ光を伝送し、加工物の複数部分に加
工を行なうことができた。このため、このようなレーザ
加工機の利用範囲が拡大され、この分野における生産性
が大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す平面図、第２図は本発明の一実施
例を示す平面図、第３図は実施例の操作状態を示す図で
ある。 Ｑυ・・・レーザ発振器、（２３・・・レーザ光。 （２ｆｌ）、　（２５ｂ）、　（２５Ｃ）、　（２５ｄ
）・・・光ファイバ。 （２６ａ）、　（２６ｂ）、　（２６Ｃ）、　（２６ｄ
）−・・入力端。 Ｑ３−−−　Ｘ　−Ｙ　ｆ−プル、　（３０ａ）、　（
３０ｂ）、　（３０Ｃ）、　（３０ｄ）−出力端。 （３２ａ）、　（３２ｂ）、　（３２ｃ）、　（３２ｄ
）−−−集光レンズ。 ０！９・・・レーザ光遮断器。 代理人　弁理士　則近憲佑　（はか１名）第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器と、とのレーザ発振器から発振する
   レーザ光を入力端よシ受光しこのレーザ光を伝送する複
   数の光伝送手段と、上記レーザ発振器と上記入力端の間
   で上記レーザ光を遮断・開放するレーザ光遮断器と、上
   記光伝送手段のそれぞれの出力端側に設けられこの出力
   端側に設けられこの出力端からのレーザ光を集光し加工
   物に照射させる集光手段と、上記レーザ発振器から発振
   し、たレーザ光と上記入力端とを相対移動させとのレー
   ザ光を上記入力端のいずれかに入射するように導びく相
   対移動手段を具備したことを特徴とするレーザ加工装置
   。
2. （２）光伝送手段は光ファイバであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。
3. （３）相対移動手段は上記入力端に設けられ九Ｘ−Ｙテ
   ーブルであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のレーザ加工装置。
4. （４）レーザ発振器からのレーザ光ととのレーザ光を伝
   送する複数の光伝送手段の入力端とを相対移動させるこ
   とによって、上記レーザ光を上記入力端のいずれかに入
   射させ、上記光伝送手段の出力端から出力されるレーザ
   光を照射することによつ　゛て加工物に加工を行なうレ
   ーザ加工方法であって。 上記レーザ光と上記入力端とが相対移動するときには上
   記レーザ光を遮断し、上記レーザ光と上記入力端との位
   置決めがなされているときにはレーザ光を解放し上記入
   力端に入射させることを特徴とするレーザ加工方法。
5. （５）レーザ光の遮ＦＦｒ＃解放は上記レーザ発振器が
   （６）レーザ光と入力端との相対移動は入力端を移動さ
   せることによって行なわれることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載のレーザ加工方法。