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発明の名称 レーザ加工装置用出射光学系
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−38484(P2001−38484A)
公開日 平成13年2月13日(2001.2.13)
出願番号 特願平11−211091
出願日 平成11年7月26日(1999.7.26)
代理人 【識別番号】100071272
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外1名)
【テーマコード(参考)】
2H041
2H087
4E068
【Fターム(参考)】
2H041 AA12 AB14 AC04 AZ01 AZ05 
2H087 KA26 LA25 RA45 TA01 TA04 TA08
4E068 CB05 CD12 CE03
発明者 木村 定彦
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 レーザ発振器からのレーザ光を集光して加工対象物に照射するレーザ加工装置用出射光学系において、前記レーザ光を平行光に変換するリコリメートレンズと、前記平行光の光軸に対して垂直な回転軸によって回転可能に支持され、前記平行光を反射する回転ミラーと、前記回転軸を回転の中心として前記回転ミラーを揺動回転させるために、当該回転ミラーの前記回転軸から離れた位置に回転力を与える駆動源と、前記回転ミラーで反射された前記平行光を集光して前記加工対象物に照射する加工レンズと、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置用出射光学系。
【請求項2】 前記回転軸の中心線が、前記光軸と直交していることを特徴とする請求項1のレーザ加工装置用出射光学系。
【請求項3】 前記駆動源が振動子であることを特徴とする請求項1または2のレーザ加工装置用出射光学系。
【請求項4】 前記振動子による前記回転ミラーの揺動回転を支援するためのばねを備えたことを特徴とする請求項3のレーザ加工装置用出射光学系。
【請求項5】 前記回転ミラーがミラーホルダーに保持されており、前記振動子と前記ばねとが、前記ミラーホルダーの、前記回転軸の中心線を対称軸とする対称な位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項4のレーザ加工装置用出射光学系。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置用出射光学系に関し、特に、溶接に使用されるレーザ加工装置の出射光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、レーザ光を伝搬させる光ファイバと、光ファイバの先端から出射するレーザ光を集光して被加工物に照射するための出射光学系とを備え、レーザ光を被加工物に照射して、切断、穴あけ、あるいは溶接などの加工を行う装置である。
【0003】この種のレーザ加工装置を用いて、互いに突き合わせた2つの部材(加工対象物)を溶接する場合には、突き合わせた2つの部材間に生じるギャップの幅が、所定値より小さくなるようにしなければならない。これは、2つの部材間に生じるギャップ幅が所定値以上だと、突き合わせ線(突き合わせた2つの部材間の境界線)に沿ってレーザ光を走査した場合に、穴あき、溶け落ちなどの溶接不良が発生してしまうからである。
【0004】しかしながら、各部材の突き合わせ面は、通常、切断面である。このため、各突き合わせ面の状況により、2つの部材間のギャップ幅を所定値よりも小さくすることができない場合がある。ジグ等の機具を用いて、ギャップ幅を縮小することが可能な場合もあるが、それでも、ギャップ幅を所定値より小さくできない場合が少なくない。
【0005】このように、突き合わせた2つの部材間のギャップ幅が所定値以上の場合に、上記の様な溶接不良を生じることなく適正な溶接を行うため、レーザ光の集光スポットを、図2に矢印で示すように、突き合わせ線と直交する方向(図の左右方向)に往復運動(オシレーションまたはウィービング)させることが行なわれる。即ち、従来のレーザ加工装置用出射光学系は、オシレーションを行うために、オシレーション機構を備えている。
【0006】従来の出射光学系に備えられたオシレーション機構としては、加工レンズをレーザ光の進行方向と直交する一軸方向に沿って往復運動(揺動あるいは振動)させるものがある。また、他のオシレーション機構としては、図3に示すように、光ファイバ31からのレーザ光をコリメートするリコリメートレンズ32と、コリメートされたレーザ光を集光し、加工対象物33に照射する加工レンズ34との間に、全反射ミラー35とガルバノミラー36を設け、ガルバノミラー36を図示しないガルバノモータで微小振動(揺動)させるようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の加工レンズを移動させるオシレーション機構は、一軸方向に移動可能な加工レンズを搭載するためのテーブルと、このテーブルを往復運動させる駆動源とが必要になる。このため、このオシレーション機構は、加工レンズのサイズに比べかなり大きな駆動系を必要とするという問題点がある。
【0008】また、従来のリコリメートレンズと加工レンズとの間にミラーを設けるオシレーション機構では、ガルバノモータを用いてミラーを揺動させるため、出射光学系が大きくならざるを得ないという問題点がある。
【0009】以上のように、いずれの場合も、従来のオシレーション機構は大型で、出射光学系全体のサイズを大きくするという問題点がある。
【0010】本願発明は、簡易な構成で小型のオシレーション機構を備えたレーザ加工装置用出射光学系を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ発振器からのレーザ光を集光して加工対象物に照射するレーザ加工装置用出射光学系において、前記レーザ光を平行光に変換するリコリメートレンズと、前記平行光の光軸に対して垂直な回転軸により回転可能に支持され、前記平行光を反射する回転ミラーと、前記回転軸を回転の中心として前記回転ミラーを揺動回転させるために、当該回転ミラーの前記回転軸から離れた位置に回転力を与える駆動源と、前記回転ミラーで反射された前記平行光を集光して前記加工対象物に照射する加工レンズと、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置用出射光学系が得られる。
【0012】ここで、前記回転軸は、その中心線が前記光軸と直交していることが望ましい。
【0013】また、前記振動子による前記回転ミラーの揺動回転を支援するためのばねを設けてもよい。
【0014】さらに、前記回転ミラーを保持するミラーホルダーを設け、前記振動子と前記ばねとを、前記ミラーホルダーの、前記回転軸の中心線を対称軸とする対称な位置に設けるようにしてもよい。
【0015】前記駆動源としては、振動子が利用できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0017】図1に本発明の一実施の形態によるレーザ加工装置用出射光学系を示す。この出射光学系は、図示しないYAGレーザ等のレーザ発振器と、そのレーザ発振器から出射するレーザ光を伝搬させる光ファイバー11とともに利用される。即ち、この出射光学系は、光ファイバー11の先端に取り付けられる。
【0018】図1の出射光学系は、光ファイバ11から出射したレーザ光を平行光に変換(コリメート)するリコリメートレンズ12と、レーザー光を加工対象物13の表面上に集光する加工レンズ14と、リコリメートレンズ12と加工レンズ14との間に設けられ、リコリメートレンズ12でコリメートされたレーザ光を加工レンズ14に入射させるための全反射ミラー15及び回転ミラー16とを有している。
【0019】回転ミラー16には、その外縁部にミラーホルダー17が取り付けられている。そして、ミラーホルダー17には、回転ミラー16に入射するレーザ光の光軸に直交する回転軸18が取り付けられている。回転軸18は、リコリメートレンズ12、加工レンズ14、及び全反射ミラー15が固定されるケース(図示しない)に回転可能に取り付けられている。この結果、回転ミラー16は、回転軸18を回転の中心として回動可能に支持される。
【0020】また、ミラーホルダー17には、回転軸18から離れた位置に、回転ミラー16を揺動回転させるための振動子19が取り付けられている。さらに、ミラーホルダー17には、回転軸18の中心線を対称軸とした場合に、振動子19が取り付けられた位置と対象となる位置にばね20が取り付けられている。これら振動子19とばね20とは、他の部材と同様に図示しないケースに固定されている。
【0021】次に、この出射光学系の動作について説明する。
【0022】まず、光ファイバ11から出射したレーザ光は、そのビーム径を拡げながら進行し、リコリメートレンズ12に入射する。リコリメートレンズ12は、入射したレーザ光を平行光に変換(コリメート)し、全反射ミラー15に入射させる。全反射ミラー15は、入射するレーザ光を全反射し、反射したレーザ光を回転ミラー16に入射させる。
【0023】回転ミラー16は、入射したレーザ光を全反射し、反射したレーザ光を加工レンズ14に入射させるが、このとき、オシレーションを行うか否かによって、次にように動作する。
【0024】オシレーションを行わない場合、振動子19は動作しないので、回転ミラー16は、揺動することなく固定された全反射ミラーとして働く。なお、回転ミラー16と加工レンズ14とは、この状態で、回転ミラー16で反射されたレーザ光の光軸が、加工レンズ14の光軸に一致するように配置されている。
【0025】一方、オシレーションを行う場合は、振動子19が振動して、回転ミラー16を揺動回転させる(駆動する)。また、ばね20が、振動子19による回転ミラー16の揺動回転を支援する。その結果、回転ミラー16は、この回転ミラー16で反射されたレーザ光の進行方向が、図の上下方向に振動(往復振動)するよう、入射レーザ光を反射する。これにより、加工レンズ14へのレーザ光の入射角が周期的に変化する。
【0026】加工レンズ14は、入射したレーザ光を集光し、加工対象物13の表面に照射する。ここで、オシレーションを行わない場合は、回転ミラー16からのレーザ光が一定角度で加工レンズ14に入射するので、この加工レンズ14で集光されたレーザ光のビームスポットは一点に止まる。一方、オシレーションを行う場合は、加工レンズ14に入射するレーザ光の入射角度が周期的に変化するので、加工レンズ14で集光されたレーザビームの集光点は一軸方向(図の上下方向)に沿って往復運動する。
【0027】上述の動作を行いながら、この出射光学系を2つの加工対象物13の突き合わせ線に沿って移動させれば(図の表裏方向に移動させれば)、これらの2つの加工対象物を互いに溶接することができる。
【0028】なお、上記実施の形態では、全反射ミラー15を備える出射光学系について説明したが、この全反射ミラー15は、光ファイバ11からのレーザ光の出射方向と、回転ミラー16からのレーザ光の出射方向とを略一致させるためのものであるため、必ずしも必要なものではない。即ち、リコリメートレンズ12から出射したレーザ光を直接回転ミラー16に入射させるように構成することも可能である。
【0029】また、上記実施の形態では、回転ミラー16の回転軸18の中心線が入射レーザ光の光軸と直交するよう構成した例について説明したが、回転軸18が光軸に対して垂直であれば、必ずしも直交する(交わる)必要はない。
【0030】さらに、上記実施の形態では、振動子19とばね20とを用いて回転ミラー16を揺動回転させる例について説明したが、振動子19のみを用いて回転ミラー16を揺動回転させるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、振動子19とばね20とが、回転軸に関して対称な位置に取り付けられる場合について説明したが、ばね20の取付位置は、その特性応じて変更されるべきものである。さらにまた、上記実施の形態では、振動子を回転ミラーの駆動源とする場合について説明したが、他の駆動源を用いて駆動するようにしてもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、オシレーション機構として回転ミラーを備えた出射光学系において、回転ミラーの、回転軸から離れた位置に回転力を加える駆動源を設けるようにしたことで、その構成の簡略化、小型化及び軽量化を実現できる。これにより、出射光学系の操作性が向上し、レーザ光による加工が容易になる。




 

 


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