(57)【要約】【課題】高精度な位置決めを行うことなく短時間に被加工物同士の連結箇所への仮付け溶接等の加工を施すことを可能とする。【解決手段】照射形状が長尺状となるレーザ光を発振するレーザダイオードを有する発振源をレーザ発振器１２、レーザ発振器１２からのレーザ光を被加工物Ｗへ照射するヘッド１４、被加工物Ｗに対してヘッド１４を回動させる回動機構２１、を設ける。被加工物Ｗの接合箇所にヘッド１４のノズル１６から長尺状の照射形状となるレーザ光を照射し、回動機構２１によりヘッド１４を軸線Ｘ周りに約１８０°回転させて被加工物Ｗへ円形状の溶接を施す。【選択図】　　　図１
2004114120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振源からのレーザ光を被加工物へ照射して加工を施すレーザ加工方法であって、
前記被加工物への照射形状が長尺状のレーザ光を前記被加工物へ照射するとともに、当該レーザ光を、所定の軸線を中心として前記被加工物に対して相対的に回動させることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
照射形状が長尺状の前記レーザ光を、前記被加工物に対し前記軸線に重なる位置に照射し、前記レーザ光を前記軸線を中心として前記被加工物に対して相対的に回動させることで、前記レーザ光を略円形の範囲に照射することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光を複数に分割し、前記被加工物に対し前記軸線とはオフセットした位置に照射し、分割した複数の前記レーザ光を前記軸線を中心として前記被加工物に対して相対的に回動させることで、複数の前記レーザ光を前記被加工物に前記軸線を中心としたリング状の範囲に照射することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
被加工物を保持するテーブルと、
前記テーブルに保持された前記被加工物上での照射形状が長尺状となるレーザ光を照射するヘッドと
前記ヘッドと前記テーブルとを、当該テーブルに略直交する所定の軸線周りに相対的に回転させる回動機構と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
照射形状が長尺状となるレーザ光を発振するレーザダイオードを有するレーザ発振器、をさらに備えることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記被加工物へ照射する前記レーザ光の照射形状を長尺状とするシリンドリカルレンズ、をさらに備えることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記ヘッドから照射されるレーザ光を複数に分岐する分岐手段、をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物にレーザを照射して加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被加工物にレーザを照射して、溶接加工、切断加工、表面加工等のレーザ加工が行われている。
レーザ加工を行うレーザ加工装置としては、レーザ発振器にて発振したレーザ光を、被加工物を固定するテーブルの上方に設置されたヘッドに導き、光学系によって絞り込んでトーチから被加工物へ向かって照射し、被加工物とヘッドとを相対移動させて被加工物への加工を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようなレーザ加工装置を用いて、図１０に示すように、被加工物Ｗ同士を仮付けするような場合等に、被加工物Ｗ同士の連結部分の複数箇所をスポット状に溶接することが行われている。
また、レーザ発振器からのレーザ光を複数に分岐してそれぞれ光ファイバーを通して、図１１に示すように、互いに連結する被加工物Ｗの連結部分の複数箇所に同時に照射してスポット状に溶接することも行われている（例えば、特許文献２参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１５８７４号公報（第４−５頁、図１）
【特許文献２】
特開平７−１５５９７３号公報（第３頁、図１−３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなスポット状の溶接による被加工物Ｗ同士の仮付け溶接等では、そのスポット径が小さいため、所定の溶接位置へ高精度に位置決めして確実に照射しなければならず、その位置決めが極めて煩雑であり、作業に長時間を要していた。
また、レーザ光の焦点を大きくするいわゆるデフォーカスを行うことによりスポット径を大きくすることができるが、レーザ光は径方向のエネルギー密度の高低差が大きいため、やはり、エネルギー密度の高い中心を所定の溶接位置へ高精度に位置決めする必要があった。
【０００５】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高精度な位置決めを行うことなく短時間に被加工物同士の連結箇所への仮付け溶接等の加工を施すことができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工方法は、発振源からのレーザ光を被加工物へ照射して加工を施すレーザ加工方法であって、被加工物への照射形状が長尺状のレーザ光を被加工物へ照射するとともに、このレーザ光を、所定の軸線を中心として被加工物に対して相対的に回動させることを特徴とする。ここで、レーザ光の被加工物に対する回動の軸線は、被加工物を保持するテーブル等の面に略直交するのが好ましい。
【０００７】
本発明のレーザ加工方法によれば、照射形状が、通常の略円形であるレーザ光に対し、一方向に長く延びた長尺状のレーザ光を被加工物に照射して相対的に回動させて加工を行うので、レーザ光の照射位置が多少ずれていたとしてもレーザ光を被加工物同士の所定の加工箇所に確実に照射することができる。
【０００８】
ここで、照射形状が長尺状のレーザ光を、被加工物において軸線に重なる位置に照射して、これを前記軸線を中心として被加工物に対して相対的に回動させれば、レーザ光を略円形の範囲に照射することができる。
また、レーザ光を複数に分割し、被加工物に対し軸線とはオフセットした位置に照射して、これを被加工物に対して相対的に回動させれば、複数のレーザ光を被加工物に対し、軸線を中心としたリング状の範囲に照射することができる。このようにすると、例えば、板状の被加工物に形成された孔部へ棒状の被加工物を嵌合させて接合し、そのリング状の接合箇所を溶接するような場合にも、このリング状の接合箇所に沿ってリング状にレーザ光を照射して容易に溶接することができる。
【０００９】
また、本発明のレーザ加工装置は、被加工物を保持するテーブルと、テーブルに保持された被加工物上での照射形状が長尺状となるレーザ光を照射するヘッドと、ヘッドとテーブルとをテーブルに略直交する所定の軸線周りに相対的に回転させる回動機構と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザ加工装置によれば、照射形状が長尺状のレーザ光を被加工物に照射して相対的に回動させて加工を行うことができる。
【００１１】
また、レーザ発振器として、照射形状が長尺状となるレーザ光を発振するレーザダイオードを有するものを備えても良く、あるいは、被加工物へ照射するレーザ光の照射形状を長尺状とするシリンドリカルレンズを設けても良い。
さらに、ヘッドから照射されるレーザ光を複数に分岐する分岐手段を設ければ、被加工物に、リング状の範囲にレーザ光を照射して加工を行うことも可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のレーザ加工方法及びレーザ加工装置を、図面を参照して説明する。
［第一の実施の形態］
図１に示すものは、本実施の形態のレーザ加工方法によりレーザ加工を行うためのレーザ加工装置である。
図に示すように、レーザ加工装置１１は、レーザ発振器１２と、このレーザ発振器１２からのレーザ光が光ファイバ１３によって導かれるヘッド１４と、被加工物Ｗを保持するテーブル１８と、を有している。なお、光ファイバ１３を用いず、レーザ発振器１２からのレーザ光をヘッド１４で直接集光する構成とすることも可能である。
【００１３】
ヘッド１４は、レーザ発振器１２からのレーザ光の偏向や絞り込みを行う光学系１５を有し、この光学系１５にて絞り込まれたレーザ光をノズル１６から照射し、テーブル１８に設置されてヘッド１４に対して相対移動される被加工物Ｗに照射し、被加工物Ｗへ溶接などの加工を施す。
【００１４】
このレーザ加工装置１１を構成するレーザ発振器１２は、レーザ光の発振源として例えばレーザダイオード（ＬＤ）を用いている。
このレーザダイオードをレーザ光の発振源として用いた場合、一般的に使われているＣＯ２レーザやＹＡＧレーザと比較して、レーザ発振器１２のコンパクト化が可能であり、また、発振波長は、ＣＯ２レーザでは約１０６００ｎｍ、ＹＡＧレーザでは約１０６４ｎｍであるのに対して８００〜９００ｎｍ域と各種材料への吸収率も高く加工性が良く、さらには、レーザ光の発振効率は、ＣＯ２レーザでは約６％、ＹＡＧレーザでは約２％であるのに対して約３０％と極めて良好であるという優れたメリットを有している。
【００１５】
そして、レーザ発振器１２には、複数のレーザダイオード単体を配列したレーザダイオードバーを積層させたレーザダイオードアレイを備えており、レーザ発振器１２から発振されたレーザ光は、図２に示すように、その照射形状Ｓが長方形状、つまり長尺状となっている。
【００１６】
また、レーザ加工装置１１は、回動機構２１を備えている。この回動機構２１は、ヘッド１４を、テーブル１８の被加工物保持面に略直交し、レーザ光の照射方向に向かう軸線Ｘを中心として回動させるものである。
図３に示すように、レーザ加工装置１１の制御部２２には、レーザ発振器１２、回動機構２１、ヘッド１４とテーブル１８とを相対移動させる移動機構２３、が接続されており、制御部２２は、レーザ発振器１２、回動機構２１及び移動機構２３を加工条件に応じて制御する。
【００１７】
そして、上記レーザ加工装置１１によって、被加工物Ｗ同士の連結箇所にスポット状に溶接を行う際には、図４（ａ）に示すように、被加工物Ｗの連結箇所にノズル１６から照射するレーザ光を照射する。このとき、被加工物Ｗに照射されるレーザ光は、その照射範囲が軸線Ｘに重なるようになっている。この状態にて、回動機構２１によってヘッド１４を軸線Ｘ周りに約１８０°回動させる。
このようにすると、図４（ｂ）に示すように、通常のレーザ光に比較すれば一方向に長い長尺状の照射形状Ｓを有するレーザ光を回転させることで、略円形の範囲にレーザ光を照射することができる。これにより、通常のレーザ光によるスポット状の溶接に比較すれば、レーザ光が大きな範囲にて被加工物Ｗに照射され、被加工物Ｗの連結箇所を確実に溶接することができる。
【００１８】
また、被加工物Ｗとして、板体Ｗ１の孔部に棒体Ｗ２を差し込み、その接合箇所を溶接する場合は、図５（ａ）に示すように、棒体Ｗ２とその両側の板体Ｗ１をまたぐようにレーザ光を照射し、この状態にて、回動機構２１によってヘッド１４を約１８０°回動させる。
このようにすると、図５（ｂ）に示すように、レーザ光が被加工物Ｗ同士の接合箇所全体に照射され、被加工物Ｗの接合箇所を確実に溶接することができる。このような手法は、貫通孔や貫通していない穴（凹部）と、これを塞ぐように設けられる蓋やプラグ状の部材とを溶接する場合にも同様に用いることができる。
【００１９】
このように、上記実施の形態によれば、照射形状Ｓが長尺状のレーザ光を被加工物Ｗに照射して相対的に回動させて溶接を行うので、レーザ光の照射位置が多少ずれていたとしてもレーザ光を被加工物Ｗ同士の連結箇所に確実に照射することができる。したがって、高精度な位置決めを行うことなく、被加工物Ｗ同士の連結箇所にスポット状の溶接を施すことができる。これにより、作業の容易化を図ることができ、作業時間を短縮することができる。
特に、レーザダイオードをレーザ光の発振源として用いたので、照射するレーザ光のエネルギー密度のばらつきを小さくすることができる。
【００２０】
［第二の実施の形態］
図６に示すレーザ加工装置１１’は、ヘッド１４のノズル１６から照射するレーザ光をプリズム（分岐手段）２２によって複数、例えば２つに分岐させたものである。
そして、このように照射するレーザ光を分岐させたレーザ加工装置１１’によれば、図７（ａ）に示すように、分岐させたレーザ光は、被加工物Ｗ上において軸線Ｘからオフセットした位置に照射される。このようにして、分岐させたレーザ光を、それぞれ接合箇所に照射し、この状態にて、回動機構２１によってヘッド１４を軸線Ｘ周りに約１８０°回動させることにより、図７（ｂ）に示すように、軸線Ｗを中心としたリング状の範囲にレーザ光が照射され、レーザ光を被加工物Ｗ同士の接合箇所に沿って確実に照射させることができ、被加工物Ｗの接合箇所を無駄なく確実に溶接することができる。
【００２１】
なお、照射するレーザ光を分岐させる手段としては、プリズム２２に限定されることなく、例えば、図８に示すように、複数のミラー２４を用いて２カ所に照射するようにレーザ光を分岐させても良い。
また、上記の例では、照射形状Ｓが長方形状のレーザダイオードを発振源としたレーザ発振器１２を用いたが、ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザを発振源として用い、これら発振源からのレーザ光を均一化した平行光とし、図９に示すようなシリンドリカルレンズ２５を透過させて長方形状（や楕円形状）の照射形状Ｓのレーザ光としても良い。
【００２２】
また、上記の例では、回動機構２１を設けてヘッド１４を回動させたが、ヘッド１４と被加工物Ｗとを相対的に回転させれば良く、したがって、被加工物Ｗを載せたテーブル１８をヘッド１４に対して軸線Ｘ周りに回動させても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のレーザ加工方法及びレーザ加工装置によれば、照射形状が長尺状のレーザ光を被加工物に照射して相対的に回動させて加工を行うので、レーザ光の照射位置が多少ずれていたとしてもレーザ光を被加工物同士の所定の加工箇所に確実に照射することができ、高精度な位置決めを行うことなく、被加工物に仮付け溶接等の加工を施すことができる。これにより、作業の容易化を図ることができ、作業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態におけるレーザ加工装置の構成を説明するレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】レーザ加工装置から照射されるレーザ光の照射形状を示す図である。
【図３】レーザ加工装置の制御系を示す制御ブロック図である。
【図４】レーザ加工装置により溶接される被加工物の平面図である。
【図５】レーザ加工装置により溶接される他の被加工物の斜視図及び平面図である。
【図６】第二の実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。
【図７】レーザ加工装置により溶接される被加工物の斜視図及び平面図である。
【図８】レーザ加工装置の変形例を示す図である。
【図９】レーザ光の照射形状を変更するシリンドリカルレンズの斜視図である。
【図１０】従来装置による溶接の方法を説明する被加工物の斜視図である。
【図１１】従来装置による溶接の方法を説明する被加工物の斜視図である。
【符号の説明】
１１、１１’…レーザ加工装置、１２…レーザ発振器、１４…ヘッド、１８…テーブル、２２…プリズム（分岐手段）、２４…ミラー（分岐手段）、２５…シリンドリカルレンズ、Ｗ…被加工物
【図１】
2004114120.tif 000003
【図２】
2004114120.tif 000004
【図３】
2004114120.tif 000005
【図４】
2004114120.tif 000006
【図５】
2004114120.tif 000007
【図６】
2004114120.tif 000008
【図７】
2004114120.tif 000009
【図８】
2004114120.tif 000010
【図９】
2004114120.tif 000011
【図１０】
2004114120.tif 000012
【図１１】
2004114120.tif 000013