(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザ発振器から出力された各異波長のレーザビームを同一光軸に集合せしめた後、この集合されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに備えられた単数の集光レンズで集光せしめ、ついで、単数の集光レンズから加工すべきワークへ向けて集光されたレーザビームを照射せしめてワークにレーザ切断加工と面取り加工を同時に行うレーザ加工方法であって、一方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを、ベンドミラーによって前記集光レンズ方向へ曲げた後、上記ベンドミラーと前記集光レンズとの間において他方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを同一光軸に集合してレーザ加工を行うとき、集光レンズを通過したときの屈折率の違いによって各レーザビームの焦点位置を変え、適宜一方のレーザビームを、レーザ切断による切断幅よりも幅広くワーク表面に照射して、レーザ切断加工と面取り加工を同時に行うことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
一方のレーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに備えた集光レンズ方向へ曲げるためのベンドミラーと前記集光レンズとの間に、他方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを同一光軸に集合せしめると共にこの集合されたレーザビームを前記レーザ加工ヘッドに備えられた前記集光レンズに集光せしめるダイクロイックミラーを設け、前記集光レンズを通過したときの屈折率の違いによって各レーザビームの焦点位置を変え、適宜一方のレーザビームを、レーザ切断による切断幅よりも幅広くワーク表面に照射する構成であることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークにレーザ加工を行うレーザ加工方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ発振器から出力されたレーザビームをベンドミラーを介してレーザ加工ヘッドに備えられた集光レンズで集光せしめた後、この集光レンズから加工すべきワークへ向けて前記レーザビームを照射せしめることにより、ワークにレーザ加工を行うレーザ加工装置が一般的に良く知られている。そして、レーザ発振器から出力されるレーザビームとして、単一ビームが用いられ、レーザ加工ヘッドは１ヘッド又は２ヘッドの構造で構成されている。
【０００３】
また、複数のレーザ発振器から出力された各レーザビームを集光する方法として、同一波長ビームに関しては用いられている。さらに異波長ビームに関しても個々の波長毎に各々集光レンズを複数用意し加工する方法も用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のレーザ加工装置では、例えば炭素を含んだワーク（材料）に切断、溶接加工を施すと、切断面または溶接部近傍に微細なクラックなどが入り、材料強度を落とす要因となり、そのエネルギーを最適化する条件を導き出すのに多くの時間と、トライヤルを必要としていた。
【０００５】
また、従来のレーザ切断加工では、切断面はエッジになっており、切断ワークの用途によっては切断後に面取り加工する場合がある。そのツールとして、ヤスリやサンダーを用いて簡易的に行ったり、又は再度レーザビームを当て面取り加工を行っている。
【０００６】
この上述した面取り加工手段ではレーザ切断後の次工程になる為、多くの時間とコストがかかってしまうという問題がある。
【０００７】
この発明の目的は、レーザ切断、レーザ溶接などのレーザ加工時、例えばクラックなどが入りやすいワークを加工するのに、最適な条件で加工できるようにしたり、またレーザ切断と面取り加工を同時に行い得るようにし、複数の異波長ビームを単数の集光レンズで集光させたレーザ加工方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明のレーザ加工方法は、複数のレーザ発振器から出力された各異波長のレーザビームを同一光軸に集合せしめた後、この集合されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに備えられた単数の集光レンズで集光せしめ、ついで、単数の集光レンズから加工すべきワークへ向けて集光されたレーザビームを照射せしめてワークにレーザ切断加工と面取り加工を同時に行うレーザ加工方法であって、一方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを、ベンドミラーによって前記集光レンズ方向へ曲げた後、上記ベンドミラーと前記集光レンズとの間において他方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを同一光軸に集合してレーザ加工を行うとき、集光レンズを通過したときの屈折率の違いによって各レーザビームの焦点位置を変え、適宜一方のレーザビームを、レーザ切断による切断幅よりも幅広くワーク表面に照射して、レーザ切断加工と面取り加工を同時に行うことを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、複数のレーザ発振器から出力された各異波長のレーザビームは同一光軸に集合された後、この集合されたレーザビームはレーザ加工ヘッドに備えられた単数の集光レンズで集光される。ついで、単数の集光レンズで集光されたレーザビームは加工すべきワークへ向けて照射されてワークにレーザ切断加工と面取り加工が同時に行われる。
【００１４】
而して、面取り加工の二次加工の工程が削除され、従来のヤスリ仕上げに対して面取りの品質の向上が図られる。
【００１６】
したがって、各異波長のレーザビームを異エネルギー密度とすることにより、一方のレーザビームが予熱として利用されたり、面取り加工に利用されると共に他方のレーザビームでレーザ加工が行われ、高速化、省エネルギー化が図られたり、又は二次加工の工程が削減されると共に面取りの品質の向上が図られる。
【００１７】
また、この発明のレーザ加工装置は、一方のレーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに備えた集光レンズ方向へ曲げるためのベンドミラーと前記集光レンズとの間に、他方のレーザ発振器から出力されたレーザビームを同一光軸に集合せしめると共にこの集合されたレーザビームを前記レーザ加工ヘッドに備えられた前記集光レンズに集光せしめるダイクロイックミラーを設け、前記集光レンズを通過したときの屈折率の違いによって各レーザビームの焦点位置を変え、適宜一方のレーザビームを、レーザ切断による切断幅よりも幅広くワーク表面に照射する構成であることを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１を参照するに、レーザ加工装置１は複数の例えばＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂを備えている。このＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂからそれぞれ異波長のＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２が出力されてダイクロイックミラー５における同一軸上に集合される。このダイクロイックミラー５における同一軸上に集合されたＹＡＧレーザビームＬＢ１のほとんどは反射されると共にダイクロイックミラー５における同一軸上に集合されたＣＯ２レーザビームＬＢ２はほとんど透過される。なお、図１において前記ダイクロイックミラー５の上方には漏れ光吸収ダンパー７が設けられており、ＹＡＧレーザ発振器３Ａから出力されたＹＡＧレーザビームＬＢ１がダイクロイックミラー５から漏れる一部を吸収するものである。
【００２７】
前記ダイクロイックミラー５の図１において左側にはベンドミラー９が設けられており、このベンドミラー９の下方には二次元レーザ加工ヘッド１１が設けられている。しかも、この二次元レーザ加工ヘッド１１内には単数の集光レンズ１３が備えられている。また、前記二次元レーザ加工ヘッド１１の下方には加工すべきワークＷが図１において左右方向および紙面に対して直交する方向へ移動自在に設けられている。
【００２８】
上記構成により、ＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂからそれぞれ異波長のＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２が出力されてダイクロイックミラー５における同一軸上に集合される。この集合されたＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２はベンドミラー９で曲げられて二次元レーザ加工ヘッド１１内に備えられた単数の集光レンズ１３で集光される。ついで、単数の集光レンズ１３で集光されたＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２は加工すべきワークＷへ向けられて照射されることにより、ワークＷにレーザ加工が行われることになる。
【００２９】
前記ＹＡＧレーザビームＬＢ１とＣＯ２レーザビームＬＢ２を同一軸に導き集光させたときに、屈折率の違いにより焦点が変わる。そこで、例えばＹＡＧ焦点にワークＷを置いた場合、ＣＯ２レーザビームＬＢ２は完全に集光されていないため、エネルギー密度が低い。すなわち、このＣＯ２レーザビームＬＢ２を予熱として利用し、レーザ加工が行われることとなる。その結果、レーザ加工時の微細クラックの防止を図ることができると共に高速化、省エネルギー化を図ることができる。
【００３０】
前記レーザ加工としては、切断、溶接および表面焼き入れが挙げられ、さらに、溶接加工とクラッディング加工との複合加工も行うことができる。ワークＷとしてタングステンを用いて溶接を行い、ニッケルでクラッディング加工が行われる。
【００３１】
上記の場合に、ワークＷに切断、溶接を行うとき、ＣＯ２レーザビームＬＢ２で予熱し、ＹＡＧレーザビームＬＢ１で切断が行われる。また、ＣＯ２レーザビームＬＢ２で予熱し、ＹＡＧレーザビームＬＢ１で切断が行われ、さらに、ＣＯ２レーザビームＬＢ２で焼鈍が行われる。ＣＯ２レーザビームＬＢ２で予熱し、ＹＡＧレーザビームＬＢ１で溶接が行われる。あるいは、ＣＯ２レーザビームＬＢ２で予熱し、ＹＡＧレーザビームＬＢ１でクラッディングが行われ、さらに、ＣＯ２レーザビームＬＢ２でる。焼鈍が行われる。
【００３２】
図２には図１に代わる他の実施の形態が示されている。図２において、図１における部品と同じ部品には同一の符号を付して異なる点について説明すると、二次元レーザ加工ヘッド１１の代わりに三次元レーザ加工ヘッド１５を設けたものである。この三次元レーザ加工ヘッド１５は複数のベンドミラー１７、１９と単数の集光レンズ２１を備えている。この三次元レーザ加工ヘッド１５を使用した場合には例えばワークＷを固定し、三次元レーザ加工ヘッド１５を図２において左右方向、紙面に対して直交する方向および上下方向へ移動せしめてレーザ加工が行われるものである。
【００３３】
上記構成により、ＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂからそれぞれ異波長のＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２が出力されてダイクロイックミラー５における同一軸上に集合される。この集合されたＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２はベンドミラー９で曲げられて二次元レーザ加工ヘッド１１内に備えられたベンドミラー１７、１９で曲げられた後、単数の集光レンズ２１で集光される。ついで、単数の集光レンズ２１で集光されたＹＡＧレーザビームＬＢ１、ＣＯ２レーザビームＬＢ２は加工すべきワークＷへ向けられて照射されることにより、ワークＷにレーザ加工が行われることになる。
【００３４】
而して、上記の実施の形態と同様の作用が行われると共に効果を発揮するものである。
【００３５】
図３、図４にはそれぞれ図１、図２に代わる他の実施の形態が示されている。
図３、図４において、図１、図２における部品と同じ部品には同一の付して重複する説明は省略する。すなわち、図３、図４において、ＹＡＧレーザ発振器３Ａと漏れ光吸収ダンパー７との間における水平上にはＹＡＧレーザ発振器３Ａから漏れ光吸収ダンパー７に向けてコリメーションミラー２３、ダイクロイックミラー２５が設けられている。しかも、ダイクロイックミラー２５は、ベンドミラー９の下方に設けられている。
【００３６】
上記構成により、図３、図４において、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂ、ＹＡＧレーザ発振器３Ａからそれぞれ異波長のＣＯ２レーザビームλ１、ＹＡＧレーザビームλ２が出力されて、ＣＯ２レーザビームλ１はベンドミラー９で曲げられた後、ダイクロイックミラー２５へ、また、ＹＡＧレーザビームλ２はコリメーションミラー２３を経て、ＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２はダイクロイックミラー２５における同一軸上に集合される。この集合されたＣＯ２レーザビームλ１、ＹＡＧレーザビームλ２は二次元レーザ加工ヘッド１１の場合にはそのまま単数の集光レンズベンドミラー９へ、三次元レーザ加工ヘッド１５の場合には三次元レーザ加工ヘッド１５内に備えられたベンドミラー１７、１９で曲げられた後、単数の集光レンズ２１で集光される。ついで、単数の集光レンズ１３、２１で集光されたＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２は、図５に示されているように、加工すべきワークＷへ向けられて照射されることにより、ワークＷにレーザ切断加工と面取り加工が同時に行われることになる。
【００３７】
波長の異なるＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２を同時にワークＷに照射すると、単数の集光レンズ１３，２１を通過したときに屈折率の違いにより焦点が変わっているため、ワークＷの表面には切断幅より幅広くレーザビームが照射される。そのＹＡＧレーザビームλ２により、切断部端面が溶け、Ｒ面取り加工やＣ面取り加工を行うことができる。
【００３８】
しかも、図５に示されているように、Ｒ面取りやＣ面取りの大きさは集光レンズ１３，２１とワークＷのとの距離Ｌによって任意に変えられる。あるいは集光レンズ１３，２１は固定でＹＡＧレーザビームλ２の出力、切断速度、アシストガスの種類を変えることにより任意に変えられるものである。その一例として、図６、図７にそれぞれ示されているように、Ｒ面取り加工やＣ面取り加工の場合、ＹＡＧレーザビームλ２の出力とコーナＲ、コーナＣとの関係があり、一定の加工条件下のもとでＹＡＧレーザビームλ２の出力の変化によりコーナＲ、コーナＣの大きさを変えることができるものである。
【００３９】
したがって、ＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂから出力された各異波長のＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２は同一光軸に集合された後、この集合されたＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２はレーザ加工ヘッド１１、１５に備えられた単数の集光レンズ１３，２１で集光される。ついで、単数の集光レンズ１３，２１で集光されたＣＯ２レーザビームλ１とＹＡＧレーザビームλ２は加工すべきワークＷへ向けて照射されてワークＷにレーザ切断加工と面取り加工が同時に行われるから、面取り加工の二次加工の工程を削除でき、従来のヤスリ仕上げに対して面取りの品質の向上を図ることができる。
【００４０】
前記図１〜図４において、ＹＡＧレーザ発振器３Ａ、ＣＯ２レーザ発振器３Ｂを用いる代わりに、複数のレーザ発振器として異波長かつ異エネルギー密度を出力せしめるレーザ発振器を用いて対応することもできる。
【００４１】
なお、この発明は、前述した発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。前述した実施の形態において、漏れ光吸収ダンパー７を設けなくても構わない。また、レーザビームは２波長でなく複数の波長であっても構わない。
【００４５】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、複数のレーザ発振器から出力された各異波長のレーザビームは同一光軸に集合された後、この集合されたレーザビームはレーザ加工ヘッドに備えられた単数の集光レンズで集光される。ついで、単数の集光レンズで集光されたレーザビームは加工すべきワークへ向けて照射されてワークにレーザ切断加工と面取り加工が同時に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレーザ加工装置を説明する説明図である。
【図２】この発明の他のレーザ加工装置を説明する説明図である。
【図３】この発明の図１に代わるレーザ加工装置を説明する説明図である。
【図４】この発明の図２に代わる他のレーザ加工装置を説明する説明図である。
【図５】図３、図４に示したレーザ加工装置でレーザ切断加工と面取り加工を同時に行ったときの作用説明図である。
【図６】レーザ出力とコーナＲとの関係を示したグラフである。
【図７】レーザ出力とコーナＣとの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１  レーザ加工装置
３Ａ  ＹＡＧレーザ発振器
３Ｂ  ＣＯ２レーザ発振器
５，２５  ダイクロイックミラー
７  漏れ光吸収ダンパー
９  ベンドミラー
１１  二次元レーザ加工ヘッド
１３、２１  集光レンズ
１７、１９  ベンドミラー
２３  コリメーションミラー
【図１】
0004627893.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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