(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて加工物にレーザ溶接加工を行うレーザ加工方法において、レーザ発光体を、上記加工物の加工形状に応じた大きさの平面状に、かつマトリックス状に配列した２次元レーザアレイからなるレーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装置の２次元レーザアレイの各レーザ発光体をそれぞれ独立して電源装置に接続すると共に、その２次元アレイの各レーザ発光体を点灯させると共に各レーザ発光体の位相制御を行うマトリックス点灯制御手段を、２次元レーザアレイと電源装置とに接続し、他方、上記レーザ発生装置を、加工物が載置された載置テーブルに対向して配置し、上記マトリックス点灯制御手段で、上記電源装置からの電圧を印加すべき２次元レーザアレイのレーザ発光体の制御を行って、溶接すべき加工物の位置に対応した２次元レーザアレイのレーザ発光体とそのレーザ発光体に隣り合ったレーザ発光体を点灯させてレーザ光を加工物に照射すると共に、加工物の加工物形状に沿って対応するレーザ発光体を順次点灯させて照射位置を連続的に移動し、かつ、その照射位置で点灯されるレーザ発光体に隣り合った２次元レーザアレイのレーザ発光体を同時に点灯させると共に、これら隣り合ったレーザ発光体のレーザ光をそれぞれ位相制御して回折効果により上記点灯すべきレーザ発光体のレーザ光に集光させ、この集光されたレーザ光により加工物をレーザ溶接加工することを特徴とする２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法に係り、特に、機械駆動機構を必要としない２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザを加工物に照射することでレーザ加工を行うレーザ加工装置においては、加工物に対するレーザ光の照射位置を移動させる手法として、主に２つの方法が挙げられる。一つは、レーザ光の照射位置は固定し、加工物を載置する載置テーブル自体を、アクチュエータを用いてＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ駆動させる方法であり、もう一つは、加工物のＸ−Ｙ軸を高速でスキャニングする回転走査型アクチュエータ（ポリゴンミラー等）を介してレーザ光を照射し、レーザ光の照射位置を振りながら加工物にレーザ光を照射する方法である。
【０００３】
これらのアクチュエータによって、加工物に対するレーザ光の照射位置を移動させることができ、レーザ加工が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ光の照射位置の移動速度は、これらのアクチュエータに依存していることから、アクチュエータの駆動限界速度によって移動速度の上限が決まってしまう。
【０００５】
また、移動速度の高速化を図るためには、軌跡精度を保証すべくアクチュエータを大型化する必要が生じてくる。これに伴って、加工装置自体の剛性を高める必要が生じ、また、機械振動又は振動音がより大きくなり、レーザ光に揺らぎが生じたりすることから、レーザ加工の精度およびレーザ加工後の加工物の品質に影響がでる。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高速のレーザ加工が可能で、かつ、レーザ加工精度が良好な２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく本発明に係る２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法は、レーザ光を用いて加工物にレーザ溶接加工を行うレーザ加工方法において、レーザ発光体を、上記加工物の加工形状に応じた大きさの平面状に、かつマトリックス状に配列した２次元レーザアレイからなるレーザ発生装置を形成し、このレーザ発生装置の２次元レーザアレイの各レーザ発光体をそれぞれ独立して電源装置に接続すると共に、その２次元アレイの各レーザ発光体を点灯させると共に各レーザ発光体の位相制御を行うマトリックス点灯制御手段を、２次元レーザアレイと電源装置とに接続し、他方、上記レーザ発生装置を、加工物が載置された載置テーブルに対向して配置し、上記マトリックス点灯制御手段で、上記電源装置からの電圧を印加すべき２次元レーザアレイのレーザ発光体の制御を行って、溶接すべき加工物の位置に対応した２次元レーザアレイのレーザ発光体とそのレーザ発光体に隣り合ったレーザ発光体を点灯させてレーザ光を加工物に照射すると共に、加工物の加工物形状に沿って対応するレーザ発光体を順次点灯させて照射位置を連続的に移動し、かつ、その照射位置で点灯されるレーザ発光体に隣り合った２次元レーザアレイのレーザ発光体を同時に点灯させると共に、これら隣り合ったレーザ発光体のレーザ光をそれぞれ位相制御して回折効果により上記点灯すべきレーザ発光体のレーザ光に集光させ、この集光されたレーザ光により加工物をレーザ溶接加工するものである。
【００１１】
以上の方法によれば、加工物の加工形状に応じて各レーザ発光体を点灯させることで、載置テーブル上に載置された加工物に対して、所望の形状のレーザ加工を行うことができる。
【００１２】
マトリックス上で、点灯すべきレーザ発光体とそのレーザ発光体に隣り合ったレーザ発光体を同時に点灯させると共に、これら隣り合ったレーザ発光体のレーザ光をそれぞれ位相制御して回折効果により各レーザ光を集光させ、この集光されたレーザ光により加工物をレーザ溶接加工することで、加工物を移動させることなく高速度のレーザ溶接加工が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１４】
本発明に係る２次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置の斜視概略図を図１に、レーザ加工装置における２次元レーザアレイの平面図を図２に示す。
【００１５】
図１、図２に示すように、レーザ発光体２２を、加工物の加工形状に応じて平面状に、かつ、マトリックス状に配列した２次元レーザアレイ２１からなるレーザ発生装置１と、レーザ発生装置１に対向して配置され、加工物３を載置するための載置テーブル２と、レーザ発生装置１に接続され、加工物３の加工形状に応じて各レーザ発光体を点灯させるマトリックス点灯制御手段４とで構成されるものである。
【００１６】
レーザ発生装置１は電源装置５を備えており、２次元レーザアレイ２１の各レーザ発光体２２はそれぞれ独立して電源装置５と接続されている。また、マトリックス点灯制御手段４は、２次元レーザアレイ２１の、点灯すべきレーザ発光体２２とそのレーザ発光体２２に隣り合うレーザ発光体２２を同時に点灯させると共に、これらレーザ発光体２２のレーザ光Ｌをそれぞれ位相制御し、回折効果により各レーザ光Ｌを集光させる位相制御手段（図示せず）を備えている。
【００１７】
レーザ発光体２２としては、コヒーレンシーが高く、２次元配置が容易なものであれば特に限定するものではなく、例えば、半導体レーザ、又は半導体レーザ励起固体レーザ、或いはレーザ光を光ファイバ伝送させてなるファイバレーザ等が挙げられる。特に、小型で、低電圧で動作可能な半導体レーザや、シングルモードのレーザ光を光ファイバ伝送させてなるファイバレーザが好ましい。
【００１８】
次に、本発明に係る２次元レーザアレイを用いたレーザ加工方法を添付図面に基いて説明する。
【００１９】
先ず、図１に示した電源装置５によって、レーザ発生装置１における２次元レーザアレイ２１の、あるレーザ発光体２２、例えば、図２（ａ）に示すＡのレーザ発光体２２に電圧を印加する。これによって、Ａのレーザ発光体２２が点灯すると共に、Ａのレーザ発光体２２からレーザ光Ｌが照射され、載置テーブル２上の加工物３に照射される。
【００２０】
この時、１つのレーザ発光体２２から照射されるレーザ光Ｌのエネルギー密度（出力）は、レーザ溶接加工を行うには不十分である。このため、レーザ溶接加工に必要な出力を得るべく、複数のレーザ発光体２２から照射される各レーザ光Ｌの集光を行う。具体的には、マトリックス点灯制御手段４を用いて、電圧を印加すべきレーザ発光体２２の制御を行い、図２（ａ）に示すように、Ａのレーザ発光体２２及びその近傍で隣り合ったレーザ発光体（図２（ａ）中では斜線領域で表示された上下及び左右のレーザ発光体）２２を同時に点灯させ、５つのレーザ発光体２２からレーザ光Ｌを照射させる。
【００２１】
本発明においては、これらのレーザ光Ｌの位相を、位相制御手段（図示せず）を用いて制御しているため、光の回折効果により各レーザ光Ｌが集光され、レーザ加工に十分な出力、例えば、１Ｗ〜数ｋＷ（又は数十ｋＷ）のレーザ光Ｌ（図３中では、波長λ、レーザ強度Ｓのレーザ光Ｌ）を得ることができる。
【００２２】
その後、集光されたレーザ光Ｌを用い、加工物３に対してレーザ加工を連続的に行ってゆくには、加工物３に対するレーザ光Ｌの照射位置を連続的に移動させる必要がある。本発明においては、レーザ光Ｌの照射位置を連続的に移動させる際、機械的駆動系を用いるのではなく、２次元レーザアレイ２１におけるレーザ発光体２２の点灯箇所を変えることで、レーザ光Ｌを移動させている。
【００２３】
具体的には、マトリックス点灯制御手段４によって、レーザ発光体２２の点灯箇所を制御し、所定のパターン（例えば、加工物３の加工形状に対応した点灯パターン）に従ってレーザ発光体２２を連続的に点灯させる。より具体的には、図２（ｂ）に示すように、Ａのレーザ発光体２２及びその近傍で隣り合ったレーザ発光体２２を点灯させた後、Ｂのレーザ発光体２２及びその近傍で隣り合ったレーザ発光体（図２（ｂ）中では斜線領域で表示された上下及び左右のレーザ発光体）２２を点灯させ、その後、図２（ｃ）に示すように、Ｃのレーザ発光体２２及びその近傍で隣り合ったレーザ発光体（図２（ｃ）中では斜線領域で表示された上下及び左右のレーザ発光体）２２を点灯させる。
【００２４】
つまり、マトリックス点灯制御手段４によってレーザ発光体２２の点灯箇所をＡ→Ｂ→Ｃ→…の順に連続的に移動させることによって、点灯箇所の移動に対応して加工物３に対するレーザ光Ｌの照射位置が連続的に移動し、加工物３に対するレーザ加工が連続的になされる。
【００２５】
本発明に係る２次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置によれば、加工物３に対するレーザ光Ｌの照射位置の移動を、アクチュエータ等の機械駆動系を用いて行うのではなく、マトリックス点灯制御手段４によりレーザアレイ２１におけるレーザ発光体２２の点灯箇所を電子制御している。このため、レーザ光Ｌの照射位置の移動速度は、マトリックス点灯制御手段４、即ち、コンピュータの処理速度に依存することになる。よって、コンピュータの処理速度が速ければ速い程、移動速度を速くすることができ、理論上の移動速度の上限値は、光速度となる。
【００２６】
また、レーザ光Ｌの照射位置の移動速度を高速にする際も、マトリックス点灯制御手段４の処理速度を速めるだけで済むことから、従来のレーザ加工装置のように、加工装置自体の剛性を高める必要もなく、また、外乱（機械振動又は振動音の発生）によるレーザ光の揺らぎもない。このため、レーザ加工の精度およびレーザ加工後の加工物の品質が良好となる。
【００２７】
さらに、加工物３に照射される集光されたレーザ光Ｌの出力調整は、点灯させるレーザ発光体２２の個数を、マトリックス点灯制御手段４を用いて増減させることで、任意に調整可能である。
【００２８】
また、加工物３に照射される集光されたレーザ光Ｌの位置決め等は、レーザ発光体２２の点灯箇所によって決定されるものであることから、従来のレーザ加工装置のように、機械的駆動系の製作精度に影響されることはなく、高精度に所望のレーザ加工を行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３２】
（１）  加工物に対するレーザ光の照射位置の移動を、機械的駆動系ではなく、マトリックス点灯制御手段によりレーザアレイにおけるレーザ発光体の点灯箇所を電子制御している。このため、レーザ光の照射位置の移動速度は、マトリックス点灯制御手段の処理速度に依存することとなり、高速度のレーザ加工が可能となる。
【００３３】
（２）  レーザ光の照射位置の移動速度を高速にする際も、マトリックス点灯制御手段の処理速度を速めるだけで済むことから、移動速度の高速化に伴って外乱によるレーザ光の揺らぎは生じない。このため、レーザ加工の精度およびレーザ加工後の加工物の品質が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元レーザアレイを用いたレーザ加工装置の斜視概略図である。
【図２】レーザ加工装置における２次元レーザアレイの平面図である。
【図３】回折効果によりレーザ光を集光させた時におけるレーザ強度のピークを示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ発生装置
２  載置テーブル
３  加工物
４  マトリックス点灯制御手段
２１  ２次元レーザアレイ
２２  レーザ発光体
Ｌ  レーザ光
【図１】
0004782272.tif 000002
【図２】
0004782272.tif 000003
【図３】
0004782272.tif 000004