JP2003048095A - Laser beam machining head and method for machining using the head - Google Patents
Laser beam machining head and method for machining using the headInfo
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Abstract
Description
【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ヘッド及
びこれを用いる加工方法に関し、特に被加工部材の表面
改質及び肉盛溶接等に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザビームが有する大きな
エネルギーを利用した鋼材の表面改質及び肉盛溶接等の
加工が行われている。これは、図5に示すように、例え
ばYAGレーザ発振器が発振するレーザ光を光ファイバ
1で加工位置近傍まで導き、光ファイバ1の端面から出
射したレーザ光2を集光光学系3で集光して絞り込んだ
小径の集光レーザビーム4を得、この集光レーザビーム
4を被加工部材5である鋼材等の表面に照射するもので
ある。このとき、突合せ溶接、溶断等の加工を行う場合
には、被加工部材5の加工部位が前記集光光学系3の焦
点Fの位置に占位するよう集光光学系3を含むレーザ加
工ヘッドの高さ位置を調整してある。集光レーザビーム
4のエネルギー密度が最大の位置で所定の加工を行うた
めである。ただ、表面改質及び肉盛溶接等の場合には、
これよりもエネルギー密度が小さくても良いので、焦点
Fの位置よりも若干上方に被加工部材5の加工部位が占
位するよう位置を調節してある。
【0003】また、被加工部材5の表面改質及び肉盛溶
接の場合、所定の広がりを有する加工領域でレーザ加工
ヘッドを移動させているが、加工部位に照射される集光
レーザビーム4の強度はその横断面形状の全域で均一で
はなく、一般に中心部が最も大きく、周辺部に行くほど
小さくなるという傾向を有している。したがって、加工
時の或るパスに隣接する次のパスの部位の加工の際に
は、両パスにおける加工部位が端部で若干オーバラップ
するようにレーザ加工ヘッドの移動経路を制御してい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
おいては、レーザ加工ヘッドに内蔵する集光光学系3か
ら出射した集光レーザビーム4を、被加工部材5の表面
に集光させているので、集光光学系3の焦点距離が短い
場合には、この集光光学系を有するレーザ加工ヘッドが
周囲の部材と干渉し、狭隘な場所での所定の加工が困難
になっていた。
【0005】さらに、レーザビームの横断面内での強度
の不均一に起因する加工部位の端部の加工をオーバラッ
プさせる場合のラップ代の制御が難しいという問題もあ
る。
【0006】一方、集光レーザビーム4の横断面形状内
での強度の均一化を図る目的で、カライドスコープが利
用されている。これは、筒状部材の中に集光レーザビー
ム4を導入し、その内部で多重反射を行わせることによ
りビーム強度の平均化を図るものである。この場合、カ
ライドスコープ内における反射の数が多ければ多いほ
ど、ビーム強度の平均化を図ることはできるが、反面、
集光レーザビーム4のエネルギーは漸減する。すなわ
ち、集光レーザビーム4の強度分布の均一化は、同時に
その強度の低減という問題も生起する。
【0007】本発明は、上記従来技術に鑑み、加工に十
分なエネルギー密度を有する細径の平行レーザビームを
形成するとともに、この平行レーザビームの横断面にお
ける強度分布の均一化も達成し得るレーザ加工ヘッド及
びこれを用いる切断・溶接方法を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。
【0009】1) 入射したレーザ光を集光して出射す
る集光光学系と、この集光光学系で集光して絞り込んだ
集光レーザビームを入射して、これを長焦点の平行光で
ある平行レーザビームに成形して出射する第1の平行光
光学系と、この平行光光学系が出射する平行レーザビー
ムを取り込んで、その横断面形状における強度分布を均
一化して出射するプリスムと、このプリスムが出射する
レーザ光を平行レーザビームに成形して出射する第2の
平行光光学系とを有すること。ここで、第1の平行光学
系としては、凹レンズで好適に構成し得る。すなわち平
凹レンズ及び両凹レンズの何れも使用することができ
る。第2の平行光学系としては、拡散するプリスムの出
射光を再度コリメートする凹レンズ好適に構成し得る。
【0010】2) 上記1)に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、集光光学系は、これが出射する集光レーザ
ビームの収差を除去するよう複数枚のレンズを組み合わ
せた組レンズで構成したこと。
【0011】3) 上記1)に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、プリスムは、三角柱で形成したこと。
【0012】4) 上記1)に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、プリスムは、多角錐で形成したこと。
【0013】5) 上記1)に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、プリスムは、平行レーザビームの光軸に対
して直角な回転軸回りに回転するように構成したこと。
【0014】6) 上記1)乃至5)の何れか一つに記
載するレーザ加工ヘッドと、被加工部材の少なくとも上
方に配設され、被加工部材の加工部位の状態を検出する
状態検出センサと、状態検出センサの出力信号を解析し
て加工部位の状態を表す情報を出力するデータ解析手段
と、前記加工ヘッドに向けてレーザ光を出射するレーザ
発振器の出力、波形等を、前記データ解析手段の情報に
基づき制御するレーザ制御手段と、前記加工ヘッドを加
工部位に沿って走行させる駆動源の走行速度等を制御す
る加工ヘッド走行制御手段とを有すること。ここで、状
態検出センサとしては、加工部位の状態に関する多くの
情報を含む画像情報を得るCCDカメラ等の撮像手段が
最適であるが、これに限らず、当該状態を特定する音、
光等であっても良い。
【0015】7) 上記1)乃至5)に記載する何れか
一つに記載するレーザ加工ヘッドと、被加工部材の上方
に配設され、被加工部材の肉盛溶接部位の状態を検出す
る状態検出センサと、状態検出センサの出力信号を解析
して肉盛溶接部位の状態を表す情報を出力するデータ解
析手段と、前記加工ヘッドに向けてレーザ光を出射する
レーザ発振器の出力、波形等を、前記データ解析手段の
情報に基づき制御するレーザ制御手段と、肉盛溶接部位
にフィラワイヤ等の溶接材を供給する溶接材供給手段
と、前記データ解析手段が出力する肉盛溶接部位の情報
に基づき溶接材供給手段を介して供給する溶接材の供給
速度等を制御する溶接材供給制御手段と、前記加工ヘッ
ドを溶接部位に沿って走行させる駆動源の走行速度等を
制御する加工ヘッド走行制御装置とを有すること。ここ
で、状態検出センサとしては、加工部位の状態に関する
多くの情報を含む画像情報を得るCCDカメラ等の撮像
手段が最適であるが、これに限らず、当該状態を特定す
る音、光等であっても良い。また、溶接材としては、従
来より肉盛溶接の溶接材として使用されているフィラワ
イヤ、シート、粉体の何れを用いても良い。
【0016】8) レーザ光を集光して絞り込んだ集光
レーザビームを長焦点の平行光である平行レーザビーム
に成形し、さらにこの平行レーザビームをプリズムに入
射してその横断面形状における強度分布を均一化すると
ともに、その出射光を再度平行化して得る平行レーザビ
ームを被加工部材の表面に照射してこの被加工部材の表
面処理を行うこと。
【0017】9) レーザ光を集光して絞り込んだ集光
レーザビームを長焦点の平行光である平行レーザビーム
に成形し、さらにこの平行レーザビームをプリズムに入
射してその横断面形状における強度分布を均一化すると
ともに、その出射光を再度平行化して得る平行レーザビ
ームをフィラワイヤ等の溶接材とともに被加工部材の溶
接部位に供給してこの被加工部材の肉盛溶接を行うこ
と。
【0018】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。
【0019】図1は、本発明の実施の形態に係るレーザ
加工ヘッドを示す説明図で、(a)は全体図、(b)は
そのA部を抽出して示す拡大図、(c)はそのB部を抽
出して示す拡大図、(d)は(c)に示す部分の出射光
の強度分布を説明するための図である。同図に示すよう
に、光ファイバ1はレーザ発振器から出射されたレーザ
光を当該レーザ加工ヘッドIの位置迄導くもので、その
先端部からレーザ光2を照射する。集光光学系3は、入
射したレーザ光2を集光して絞り込んだ集光レーザビー
ム4を出射する。本形態における集光光学系3は、これ
が出射する集光レーザビーム4の収差を除去するよう複
数枚のレンズを組み合わせた組レンズで構成してある。
このことにより、後述する第1の平行光光学系6の出射
光として得る平行レーザビーム7の平行度を良好に保持
し得る。
【0020】第1の平行光光学系6は、集光光学系3で
集光して絞り込んだ集光レーザビーム4を入射して、こ
れを長焦点の平行光である平行レーザビーム7に成形し
て出射する。この第1の平行光光学系6は、図1(b)
に示すように、例えば平凹レンズ6aで好適に形成し得
る。また、両凹レンズであっても勿論良い。図中、6b
は保護ガラスである。
【0021】第1の平行光光学系6が出射する平行レー
ザビーム7は、図1(b)により詳細に示すように、プ
リスム8で、その横断面形状における強度分布が均一に
なるよう平行レーザビーム7の方向依存性を除去した
後、第2の平行光光学系9を介し、均質化された平行レ
ーザビーム10として被加工部材5に向け照射される。
すなわち、図1(d)に示すように、円形の平行レーザ
ビーム10は横断面形状の全域で均質化された強度を有
するものとなる。ここで、プリズム8は平行光光学系6
が出射する平行レーザビーム7を取り込んで、その横断
面形状における強度分布を均一化して出射するととも
に、第2の平行光光学系9はプリスム8が出射する拡散
光であるレーザ光11を平行レーザビーム10にコリメ
ートして出射する。
【0022】本形態におけるプリズム8は三角プリズム
(三角柱プリズム)である。したがって、図2(a)に
示すように、径φ1 の平行レーザビーム7が、或る横断
面形状で、中心部が最も大きく、周辺部(図の左右方
向)に行くにつれて漸減する強度分布特性を有していた
とすると、これがプリズム8に入射した場合、プリズム
8に固有の屈折率により屈折され、図2(b)に二点鎖
線で示すように、中心線に対して左右の強度が反転した
強度分布とすることができる。したがって、かかる強度
分布を足し合わせたプリズム8の出射光であるレーザ光
11の強度分布は、図2(b)に実線で示すように、中
心部から周辺部に至る各点でほぼ均一なものとなる。こ
の結果、レーザ光11をコリメートした平行レーザビー
ム10も均質な強度分布を有するものとなる。
【0023】なお、本形態におけるプリズム8は三角柱
のものを用いたが、勿論これに限定するものではない。
三角錐、四角錐等、一般に多角錐であれば良い。三角錐
の場合は入射した平行レーザビーム7を3分割し、また
四角錐の場合は4分割するので、角数が多い程より均質
化を図り得る。そこで、所望の均質化の程度を考慮して
角数を適宜選定すれば良い。また、プリスム8は、平行
レーザビーム7の光軸に対して直角な回転軸回りに回転
するように構成しても良い。この場合、回転数に応じ
て、任意の角数の多角錐を使用した場合と同様の効果を
得る。
【0024】上述の如き実施の形態に係るレーザ加工ヘ
ッドIを用いれば、軸方向の各部の横断面におけるエネ
ルギー密度が長大な範囲でほぼ同じ平行レーザビーム
7、10を得ることができる。そして、この平行レーザ
ビーム7、10自体の径は、例えば5mmφ程度と、任
意の細さとすることができる。この結果、被加工部材5
に至るまでの狭隘部を介して当該レーザ加工ヘッドI
が、被加工部材5から遠く離れた位置にあっても、被加
工部材5の加工を行うのに十分な大きなエネルギーの平
行レーザビーム10を被加工部材5に照射することがで
きる。すなわち、被加工部材5の周辺に他の部材が点在
するような場所であっても良好に目的の加工を行うこと
ができる。
【0025】さらに、本形態に係るレーザ加工ヘッドI
から最終的に照射される平行レーザビーム10はその横
断面形状全領域でのレーザ強度密度が均一であるため、
加工部位の隣接する各パス間の複雑なラップ代の制御を
行うことなく、十分均質な加工を行うことができる。ま
た、この均質化に当たり、プリズム8を使用しているの
で、カライドスコープを用いた場合等におけるレーザ光
の減衰という問題を発生することもない。すなわち、平
行レーザビーム7を減衰させることなく、所望の均質化
を図ることができる。
【0026】図3は本発明の実施の形態に係るレーザ加
工装置を示すブロック線図である。ここで、加工ヘッド
Iは、図1に示すものである。すなわち、横断面形状内
での強度分布の均一化を図った長焦点の平行レーザビー
ム10を被加工部材5に向けて照射し得るものである。
状態検出センサ21は、被加工部材5の上方に配設さ
れ、被加工部材5の加工部位の状態を検出するものであ
る。この場合の加工は、被加工部材5の表面を溶融処理
する改質加工であるため、当該加工部位の映像を取込む
ことができるCCDカメラ等が好適である。データ解析
装置22は、状態検出センサ21の出力信号(状態検出
センサ21がCCDカメラの場合には映像信号)を解析
して加工部位の状態を表す情報を出力する。レーザ制御
装置23は、前記加工ヘッドIに向けてレーザ光を出射
するレーザ発振器24の出力、波形等を、前記データ解
析装置22の情報に基づき制御する。すなわち、前記デ
ータ解析装置22の情報に基づき、被加工部材5の板
厚、加工ヘッドIの移動速度等をパラメータとして最適
な強度のレーザ光が出力されるよう制御する。光ファイ
バ25はレーザ発振器24が照射したレーザ光を加工ヘ
ッドIに導入するためのものである。加工ヘッド走行制
御装置25は、データ解析装置22が出力する加工部位
の情報に基づき加工ヘッドIを被加工部材5の加工線に
沿って走行させる駆動源26の駆動速度等を制御する。
ここで、加工ヘッド走行制御装置25は、データ解析装
置22が出力する切断部位の情報に基づき所定の走行制
御を行う必要はなく、データ解析装置22からは独立し
た速度制御系とすることも可能である。この場合は、加
工ヘッド走行制御装置25は、予め設定された速度で加
工ヘッドIが走行するよう制御する。
【0027】かかるレーザ加工装置においては、駆動源
26で加工ヘッドIを走行させながら平行レーザビーム
10を被加工部材5の加工線に沿って照射する。このと
き平行レーザビーム10は被加工部材5のその長手方向
の長大な範囲に亘り各部の横断面の面積が等しい、すな
わちエネルギー密度が等しいビームとなるので、狭隘部
を介して遠方からこの平行レーザビーム10を照射する
ことができる。したがって、被加工部材5の加工形状、
場所等にかかわらず良好な所望の加工を行うことができ
る。
【0028】同時に、被加工部材5の加工部位に照射さ
れる平行レーザビーム10は、その横断面形状内の全領
域におけるビーム強度が均質なものとなっているので、
両パス間に隙間が空かないように加工ヘッドIの走行経
路の制御を行うだけで良く、隣接するパス間の重なり代
の制御を正確に行う必要がない。このため、走行制御が
従来に較べ飛躍的に簡単になる。
【0029】図4は本発明の実施の形態に係るレーザ溶
接装置を示すブロック線図である。本形態に係るレーザ
溶接装置は肉盛溶接を行うための溶接装置であり、その
加工ヘッドIは、図1に示すものである。すなわち、横
断面形状内での強度分布の均一化を図った長焦点の平行
レーザビーム10を被加工部材5の加工部位に照射する
ものである。また、加工部位に肉盛溶接の溶接材である
フィラワイヤを供給する供給系を設けた以外は、図3に
示すレーザ加工装置と同様の構成となる。そこで、図4
中、図3と同一部分には同一番号を付し、重複する説明
は省略する。
【0030】フィラワイヤ供給装置31は、被加工部材
5の溶接部位にフィラワイヤを供給するものである。フ
ィラワイヤ供給制御装置32は、データ解析装置22が
出力する溶接部位の情報に基づきフィラワイヤ供給装置
31を介して供給するフィラワイヤの供給速度等を制御
する。ここで、溶接材としてフィラワイヤに限定するも
のではない。粉体状の溶接材、シート状の溶接材を供給
するようにしても勿論、良い。
【0031】かかるレーザ溶接装置においては、駆動源
26で加工ヘッドIを走行させながらフィラワイヤとと
もに平行レーザビーム10を被加工部材5の溶接線に沿
って照射する。このとき、本形態でも図3に示す加工装
置と同様の平行レーザビーム10を使用しているので、
狭隘部を介して遠方からこの平行レーザビーム10を照
射することができる。したがって、被加工部材5の加工
形状、場所等にかかわらず良好な所望の加工を行うこと
ができる。
【0032】同時に、被加工部材5の加工部位に照射さ
れる平行レーザビーム10は、その横断面形状内の全領
域におけるビーム強度が均質なものとなっているので、
図3に示す加工装置と同様に、両パス間に隙間が空かな
いように加工へッドIの走行経路の制御を行うだけで良
い。
【0033】
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、〔請求項1〕に記載する発明は、入射したレー
ザ光を集光して出射する集光光学系と、この集光光学系
で集光して絞り込んだ集光レーザビームを入射して、こ
れを長焦点の平行光である平行レーザビームに成形して
出射する第1の平行光光学系と、この平行光光学系が出
射する平行レーザビームを取り込んで、その横断面形状
における強度分布を均一化して出射するプリスムと、こ
のプリスムが出射するレーザ光を平行レーザビームに成
形して出射する第2の平行光光学系とを有するので、軸
方向の各部の横断面におけるエネルギー密度が長大な範
囲でほぼ同じ細径の平行レーザビームを得ることがで
き、狭隘部を介して当該レーザ加工ヘッドが、被加工部
材から遠方位置にあっても、被加工部材の加工を行うの
に十分な大きなエネルギーの平行レーザビームを被加工
部材に照射することができる。すなわち、被加工部材の
周辺に他の部材が点在するような場所であっても良好に
目的の加工を行うことができる。さらに、当該レーザ加
工ヘッドから最終的に照射される平行レーザビームの強
度を均一にすることができるので、加工部位の隣接する
各パス間の複雑なラップ代の制御を行うことなく、十分
均質な加工を行うことができる。また、この均質化に当
たり、プリズムを使用しているので、平行レーザビーム
を減衰させることなく、所望の均質化を図ることができ
る。
【0034】〔請求項2〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、集光光学系
は、これが出射する集光レーザビームの収差を除去する
よう複数枚のレンズを組み合わせた組レンズで構成した
ので、平行度の高い良質の平行レーザビームを得ること
ができ、〔請求項1〕に記載する発明の作用・効果を確
実且つ顕著なものとすることができる。
【0035】〔請求項3〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、プリスム
は、三角柱で形成したので、平行レーザビームの横断面
形状における強度の均質化を、この平行レーザビームを
減衰させることなく実現し得、〔請求項1〕に記載する
作用・効果を最も簡単な部材で確実に実現できる。
【0036】〔請求項4〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、プリスム
は、多角錐で形成したので、平行レーザビームの横断面
形状における強度の均質化を、この平行レーザビームを
減衰させることなく実現し得、均質化の程度を任意に選
択することができ、〔請求項1〕に記載する作用・効果
を良好且つ確実に実現できる。
【0037】〔請求項5〕に記載する発明は、〔請求項
1〕に記載するレーザ加工ヘッドにおいて、プリスム
は、平行レーザビームの光軸に対して直角な回転軸回り
に回転するように構成したので、多角錐プリスムを用い
たのと実効的に同様の均質化を図ることができる。
【0038】〔請求項6〕に記載する発明は、〔請求項
1〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載するレーザ加
工ヘッドと、被加工部材の少なくとも上方に配設され、
被加工部材の加工部位の状態を検出する状態検出センサ
と、状態検出センサの出力信号を解析して加工部位の状
態を表す情報を出力するデータ解析手段と、前記加工ヘ
ッドに向けてレーザ光を出射するレーザ発振器の出力、
波形等を、前記データ解析手段の情報に基づき制御する
レーザ制御手段と、前記加工ヘッドを加工部位に沿って
走行させる駆動源の走行速度等を制御する加工ヘッド走
行制御手段とを有するので、駆動源で加工ヘッドを走行
させながら平行レーザビームを被加工部材の加工線に沿
って照射することができる。このときの平行レーザビー
ムは被加工部材の長手方向の長大な範囲に亘り各部の横
断面の面積が等しい、すなわちエネルギー密度が等しい
ビームとなるので、狭隘部を介して遠方からこの平行レ
ーザビームを照射することができる。したがって、被加
工部材の加工形状、場所等にかかわらず良好な所望の加
工を行うことができる。同時に、被加工部材の加工部位
に照射される平行レーザビームは、その横断面形状内の
全領域におけるビーム強度が均質なものとなっているの
で、両パス間に隙間が空かないように加工ヘッドの走行
経路の制御を行うだけで良く、隣接するパス間の重なり
代の制御を正確に行う必要がない。このため、走行制御
が従来に較べ飛躍的に簡単になる。
【0039】〔請求項7〕に記載する発明は、〔請求項
1〕乃至〔請求項5〕に記載する何れか一つに記載する
レーザ加工ヘッドと、被加工部材の上方に配設され、被
加工部材の肉盛溶接部位の状態を検出する状態検出セン
サと、状態検出センサの出力信号を解析して肉盛溶接部
位の状態を表す情報を出力するデータ解析手段と、前記
加工ヘッドに向けてレーザ光を出射するレーザ発振器の
出力、波形等を、前記データ解析手段の情報に基づき制
御するレーザ制御手段と、肉盛溶接部位にフィラワイヤ
等の溶接材を供給する溶接材供給手段と、前記データ解
析手段が出力する肉盛溶接部位の情報に基づき溶接材供
給手段を介して供給する溶接材の供給速度等を制御する
溶接材供給制御手段と、前記加工ヘッドを溶接部位に沿
って走行させる駆動源の走行速度等を制御する加工ヘッ
ド走行制御装置とを有するので、〔請求項6〕に記載す
る装置と同様に、狭隘部を介して遠方からこの平行レー
ザビームを照射することができる。したがって、被加工
部材の加工形状、場所等にかかわらず良好な所望の肉盛
溶接を行うことができる。同時に、被加工部材の溶接部
位に照射される平行レーザビームは、その横断面形状内
の全領域におけるビーム強度が均質なものとなっている
ので、〔請求項6〕に記載する装置と同様に、隣接する
パス間の重なり代の制御を正確に行う必要がなく、走行
制御が従来に較べ飛躍的に簡単になるという効果を奏す
る。
【0040】〔請求項8〕に記載する発明は、レーザ光
を集光して絞り込んだ集光レーザビームを長焦点の平行
光である平行レーザビームに成形し、さらにこの平行レ
ーザビームをプリズムに入射してその横断面形状におけ
る強度分布を均一化するとともに、その出射光を再度平
行化して得る平行レーザビームを被加工部材の表面に照
射してこの被加工部材の表面処理を行うので、〔請求項
6〕に記載する発明と同様の効果を得る。
【0041】〔請求項9〕に記載する発明は、レーザ光
を集光して絞り込んだ集光レーザビームを長焦点の平行
光である平行レーザビームに成形し、さらにこの平行レ
ーザビームをプリズムに入射してその横断面形状におけ
る強度分布を均一化するとともに、その出射光を再度平
行化して得る平行レーザビームをフィラワイヤ等の溶接
材とともに被加工部材の溶接部位に供給してこの被加工
部材の肉盛溶接を行うので、〔請求項7〕に記載する発
明と同様の効果を得る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing head and a processing method using the same, and is particularly useful when applied to surface modification and build-up welding of a workpiece. Is. 2. Description of the Related Art Conventionally, processing such as surface modification and build-up welding of a steel material using a large energy of a laser beam has been performed. As shown in FIG. 5, for example, laser light oscillated by a YAG laser oscillator is guided to the vicinity of the processing position by the optical fiber 1, and the laser light 2 emitted from the end face of the optical fiber 1 is condensed by the condensing optical system 3. Thus, the condensed laser beam 4 having a small diameter is obtained, and the focused laser beam 4 is irradiated onto the surface of a steel material or the like as the workpiece 5. At this time, in the case of performing processing such as butt welding and fusing, a laser processing head including the condensing optical system 3 so that the processing portion of the workpiece 5 is located at the position of the focal point F of the condensing optical system 3. The height position of is adjusted. This is because predetermined processing is performed at a position where the energy density of the focused laser beam 4 is maximum. However, in the case of surface modification and overlay welding,
Since the energy density may be smaller than this, the position is adjusted so that the processing portion of the workpiece 5 is occupied slightly above the position of the focal point F. In the case of surface modification of the workpiece 5 and overlay welding, the laser processing head is moved in a processing area having a predetermined spread. The strength is not uniform over the entire cross-sectional shape, and generally has a tendency that the central portion is the largest and decreases toward the peripheral portion. Therefore, when machining the part of the next pass adjacent to a certain path at the time of machining, the moving path of the laser machining head is controlled so that the machining parts in both passes slightly overlap at the end. In the prior art as described above, the focused laser beam 4 emitted from the focusing optical system 3 built in the laser processing head is focused on the surface of the workpiece 5. Therefore, when the focal length of the condensing optical system 3 is short, the laser processing head having this condensing optical system interferes with surrounding members, making it difficult to perform predetermined processing in a narrow place. It was. Further, there is a problem that it is difficult to control the lapping margin when the machining of the end portion of the machining site caused by the non-uniformity of the intensity in the cross section of the laser beam is overlapped. On the other hand, a kaleidoscope is used for the purpose of making the intensity uniform within the cross-sectional shape of the focused laser beam 4. This is intended to average the beam intensity by introducing the focused laser beam 4 into a cylindrical member and performing multiple reflection inside thereof. In this case, the more the number of reflections in the kaleidoscope, the more the beam intensity can be averaged.
The energy of the focused laser beam 4 gradually decreases. That is, the homogenization of the intensity distribution of the focused laser beam 4 causes a problem that the intensity is reduced at the same time. In view of the above prior art, the present invention forms a small-diameter parallel laser beam having an energy density sufficient for processing, and can achieve uniform intensity distribution in the cross-section of the parallel laser beam. It is an object of the present invention to provide a machining head and a cutting / welding method using the same. The structure of the present invention which achieves the above object is characterized by the following points. 1) A condensing optical system that condenses and emits incident laser light, and a condensing laser beam condensed and narrowed by the condensing optical system is incident, and this is converted into long-focus parallel light. A first parallel light optical system which is shaped into a parallel laser beam and emitted, and a prism which takes in the parallel laser beam emitted by the parallel light optical system and emits the light with a uniform intensity distribution in its cross-sectional shape; And a second parallel light optical system for forming the laser beam emitted from the prism into a parallel laser beam and emitting the parallel laser beam. Here, the first parallel optical system can be preferably configured with a concave lens. That is, both a plano-concave lens and a biconcave lens can be used. The second parallel optical system can be preferably configured as a concave lens that collimates the diffusing emitted light from the prism again. 2) In the laser processing head described in 1) above, the condensing optical system is composed of a combined lens in which a plurality of lenses are combined so as to remove the aberration of the condensing laser beam emitted from the condensing optical system. 3) In the laser processing head described in 1) above, the prism is formed of a triangular prism. 4) In the laser processing head described in 1) above, the prism is formed of a polygonal pyramid. 5) In the laser processing head described in 1) above, the prism is configured to rotate about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the parallel laser beam. 6) The laser processing head described in any one of 1) to 5) above, a state detection sensor disposed at least above the workpiece and detecting the state of the processing portion of the workpiece. A data analysis unit that analyzes an output signal of the state detection sensor and outputs information indicating a state of the machining site; and an output, a waveform, and the like of a laser oscillator that emits a laser beam toward the machining head. Laser control means for controlling based on the above information, and machining head travel control means for controlling the travel speed of a drive source for causing the machining head to travel along the machining site. Here, as the state detection sensor, an imaging unit such as a CCD camera that obtains image information including a lot of information related to the state of the processing site is optimal, but not limited to this, a sound for specifying the state,
It may be light or the like. 7) The laser processing head described in any one of 1) to 5) above, and a state of detecting the state of the build-up welded portion of the processed member disposed above the processed member. A detection sensor, data analysis means for analyzing the output signal of the state detection sensor and outputting information indicating the state of the build-up welding site, and the output, waveform, etc. of the laser oscillator that emits laser light toward the machining head Laser control means for controlling based on the information of the data analysis means, welding material supply means for supplying a welding material such as filler wire to the build-up welding site, and information on the build-up welding site output by the data analysis means Welding material supply control means for controlling the supply speed of the welding material supplied via the welding material supply means, and machining head running for controlling the running speed of the drive source for running the machining head along the welding site Having a row controller. Here, as the state detection sensor, an imaging unit such as a CCD camera that obtains image information including a lot of information related to the state of the processing site is optimal, but not limited to this, a sound, light, or the like that specifies the state is used. There may be. Moreover, as a welding material, you may use any of filler wire, a sheet | seat, and powder conventionally used as a welding material of overlay welding. 8) The focused laser beam focused by condensing the laser beam is shaped into a parallel laser beam, which is a long-focus parallel beam, and the parallel laser beam is incident on a prism to obtain an intensity in its cross-sectional shape. Uniform distribution and irradiating the surface of the workpiece with a parallel laser beam obtained by collimating the emitted light again to perform surface treatment of the workpiece. 9) The focused laser beam condensed by condensing the laser beam is shaped into a parallel laser beam, which is a long-focus parallel beam, and the parallel laser beam is incident on a prism to obtain an intensity in the cross-sectional shape. A parallel laser beam obtained by equalizing the distribution and re-collimating the emitted light is supplied to a welding portion of the workpiece together with a welding material such as a filler wire, and overlay welding of the workpiece is performed. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing a laser processing head according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an overall view, FIG. 1 (b) is an enlarged view showing an extracted portion A, and FIG. The enlarged view showing the extracted portion B, (d) is a diagram for explaining the intensity distribution of the emitted light of the portion shown in (c). As shown in the figure, the optical fiber 1 guides the laser beam emitted from the laser oscillator to the position of the laser processing head I, and irradiates the laser beam 2 from its tip. The condensing optical system 3 emits a condensed laser beam 4 that condenses and narrows the incident laser light 2. The condensing optical system 3 in this embodiment is composed of a combined lens in which a plurality of lenses are combined so as to remove the aberration of the condensing laser beam 4 emitted from the condensing optical system 3.
Thereby, the parallelism of the parallel laser beam 7 obtained as the emitted light of the first parallel light optical system 6 described later can be favorably maintained. The first parallel light optical system 6 receives the condensed laser beam 4 condensed by the condensing optical system 3 and narrowed down, and forms it into a parallel laser beam 7 which is a long-focus parallel light. Then exit. The first parallel light optical system 6 is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, it can be suitably formed with, for example, a plano-concave lens 6a. Of course, a biconcave lens may be used. In the figure, 6b
Is protective glass. The parallel laser beam 7 emitted from the first parallel light optical system 6 is a prism 8, as shown in more detail in FIG. 1B, so that the intensity distribution in the cross-sectional shape is uniform. After removing the direction dependency of the beam 7, the workpiece 5 is irradiated as a homogenized parallel laser beam 10 through the second parallel optical system 9.
That is, as shown in FIG. 1D, the circular parallel laser beam 10 has a homogenized intensity across the entire cross-sectional shape. Here, the prism 8 is a parallel optical system 6.
The parallel laser beam 7 emitted from the laser beam is taken in and the intensity distribution in the cross-sectional shape is made uniform and emitted, and the second parallel light optical system 9 emits the laser beam 11 which is the diffused light emitted from the prism 8 to the parallel laser. The beam 10 is collimated and emitted. The prism 8 in this embodiment is a triangular prism (triangular prism). Therefore, as shown in FIG. 2 (a), the intensity distribution of the parallel laser beam 7 having a diameter φ 1 having a certain cross-sectional shape is the largest at the center and gradually decreases toward the periphery (the left-right direction in the figure). If it has the characteristic, when it is incident on the prism 8, it is refracted by the refractive index inherent to the prism 8, and as shown by the two-dot chain line in FIG. An inverted intensity distribution can be obtained. Therefore, the intensity distribution of the laser beam 11 which is the emitted light of the prism 8 obtained by adding the intensity distributions is substantially uniform at each point from the central portion to the peripheral portion as shown by a solid line in FIG. It becomes. As a result, the collimated laser beam 10 obtained by collimating the laser beam 11 also has a uniform intensity distribution. Although the prism 8 in this embodiment is a triangular prism, it is of course not limited to this.
In general, it may be a polygonal pyramid such as a triangular pyramid or a quadrangular pyramid. In the case of a triangular pyramid, the incident parallel laser beam 7 is divided into three parts, and in the case of a quadrangular pyramid, it is divided into four parts. Therefore, the number of corners may be appropriately selected in consideration of the desired degree of homogenization. The prism 8 may be configured to rotate around a rotation axis perpendicular to the optical axis of the parallel laser beam 7. In this case, the same effect as when a polygonal pyramid having an arbitrary number of angles is used according to the number of rotations is obtained. By using the laser processing head I according to the embodiment as described above, it is possible to obtain substantially the same parallel laser beams 7 and 10 in the range where the energy density in the cross section of each part in the axial direction is long. The diameters of the parallel laser beams 7 and 10 themselves can be arbitrarily thin, for example, about 5 mmφ. As a result, the workpiece 5
The laser processing head I through the narrow part leading to
However, even at a position far away from the workpiece 5, the workpiece 5 can be irradiated with the parallel laser beam 10 having a large energy sufficient to process the workpiece 5. That is, even if it is a place where other members are scattered around the member 5 to be processed, the desired processing can be performed satisfactorily. Furthermore, the laser processing head I according to this embodiment.
Since the parallel laser beam 10 finally irradiated from the laser beam has a uniform laser intensity density in the entire cross-sectional shape area,
Sufficiently uniform processing can be performed without controlling complicated lapping margins between adjacent passes of the processing site. In addition, since the prism 8 is used for the homogenization, there is no problem of attenuation of the laser beam when a kaleidoscope is used. That is, desired homogenization can be achieved without attenuating the parallel laser beam 7. FIG. 3 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, the machining head I is as shown in FIG. That is, it is possible to irradiate the workpiece 5 with the long-focused parallel laser beam 10 in which the intensity distribution in the cross-sectional shape is made uniform.
The state detection sensor 21 is disposed above the workpiece 5 and detects the state of the processed part of the workpiece 5. Since the processing in this case is a modification processing that melts the surface of the member 5 to be processed, a CCD camera or the like that can capture an image of the processing portion is suitable. The data analysis device 22 analyzes the output signal of the state detection sensor 21 (a video signal when the state detection sensor 21 is a CCD camera) and outputs information indicating the state of the processing site. The laser control device 23 controls the output, waveform, and the like of the laser oscillator 24 that emits laser light toward the processing head I based on information of the data analysis device 22. That is, based on the information of the data analysis device 22, control is performed so that the laser beam having the optimum intensity is output using the plate thickness of the workpiece 5 and the moving speed of the machining head I as parameters. The optical fiber 25 is for introducing the laser beam irradiated by the laser oscillator 24 into the machining head I. The machining head travel control device 25 controls the drive speed of the drive source 26 that causes the machining head I to travel along the machining line of the workpiece 5 based on the machining site information output by the data analysis device 22.
Here, the machining head travel control device 25 does not need to perform predetermined travel control based on the information on the cutting portion output from the data analysis device 22, and can be a speed control system independent of the data analysis device 22. It is. In this case, the machining head travel control device 25 controls the machining head I to travel at a preset speed. In such a laser processing apparatus, the parallel laser beam 10 is irradiated along the processing line of the member 5 while the processing head I is driven by the drive source 26. At this time, the parallel laser beam 10 is a beam having the same cross-sectional area, that is, equal energy density, over the long range of the workpiece 5 in the longitudinal direction. The beam 10 can be irradiated. Therefore, the processed shape of the workpiece 5,
Good desired processing can be performed regardless of the location. At the same time, the parallel laser beam 10 applied to the processing portion of the member 5 to be processed has a uniform beam intensity in the entire region within the cross-sectional shape.
It is only necessary to control the travel route of the machining head I so that there is no gap between the two passes, and it is not necessary to accurately control the overlap allowance between adjacent passes. For this reason, traveling control is greatly simplified as compared with the conventional case. FIG. 4 is a block diagram showing a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser welding apparatus according to the present embodiment is a welding apparatus for performing overlay welding, and the machining head I thereof is as shown in FIG. In other words, a long focal parallel laser beam 10 that is intended to make the intensity distribution uniform within the cross-sectional shape is irradiated onto the processing portion of the member 5 to be processed. Moreover, it becomes the structure similar to the laser processing apparatus shown in FIG. 3 except having provided the supply system which supplies the filler wire which is the welding material of overlay welding to the process site | part. Therefore, FIG.
In FIG. 3, the same parts as those in FIG. The filler wire supply device 31 supplies filler wire to the welded part of the workpiece 5. The filler wire supply control device 32 controls the supply speed or the like of the filler wire supplied via the filler wire supply device 31 based on the information on the welded part output from the data analysis device 22. Here, the filler is not limited to filler wire. Needless to say, powdery welding material or sheet-like welding material may be supplied. In such a laser welding apparatus, a parallel laser beam 10 is irradiated along with the filler wire along the weld line of the workpiece 5 while the machining head I is driven by the drive source 26. At this time, since the parallel laser beam 10 similar to the processing apparatus shown in FIG.
The parallel laser beam 10 can be irradiated from a distance through the narrow portion. Therefore, good desired processing can be performed regardless of the processing shape, location, and the like of the workpiece 5. At the same time, the parallel laser beam 10 irradiated to the processing portion of the member 5 to be processed has a uniform beam intensity in the entire region within the cross-sectional shape.
Similar to the machining apparatus shown in FIG. 3, it is only necessary to control the travel route of the machining head I so that there is no gap between both paths. As specifically described in conjunction with the above embodiments, the invention described in claim 1 is a condensing optical system that condenses and emits incident laser light, and this condensing system. A collimated laser beam that is condensed and narrowed by an optical optical system is incident, shaped into a parallel laser beam, which is a long-focus parallel light, and emitted, and this parallel light optics A parallel laser beam which is emitted from the system, which is emitted with a uniform intensity distribution in its cross-sectional shape and emitted, and a second parallel light optical which emits the laser light emitted from this prism into a parallel laser beam. Therefore, it is possible to obtain a parallel laser beam having almost the same small diameter within a long range of energy density in the cross section of each part in the axial direction, and the laser processing head can be removed from the workpiece through the narrow part. Even in a distant position, the member to be processed can be irradiated with a parallel laser beam having a large energy sufficient to process the member to be processed. That is, the desired processing can be performed satisfactorily even in a place where other members are scattered around the workpiece. Furthermore, since the intensity of the parallel laser beam finally irradiated from the laser processing head can be made uniform, it is sufficiently homogeneous without controlling complicated lap margins between adjacent passes of the processing site. Processing can be performed. In addition, since the prism is used for this homogenization, the desired homogenization can be achieved without attenuating the parallel laser beam. The invention described in claim 2 is the laser processing head according to claim 1, wherein the condensing optical system has a plurality of lenses so as to remove the aberration of the condensing laser beam emitted from the condensing optical system. Therefore, a high-quality parallel laser beam having a high degree of parallelism can be obtained, and the operation and effect of the invention described in [Claim 1] can be made sure and remarkable. The invention described in [Claim 3] is the laser processing head according to [Claim 1]. Since the prism is formed of a triangular prism, the intensity of the parallel laser beam in the cross-sectional shape is homogenized. This parallel laser beam can be realized without being attenuated, and the operations and effects described in [Claim 1] can be reliably realized with the simplest member. In the invention described in [Claim 4], in the laser processing head described in [Claim 1], since the prism is formed in a polygonal pyramid, the intensity of the parallel laser beam in the cross-sectional shape is homogenized. The parallel laser beam can be realized without attenuation, the degree of homogenization can be arbitrarily selected, and the operations and effects described in [Claim 1] can be realized satisfactorily and reliably. According to a fifth aspect of the present invention, in the laser processing head according to the first aspect, the prism is configured to rotate about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the parallel laser beam. Therefore, it is possible to achieve the same homogenization as when the polygonal cone prism is used. The invention described in [Claim 6] is arranged at least above the laser processing head according to any one of [Claim 1] to [Claim 5] and the workpiece.
A state detection sensor for detecting the state of the processing part of the workpiece, a data analysis unit for analyzing the output signal of the state detection sensor and outputting information indicating the state of the processing part, and a laser beam toward the processing head The output of the laser oscillator to emit,
Since it has a laser control means for controlling the waveform and the like based on information of the data analysis means, and a machining head travel control means for controlling the traveling speed of a drive source that causes the machining head to travel along the machining site, the drive The parallel laser beam can be irradiated along the processing line of the workpiece while the processing head is driven by the source. Since the parallel laser beam at this time is a beam having the same cross-sectional area, that is, the same energy density, in the longitudinal direction of the workpiece, the parallel laser beam is transmitted from a distance through a narrow portion. Can be irradiated. Therefore, good desired processing can be performed regardless of the processing shape, location, etc. of the workpiece. At the same time, the parallel laser beam applied to the processing part of the workpiece has a uniform beam intensity in the entire region within the cross-sectional shape, so that there is no gap between both paths. It is only necessary to control the travel route, and it is not necessary to accurately control the overlap between adjacent paths. For this reason, traveling control is greatly simplified as compared with the conventional case. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a laser processing head according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, and a member to be processed above the workpiece. A state detection sensor for detecting the state of the build-up welding part of the workpiece, data analysis means for analyzing the output signal of the state detection sensor and outputting information indicating the state of the build-up welding part, and toward the machining head Laser control means for controlling the output, waveform, etc. of the laser oscillator that emits laser light based on the information of the data analysis means, welding material supply means for supplying a welding material such as filler wire to the overlay welding site, and Welding material supply control means for controlling the supply speed of the welding material supplied via the welding material supply means based on the information of the buildup welding part output by the data analysis means, and the processing head is caused to travel along the welding part. Driving Because it has a machining head travel control device for controlling the traveling speed of the source, can be irradiated in the same manner as devices described, the parallel laser beams from a distance through the narrow portion to [claim 6]. Therefore, favorable desired overlay welding can be performed regardless of the processing shape, location, etc. of the workpiece. At the same time, the parallel laser beam applied to the welded part of the workpiece has a uniform beam intensity in the entire region within the cross-sectional shape thereof, and therefore, similar to the apparatus described in [Claim 6]. Thus, it is not necessary to accurately control the overlap margin between adjacent paths, and there is an effect that traveling control is greatly simplified as compared with the prior art. In the invention described in claim 8, the focused laser beam condensed by condensing the laser beam is formed into a parallel laser beam which is a long-focus parallel beam, and the parallel laser beam is further converted into a prism. The incident surface is made uniform in intensity distribution in its cross-sectional shape, and the surface of the member to be processed is irradiated with a parallel laser beam obtained by re-collimating the emitted light. The effect similar to that of the invention described in claim 6 is obtained. According to the ninth aspect of the present invention, the focused laser beam condensed by condensing the laser beam is shaped into a parallel laser beam which is a long-focus parallel beam, and this parallel laser beam is further converted into a prism. Incident and uniformizing the intensity distribution in the cross-sectional shape, and supplying a parallel laser beam obtained by re-collimating the emitted light to the welded part of the workpiece together with a welding material such as a filler wire. Since overlay welding is performed, the same effect as that of the invention described in [Claim 7] is obtained.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るレーザ加工ヘッドを
示す説明図で、(a)は全体図、(b)はそのA部を抽
出して示す拡大図、(c)はそのB部を抽出して示す拡
大図、(d)は(c)に示す部分の出射光の強度分布を
説明するための図である。
【図2】図1に示すレーザ加工ヘッドのプリズムに入射
する前の平行レーザビームの強度分布(a)と、出射し
た後の平行レーザビームの強度分布(b)とを示す特性
図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を示
すブロック線図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るレーザ溶接装置を示
すブロック線図である。
【図5】従来技術に係るレーザ加工ヘッドを示す説明図
である。
【符号の説明】
1 光ファイバ
2 レーザ光
3 集光光学系
4 集光レーザビーム
5 被加工部材
6 第1の平行光光学系
7 平行レーザビーム
8 プリスム
9 第2の平行光光学系
10 平行レーザビーム
21 状態検出センサBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory view showing a laser processing head according to an embodiment of the present invention, in which (a) is an overall view, (b) is an enlarged view showing an extracted portion A; (C) is an enlarged view showing the B portion extracted, and (d) is a diagram for explaining the intensity distribution of the emitted light in the portion shown in (c). 2 is a characteristic diagram showing an intensity distribution (a) of a parallel laser beam before entering the prism of the laser processing head shown in FIG. 1 and an intensity distribution (b) of the parallel laser beam after emission. FIG. 3 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory view showing a laser processing head according to a conventional technique. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Laser light 3 Condensing optical system 4 Condensing laser beam 5 Work piece 6 First parallel light optical system 7 Parallel laser beam 8 Prism 9 Second parallel light optical system 10 Parallel laser Beam 21 state detection sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H087 KA26 LA26 4E068 AH00 BB00 CA17 CB01 CC02 CD05 CD09 CD13 DB01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 2H087 KA26 LA26 4E068 AH00 BB00 CA17 CB01 CC02 CD05 CD09 CD13 DB01
Claims (1)
光光学系と、 この集光光学系で集光して絞り込んだ集光レーザビーム
を入射して、これを長焦点の平行光である平行レーザビ
ームに成形して出射する第1の平行光光学系と、 この平行光光学系が出射する平行レーザビームを取り込
んで、その横断面形状における強度分布を均一化して出
射するプリスムと、 このプリスムが出射するレーザ光を平行レーザビームに
成形して出射する第2の平行光光学系とを有することを
特徴とするレーザ加工ヘッド。 【請求項2】 〔請求項1〕に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、 集光光学系は、これが出射する集光レーザビームの収差
を除去するよう複数枚のレンズを組み合わせた組レンズ
で構成したことを特徴とするレーザ加工ヘッド。 【請求項3】 〔請求項1〕に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、 プリスムは、三角柱で形成したことを特徴とするレーザ
加工ヘッド。 【請求項4】 〔請求項1〕に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、 プリスムは、多角錐で形成したことを特徴とするレーザ
加工ヘッド。 【請求項5】 〔請求項1〕に記載するレーザ加工ヘッ
ドにおいて、 プリスムは、平行レーザビームの光軸に対して直角な回
転軸回りに回転するように構成したことを特徴とするレ
ーザ加工ヘッド。 【請求項6】 〔請求項1〕乃至〔請求項5〕の何れか
一つに記載するレーザ加工ヘッドと、 被加工部材の少なくとも上方に配設され、被加工部材の
加工部位の状態を検出する状態検出センサと、 状態検出センサの出力信号を解析して加工部位の状態を
表す情報を出力するデータ解析手段と、 前記加工ヘッドに向けてレーザ光を出射するレーザ発振
器の出力、波形等を、前記データ解析手段の情報に基づ
き制御するレーザ制御手段と、 前記加工ヘッドを加工部位に沿って走行させる駆動源の
走行速度等を制御する加工ヘッド走行制御手段とを有す
ることを特徴とするレーザ加工装置。 【請求項7】 〔請求項1〕乃至〔請求項5〕に記載す
る何れか一つに記載するレーザ加工ヘッドと、 被加工部材の上方に配設され、被加工部材の肉盛溶接部
位の状態を検出する状態検出センサと、 状態検出センサの出力信号を解析して肉盛溶接部位の状
態を表す情報を出力するデータ解析手段と、 前記加工ヘッドに向けてレーザ光を出射するレーザ発振
器の出力、波形等を、前記データ解析手段の情報に基づ
き制御するレーザ制御手段と、 肉盛溶接部位にフィラワイヤ等の溶接材を供給する溶接
材供給手段と、 前記データ解析手段が出力する肉盛溶接部位の情報に基
づき溶接材供給手段を介して供給する溶接材の供給速度
等を制御する溶接材供給制御手段と、 前記加工ヘッドを溶接部位に沿って走行させる駆動源の
走行速度等を制御する加工ヘッド走行制御手段とを有す
ることを特徴とするレーザ溶接装置。 【請求項8】 レーザ光を集光して絞り込んだ集光レー
ザビームを長焦点の平行光である平行レーザビームに成
形し、さらにこの平行レーザビームをプリズムに入射し
てその横断面形状における強度分布を均一化するととも
に、その出射光を再度平行化して得る平行レーザビーム
を被加工部材の表面に照射してこの被加工部材の表面処
理を行うことを特徴とするレーザ加工方法。 【請求項9】 レーザ光を集光して絞り込んだ集光レー
ザビームを長焦点の平行光である平行レーザビームに成
形し、さらにこの平行レーザビームをプリズムに入射し
てその横断面形状における強度分布を均一化するととも
に、その出射光を再度平行化して得る平行レーザビーム
をフィラワイヤ等の溶接材とともに被加工部材の溶接部
位に供給してこの被加工部材の肉盛溶接を行うことを特
徴とするレーザ溶接方法。[Claims] [Claim 1] A condensing optical system that condenses and emits incident laser light, and a condensing laser beam condensed and narrowed by the condensing optical system is incident, A first parallel light optical system that is shaped into a parallel laser beam, which is a long-focused parallel light, and the parallel laser beam emitted from the parallel light optical system, and the intensity distribution in the cross-sectional shape is uniform. A laser processing head comprising: a prism that emits light after being converted; and a second parallel light optical system that forms and emits laser light emitted from the prism into a parallel laser beam. 2. The laser processing head according to claim 1, wherein the condensing optical system is constituted by a combined lens in which a plurality of lenses are combined so as to remove the aberration of the condensing laser beam emitted from the condensing optical system. Laser processing head characterized by 3. The laser processing head according to claim 1, wherein the prism is formed of a triangular prism. 4. The laser processing head according to claim 1, wherein the prism is formed of a polygonal pyramid. 5. The laser processing head according to claim 1, wherein the prism is configured to rotate about a rotation axis perpendicular to the optical axis of the parallel laser beam. . 6. The laser processing head according to any one of [Claim 1] to [Claim 5] and at least an upper part of a workpiece to detect a state of a machining portion of the workpiece. A state detection sensor that analyzes the output signal of the state detection sensor and outputs information indicating the state of the processing site, and the output, waveform, and the like of the laser oscillator that emits laser light toward the processing head A laser control unit that controls the data based on the information of the data analysis unit; and a processing head travel control unit that controls a travel speed of a drive source that travels the processing head along the processing site. Processing equipment. 7. The laser processing head according to claim 1, wherein the laser processing head is disposed above the workpiece, and the welded portion of the workpiece is welded. A state detection sensor for detecting a state, data analysis means for analyzing the output signal of the state detection sensor and outputting information representing the state of the build-up welding site, and a laser oscillator for emitting laser light toward the machining head Laser control means for controlling output, waveform, etc. based on information of the data analysis means, welding material supply means for supplying welding material such as filler wire to the overlay welding site, and overlay welding output from the data analysis means Welding material supply control means for controlling the supply speed and the like of the welding material supplied via the welding material supply means based on the part information; and control of the traveling speed and the like of the drive source for causing the machining head to travel along the welding part. A laser welding apparatus comprising: a processing head travel control means. 8. A focused laser beam condensed by condensing a laser beam is shaped into a parallel laser beam which is a parallel light having a long focal point, and the parallel laser beam is incident on a prism so as to have an intensity in its cross-sectional shape. A laser processing method characterized in that the surface of a member to be processed is subjected to surface treatment by irradiating the surface of the member to be processed with a parallel laser beam obtained by making the distribution uniform and parallelizing the emitted light again. 9. A focused laser beam condensed by condensing a laser beam is shaped into a parallel laser beam, which is a long-focus parallel beam, and the parallel laser beam is incident on a prism to obtain an intensity in its cross-sectional shape. The distribution beam is made uniform, and a parallel laser beam obtained by re-parallelizing the emitted light is supplied to a welded portion of the workpiece together with a welding material such as a filler wire, and overlay welding of the workpiece is performed. Laser welding method.
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- 2001-08-06 JP JP2001237277A patent/JP2003048095A/en not_active Withdrawn
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