JP2003048095A - レーザ加工ヘッド及びこれを用いる加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
レーザ加工ヘッドを提供する。 【解決手段】 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、平凹レンズ等で構成した平行光光学
系６で長焦点の平行光である平行レーザビーム７に成形
し、この平行レーザビーム７をプリズム８に入射させる
ことにより、当該レーザ加工ヘッドの出射光として、横
断面形状における強度分布を均質化した平行レーザビー
ム１０を得るようにした。

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。

【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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項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。