JP2003285189A - Laser processing equipment - Google Patents
Laser processing equipmentInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファイバレーザ加工装置において、集光点の
目視を可能とし、レーザ光の集光点を加工部に正確に位
置決めすることができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 ファイバレーザ発振装置11と、ファイ
バレーザ発振装置11の能動光ファイバ12から出射さ
れたレーザ光を加工部に集光する第1集光光学系24と
を備えたレーザ加工装置に10おいて、能動光ファイバ
12の出力端面13に相対する反射端面14にファイバ
レーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコー
トが施されており、可視レーザ光を発振する可視光レー
ザ発振装置32と、可視光レーザ発振装置32と反射端
面14との間に配置され、可視光レーザ発振装置32か
らの可視レーザ光を反射端面14に集光する第2集光光
学系34とを備えている。
[Problem] To provide a laser processing apparatus capable of visually observing a condensing point and accurately positioning a condensing point of a laser beam in a processing part in a fiber laser processing apparatus. A laser processing apparatus having a fiber laser oscillation device 11 and a first condensing optical system 24 that condenses a laser beam emitted from an active optical fiber 12 of the fiber laser oscillation device 11 on a processing unit. In this case, the reflective end face 14 opposite to the output end face 13 of the active optical fiber 12 is coated with a coating that totally reflects the fiber laser light and transmits the visible laser light, and oscillates the visible laser light. An apparatus 32; and a second condensing optical system 34 that is disposed between the visible light laser oscillator 32 and the reflection end face 14 and condenses the visible laser light from the visible light laser oscillator 32 on the reflection end face 14. ing.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、金属、セラミッ
クなどの加工材を溶接、切断、あるいは表面処理するレ
ーザ加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus for welding, cutting, or surface treating a processed material such as metal or ceramic.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、金属、セラミックなどの加工分野
で溶接、切断、穴あけ、表面処理その他の加工にCO2
レーザ、YAGレーザなどのレーザが広く用いられてい
る。近年、ファイバレーザが実用化に向け開発が進めら
れている。ファイバレーザは光ファイバでレーザ光を発
振するので、そのままレーザ光を光ファイバで伝送する
ことができる。したがって、レンズ、反射鏡などの光学
部品およびこれらの調整は不要であるという利点があ
る。2. Description of the Related Art Currently, CO 2 is used for welding, cutting, drilling, surface treatment and other processing in the processing fields of metals and ceramics.
Lasers such as lasers and YAG lasers are widely used. In recent years, fiber lasers have been developed for practical use. Since the fiber laser oscillates the laser light through the optical fiber, the laser light can be transmitted as it is through the optical fiber. Therefore, there is an advantage that optical components such as lenses and reflecting mirrors and adjustments thereof are unnecessary.
【0003】一方、ファイバレーザ光は赤外線であるた
め、加工面に集光した集光点を直接目視することができ
ない。また、集光点の大きさは数十μmと微小である。
したがって、加工部に集光点を正確に位置決めすること
はできなかった。On the other hand, since the fiber laser light is infrared light, it is not possible to directly visually observe the converging point condensed on the processed surface. The size of the focal point is as small as several tens of μm.
Therefore, it was not possible to accurately position the converging point on the processed portion.
【0004】また、大出力のレーザ溶接では溶融部にプ
ラズマが発生する。このプラズマの強度は加工性能と強
い相関がある。このため、プラズマの強度変化をモニタ
できれば安定した加工が可能となる。Further, in high power laser welding, plasma is generated in the fusion zone. The intensity of this plasma has a strong correlation with the processing performance. Therefore, if the change in plasma intensity can be monitored, stable processing can be performed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、フ
ァイバレーザ加工装置において、集光点の目視を可能と
し、レーザ光の集光点を加工部に正確に位置決めするこ
とができるレーザ加工装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fiber laser processing apparatus capable of visually observing a converging point and accurately positioning the converging point of laser light on a processing portion. Is to provide.
【0006】この発明の他の課題は、加工部に発生した
プラズマの光強度を正確に測定することができるレーザ
加工装置を提供することである。Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of accurately measuring the light intensity of plasma generated in a processing portion.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】第1発明のレーザ加工装
置は、ファイバレーザ発振装置と、ファイバレーザ発振
装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光を加工部
に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加工装置に
おいて、前記能動光ファイバの出力端面に相対する反射
端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光
を透過するコートが施されており、可視レーザ光を発振
する可視光レーザ発振装置と、可視光レーザ発振装置と
前記反射端面との間に配置され、可視光レーザ発振装置
からの可視レーザ光を前記反射端面に集光する第2集光
光学系とを備えている。A laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a fiber laser oscillating device and a first condensing optical device for condensing laser light emitted from an active optical fiber of the fiber laser oscillating device onto a processing portion. In a laser processing apparatus including a system, a reflection end face opposite to the output end face of the active optical fiber is provided with a coat that totally reflects fiber laser light and transmits visible laser light, and oscillates visible laser light. And a second condensing optical system that is arranged between the visible light laser oscillating device and the reflection end face and condenses the visible laser light from the visible light laser oscillating device onto the reflection end face. I have it.
【0008】上記レーザ加工装置において、可視光レー
ザ発振装置から出射された可視レーザ光は、第2集光光
学系、光ファイバ、および第1集光光学系を経て加工面
に集光される。加工面に集光された可視レーザ光の集光
点を直接目視で観察し、集光点の位置決めを行なう。可
視光であるのために集光点を目視することができ、集光
点を正確に位置決めすることができる。In the above laser processing apparatus, the visible laser light emitted from the visible light laser oscillator is focused on the processing surface via the second focusing optical system, the optical fiber, and the first focusing optical system. The converging point of the visible laser light focused on the processed surface is directly visually observed to position the converging point. Since it is visible light, the condensing point can be visually observed, and the condensing point can be accurately positioned.
【0009】第2発明のレーザ加工装置は、ファイバレ
ーザ発振装置と、ファイバレーザ発振装置の能動光ファ
イバから出射されたレーザ光を加工部に集光する第1集
光光学系とを備えたレーザ加工装置において、前記能動
光ファイバの出力端面に相対する反射端面にファイバレ
ーザ光を全反射し、かつ可視レーザ光を透過するコート
が施されており、前記反射端面からの可視レーザ光を集
光する第2集光光学系と、第2集光光学系の出射側に配
置され、加工点に発生したプラズマの光強度を測定する
プラズマ光強度測定装置とを備えている。A laser processing apparatus of the second invention comprises a fiber laser oscillator and a first focusing optical system for focusing laser light emitted from an active optical fiber of the fiber laser oscillator on a processing section. In the processing device, a reflection end face opposite to the output end face of the active optical fiber is provided with a coat that totally reflects fiber laser light and transmits visible laser light, and collects visible laser light from the reflection end face. And a plasma light intensity measuring device which is arranged on the emission side of the second light condensing optical system and measures the light intensity of the plasma generated at the processing point.
【0010】上記レーザ加工装置において、加工部で発
生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系で光ファ
イバの出力端面に集光される。プラズマ光は光ファイバ
を逆行して光強度測定装置に入射し、光強度が測定され
る。プラズマ光の強度を目視で観測するのではなく、プ
ラズマ光を光ファイバで伝送し、プラズマ光強度測定装
置で測定する。したがって、プラズマ光の強度を正確に
知ることができる。In the above laser processing apparatus, the high-intensity plasma light generated in the processing portion is focused on the output end face of the optical fiber by the first focusing optical system. The plasma light travels backward through the optical fiber and enters the light intensity measuring device, and the light intensity is measured. Instead of visually observing the intensity of plasma light, the plasma light is transmitted through an optical fiber and measured by a plasma light intensity measuring device. Therefore, the intensity of the plasma light can be accurately known.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1は第1発明の実施の形態を示
すもので、レーザ加工装置の概略図である。レーザ加工
装置10は、主としてファイバレーザ発振装置11、加
工ヘッド、20および集光点位置決め装置30からなっ
ている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the first invention and is a schematic view of a laser processing apparatus. The laser processing device 10 mainly includes a fiber laser oscillator 11, a processing head, 20 and a focusing point positioning device 30.
【0012】ファイバレーザ発振装置11は加工用レー
ザ光を出力し、励起装置として半導体レーザ発振器16
を備えている。半導体レーザ発振器16として、例えば
Ga−As系半導体レーザ発振器を用いることができ
る。半導体レーザ発振器14から能動光ファイバ(レー
ザ発振用光ファイバ)12に励起レーザ光(波長:約
0.8μm)を照射すると、能動光ファイバ12でレー
ザ光(波長:約1.06μm)が発振する。能動光ファ
イバ12の出力は例えば1kWであり、コア径は25μm
である。能動光ファイバ12は、先端がレーザ光の出力
端面13となっており、後端が反射端面14となってい
る。反射端面14は例えばMgF2、CaFなどの薄膜
が蒸着されており、ファイバレーザ光は全反射し、可視
レーザ光は透過する。可視レーザ光に対する薄膜の透過
率は、できるだけ高いことが望ましい。なお、出力端面
に受動光ファイバ(パワー伝送用光ファイバ)を融着に
より接続し、受動光ファイバで加工ヘッド20までレー
ザ光を伝送するようにしてもよい。The fiber laser oscillator 11 outputs a laser beam for processing and a semiconductor laser oscillator 16 as an excitation device.
Is equipped with. As the semiconductor laser oscillator 16, for example, a Ga-As based semiconductor laser oscillator can be used. When the semiconductor laser oscillator 14 irradiates the active optical fiber (laser oscillation optical fiber) 12 with the excitation laser light (wavelength: about 0.8 μm), the active optical fiber 12 oscillates laser light (wavelength: about 1.06 μm). . The output of the active optical fiber 12 is, for example, 1 kW, and the core diameter is 25 μm.
Is. The active optical fiber 12 has a laser light output end face 13 at its tip and a reflecting end face 14 at its rear end. A thin film of MgF 2 , CaF or the like is vapor-deposited on the reflection end surface 14, and the fiber laser light is totally reflected and the visible laser light is transmitted. It is desirable that the transmittance of the thin film for visible laser light be as high as possible. A passive optical fiber (optical fiber for power transmission) may be connected to the output end face by fusion, and the passive optical fiber may transmit the laser light to the processing head 20.
【0013】加工ヘッド20は、コネクタ22と第1集
光光学系24とを備えている。コネクタ22は加工ヘッ
ド20の頂部にあって、光ファイバ12の先端部の光軸
(光ファイバ束の場合は、束中心軸)が第1集光光学系
24の光軸と一致するようにして光ファイバ12の先端
部を保持する。The processing head 20 comprises a connector 22 and a first condensing optical system 24. The connector 22 is provided on the top of the processing head 20 so that the optical axis of the tip of the optical fiber 12 (the bundle central axis in the case of an optical fiber bundle) coincides with the optical axis of the first condensing optical system 24. The tip of the optical fiber 12 is held.
【0014】第1集光光学系24は、出力端面13から
出射されたレーザ光を加工点に集光する。この実施の形
態では、第1集光光学系24は100mmの間隔をおいて
配置された焦点距離100mmの2枚の第1、第2レンズ
で構成されている。第1集光光学系は、光ファイバ12
の出力端面13と第1レンズとの間隔が100mmとなる
位置に配置されている。したがって、レーザ光は第2レ
ンズから100mmの位置に集光される。The first condensing optical system 24 condenses the laser light emitted from the output end face 13 at the processing point. In this embodiment, the first condensing optical system 24 is composed of two first and second lenses having a focal length of 100 mm, which are arranged at an interval of 100 mm. The first condensing optical system is the optical fiber 12
Is arranged at a position where the distance between the output end face 13 and the first lens is 100 mm. Therefore, the laser light is condensed at a position of 100 mm from the second lens.
【0015】なお、加工ヘッド20の先端部は加工ノズ
ル26となっており、加工ノズル26内にアシストガス
供給管28からアシストガスが供給される。アシストガ
スはAr、Heなどの不活性ガスが用いられており、溶
接では溶融部のシールド、切断では溶融物の吹飛ばしな
どを行なう。The tip of the processing head 20 is a processing nozzle 26, and the assist gas is supplied from the assist gas supply pipe 28 into the processing nozzle 26. An inert gas such as Ar or He is used as the assist gas, and shields the melted portion in welding and blows away the melted material in cutting.
【0016】集光点位置決め装置30は、HeNeレー
ザ発振装置32と第2集光光学系34からなっている。
第2集光光学系34は、HeNeレーザ発振装置32か
ら出力されたレーザ光(波長:0.633μm)を光フ
ァイバ12の反射端面14に集光する。この実施の形態
では、第2集光光学系34は例えば焦点距離30mmのレ
ンズであり、光ファイバ12の反射端面14より30mm
の位置にある。The focusing point positioning device 30 comprises a HeNe laser oscillator 32 and a second focusing optical system 34.
The second condensing optical system 34 condenses the laser light (wavelength: 0.633 μm) output from the HeNe laser oscillator 32 on the reflection end face 14 of the optical fiber 12. In this embodiment, the second condensing optical system 34 is, for example, a lens having a focal length of 30 mm, and is 30 mm away from the reflecting end surface 14 of the optical fiber 12.
In the position.
【0017】上記のように構成されたレーザ加工装置1
0において、加工開始前に集光点の位置決めを行なう。
HeNeレーザ発振装置32から出射されたHeNeレ
ーザ光を第2集光光学系34で光ファイバ12の反射端
面14に照射、集光する。HeNeレーザ光は光ファイ
バ12中を進み、先端の出力端面13から出射される。
出力端面13から出射されたHeNeレーザ光は、第1
集光光学系24により加工面に集光される。加工面に集
光されたHeNeレーザ光の集光点を直接目視で観察
し、集光点の位置を確認する。集光点が加工点Pからず
れている場合、加工ヘッド20を変位させて集光点の位
置を加工点Pに合わせる。なお、複数の光ファイバで光
ファイバ束が形成されている場合、光ファイバ束中心の
1本の光ファイバについて位置合わせする。Laser processing apparatus 1 configured as described above
At 0, the focusing point is positioned before the start of processing.
The HeNe laser light emitted from the HeNe laser oscillator 32 is irradiated onto the reflection end face 14 of the optical fiber 12 by the second condensing optical system 34 and condensed. The HeNe laser light travels in the optical fiber 12 and is emitted from the output end face 13 at the tip.
The HeNe laser light emitted from the output end face 13 is
It is condensed on the processed surface by the condensing optical system 24. The converging point of the HeNe laser beam focused on the processed surface is directly visually observed to confirm the position of the converging point. When the converging point is deviated from the processing point P, the machining head 20 is displaced to align the position of the condensing point with the processing point P. When the optical fiber bundle is formed by a plurality of optical fibers, the alignment of one optical fiber at the center of the optical fiber bundle is performed.
【0018】図2は第2発明の実施の形態を示すもの
で、レーザ加工装置40の概略図である。レーザ加工装
置40は、主としてファイバレーザ発振装置11、加工
ヘッド20、集光点位置決め装置30およびプラズマ光
強度測定装置45からなっている。前記レーザ加工装置
10の装置、部材と同様のものには同一の参照符号を付
け、その詳細な説明は省略する。FIG. 2 shows an embodiment of the second invention and is a schematic view of a laser processing apparatus 40. The laser processing device 40 mainly includes a fiber laser oscillator 11, a processing head 20, a focusing point positioning device 30, and a plasma light intensity measuring device 45. The same components as those of the laser processing device 10 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0019】プラズマ光強度測定装置45は、半透過ミ
ラー46、CCDカメラ47および画像処理装置48か
らなっている。半透過ミラー46は、前記HeNeレー
ザ発振装置32と第2集光光学系34との間に水平面に
対し45°の角度で配置されている。CCDカメラ47
は、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光を撮像す
る。The plasma light intensity measuring device 45 comprises a semi-transmissive mirror 46, a CCD camera 47 and an image processing device 48. The semi-transmissive mirror 46 is arranged between the HeNe laser oscillator 32 and the second condensing optical system 34 at an angle of 45 ° with respect to the horizontal plane. CCD camera 47
Captures the plasma light reflected by the semi-transmissive mirror 46.
【0020】上記レーザ加工装置40において、加工部
で発生した高輝度のプラズマ光は、第1集光光学系24
で光ファイバ12の出力端面13に集光され、レーザ光
の進行方向とは逆方向に光ファイバ12を進行する。さ
らに、半透過ミラー46で反射されたプラズマ光はCC
Dカメラ47に入射し、画像処理装置48により光強度
が測定される。In the laser processing device 40, the high-intensity plasma light generated in the processing portion is processed by the first focusing optical system 24.
Is focused on the output end face 13 of the optical fiber 12 and travels in the optical fiber 12 in the direction opposite to the direction of travel of the laser light. Further, the plasma light reflected by the semi-transmissive mirror 46 is CC
The light enters the D camera 47, and the light intensity is measured by the image processing device 48.
【0021】なお、集光点を位置決めする場合、HeN
eレーザ光は半透過ミラーを透過し、第2集光光学系に
より反射端面に集光される。また、レーザ加工装置が集
光点位置決め装置を備えていない場合には、半透過ミラ
ーは設けずに第2集光光学系で集光されたプラズマ光を
直接測定する。When positioning the converging point, HeN
The e-laser light passes through the semi-transmissive mirror and is focused on the reflecting end surface by the second focusing optical system. If the laser processing device does not include the focusing point positioning device, the semitransparent mirror is not provided and the plasma light focused by the second focusing optical system is directly measured.
【0022】[0022]
【発明の効果】第1発明では、可視レーザ光を加工点に
集光し、集光点を直接目視することができるので、集光
点を正確に位置決めすることができる。この結果、集光
点の位置決めを短時間かつ正確に行うことができ、また
高い加工精度で加工材を加工することができる。According to the first aspect of the invention, since the visible laser light is focused on the processing point and the focusing point can be directly observed, the focusing point can be accurately positioned. As a result, the focusing point can be positioned accurately in a short time, and the processed material can be processed with high processing accuracy.
【0023】第2発明では、プラズマの光強度を目視で
観測するのではなく、プラズマ光強度測定装置で測定す
るので、プラズマの光強度を正確に知ることができる。
この結果、プラズマの発生を抑え、高いエネルギー効率
で加工材を加工することができる。In the second invention, the plasma light intensity is measured not by visual observation but by the plasma light intensity measuring device, so that the plasma light intensity can be accurately known.
As a result, it is possible to suppress the generation of plasma and process the processed material with high energy efficiency.
【図1】第1発明の実施の形態を示すもので、レーザ加
工装置の概略図である。FIG. 1 shows an embodiment of a first invention, and is a schematic view of a laser processing apparatus.
【図2】第2発明の実施の形態を示すもので、レーザ加
工装置の概略図である。FIG. 2 shows an embodiment of a second invention, and is a schematic view of a laser processing apparatus.
10 レーザ加工装置 11 ファイバレーザ
発振装置
12 光ファイバ 13 光ファイバの出
力端面
14 光ファイバの反射端面 16 半導体レーザ発
振装置
20 加工ヘッド 22 コネクタ
24 第1集光光学系 26 加工ノズル
30 集光点位置決め装置 32 HeNeレーザ
発振装置
34 第2集光光学系 40 レーザ加工装置
45 プラズマ測定装置 46 半透過ミラー
47 CCDカメラ 48 画像処理装置10 Laser Processing Device 11 Fiber Laser Oscillator 12 Optical Fiber 13 Output End Face of Optical Fiber 14 Reflection End Face of Optical Fiber 16 Semiconductor Laser Oscillator 20 Processing Head 22 Connector 24 First Focusing Optical System 26 Processing Nozzle 30 Focusing Point Positioning Device 32 HeNe laser oscillator 34 Second condensing optical system 40 Laser processing device 45 Plasma measuring device 46 Semi-transmissive mirror 47 CCD camera 48 Image processing device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 直也 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 杉橋 敦史 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 坂井 辰彦 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 濱村 秀行 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 山本 博之 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Fターム(参考) 4E068 CA17 CC01 CE08 5F072 AA01 AB07 AK06 FF09 JJ11 PP07 RR01 RR03 YY06 YY11 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Naoya Hamada 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares Company Technology Development Division (72) Inventor Atsushi Sugihashi 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares Company Technology Development Division (72) Inventor Tatsuhiko Sakai 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares Company Technology Development Division (72) Inventor Hideyuki Hamamura 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares Company Technology Development Division (72) Inventor Hiroyuki Yamamoto 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Nippon Steel shares Company Technology Development Division F-term (reference) 4E068 CA17 CC01 CE08 5F072 AA01 AB07 AK06 FF09 JJ11 PP07 RR01 RR03 YY06 YY11
Claims (2)
ーザ発振装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光
を加工部に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加
工装置において、前記能動光ファイバの出力端面に相対
する反射端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視
レーザ光を透過するコートが施されており、可視レーザ
光を発振する可視光レーザ発振装置と、可視光レーザ発
振装置と前記反射端面との間に配置され、可視光レーザ
発振装置からの可視レーザ光を前記反射端面に集光する
第2集光光学系とを備えていることを特徴とするレーザ
加工装置。1. A laser processing apparatus comprising: a fiber laser oscillator; and a first focusing optical system for focusing laser light emitted from an active optical fiber of the fiber laser oscillator on a processing section. A visible light laser oscillating device that oscillates a visible laser light, and a visible light laser oscillating device that has a coating that totally reflects the fiber laser light and transmits the visible laser light is provided on a reflecting end surface opposite to the output end surface of the fiber. And a second condensing optical system that is arranged between the reflective end surface and condenses the visible laser light from the visible light laser oscillator on the reflective end surface.
ーザ発振装置の能動光ファイバから出射されたレーザ光
を加工部に集光する第1集光光学系とを備えたレーザ加
工装置において、前記能動光ファイバの出力端面に相対
する反射端面にファイバレーザ光を全反射し、かつ可視
レーザ光を透過するコートが施されており、前記反射端
面からの可視レーザ光を集光する第2集光光学系と、第
2集光光学系の出射側に配置され、加工点に発生したプ
ラズマの光強度を測定するプラズマ光強度測定装置とを
備えたことを特徴とするレーザ加工装置。2. A laser processing apparatus comprising: a fiber laser oscillator; and a first focusing optical system for focusing laser light emitted from an active optical fiber of the fiber laser oscillator on a processing section. A second condensing optical system for condensing the visible laser light from the reflection end face, which is provided with a coat for totally reflecting the fiber laser light and transmitting the visible laser light on a reflection end face opposite to the output end face of the fiber. And a plasma light intensity measuring device which is disposed on the emission side of the second focusing optical system and measures the light intensity of the plasma generated at the processing point.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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