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JP3978066B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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JP3978066B2 JP2002105138A JP2002105138A JP3978066B2 JP 3978066 B2 JP3978066 B2 JP 3978066B2 JP 2002105138 A JP2002105138 A JP 2002105138A JP 2002105138 A JP2002105138 A JP 2002105138A JP 3978066 B2 JP3978066 B2 JP 3978066B2
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Description

【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。
【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レーザが広く用いられている。これらの加工では1本のレーザビームで、溶接、切断などの加工を行なっている。このために、加工速度が遅く、加工に長時間を要し作業能率の向上の余地があった。そこで、加工能率を上げるために多くの提案がなされている。例えば、特開平9−150288号公報で開示された「ツインビーム加工方法」は、レーザビームを集光レンズ系に分割用レンズを挿入し、レーザビームを2つに分けることにより深い溶込みと溶接ワイヤの溶融とを同時に行なう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記ツインビーム加工方法では集光点が2点であるが、2点とも集光光学系から光軸方向に等距離の位置に集光されている。また、2本のレーザビームは1本のレーザビームを分割したものであるから、各レーザビームは独立して制御できない。したがって、加工部に異なった集光位置に異なったパワー密度でレーザ光を照射することができない。この結果、加工条件に応じた集光位置およびパワー密度でレーザ光を照射することができないので、加工品質や加工能率の向上に限界があった。
【0004】
この発明は、加工条件に応じた適切なレーザ光の照射により加工品質および加工能率を更に向上することができるレーザ加工装置を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明のレーザ表面加工装置は、複数のファイバレーザ発振装置と、前記ファイバレーザ発振装置の発振をオン・オフ制御するレーザ発振制御装置と、各ファイバレーザ発振装置から出射されたレーザ光を加工部に集光する1つの集光光学系とを備えたレーザ加工装置であって、前記集光光学系から集光位置までの光軸方向の集光点距離が互いに異なる位置に複数のレーザ光が集光され、集光点距離が短い順に順次オン・オフされる。これにより、加工の進行に応じて段階的に加工材表面から順次深い位置に集光することができる。
【0006】
この発明のレーザ加工装置では、複数のファイバレーザ発振装置のそれぞれの光ファイバからレーザ光が加工材に照射される。励起装置(例えば半導体レーザ発振器)を制御することにより、ファイバレーザ発振装置の出力をオン・オフ制御する。また、複数のレーザ光の集光点距離が互いに異なっている。したがって、加工深さ方向に広い範囲にわたり均一な、あるいは深さごとに所要のパワー密度で集光することができる。この結果、様々な加工条件に対応して適切にレーザ光エネルギーを加工部に供給することができる。
【0007】
この発明のレーザ表面加工装置は、複数のファイバレーザ発振装置と、前記ファイバレーザ発振装置の発振をオン・オフ制御するレーザ発振制御装置と、各ファイバレーザ発振装置から出射されたレーザ光を加工部に集光する1つの集光光学系とを備えたレーザ加工装置であって、前記複数のファイバレーザ発振装置は、第1ファイバレーザ発振装置群と第2ファイバレーザ発振装置群とからなり、前記第1ファイバレーザ発振装置群と第2のファイバレーザ発振装置群とは前記集光光学系から集光位置までの光軸方向の集光点距離が互いに異なる位置にレーザ光が集光され、第1ファイバレーザ発振装置群と第2ファイバレーザ発振装置群とからのパルスレーザ光が交互にオン・オフされる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の1実施の形態を示すもので、レーザ加工装置全体の模式的概略図である。レーザ加工装置10は、主として複数台(簡単のために3台しか図示していない)のファイバレーザ発振装置12、レーザ発振制御装置18および加工ヘッド20からなっている。
【0009】
ファイバレーザ発振装置12は、励起装置として半導体レーザ発振器17を備えている。半導体レーザ発振器17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17から能動光ファイバ(レーザ発振用光ファイバ)14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14でレーザ光(波長:約1.06μm)が発振する。能動光ファイバ14の出力は例えば1kWであり、コア径は50μm、クラッド断面は300×600μmの長方形である。能動光ファイバ14の端部がレーザ光出力端となっている。なお、この出力端に受動光ファイバ(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。この場合には、受動光ファイバの先端がレーザ光出力端になる。
【0010】
レーザ発振制御装置18は、制御コンピュータおよび半導体レーザ発振器17の駆動用電源部からなっている。レーザ発振制御装置18は、各ファイバレーザ発振装置14ごとに半導体レーザ発振器の注入電流を制御する。注入電流がしきい値を超えるとファイバレーザ発振装置は発振し、以下となると発振停止し、レーザ光出力はオン・オフ制御される。加工条件によって、あらかじめ光ファイバ14ごとにオン・オフのタイミングおよび周期を設定する。
【0011】
加工ヘッド20は、ファイバ保持部22と集光光学系25とを備えている。ファイバ保持部22は、複数本の光ファイバ14の先端部を、光軸を揃えてあらかじめ設定された位置に保持する。保持された光ファイバ14は、集光光学系25の光軸に直角な断面でみると正方形などの多角形またはリングを形成するように配置される。正方形配置の場合、n×nマトリックス状(nは光ファイバの本数であり、2以上)に配置される。また、各光ファイバごとに、あるいは光ファイバ群ごとに、出力端15が集光光学系25に対し光軸方向に位置がずれている。したがって、図2に示すように出力端15は、三次元的な配置となっている。光ファイバまたは光ファイバ群の出力端は、3段以上にずれていてもよい。
【0012】
集光光学系25は、図3に示すように焦点距離f1の第1集光レンズ26および焦点距離f2の第2集光レンズ27とからなっている。第1集光レンズ26の中心と第2集光レンズ27の中心との距離はLである。
【0013】
図3(a)に示すように、第1光ファイバ出力端15nは、第1集光レンズ26の中心に対しf1+Δの距離にある。第1光ファイバ出力端15nから出射されたレーザ光Rnは第1集光レンズ26でわずかに収束され、第1集光レンズ26と第2集光レンズ27との間で概平行光となる。概平行光は、第2集光レンズ27で集光点距離f2′の位置に集光される。また、図3(b)に示すように第2光ファイバ出力端15fは第1集光レンズ26の中心に対し焦点距離f1の距離にあり、第2光ファイバ出力端15fから出射されたレーザ光Rfは第1集光レンズ26で平行光となる。平行光は、第2集光レンズ27でこれの焦点距離f2の位置に集光される。
【0014】
上記レーザ光Rnの集光点距離f2′は、次の式で求めることができる。
f2′=(f1+Δf1−ΔL) f2/{f1+Δ(f1+f2)−ΔL}
したがって、第1光ファイバ出力端15nから出射されたレーザ光Rnは、図3(c)に示すように第2光ファイバ出力端15fから出射されたレーザ光Rfよりも第2集光レンズ27寄りに集光される。なお、出力端15は必ずしも焦点距離の位置に配置しなくてもよい。
【0015】
上記のように構成されたレーザ加工装置により、加工材1を矢印方向に送りながら溶接、切断、表面処理などの加工を行なう。
【0016】
ここで、上記レーザ加工装置による溶接試験について説明する。溶接材は厚み25mmの軟鋼材である。
【0017】
集光光学系25の構成は、次のとおりである。第1集光レンズ26および第2集光レンズ27の焦点距離f1、f2はそれぞれ100mmであり、両レンズ中心間の距離Lも100mmである。そして、第1光ファイバ出力端15nは第1集光レンズ26の中心から105mmの位置にあり、第2光ファイバ出力端15fは100mmの位置にある。この場合、第1光ファイバ14nからのレーザ光Rnは第2集光レンズ27の中心から95mmの位置に集光され、第2光ファイバ14fからのレーザ光Rfは100mmの位置に集光される。つまり、第1光ファイバ14nからのレーザ光Rnは、第2光ファイバ14fからのレーザ光Rfの集光位置から第2集光レンズ寄りに5mmずれた位置に集光される。
【0018】
この溶接試験で用いた光ファイバの配置は、図4に示すとおりである。すなわち、図4(a)および(b)のいずれにおいても、9本の光ファイバ14f、14nが3×3マトリックス状に配列されている。そして、図4(a)の配置では、図3に示す第1光ファイバ14fと第2光ファイバ14nとが、横列および縦列で交互に配置されている。図4(b)の配置では、正方形の一辺に沿って第1光ファイバ14nが並び、他はすべて第2ファイバ14fとなっている。
【0019】
レーザ出力は8kWであり、パルスレーザ光の周波数は5kHzである。また、レーザ光照射条件は次のとおりである。
(1) 図4(a)配置の第1光ファイバ14nおよび第2光ファイバ14fから連続レーザ光を出力する
(2) 図4(a)配置の第1光ファイバ14nからパルスレーザ光を出力し、第2光ファイバ14fから連続レーザ光出力する
(3) 図4(b)配置の第1光ファイバ14nからパルスレーザ光を出力し、第1光ファイバ14nに続いて第2光ファイバ14fから連続レーザ光を出力する(図6参照)
(4) 3×3マトリックス配置で、ずれなしの光ファイバすべてから連続レーザ光を出力する
【0020】
図5に溶接結果を示す。図5により、本発明装置は従来装置に比べて深い溶込み深さを得ることができること、またレーザ光照射条件によって溶込み深さが変化することが明らかになった。
【0021】
条件(1)で条件(4)より深い溶込みが得られたのは、ファイバレーザによる集光位置がずれているために、実効的な焦点深度が長くなり、レーザ光による加工可能範囲が増加したことによる。
【0022】
条件(2)で条件(1)より深い溶込みが得られたのは、パルスレーザ光はパワー密度が高くキーホールが形成されやすいこと、および形成されたキーホールの内部に第2光ファイバ14fからの連続レーザ光が集光し、連続レーザ光の吸収効率が増加したことによる。
【0023】
条件(3)は、図6に示すように図4(b)の光ファイバ配置で、第1光ファイバ14nは加工方向について第2光ファイバ14fより前側(進み側)に配置されている。第1光ファイバ14nからパルスレーザ光Rnを出力し、第2光ファイバ14fから連続レーザ光Rfを出力する。パルスレーザ光Rnは前側に集中して配置されているので、溶接材表面付近に高いパワー密度で集光され、深いキーホール6が形成される。連続レーザ光は溶接材表面より溶接材5内に入り込んだ位置、つまりキーホール6の内部に集光される。この結果、レーザ光吸収率が高くなり、加工効率が向上するとともに、深い溶込み深さを得ることができる。
【0024】
さらに、レーザ光照射条件(5)として、図4(a)に示す光ファイバ配置で、光ファイバ14n、14f群を周波数1kHzで交互に発振させ(光ファイバのオン時間は500μsec)、板厚10mmの突合せ溶接を実施した。比較のために条件(4)で、同じく板厚10mmの軟鋼の突合せ溶接を実施した。溶接長さ100m当りの溶接ビード中の気孔欠陥数を評価したところ、条件(5)では溶接長さ100m当り気孔欠陥数が1個であったのに対し、条件(4)では13個の気孔欠陥が観察された。
【0025】
単位長さ当りの気孔欠陥が減少した理由は、下記のとおりである。溶接時のキーホール開口部を観察したところ、条件(4)ではキーホールの閉塞が周期的に発生しているのに対し、集光点位置を振動させた条件(5)ではキーホールの開口が安定しており、閉塞が起きていなかった。このため、従来はキーホールの閉塞により内部に捕捉され、気孔欠陥となるアシストガスが、条件(5)の溶接では再び鋼板外部に排出される時間が得られ、気孔欠陥が減少すると考えられる。
【0026】
レーザ加工装置が例えば穴あけ装置の場合、前記複数のファイバレーザ発振装置は、集光点距離が互いに異なる複数のファイバレーザ発振装置を含み、レーザ発振が加工条件に応じて集光点距離が短い順に順次オン・オフされるようにする。光ファイバ群内では、集光点距離は同じである。加工の進行に応じて段階的に集光位置を深くすることにより、深い穴をあけることができる。
【0027】
【発明の効果】
この発明のレーザ加工装置では、加工深さ方向に広い範囲にわたり均一な、あるいは加工深さごとに所要のパワー密度で集光することができるので、様々な加工条件に対応して適切にレーザ光エネルギーを加工部に供給することができる。この結果、加工品質および加工能率を更に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の1実施の形態を示すもので、レーザ加工装置全体の模式的概略図である。
【図2】 上記装置の加工ヘッドにおける、光ファイバの先端部の保持状態を示す図面である。
【図3】 上記装置の集光光学系に関し、光ファイバ出力端の位置および集光位置の関係を説明する図面である。
【図4】 加工ヘッドでの光ファイバの配置例を示す図面である。
【図5】 レーザ光照射条件が変化した場合の、溶接速度と溶込み深さとの関係を示すグラフである。
【図6】 この発明のレーザ加工装置が溶接装置である例を示すもので、加工ヘッドの模式図である。
【符号の説明】
1 加工材 5 溶接材
6 キーホール 10 レーザ加工装置
12 ファイバレーザ発振装置 14 能動光ファイバ
15 光ファイバの出力端 18 レーザ発振制御装置
19 光ファイバケーブル 20 加工ヘッド
22 光ファイバ保持部 25 集光光学系
26 第1集光レンズ 27 第2集光レンズ
30、32 光ファイバ群
R レーザ光
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus for welding, cutting, or surface treating a workpiece such as metal or ceramic.
[0002]
[Prior art]
Currently, lasers are widely used for welding, cutting, drilling, surface treatment, and other processing in the processing field of metals, ceramics, and the like. In these processes, a single laser beam is used for processing such as welding and cutting. For this reason, the machining speed is slow, the machining takes a long time, and there is room for improvement in work efficiency. Therefore, many proposals have been made to increase the processing efficiency. For example, the “twin beam processing method” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-15288 discloses a deep penetration and welding by inserting a splitting lens into a condensing lens system and dividing the laser beam into two. Simultaneously melting the wire.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the twin beam processing method, there are two condensing points, but the two condensing points are condensed at a position equidistant from the condensing optical system in the optical axis direction. Further, since the two laser beams are obtained by dividing one laser beam, each laser beam cannot be controlled independently. Accordingly, it is impossible to irradiate the laser beam with different power densities at different condensing positions on the processed portion. As a result, the laser beam cannot be irradiated at a condensing position and a power density according to the processing conditions, so that there has been a limit to improvement in processing quality and processing efficiency.
[0004]
This invention makes it a subject to provide the laser processing apparatus which can further improve processing quality and processing efficiency by irradiation of the suitable laser beam according to processing conditions.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A laser surface processing apparatus according to the present invention includes a plurality of fiber laser oscillation devices, a laser oscillation control device that controls on / off of the oscillation of the fiber laser oscillation device, and a laser beam emitted from each fiber laser oscillation device. A laser processing apparatus having a single condensing optical system for condensing light, wherein a plurality of laser beams are emitted at positions where the condensing point distances in the optical axis direction from the condensing optical system to the condensing position are different from each other. The light is collected and sequentially turned on and off in the order of short focus distance. Thereby, it can condense to a deep position sequentially from the workpiece surface in steps according to progress of processing.
[0006]
In the laser processing apparatus according to the present invention, the processing material is irradiated with laser light from each optical fiber of the plurality of fiber laser oscillation apparatuses. By controlling an excitation device (for example, a semiconductor laser oscillator), the output of the fiber laser oscillation device is controlled on and off. Moreover, the condensing point distances of the plurality of laser beams are different from each other. Therefore, it is possible to collect light with a required power density that is uniform over a wide range in the processing depth direction or for each depth. As a result, it is possible to appropriately supply the laser beam energy to the processing unit corresponding to various processing conditions.
[0007]
A laser surface processing apparatus according to the present invention includes a plurality of fiber laser oscillation devices, a laser oscillation control device that controls on / off of the oscillation of the fiber laser oscillation device, and a laser beam emitted from each fiber laser oscillation device. focused on a laser processing apparatus and a single converging optical system, said plurality of fiber laser oscillator comprises a first fiber laser oscillator unit and the second fiber laser oscillator device group, wherein The first fiber laser oscillation device group and the second fiber laser oscillation device group are configured such that laser beams are condensed at positions where the condensing point distances in the optical axis direction from the condensing optical system to the condensing position are different from each other. Pulse laser beams from the one-fiber laser oscillator group and the second fiber laser oscillator group are alternately turned on / off.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic schematic view of the entire laser processing apparatus. The laser processing apparatus 10 is mainly composed of a plurality of fiber laser oscillation apparatuses 12, laser oscillation control apparatuses 18 and processing heads 20 (only three are illustrated for simplicity).
[0009]
The fiber laser oscillation device 12 includes a semiconductor laser oscillator 17 as an excitation device. As the semiconductor laser oscillator 17, for example, a Ga-As semiconductor laser oscillator can be used. When the semiconductor laser oscillator 17 irradiates the active optical fiber (laser oscillation optical fiber) 14 with the excitation laser light (wavelength: about 0.8 μm), the active optical fiber 14 oscillates the laser light (wavelength: about 1.06 μm). . The output of the active optical fiber 14 is, for example, 1 kW, the core diameter is 50 μm, and the clad cross section is a rectangle of 300 × 600 μm. The end of the active optical fiber 14 is a laser beam output end. A passive optical fiber (power transmission optical fiber) may be connected to the output end by fusion, and the laser light may be transmitted to the processing head 20 by the passive optical fiber. In this case, the tip of the passive optical fiber becomes the laser light output end.
[0010]
The laser oscillation control device 18 includes a control computer and a driving power supply unit for the semiconductor laser oscillator 17. The laser oscillation control device 18 controls the injection current of the semiconductor laser oscillator for each fiber laser oscillation device 14. When the injection current exceeds the threshold value, the fiber laser oscillation device oscillates, and when the injection current becomes below, the oscillation is stopped and the laser light output is controlled to be on / off. Depending on the processing conditions, the on / off timing and cycle are set for each optical fiber 14 in advance.
[0011]
The processing head 20 includes a fiber holding unit 22 and a condensing optical system 25. The fiber holding unit 22 holds the tip portions of the plurality of optical fibers 14 at a preset position with the optical axes aligned. The held optical fiber 14 is arranged to form a polygon such as a square or a ring when viewed in a cross section perpendicular to the optical axis of the condensing optical system 25. In the case of a square arrangement, they are arranged in an n × n matrix (where n is the number of optical fibers and 2 or more). Further, the position of the output end 15 is shifted in the optical axis direction with respect to the condensing optical system 25 for each optical fiber or for each optical fiber group. Therefore, as shown in FIG. 2, the output end 15 has a three-dimensional arrangement. The output end of the optical fiber or optical fiber group may be shifted by three or more stages.
[0012]
As shown in FIG. 3, the condensing optical system 25 includes a first condensing lens 26 having a focal length f1 and a second condensing lens 27 having a focal length f2. The distance between the center of the first condenser lens 26 and the center of the second condenser lens 27 is L.
[0013]
As shown in FIG. 3A, the first optical fiber output end 15 n is at a distance of f 1 + Δ with respect to the center of the first condenser lens 26. The laser light Rn emitted from the first optical fiber output end 15n is slightly converged by the first condenser lens 26 and becomes substantially parallel light between the first condenser lens 26 and the second condenser lens 27. The substantially parallel light is condensed by the second condenser lens 27 at the position of the focal point distance f2 ′. As shown in FIG. 3B, the second optical fiber output end 15f is at a focal length f1 with respect to the center of the first condenser lens 26, and the laser light emitted from the second optical fiber output end 15f. Rf becomes parallel light by the first condenser lens 26. The parallel light is condensed at the focal length f2 by the second condenser lens 27.
[0014]
The condensing point distance f2 'of the laser beam Rn can be obtained by the following equation.
f2 '= (f1 2 + Δ · f 1 −Δ · L) f 2 / {f 1 2 + Δ · (f 1 + f 2) −Δ · L}
Therefore, the laser beam Rn emitted from the first optical fiber output end 15n is closer to the second condenser lens 27 than the laser beam Rf emitted from the second optical fiber output end 15f as shown in FIG. It is focused on. Note that the output end 15 is not necessarily arranged at the position of the focal length.
[0015]
The laser processing apparatus configured as described above performs processing such as welding, cutting, and surface treatment while feeding the workpiece 1 in the direction of the arrow.
[0016]
Here, the welding test by the said laser processing apparatus is demonstrated. The welding material is a mild steel material having a thickness of 25 mm.
[0017]
The configuration of the condensing optical system 25 is as follows. The focal lengths f1 and f2 of the first condenser lens 26 and the second condenser lens 27 are each 100 mm, and the distance L between both lens centers is also 100 mm. The first optical fiber output end 15n is located at a position 105 mm from the center of the first condenser lens 26, and the second optical fiber output end 15f is located at a position 100 mm. In this case, the laser light Rn from the first optical fiber 14n is condensed at a position of 95 mm from the center of the second condenser lens 27, and the laser light Rf from the second optical fiber 14f is condensed at a position of 100 mm. . That is, the laser beam Rn from the first optical fiber 14n is condensed at a position shifted by 5 mm toward the second condenser lens from the condensing position of the laser beam Rf from the second optical fiber 14f.
[0018]
The arrangement of the optical fibers used in this welding test is as shown in FIG. That is, in any of FIGS. 4A and 4B, nine optical fibers 14f and 14n are arranged in a 3 × 3 matrix. In the arrangement of FIG. 4A, the first optical fibers 14f and the second optical fibers 14n shown in FIG. 3 are alternately arranged in rows and columns. In the arrangement of FIG. 4B, the first optical fibers 14n are arranged along one side of the square, and the others are all the second fibers 14f.
[0019]
The laser output is 8 kW, and the frequency of the pulse laser beam is 5 kHz. The laser light irradiation conditions are as follows.
(1) Output continuous laser light from the first optical fiber 14n and the second optical fiber 14f arranged in FIG.
(2) A pulse laser beam is output from the first optical fiber 14n arranged in FIG. 4A, and a continuous laser beam is output from the second optical fiber 14f.
(3) Pulse laser light is output from the first optical fiber 14n arranged in FIG. 4B, and continuous laser light is output from the second optical fiber 14f following the first optical fiber 14n (see FIG. 6).
(4) A continuous laser beam is output from all optical fibers without deviation in a 3 × 3 matrix arrangement.
FIG. 5 shows the welding results. FIG. 5 reveals that the apparatus of the present invention can obtain a deeper penetration depth than the conventional apparatus, and that the penetration depth varies depending on the laser light irradiation conditions.
[0021]
The deeper penetration in condition (1) than in condition (4) is due to the fact that the focusing position by the fiber laser is misaligned, so the effective depth of focus becomes longer and the range that can be processed by laser light increases. It depends on.
[0022]
The reason why the penetration deeper than that in condition (1) was obtained in condition (2) is that the pulse laser beam has a high power density and a keyhole is easily formed, and the second optical fiber 14f is formed inside the formed keyhole. This is because the continuous laser beam from the laser beam is condensed and the absorption efficiency of the continuous laser beam is increased.
[0023]
Condition (3) is the optical fiber arrangement of FIG. 4B as shown in FIG. 6, and the first optical fiber 14n is arranged on the front side (advance side) of the second optical fiber 14f in the processing direction. Pulse laser light Rn is output from the first optical fiber 14n, and continuous laser light Rf is output from the second optical fiber 14f. Since the pulse laser beam Rn is concentrated on the front side, it is condensed with high power density near the surface of the welding material, and a deep keyhole 6 is formed. The continuous laser beam is condensed at a position where it enters the welding material 5 from the surface of the welding material, that is, inside the keyhole 6. As a result, the laser light absorptance is increased, the processing efficiency is improved, and a deep penetration depth can be obtained.
[0024]
Further, as the laser beam irradiation condition (5) , in the optical fiber arrangement shown in FIG. 4 (a), the optical fibers 14n and 14f are alternately oscillated at a frequency of 1 kHz (on time of the optical fiber is 500 μsec), and the plate thickness is 10 mm. Butt welding was conducted. For comparison, butt welding of mild steel having a thickness of 10 mm was performed under condition (4) . When the number of pore defects in the weld bead per 100 m of weld length was evaluated, the number of pore defects per 100 m of weld length was 1 in condition (5) , whereas 13 holes in condition (4). Defects were observed.
[0025]
The reason why the pore defects per unit length are reduced is as follows. When observing the keyhole opening during welding, the condition (4) shows that the keyhole is periodically blocked, whereas the condition (5) where the condensing point position is vibrated is the keyhole opening. Was stable and no obstruction occurred. For this reason, it is considered that the assist gas that has been trapped inside due to the blockage of the keyhole and becomes a pore defect in the prior art is discharged again to the outside of the steel sheet in the welding of the condition (5) , and the pore defect is reduced.
[0026]
When the laser processing device is, for example, a drilling device, the plurality of fiber laser oscillation devices include a plurality of fiber laser oscillation devices having different focal point distances, and the laser oscillation is performed in ascending order of the focal point distance according to processing conditions. Sequentially turn on and off. Within the optical fiber group, the focal point distance is the same. A deep hole can be made by deepening the condensing position step by step as processing proceeds.
[0027]
【The invention's effect】
In the laser processing apparatus according to the present invention, the laser beam can be focused uniformly over a wide range in the processing depth direction or at a required power density for each processing depth. Energy can be supplied to the processing section. As a result, the processing quality and processing efficiency can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic schematic view of an entire laser processing apparatus.
FIG. 2 is a view showing a holding state of a tip portion of an optical fiber in a processing head of the apparatus.
FIG. 3 is a drawing for explaining the relationship between the position of the optical fiber output end and the light collecting position with respect to the light collecting optical system of the apparatus.
FIG. 4 is a view showing an example of arrangement of optical fibers in a processing head.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the welding speed and the penetration depth when the laser beam irradiation conditions change.
FIG. 6 shows an example in which the laser processing apparatus of the present invention is a welding apparatus, and is a schematic view of a processing head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Work material 5 Welding material 6 Keyhole 10 Laser processing apparatus 12 Fiber laser oscillation apparatus 14 Active optical fiber 15 Optical fiber output end 18 Laser oscillation control apparatus 19 Optical fiber cable 20 Processing head 22 Optical fiber holding part 25 Condensing optical system 26 First condenser lens 27 Second condenser lens 30, 32 Optical fiber group R Laser light

Claims (2)

複数のファイバレーザ発振装置と、前記ファイバレーザ発振装置の発振をオン・オフ制御するレーザ発振制御装置と、各ファイバレーザ発振装置から出射されたレーザ光を加工部に集光する1つの集光光学系とを備えたレーザ加工装置であって、前記集光光学系から集光位置までの光軸方向の集光点距離が互いに異なる位置に複数のレーザ光が集光され、集光点距離が短い順に順次オン・オフされることを特徴とするレーザ加工装置。A plurality of fiber laser oscillator, a laser oscillation control unit for controlling turning on and off the oscillation of the fiber laser oscillator, a single converging optical condensed on the processing unit to the laser light emitted from the fiber laser oscillator A plurality of laser beams are condensed at positions where the condensing point distances in the optical axis direction from the condensing optical system to the condensing position are different from each other, and the condensing point distance is A laser processing apparatus which is sequentially turned on and off in a short order. 複数のファイバレーザ発振装置と、前記ファイバレーザ発振装置の発振をオン・オフ制御するレーザ発振制御装置と、各ファイバレーザ発振装置から出射されたレーザ光を加工部に集光する1つの集光光学系とを備えたレーザ加工装置であって、前記複数のファイバレーザ発振装置は、第1ファイバレーザ発振装置群と第2ファイバレーザ発振装置群とからなり、前記第1ファイバレーザ発振装置群と第2のファイバレーザ発振装置群とは前記集光光学系から集光位置までの光軸方向の集光点距離が互いに異なる位置にレーザ光が集光され、第1ファイバレーザ発振装置群と第2ファイバレーザ発振装置群とからのパルスレーザ光が交互にオン・オフされることを特徴とするレーザ加工装置。A plurality of fiber laser oscillator, a laser oscillation control unit for controlling turning on and off the oscillation of the fiber laser oscillator, a single converging optical condensed on the processing unit to the laser light emitted from the fiber laser oscillator A plurality of fiber laser oscillation devices, each of which includes a first fiber laser oscillation device group and a second fiber laser oscillation device group, wherein the first fiber laser oscillation device group and the first fiber laser oscillation device group In the second group of fiber laser oscillators, the laser beams are condensed at positions where the focal point distances in the optical axis direction from the condensing optical system to the condensing position are different from each other. A laser processing apparatus in which pulsed laser beams from a group of fiber laser oscillation apparatuses are alternately turned on and off.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102892586A (en) * 2010-02-26 2013-01-23 联邦印刷有限公司 Marking device and method for marking valuable or security documents using optical fibres
DE102015010892A1 (en) 2014-08-26 2016-03-03 Fanuc Corporation Laser processing device that can change a fiber core
US11484972B2 (en) 2016-09-23 2022-11-01 Ipg Photonics Corporation Pre-welding analysis and associated laser welding methods and fiber lasers utilizing pre-selected spectral bandwidths that avoid the spectrum of an electronic transition of a metal/alloy vapor

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4595378B2 (en) * 2004-04-28 2010-12-08 住友電気工業株式会社 Resin processing method
DE102006002573A1 (en) * 2006-01-18 2007-07-19 Murrplastik Systemtechnik Gmbh Device for labeling license plates
JP2007207856A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Miyachi Technos Corp Fiber laser processing equipment
JP5266068B2 (en) * 2007-02-15 2013-08-21 新日鐵住金株式会社 Steel plate laser welding method and laser welding apparatus
JP5385509B2 (en) * 2007-04-20 2014-01-08 新日鐵住金株式会社 LASER WELDING DEVICE, LASER WELDING METHOD, AND METAL PLATE MATERIAL MANUFACTURING METHOD
JP5122986B2 (en) * 2008-01-10 2013-01-16 新日鐵住金株式会社 Laser welding method and apparatus for steel plate
JP5289130B2 (en) * 2009-03-26 2013-09-11 本田技研工業株式会社 Assembly crankshaft and manufacturing method thereof
JP2011143416A (en) * 2010-01-12 2011-07-28 Ihi Corp Laser welding method
JP5651396B2 (en) * 2010-07-20 2015-01-14 株式会社アマダ Fiber laser oscillator and fiber laser processing machine
CN102574242B (en) * 2010-09-29 2015-08-05 Ipg光子公司 Systems and methods utilizing fiber lasers for titanium welding using argon blanket gas
JP2012170956A (en) * 2011-02-17 2012-09-10 Amada Co Ltd Laser processing machine
CN103313817B (en) * 2012-04-25 2015-05-27 深圳市杰普特电子技术有限公司 Laser processing system
JP5488651B2 (en) * 2012-07-05 2014-05-14 新日鐵住金株式会社 Laser welding method and apparatus for steel plate
JP2012236228A (en) * 2012-07-23 2012-12-06 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Laser welding method and laser welding device
JP2012210659A (en) * 2012-07-23 2012-11-01 Sumitomo Metal Ind Ltd Laser welding method and laser welding device
JP2012210660A (en) * 2012-07-23 2012-11-01 Sumitomo Metal Ind Ltd Laser welding method and laser welding device
JP5692293B2 (en) * 2013-06-28 2015-04-01 新日鐵住金株式会社 Laser welding method and laser welding apparatus for metal plate
PL3180823T3 (en) * 2014-08-13 2022-08-08 Ipg Photonics Corporation Multibeam fiber laser system, method and use
CN105921883A (en) * 2016-06-22 2016-09-07 安徽中科镭泰激光科技有限公司 An intelligent processing machine
JP6923158B2 (en) 2017-07-27 2021-08-18 三菱重工業株式会社 Laser beam irradiation device and laser beam irradiation system
KR102578698B1 (en) 2018-06-22 2023-09-15 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 Welding method and welding device
JP7343376B2 (en) * 2019-12-04 2023-09-12 株式会社ミツトヨ laser processing equipment
DE102020128186A1 (en) 2020-10-27 2022-04-28 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Process and device for laser cutting using a laser beam guided in a multi-core fiber and the associated computer program product

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102892586A (en) * 2010-02-26 2013-01-23 联邦印刷有限公司 Marking device and method for marking valuable or security documents using optical fibres
CN102892586B (en) * 2010-02-26 2016-01-20 联邦印刷有限公司 For using mark in fibre-optic situation to have marking equipment and the method for valency-or secure file
DE102015010892A1 (en) 2014-08-26 2016-03-03 Fanuc Corporation Laser processing device that can change a fiber core
US9470842B2 (en) 2014-08-26 2016-10-18 Fanuc Corporation Laser processing apparatus capable of switching fiber core
US11484972B2 (en) 2016-09-23 2022-11-01 Ipg Photonics Corporation Pre-welding analysis and associated laser welding methods and fiber lasers utilizing pre-selected spectral bandwidths that avoid the spectrum of an electronic transition of a metal/alloy vapor
US12390882B2 (en) 2016-09-23 2025-08-19 Ipg Photonics Corporation Pre-welding analysis and associated fiber lasers utilizing pre-selected spectral bandwidths that avoid the spectrum of an electronic transition of a metal/alloy vapor

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