JP3167977B2 - Bend mirror device - Google Patents
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- JP3167977B2 JP3167977B2 JP22624498A JP22624498A JP3167977B2 JP 3167977 B2 JP3167977 B2 JP 3167977B2 JP 22624498 A JP22624498 A JP 22624498A JP 22624498 A JP22624498 A JP 22624498A JP 3167977 B2 JP3167977 B2 JP 3167977B2
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
のレーザビームを曲率可変ミラーで反射し集光レンズを
経てワークに照射するベンドミラー装置に関し、特にレ
ーザ加工条件に応じて曲率可変ミラーの反射面の曲率の
変化量を適正に制御するベンドミラー装置に関する。The present invention relates to relates Bendomira ー_So location to be irradiated on the workpiece through the reflected condenser lens of the laser beam with variable curvature mirror from the laser oscillator, the variable curvature mirror especially according to the laser processing conditions the amount of change in the curvature of the reflecting surface about Bendomira ー_So location to properly controlled.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、レーザビームには発散角があるた
めに、レーザビームのスポット径はレーザ発振器からの
距離の違いにより変化する。光移動方式のレーザ加工機
においては、その加工領域長が長いためにレーザビーム
のビーム径を均等になるように固定の凹凸ミラーの複数
枚の組み合わせもしくは透過レンズを通過してレーザ加
工ヘッド内にある集光レンズ(透過レンズ)にまで導か
れて集光される。2. Description of the Related Art Conventionally, since a laser beam has a divergence angle, a spot diameter of the laser beam changes depending on a distance from a laser oscillator. In the laser processing machine of the optical movement type, the processing area length is long, so that the laser beam passes through a combination of a plurality of fixed concave and convex mirrors or a transmission lens so that the beam diameter of the laser beam becomes uniform. The light is guided to a certain condensing lens (transmission lens) and condensed.
【0003】この集光されるレーザビームのスポット径
は、集光レンズに入射するレーザビームのビーム径の大
きさに左右されるものであり、集光レンズにおけるレー
ザビームの焦点長さは入射するレーザビームの発散角の
影響が付加されるものである。つまり、入射するレーザ
ビームのビーム径とレーザ発振器から集光レンズまでの
距離が異なるとスポット径(集光直径)と焦点長さは変
化する。The spot diameter of the focused laser beam depends on the beam diameter of the laser beam incident on the condenser lens, and the focal length of the laser beam on the condenser lens is incident. The influence of the divergence angle of the laser beam is added. That is, when the beam diameter of the incident laser beam and the distance from the laser oscillator to the condenser lens are different, the spot diameter (condensed diameter) and the focal length change.
【0004】また、ワークの材質、板厚、加工方法によ
りそれぞれ適した集光直径とレーリー長が存在すること
が分かってきているので、現状ではレーザ加工ヘッド内
には異なる焦点長さの集光レンズを交換して使い分けし
ている。[0004] It has been known that there are light beam diameters and Rayleigh lengths that are suitable for the work material, plate thickness, and processing method. We change lens and use properly.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
ては、ワークの材質、板厚、加工方法に適した集光直径
を得るためにはその都度集光レンズを交換して焦点長さ
を変更するので、作業性が悪く、また自動化を図ること
が難しいという問題点があった。By the way, conventionally, in order to obtain a light-collecting diameter suitable for the material, plate thickness and processing method of the work, the focus length is changed by replacing the light-condensing lens each time. Therefore, there is a problem that workability is poor and automation is difficult to achieve.
【0006】上記の集光レンズの交換の必要性に伴っ
て、集光レンズを交換するにはレーザ加工ヘッドの構造
の複雑化及びそれに伴うコストアップ、集光レンズの交
換時間のタクトタイムが長いという問題点があった。ま
た、集光レンズの焦点長さの長焦点化にも構造上の上限
があるという問題点があった。[0006] With the necessity of replacing the condenser lens, replacing the condenser lens complicates the structure of the laser processing head and increases the cost associated therewith, and the tact time for replacing the condenser lens is long. There was a problem. In addition, there is a problem that there is a structural upper limit in increasing the focal length of the condenser lens.
【0007】また、従来においては、レーザ発振器の個
体差、ミラー等の光学系の劣化に対応できないという問
題点があった。In addition, there has been a problem in the related art that it is impossible to cope with individual differences in laser oscillators and deterioration of optical systems such as mirrors.
【0008】本発明は叙上の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、複数の集光レンズを使い分け
ることなく、ベンドミラーの反射面の曲率を自在に変化
せしめることにより、1つの集光レンズでワークの材
質、板厚、加工方法の違いに合わせて適正なスポット径
を適正に制御し、安定したレーザ加工を実現し得るベン
ドミラー装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to make it possible to freely change the curvature of the reflecting surface of a bend mirror without using a plurality of condenser lenses. One of the material of the workpiece by the condenser lens, the plate thickness, proper control the proper spot diameter to suit the difference in the processing method is to provide a Bendomira ー_So location that can realize stable laser machining was.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上述のごとき問題に鑑み
て、本発明は、レーザビームを反射する反射面を備えた
ミラーの背面と当該ミラーを装着したミラーブロックと
の間に加圧室を設けると共に、上記ミラーブロックに貯
留室を設け、上記貯留室から前記ミラーの背面全体に圧
力気体を均等な圧力で噴射する多数のガス噴射口を設け
てなるものであり、ミラーの反射面の外周部に一周に亘
るスリットを設けると共にこのスリットの外周側にミラ
ー基準面を設けてなるものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a pressure chamber between a back surface of a mirror having a reflecting surface for reflecting a laser beam and a mirror block on which the mirror is mounted. Along with the provision, a storage chamber is provided in the mirror block, and a large number of gas injection ports for injecting pressurized gas at an equal pressure from the storage chamber to the entire back surface of the mirror are provided. And a mirror reference surface is provided on the outer peripheral side of the slit.
【0010】したがって、加圧室内の気体圧は安定した
状態に維持された後に、多数のガス噴出口からミラーの
反射面の背面へ均等な圧力で噴射されるので安定した状
態の反射面の曲率が得られる。また、レーザビームによ
り熱せられるミラーは反射面の背面に多数のガス噴射面
から均等に噴射される圧力気体により効率よく冷却され
る。Therefore, after the gas pressure in the pressurized chamber is maintained in a stable state, the gas is ejected from a number of gas outlets to the back of the reflecting surface of the mirror with uniform pressure, so that the curvature of the reflecting surface in a stable state is maintained. Is obtained. Further, the mirror heated by the laser beam is efficiently cooled by the pressurized gas uniformly jetted from the many gas jetting surfaces to the back of the reflecting surface.
【0011】そして、ミラーの外周部のミラー基準面が
ミラーの取付け基準位置に位置決めされる。ミラーの曲
率が変化するときに生じるミラーの変形歪みはミラー基
準面の内周側のスリットに吸収されるので、ミラー基準
面はミラーの変形歪みからの影響を避けられる。その結
果、ミラーは常時安定した状態でミラーの取付け基準位
置に装着される。The mirror reference surface on the outer periphery of the mirror is positioned at the mirror mounting reference position. Since the deformation distortion of the mirror that occurs when the curvature of the mirror changes is absorbed by the slit on the inner peripheral side of the mirror reference plane, the mirror reference plane can be prevented from being affected by the deformation distortion of the mirror. As a result, the mirror is always mounted at the mirror mounting reference position in a stable state.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明のベンドミラー装置
の実施の形態について、図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the Bendomira ー_So location of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0013】図4を参照するに、本実施の形態に係わる
レーザ加工装置1は、図示せざる加工装置本体に内蔵さ
れているレーザ発振器から発振されたレーザビームLB
がベンドミラーとしての例えば曲率可変ミラー3を経て
レーザ加工ヘッド5の内部に設けられた集光レンズ7に
導かれる。この集光レンズ7で集光されたレーザビーム
LBは、レーザ加工ヘッド5の先端に設けられた噴射ノ
ズル9を通過してワークWに照射される。例えば数値制
御のワーク移送位置決め装置で移送位置決めされたワー
クWのレーザ加工点に、レーザビームLBの焦点を結ば
せて、所望の形状に切断するなどのレーザ加工が行なわ
れる。Referring to FIG. 4, a laser processing apparatus 1 according to the present embodiment includes a laser beam LB oscillated from a laser oscillator built in a processing apparatus main body (not shown).
Is guided to a condenser lens 7 provided inside a laser processing head 5 through, for example, a variable curvature mirror 3 as a bend mirror. The laser beam LB condensed by the condensing lens 7 passes through the injection nozzle 9 provided at the tip of the laser processing head 5 and is irradiated on the work W. For example, the laser beam LB is focused on the laser processing point of the work W transferred and positioned by the numerically controlled work transfer positioning device, and laser processing such as cutting into a desired shape is performed.
【0014】レーザ加工ヘッド5は前記加工装置本体に
設けられた加工ヘッド移動装置としての例えば加工ヘッ
ド用駆動モータ11により回転駆動されるボールねじ1
3Aを介して昇降自在に換言すれば噴射ノズル9をワー
クWに接離するように移動自在に設けられている。The laser processing head 5 is a ball screw 1 which is driven to rotate by a processing head drive motor 11 as a processing head moving device provided in the processing apparatus main body.
In other words, the injection nozzle 9 is provided movably so as to be able to move up and down via the 3A so as to approach and separate from the work W.
【0015】さらに、集光レンズ7はレーザ加工ヘッド
5に設けられた集光レンズ移動装置としての例えば集光
レンズ用駆動モータ15により回転駆動されるボールね
じ13Bを介してレーザ加工ヘッド5の内部で上下動自
在に設けられている。なお、この集光レンズ7の移動距
離は図4において可変B軸値(B値)として後述され
る。加工ヘッド用駆動モータ11及び集光レンズ用駆動
モータ15はそれぞれ、図1に示されている制御装置1
7に電気的に接続されている。Further, the condenser lens 7 is provided inside the laser processing head 5 via a ball screw 13B which is driven to rotate by, for example, a condenser lens driving motor 15 as a condenser lens moving device provided in the laser processing head 5. And can be moved up and down. The moving distance of the condenser lens 7 will be described later as a variable B-axis value (B value) in FIG. The processing head drive motor 11 and the condenser lens drive motor 15 are each a control device 1 shown in FIG.
7 is electrically connected.
【0016】一般的にレーザビームLBには発散角があ
るために、一様なビーム径で進行するのではなく図4に
示されているように徐々に広がっていくものである。そ
のためにレーザ加工点におけるレーザビームLBのスポ
ット径はレーザ発振器から集光レンズ7までの距離の違
いにより変化することになる。Generally, since the laser beam LB has a divergence angle, the laser beam LB does not travel with a uniform beam diameter but gradually spreads as shown in FIG. Therefore, the spot diameter of the laser beam LB at the laser processing point changes due to the difference in the distance from the laser oscillator to the condenser lens 7.
【0017】集光レンズ7により集光されるレーザビー
ムLBのスポット径は、集光レンズ7に入射するレーザ
ビームLBのビーム径の大きさに左右されるものであ
り、集光レンズ7におけるレーザビームLBの焦点長さ
は集光レンズ7自体の焦点距離に対して入射するレーザ
ビームLBの発散角の影響が付加されるものである。つ
まり、入射するレーザビームLBのビーム径とレーザ発
振器から集光レンズ7までの距離が異なるとスポット径
と焦点長さは変化する。The spot diameter of the laser beam LB condensed by the condenser lens 7 depends on the beam diameter of the laser beam LB incident on the condenser lens 7. The focal length of the beam LB is added with the influence of the divergence angle of the incident laser beam LB on the focal length of the condenser lens 7 itself. That is, when the beam diameter of the incident laser beam LB and the distance from the laser oscillator to the condenser lens 7 are different, the spot diameter and the focal length change.
【0018】例えば、集光レンズ7に入射するレーザビ
ームLBのビーム径DL が大きい場合は図4の実線で示
されているように短い焦点長さLfL で小さいスポット
径dL が得られるが、この同じ集光レンズ7に入射する
ビーム径DS が小さい場合は図4の点線で示されている
ように長い焦点長さLfS で大きいスポット径dS が得
られる。For example, when the beam diameter D L of the laser beam LB incident on the condenser lens 7 is large, a small spot diameter d L is obtained with a short focal length Lf L as shown by a solid line in FIG. However, when the beam diameter D S incident on the same condenser lens 7 is small, a large spot diameter d S is obtained with a long focal length Lf S as shown by a dotted line in FIG.
【0019】本発明のレーザ加工では光制御装置により
集光レンズ7に入射するレーザビームLBのビーム径D
を自在に変更調整することにより1枚の集光レンズ7を
交換することなくワークWの材質及び板厚とその加工方
法の違いに応じてレーザビームLBのスポット径をレー
ザ加工に適した大きさに調整するものである。In the laser processing of the present invention, the beam diameter D of the laser beam LB incident on the condenser lens 7 by the light control device.
The spot diameter of the laser beam LB can be changed according to the material and thickness of the work W and the processing method without changing one condensing lens 7 so that the spot diameter is suitable for laser processing. Is to be adjusted.
【0020】なお、光制御装置とはワークWの材質、板
厚、加工方法に適するレーザ加工点におけるスポット径
d0 (dL やdS などの)を得るために、レーザ加工ヘ
ッド5内の集光レンズ7に入射するレーザビームLBの
ビーム径D(DL やDS などの)を変化させる装置であ
る。The light control device means a spot diameter d 0 (such as d L or d S ) at a laser processing point suitable for a material, a plate thickness, and a processing method of the work W. This is a device that changes the beam diameter D (such as D L and D S ) of the laser beam LB incident on the condenser lens 7.
【0021】本発明の実施の形態の主要部となる光制御
装置として用いられている曲率可変ミラー3は、図4に
示されているようにベンドブロック19に装着されてお
り、レーザ発振器側からのレーザビームLBを集光レン
ズ7の方向へ反射するもので、反射面Mの曲率を自在に
変更調整可能に設けられている。The variable curvature mirror 3 used as a light control device which is a main part of the embodiment of the present invention is mounted on a bend block 19 as shown in FIG. Is reflected in the direction of the condenser lens 7, and is provided so that the curvature of the reflection surface M can be freely changed and adjusted.
【0022】図2を参照するに、本実施の形態では、ミ
ラー21は反射面Mに該当する底面が薄肉となる円筒形
状をなしており、前記反射面Mを外側にして円柱形状の
ミラーブロック23に装着されボルトBTで一体的に固
定され、反射面Mの背面とミラーブロック23の端面と
の間には加圧室25が設けられている。[0022] Referring to FIG. 2, in the present embodiment, the mirror 21 bottom corresponding to the reflecting surface M is has no thin and ing cylindrical, cylindrical with the reflecting surface M to the outer mirror A pressure chamber 25 is provided between the back surface of the reflection surface M and the end surface of the mirror block 23 and is fixed to the block 23 and integrally fixed with bolts BT.
【0023】ミラーブロック23には加圧室25を構成
する端面の近くにはミラーブロック23の内部に貯留室
27が設けられており、図3に示されるように貯留室2
7と加圧室25を連通する多数の小径穴がガス噴出口2
9として設けられている。なお、図2,図3より明らか
なように、多数のガス噴出口29は圧力流体を反射面M
の背面全体に向けて噴出するように設けられている。The mirror block 23 is provided with a storage chamber 27 inside the mirror block 23 near an end face constituting the pressurizing chamber 25, and as shown in FIG.
7 and the pressurizing chamber 25 communicate with each other through a number of small-diameter holes.
9 is provided. As is clear from FIGS. 2 and 3, the large number of gas outlets 29 transmit the pressure fluid to the reflecting surface M.
It is provided so as to squirt toward the entire back surface of the.
【0024】また、ミラーブロック23には貯留室27
に連通するガス供給路31と、加圧室25に連通するガ
ス排気路33が設けられている。ミラーブロック23の
ガス供給路31は供給側ガスケット35を介してガス供
給ポートCに連通され、このガス供給ポートCには空気
圧または他のガス等の圧力気体が供給される。ガス排気
路33は排気側ガスケット37を介してガス排気ポート
Dに連通されている。The mirror block 23 has a storage chamber 27.
A gas supply passage 31 communicating with the pressure chamber 25 and a gas exhaust passage 33 communicating with the pressurizing chamber 25 are provided. The gas supply path 31 of the mirror block 23 is connected to a gas supply port C via a supply side gasket 35, and a pressure gas such as air pressure or another gas is supplied to the gas supply port C. The gas exhaust path 33 communicates with a gas exhaust port D via an exhaust gasket 37.
【0025】また、ミラー21には反射面Mの外周部に
一周に亘るスリット39が設けられており、このスリッ
ト39は反射面Mが変形するときの逃げ溝となる。さら
に、スリット39の外周側にはミラー基準面41が設け
られている。The mirror 21 is provided with a slit 39 on the outer circumference of the reflection surface M, which is a relief groove when the reflection surface M is deformed. Further, a mirror reference surface 41 is provided on the outer peripheral side of the slit 39.
【0026】なお、ミラー21の薄肉の反射面Mは非加
圧時には常時凹面状態にある。例えば、ミラー21は薄
肉の反射面Mの背面から均等な圧力で外側に向けて加圧
した状態で、前記反射面Mを平面に加工すると、上記の
加圧力をなくしたときには常時凹面状態となる。The thin reflecting surface M of the mirror 21 is always in a concave state when no pressure is applied. For example, when the reflecting surface M is processed into a flat surface in a state where the mirror 21 is pressed outward from the back surface of the thin reflecting surface M with a uniform pressure, if the pressing force is eliminated, the mirror 21 is always in a concave state. .
【0027】上記のミラー21及びミラーブロック23
は底面に開口部43を設けた円筒形状のミラーマウント
ベース45の内部に、しかもミラー21の反射面Mが前
記開口部43に臨むように嵌入されている。ミラー21
の外周部のミラー基準面41がミラーマウントベース4
5の底部の基準面に突き当てられて基準位置に位置決め
される。ミラー基準面41の内周側にスリット39が設
けられているので、ミラー21の曲率が変化するときに
生じるミラー21の変形歪みはスリット39に吸収され
るためにミラー基準面41はミラー21の変形歪みから
の影響を避けられる。したがって、ミラー21は常時安
定した状態でミラーマウントベース45並びにベンドブ
ロック19に装着されることになる。The above-mentioned mirror 21 and mirror block 23
Is fitted inside a cylindrical mirror mount base 45 provided with an opening 43 on the bottom surface, such that the reflection surface M of the mirror 21 faces the opening 43. Mirror 21
The mirror reference surface 41 on the outer periphery of the mirror mount base 4
5 is abutted against a reference surface at the bottom and positioned at a reference position. Since the slit 39 is provided on the inner peripheral side of the mirror reference surface 41, the deformation distortion of the mirror 21 generated when the curvature of the mirror 21 changes is absorbed by the slit 39. The influence from deformation distortion can be avoided. Therefore, the mirror 21 is always mounted on the mirror mount base 45 and the bend block 19 in a stable state.
【0028】ミラーマウントベース45の背面には、内
部に冷却水を流入する冷却ジャケット47を備えた冷却
ブロック49がボルトBTにより一体的に固定されてい
る。冷却ジャケット47は冷却ブロック49の背面に溝
部51を設け、この溝部51の開口をパッキン53によ
り被蓋して形成されており、冷却ブロック49の背面は
冷却ブロックカバー55により被蓋されボルトBTで固
定されている。On the back surface of the mirror mount base 45, a cooling block 49 having a cooling jacket 47 into which cooling water flows is integrally fixed by bolts BT. The cooling jacket 47 is formed by providing a groove portion 51 on the back surface of the cooling block 49 and covering the opening of the groove portion 51 with a packing 53. The back surface of the cooling block 49 is covered by a cooling block cover 55 and is bolted by BT. Fixed.
【0029】図1を参照するに、ガス供給ポートCに供
給される空気圧または他のガス等の圧力気体は圧力調整
装置57により気体圧力が調整されるように構成されて
おり、圧力調整装置57はレーザ加工条件に応じて曲率
可変ミラー3の反射面Mの曲率を変更調整すべく制御装
置17により制御される機構である。Referring to FIG. 1, a pressure gas such as air pressure or another gas supplied to the gas supply port C is configured such that the gas pressure is adjusted by a pressure adjusting device 57. Is a mechanism controlled by the controller 17 to change and adjust the curvature of the reflection surface M of the curvature variable mirror 3 according to the laser processing conditions.
【0030】圧力調整装置57について詳しくは、ガス
供給ポートCはミラー側ガス供給管59を介して電空レ
ギュレータ等のサーボ弁61のAポートに連通されてお
り、サーボ弁61のPポートはサーボ弁側ガス供給管6
3を介して空気圧または他のガス等の圧力気体を供給す
る作動ガス供給源65に連通されている。また、サーボ
弁61のTポートはサーボ弁側ガス排気管67を介して
排気フィルタ69を経て外気に排出されるよう構成され
ている。More specifically, the gas supply port C is connected to the A port of a servo valve 61 such as an electropneumatic regulator through a mirror side gas supply pipe 59, and the P port of the servo valve 61 is connected to the servo port. Valve side gas supply pipe 6
3 is connected to a working gas supply source 65 for supplying a pressure gas such as air pressure or another gas. The T port of the servo valve 61 is configured to be discharged to the outside air via an exhaust filter 69 via a servo valve side gas exhaust pipe 67.
【0031】ミラー側ガス供給管59にはサーボ弁61
とガス供給ポートCとの間において分岐接続されたアキ
ュームレータタンク71と、ガス圧を検出する圧力検出
器としての例えば圧力センサ73が設けられており、こ
の圧力センサ73は曲率可変ミラー制御装置としての例
えばサーボコントロールアンプ75を経てサーボ弁61
に電気的に接続されている。また、サーボコントロール
アンプ75はレーザ加工装置1の全体的な動作をコント
ロールする制御装置17に電気的に接続されている。A servo valve 61 is connected to the gas supply pipe 59 on the mirror side.
And a gas supply port C, an accumulator tank 71 branched and connected, and a pressure sensor 73 as a pressure detector for detecting gas pressure, for example, are provided. The pressure sensor 73 serves as a curvature variable mirror control device. For example, via the servo control amplifier 75, the servo valve 61
Is electrically connected to The servo control amplifier 75 is electrically connected to the control device 17 that controls the overall operation of the laser processing device 1.
【0032】また、ガス排気ポートDはガス排気管77
及びオリフィス79を介して排気フィルタ69を経て外
気に排出されるよう構成されている。The gas exhaust port D is connected to the gas exhaust pipe 77.
And, it is configured to be discharged to the outside air via an exhaust filter 69 via an orifice 79.
【0033】制御装置17としては、図1に示されてい
るように、例えば中央処理装置としてのCPU81に、
ワークWの材質、板厚、加工方法等の情報、加工点座
標、曲率可変ミラー3の曲率の変化量と焦点長さのデー
タ等を入力するための入力装置83と表示装置85と、
入力されたデータを記憶するメモリ87と、上記の加工
点座標に伴う曲率可変ミラー3の曲率の変化量と焦点長
さとの関係式に基づいてレーザビームLBのスポット径
d0 やスポット位置(焦点長さLf0 )並びに曲率可変
ミラー3の曲率の変化量を演算する演算装置89が接続
されている。As shown in FIG. 1, the control unit 17 includes, for example, a CPU 81 as a central processing unit.
An input device 83 and a display device 85 for inputting information such as a material, a plate thickness, and a processing method of the work W, processing point coordinates, data of a change amount of a curvature of the curvature variable mirror 3 and data of a focal length;
Based on a memory 87 for storing input data and a spot diameter d 0 and a spot position (focal point) of the laser beam LB, based on a relational expression between the focal length and the amount of change in curvature of the curvature variable mirror 3 according to the coordinates of the processing point. An arithmetic unit 89 for calculating the length Lf 0 ) and the amount of change in the curvature of the curvature variable mirror 3 is connected.
【0034】さらに、CPU81には上記のワークWの
材質、板厚、加工方法等の情報に基づいて得た曲率可変
ミラー3の曲率の変化量と集光レンズ7における焦点長
さに合わせるべく曲率可変ミラー3の曲率を変化させる
ようにサーボコントロールアンプ75に指令を発生する
比較判断装置91が接続されている。Further, the CPU 81 controls the curvature of the variable curvature mirror 3 obtained on the basis of the information such as the material, the thickness, and the processing method of the work W so as to match the amount of change of the curvature with the focal length of the condenser lens 7. A comparison / determination device 91 that issues a command to the servo control amplifier 75 so as to change the curvature of the variable mirror 3 is connected.
【0035】上記構成により、制御装置17ではワーク
Wのレーザ加工条件とレーザ加工領域を判断するワーク
WのX,Y座標値(ワークWの平面での前後左右方向の
座標値)を基にして、ミラー21の反射面Mの曲率の所
望の変形量を得るためのガス圧力が予め入力されメモリ
87に記憶されているデータベースから演算装置89で
計算して比較判断装置91にて比較判断されて決定され
る。この決定されたガス圧力を維持すべく制御装置17
からサーボコントロールアンプ75に指令され、サーボ
弁61が作動する。With the above configuration, the control device 17 uses the laser processing conditions of the work W and the X and Y coordinate values of the work W (coordinate values in the front, rear, left and right directions on the plane of the work W) for determining the laser processing area. The gas pressure for obtaining the desired amount of deformation of the curvature of the reflection surface M of the mirror 21 is calculated in advance by a calculation device 89 from a database stored in a memory 87 and compared and determined by a comparison determination device 91. It is determined. The controller 17 maintains the determined gas pressure.
Is sent to the servo control amplifier 75, and the servo valve 61 operates.
【0036】作動ガス供給源65からサーボ弁側ガス供
給管63を介して供給される圧力気体は、サーボ弁61
でPポートからAポートを経てミラー側ガス供給管59
から曲率可変ミラー3のガス供給ポートCへ供給され
る。このとき、サーボ弁61を経て供給される圧力気体
の圧力はアキュームレータタンク71により安定化され
ると共に圧力センサ73により検出された気体圧のデー
タが随時サーボコントロールアンプ75にフィードバッ
クされてサーボ弁61が作動するので、安定した気体圧
が維持される。The pressurized gas supplied from the working gas supply source 65 via the servo valve side gas supply pipe 63 is supplied to the servo valve 61.
The gas supply pipe 59 from the P port to the mirror side through the A port
To the gas supply port C of the variable curvature mirror 3. At this time, the pressure of the pressurized gas supplied via the servo valve 61 is stabilized by the accumulator tank 71, and the data of the gas pressure detected by the pressure sensor 73 is fed back to the servo control amplifier 75 as needed, so that the servo valve 61 As it operates, a stable gas pressure is maintained.
【0037】さらに、圧力気体はガス供給ポートCから
ガス供給路31を経て貯留室27へ流入し、この貯留室
27の圧力気体が多数のガス噴出口29から加圧室25
のミラー21の反射面Mの背面へ均等な圧力で噴射され
る。ミラー21は背面より加圧されることにより反射面
Mの曲率が変形される。噴射された圧力気体は加圧室2
5からガス排気路33を経てガス排気ポートDへ排出さ
れる。なお、上記の加圧室25内の気体圧は圧力調整装
置57の作動により安定した状態に維持されるのでミラ
ー21の反射面Mの曲率は維持される。Further, the pressurized gas flows into the storage chamber 27 from the gas supply port C via the gas supply path 31, and the pressurized gas in the storage chamber 27 is supplied from the gas outlets 29 to the pressurized chamber 25.
Is jetted onto the back surface of the reflecting surface M of the mirror 21 with a uniform pressure. When the mirror 21 is pressed from the back surface, the curvature of the reflection surface M is deformed. The injected pressure gas is supplied to the pressurizing chamber 2
5 to a gas exhaust port D via a gas exhaust path 33. Since the gas pressure in the pressurizing chamber 25 is maintained in a stable state by the operation of the pressure adjusting device 57, the curvature of the reflection surface M of the mirror 21 is maintained.
【0038】また、レーザビームLBにより熱せられる
ミラー21は、多数のガス噴射面から反射面Mの背面に
均等に噴射される圧力気体により効率よく冷却されると
共に、図2に示されているように冷却ブロック49が冷
却水により常時冷却されているのでミラー21の熱がミ
ラー21の外周面からミラーマウントベース45を経て
冷却ブロック49に吸収される。したがって、ミラー2
1の熱的変形が最小限に押さえられることになる。Further, the mirror 21 heated by the laser beam LB is efficiently cooled by the pressurized gas which is uniformly jetted from the many gas jetting surfaces to the back surface of the reflecting surface M, as shown in FIG. Since the cooling block 49 is constantly cooled by the cooling water, the heat of the mirror 21 is absorbed by the cooling block 49 from the outer peripheral surface of the mirror 21 via the mirror mount base 45. Therefore, mirror 2
1 is minimized.
【0039】上記のように、圧力気体の圧力が調整され
ることにより、例えば、気体圧が小から大へ調整される
とミラー21の反射面Mは順に、図1の点線のように凹
面と、図1の実線のように平面と、図1の一点鎖線のよ
うに凸面へ、曲率が自在に変更されることが可能とな
る。As described above, when the pressure of the pressurized gas is adjusted, for example, when the gas pressure is adjusted from small to large, the reflection surface M of the mirror 21 is sequentially changed to a concave surface as shown by a dotted line in FIG. The curvature can be freely changed from a flat surface as shown by a solid line in FIG. 1 to a convex surface as shown by a dashed line in FIG.
【0040】したがって、曲率可変ミラー3の曲率がサ
ーボコントロールアンプ75により制御されて、例えば
図4に示されているように反射されるレーザビームLB
のビーム径が縮小及び拡大されるので、集光レンズ7へ
入射するレーザビームLBのビーム径Dの大きさが自在
に変更調整される。集光直径における加工領域差を最小
限に押さえることが可能となり、又、ワークWの材質、
板厚、加工方法に適した集光直径及びレーリー長のレー
ザビームLBが得られるので、レーザ加工の安定化が図
られると共にレーザ加工能力が向上する。Accordingly, the curvature of the curvature variable mirror 3 is controlled by the servo control amplifier 75, and the reflected laser beam LB, for example, as shown in FIG.
Is reduced and expanded, the size of the beam diameter D of the laser beam LB incident on the condenser lens 7 can be freely changed and adjusted. It is possible to minimize the difference in the processing area in the condensing diameter, and the material of the work W,
Since a laser beam LB having a condensing diameter and a Rayleigh length suitable for the plate thickness and the processing method can be obtained, the laser processing is stabilized and the laser processing capability is improved.
【0041】図7を参照するに、ガス圧力に対するミラ
ー21の反射面Mの曲率半径の関係は、例えばガス圧力
が約3.2kgf/cm2 程度のときにミラー21の反
射面Mがほぼ平面になり、このガス圧力を境に小さくな
るにつれて凹面の曲率半径(−側)が小さくなる方へ変
化し、ガス圧力が大きくなるにつれて凸面の曲率半径
(+側)が小さくなる方へ変化することが分かる。Referring to FIG. 7, the relationship between the gas pressure and the radius of curvature of the reflecting surface M of the mirror 21 is, for example, such that the reflecting surface M of the mirror 21 is substantially flat when the gas pressure is about 3.2 kgf / cm 2. And the radius of curvature (-side) of the concave surface changes to become smaller as the gas pressure becomes smaller, and the radius of curvature (+ side) of the convex surface becomes smaller as the gas pressure increases. I understand.
【0042】図8を参照するに、ガス圧力を変化させた
ときのレーザ加工点(ミラー21から5.2mの距離の
位置)での集光直径d0 の関係が示されている。集光直
径d0 はガス圧力Pに対してほぼ一次関数d0 =−3
9.925P+578.26で近似できる。Referring to FIG. 8, there is shown a relationship between the condensing diameter d 0 at a laser processing point (a position at a distance of 5.2 m from the mirror 21) when the gas pressure is changed. The condensing diameter d 0 is substantially a linear function d 0 = −3 with respect to the gas pressure P.
It can be approximated by 9.925P + 578.26.
【0043】図9を参照するに、レーザ加工点で得られ
る焦点位置は、レーザビームLBは伝播するときに波面
曲率変化が生じることにより、集光レンズ7の可変B軸
値がガス圧力に対して一次的にB=0.86P+10.
08で変化することが分かる。したがって、実際のレー
ザ加工においてはあるガス圧力における任意の集光直径
が得られるが、同時に焦点位置B値も上記の式に従って
考慮する必要がある。Referring to FIG. 9, the focal position obtained at the laser processing point is such that the wavefront curvature changes when the laser beam LB propagates, so that the variable B-axis value of the condenser lens 7 changes with respect to the gas pressure. And B = 0.86P + 10.
It turns out that it changes at 08. Therefore, in the actual laser processing, an arbitrary focused diameter at a certain gas pressure can be obtained, but at the same time, the focal position B value also needs to be considered according to the above equation.
【0044】なお、この発明は前述した実施の形態の例
に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりそ
の他の態様で実施し得るものである。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented in other modes by making appropriate changes.
【0045】圧力調整装置57としては、前述した図1
の実施の形態におけるサーボ弁61に換えて、図5に示
されているように比例電磁式圧力制御弁93を使用する
ことができる。この場合は、圧力センサ73により検出
される気体圧のデータが随時図1に示されるものと同様
のサーボコントロールアンプ75にフィードバックされ
て比例電磁式圧力制御弁93が作動され、安定した気体
圧が維持される。他の構成は前述した図1の実施の形態
とほぼ同様である。As the pressure adjusting device 57, the aforementioned FIG.
Instead of the servo valve 61 in the embodiment, a proportional electromagnetic pressure control valve 93 can be used as shown in FIG. In this case, the data of the gas pressure detected by the pressure sensor 73 is fed back to the servo control amplifier 75 similar to that shown in FIG. 1 as needed, and the proportional electromagnetic pressure control valve 93 is operated, so that a stable gas pressure is obtained. Will be maintained. Other configurations are almost the same as those of the embodiment of FIG.
【0046】あるいは、前述した図1の実施の形態にお
けるサーボ弁61に換えて、図6に示されているように
例えば固定減圧弁95Aとソレノイドバルブ97Aを使
用して予め設定された所望の気体圧を得るための設定1
の段階と、この設定1の段階と同様に他の固定減圧弁9
5Bとソレノイドバルブ97Bを使用して予め設定され
た他の所望の気体圧を得るための設定2の段階と、以下
同様にして他の所望の気体圧を得るための段階からなる
複数の段階に制御するように構成することもできる。Alternatively, instead of the servo valve 61 in the embodiment of FIG. 1 described above, as shown in FIG. 6, for example, a predetermined desired gas is set using a fixed pressure reducing valve 95A and a solenoid valve 97A. Setting 1 for obtaining pressure
And the other fixed pressure reducing valves 9 in the same manner as in the setting 1 stage.
5B and a plurality of stages including a stage for obtaining another desired gas pressure set in advance by using the solenoid valve 97B and a stage for obtaining another desired gas pressure in the same manner. It can also be configured to control.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上のごとき発明の実施の形態の説明か
ら理解されるように、本発明によれば、加圧室内の気体
圧は安定した状態に維持された後に、多数のガス噴出口
によりミラーの反射面の背面へ均等な圧力で噴射できる
ので安定した状態の反射面の曲率を得られる。また、レ
ーザビームにより熱せられるミラーは反射面の背面に多
数のガス噴射面から均等に噴射される圧力気体により効
率よく冷却できる。As can be understood from the above description of the embodiments of the present invention, according to the present invention, after the gas pressure in the pressurizing chamber is maintained in a stable state, the number of gas outlets is increased. Since the jet can be jetted with even pressure to the back surface of the reflecting surface of the mirror, a stable curvature of the reflecting surface can be obtained. Further, the mirror heated by the laser beam can be efficiently cooled by the pressurized gas which is uniformly jetted from the many gas jetting surfaces to the back of the reflecting surface.
【0048】さらに、ミラーの外周部のミラー基準面が
ミラーの取付け基準位置に位置決めされる。ミラー基準
面の内周側のスリットにミラーの曲率が変化するときに
生じるミラーの変形歪みを吸収できるので、ミラー基準
面はミラーの変形歪みからの影響を避けられる。その結
果、ミラーは常時安定した状態でミラーの取付け基準位
置に装着することができる。Further, the mirror reference surface on the outer peripheral portion of the mirror is positioned at the mirror mounting reference position. Since the deformation distortion of the mirror generated when the curvature of the mirror changes in the slit on the inner peripheral side of the mirror reference plane can be absorbed, the mirror reference plane can be prevented from being affected by the deformation distortion of the mirror. As a result, the mirror can be mounted at the mirror mounting reference position in a constantly stable state.
【図1】本発明の実施の形態の曲率可変ミラーの制御回
路図である。FIG. 1 is a control circuit diagram of a curvature variable mirror according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態を示すもので、曲率可変ミ
ラーの断面を示す側面図である。FIG. 2, showing an embodiment of the present invention, is a side view illustrating a cross section of a variable curvature mirror.
【図3】図2の矢視III−III線の断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;
【図4】本発明の実施の形態の曲率可変ミラーを備えた
レーザ加工装置の部分的な概略説明図である。FIG. 4 is a partial schematic explanatory view of a laser processing apparatus provided with a variable curvature mirror according to the embodiment of the present invention.
【図5】他の実施の形態を示すもので、比例電磁式圧力
制御弁を含む圧力調整装置を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment and showing a pressure adjusting device including a proportional electromagnetic pressure control valve.
【図6】他の実施の形態を示すもので、固定減圧弁とソ
レノイドバルブを使用する圧力調整装置を示す部分的な
気体圧回路図である。FIG. 6 is a partial gas pressure circuit diagram showing a pressure regulator using a fixed pressure reducing valve and a solenoid valve according to another embodiment.
【図7】ガス圧力に対するミラーの曲率半径の関係を示
すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a gas pressure and a radius of curvature of a mirror.
【図8】ガス圧力を変化させたときのレーザ加工点での
集光直径の関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the relationship between the condensing diameters at the laser processing point when the gas pressure is changed.
【図9】ガス圧力に対するレーザ加工点で得られる焦点
位置B値の関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing a relationship between a gas pressure and a focal position B value obtained at a laser processing point.
1 レーザ加工装置 3 曲率可変ミラー 5 レーザ加工ヘッド 7 集光レンズ 17 制御装置 21 ミラー 23 ミラーブロック 25 加圧室 27 貯留室 29 ガス噴出口 39 スリット 41 ミラー基準面 57 圧力調整装置 61 サーボ弁 71 アキュームレータタンク 73 圧力センサ 75 サーボコントロールアンプ(曲率可変ミラー制御
装置) M 反射面REFERENCE SIGNS LIST 1 laser processing device 3 variable curvature mirror 5 laser processing head 7 condenser lens 17 control device 21 mirror 23 mirror block 25 pressurizing chamber 27 storage chamber 29 gas ejection port 39 slit 41 mirror reference surface 57 pressure adjusting device 61 servo valve 71 accumulator Tank 73 Pressure sensor 75 Servo control amplifier (variable curvature mirror control device) M Reflective surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−39281(JP,A) 特開 平10−85979(JP,A) 特開 平8−318383(JP,A) 特開 平9−293915(JP,A) 特開 平11−14945(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/073 G02B 5/10 G02B 7/198 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-39281 (JP, A) JP-A-10-85979 (JP, A) JP-A-8-318383 (JP, A) JP-A-9-99 293915 (JP, A) JP-A-11-14945 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/073 G02B 5/10 G02B 7/198
Claims (1)
(M)を備えたミラー(21)の背面と当該ミラー(2
1)を装着したミラーブロック(23)との間に加圧室
(25)を設けると共に、上記ミラーブロック(23)
に貯留室(27)を設け、上記貯留室(27)から前記
ミラー(21)の背面全体に圧力気体を均等な圧力で噴
射する多数のガス噴射口(29)を設けてなり、前記ミ
ラーの反射面の外周部に一周に亘るスリットを設けると
共にこのスリットの外周側にミラー基準面を設けてなる
ことを特徴とするベンドミラー装置。1. A back surface of a mirror (21) having a reflection surface (M) for reflecting a laser beam (LB) and the mirror (2).
A pressure chamber (25) is provided between the mirror block (23) and the mirror block (23) to which the mirror block (23) is mounted.
A plurality of gas injection ports (29) for injecting a pressurized gas at a uniform pressure from the storage chamber (27) to the entire back surface of the mirror (21). Bendomira ー_So location, wherein the mirror reference plane be provided on the outer peripheral side of the slit provided with a slit over around the outer periphery of the reflecting surface.
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JP22624498A JP3167977B2 (en) | 1998-08-10 | 1998-08-10 | Bend mirror device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1998-08-10 JP JP22624498A patent/JP3167977B2/en not_active Expired - Fee Related
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US9151948B2 (en) | 2012-03-29 | 2015-10-06 | Mitsubishi Electric Corporation | Curvature variable mirror, curvature variable unit, and manufacturing method of curvature variable mirror |
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