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JP2019005802A - Laser processing method, laser processing device and laser emission unit - Google Patents

Laser processing method, laser processing device and laser emission unit Download PDF

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JP2019005802A JP2017126494A JP2017126494A JP2019005802A JP 2019005802 A JP2019005802 A JP 2019005802A JP 2017126494 A JP2017126494 A JP 2017126494A JP 2017126494 A JP2017126494 A JP 2017126494A JP 2019005802 A JP2019005802 A JP 2019005802A
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高橋 博志
Hiroshi Takahashi
博志 高橋
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Amada Weld Tech Co Ltd
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Amada Miyachi Co Ltd
Amada Holdings Co Ltd
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Abstract

【課題】被加工物上に近接して設定される2つの加工ポイントに対して所望の比でレーザエネルギーが異なる同種のレーザ加工を効率よく簡便に行う。【解決手段】この出射ユニット10は、副筒体18bの中または周囲に距離調整部42、オフセット調整部44および方角調整部45を備えている。距離調整部42は、光ファイバ12の終端面と屋根型プリズム38との間の相対的な位置関係を、コリメートレンズ32の光軸(中心軸)上の第1の方向(X方向)で調整するためのものである。オフセット調整部44は、屋根型プリズム38と光ファイバ12の終端面との相対的な位置関係を、第1の方向(X方向)と直交するYZ面内の第2の方向で調整するためのものである。方角調整部45は、コリメートレンズ32の光軸の周回方向(θA方向)で屋根型プリズム38の方角(向き)を調整するためのものである。【選択図】 図1[Problem] To efficiently and simply perform the same type of laser processing with different laser energies at a desired ratio for two processing points set close to each other on a workpiece. [Solution] This emission unit 10 is provided with a distance adjustment section 42, an offset adjustment section 44, and a direction adjustment section 45 in or around the secondary cylinder 18b. The distance adjustment section 42 is for adjusting the relative positional relationship between the end face of the optical fiber 12 and the roof-type prism 38 in a first direction (X direction) on the optical axis (center axis) of the collimator lens 32. The offset adjustment section 44 is for adjusting the relative positional relationship between the roof-type prism 38 and the end face of the optical fiber 12 in a second direction in the YZ plane perpendicular to the first direction (X direction). The direction adjustment section 45 is for adjusting the direction (orientation) of the roof-type prism 38 in the rotational direction (θA direction) of the optical axis of the collimator lens 32. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、ファイバ伝送方式のレーザ加工方法、レーザ加工装置およびレーザ出射ユニットに関する。   The present invention relates to a fiber transmission type laser processing method, a laser processing apparatus, and a laser emission unit.

ファイバ伝送方式のレーザ加工装置は、空間的に分離している装置本体とレーザ出射ユニットとを光ファイバで結び、装置本体内で生成したレーザビームを光ファイバに通してレーザ出射ユニットまで伝送し、レーザ出射ユニット側でレーザビームを被加工物に向けて集光照射する仕組みになっている。   The laser processing apparatus of the fiber transmission system connects the apparatus main body and the laser emission unit that are spatially separated by an optical fiber, transmits the laser beam generated in the apparatus main body to the laser emission unit through the optical fiber, A laser beam is focused and irradiated toward the workpiece on the laser emission unit side.

ファイバ伝送方式は、多点同時加工にも多く用いられている。従来より、多点同時加工にファイバ伝送方式を用いる場合は、1台のレーザ発振器で生成した原レーザビームを部分反射ミラーからなるビームスプリッタにより複数の分岐レーザビームに分割して、それら複数の分岐レーザビームを光ファイバに通して遠隔の加工場所に配置された複数のレーザ出射ユニットまでそれぞれ伝送し、それら複数のレーザ出射ユニットより複数の加工ポイントに向けてそれぞれ複数の分岐レーザビームを同時に照射するシステム構成が採られている。   The fiber transmission system is often used for multi-point simultaneous processing. Conventionally, when a fiber transmission method is used for multi-point simultaneous processing, an original laser beam generated by a single laser oscillator is divided into a plurality of branched laser beams by a beam splitter composed of a partial reflection mirror, and the plurality of branches are divided. A laser beam is transmitted through an optical fiber to a plurality of laser emission units arranged at remote processing locations, and a plurality of branched laser beams are simultaneously irradiated from the plurality of laser emission units toward a plurality of processing points. System configuration is adopted.

特開2014−65047号公報JP 2014-65047 A

多点同時加工の一形態として、被加工物上に数mm程度の微小な距離を隔てた2つの加工ポイントを設定し、それら2つの加工ポイントにレーザ出力の異なる2つの分岐レーザビームを同時に照射してそれぞれにレーザエネルギーの異なる同種のレーザ加工を同時に施す用途またはアプリケーションがある。   As one form of multi-point simultaneous machining, two machining points separated by a minute distance of about several millimeters are set on the workpiece, and two branched laser beams with different laser outputs are simultaneously irradiated to these two machining points. Thus, there are uses or applications in which the same kind of laser processing with different laser energy is simultaneously performed.

このようなアプリケーションに対して、上記のような従来一般のファイバ伝送方式は、板面の所定方向で透過率・反射率が連続的に変化する板状のビームスプリッタを使用し、この板状ビームスプリッタに対する原レーザビームの相対的な入射位置を上記所定方向で変えることによって、該ビームスプリッタより得られる2つの分岐レーザビームつまり該ビームスプリッタを透過する第1の分岐レーザビームと該ビームスプリッタで反射する第2の分岐レーザビームとの間でレーザ出力の比(分割比)を可変に調整するようにしているが(特許文献1の図10参照)、システム全体が大掛かりで、コスト性がよくない。さらに、独立した2以上の出射ユニットから出射ユニットの径よりも狭い間隔の加工箇所に対して同時に加工をする場合には、左右に分かれて傾斜姿勢で配置される2台のレーザ出射ユニットからの分岐レーザビームがそれぞれ斜めの入射角で加工ポイントに入射するため、加工ポイントにおいて板厚方向の溶け込み深さが減少するという問題や、被加工物上で2つの加工ポイントの距離や方角が変わる場合はレーザ出射ユニット全体の配置位置や傾斜姿勢を変えなければならず、精細な調整が難しいという問題もある。   For such applications, the conventional general fiber transmission system as described above uses a plate-shaped beam splitter whose transmittance and reflectance continuously change in a predetermined direction on the plate surface. By changing the relative incident position of the original laser beam with respect to the splitter in the predetermined direction, the two branched laser beams obtained from the beam splitter, that is, the first branched laser beam transmitted through the beam splitter and the reflected beam by the beam splitter Although the laser output ratio (division ratio) is variably adjusted with the second branched laser beam (see FIG. 10 of Patent Document 1), the entire system is large and not cost effective. . Furthermore, when simultaneously processing from two or more independent emission units to a machining location having a narrower interval than the diameter of the emission unit, the two laser emission units separated from each other on the left and right are arranged in an inclined posture. Since the branched laser beam is incident on the machining point at an oblique incident angle, there is a problem that the penetration depth in the plate thickness direction decreases at the machining point, or when the distance or direction of the two machining points on the workpiece changes However, there is a problem that fine adjustment is difficult because the arrangement position and the inclination posture of the entire laser emission unit must be changed.

多点同時加工に付随する上記のような問題点を回避するため、非分岐で単一のレーザ出射ユニットを使用し、加工ポイント毎に該出射ユニットからのレーザビームの照射点を移動させ、レーザ発振部側で所望のレーザ出力に調整された原レーザビームを光ファイバに通してレーザ出射ユニットまで伝送し、レーザ出射ユニットより下方の加工ポイントに照射することも行われている。しかし、このように加工ポイント毎に原レーザビームを逐一照射する方式は、タクトタイムが倍増し、生産効率が低いという問題がある。   In order to avoid the above-mentioned problems associated with multi-point simultaneous processing, a non-branching single laser emission unit is used, and the irradiation point of the laser beam from the emission unit is moved for each processing point, and the laser An original laser beam adjusted to a desired laser output on the oscillating unit side is transmitted through an optical fiber to a laser emission unit, and is irradiated on a processing point below the laser emission unit. However, such a method of irradiating the original laser beam one by one for each processing point has a problem that the tact time is doubled and the production efficiency is low.

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、被加工物上に近接して設定される2つの加工ポイントに対して所望の比でレーザエネルギーが異なる同種のレーザ加工を効率よく簡便に行えるようにしたレーザ加工方法、レーザ加工装置およびこれに用いるレーザ出射ユニットを提供する。   The present invention solves such problems of the prior art, and efficiently performs the same kind of laser processing in which the laser energy is different at a desired ratio with respect to two processing points set close to each other on the workpiece. Provided are a laser processing method, a laser processing apparatus, and a laser emitting unit used therefor, which can be easily performed.

本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振部で所定のレーザ出力を有する原レーザビームを生成し、前記原レーザビームを前記レーザ発振部から光ファイバを介して遠隔のレーザ出射ユニットまで伝送し、前記レーザ出射ユニット内で、前記光ファイバの終端面より出た前記原レーザビームを所定位置に配置されている屋根型プリズムに入射させ、その際に前記原レーザビームのビーム中心が前記屋根型プリズムの傾斜面の稜線からそれと直交する方向に所望のオフセット量だけずれるようにして、前記原レーザビームを所望の比でレーザパワーの異なる第1および第2の分岐レーザビームに分割し、前記レーザ出射ユニット内で、前記屋根型プリズムから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをその後段に配置されているコリメートレンズに通してそれぞれコリメートし、前記レーザ出射ユニット内で、前記コリメートレンズから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをその後段に配置されている集光レンズに通し、前記レーザ出射ユニットの外に配置されている被加工物上の第1および第2の加工ポイントに対して、前記集光レンズから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれ集光照射してレーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施す。   The laser processing method of the present invention generates an original laser beam having a predetermined laser output in a laser oscillation unit, transmits the original laser beam from the laser oscillation unit via an optical fiber to a remote laser emission unit, In the laser emitting unit, the original laser beam that has exited from the end face of the optical fiber is incident on a roof-type prism arranged at a predetermined position, and at this time, the beam center of the original laser beam is the roof-type prism. The original laser beam is divided into first and second branched laser beams having different laser power at a desired ratio so as to be shifted from the ridgeline of the inclined surface by a desired offset amount in a direction orthogonal thereto, and the laser emitting unit The collimating laser is disposed at the subsequent stage of the first and second branched laser beams emitted from the roof prism. Each of the first and second branched laser beams emitted from the collimating lens is passed through a condensing lens disposed in a subsequent stage in the laser emitting unit, and the laser emitting unit The first and second branch laser beams emitted from the condenser lens are focused and irradiated to the first and second machining points on the workpiece disposed outside, respectively, and the laser energy is reduced. Different laser processing is performed simultaneously.

本発明のレーザ加工方法によれば、屋根型プリズムに原レーザビームを通して得られる第1および第2の分岐レーザビームのレーザパワーが所望の比で異なっているので、被加工物上の第1および第2の加工ポイントの間でたとえば被加工材の材質が異なるときや、入熱または放熱特性が異なるときでも、両加工ポイントの双方で同時に適正・良好なレーザ加工を行うことができる。   According to the laser processing method of the present invention, since the laser powers of the first and second branched laser beams obtained by passing the original laser beam through the roof prism are different by a desired ratio, Even when, for example, the material of the workpiece is different between the second machining points or when the heat input or heat dissipation characteristics are different, both of the machining points can be appropriately and satisfactorily subjected to laser processing.

本発明のレーザ出射ユニットは、被加工物上の第1および第2の加工点に対して、第1および第2のレーザビームを集光照射して、レーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施すためのレーザ出射ユニットであって、レーザ発振部からの原レーザビームが伝播してくる光ファイバの一端部を装着するための光ファイバ装着口と前記被加工物に向けられるレーザ出射口とを有するケーシングと、前記光ファイバ装着口に装着された前記光ファイバの終端面にその入射面が対向するように前記ケーシング内に配置され、前記光ファイバの終端面より出た前記原レーザビームを第1および第2の分岐レーザビームに分割する屋根型プリズムと、前記屋根型プリズムの出射面と対向するように前記ケーシング内に配置され、前記屋根型プリズムからの前記第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれコリメートするコリメートレンズと、前記レーザ出射口に近接して前記ケーシング内に配置され、前記コリメートレンズからの前記第1および第2の分岐レーザビームを前記ケーシングの外に位置する前記被加工物上の前記第1および第2の加工ポイントにそれぞれ集光させる集光レンズと、前記コリメートレンズの光軸と平行な第1の方向で前記屋根型プリズムと前記光ファイバ装着口との相対的な位置関係を可変に調整するための第1の位置調整部と、前記コリメートレンズの光軸と直交する面内の第2の方向で前記屋根型プリズムと前記光ファイバの出射端面との相対的な位置関係を可変に調整するための第2の位置調整部とを有する。   The laser emitting unit according to the present invention condenses and irradiates the first and second laser beams to the first and second processing points on the workpiece to simultaneously perform laser processing with different laser energies. A casing having an optical fiber mounting port for mounting one end of an optical fiber through which an original laser beam from a laser oscillation unit propagates and a laser output port directed to the workpiece And the first laser beam emitted from the end surface of the optical fiber is disposed in the casing so that the incident surface thereof faces the end surface of the optical fiber mounted in the optical fiber mounting port. A roof-type prism that is divided into a second branched laser beam; and a roof-type prism that is disposed in the casing so as to face an emission surface of the roof-type prism. A collimating lens for collimating each of the first and second branched laser beams, and the first and second branched laser beams from the collimating lens disposed in the casing in proximity to the laser emission port. A condensing lens for condensing the first and second processing points on the workpiece located outside the casing; and the roof prism in a first direction parallel to the optical axis of the collimating lens. A first position adjusting unit for variably adjusting a relative positional relationship between the optical fiber mounting port and the roof-type prism in a second direction in a plane perpendicular to the optical axis of the collimating lens; A second position adjusting unit for variably adjusting a relative positional relationship with the emission end face of the optical fiber.

上記構成のレーザ出射ユニットによれば、上記第1および第2の位置調整部の調整機能により、屋根型プリズムに原レーザビームを通して得られる第1および第2の分岐レーザビームのレーザパワーを所望の比で異ならせることができる。   According to the laser emission unit having the above-described configuration, the adjustment function of the first and second position adjustment units allows a desired laser power of the first and second branched laser beams obtained by passing the original laser beam through the roof prism. It can be varied in ratio.

本発明のレーザ加工装置は、レーザ加工用の原レーザビームを発振出力するレーザ発振部と、本発明の上記レーザ出射ユニットと、前記レーザ発振部より発振出力された前記原レーザビームを前記レーザ出射ユニットへ伝送するための光ファイバとを有し、前記被加工物上の所定の距離を隔てた第1および第2の加工ポイントに対して、前記レーザ出射ユニットより出射される第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれ集光照射して、レーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施す。   The laser processing apparatus of the present invention includes a laser oscillation unit that oscillates and outputs an original laser beam for laser processing, the laser emission unit of the present invention, and the laser beam emitted from the laser oscillation unit. First and second beams emitted from the laser emitting unit with respect to first and second machining points separated from each other by a predetermined distance on the workpiece. Each of the branched laser beams is condensed and irradiated, and laser processing with different laser energy is simultaneously performed.

本発明のレーザ加工装置によれば、本発明のレーザ出射ユニットを備えることにより、被加工物上の第1および第2の加工ポイントの間でたとえば被加工材の材質が異なるときや、入熱または放熱特性が異なるときでも、両加工ポイントの双方で同時に適正・良好なレーザ加工を行うことができる。   According to the laser processing apparatus of the present invention, by including the laser emission unit of the present invention, for example, when the material of the workpiece is different between the first and second processing points on the workpiece, Or, even when the heat dissipation characteristics are different, appropriate and good laser processing can be performed simultaneously at both processing points.

本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置またはレーザ出射ユニットによれば、上記のような構成と作用により、被加工物上に近接して設定される2つの加工ポイントに対して所望の比でレーザエネルギーが異なる同種のレーザ加工を効率よく簡便に行うことができる。   According to the laser processing method, the laser processing apparatus, or the laser emission unit of the present invention, a laser having a desired ratio with respect to two processing points set close to the workpiece by the configuration and operation as described above. The same kind of laser processing with different energies can be performed efficiently and simply.

本発明の一実施形態におけるレーザ出射ユニットの構成を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the laser emission unit in one Embodiment of this invention. 実施形態における第1の例のレーザ溶接加工を示す図である。It is a figure which shows the laser welding process of the 1st example in embodiment. 比較例における第2の例のレーザ溶接加工を示す図である。It is a figure which shows the laser welding process of the 2nd example in a comparative example. 実施形態における上記第2の例のレーザ溶接加工を示す図である。It is a figure which shows the laser welding process of the said 2nd example in embodiment. 上記レーザ出射ユニットの一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action of the said laser emission unit. 上記レーザ出射ユニットの一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action of the said laser emission unit. 上記レーザ出射ユニットの一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action of the said laser emission unit. 上記レーザ出射ユニットの要部の構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the principal part of the said laser emission unit. 上記レーザ出射ユニットの要部の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the principal part of the said laser emission unit. 上記レーザ出射ユニットの要部の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the principal part of the said laser emission unit. 一実施例における方角調整部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the direction adjustment part in one Example. 別の実施例における方角調整部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the direction adjustment part in another Example. 図11Aの方角調整部の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an effect | action of the direction adjustment part of FIG. 11A.

以下、添付図を参照して本発明の実施形態を説明する。
[実施形態における出射ユニット全体の構成と作用]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Configuration and operation of the whole emission unit in the embodiment]

図1に、本発明の一実施形態におけるレーザ出射ユニットの構成を示す。このレーザ出射ユニット10は、ファイバ伝送方式のレーザ加工装置たとえばレーザ溶接装置に用いられ、レーザ発振部を含む装置本体(図示せず)とは光ファイバ12,ライトガイド14および電気コード16等のケーブル類を介して接続されており、任意の加工場所に任意の姿勢で配置または設置される。   FIG. 1 shows a configuration of a laser emission unit in an embodiment of the present invention. This laser emitting unit 10 is used in a fiber transmission type laser processing apparatus such as a laser welding apparatus. The apparatus main body (not shown) including a laser oscillation unit is a cable such as an optical fiber 12, a light guide 14 and an electric cord 16. It is connected through a kind, and is arranged or installed in an arbitrary posture at an arbitrary processing place.

この出射ユニット10は、単一または複数の筒体で構成される樹脂製または金属製のケーシング18を有し、ケーシング18の中に所要の光学部品を配置または収容するとともに、ケーシング18の中および/または周囲に所要の調整部および付属部品等を備えている。ケーシング18は、長手方向(図1では縦方向)に延びる主筒体18aと、短手方向(図1では横方向)に延びる第1および第2の副筒体18b,18cとを有している。   The emission unit 10 includes a resin-made or metal-made casing 18 composed of a single or a plurality of cylinders, and arranges or accommodates necessary optical components in the casing 18, Necessary adjustment parts and accessory parts are provided around. The casing 18 has a main cylinder 18a extending in the longitudinal direction (vertical direction in FIG. 1), and first and second sub-cylinders 18b and 18c extending in the short direction (lateral direction in FIG. 1). Yes.

主筒体18aは、その一端(下端)にレーザ出射口20が形成され、他端(上端)に撮像装置たとえばCCDカメラ22が取り付けられる。レーザ出射口20には保護ガラス24が取り付けられ、その内側の近くに集光レンズ26が配置される。集光レンズ26の光軸上で、第1および第2の副筒体18b,18cと交差する箇所には、第1および第2のベンドミラー28,30が集光レンズ26の光軸に対して所定角度(一般に45°)傾いた姿勢で配置される。主筒体18aの上部には、CCDカメラ22の撮像面に被加工物Wを結像させるための集光レンズやビームエクスパンダ等を含むビデオレンズ32が設けられる。CCDカメラ22は、電気コード16を介して装置本体内の電源や表示部等に電気的に接続されている。   The main cylindrical body 18a has a laser emission port 20 formed at one end (lower end), and an imaging device such as a CCD camera 22 attached to the other end (upper end). A protective glass 24 is attached to the laser emission port 20, and a condenser lens 26 is disposed near the inside thereof. On the optical axis of the condenser lens 26, the first and second bend mirrors 28, 30 are located with respect to the optical axis of the condenser lens 26 at locations that intersect the first and second sub-cylinders 18 b, 18 c. In a posture inclined at a predetermined angle (generally 45 °). A video lens 32 including a condensing lens and a beam expander for forming an image of the workpiece W on the imaging surface of the CCD camera 22 is provided on the main cylinder 18a. The CCD camera 22 is electrically connected to a power source, a display unit and the like in the apparatus main body via an electric cord 16.

第1の副筒体18bの内部には、主筒体18aに近接する位置にコリメートレンズ34が固定して配置されるとともに、コリメートレンズ34にその平坦面(出射面)を向けるようにして稜線38cを有する屋根型プリズム38がコリメートレンズ34と副筒体18bの先端に位置する光ファイバ装着口36との間に配置されている。   Inside the first sub cylinder 18b, a collimator lens 34 is fixedly disposed at a position close to the main cylinder 18a, and a ridgeline is formed so that the flat surface (outgoing surface) faces the collimator lens 34. A roof-type prism 38 having 38c is disposed between the collimating lens 34 and the optical fiber attachment port 36 located at the tip of the sub cylinder 18b.

光ファイバ装着口36には、光ファイバ12の一端部または終端部が光ファイバ保持部40を介して着脱可能に装着される。光ファイバ12の他端(図示せず)は、装置本体内のレーザ発振部(たとえばYAGレーザ等の固体レーザ、ファイバレーザまたは半導体レーザ)に光学的に結合されている。   One end portion or a terminal end portion of the optical fiber 12 is detachably attached to the optical fiber attachment port 36 via the optical fiber holding portion 40. The other end (not shown) of the optical fiber 12 is optically coupled to a laser oscillation unit (for example, a solid laser such as a YAG laser, a fiber laser, or a semiconductor laser) in the apparatus main body.

この出射ユニット10は、副筒体18bの中または周囲に3つの調整部すなわち距離調整部42、オフセット調整部44および方角調整部45を備えている。距離調整部42は、第1の副筒体18b内で互いに対向する光ファイバ12の終端面と屋根型プリズム38との間の相対的な位置関係を、コリメートレンズ34の光軸(中心軸)上の第1の方向(X方向)で調整するためのものである。オフセット調整部44は、屋根型プリズム38と光ファイバ12の終端面との相対的な位置関係を、第1の方向(X方向)と直交するYZ面内の第2の方向で調整するためのものである。方角調整部45は、コリメートレンズ34の光軸の周回方向(θ方向)で屋根型プリズム38の方角(向き)を調整するためのものである。各調整部42,44,45の構成および作用は、後に詳細に説明する。 The emission unit 10 includes three adjustment units, that is, a distance adjustment unit 42, an offset adjustment unit 44, and a direction adjustment unit 45 in or around the sub cylinder 18b. The distance adjustment unit 42 determines the relative positional relationship between the end face of the optical fiber 12 and the roof prism 38 that face each other in the first sub cylinder 18b, and the optical axis (center axis) of the collimating lens 34. This is for adjustment in the first direction (X direction). The offset adjustment unit 44 adjusts the relative positional relationship between the roof prism 38 and the end face of the optical fiber 12 in a second direction in the YZ plane orthogonal to the first direction (X direction). Is. Direction adjustment unit 45 is for adjusting the direction of the roof prism 38 (orientation) in the circumferential direction of the optical axis of the collimating lens 34 (theta A direction). The configuration and operation of each adjustment unit 42, 44, 45 will be described in detail later.

第2の副筒体18cの内部には、主筒体18aに近接する位置に照明用のコリメートレンズ46が固定して配置される。この副筒体18cの先端に位置するライトガイド装着口48には、ケーブル型のライトガイド14の一端部がコネクタ(図示せず)を介して着脱可能に装着される。ライトガイド14の他端(図示せず)は、装置本体内の照明光源(たとえば発光ダイオード)に光学的に結合されている。   Inside the second sub cylinder 18c, an illumination collimating lens 46 is fixedly disposed at a position close to the main cylinder 18a. One end of the cable-type light guide 14 is detachably attached to the light guide attachment port 48 located at the distal end of the sub cylinder 18c via a connector (not shown). The other end (not shown) of the light guide 14 is optically coupled to an illumination light source (for example, a light emitting diode) in the apparatus main body.

上記構成のレーザ出射ユニット10を備える当該レーザ溶接装置においては、被加工物W上に所望の距離を隔てて2つの溶接ポイントP1,P2を一組または複数組設定し、各組の溶接ポイントP1,P2に任意の比でレーザパワーの異なる2つの分岐レーザビームLB1,LB2を同時に照射してレーザエネルギーの異なるレーザスポット溶接を同時に施すことができる。 In the laser welding apparatus including the laser emitting unit 10 having the above-described configuration, one or a plurality of sets of two welding points P 1 and P 2 are set on the workpiece W at a desired distance, and welding of each set is performed. Laser spot welding with different laser energies can be simultaneously performed by simultaneously irradiating the points P 1 and P 2 with two branched laser beams LB 1 and LB 2 having different laser powers at an arbitrary ratio.

この場合、装置本体内のレーザ発振部より発振出力された原レーザビームLB0は、光ファイバ12を介して遠隔のレーザ出射ユニット10まで伝送される。そして、第1の副筒体18bの中で、光ファイバ12の出射端面より一定の拡がり角で出た原レーザビームLB0は、屋根型プリズム38の傾斜面に入射する際にその稜線38cをまたいで入射すると、稜線38cを中心として左右(図1では上下)に2分割される。こうして、屋根型プリズム38の出射面(平坦面)より、一定の鋭角で二手に分かれる第1および第2の分岐レーザビームLB1,LB2がコリメートレンズ34に向って放射される。 In this case, the original laser beam LB 0 oscillated and output from the laser oscillation unit in the apparatus main body is transmitted to the remote laser emission unit 10 via the optical fiber 12. Then, the original laser beam LB 0 emitted from the emission end face of the optical fiber 12 in the first sub-cylinder 18b with a certain divergence angle is incident on the ridge line 38c when entering the inclined surface of the roof prism 38. When incident, it is divided into left and right (up and down in FIG. 1) around the ridge line 38c. Thus, the first and second branched laser beams LB 1 and LB 2 that are split into two at a certain acute angle are emitted from the exit surface (flat surface) of the roof-type prism 38 toward the collimator lens 34.

屋根型プリズム38で分割生成された分岐レーザビームLB1,LB2は、コリメートレンズ34によりコリメートされてから、主筒体18a内で第1のベンドミラー28によりレーザ出射口20に向けて直角に折り返される。ベンドミラー28は、ダイクロイックミラーであり、赤外線の分岐レーザビームLB1,LB2に対して反射性の膜と、照明光および可視光に対して透過性の膜とをコーティングしている。 The branched laser beams LB 1 and LB 2 divided and generated by the roof prism 38 are collimated by the collimating lens 34 and then perpendicularly directed toward the laser emission port 20 by the first bend mirror 28 in the main cylindrical body 18a. Wrapped. The bend mirror 28 is a dichroic mirror and coats a film that is reflective to the infrared branched laser beams LB 1 and LB 2 and a film that is transmissive to illumination light and visible light.

ベンドミラー28によりレーザ出射口20側に折り返された第1および第2の分岐レーザビームLB1,LB2は、集光レンズ26および保護レンズ24を通り抜けてレーザ出射口20よりレーザ出射ユニット10の外に出射され、被加工物W上の溶接ポイントP1,P2にそれぞれ集光入射する。各々の溶接ポイントP1,P2においては、各対応する分岐レーザビームLB1,LB2のレーザエネルギーにより被加工材料が溶融し、レーザ照射後に溶融池が凝固して溶接ナゲットが形成される。 The first and second branched laser beams LB 1 and LB 2 folded back to the laser emission port 20 side by the bend mirror 28 pass through the condensing lens 26 and the protective lens 24 and pass through the laser emission port 20 to the laser emission unit 10. The light is emitted to the outside and is focused and incident on the welding points P 1 and P 2 on the workpiece W, respectively. At each of the welding points P 1 and P 2 , the work material is melted by the laser energy of the corresponding branched laser beams LB 1 and LB 2 , and the molten pool is solidified after laser irradiation to form a weld nugget.

一方で、レーザ溶接が行われる時は、装置本体内の照明光源より発せられたビーム状の照明光GBがライトガイド14を介してレーザ出射ユニット10に送られてくる。ライトガイド14の出射端面より出た照明光GBは、第2の副筒体18c内のコリメートレンズ46ならびに主筒体18a内のベンドミラー30、集光レンズ26および保護レンズ24を通り抜けて被加工物Wに入射し、溶接ポイントP1,P2付近を明るく照らす。なお、ベンドミラー30は、ダイクロイックミラーであり、照明光GBを反射し、可視光を透過させる。 On the other hand, when laser welding is performed, beam-like illumination light GB emitted from the illumination light source in the apparatus main body is sent to the laser emission unit 10 via the light guide 14. The illumination light GB emitted from the exit end face of the light guide 14 passes through the collimating lens 46 in the second sub-cylinder 18c, the bend mirror 30, the condensing lens 26, and the protective lens 24 in the main cylinder 18a to be processed. It enters the object W and shines brightly around the welding points P 1 and P 2 . The bend mirror 30 is a dichroic mirror that reflects the illumination light GB and transmits visible light.

CCDカメラ22は、ビデオレンズ32、ベンドミラー30,28、集光レンズ26および保護ガラス24を通して、被加工物W上の溶接ポイントP1,P2およびその周囲を撮像する。すなわち、溶接ポイントP1,P2付近からの可視光VBが保護ガラス24、集光レンズ26、ベンドミラー28,30およびビデオレンズ32を通り抜けてCCDカメラ22の撮像面に入射し、CCDカメラ22の受光面に結像した画像が電気信号つまり画像信号に変換される。CCDカメラ22により生成される画像信号は、電気コード16を介して装置本体へ送られる。装置本体側のディスプレイ上には被加工物Wの溶接ポイントP1,P2付近の画像が映し出される。 The CCD camera 22 images the welding points P 1 and P 2 on the workpiece W and the surroundings thereof through the video lens 32, the bend mirrors 30 and 28, the condenser lens 26 and the protective glass 24. That is, the visible light VB from the vicinity of the welding points P 1 and P 2 passes through the protective glass 24, the condenser lens 26, the bend mirrors 28 and 30, and the video lens 32 and enters the imaging surface of the CCD camera 22. The image formed on the light receiving surface is converted into an electrical signal, that is, an image signal. The image signal generated by the CCD camera 22 is sent to the apparatus main body via the electric cord 16. Images near the welding points P 1 and P 2 of the workpiece W are displayed on the display on the apparatus main body side.

ここで、この実施形態におけるレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法の好適なレーザ加工の例をいくつか示す。   Here, some examples of suitable laser processing of the laser welding apparatus and laser welding method in this embodiment will be shown.

図2に、プリント基板100上の配線パターン102に板状または箔状のハンダ104を介してFFCケーブル106を接合するレーザ溶接加工の例を示す。図2の(a),(b)は、レーザ溶接加工を施される被加工物Wの構造を平面視および断面視でそれぞれ示す。   FIG. 2 shows an example of laser welding processing in which the FFC cable 106 is joined to the wiring pattern 102 on the printed circuit board 100 via a plate-like or foil-like solder 104. FIGS. 2A and 2B show the structure of the workpiece W to be laser-welded in a plan view and a cross-sectional view, respectively.

このレーザ溶接加工では、板状ハンダ104の露出部分およびFFCケーブル106の一端部に溶接ポイントP1,P2をそれぞれ設定し、両溶接ポイントP1,P2に対して同時にレーザスポット溶接を施す。ここで、一方の溶接ポイントP1ではハンダ104と配線パターン102とを溶接し、他方の溶接ポイントPではFFCケーブル106とハンダ104とを溶接する。両溶接ポイントP1,P2で被溶接材の材質が異なり、溶接ポイントP1よりも溶接ポイントPの方で一段ないし数段高いレーザパワーを必要とする。 In this laser welding process, welding points P 1 and P 2 are set on the exposed portion of the plate-like solder 104 and one end of the FFC cable 106, respectively, and laser spot welding is simultaneously performed on both the welding points P 1 and P 2 . . Here, welded with one weld point P 1 in the solder 104 and the wiring pattern 102, welding the other at the welding point P 2 and the FFC cable 106 and the solder 104. The material of the material to be welded is different at the two welding points P 1 and P 2 , and the laser power one step or several steps higher at the welding point P 2 than at the welding point P 1 is required.

この場合、溶接ポイントP1側で適正な溶接結果が得られるように両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーを同一にすると、溶接ポイントP2側でFFCケーブル106の溶け込みが不足して溶接強度が不十分になる。反対に、溶接ポイントP側で適正な溶接結果が得られるように両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーを同一にすると、溶接ポイントP側でハンダ104およびパターン配線102の溶け込みが過剰になって基板100またはその表面の接着剤が焼けることがある。 In this case, when the same proper welding results laser power of both branches the laser beam LB 1, LB 2 as obtained in the welding points P 1 side, penetration is insufficient for FFC cable 106 by welding points P 2 side The welding strength is insufficient. Conversely, when the same proper welding results laser power of both branches the laser beam LB 1, LB 2 as obtained in the welding points P 2 side, penetration of the solder 104 and the pattern wiring 102 by welding points P 1 side An excessive amount may burn the substrate 100 or the adhesive on the surface thereof.

この実施形態のレーザ出射ユニット10によれば、このようなレーザ溶接加工については、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーをPW1,PW2とすると、たとえば図2の(c)のようにPW1<PW2の関係で適当な比(たとえばPW1:PW2=4:6)に設定することにより、被溶接材の材質が異なる2つの溶接ポイントP1,P2に対してそれぞれ最適なレーザパワーないしレーザエネルギーを供給し、両溶接ポイントP1,P2の双方で同時に適正・良好な溶接接合を得ることができる。 According to the laser emission unit 10 of this embodiment, for such laser welding, assuming that the laser power of both branched laser beams LB 1 and LB 2 is PW 1 and PW 2 , for example, as shown in FIG. Thus, by setting an appropriate ratio (for example, PW 1 : PW 2 = 4: 6) in the relationship of PW 1 <PW 2 , for two welding points P 1 and P 2 having different materials of the welded material Optimum laser power or laser energy is supplied, respectively, and appropriate and good weld joints can be obtained simultaneously at both welding points P 1 and P 2 .

図3および図4に、重ね継手のレーザスポット溶接において、被加工物の縁部に一方の溶接ポイントP1が設定され、それより内側の領域に他方の溶接ポイントP2が設定された場合を示す。この場合、図3((a)は平面図、(b)は断面図)に示すように、両溶接ポイントP1,P2にそれぞれ入射する分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーが同じであるときは、両溶接ポイントP1,P2の少なくとも一方で溶接不良が生じる。すなわち、分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーを熱引きが良い内側の溶接ポイントPに対して最適化すると、熱引きが悪い縁側の溶接ポイントPではレーザの入熱が溜まって被加工物W(W,W)が損傷を受けやすい。反対に、端側の溶接ポイントPに対して分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーを最適化すると、内側の溶接ポイントPでレーザエネルギーが不足して溶接ナゲットが過小になりやすい。 3 and 4, in the case of laser spot welding of a lap joint, a case where one welding point P 1 is set at the edge of the workpiece and the other welding point P 2 is set in a region inside it. Show. In this case, as shown in FIG. 3 ((a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view), the laser powers of the branched laser beams LB 1 and LB 2 incident on both welding points P 1 and P 2 are the same. In this case, poor welding occurs at least one of the two welding points P 1 and P 2 . That is, when the laser powers of the branched laser beams LB 1 and LB 2 are optimized with respect to the inner welding point P 2 with good heat absorption, the heat input of the laser is accumulated at the welding point P 1 on the edge side with poor heat absorption. The workpiece W (W U , W L ) is easily damaged. On the other hand, when the laser powers of the branched laser beams LB 1 and LB 2 are optimized with respect to the welding point P 1 on the end side, the laser energy is insufficient at the inner welding point P 2 and the welding nugget tends to be too small.

この実施形態のレーザ出射ユニット10によれば、このようなレーザ溶接加工においても、図4((a)は平面図、(b)は断面図)に示すように、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワーPW1,PW2をPW1<PW2の関係で適度な比に設定することにより、両溶接ポイントP1,P2にそれぞれ適正なレーザエネルギーを供給してどちらも良好な溶接結果を得ることができる。 According to the laser emitting unit 10 of this embodiment, even in such laser welding processing, as shown in FIG. 4 ((a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view), both branched laser beams LB 1 , By setting the laser powers PW 1 and PW 2 of LB 2 to an appropriate ratio in the relationship of PW 1 <PW 2 , appropriate laser energy is supplied to both the welding points P 1 and P 2 , respectively. A welding result can be obtained.

また、この実施形態のレーザ出射ユニット10を用いて被加工物W上で2点同時溶接を行う場合、レーザ出射ユニット10のケーシング18(副筒体18b)内で原レーザビームLB0を2分割して第1および第2の分岐レーザビームLB1,LB2を生成し、これらの分岐レーザビームLB1,LB2をコリメートレンズ34および集光レンズ26を介して被加工物W上の2つの溶接ポイントP1,P2に同時に集光照射する。装置本体では、原レーザビームLB0を光ファイバ12に入力させる入射ユニットを1つ備えればよく、原レーザビームLB0を2分割するための個別部品のビームスプリッタは不要であり、入射ユニットを複数台備える必要もない。もちろん、光ファイバ12も1本で済む。しかも、1台のレーザ出射ユニット10より被加工物W上の2つの溶接ポイントP1,P2に向けてそれぞれの正面から2つの分岐レーザビームLB1,LB2を同時に照射するので、各溶接ポイントP1,P2において板厚方向の溶け込み深さを十分大きくして、2点同時溶接の接合強度を向上させることができる。

[実施形態における要部の作用]
When two-point simultaneous welding is performed on the workpiece W using the laser emission unit 10 of this embodiment, the original laser beam LB 0 is divided into two in the casing 18 (sub cylinder 18b) of the laser emission unit 10. Thus, the first and second branched laser beams LB 1 and LB 2 are generated, and these branched laser beams LB 1 and LB 2 are supplied to the two workpieces W on the workpiece W via the collimator lens 34 and the condenser lens 26. Condensation irradiation is simultaneously performed on the welding points P 1 and P 2 . The apparatus main body only needs to have one incident unit for inputting the original laser beam LB 0 to the optical fiber 12. A separate beam splitter for dividing the original laser beam LB 0 into two parts is unnecessary. There is no need to provide multiple units. Of course, only one optical fiber 12 is required. Moreover, since two laser beams LB 1 and LB 2 are simultaneously irradiated from the respective front surfaces toward two welding points P 1 and P 2 on the workpiece W from one laser emitting unit 10, each welding is performed. At points P 1 and P 2 , the penetration depth in the plate thickness direction can be made sufficiently large to improve the joint strength of two-point simultaneous welding.

[Effects of Main Parts in Embodiment]

この実施形態においては、光ファイバ12の終端面と屋根型プリズム38との相対的な位置関係について、距離調整部42によりX方向で任意に調整できるとともに、オフセット調整部44によりYZ面内の第2の方向で任意に調整できるようになっており、さらには方角調整部45によりコリメートレンズ34の光軸の周回方向(θ方向)で屋根型プリズム38の方角(向き)を任意に調整できるようになっている。 In this embodiment, the relative positional relationship between the end surface of the optical fiber 12 and the roof-type prism 38 can be arbitrarily adjusted in the X direction by the distance adjusting unit 42, and the offset adjusting unit 44 can adjust the relative position relationship in the YZ plane. The direction adjustment unit 45 can arbitrarily adjust the direction (direction) of the roof prism 38 in the direction of the optical axis of the collimator lens 34 (θ A direction). It is like that.

そして、以下に詳しく述べるように、距離調整部42を用いて、光ファイバ12の終端面に対する屋根型プリズム38の相対的な位置をX方向で可変に調整することにより、被加工物W上で両分岐レーザビームLB1,LB2のビームスポットBS1,BS2間の距離Dを一定範囲内で任意に調整できるようになっている。より詳細には、第1の副筒体18b内で屋根型プリズム38を光ファイバ12の出射端面に近づけるほどビームスポット間距離Dを小さくし、屋根型プリズム38を光ファイバ12の出射端面から遠ざけるほどビームスポット間距離Dを大きくすることができるようになっている。また、オフセット位置調整部44を用いて、光ファイバ12の終端面に対する屋根型プリズム38の相対的な位置をYZ面内の第2の方向(特に屋根型プリズム38の稜線38cと直交する方向)で可変に調整することにより、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワー比を任意に調整できるようになっている。さらに、方角調整部45を用いて、コリメートレンズ34の光軸の周回方向(θ方向)で屋根型プリズム38の向きまたは方角を調整することにより、被加工物W上で両分岐レーザビームLB1,LB2のビームスポットBS1,BS2の向きまたは方角を任意に調整できるようになっている。 Then, as will be described in detail below, the distance adjustment unit 42 is used to adjust the relative position of the roof prism 38 with respect to the end surface of the optical fiber 12 in the X direction so that the workpiece W can be adjusted. The distance D between the beam spots BS 1 and BS 2 of the two branched laser beams LB 1 and LB 2 can be arbitrarily adjusted within a certain range. More specifically, the distance D between the beam spots is reduced as the roof-type prism 38 is brought closer to the emission end face of the optical fiber 12 in the first sub-cylinder 18b, and the roof-type prism 38 is moved away from the emission end face of the optical fiber 12. As a result, the distance D between the beam spots can be increased. Further, the offset position adjusting unit 44 is used to set the relative position of the roof prism 38 with respect to the end surface of the optical fiber 12 in the second direction in the YZ plane (particularly, the direction orthogonal to the ridge line 38c of the roof prism 38). The laser power ratio between the two branched laser beams LB 1 and LB 2 can be arbitrarily adjusted by variably adjusting the laser beam. Further, by using the direction adjustment unit 45, by adjusting the orientation or direction of the roof prism 38 in the circumferential direction of the optical axis of the collimating lens 34 (theta A direction), both branches the laser beam LB on the workpiece W The direction or direction of the beam spots BS 1 and BS 2 of 1 and LB 2 can be arbitrarily adjusted.

図5Aおよび図5Bに、レーザ出射ユニット10において分岐レーザビームの生成、分割調整および出射に関係する主な光学部品つまり光ファイバ12、屋根型プリズム38、コリメートレンズ34および集光レンズ26の光学的な配置構成と要部の作用を示す。   5A and 5B show the optical components of the main optical components, that is, the optical fiber 12, the roof prism 38, the collimator lens 34, and the condenser lens 26, which are related to the generation, splitting adjustment and emission of the branched laser beam in the laser emission unit 10. The arrangement and the operation of the main part are shown.

図5Aは、屋根型プリズム38の位置が光ファイバ12の終端面から最も遠く離してコリメートレンズ34の近傍に調整された場合を示す。この場合、光ファイバ12の終端面より出た原レーザビームLB0は、ビーム径がかなり大きく拡がってから屋根型プリズム38の傾斜面に入射する。ここで、図5Aの(a)に示すように、光ファイバ12の中心軸線が屋根型プリズム38の稜線38cと真正面に対向しているときは、原レーザビームLB0の半分(図の左半分)が屋根型プリズム38の一方(図の左側)の傾斜面38aに入射し、残りの半分(図の右半分)が屋根型プリズム38の他方(図の右側)の傾斜面38bに入射する。そうすると、左側の傾斜面38aに入射した原レーザビームLB0の左半分は斜め右側に屈折して第1の分岐レーザビームLB1となり、逆に右側の傾斜面38bに入射した原レーザビームLB0の右半分は斜め左側に屈折して第2の分岐レーザビームLB2となり、屋根型プリズム38の出射面(平坦面)から出た後に両分岐レーザビームLB1,LB2は左右方向で入れ替わる。こうして、屋根型プリズム38の出射面(平坦面)より、一定の鋭角で左右二手に分かれる第1および第2の分岐レーザビームLB1,LB2がコリメートレンズ34側に放射される。 FIG. 5A shows a case where the position of the roof prism 38 is adjusted in the vicinity of the collimating lens 34 farthest from the end face of the optical fiber 12. In this case, the original laser beam LB 0 emitted from the end surface of the optical fiber 12 is incident on the inclined surface of the roof prism 38 after the beam diameter has expanded considerably. Here, as shown in (a) of FIG. 5A, when the center axis of the optical fiber 12 faces the ridge 38c and front of the roof prism 38, the original laser beam LB half of 0 (left half of FIG. ) Is incident on one inclined surface 38a of the roof-type prism 38 (left side in the figure), and the other half (right half in the figure) is incident on the other inclined surface 38b of the roof-type prism 38 (right side in the figure). Then, the left half of the original laser beam LB 0 incident on the left inclined surface 38a is refracted obliquely to the right to become the first branched laser beam LB 1. Conversely, the original laser beam LB 0 incident on the right inclined surface 38b. The right half of the laser beam is refracted obliquely to the left side to become the second branched laser beam LB 2 , and after exiting from the exit surface (flat surface) of the roof prism 38, the two branched laser beams LB 1 and LB 2 are switched in the left-right direction. In this way, the first and second branched laser beams LB 1 and LB 2 that are split into left and right at a certain acute angle are emitted from the exit surface (flat surface) of the roof prism 38 to the collimator lens 34 side.

コリメートレンズ34を通り抜けた両分岐レーザビームLB1,LB2は、次に集光レンズ26を通り抜け、それぞれ集光レンズ26の焦点距離に応じた結像位置に向って集光する。その結果、図5Aの(a)に示すように、被加工物W(図5Aには図示せず)上には調整可能な最大のビームスポット間距離Dを隔てて同一のレーザパワーを有する両分岐レーザビームLB1,LB2のビームスポットBS1,BS2が形成される。 The bifurcated laser beams LB 1 and LB 2 that have passed through the collimating lens 34 then pass through the condenser lens 26, and are condensed toward the imaging positions corresponding to the focal length of the condenser lens 26. As a result, as shown in (a) of FIG. 5A, with the same laser power at a workpiece W beam spot distance D M of the maximum adjustable on top (not shown in FIG. 5A) beam spot BS 1 of both branches the laser beam LB 1, LB 2, BS 2 is formed.

そして、オフセット調整部44により、光ファイバ12の終端面に対する屋根型プリズム38の相対的な位置を屋根型プリズム38の稜線38cと直交するXY面内の一方向で調整することにより、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワー比を任意に調整することができる。すなわち、図5Aの(a)の状態から光ファイバ12の終端面を相対的に図の右側にシフトさせると、図5Aの(b)に示すように、原レーザビームLB0の過半部が屋根型プリズム38の右側の傾斜面38bにシフトして入射するために、レーザビームの分割比が左右で同じではなく、シフト量に比例して第2の分岐レーザビームLB2のレーザパワーが第1の分岐レーザビームLB1のレーザパワーよりも高くなる。反対に、光ファイバ12の終端面を相対的に図の左側にシフトさせると、図5Aの(c)に示すように、原レーザビームLB0の過半部が屋根型プリズム38の左側の傾斜面38aに入射するために、シフト量に比例して第1の分岐レーザビームLBのレーザパワーが第2の分岐レーザビームLBのレーザパワーよりも高くなる。 Then, the offset adjusting unit 44 adjusts the relative position of the roof prism 38 with respect to the end surface of the optical fiber 12 in one direction in the XY plane perpendicular to the ridge line 38 c of the roof prism 38, so that both branched lasers are obtained. The laser power ratio between the beams LB 1 and LB 2 can be arbitrarily adjusted. That is, when the end face of the optical fiber 12 is relatively shifted from the state of FIG. 5A to the right side of the drawing, the majority of the original laser beam LB 0 is roofed as shown in FIG. 5B. Since the laser beam is incident on the inclined surface 38b on the right side of the mold prism 38, the split ratio of the laser beams is not the same on the left and right, and the laser power of the second branched laser beam LB2 is proportional to the shift amount. It is higher than the laser power of the branch laser beam LB 1 of. On the contrary, when the end surface of the optical fiber 12 is relatively shifted to the left side of the drawing, the majority of the original laser beam LB 0 is inclined on the left side of the roof prism 38 as shown in FIG. to enter the 38a, the first laser power branch the laser beam LB 1 is higher than the second laser power branch the laser beam LB 2 in proportion to the shift amount.

上記のようなオフセット調整部44のオフセット調整機能により、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワー比をたとえば50:50〜1:99の範囲および50:50〜99:1の範囲で任意に調整することが可能であり、さらには原レーザビームを屋根型プリズムの一方の傾斜面のみに入射させた場合には、レーザビームLB1,LB2のいずれか片方のみを原レーザビームLB0に相当する非分岐のレーザビームとして出射することも可能である。 By the offset adjustment function of the offset adjustment unit 44 as described above, the laser power ratio of both the branched laser beams LB 1 and LB 2 is arbitrarily set within a range of 50:50 to 1:99 and a range of 50:50 to 99: 1, for example. Further, when the original laser beam is incident only on one inclined surface of the roof prism, only one of the laser beams LB 1 and LB 2 is supplied to the original laser beam LB 0. It is also possible to emit as a non-branching laser beam corresponding to.

距離調整部42の機能において、屋根型プリズム38を光ファイバ12の終端面側に移動させると、原レーザビームLBが光ファイバ12の終端面から出て屋根型プリズム38に入射するまでの光路が短かくなって、屋根型プリズム38よりの出射面より出る両分岐レーザビームLB1,LB2がコリメートレンズ34の光軸(中心軸)に寄って、被加工物W上ではそれぞれのビームスポットBS1,BS2間の距離Dが小さくなる。そして、屋根型プリズム38を光ファイバ12の終端面に調整可能な範囲で最も近い位置に配置すると、図5Bの(a)に示すように、被加工物W(図5Bには図示せず)上では両分岐レーザビームLB1,LB2のビームスポットBS1,BS2間の距離Dが調整可能な最小値Dになる。この場合も、上記と同様に、オフセット調整部44のオフセット調整機能により、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワー比をたとえば50:50〜1:99の範囲および50:50〜99:1の範囲で任意に調整することが可能である。 In the function of the distance adjustment unit 42, when the roof type prism 38 is moved to the end face side of the optical fiber 12, the optical path from the original laser beam LB 0 exiting from the end face of the optical fiber 12 and entering the roof type prism 38. Is shortened, and both branched laser beams LB 1 and LB 2 coming out from the exit surface from the roof-type prism 38 approach the optical axis (center axis) of the collimating lens 34, and the respective beam spots on the workpiece W The distance D between BS 1 and BS 2 is reduced. When the roof prism 38 is disposed at the closest position within the adjustable range to the end face of the optical fiber 12, as shown in FIG. 5B (a), the workpiece W (not shown in FIG. 5B). In the above, the distance D between the beam spots BS 1 and BS 2 of the two branched laser beams LB 1 and LB 2 becomes the minimum value D m that can be adjusted. Also in this case, similarly to the above, the offset power adjustment function of the offset adjuster 44 allows the laser power ratio of the two branched laser beams LB 1 and LB 2 to be in the range of 50:50 to 1:99 and 50:50 to 99 :, for example. It is possible to adjust arbitrarily within the range of 1.

さらに、このレーザ出射ユニット10においては、方角調整部45により屋根型プリズム38の方角を変え、かつオフセット調整部44により光ファイバ12の終端面の位置をYZ面内の方向でシフトすることにより、両分岐レーザビームLB1,LB2のレーザパワー比を一定に保ったまま被加工物W上で両ビームスポットBS1,BS2の並ぶ向きまたは方角を方位角方向(θ方向)で任意に調整することができる。 Furthermore, in this laser emission unit 10, by changing the direction of the roof prism 38 by the direction adjustment unit 45 and shifting the position of the end face of the optical fiber 12 in the direction in the YZ plane by the offset adjustment unit 44, optionally in both branches the laser beam LB 1, laser power workpiece to keeping constant ratio W on both the beam spot BS 1 of LB 2, BS 2 of aligned orientation or direction of the azimuth direction (theta B direction) Can be adjusted.

この場合、図6の(a)に示す状態から、コリメートレンズ34の光軸Nの周回方向(θ方向)で屋根型プリズム38を任意の角度だけ回転させると、被加工物W上で両ビームスポットBS1,BS2の位置が方位角方向(θ方向)で同じ角度だけ回転する。もっとも、屋根型プリズム38の回転中心(N)とこれに入射する原レーザビームLBのビーム中心Nとが重なっていないと、図6の(b)に示すように、屋根型プリズム38の回転移動によって、屋根型プリズム38(特に稜線38c)に対する原レーザビームLBの相対的な入射位置が変化し、両分岐レーザビームLB1,LB2のパワー分割比が変動する。図6の(b)の例では、分岐レーザビームLB1のパワーが増大し、分岐レーザビームLBのパワーが減少する形でパワー分割比が変動する。そこで、図6の(c)に示すように、光ファイバ12の終端面の位置をYZ面内で矢印の方向にシフトして、屋根型プリズム38(特に稜線38c)に対する原レーザビームLBの相対的な入射位置関係を図6の(a)と同じにする。そうすると、分岐レーザビームLB1,LB2のパワー分割比も図6の(a)と同じになる。

[実施形態における要部の具体的構成例]
In this case, from the state shown in (a) of FIG. 6, when the roof prism 38 is rotated by an arbitrary angle in the circumferential direction of the optical axis N F of the collimating lens 34 (theta A direction) on the workpiece W position of both the beam spots BS 1, BS 2 is rotated by the same angle in the azimuthal direction (theta B direction). However, if the rotation center (N F ) of the roof type prism 38 and the beam center N L of the original laser beam LB 0 incident thereon do not overlap, as shown in FIG. , The relative incident position of the original laser beam LB 0 with respect to the roof prism 38 (particularly the ridge line 38c) changes, and the power split ratio of the two branched laser beams LB 1 and LB 2 varies. In the example of FIG. 6B, the power split ratio varies in such a manner that the power of the branched laser beam LB 1 increases and the power of the branched laser beam LB 2 decreases. Therefore, as shown in FIG. 6C, the position of the end face of the optical fiber 12 is shifted in the direction of the arrow in the YZ plane, and the original laser beam LB 0 with respect to the roof type prism 38 (particularly the ridge line 38c). The relative incident position relationship is made the same as in FIG. Then, the power division ratio of the branched laser beams LB 1 and LB 2 is also the same as that shown in FIG.

[Specific Configuration Example of Main Part in Embodiment]

図7〜図10に、この実施形態において、レーザ出射ユニット10の副筒体18bに設けられる距離調整部42、オフセット調整部44および方角調整部45の具体的構成例を示す。図7は、ファイバ装着口36の外側から見た副筒体18bの周囲の構造(主にオフセット調整部44の構成)を示す略側面図である。図8および図9は、副筒体18bの内部および周囲の構造(主に距離調整部42およびオフセット調整部44の構成)を示す縦断面図および横断面図である。図10の(a),(b)は、方角調整部45の構成を示す略平面図(a)および縦断面図である。   7 to 10 show specific configuration examples of the distance adjusting unit 42, the offset adjusting unit 44, and the direction adjusting unit 45 provided in the sub-cylinder 18b of the laser emitting unit 10 in this embodiment. FIG. 7 is a schematic side view showing the structure around the sub-cylindrical body 18b as viewed from the outside of the fiber attachment port 36 (mainly the configuration of the offset adjusting unit 44). 8 and 9 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view showing the structure inside and around the sub-cylinder 18b (mainly the configuration of the distance adjusting unit 42 and the offset adjusting unit 44). FIGS. 10A and 10B are a schematic plan view (a) and a longitudinal sectional view showing the configuration of the direction adjustment unit 45. FIG.

図8および図9に示すように、距離調整部40は、副筒体18bの中で屋根型プリズム38をコリメートレンズ34の光軸上で保持するプリズム支持部50と、副筒体18bの中でプリズム支持部体50をコリメートレンズ34の光軸方向(X方向)で案内するためのガイド部52と、副筒体18bの外側面に取り付けられる送りねじ機構54とを有している。   As shown in FIGS. 8 and 9, the distance adjusting unit 40 includes a prism support unit 50 that holds the roof prism 38 on the optical axis of the collimator lens 34 in the sub cylinder 18b, and a sub cylinder 18b. And a guide portion 52 for guiding the prism support portion 50 in the optical axis direction (X direction) of the collimator lens 34, and a feed screw mechanism 54 attached to the outer surface of the sub cylinder 18b.

送りねじ機構54において、軸受55に支持されているボルト56の頭部を回すと、このボルト56のネジ軸に螺合し、かつプリズム支持部50に結合されているアーム状の可動部材58がボルト56の軸方向つまりX方向で送られる。プリズム支持部50および屋根型プリズム38は、X方向の案内機能を有するガイド部52に案内されながら可動部材58と一体的に同方向で移動または変位する。この移動の向き(前進または後退)は、ボルト56の回転方向によって決まる。プリズム支持部50の位置つまり屋根型プリズム38の位置を固定するためのロック機構(図示せず)が送りねじ機構54またはガイド部52に備わってもよい。   In the feed screw mechanism 54, when the head of the bolt 56 supported by the bearing 55 is turned, an arm-shaped movable member 58 that is screwed into the screw shaft of the bolt 56 and coupled to the prism support portion 50 is formed. The bolt 56 is fed in the axial direction, that is, in the X direction. The prism support part 50 and the roof type prism 38 move or displace in the same direction as the movable member 58 while being guided by the guide part 52 having a guide function in the X direction. The direction of this movement (forward or backward) is determined by the direction of rotation of the bolt 56. A lock mechanism (not shown) for fixing the position of the prism support portion 50, that is, the position of the roof prism 38 may be provided in the feed screw mechanism 54 or the guide portion 52.

オフセット調整部44は、Z方向オフセット調整部60およびY方向オフセット調整部62を有している。Z方向オフセット調整部60は、副筒体18bの端面(外側面)に隣接してX方向と直交するZ方向で変位または移動可能なZ方向スライド板64と、このZ方向スライド板64をZ方向で変位または移動させるためのZ方向送りねじ機構66およびZ方向ガイド部68と、Z方向送りねじ機構66の前進駆動に抗して反対側からZ方向スライド板64を付勢する1個または複数個の圧縮コイルばね70と、Z方向スライド板64を所望のスライド位置で固定するための1個または複数個のボルト72とを有している。   The offset adjustment unit 44 includes a Z direction offset adjustment unit 60 and a Y direction offset adjustment unit 62. The Z-direction offset adjusting unit 60 is adjacent to the end surface (outer surface) of the sub-cylindrical body 18b and can be displaced or moved in the Z-direction orthogonal to the X-direction, and the Z-direction slide plate 64 is moved to the Z-direction. A Z-direction feed screw mechanism 66 and a Z-direction guide portion 68 for displacing or moving in the direction, and one for urging the Z-direction slide plate 64 from the opposite side against the forward drive of the Z-direction feed screw mechanism 66 or A plurality of compression coil springs 70 and one or a plurality of bolts 72 for fixing the Z-direction slide plate 64 at a desired slide position are provided.

Z方向スライド板64の中心部には、光ファイバ12の終端部をYZ方向(特にY方向)で変位可能に通す開口部64cが形成されている。Z方向ガイド部68は、副筒体18bの端面に固定されている一対の平行ガイド板74A,74Bで構成される。これら一対の平行ガイド板74A,74Bは、Z方向スライド板64の幅サイズに応じた一定の間隔を空けてZ方向に平行に延びる。Z方向スライド板64は、その対向する一対の側辺部64a,64bを平行ガイド板74A,74Bにそれぞれ係合させるようにしてZ方向で摺動可能に取り付けられる。Z方向送りねじ機構66において、副筒体18bに固定された軸受76に支持されているボルト78の頭部を回すと、このボルト74のネジ軸に螺合し、かつZ方向スライド板64に結合されているブロック形状の可動部材79がスライド板64と一体にボルト76の軸方向つまりZ方向で送られる。圧縮コイルばね70は、副筒体18bとZ方向スライド板64との間に張られている。ボルト72は、平行ガイド板74A,74Bの少なくとも一方に設けられたネジ穴75に外側から螺合してZ方向スライド板64を押圧固定する。   At the center of the Z-direction slide plate 64, an opening 64c is formed through which the end portion of the optical fiber 12 can be displaced in the YZ direction (particularly the Y direction). The Z-direction guide portion 68 includes a pair of parallel guide plates 74A and 74B that are fixed to the end surface of the sub cylinder 18b. The pair of parallel guide plates 74 </ b> A and 74 </ b> B extend parallel to the Z direction with a certain interval corresponding to the width size of the Z direction slide plate 64. The Z-direction slide plate 64 is attached to be slidable in the Z-direction so that the pair of side portions 64a and 64b facing each other are engaged with the parallel guide plates 74A and 74B, respectively. In the Z-direction feed screw mechanism 66, when the head of the bolt 78 supported by the bearing 76 fixed to the sub cylinder 18b is turned, the head is screwed into the screw shaft of the bolt 74 and the Z-direction slide plate 64 is engaged. The connected block-shaped movable member 79 is fed together with the slide plate 64 in the axial direction of the bolt 76, that is, in the Z direction. The compression coil spring 70 is stretched between the sub cylinder 18b and the Z-direction slide plate 64. The bolt 72 is screwed into the screw hole 75 provided in at least one of the parallel guide plates 74A and 74B from the outside to press and fix the Z-direction slide plate 64.

Y方向オフセット調整部62は、Z方向オフセット調整部60のZ方向スライド板64上に取り付けられている。Y方向オフセット調整部62は、Z方向スライド板64上でY方向に変位または移動可能なY方向スライド板80と、このY方向スライド板80をY方向で変位または移動させるためのY方向送りねじ機構82およびY方向ガイド部84と、Y方向送りねじ機構82の前進駆動に抗して反対側からY方向スライド板80を付勢する1個または複数個の圧縮コイルばね86と、Y方向スライド板80を所望のスライド位置で固定するための1個または複数個のボルト88とを有している。   The Y-direction offset adjustment unit 62 is attached on the Z-direction slide plate 64 of the Z-direction offset adjustment unit 60. The Y-direction offset adjustment unit 62 includes a Y-direction slide plate 80 that can be displaced or moved in the Y direction on the Z-direction slide plate 64, and a Y-direction feed screw for displacing or moving the Y-direction slide plate 80 in the Y direction. A mechanism 82, a Y-direction guide portion 84, one or more compression coil springs 86 that urge the Y-direction slide plate 80 from the opposite side against the forward drive of the Y-direction feed screw mechanism 82, and a Y-direction slide. It has one or a plurality of bolts 88 for fixing the plate 80 at a desired slide position.

Y方向スライド板80の中心部には、光ファイバ12の終端部をYZ方向で変位可能に通す開口部80cが形成されている。Y方向ガイド部84は、Z方向スライド板64に固定されている一対の平行ガイド板90A,90Bで構成される。これらの平行ガイド板90A,90Bは、Y方向スライド板80の幅サイズに応じた一定の間隔を空けてY方向に平行に延びる。Y方向スライド板80は、その対向する一対の側辺部を平行ガイド板90A,90Bにそれぞれ係合させるようにしてY方向で摺動可能に取り付けられる。Y方向送りねじ機構82において、Z方向スライド板64に固定されている軸受92に支持されているボルト94の頭部を回すと、このボルト94のネジ軸に螺合し、かつY方向スライド板80に結合されているブロック形状の可動部材96がスライド板80と一体にボルト94の軸方向つまりY方向で送られる。圧縮コイルばね86は、Z方向スライド板64とY方向スライド板80との間に張られている。ボルト88は、平行ガイド板90A,90Bの少なくとも一方に設けられたネジ穴95に外側から螺合してY方向スライド板80を押圧固定する。   At the center of the Y-direction slide plate 80, an opening 80c is formed through which the end of the optical fiber 12 is displaceable in the YZ direction. The Y direction guide portion 84 is composed of a pair of parallel guide plates 90A and 90B fixed to the Z direction slide plate 64. These parallel guide plates 90 </ b> A and 90 </ b> B extend in parallel to the Y direction with a certain interval corresponding to the width size of the Y-direction slide plate 80. The Y-direction slide plate 80 is attached so as to be slidable in the Y-direction so that the pair of opposite side portions are engaged with the parallel guide plates 90A and 90B, respectively. In the Y-direction feed screw mechanism 82, when the head of the bolt 94 supported by the bearing 92 fixed to the Z-direction slide plate 64 is turned, the head is screwed into the screw shaft of the bolt 94 and the Y-direction slide plate. A block-shaped movable member 96 coupled to 80 is fed together with the slide plate 80 in the axial direction of the bolt 94, that is, in the Y direction. The compression coil spring 86 is stretched between the Z-direction slide plate 64 and the Y-direction slide plate 80. The bolt 88 is screwed from the outside into a screw hole 95 provided in at least one of the parallel guide plates 90A and 90B to press and fix the Y-direction slide plate 80.

この実施形態のオフセット調整部44においては、上記のようなZ方向オフセット調整部60のZ方向オフセット調整機能およびY方向オフセット調整部62のY方向オフセット調整機能により、屋根型プリズム38に対して光ファイバ12の終端面の位置を距離調整部40の調整方向(X方向)と直交するYZ面内のZ方向およびY方向で調整することができる。   In the offset adjustment unit 44 of this embodiment, the Z-direction offset adjustment function of the Z-direction offset adjustment unit 60 and the Y-direction offset adjustment function of the Y-direction offset adjustment unit 62 as described above are used to transmit light to the roof prism 38. The position of the end face of the fiber 12 can be adjusted in the Z direction and the Y direction in the YZ plane orthogonal to the adjustment direction (X direction) of the distance adjustment unit 40.

コネクタ65は、フェルールまたは他の任意の光コネクタからなり、Y方向スライド板80に取り付けられ、光ファイバ保持部40(図1)を構成する。光ファイバ12の終端は、コネクタ65を貫通し、さらにY方向スライド板80およびZ方向スライド板64のそれぞれの開口を通って、副筒体18bの中の屋根型プリズム38と対向する。あるいは、光ファイバ12がコネクタ65の内部で終端し、光ファイバ12の終端に一端が光学的に結合された光ガイド部材(図示せず)の他端がY方向スライド板80およびZ方向スライド板64のそれぞれの開口を通って副筒体18bの中の屋根型プリズム38と対向してもよい。   The connector 65 is made of a ferrule or any other optical connector, is attached to the Y-direction slide plate 80, and constitutes the optical fiber holding unit 40 (FIG. 1). The end of the optical fiber 12 passes through the connector 65, passes through the respective openings of the Y-direction slide plate 80 and the Z-direction slide plate 64, and faces the roof-type prism 38 in the sub cylinder 18b. Alternatively, the optical fiber 12 terminates inside the connector 65, and the other end of the light guide member (not shown) whose one end is optically coupled to the end of the optical fiber 12 is the Y-direction slide plate 80 and the Z-direction slide plate. You may oppose the roof-type prism 38 in the sub cylinder 18b through 64 each opening.

図10に示すように、方角調整部45は、プリズム支持体50を、Z方向送りねじ機構66の可動部材80(図9)に固着されるベース部100と、屋根型プリズム38を保持する保持部102とに分割し、ベース部100上で保持部102を周回方向(θ方向)に360°の範囲内で任意に回転変位可能としている。より詳細には、ベース部100は、中心部にレーザ光路用の貫通孔100aを有し、この貫通孔100aの周囲に凹所100bを有している。保持部102は、中心部にレーザ光路用の貫通孔102aを有し、この貫通孔102aの周囲に凹所102bを有している。保持部102の凹所102bに屋根型プリズム38が固定して取り付けられ、ベース部100の凹所100bに保持部102が回転変位可能に取り付けられる。そして、たとえばボルト104によって保持部102をベース部100に押圧固定することにより、屋根型プリズム38を所望の向きで固定することができるようになっている。なお、方角調整部45における屋根型プリズム38の方角調整作業を可能とするために、副筒体18bはたとえばボルト106(図9)の取外しによって分解可能となっている。

[他の実施形態又は変形例]
As shown in FIG. 10, the direction adjusting unit 45 holds the prism support 50, the base 100 fixed to the movable member 80 (FIG. 9) of the Z-direction feed screw mechanism 66, and the roof-type prism 38. divided into a part 102, and any rotatable displacement within a range of 360 ° in the circumferential direction (theta a direction) of the holding portion 102 on the base portion 100. More specifically, the base portion 100 has a laser light path through hole 100a at the center, and a recess 100b around the through hole 100a. The holding part 102 has a through hole 102a for the laser beam path in the center, and has a recess 102b around the through hole 102a. The roof prism 38 is fixedly attached to the recess 102b of the holding part 102, and the holding part 102 is attached to the recess 100b of the base part 100 so as to be capable of rotational displacement. Then, the roof-type prism 38 can be fixed in a desired direction by, for example, pressing and fixing the holding portion 102 to the base portion 100 with a bolt 104. In addition, in order to enable the direction adjustment work of the roof-type prism 38 in the direction adjustment part 45, the sub cylinder 18b can be disassembled by removing the bolt 106 (FIG. 9), for example.

[Other Embodiments or Modifications]

図11Aおよび図11Bに、方角調整部45の別の実施例を示す。この実施例では、屋根型プリズム38を保持する保持部102’が、ベース部100’上で一対のZ方向送りねじ機構110A,110Bおよび圧縮コイルバネ112A,112BによりZ方向で変位可能となっている。ここで、Z方向送りねじ機構110A,110Bは、ベース部100’上に固定された軸受111A,111Bでボルト113A,113Bをそれぞれ支持するとともに、ボルト113A,113Bの先端を保持部102’の一側面に当て、ボルト113A,113Bの頭部を回すことにより、圧縮コイルバネ112A,112Bに抗して保持部102’を前進させ、あるいは後退させるようにしている。保持部102’には、屋根型プリズム38を挟んでその両側にZ方向に延びるガイド溝114A,114Bが形成されている。ベース部100’上には、これらのガイド溝114A,114Bを貫通するピン116A,116Bが立設されている。   11A and 11B show another embodiment of the direction adjustment unit 45. FIG. In this embodiment, the holding portion 102 ′ holding the roof prism 38 can be displaced in the Z direction by a pair of Z-direction feed screw mechanisms 110A and 110B and compression coil springs 112A and 112B on the base portion 100 ′. . Here, the Z-direction feed screw mechanisms 110A and 110B support the bolts 113A and 113B with bearings 111A and 111B fixed on the base portion 100 ′, respectively, and the tips of the bolts 113A and 113B are part of the holding portion 102 ′. By holding the heads of the bolts 113A and 113B against the side surfaces, the holding portion 102 ′ is advanced or retracted against the compression coil springs 112A and 112B. In the holding portion 102 ′, guide grooves 114 </ b> A and 114 </ b> B extending in the Z direction are formed on both sides of the roof prism 38. On the base portion 100 ′, pins 116 </ b> A and 116 </ b> B that pass through these guide grooves 114 </ b> A and 114 </ b> B are erected.

図11Bに示すように、ピン116A(116B)の頭部Jはガイド溝114A(114B)の溝幅より優に大きく、ピン116A(116B)の軸部Kはガイド溝114A(114B)の溝幅より隙間ができるほど小さい。つまり、ピン116A(116B)の軸部Kは、ガイド溝114A(114B)の中で相対的にZ方向に変位できるだけでなく相対的にY方向にも多少変位できるようになっている。これにより、ベース部100’上で保持部102’をZ方向に移動させるとき、Z方向送りねじ機構110A,110Bの間で送り量に適度な差を設けることで、図11Bの(b),(c)に示すように、ピン116A(116B)の軸部Kをガイド溝114A(114B)の中で相対的にY方向に変位させて、保持部102’を一定範囲(たとえば15°)内で任意に回転変位させることができる。   As shown in FIG. 11B, the head J of the pin 116A (116B) is much larger than the groove width of the guide groove 114A (114B), and the shaft portion K of the pin 116A (116B) is the groove width of the guide groove 114A (114B). The gap is small enough to create a gap. That is, the shaft portion K of the pin 116A (116B) can be displaced not only relatively in the Z direction but also slightly in the Y direction within the guide groove 114A (114B). Accordingly, when the holding portion 102 ′ is moved in the Z direction on the base portion 100 ′, an appropriate difference in feed amount is provided between the Z-direction feed screw mechanisms 110A and 110B. As shown in (c), the shaft portion K of the pin 116A (116B) is relatively displaced in the Y direction in the guide groove 114A (114B), so that the holding portion 102 ′ is within a certain range (for example, 15 °). Can be arbitrarily rotated and displaced.

図示省略するが、出射ユニット10のケーシング18(副筒体18b)において屋根型プリズム38の入射面/出射面の向きを上記実施形態の向きと反対にする構成、すなわち屋根型プリズム38の凸面(傾斜面38a,38bおよび稜線38c)をコリメートレンズ34に向ける配置構成も可能である。また、オフセット調整部44において、たとえば、Y方向オフセット調整部62を省いて、Z方向オフセット調整部60のみを備える構成も可能である。   Although not shown in the drawings, the casing 18 (sub-cylinder 18b) of the emission unit 10 has a configuration in which the orientation of the incident surface / exit surface of the roof prism 38 is opposite to the orientation of the above embodiment, that is, the convex surface of the roof prism 38 ( An arrangement in which the inclined surfaces 38a and 38b and the ridge line 38c) are directed toward the collimating lens 34 is also possible. Further, in the offset adjusting unit 44, for example, a configuration in which the Y direction offset adjusting unit 62 is omitted and only the Z direction offset adjusting unit 60 is provided is also possible.

本発明のレーザ加工装置は、レーザ溶接に限るものではなく、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも使用可能である。   The laser processing apparatus of the present invention is not limited to laser welding, and can be used for other laser processing such as drilling and cutting.

10 レーザ出射ユニット
12 光ファイバ
18 ケーシング
20 レーザ出射口
18a 主筒体
18b 第1の副筒体
34 コリメートレンズ
36 光ファイバ装着口
38 屋根型プリズム
42 距離調整部
44 オフセット調整部
45 方角調整部
10 Laser emission unit
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Optical fiber 18 Casing 20 Laser output port 18a Main cylinder 18b 1st subcylinder 34 Collimate lens 36 Optical fiber installation port 38 Roof type prism 42 Distance adjustment part 44 Offset adjustment part 45 Direction adjustment part

Claims (6)

レーザ発振部で所定のレーザ出力を有する原レーザビームを生成し、
前記原レーザビームを前記レーザ発振部から光ファイバを介して遠隔のレーザ出射ユニットまで伝送し、
前記レーザ出射ユニット内で、前記光ファイバの終端面より出た前記原レーザビームを所定位置に配置されている屋根型プリズムに入射させ、その際に前記原レーザビームのビーム中心が前記屋根型プリズムの傾斜面の稜線からそれと直交する方向に所望のオフセット量だけずれるようにして、前記原レーザビームを所望の比でレーザパワーの異なる第1および第2の分岐レーザビームに分割し、
前記レーザ出射ユニット内で、前記屋根型プリズムから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをその後段に配置されているコリメートレンズに通してそれぞれコリメートし、
前記レーザ出射ユニット内で、前記コリメートレンズから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをその後段に配置されている集光レンズに通し、
前記レーザ出射ユニットの外に配置されている被加工物上の第1および第2の加工ポイントに対して、前記集光レンズから出た前記第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれ集光照射してレーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施す、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
Generate an original laser beam having a predetermined laser output in the laser oscillation unit,
Transmit the original laser beam from the laser oscillation unit to a remote laser emission unit via an optical fiber,
In the laser emitting unit, the original laser beam emitted from the end face of the optical fiber is incident on a roof-type prism arranged at a predetermined position, and at this time, the beam center of the original laser beam is the roof-type prism. The original laser beam is divided into first and second branched laser beams having different laser power at a desired ratio so as to be shifted from the ridge line of the inclined surface by a desired offset amount in a direction perpendicular thereto.
In the laser emitting unit, the first and second branched laser beams emitted from the roof prism are respectively collimated through a collimating lens disposed in the subsequent stage,
In the laser emitting unit, the first and second branched laser beams emitted from the collimating lens are passed through a condensing lens disposed in the subsequent stage,
Condensing and irradiating the first and second branch laser beams emitted from the condenser lens to the first and second processing points on the workpiece disposed outside the laser emitting unit, respectively. To perform laser processing with different laser energy at the same time,
The laser processing method characterized by the above-mentioned.
被加工物上の第1および第2の加工ポイントに対して、第1および第2のレーザビームを集光照射して、レーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施すためのレーザ出射ユニットであって、
レーザ発振部からの原レーザビームが伝播してくる光ファイバの一端部を装着するための光ファイバ装着口と前記被加工物に向けられるレーザ出射口とを有するケーシングと、
前記光ファイバ装着口に装着された前記光ファイバの終端面にその入射面が対向するように前記ケーシング内に配置され、前記光ファイバの終端面より出た前記原レーザビームを第1および第2の分岐レーザビームに分割する屋根型プリズムと、
前記屋根型プリズムの出射面と対向するように前記ケーシング内に配置され、前記屋根型プリズムからの前記第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれコリメートするコリメートレンズと、
前記レーザ出射口に近接して前記ケーシング内に配置され、前記コリメートレンズからの前記第1および第2の分岐レーザビームを前記ケーシングの外に位置する前記被加工物上の前記第1および第2の加工ポイントにそれぞれ集光させる集光レンズと、
前記コリメートレンズの光軸上の第1の方向で前記屋根型プリズムと前記光ファイバの終端面との相対的な位置関係を可変に調整するための第1の調整部と、
前記コリメートレンズの光軸と直交する面内の第2の方向で前記屋根型プリズムと前記光ファイバの出射端面との相対的な位置関係を可変に調整するための第2の調整部と
を有するレーザ出射ユニット。
A laser emitting unit for condensing and irradiating the first and second laser beams to the first and second processing points on the workpiece and simultaneously performing laser processing with different laser energies,
A casing having an optical fiber mounting port for mounting one end of an optical fiber through which an original laser beam from a laser oscillation unit propagates, and a laser output port directed to the workpiece;
The first laser beam and the second laser beam are arranged in the casing so that the incident surface faces the end surface of the optical fiber mounted in the optical fiber mounting port, and the original laser beams emitted from the end surface of the optical fiber are first and second. A roof-type prism that divides the laser beam into
A collimating lens disposed in the casing so as to face the exit surface of the roof prism, and collimating the first and second branched laser beams from the roof prism,
The first and second on the workpiece that are disposed in the casing in proximity to the laser exit and that position the first and second branched laser beams from the collimating lens outside the casing. A condensing lens for condensing each of the processing points,
A first adjustment unit for variably adjusting the relative positional relationship between the roof prism and the end face of the optical fiber in a first direction on the optical axis of the collimating lens;
A second adjusting unit for variably adjusting the relative positional relationship between the roof prism and the output end face of the optical fiber in a second direction within a plane orthogonal to the optical axis of the collimating lens. Laser emission unit.
前記第2の方向は、前記第1の方向と直交する面内で互いに直交する2つの方向を含む、請求項2に記載のレーザ出射ユニット。   3. The laser emitting unit according to claim 2, wherein the second direction includes two directions orthogonal to each other within a plane orthogonal to the first direction. 前記第2の方向は、前記屋根型プリズムの傾斜面の稜線と直交する方向を含む、請求項2または請求項3に記載のレーザ出射ユニット。   4. The laser emitting unit according to claim 2, wherein the second direction includes a direction orthogonal to a ridge line of the inclined surface of the roof prism. 5. 前記コリメートレンズの光軸の周回方向で前記屋根型プリズムの方角を調整するための第3の調整部を有する、請求項2〜4のいずれか一項に記載のレーザ出射ユニット。   5. The laser emission unit according to claim 2, further comprising a third adjustment unit configured to adjust a direction of the roof-type prism in a direction around the optical axis of the collimating lens. レーザ加工用の原レーザビームを発振出力するレーザ発振部と、
請求項2〜5のいずれか一項に記載のレーザ出射ユニットと、
前記レーザ発振部より発振出力された前記原レーザビームを前記レーザ出射ユニットへ伝送するための光ファイバと
を有し、
前記被加工物上の所定の距離を隔てた第1および第2の加工ポイントに対して、前記レーザ出射ユニットより出射される第1および第2の分岐レーザビームをそれぞれ集光照射して、レーザエネルギーの異なるレーザ加工を同時に施すレーザ加工装置。
A laser oscillation unit that oscillates and outputs an original laser beam for laser processing;
The laser emission unit according to any one of claims 2 to 5,
An optical fiber for transmitting the original laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit to the laser emission unit;
First and second branch laser beams emitted from the laser emission unit are respectively focused and irradiated on first and second machining points separated from each other by a predetermined distance on the workpiece, and laser Laser processing equipment that simultaneously performs laser processing with different energies.
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