激光加工装置和激光加工方法制造方法及图纸

在聚光透镜(3)以贯通方式配置供给喷咀(4)，将多根光纤(1)和多个准直透镜(2)平行配置于供给喷咀(4)的周围，据此，在保持光纤(1)和准直透镜(2)平行配置情况下，对从供给喷咀(4)供给的熔融材料(9)，往自喷咀前端口(4a)至焊接处(基材)(BM)的轴线上(O)照射激光。

Laser processing device and laser processing method

A concentrating lens (3) is provided with a feeding nozzle (4) in a through way, and a plurality of optical fibers (1) and collimating lenses (2) are arranged parallel around the feeding nozzle (4). Accordingly, the molten material (9) supplied from the feeding nozzle (4) is transferred from the front end of the nozzle (4a) to the welding site (base) while the optical fibers (1) and the collimating lens (2) are kept parallel. (BM) axis laser irradiated (O).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光加工装置和激光加工方法
本专利技术涉及从光纤照射激光的激光加工装置和激光加工方法。
技术介绍
从光纤照射激光的激光加工装置和激光加工方法，业已在激光焊接等或激光钎焊等实用化，在堆焊和喷镀，出于提高材料自身耐热、耐腐蚀性和耐磨耗性之目的，进行覆膜化。譬如在激光粉体堆焊装置，对作为激光原料的熔融材料进行激光照射，加热熔融，进行覆膜化，据此，能对基材表面作涂层。故，通过涂譬如较硬的覆膜或难以腐蚀的覆膜，能防止产品磨损或生锈。以往，激光粉体堆焊装置中，对基材表面垂直照射激光，所照射激光的光轴上从配置于外周的供给喷咀供给熔融材料，据此，将熔融材料熔融，进行堆焊加工(专利文献1：图6及图7；专利文献4：图7)。已有技术文献专利文献专利文献1：特开平02-147184号公报专利文献2：特开平09-216083号公报专利文献3：特开2000-317667号公报专利文献4：特开2003-251480号公报专利文献5：特开2004-322183号公报专利文献6：特开2015-178130号公报专利文献7：特开2013-139039号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题目前，因消费者需求多样化，对于工业产品的关于三维形状等各种各样要求也越来越高，呈现出对复杂形状基材覆膜化的必要性。譬如，对三维形状等复杂形状的基材覆膜化时，焊接位置的形状也复杂了，藉使激光加工装置的激光加工头部多轴旋转和多轴移动来进行堆焊的技术被采用。然而，在激光外周配置供给喷咀这种已有加工方法中，将熔融材料正确地供给于激光的光轴上是相当困难的(若激光光束的照射位置脱离透镜中心，则透过透镜的光束相对光轴倾斜地行进，故必须对透镜作X轴调整或Y轴调整，以使透镜中心对准激光光束。)，在供给喷咀数量或供给喷咀配置的微调整等方面花费时间，装置也大型化，产生这样诸多问题。另外，还出现在供给喷咀和光纤的配置关系方面激光加工头的移动方向受限制的问题、以及对小孔等微细形状不能焊接的问题。这样，按已有激光加工方法，往多轴旋转和多轴移动的激光加工头的装载、对复杂形状的基材覆膜就相当困难。另外除上述问题外，覆膜技术中还显现出以下(1)～(3)的问题。即，(1)因对基材热量输入过度，基材成分溶出，熔融材料的成分被基材成分稀释，堆焊之处变质，耐久性降低。(2)基材较薄或基材尺寸较小时，在基材上或基材周边对熔融材料加热熔融时，基材因热变形。(3)对熔点比基材高的熔融材料覆膜时，当把强度足能将熔融材料加热熔融的激光往基材上或基材周边照射时，基材会过度变形。(4)在基材上或基材周边对熔融材料熔融时，花费熔融时间，极难形成薄的覆膜。(5)熔融材料焊接于基材表面之际，堆焊处所若温度急剧变化，则产生热应力，表面裂纹，耐久性差。为解决上述问题，采取过诸多措施，如事先将熔融材料加热，以防给基材热量输入过度，或为了不让焊接处所有急剧温度变化，实行事先对基材加热的预热工序、不让基材急剧冷却的后热工序等。但这需要多个加热装置，造成装置成大型化。故，本申请人就上述问题进行了锐意探讨，其结果，作出如下专利技术：(A)将供给喷咀配置在中心，对从供给喷咀供给的熔融材料从周围照射激光而进行堆焊，据此，作多轴旋转和多轴移动的激光加工头的移动方向没有限制，可正确地将熔融材料堆焊于复杂形状的基材表面；(B)使用用于加热基材表面而确保覆膜密接性的第1激光、不直接照射基材表面而事先将熔融材料熔融的第2激光、对基材表面加热的第3激光等多激光，据此，可防止给基材热量输入过度，能克服急剧温度变化引起的耐久性降低等覆膜技术的问题；(C)通过在聚光透镜中心配置供给喷咀，在供给喷咀周围配置激光，装置小型化，单纯化，即便进行多激光控制时也能简单地进行聚光位置、聚光角度、聚光口径等调整。而且判明：通过将(A)(B)(C)的技术组配于激光加工头等进行多轴旋转和多轴移动的小型化的装置，对三维形状等复杂形状的基材也能进行覆膜，而且不光覆膜，还能实现基材预热或后热、熔融材料事先加热等各种各样的功能。然而，专利文献1～5、7的激光加工装置中，虽然记载了供给喷咀配置于中心、对从供给喷咀供给的熔融材料从周围照射激光而进行堆焊，但是关于不同于覆膜用激光的、熔融材料预热或熔融为目的的激光的使用却没有记载，也无暗示。专利文献1～5、7的激光加工装置中，就装置构造而言，不可能做到在自供给喷咀的喷咀前端口至焊接处的高度方向上变更激光的聚光位置。可见，已有技术中，关于激光加工装置，尚未考虑到通过使用多激光来实现不单是覆膜，而且还包括基材预热或后热、熔融材料事先加热等各种各样功能。还有，专利文献6的激光堆焊装置中，虽然记载了使用使添加材料熔融的激光和给基材热量输入的激光，但是却根本没有考虑到通过小型化和控制简约化来将装置组配于激光加工头之可能性。对此，本专利技术目的就在于提供一种激光加工方法和激光加工装置，将供给喷咀配置于聚光透镜等，将沿此配置的来自光纤的激光的焦点位置驱动控制于供给喷咀的自喷咀前端口朝向焊接处的轴线上或其周围，稳定供给熔融材料且将之熔融于最佳加工温度，实施多样激光加工。技术方案本专利技术特征在于，具备光纤、聚光透镜(condenserlens)、供给熔融材料的供给喷咀，供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在聚光透镜的轴线上或其周围、或者在供给喷咀的轴线上或其周围对从供给喷咀供给的熔融材料照射来自光纤的激光。在此，本专利技术中所谓“照射激光”，并不限定于将激光聚光照射的情形，也包括譬如散焦照射的情形。还有，“供给喷咀的轴线上”最好与“聚光透镜的轴线上”一致，但没必要一定一致，供给喷咀的轴线偏离聚光透镜的轴线(中心)也可，无论如何，均能通过光纤控制来照射激光。本专利技术特征还在于，具备多根光纤、对各个光纤的激光进行聚光的聚光透镜、喷射供给熔融材料的供给喷咀，供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在其周围配置光纤，至少在自喷咀前端口朝向焊接处的轴线上或其周围对从供给喷咀供给的熔融材料照射来自光纤的激光。还有，本专利技术中所谓“自供给喷咀的喷咀前端口朝向焊接处的轴线上”不只是指自供给喷咀的喷咀前端口至焊接处的轴线上，还意味着通过喷咀前端口和焊接处的轴线上或直线上。故，从喷咀前端口看，还可包括比焊接处还远的位置的轴线上。根据本专利技术，能对来自供给喷咀的熔融材料在达到焊接处所的全程照射激光，使之达最佳熔融温度而供给于焊接处所。还有，不光在通过喷咀前端口和焊接处的轴线上或其周围，也能照射于焊接部件的表面或深部，可在焊接部件的厚度方向调节照射深度，通过这些有联系的动作，能以熔融材料的最佳熔融状态进行焊接等加工。还有，散焦状态照射激光时，也可通过使激光焦点合于从喷咀前端口至焊接处的范围来进行散焦，还可通过使激光焦点合于从喷咀前端口观察的比焊接处还远的领域来进行散焦。通过散焦状态照射激光，能整体上加温照射领域，也能减少热传播。譬如以铜等异质材料作熔融材料对不锈钢等基材进行堆焊时，若以加热熔融铜的温度加热基材，则容易产生基材变形或变色。因此，独立地调整适度加热基材的激光的波长、输出功率或聚光口径等就变得重要了，而通过以散焦适度加热基材则能抑制热传播，抑制变形或变色。另外，即使基材和熔融材料为同种金属、或薄板那种易弯曲形状的基材时，通过散焦也可减少热传播、抑制弯曲。作为熔融材料可使用金属等的粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光加工方法，其特征在于，具备光纤、聚光透镜、供给熔融材料的供给喷咀，供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在聚光透镜的轴线上或其周围、或者在供给喷咀的轴线上或其周围对从供给喷咀供给的熔融材料照射来自光纤的激光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 JP 2016-0714621.一种激光加工方法，其特征在于，具备光纤、聚光透镜、供给熔融材料的供给喷咀，供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在聚光透镜的轴线上或其周围、或者在供给喷咀的轴线上或其周围对从供给喷咀供给的熔融材料照射来自光纤的激光。2.一种激光加工方法，其特征在于，具备多根光纤、对各个光纤的激光进行聚光的聚光透镜、喷射供给熔融材料的供给喷咀，供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在其周围配置光纤，至少在自喷咀前端口朝向焊接处的轴线上或其周围对从供给喷咀供给的熔融材料照射来自光纤的激光。3.按权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，供给喷咀所贯通的聚光透镜配置于中央，在其周围配置光纤，对从供给喷咀供给的熔融材料从其周围照射来自光纤的激光。4.按权利要求1至3中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，藉上述多根光纤的激光的照射，在往上述轴线上照射同时照射焊接处周围，或者往上述轴线上照射之前照射焊接处周围。5.按权利要求1至4中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，使供给喷咀所贯通的聚光透镜移动，或者，使供给喷咀在聚光透镜贯通状态下移动，据此变更从供给喷咀的前端口放出的熔融材料的自喷咀前端口至焊接处的距离。6.按权利要求1至5中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，对上述激光的波长、聚光角度、聚光口径、对熔融材料的照射量或者对焊接处的照射量中至少其一进行调节。7.按权利要求1至6中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，上述供给喷咀具备汇聚气体供给单元，通过藉上述汇聚气体供给单元从供给喷咀的侧方喷射汇聚气体，使熔融材料汇聚。8.一种激光加工装置，其特征在于，具备光纤、聚光透镜和供给熔融材料的供给喷咀；供给喷咀以贯通聚光透镜的方式配置，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：村谷外博，塚本雅裕，舟田义则，山下顺广，
申请(专利权)人：株式会社村谷机械制作所，石川县，国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP