激光加工机以及激光加工方法技术

激光加工机具备：耦合器(20)，其是能够变更从光纤激光振荡器射出的激光束的光束轮廓的光学器件；聚焦透镜(32)，其在内周侧设置具有第一焦距的第一透镜区域，在外周侧设置具有与所述第一焦距不同的第二焦距的第二透镜区域，使从所述耦合器(20)射出的激光束对焦；以及移动机构(43)，其使所述聚焦透镜(32)在光轴方向移动。方向移动。方向移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光加工机以及激光加工方法


[0001]本公开涉及利用激光束对金属板进行焊接加工的激光加工机以及激光加工方法。

技术介绍

[0002]利用从激光振荡器射出的激光束对金属板进行焊接的激光加工机正在普及。作为激光振荡器，经常使用光纤激光振荡器。
[0003]激光加工机需要根据金属板的焊接条件，例如焊接对象的金属板的间隙的大小来适当地设定照射到金属板的激光束的光束轮廓。在专利文献1中记载了能够选择多个光束轮廓中的任一个光束轮廓来加工金属板的激光加工机。该激光加工机通过使入射到加工光纤的激光束的入射角度发生变化来使光束轮廓变化。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特表2015
‑
500571号公报
[0007]专利文献2：美国专利第9482821(B2)号说明书
[0008]专利文献3：日本专利第5832412号公报
[0009]专利文献4：国际公开第2018/217284号

技术实现思路

[0010]在金属板的焊接处理中，在对象的金属板间存在间隙(gap)时，为了使间隙两侧的金属板熔化，有时会照射光束直径比较大且能量强度高的环型激光束(以后称为间隙焊接)。但是，由所述专利文献1所记载的激光加工机照射的激光束的光束直径比较小，有时在加工对象的间隙两侧没有照射激光束。另外，为了增大光束直径，为了使金属板的位置远离激光加工机，有时会使对焦位置(聚焦位置)从板面偏移即所谓的散焦。但是，存在该加工对象部位处的激光束的强度变低而无法实施良好的间隙焊接的情况。
[0011]本公开的目的在于提供一种能够根据加工条件使激光束的光束轮廓变化而使聚焦在加工对象的金属板上的激光加工机以及激光加工方法。
[0012]根据1或其以上的实施方式的第一方式，提供一种激光加工机，具备：光学器件，其能够变更从光纤激光振荡器射出的激光束的光束轮廓；聚焦透镜，其在内周侧设置具有第一焦距的第一透镜区域，在外周侧设置具有比所述第一焦距更长的第二焦距的第二透镜区域，使从所述光学器件射出的激光束聚焦；以及移动机构，其使所述聚焦透镜在光轴方向上移动。
[0013]根据1或其以上的实施方式的第二方式，提供一种激光加工方法，在通过所述的激光加工机的光学器件，激光束入射到所述聚焦透镜的第一透镜区域和第二透镜区域时，通过所述移动机构使所述聚焦透镜以所述聚焦透镜与加工对象物的距离成为在所述第一焦距与所述第二焦距之间的方式在光轴方向上移动。
[0014]根据1或其以上的实施方式的第三方式，提供一种激光加工方法，根据所述激光加
工机的光学器件，当通过所述光学器件使环形的激光束入射到所述聚焦透镜的第二透镜区域时，利用所述移动机构使所述聚焦透镜以所述聚焦透镜与加工对象物的距离成为所述第二焦距的方式在光轴方向上移动。
[0015]根据1或其以上的实施方式的激光加工机以及激光加工方法，根据加工条件使激光束的光束轮廓发生变化而聚焦在加工对象的金属板上，从而能够进行与各种加工条件对应的焊接。
附图说明
[0016]图1是表示第一实施方式的激光加工机的结构的整体图。
[0017]图2是表示在第一实施方式的激光加工机中使用的聚焦透镜的结构的概略图。
[0018]图3A是表示由第一～第四实施方式的激光加工机照射的激光束的每个位置的能量强度的一例的图。
[0019]图3B是表示由第一～第四实施方式的激光加工机照射的激光束的每个位置的能量强度的一例的图。
[0020]图3C是表示由第一～第四实施方式的激光加工机照射的激光束的每个位置的能量强度的一例的图。
[0021]图3D是表示由第一～第四实施方式的激光加工机照射的激光束的每个位置的能量强度的一例的图。
[0022]图4是表示第二实施方式的激光加工机的结构的整体图。
[0023]图5是表示在第二实施方式的激光加工机中使用的加工光纤的结构和从光学器件向该加工光纤射出的激光束的图。
[0024]图6是表示第三实施方式的激光加工机的结构的整体图。
[0025]图7是表示第四实施方式的激光加工机的结构的整体图。
具体实施方式
[0026]以下，参照附图对第一～第四实施方式的激光加工机进行说明。在第一～第四实施方式的激光加工机中，对具有相同功能的部分标注相同的附图标记，有时省略其说明。
[0027]＜第一实施方式＞
[0028]以下，参照附图对第一实施方式的激光加工机进行说明。在图1中，激光加工机100A具备生成并射出激光束的光纤激光振荡器10、变更从光纤激光振荡器10射出的激光束的光束轮廓(beam profile)的光学器件即耦合器20以及使通过耦合器20变更了光束轮廓的激光束聚焦在加工对象的金属板W上的加工头30。从光纤激光振荡器10射出的激光束通过供给光纤11被传送至耦合器20，通过耦合器20光束轮廓被变更了的激光束通过加工光纤(process fiber)12被传送至加工头30。
[0029]光纤激光振荡器10例如以激光输出2kW射出波长1060nm～1080nm的激光束。
[0030]耦合器20被设置于在光轴方向上与设置于供给光纤11的激光束的射出端上的端盖11e相距预定距离的位置。耦合器20具有第一准直透镜211、第一聚焦透镜212、可动透镜213以及光纤入射用透镜214。可动透镜213是所谓的双凸镜片。可动透镜213在第一准直透镜211和第一聚焦透镜212之间，以能够在与光轴垂直的D1方向或D2方向上多阶段移动的状
态进行配置。光纤入射用透镜214被设置在与加工光纤12连接且在光轴方向距第一聚焦透镜212预定距离的位置。
[0031]第一准直透镜211入射从端盖11e射出的发散光的激光束并转换为准直光(平行光)。可动透镜213根据其位置来变更通过第一准直透镜211被转换为准直光的激光束的扩散角。第一聚焦透镜212使扩散角通过可动透镜213而被变更了的激光束聚焦到光纤入射用透镜214。光纤入射用透镜214使通过第一聚焦透镜212聚焦后的激光束以与扩散角对应的角度入射到加工光纤12。通过该结构，具有与扩散角相应的光束轮廓的激光束从耦合器20入射到加工光纤12。
[0032]另外，对光束轮廓的变更进行详细说明。
[0033]光束轮廓的变更能够通过利用光学器件使BPP(光束参数积)化来实现。BPP如在ISO11145中规定的那样，表示向聚焦透镜的入射光束直径、聚光直径和发散角(扩散角度)的关系，进而也表示与瑞利长度的关系。另外，在本专利技术中，将向金属板W照射时的照射直径简称为光束直径，与向聚焦透镜的入射光束直径以及聚光直径进行区别。
[0034]在不使光束轮廓变更光学器件动作而不使BPP变化的情况下，根据入射光束直径决定聚光直径以及瑞利长度。若使所述光学器件动作而使BPP变化，则聚光直径及瑞利长度发生变化，进而光束直径根据聚焦透镜与金属板W的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光加工机，其特征在于，该激光加工机具备：光学器件，其能够变更从光纤激光振荡器射出的激光束的光束轮廓；聚焦透镜，其在内周侧设置具有第一焦距的第一透镜区域，在外周侧设置具有比所述第一焦距更长的第二焦距的第二透镜区域，使从所述光学器件射出的激光束对焦；以及移动机构，其使所述聚焦透镜在光轴方向移动。2.根据权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，所述聚焦透镜的第一透镜区域的对焦位置位于所述激光束的光轴上，所述第二透镜区域的对焦位置位于偏离所述光轴的位置。3.根据权利要求1或2所述的激光加工机，其特征在于，所述光学器件使从光纤激光振荡器射出的激光束的光束参数积变化，变更扩散角度和光束直径。4.根据权利要求1或2所述的激光加工机，其特征在于，所述光学器件与所述聚焦透镜之间通过具有设置在内周侧的内芯和设置在外周侧的外芯的加工光纤连接，所述光学器件向所述内芯和所述外芯中的至少任意一个入射激光束，由此来变更射出的激光束的光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：织部喜之，斋藤准一，
申请(专利权)人：株式会社天田集团，
类型：发明
国别省市：