專利名稱：激光切割方法及激光切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將從固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀而對(duì)被切割材料進(jìn)行照射，并沿環(huán)狀的光束軸噴射氧氣而切割被切割材料的切割方法、 及實(shí)施該切割方法的切割裝置。
背景技術(shù)：
從激光炬朝向被切割材料照射激光束并噴射輔助氣體而進(jìn)行切割。在該激光切割中，從激光振蕩器射出的激光束由透鏡聚光，從而在被切割材料上形成能量密度高的激光點(diǎn)。在形成有激光點(diǎn)的被切割材料中，母材發(fā)生蒸發(fā)或熔融，通過噴射出的輔助氣體將其從母材排除。然后，通過使激光炬移動(dòng)而在被切割材料上形成連續(xù)的槽來進(jìn)行切割。在被切割材料是含有低碳鋼的鋼板時(shí)，通常使用波長(zhǎng)為10.6μπι的二氧化碳激光。然而最近，包括YAG激光在內(nèi)的固體激光和光纖激光等具有二氧化碳激光的波長(zhǎng)的約 1/10的波長(zhǎng)的激光也作為用于切割鋼材的機(jī)構(gòu)而引起矚目。例如在專利文獻(xiàn)1中記載有采用YAG激光進(jìn)行焊接或切割的激光加工裝置及激光加工頭的發(fā)明。該發(fā)明將以往的從激光的周圍供給切割氣體所引起的、切割氣體的壓力受聚光透鏡系統(tǒng)的耐壓強(qiáng)度的影響而在升高方面存在限制這一點(diǎn)作為一個(gè)應(yīng)解決的課題。在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，激光加工頭具備將激光分割成多束的光學(xué)系統(tǒng)、使激光向被加工部聚光的多個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)、在由多個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)所聚光的激光束之間將加工機(jī)構(gòu)支承為更換自如并使加工機(jī)構(gòu)的加工部位朝向被加工部配置的支承部，由此，對(duì)同一被加工部能夠始終一致地同時(shí)進(jìn)行激光加工和其他加工。其結(jié)果是，能夠同時(shí)且不對(duì)透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生影響地向被加工部供給激光束和其他加工的加工用動(dòng)力，而進(jìn)行良好的加工。專利文獻(xiàn)1日本專利第3752112號(hào)公報(bào)使用二氧化碳激光來切割鋼板的激光切割方法及利用專利文獻(xiàn)1所記載的激光加工裝置來切割鋼板的方法都使激光束的焦點(diǎn)位于被加工材料的大致表面而形成激光點(diǎn)。 并且，通過朝向激光點(diǎn)噴射輔助氣體或切割氣體而切割被切割材料。即，在上述各技術(shù)中， 在切割被切割材料時(shí)，利用激光使母材蒸發(fā)、熔融，并利用輔助氣體或切割氣體將熔融物從母材排除。如上所述，在激光切割中，利用透鏡對(duì)激光束進(jìn)行聚光而形成能量密度高的激光點(diǎn)，從而集中地將能量向被切割材料施加，來切割被切割材料。即，激光束在對(duì)被切割材料的切割工藝中發(fā)揮主要作用，輔助氣體、切割氣體只不過起到輔助性的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用固體激光或光纖激光來切割含有低碳鋼的鋼板時(shí)的新的切割方法和實(shí)現(xiàn)該切割方法的新的切割裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明涉及的激光切割方法的特征在于，將從固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀的光束而向被切割材料照射，并沿著該環(huán)狀的光束的軸噴射氧氣，由此切割被切割材料。另外，本發(fā)明涉及的激光切割裝置具有固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器；具有與被切割材料的表面對(duì)置配置的噴嘴的激光炬；構(gòu)成在所述激光振蕩器至所述激光炬的噴嘴之間且至少具有圓錐棱鏡、凸透鏡及光纖的光學(xué)系統(tǒng)；與所述激光炬連接的氧氣供給系統(tǒng)，從所述激光振蕩器射出的激光束經(jīng)由所述光學(xué)系統(tǒng)而形成環(huán)狀的光束，從所述激光炬的噴嘴朝向被切割材料照射，并將由所述氧氣供給系統(tǒng)供給的氧氣從所述激光炬的噴嘴朝向被切割材料噴射，由此切割被切割材料。在上述激光切割裝置中，優(yōu)選，光學(xué)系統(tǒng)包括為了放大激光束而由凹透鏡和凸透鏡的組合構(gòu)成的系統(tǒng)。發(fā)明效果在本發(fā)明的激光切割方法中，將從固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器(以下簡(jiǎn)稱為“激光振蕩器”)射出的激光束形成為環(huán)狀的光束而對(duì)被切割材料照射，由此，能夠?qū)⒈磺懈畈牧现械哪覆募訜?。并且，通過沿著環(huán)狀的光束的軸噴射氧氣，從而能夠使被切割材料中的加熱部位燃燒并將熔融物從母材排除來進(jìn)行切割。形成為環(huán)狀的光束不使被切割材料的照射部位蒸發(fā)或熔融，而僅使照射部位的溫度上升。并且，沿著環(huán)狀的光束的軸噴射的氧氣使被切割材料的母材燃燒并排除熔融物。此種基于氧氣進(jìn)行的母材的燃燒、熔融物的排除與氣體切割法中的切割氧的功能相同。因此，在本發(fā)明的激光切割方法中，與以往的激光切割法不同，而與以往的氣體切割法類似。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)基于母材的燃燒發(fā)熱的被切割材料的加熱，即使在使用相同輸出的激光振蕩器的情況下，也能夠?qū)⒏竦谋磺懈畈牧锨懈?。另外，在本發(fā)明的激光切割裝置中，由于在激光振蕩器至激光炬的噴嘴之間設(shè)有包括圓錐棱鏡、凸透鏡及光纖在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，因此能夠通過圓錐棱鏡將從激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀，并利用凸透鏡能夠形成為環(huán)狀的光束而使其從噴嘴朝向被切割材料照射。而且通過從氧氣供給系統(tǒng)向激光炬供給氧氣，從而能夠?qū)⒐┙o的氧氣從激光炬的噴嘴噴射。因此，能夠從激光炬的噴嘴照射形成為環(huán)狀的光束，且能夠從噴嘴沿著光束軸噴射氧氣。因此，將激光炬與被切割材料的表面對(duì)置配置，從激光振蕩器射出激光束并從氧氣供給系統(tǒng)供給氧氣，從而能夠利用形成為環(huán)狀的光束將被切割材料加熱，使加熱部位燃燒并排除熔融物而進(jìn)行切割。


圖1是說明激光切割方法的圖。圖2是說明激光切割裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖。圖3是說明激光炬的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是利用圓錐棱鏡和凸透鏡來形成環(huán)狀的光束的說明圖。符號(hào)說明1 環(huán)狀光束Ia 內(nèi)徑Ib 夕卜徑
2氧氣3 噴嘴3a孔4被切割材料5 軸11激光振蕩器12激光炬12a室12b主體部12c透鏡單元部12d噴嘴單元部13圓錐棱鏡14凸透鏡15光纖15a保護(hù)管16光學(xué)系統(tǒng)17氧氣供給系統(tǒng)17a軟管17b管接頭18耦合器18a、18b 凸透鏡19光學(xué)系統(tǒng)19a凹透鏡19b凸透鏡20分光鏡21監(jiān)控系統(tǒng)21a光軸22CCD 相機(jī)23反射鏡24透鏡單元25調(diào)整環(huán)28冷卻水通路29供排水口
具體實(shí)施例方式
以下，說明本發(fā)明的激光切割方法、激光切割裝置。本發(fā)明的激光切割方法利用形成為環(huán)狀的激光束將被切割材料加熱，對(duì)該加熱部位噴射氧氣而使母材燃燒，并通過氧氣具有的動(dòng)能將燃燒生成物、熔融物從母材排除，從而切割被切割材料。即，本發(fā)明的激光切割方法接近以往的氣體切割法，但與利用激光束的能量使被切割材料蒸發(fā)或熔融來進(jìn)行切割的以往的激光切割方法不同。利用本發(fā)明的激光切割方法進(jìn)行切割的被切割材料需要是母材能夠在氧氣下燃燒的材質(zhì)。即，作為被切割材料，能夠?qū)⒁恢币詠砝脷怏w切割法能實(shí)現(xiàn)良好的切割的全部材質(zhì)作為對(duì)象，優(yōu)選為包括低碳鋼、碳鋼、合金鋼等材質(zhì)的鋼板。首先，利用圖1來說明本發(fā)明的激光切割方法。在本發(fā)明中，將從Nd. YAG激光器、 DISC激光器等固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器等激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀的光束(以下稱為“環(huán)狀光束”)1而從激光炬的噴嘴3向被切割材料4照射。在本發(fā)明中，環(huán)狀光束1只要將激光束形成為環(huán)狀即可，并未限定利用何種機(jī)構(gòu)形成為環(huán)狀。作為形成環(huán)狀光束1的方法，有后述的激光切割裝置那樣組合利用圓錐棱鏡 13和凸透鏡14的方法，或利用短焦透鏡的方法等方法，優(yōu)選選擇性地采用這些方法。環(huán)狀光束1的能量密度低于由透鏡聚光而形成的激光點(diǎn)的能量密度，被環(huán)狀光束 1照射的被切割材料4的母材雖然溫度上升，但不會(huì)發(fā)生蒸發(fā)或熔融。在本發(fā)明的激光切割方法中，環(huán)狀光束1優(yōu)選具有使被切割材料4的被照射部位能上升到約900°C 約1000°C 左右的能量密度。在被切割材料4中的被環(huán)狀光束1照射的被照射部位上升到約900°C 約1000°C的情況下，通過沿著環(huán)狀光束1的軸5來噴射氧氣2，而能夠使母材燃燒。作為沿著環(huán)狀光束1的軸5噴射的氧氣2，可以使用與通常的氣體切割中使用的氧氣為相同純度的氧氣。尤其是沿著環(huán)狀光束1的軸5來噴射氧氣2時(shí)，噴射出的氧氣2優(yōu)選沿著環(huán)狀光束1的內(nèi)徑la。S卩，從噴嘴3噴射出的氧氣2優(yōu)選外徑與環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia —致或比該內(nèi)徑Ia 稍小。然而，由于氧氣2在具有比大氣壓高的壓力的狀態(tài)下向噴嘴3供給，因此在從噴嘴3 噴射出的同時(shí)進(jìn)行膨脹，而無法保證沿著環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia噴射。因此，通過將激光炬中的作為環(huán)狀光束1的射出孔且作為氧氣2的噴射孔的噴嘴 3的孔3a形成為與環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia大致相等或比該內(nèi)徑Ia稍小的值，而能夠使從噴嘴3噴射出的氧氣2大致沿著環(huán)狀光束1的內(nèi)徑la。噴嘴3的孔3a的形狀根據(jù)與向噴嘴 3供給的氧氣的壓力的關(guān)系而優(yōu)選適當(dāng)設(shè)定成直線狀、末端擴(kuò)散狀等。另外，從噴嘴3的孔3a噴射出的氧氣2無需準(zhǔn)確地沿著環(huán)狀光束1的內(nèi)徑la，例如，即使氧氣2大于環(huán)狀光束1的內(nèi)徑la，其一部分與環(huán)狀光束1重復(fù)也沒有問題。而且， 在氧氣2比環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia小而在兩者之間形成有間隙的情況下，在開始對(duì)被切割材料4的切割時(shí)或多或少地會(huì)多花費(fèi)一些時(shí)間，但是一旦開始切割后不會(huì)產(chǎn)生大問題。然而， 在氧氣2與環(huán)狀光束1完全重合或大于外徑Ib時(shí)，有可能會(huì)發(fā)生過燒。環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia的尺寸并未特別限定。該環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia是限定對(duì)被切割材料4加熱的加熱范圍的值，對(duì)噴射氧氣2時(shí)燃燒的母材的范圍進(jìn)行限定，并對(duì)形成在被切割材料4上的切割寬度的值進(jìn)行限定。因此，環(huán)狀光束1的內(nèi)徑Ia的尺寸根據(jù)被切割材料4的厚度而變化，但優(yōu)選在約0. 5mm 約2mm的范圍內(nèi)。另外，環(huán)狀光束1的外徑Ib的尺寸也未限定。尤其是環(huán)狀光束1的外徑Ib與內(nèi)徑Ia之差的1/2 (光束寬度)成為具有對(duì)被切割材料4進(jìn)行加熱的加熱功能的部位(加熱部)。該加熱部的尺寸根據(jù)被切割材料4的厚度而變化，但只要是約0.5mm左右就足夠。因此，環(huán)狀光束1的外徑Ib的尺寸優(yōu)選為約1. 5mm 約3mm左右。然而，環(huán)狀光束1的內(nèi)徑la、外徑Ib的尺寸并未限定為上述的尺寸，當(dāng)然可以設(shè)定成具有在短時(shí)間內(nèi)使被切割材料4的表面上升至約900°C 1000°C所需的能量密度的尺寸。另外，噴嘴3的距被切割材料4的表面的距離(噴嘴3的高度)并未限定，但考慮到從該噴嘴3噴射出的氧氣2的膨脹、空氣引起的純度下降時(shí)，優(yōu)選使噴嘴3盡可能地接近被切割材料4的表面。然而，若降低噴嘴3的高度，則存在當(dāng)被切割材料4發(fā)生變形時(shí)與噴嘴3相接觸、或從切割部位產(chǎn)生的濺射物附著于噴嘴3或進(jìn)入到孔3a的內(nèi)部的情況。因此， 優(yōu)選將噴嘴3的高度設(shè)定成約3mm以上。尤其是在利用平行光線來形成環(huán)狀光束1時(shí)，無論噴嘴3的高度為如何值都不會(huì)產(chǎn)生變化，但在利用凸透鏡進(jìn)行聚光時(shí)，需要考慮與凸透鏡的焦點(diǎn)距離的關(guān)系。下面，說明利用本發(fā)明的激光切割方法對(duì)被切割材料4穿孔及以穿孔點(diǎn)為起點(diǎn)進(jìn)行切割的工序。首先，設(shè)定噴嘴3的高度，并使噴嘴3移動(dòng)而停止在被切割材料4上預(yù)先設(shè)定的切割的開始點(diǎn)(穿孔點(diǎn))。在規(guī)定的停止位置上，從噴嘴3朝向被切割材料4照射環(huán)狀光束1時(shí)，被環(huán)狀光束 1照射到的部位的母材溫度上升。然后，在被切割材料4中的由環(huán)狀光束1所照射的照射部位的溫度上升到約900°C 約1000°C的范圍時(shí)，若沿著環(huán)狀光束1的軸5從噴嘴3的孔3a 噴射氧氣2，則溫度上升的部位的母材發(fā)生燃燒，產(chǎn)生熔融物。伴隨母材的燃燒而產(chǎn)生的具有流動(dòng)性的燃燒生成物及熔融物通過噴射出的氧氣的動(dòng)能而被從母材排除，從而新的母材露出。而且，在伴隨母材的燃燒的燃燒熱量的作用下，母材被沿厚度方向加熱。即，被切割材料4中，表面?zhèn)缺画h(huán)狀光束1加熱，厚度方向被燃燒熱量加熱。因此，在持續(xù)的氧氣2的噴射的作用下，母材繼續(xù)燃燒，從而在被切割材料4 上形成(穿孔)出沿厚度方向貫通的孔。在被切割材料4上形成貫通孔后，若在持續(xù)進(jìn)行環(huán)狀光束1的照射及氧氣2的噴射的狀態(tài)下使噴嘴3向預(yù)先設(shè)定的方向移動(dòng)，則伴隨著噴嘴3的移動(dòng)，環(huán)狀光束1連續(xù)地對(duì)被切割材料4的表面進(jìn)行加熱，同時(shí)氧氣2持續(xù)地對(duì)被切割材料4進(jìn)行母材的燃燒、以及燃燒生成物及熔融物從母材的排除。通過如上所述這樣在被切割材料4上形成連續(xù)的槽，而能夠切割被切割材料4。接下來，利用圖2 圖5對(duì)激光切割裝置進(jìn)行說明。首先，利用圖2對(duì)激光切割裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。激光切割裝置包括激光振蕩器11 ；具有噴嘴3的激光炬12 ；構(gòu)成在激光振蕩器 11與噴嘴3之間且至少具有圓錐棱鏡13、凸透鏡14及光纖15的光學(xué)系統(tǒng)16 ；經(jīng)由軟管17a 與激光炬12連接的氧氣供給系統(tǒng)17。激光振蕩器11由從Nd. YAG激光器、DISC激光器等固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器等中選擇出的激光振蕩器構(gòu)成。從這些激光振蕩器射出的激光束的波長(zhǎng)為約1 μ m，是從二氧化碳激光振蕩器射出的激光束的波長(zhǎng)的約1/10。在激光振蕩器11為固體激光振蕩器時(shí)，激光束的開口數(shù)(NA)為0. 2，且較大而約為32度，激光振蕩器11和激光炬12經(jīng)由光纖15直接連接。光纖15的芯徑并未特別限定， 而使用開口數(shù)為0. 2或0. 2以上且芯徑為0. 3mm 0. 6mm的光纖。然而，在激光振蕩器11為光纖激光振蕩器時(shí)，激光束的開口數(shù)為0. 1，擴(kuò)展角為從固體激光振蕩器射出的激光束的擴(kuò)展角的1/2。因此，在激光振蕩器11上配置設(shè)有凸透鏡18a、18b的耦合器18，并在該耦合器18內(nèi)將激光束的開口數(shù)從0. 1轉(zhuǎn)換成0. 2后，向光纖 15入射。如圖3所示，在激光炬12的內(nèi)部形成有室12a，該室1 能夠使激光束通過，且能夠設(shè)置圓錐棱鏡13、凸透鏡14。而且，激光炬12具有主體部12b ；相對(duì)于主體部12b構(gòu)成為可拆裝的透鏡單元部12c ；相對(duì)于透鏡單元部12c構(gòu)成為可拆裝的噴嘴單元部12d。并且，通過相對(duì)于主體部12b安裝透鏡單元部12c、噴嘴單元部12d，而構(gòu)成內(nèi)部具有室1 的激光炬12。在激光炬12的主體部12b的上端側(cè)連接有由保護(hù)管1 保護(hù)的光纖15，該光纖 15向室12a開口從而能射出激光束。在激光炬12的與室1 的上游側(cè)對(duì)應(yīng)的主體部12b上設(shè)有用于放大激光束的、通過凹透鏡19a和凸透鏡19b的組合而構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)19，在該光學(xué)系統(tǒng)19的下游側(cè)設(shè)有分光鏡20。并且，在分光鏡20的作用下，向該分光鏡入射的激光束的大部分經(jīng)由圓錐棱鏡 13、凸透鏡14而向在激光炬12的下端設(shè)置的噴嘴3方向分光，一部分向監(jiān)控系統(tǒng)21分光。監(jiān)控系統(tǒng)21具有CXD相機(jī)22、反射鏡23、透鏡單元對(duì)，各結(jié)構(gòu)部件22 M沿著相對(duì)于分光鏡20為45度的光軸21a配置。在如此構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)21中，從分光鏡20分光出的激光束沿著光軸2Ia前進(jìn)，由透鏡單元M聚光并同時(shí)由反射鏡23改變路徑而向CCD 相機(jī)22入射。因此，CXD相機(jī)22對(duì)分光鏡20中的激光束進(jìn)行拍攝，被該CXD相機(jī)22拍攝到的激光束顯示在未圖示的顯示器上，由操作者監(jiān)視激光束的運(yùn)行狀況。圓錐棱鏡13及凸透鏡14設(shè)置在透鏡單元部12c上，且各自的光軸配置成與同一軸5 —致，該透鏡單元部12c以可拆裝的方式設(shè)置在激光炬12的主體部12b上。因此，能夠?qū)⑼ㄟ^分光鏡20而向圓錐棱鏡13入射的激光束形成為具有軸5的環(huán)狀光束1。透鏡單元部12c由雙重圓筒構(gòu)成，在內(nèi)周面上安裝有圓錐棱鏡13和凸透鏡14。而且，在雙重圓筒的內(nèi)部構(gòu)成冷卻水通路觀。并且，在透鏡單元部12c的外周面上設(shè)有向冷卻水通路觀供給或排出冷卻水的供排水口四。因此，通過從一方的供排水口四向冷卻水通路觀供給冷卻水，而能夠通過構(gòu)成透鏡單元部12c的圓筒部件將圓錐棱鏡13、凸透鏡14 冷卻。圓錐棱鏡13及凸透鏡14隔著調(diào)整環(huán)25安裝在透鏡單元部12c上，從而將兩者的間隔保持成恒定。而且，通過將圓錐棱鏡13及凸透鏡14的外周面配置成能夠與透鏡單元部12c的內(nèi)周面接觸，而能夠?qū)崿F(xiàn)良好的冷卻。尤其是由于向激光炬12的室1 供給具有壓力的氧氣，因此通過事先使圓錐棱鏡13、凸透鏡14如上所述構(gòu)成，從而相互的間隔不會(huì)發(fā)生變化，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的激光束的折射和聚光。圓錐棱鏡13及凸透鏡14的規(guī)格對(duì)應(yīng)于向圓錐棱鏡13入射的激光束的直徑、應(yīng)形成的環(huán)狀光束1的尺寸而適當(dāng)設(shè)定。在本實(shí)施例中，將圓錐棱鏡13的底面與法線所成的角度設(shè)定成1度，凸透鏡14選擇使用焦點(diǎn)距離為30mm、50mm、IOOmm的透鏡而與圓錐棱鏡13組合。在如上所述組合而成的圓錐棱鏡13和凸透鏡14中，如圖4所示，向圓錐棱鏡13 入射的激光束對(duì)應(yīng)于圓錐面的傾斜進(jìn)行折射，從而形成環(huán)狀光束。并且，從圓錐棱鏡13射出的環(huán)狀光束1向凸透鏡14入射而被聚光，通過焦點(diǎn)后被放大而在被切割材料4上形成環(huán)狀光束1。噴嘴單元部12d相對(duì)于安裝在激光炬12的主體部12b上的透鏡單元部12c的下端部能夠拆裝，且在前端形成有射出環(huán)狀光束1并噴射氧氣2的孔3a。所述孔3a的中心軸與圓錐棱鏡13、凸透鏡14的光軸5 —致，即，與環(huán)狀光束1的軸5 —致，通過對(duì)被切割材料 4從孔3a照射環(huán)狀光束1并噴射氧氣2，而能夠沿著環(huán)狀光束1的軸5來噴射氧氣。在噴嘴單元部12d的規(guī)定位置上安裝有管接頭17b，該管接頭17b經(jīng)由軟管17a與氧氣供給系統(tǒng)17連接。氧氣供給系統(tǒng)17的結(jié)構(gòu)并未特別限定，可以采用包括氧氣瓶、工廠配管的氧氣供給系統(tǒng)。另外，從氧氣供給系統(tǒng)17向噴嘴單元部12d供給的供給壓力根據(jù)形成在噴嘴3上的孔3a的截面形狀來設(shè)定。即，所述供給壓力優(yōu)選設(shè)定成從孔3a噴射出的氧氣噴流盡可能地保持直線性，且能夠高效率地將壓力能量轉(zhuǎn)換成速度能量的壓力。在如上所述構(gòu)成的激光切割裝置中，從激光振蕩器11射出的激光束根據(jù)該激光振蕩器11的結(jié)構(gòu)，直接通過光纖15或經(jīng)由耦合器18后通過光纖15而到達(dá)激光炬12的室 12a。接下來，在室12a中從光纖15射出，經(jīng)由構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)19的凹透鏡19a、凸透鏡19b， 成為大致平行的光束，并向分光鏡20入射。通過分光鏡20，入射的激光束的一部分沿著光軸21a被導(dǎo)向監(jiān)控系統(tǒng)21，大部分沿著軸5被導(dǎo)向圓錐棱鏡13、凸透鏡14。在監(jiān)控系統(tǒng)21中，由CXD相機(jī)22拍攝到的圖像被顯示在未圖示的顯示器上，通過操作者來監(jiān)控激光束的運(yùn)行狀況。向圓錐棱鏡13入射的激光束朝向軸5折射，向凸透鏡14入射而被聚光，從而形成環(huán)狀光束1。形成的環(huán)狀光束1通過噴嘴3的孔3a，如圖1所示，向被切割材料4照射而將該被切割材料4加熱。在環(huán)狀光束1對(duì)被切割材料4進(jìn)行加熱的同時(shí)或經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，從氧氣供給系統(tǒng)17向噴嘴單元部12d供給氧氣。向噴嘴單元部12d供給的氧氣從噴嘴3的孔3a朝向被切割材料4的加熱部位噴射，使預(yù)先被加熱的母材燃燒，并利用燃燒熱量將母材加熱，且排除燃燒生成物。如上所述通過進(jìn)行母材的燃燒、燃燒生成物的排除并同時(shí)使激光炬12向預(yù)先設(shè)定的切割方向移動(dòng)，從而能夠切割被切割材料。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的激光切割方法及激光切割裝置適合利用在通過以往的氣體切割法進(jìn)行切割的鋼板的切割中。
權(quán)利要求
1.一種激光切割方法，其特征在于，將從固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀的光束而向被切割材料照射，并沿著該環(huán)狀的光束的軸噴射氧氣，由此切割被切割材料。
2.一種激光切割裝置，其特征在于，具有固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器；具有與被切割材料的表面對(duì)置配置的噴嘴的激光炬；構(gòu)成在所述激光振蕩器至所述激光炬的噴嘴之間且至少具有圓錐棱鏡、凸透鏡及光纖的光學(xué)系統(tǒng)；與所述激光炬連接的氧氣供給系統(tǒng)，經(jīng)由所述光學(xué)系統(tǒng)將從所述激光振蕩器射出的激光束形成環(huán)狀的光束并從所述激光炬的噴嘴朝向被切割材料照射，并且，從所述激光炬的噴嘴朝向被切割材料噴射由所述氧氣供給系統(tǒng)供給的氧氣，由此切割被切割材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割裝置，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)包括為了放大激光束而由凹透鏡和凸透鏡的組合構(gòu)成的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供使用固體激光或光纖激光來切割鋼板的切割方法和切割裝置。切割方法將從固體激光振蕩器或光纖激光振蕩器射出的激光束形成為環(huán)狀光束(1)而對(duì)被切割材料(4)照射，并沿著軸(5)噴射氧氣(2)。切割裝置具有激光振蕩器(11)；具有噴嘴(3)的激光炬(12)；構(gòu)成在激光振蕩器(11)至噴嘴(3)之間且至少具有圓錐棱鏡(13)、凸透鏡(14)及光纖(15)的光學(xué)系統(tǒng)；與激光炬(12)連接的氧氣供給系統(tǒng)(17)，從激光振蕩器射出的激光束經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)形成環(huán)狀光束(1)，從噴嘴(3)向被切割材料(4)照射，并將由氧氣供給系統(tǒng)(17)供給的氧氣(2)從噴嘴(3)向被切割材料(4)噴射，由此切割被切割材料(4)。
文檔編號(hào)B23K26/06GK102325627SQ20108000872
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者小池哲夫, 木村盛一郎, 田中彬人 申請(qǐng)人:小池酸素工業(yè)株式會(huì)社