JP3789999B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特にレーザビームを集光する集光レンズやレーザビームを反射して変向するベンドミラー等の光学系部材に対する周囲の圧力や温度変化、あるいはスパッタ等の粉塵などの悪影響を防止するレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のレーザ加工装置においては、レーザ発振器から出力されたレーザビームをベンドミラーで変向し、集光レンズを用いて集束するものであり、この集光されたレーザビームの高密度エネルギーとアシストガスとをワークに照射して切断、穿孔、溶接等のレーザ加工が行われる。
【0003】
例えば、図5に示されるように、レーザ発振器(図示省略)より出力されたレーザビームLBは、レンズホルダ101に固定された集光レンズ103によってマイクロスポット105に絞られ、ワークWに照射される。レンズホルダ101はアシストガス107のチャンバーとしてのハウジング109に組み付けられる。このハウジング109にはノズル111が装着され、このノズル111との相対的な位置関係を調整するための調整ネジ113により、集束されたレーザビームLBの光軸と合致するようにノズル本体115の位置決めが行われる。
【0004】
ノズル本体115は、レーザビームLB及びワークWからの溶融物の跳ね返り等の直接的な影響を受けない範囲で、ノズル穴を除くノズル111の基部を構成しており、このノズル本体115の先端部には耐光性の高い鋼などを素材としたノズルチップ117が螺着される。
【0005】
なお、アシストガス107はレーザビームLBが集光レンズ103を通過するときに生じる集光レンズ103の温度上昇を防止し、ワークWからのスパッタの付着等によるレンズ面の汚染防止、加工能率の向上を図るために用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のレーザ加工機においては、レーザ加工中に飛散したスパッタが直接、集光レンズの表面に着いてしまうので寿命が短いという問題点があった。
【0007】
また、大出力のレーザビームで連続加工が行われる場合、集光レンズ自体が熱を持ち、膨張し、そのために集光レンズの焦点位置が変化するという問題点があった。
【0008】
さらに、高圧のアシストガスが使用される場合はこの圧力が集光レンズへ直接的にかかるために歪みが発生し、そのために集光レンズの焦点位置が変化するという問題点があった。
【0009】
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、レーザ加工を行う際にスパッタ等の粉塵が集光レンズに付着することを防止し、レンズの寿命を長くし、ランニングコストの軽減を図ること、またアシストガス圧や高出力のレーザビームの熱により集光レンズやベンドミラー等の光学系部材の焦点位置やレーザビームの光路の変動を防止するレーザ加工装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器から発振されたレーザビームを光学系部材により変向又は集光させると共にレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズで集光させてワークに照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドの先端部にアシストガスのチャンバーとしてのハウジングを設け、前記ハウジング内に、前記集光レンズを装着したレンズホルダと、前記集光レンズより加工点側に配置される第1フィルタを装着したフィルタホルダとにより、当該集光レンズと当該第1フィルタとの間に気密室を形成し、前記気密室に当該気密室内の圧力を検出する圧力センサおよび温度を検出する温度センサを設け、前記圧力センサおよび前記温度センサで検出された気密室内の圧力および温度を一定に保つべくコントロールする圧力・温度調整装置を前記気密室に連結し、前記ハウジングの前記集光レンズより上流側外壁に、前記チャンバー内にアシストガスを供給するためのアシストガス用供給管を設けて、アシストガスが当該アシストガス用供給管を経て前記ハウジングのチャンバー内に供給され前記レンズホルダの周囲を冷却しながらワークに向けて噴射されるように構成したことを特徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0019】
図4を参照するに、本実施の形態の例に係わる例えばレーザ加工装置1はレーザビームLBを発振するレーザ発振器3を内蔵し、このレーザ発振器3で発振されたレーザビームLBは強度調整装置5を経てレーザビーム案内照射部7の先端部に備えられたレーザ加工ヘッド9の部分においてベンドミラー11を介して垂直下方向へ反射される。このレーザビームLBはレーザ加工ヘッド9の内部に設けられた焦光レンズ13で集光される。この集光されたレーザビームLBの照射光軸軸心15に対して、例えば数値制御のワーク移送位置決め装置17(ワーク搬送装置)で移送位置決めされたワークW上に、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ワークWの所望位置に行なわれる。
【0020】
図1に示されているように、レーザ加工ヘッド9の先端部にはアシストガス19のチャンバーとしてのハウジング21が設けられており、このハウジング21内には集光レンズ13を装着しているレンズホルダ23が螺着されている。このレンズホルダ23の先端にはレーザビームLBを透過可能な材質からなる第1フィルタ25を装着したフィルタホルダ27が螺着されている。このフィルタホルダ27のフィルタ25とレンズホルダ23内の集光レンズ13との間には密閉された気密室29が形成される。
【0021】
また、前記レーザ加工ヘッド9のハウジング21の先端にはノズル本体31とノズルチップ33で構成されるノズル35が螺着され、このノズル35との相対的な位置関係を調整するための調整ネジ37が設けられ、この調整ネジ37により集束されたレーザビームLBの光軸と合致するようにノズル本体31の位置決めが行われる。
【0022】
前記ノズル35についてより詳しくは、ノズル本体31はレーザビームLB及びワークWからの溶融物の跳ね返り等の直接的な影響を受けない範囲でノズル穴を除くノズル35の基部を構成しており、このノズル本体31の先端部には耐光性の高い鋼などを素材としたノズルチップ33が螺着されている。
【0023】
また、前記レーザ加工ヘッド9のハウジング21の外壁にはチャンバー内にアシストガス19を供給するためのアシストガス用供給管39が設けられている。
【0024】
なお、アシストガス19はレーザビームLBが集光レンズ13を通過するときに生じる集光レンズ13の温度上昇を防止し、ワークWからのスパッタの付着等による集光レンズ13面の汚染防止、加工能率の向上を図るために用いられものである。
【0025】
また、前記気密室29には当該気密室29内の圧力を検出する圧力センサ41や集光レンズ13の温度を直接的に検出する温度センサ43が設けられており、これらの圧力センサ41及び温度センサ43は制御装置45内のCPUを介して比較判断装置47に電気的に接続されている。
【0026】
なお、前記温度センサ43は気密室29内の温度を検出するものであってもよく、気密室29内の温度で集光レンズ13の温度を間接的に検出してもよい。
【0027】
また、前記気密室29には気密室29内の圧力および温度をそれぞれコントロールする圧力・温度調整装置49が連結されており、この圧力・温度調整装置49は制御装置45に電気的に接続されている。
【0028】
なお、前記比較判断装置47は前記圧力センサ41及び温度センサ43で検出された気密室29内の圧力及び温度が、制御装置45内に予め設定されているデータに比較してレーザ加工中に変化したかどうかを判断する装置であり、この比較判断装置47により前記気密室29内の圧力及び温度を一定に保つべく圧力・温度調整装置49を作動するよう指令が発生される。
【0029】
以上の構成から、レーザ発振器3より出力されたレーザビームLBは、レンズホルダ23に固定された集光レンズ13によってマイクロスポット51に絞られ、ワークWに照射されレーザ加工される。なお、アシストガス19はアシストガス用供給管39を経てレーザ加工ヘッド9のハウジング21のチャンバー内に供給され、レンズホルダ23の周囲を冷却しながらノズル35からワークWに向けて噴射される。
【0030】
以下、本発明のレーザ加工装置1の動作を図2に基づいて説明すると、レーザ加工中に例えばアシストガス19の圧力が変化したために、この影響を受けて気密室29内の圧力が変化した場合は、圧力センサ41により検出されたデータに基づいて制御装置45の比較判断装置47が指令を発生して圧力・温度調整装置49を作動し、気密室29内の圧力が補正される。補正後、レーザ加工が続行される。しかし、アシストガス19の圧力が変化しても気密室29内の圧力が変化しない場合は、そのままレーザ加工が続行される(ステップS1〜ステップS3)。
【0031】
また、レーザ加工中に熱が発生して集光レンズ13の温度が変化した場合は、温度センサ43により検出されたデータに基づいて制御装置45の比較判断装置47が指令を発生して圧力・温度調整装置49を作動し、気密室29内の温度が補正される。集光レンズ13の温度が補正された後にレーザ加工が続行される。しかし、集光レンズ13に温度変化がない場合は、そのままレーザ加工が続行される(ステップS4〜ステップS6)。
【0032】
また、レーザ加工中にスパッタ等の粉塵がレーザ加工ヘッド9内に進入しても、フィルタ25が粉塵を阻止して集光レンズ13を保護するのでレーザ加工は続行される。前記フィルタ25の表面にスパッタが付着したためにレーザ加工を続行できない場合は、このフィルタ25をレンズホルダ23から臨時的に外すことによりレーザ加工が続行される(ステップS7〜ステップS9)。
【0033】
また、上記の工程はレーザ加工が終了するまで繰り返し行われ、気密室29内の圧力及び集光レンズ13の温度が常時補正され、集光レンズ13の焦点位置の変動が軽減されるため、安定したレーザ加工が行われる(ステップS10)。
【0034】
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。本実施の形態の例では、光学系部材として集光レンズ13を例にとって説明したが、レーザ発振器3から出力されたレーザビームLBを反射して変向するベンドミラー11や、レーザ発振器3から上記のレーザ加工ヘッド9の集光レンズ13に至る光路の途中にレーザビームLBを光軸方向に位置調整するために設けられたレンズなどの光学系部材および光路延長装置(コリメータ)など、その他の光学系部材にも適用される。
【0035】
例えば、ベンドミラー11の場合は、図3に示されているようにレーザビームLBの光路においてベンドミラー11の前後両側に第2フィルタ53aを設け、この2つの第2フィルタ53a間に気密室55aを設けてベンドミラー11を保護し、前述した実施の形態の例と同様の要領で前記気密室55a内の圧力及び温度を圧力センサ41a、温度センサ43aで検出してコントロールすることによって、ベンドミラー11の表面への粉塵の付着防止や温度変化による鏡面変形の防止を図ることができる。
【0036】
また、レーザ発振器3から上記のレーザ加工ヘッド9の集光レンズ13に至るレーザビームLBの光路の途中に設けられたレンズ57の場合は、前述した実施の形態の例の集光レンズ13と同様であり、図3に示されているようにレンズ57の集光側に第2フィルタ53bを装着してこの第2フィルタ53bと前記レンズ57との間で気密室55bを形成せしめ、この気密室55b内の圧力と温度をそれぞれ検出する圧力センサ41b、温度センサ43bを設け、この圧力センサ41b、温度センサ43bをコントロールすることができる。
【0037】
【発明の効果】
以上のごとき実施の形態の例から理解されるように、本発明によれば、レーザ加工中にスパッタ等の粉塵が跳ね返ってレーザ加工ヘッド内に進入しても集光レンズは第1フィルタにより保護されるので、粉塵が集光レンズの表面に付着せず、レンズの寿命を長くでき、ランニングコストの軽減を図ることができる。
【0038】
また、レーザ加工中にアシストガスの圧力が変動するとしても、集光レンズは第1フィルタおよび集光レンズと第1フィルタとの間に形成した気密室で保護されているのでアシストガスの圧力の影響を受けにくくなり、集光レンズの焦点位置の変動が軽減されるため、安定したレーザ加工を行うことができる。
【0039】
また、ベンドミラーや他のレンズ等の光学系部材においても第2フィルタにより保護されるので、粉塵が光学系部材の表面に付着せず、光学系部材の寿命を長くでき、ランニングコストの軽減を図ることができる。
【0040】
また、レーザ加工中に熱を持っても気密室内の温度がコントロールされて集光レンズが冷却されるので、集光レンズの焦点位置の変動が軽減されるため、安定したレーザ加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の例を示すもので、レーザ加工ヘッドの縦断面図である。
【図2】本発明の実施の形態の例の工程動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明の他の実施の形態の例を示すもので、レーザ発振器からレーザ加工ヘッドの集光レンズまでのレーザビーム光路の途中の縦断面図である。
【図4】本発明の実施の形態の例に係わるもので、レーザ加工機の全体正面図である。
【図5】従来例を示すもので、レーザ加工ヘッドの縦断面図である。
【符号の説明】
1 レーザ加工装置
9 レーザ加工ヘッド
11 ベンドミラー
13 焦光レンズ
19 アシストガス
23 レンズホルダ
25 フィルタ
27 フィルタホルダ
29 気密室
39 アシストガス用供給管
41、41a,41b 圧力センサ
43、43a,43b 温度センサ
45 制御装置
47 比較判断装置
49 圧力・温度調整装置
53a,53b 第2フィルタ
55a,55b 気密室
57 レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus, and in particular, changes in ambient pressure and temperature with respect to an optical system member such as a condensing lens that condenses a laser beam and a bend mirror that reflects and changes the laser beam, or dust such as sputtering The present invention relates to a laser processing apparatus that prevents adverse effects of the above.
[0002]
[Prior art]
In a conventional laser processing apparatus, a laser beam output from a laser oscillator is redirected by a bend mirror and focused using a condensing lens, and the high-density energy and assist gas of the condensed laser beam are focused. Is applied to the workpiece to perform laser processing such as cutting, drilling, and welding.
[0003]
For example, as shown in FIG. 5, the laser beam LB output from a laser oscillator (not shown) is focused on the
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional laser beam machine, there is a problem that the spatter scattered during the laser beam machining directly reaches the surface of the condenser lens, so that the life is short.
[0007]
Further, when continuous processing is performed with a high-power laser beam, there is a problem that the condenser lens itself has heat and expands, so that the focal position of the condenser lens changes.
[0008]
Further, when a high-pressure assist gas is used, this pressure is applied directly to the condenser lens, which causes distortion, and the focal position of the condenser lens changes accordingly.
[0009]
The present invention was made to solve the above problems, and its purpose is to prevent dust such as spatter from adhering to the condensing lens when performing laser processing, and to prolong the life of the lens. Provide laser processing equipment that reduces running costs, and prevents fluctuations in the focal position of optical system members such as condensing lenses and bend mirrors and the optical path of the laser beam due to assist gas pressure and high-power laser beam heat There is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The laser processing apparatus of the invention Nico order to achieve the above object, is condensed by the condenser lens which is provided in the laser processing head causes deflected or condensing the laser beam oscillated from the laser oscillator by an optical system member In the laser processing apparatus that performs laser processing by irradiating the workpiece, a housing as an assist gas chamber is provided at the tip of the laser processing head, and a lens holder in which the condenser lens is mounted in the housing; An airtight chamber is formed between the condensing lens and the first filter by a filter holder equipped with a first filter disposed on the processing point side from the condensing lens, and the airtight chamber is formed in the airtight chamber. A pressure sensor for detecting the pressure and a temperature sensor for detecting the temperature are provided, and the pressure in the hermetic chamber detected by the pressure sensor and the temperature sensor is adjusted. The pressure-temperature adjusting device which controls to keep the fine temperature constant connected to said airtight chamber, the upstream side wall from the condenser lens of the housing, feed the assist gas for supplying the assist gas into the chamber A tube is provided, and the assist gas is supplied into the chamber of the housing through the assist gas supply tube, and is injected toward the workpiece while cooling the periphery of the lens holder. It is.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a laser processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
Referring to FIG. 4, for example, the laser processing apparatus 1 according to the example of the present embodiment has a built-in laser oscillator 3 that oscillates a laser beam LB, and the laser beam LB oscillated by the laser oscillator 3 is an
[0020]
As shown in FIG. 1, a
[0021]
A
[0022]
More specifically, the
[0023]
An assist
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The temperature sensor 43 may detect the temperature in the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
With the above configuration, the laser beam LB output from the laser oscillator 3 is focused on the
[0030]
Hereinafter, the operation of the laser processing apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. When the pressure of the
[0031]
Further, when heat is generated during laser processing and the temperature of the
[0032]
Even if dust such as spatter enters the
[0033]
Further, the above process is repeated until the laser processing is completed, and the pressure in the
[0034]
In addition, this invention is not limited to the example of embodiment mentioned above, It can implement in another aspect by making an appropriate change. In the example of the present embodiment, the condensing
[0035]
For example, in the case of the
[0036]
In the case of the
[0037]
【The invention's effect】
As can be understood from the examples of the embodiments as described above, according to the present invention, the condensing lens is protected by the first filter even if dust such as spatter bounces back and enters the laser processing head during laser processing. Therefore, dust does not adhere to the surface of the condensing lens, the life of the lens can be extended, and the running cost can be reduced.
[0038]
Even if the assist gas pressure fluctuates during laser processing, the condenser lens is protected by the first filter and the hermetic chamber formed between the condenser lens and the first filter . Since it becomes difficult to be affected and fluctuations in the focal position of the condenser lens are reduced, stable laser processing can be performed.
[0039]
Moreover, since the second filter also protects the optical system member such as a bend mirror and other lenses, dust does not adhere to the surface of the optical system member, the life of the optical system member can be extended, and the running cost can be reduced. Can be planned.
[0040]
The temperature of the airtight chamber also has a heat is controlled so condensing lens is cooled, since the variation of the focal position of the condenser lens is reduced, a stable laser machining was during the laser processing be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention and is a longitudinal sectional view of a laser processing head.
FIG. 2 is a flowchart showing a process operation of an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows an example of another embodiment of the present invention and is a longitudinal sectional view in the middle of a laser beam optical path from a laser oscillator to a condenser lens of a laser processing head.
FIG. 4 relates to an example of an embodiment of the present invention and is an overall front view of a laser beam machine.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a laser processing head, showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記レーザ加工ヘッドの先端部にアシストガスのチャンバーとしてのハウジングを設け、
前記ハウジング内に、前記集光レンズを装着したレンズホルダと、前記集光レンズより加工点側に配置される第1フィルタを装着したフィルタホルダとにより、当該集光レンズと当該第1フィルタとの間に気密室を形成し、
前記気密室に当該気密室内の圧力を検出する圧力センサおよび温度を検出する温度センサを設け、
前記圧力センサおよび前記温度センサで検出された気密室内の圧力および温度を一定に保つべくコントロールする圧力・温度調整装置を前記気密室に連結し、
前記ハウジングの前記集光レンズより上流側外壁に、前記チャンバー内にアシストガスを供給するためのアシストガス用供給管を設けて、アシストガスが当該アシストガス用供給管を経て前記ハウジングのチャンバー内に供給され前記レンズホルダの周囲を冷却しながらワークに向けて噴射されるように構成したことを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that performs laser processing by turning or condensing a laser beam oscillated from a laser oscillator by an optical system member and condensing the laser beam by a condensing lens provided in a laser processing head and irradiating the workpiece,
A housing as an assist gas chamber is provided at the tip of the laser processing head,
Within said housing, and a lens holder fitted with the condenser lens, the filter holder and the first filter is mounted that is disposed to the machining point side of the condenser lens, and the condenser lens and the first filter care behind closed doors is formed between,
A pressure sensor for detecting the pressure in the hermetic chamber and a temperature sensor for detecting temperature are provided in the hermetic chamber,
A pressure / temperature adjusting device for controlling the pressure and temperature in the hermetic chamber detected by the pressure sensor and the temperature sensor to be kept constant is connected to the hermetic chamber;
An assist gas supply pipe for supplying assist gas into the chamber is provided on the outer wall upstream of the condenser lens of the housing, and the assist gas passes through the assist gas supply pipe into the chamber of the housing. supplied features and, Relais chromatography the processing device that has been configured to be sprayed toward the workpiece while cooling the periphery of the lens holder.
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