CN100477418C - 激光淬火工具 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光输出损失少的激光淬火工具。激光淬火工具(100)由聚光光学系统透镜(134)对半导体激光堆件(120)的射出光束(LB1)进行聚光，并由发散光学系统透镜(142)形成平行光束(LB3)。由第1反射镜(160)反射的激光束(LB4)通过横截面呈方形的光波导(150)。由再聚光光学系统透镜(170)聚光的激光束(LB5)从喷嘴(190)射出，对工件进行淬火。方形光波导(150)内的激光束(LB4)的反射次数少、激光输出的损失少。

Description

激光淬火工具
技术领域
本发明涉及利用了半导体激光的淬火工具。
背景技术
例如，专利文献1公开了本申请人提出的激光淬火装置。另外，专利文献2公开了装卸自如地装备在工作机器主轴上的激光淬火工具。
这些激光淬火工具中，来自作为激光发光源的半导体激光棒和半导体激光堆件(laser stack)的激光通过光纤或波导传送到工具前端的焰炬。
专利文献1：特开2003-138314号公报
专利文献2：特开2005-238253号公报
现有的激光的波导10，如图10所示，内面12由圆筒面形成。当激光LB在该圆筒面12的波导中行进之际，光沿圆筒面旋转，从而反射次数增多。由于波导内面的反射率为1.0以下，因此每反射一次效率就降低一次，成为激光输出降低的原因。
本发明者针对光波导的截面形状对激光输出效率造成的影响进行了各种实验，结果确认，如图9所示的内面由平面22构成的方形截面的光波导20，为反射次数少、输出效率高的光波导。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于所述观点的激光淬火工具。
为了实现所述目的，本发明的激光淬火工具具备将射出激光的半导体矩阵状配置的半导体激光堆件、对从半导体激光堆件射出的激光束进行聚光的聚光光学系统、进行发散使由聚光光学系统聚光后的激光束的轴线变得平行的发散光学系统、对从发散光学系统射出的激光束进行引导且横截面形状是方形的方形光波导、对通过了方形光波导的激光束进行再聚光的聚光光学系统、和朝向工件射出再聚光后的激光束的光波导喷嘴。
另外，还具备在方形光波导的入口部设置的第1反射镜、及在再聚光光学系统和光波导喷嘴之间设置的第2反射镜。
另外，还具备设置在聚光光学系统的透镜架、发散光学系统的透镜架、第1反射镜、方形光波导、再聚光光学系统的透镜架、第2反射镜和光波导喷嘴中并供给冷却水的冷却水通道，且反射激光束的镜面具备增强反射涂层。
(发明效果)
通过具备以上结构，本发明的激光淬火工具能够将来自半导体激光堆件的输出以损失少的状态引导到喷嘴。
附图说明
图1是本发明的激光淬火工具的立体图。
图2是本发明的激光淬火工具的截面侧视图。
图3是图2的俯视图。
图4是本发明的激光淬火工具的冷却水通道的截面侧视图。
图5是图4的俯视图。
图6是表示本发明的激光淬火工具的镜的配置的截面侧视图。
图7是表示本发明的激光淬火工具的激光束的流动的截面侧视图。
图8是图7的俯视图。
图9是表示本发明的方形光波导的作用的说明图。
图10是表示现有的光波导的作用的说明图。
图中：100-激光淬火工具，110-基座，120-半导体激光堆件，130-聚光光学系统透镜架，134-聚光光学系统透镜，140-发散光学系统透镜架，142-发散光学系统透镜，150-方形光波导，160-第1反射镜，170-再聚光光学系统透镜，180-第2反射镜，190-光波导喷嘴。
具体实施方式
图1是本发明的激光淬火工具的立体图，图2是表示本发明的激光淬火工具的整体结构的截面侧视图，图3是图2的俯视图。
整体以符号100表示的激光淬火工具，具备载置在基座110上的半导体激光堆件120。半导体激光堆件120具有电源连接端子122，与未图示的电源连接。
半导体激光堆件120的输出被投入到具有光通路132的架130内。在架130的光通道132内装备有聚光光学系统(透镜)134，对半导体激光堆件120的输出光束进行聚光。
被聚光后的激光束输入架140内的发散光学系统透镜142，以光束的轴线变得平行的方式发散。发散后的激光被送到在方形光波导路150的一端部安装的第1反射镜160。由反射镜160沿方形光波导150的轴线方向反射的激光，被方形光波导150的内面的反射面152反射并行进，入射到架172内的再聚光光学系统170。
在通过该方形光波导150的期间，与现有的截面圆形的光波导相比，反射次数降低，衰减也减少。
由再聚光光学系统透镜170再聚光后的激光束，利用第2反射镜180对轴线进行90度变更，从光波导喷嘴190射出，从而对未图示的工件表面实施淬火处理。
激光淬火工具100吸收通过内部的激光束而被加热。另外，受到来自由激光淬火工具进行淬火处理的工件侧的反射热，从而被外部加热。
为此，本发明的激光淬火工具100具备防止升温的冷却通道。
图4是在激光淬火工具100设置的冷却通道的截面侧视图，图5是图4的俯视图。
聚光光学系统透镜134的架130具有冷却水所通过的通道136，经由接头202与冷却水的供给、排出用的管200连结。
发散光学系统透镜142的架140也具有通道144，通道144经由第1反射镜160的通道164与方形光波导150的通道154连通。再聚光光学系统透镜170的架172具有通道174。第2反射镜180也具有通道184，光波导190也具有通道194。
经由管200使从未图示的冷却水供给源进给的冷却水在各通道中流通，在激光淬火工具100整体中循环，由此能够有效地冷却激光淬火工具100。
图6是表示激光淬火工具100的光学系统透镜134、142、170和反射镜160、180的反光镜面160M、180M、方形光波导150的方形平面镜面150M及光波导喷嘴190的内面的圆锥镜面190M的布局的说明图。
为了提高反射率而在各镜面的表面实施增强反射涂层。增强反射涂层例如采用金镀敷。
图7是表示本发明的激光淬火工具100的激光光路的截面侧视图，图8是图7的俯视图。
从半导体激光堆件120射出的激光束LB1由聚光光学系统透镜134聚光，成为激光束LB2，入射到发散光学系统透镜142。
从发散光学系统透镜142射出后的激光束LB3，作为大致平行光由反射镜160呈直角反射，并作为激光束LB4通过方形光波导150。通过方形光波导150内的激光束LB4如之前说明所述，反射次数少、损失少。
在方形光波导150的入口设置发散光学系统透镜，另外，适当设计该透镜的曲率，由此能够使导入光的轴线与方形光波导150的轴线尽可能平行。
通过该机构，能够降低方形光波导150内的激光束的反射次数，减少能量损失。
另外，通过尽可能增大方形波导150的尺寸，能够降低通过的激光束的反射次数。
通过了方形光波导150的激光束由再聚光光学系统透镜170聚光，并由反射镜180弯折90度。
在光波导喷嘴190内激光束LB5被会聚，作为激光束LB6输出。该激光束LB6对未图示的工件表面进行淬火。
本发明的激光淬火工具100，能够使来自半导体激光堆件120的激光束以没有途中损失的状态从光波导喷嘴190输出，实现高效的淬火。
还有，所述实施例中，说明了光波导喷嘴190的前端孔的形状为圆形的例，不过，可以根据工件的形状或淬火部的形状等，适当设计成三角形、四边形、多边形曲面的组合等。
进而，喷嘴的轴线除了直线以外也可以适当弯折。

Claims (4)

1.一种激光淬火工具，其具备将射出激光的半导体矩阵状配置的半导体激光堆件、对从半导体激光堆件射出的激光束进行聚光的聚光光学系统、进行发散使由聚光光学系统聚光后的激光束的轴线变得平行的发散光学系统、对从发散光学系统射出的激光束进行引导且横截面形状是方形的方形光波导、对通过了方形光波导的激光束进行再聚光的再聚光光学系统、和朝向工件射出再聚光后的激光束的光波导喷嘴。
2.根据权利要求1所述的激光淬火工具，其中，还具备在方形光波导的入口部设置的第1反射镜、及在再聚光光学系统和光波导喷嘴之间设置的第2反射镜。
3.根据权利要求1所述的激光淬火工具，其中，还具备设置在聚光光学系统的透镜架、发散光学系统的透镜架、第1反射镜、方形光波导、再聚光光学系统的透镜架、第2反射镜和光波导喷嘴中并供给冷却水的冷却水通道。
4.根据权利要求1所述的激光淬火工具，其中，反射激光束的镜面具备增强反射涂层。
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