JP2015157297A - Welding head, laser welding apparatus, and gas nozzle for welding head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体ワーク等のワークに対してレーザ溶接を行うレーザ加工装置に用いられ、ワークの溶接箇所に向かってレーザ光を照射する溶接ヘッド等に関する。 The present invention relates to a welding head or the like that is used in a laser processing apparatus that performs laser welding on a workpiece such as a three-dimensional workpiece and irradiates a laser beam toward a welding portion of the workpiece.
一般に、溶接ロボット等のリモートレーザ加工装置(レーザ加工装置の一例)における溶接ヘッドは、中空状の溶接ヘッド本体を具備している。また、溶接ヘッド本体は、先端側に、レーザ光を出射するための出射開口部を有しており、レーザ光を発振するレーザ発振器に光学的に接続されている。そして、溶接ヘッド本体内には、ガルバノスキャナが配設されており、このガルバノスキャナは、レーザ発振器から発振されたレーザ光を直交する2つの方向(第1走査方向と第2走査方向)へ偏向走査して溶接ヘッド本体の出射開口部側へ出射するものである。更に、溶接ヘッド本体の先端部には、溶接ヘッド本体の出射開口部を覆う保護ガラスが着脱可能に設けられている。 In general, a welding head in a remote laser processing apparatus (an example of a laser processing apparatus) such as a welding robot includes a hollow welding head main body. Further, the welding head main body has an emission opening for emitting laser light on the distal end side, and is optically connected to a laser oscillator that oscillates the laser light. A galvano scanner is disposed in the welding head main body, and the galvano scanner deflects laser light oscillated from a laser oscillator in two orthogonal directions (first scanning direction and second scanning direction). It scans and it radiate | emits to the radiation | emission opening part side of a welding head main body. Furthermore, the protective glass which covers the output opening part of a welding head main body is provided in the front-end | tip part of a welding head main body so that attachment or detachment is possible.
ところで、溶接ヘッドの出射開口部の開口面積はガルバノスキャナによるレーザ光の偏向走査の範囲に応じて大きく設定されており、それに伴い、保護ガラスの面積も大きく、スパッタが保護ガラスに付着し易くなっている。また、スポット溶接の場合に比べて、溶接ヘッドと立体ワークの溶接箇所との距離(ワークディスタンス)が大きく、溶接ヘッドと立体ワークとの間にヒュームが滞留し易くなっている。そのため、保護ガラスへのスパッタの付着及び溶接ヘッドと立体ワークとの間のヒュームの滞留を抑えるために、次のような技術が開発されている。 By the way, the opening area of the exit opening of the welding head is set to be large according to the range of the laser beam deflection scanning by the galvano scanner, and accordingly, the area of the protective glass is large and the spatter easily adheres to the protective glass. ing. In addition, compared to spot welding, the distance (work distance) between the welding head and the welded portion of the three-dimensional workpiece is large, and fume tends to stay between the welding head and the three-dimensional workpiece. Therefore, in order to suppress the adhesion of spatter to the protective glass and the retention of fumes between the welding head and the three-dimensional workpiece, the following techniques have been developed.
即ち、1つ目は、特許文献1に記載された先行技術(従来例1)であり、図5(a)に示すように、従来例1に係る溶接ヘッド101の溶接ヘッド本体103における保護ガラス105より立体ワークW側には、保護ガラス105の表面を覆うようにカーテン状のエアAを噴出するエアカーテン107が設けられている。また、溶接ヘッド本体103におけるエアカーテン107の近傍には、立体ワークWの溶接箇所Waに向かってエアAを噴出するエアノズル109が設けられている。
That is, the first is the prior art (conventional example 1) described in Patent Document 1, and as shown in FIG. 5A, the protective glass in the welding head
2つ目は、特許文献2及び特許文献3に記載された先行技術(従来例2)であり、図6(a)に示すように、その先行技術に係る溶接ヘッド111の溶接ヘッド本体113における保護ガラス115より立体ワークW側には、レーザ光LBの進行方向側へ向かってエアAを噴出する環状のエアノズル117が設けられている。また、エアノズル117は、内部に、エア供給源(図示省略)に接続可能なエア通路119を有している。そして、エアノズル117には、レーザ光LBの進行方向側でかつレーザ光LBの光軸側に向かってエアAを噴出するための環状のノズルスリット孔121が形成されており、このノズルスリット孔121は、エア通路119に連通してある。
The second is the prior art (conventional example 2) described in
しかしながら、溶接ヘッド101を用いて、立体ワークWに対してレーザ溶接を行う場合に、立体ワークWの形状が複雑であると、エアノズル109から立体ワークWの溶接箇所Waに向かってエアAを噴出しても、立体ワークWの溶接箇所Waにまで届かなく、溶接ヘッド101と立体ワークWとの間のヒュームの滞留を抑えることができないことがある。このようなとき、仮に、外部送風機(図示省略)を用いたとしても、溶接ヘッド101と立体ワークWとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができない。そのため、ヒュームがレーザ光LBに干渉して、溶接条件(加工条件)が変化してしまい、立体ワークWに対して安定的にレーザ溶接を行うことが困難であるという問題(第1の問題)がある。
However, when laser welding is performed on the three-dimensional workpiece W using the
また、図5(b)に示すように、立体ワークWに対して側方からレーザ溶接を行う場合には、スパッタSが立体ワークWの溶接箇所Waから放物線を描いて溶接ヘッド101側へ飛散することがある。このようなとき、エアカーテン107から保護ガラス105の表面を覆うようにカーテン状のエアAを噴出しても、保護ガラス105へのスパッタSの付着を抑えることができない。そのため、保護ガラス105へのスパッタSの付着量が増えて、保護ガラス105の交換頻度が増えるという問題(第2の問題)がある。
Further, as shown in FIG. 5B, when laser welding is performed on the three-dimensional workpiece W from the side, the spatter S scatters to the
一方、溶接ヘッド111を用いて、立体ワークWに対してレーザ溶接を行う場合には、ノズルスリット孔121から噴出されたエアAがレーザ光LBの光軸上で合流して、立体ワークWの溶接箇所Waに向かうことになり、立体ワークWの形状が複雑であっても、溶接ヘッド111と立体ワークWとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができる。そのため、ヒュームがレーザ光LBに干渉することがなく、立体ワークWに対して安定的にレーザ溶接を行うことができ、前述の第1の問題が発生しないものである。
On the other hand, when laser welding is performed on the solid workpiece W using the
しかしながら、図6(b)に示すように、立体ワークWに対して側方からレーザ溶接を行う場合には、ノズルスリット孔121からエアAを噴出しても、立体ワークWの溶接箇所Waから放物線を描きながら溶接ヘッド5側へ飛散するスパッタSの進行方向(飛散方向)を溶接ヘッド5側から外れる方向へ変えることができず、保護ガラス115へのスパッタSの付着を抑えることができない。そのため、保護ガラス115へのスパッタSの付着量が増えて、保護ガラス115の交換頻度が増えるという第2の問題がある。
However, as shown in FIG. 6B, when laser welding is performed on the three-dimensional workpiece W from the side, even if the air A is ejected from the
そこで、前述の第1の問題のみならず第2の問題をも解決することができる、新規な構成の溶接ヘッド及びレーザ溶接装置等を提供することを目的とする。
なお、本発明の溶接ヘッド及びレーザ溶接装置は、ガルバノスキャナを具備したものに限定されず、保護ガラスによって溶接ヘッド本体の出射開口部を覆うタイプの種々の溶接ヘッド及びレーザ溶接装置を指すものである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a welding head, a laser welding apparatus, and the like having a novel configuration that can solve not only the first problem but also the second problem.
The welding head and laser welding apparatus according to the present invention are not limited to those equipped with a galvano scanner, but refer to various types of welding heads and laser welding apparatuses of the type in which the emission opening of the welding head main body is covered with protective glass. is there.
本発明の第1の特徴は、ワーク(立体ワークを含む)に対してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置に用いられ、ワークの溶接箇所に向かってレーザ光を照射する溶接ヘッドにおいて、先端側にレーザ光を出射するための出射開口部を有し、レーザ光を発振するレーザ発振器に光学的に接続された中空状の溶接ヘッド本体と、前記溶接ヘッド本体の先端部に着脱可能に設けられ、前記溶接ヘッド本体の前記出射開口部を覆う保護ガラスと、前記溶接ヘッド本体における前記保護ガラスよりワーク側に設けられ、内部にガス供給源に接続可能なガス通路を有し、レーザ光の進行方向側でかつレーザ光の光軸側に向かってガスを噴出するための第1ノズル孔がレーザ光の光軸を囲むように形成され、前記第1ノズル孔が前記ガス通路に連通し、前記第1ノズル孔よりも半径方向外側(ガスノズルの半径方向外側)の部位にレーザ光の進行方向に沿ってガスを噴出するための第2ノズル孔が前記第1ノズル孔を囲むように形成され、前記第2ノズル孔が前記ガス通路に連通し、レーザ光の進行方向側へ向かってガスを噴出する環状のガスノズルと、を具備したことを要旨とする。 A first feature of the present invention is a laser welding apparatus that is used in a laser welding apparatus that performs laser welding on a workpiece (including a three-dimensional workpiece) and irradiates a laser beam toward a welding portion of the workpiece. A hollow welding head main body having an emission opening for emitting light, optically connected to a laser oscillator that oscillates laser light, and detachably provided at a tip of the welding head main body, A protective glass that covers the emission opening of the welding head main body, a gas passage that is provided on the workpiece side of the protective glass in the welding head main body and that can be connected to a gas supply source inside, and is in the direction of laser beam traveling And a first nozzle hole for ejecting gas toward the optical axis side of the laser beam is formed so as to surround the optical axis of the laser beam, and the first nozzle hole communicates with the gas passage, and A second nozzle hole for ejecting a gas along the traveling direction of the laser beam is formed to surround the first nozzle hole at a portion radially outward from the nozzle hole (radially outside the gas nozzle). The gist of the invention is that the two nozzle holes communicate with the gas passage and have an annular gas nozzle that ejects gas toward the traveling direction side of the laser beam.
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「ガス」とは、エア、窒素等の不活性ガスを含む意である。更に、「ガスノズル」は、1つのガスノズルである他に、第1ノズル孔が形成された第1ガスノズルと、第2ノズル孔が形成された第2ガスノズルとに分割して構成されても構わない。 In the specification and claims of the present application, “arranged” means not only directly disposed but also indirectly disposed through another member. is there. The term “provided” means that it is indirectly provided via another member in addition to being directly provided. Further, “gas” means an inert gas such as air or nitrogen. Further, the “gas nozzle” may be divided into a first gas nozzle in which a first nozzle hole is formed and a second gas nozzle in which a second nozzle hole is formed, in addition to a single gas nozzle. .
第1の特徴によると、前記溶接ヘッドをワークに対して相対的に移動させて、ワークの溶接箇所に対応した位置に位置させる。そして、前記レーザ発振器の作動によりレーザ光を発振させて、前記溶接ヘッド側へ伝送する。すると、前記溶接ヘッド側へ伝送されたレーザ光は、前記溶接ヘッド(前記溶接ヘッド本体の前記出射開口部)から前記保護ガラスを介してワークの溶接箇所に向かってレーザ光を照射される。これにより、ワークに対してレーザ溶接を行うことができる。 According to the first feature, the welding head is moved relative to the workpiece to be positioned at a position corresponding to the welding location of the workpiece. Then, laser light is oscillated by the operation of the laser oscillator and transmitted to the welding head side. Then, the laser beam transmitted to the welding head side is irradiated with the laser beam from the welding head (the emission opening of the welding head main body) toward the welding position of the workpiece via the protective glass. Thereby, laser welding can be performed on the workpiece.
レーザ溶接中に、前記ガス供給源から前記ガス通路にガスを供給することにより、前記第1ノズル孔からレーザ光の進行方向側でかつレーザ光の光軸側に向かってガスを噴出すると共に、前記第2ノズル孔からレーザ光の進行方向に沿ってガスを噴出する。すると、前記第1ノズル孔から噴出されたガスは、レーザ光の光軸上で合流して、ワークの溶接箇所に向かうと共に、前記第2ノズル孔から噴出されたガスは、レーザ光の光軸上で合流するガスを囲みつつ、ワークの溶接箇所の周辺部に向かうことになる。 During laser welding, by supplying gas from the gas supply source to the gas passage, gas is ejected from the first nozzle hole toward the laser beam traveling direction and toward the optical axis of the laser beam, Gas is ejected from the second nozzle hole along the traveling direction of the laser beam. Then, the gas ejected from the first nozzle hole merges on the optical axis of the laser beam and travels toward the welding position of the workpiece, and the gas ejected from the second nozzle hole is the optical axis of the laser beam. While surrounding the gas that merges above, it goes to the periphery of the welded part of the workpiece.
要するに、前記ガスノズルに前記第1ノズル孔がレーザ光の光軸を囲むように形成され、前記第1ノズル孔が前記ガス通路に連通してあるため、前記ガスノズルの前記第1ノズル孔から噴出されたガスがレーザ光の光軸上で合流して、ワークの溶接箇所に向かうことになる。これにより、ワークの形状が複雑であっても、前記溶接ヘッドと前記ワークとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができる。 In short, since the first nozzle hole is formed in the gas nozzle so as to surround the optical axis of the laser beam, and the first nozzle hole communicates with the gas passage, the first nozzle hole is ejected from the first nozzle hole of the gas nozzle. Gases that have joined together on the optical axis of the laser beam travel toward the welded part of the workpiece. Thereby, even if the shape of a workpiece | work is complicated, the retention of a fume between the said welding head and the said workpiece | work can fully be suppressed.
また、前記ガスノズルにおける前記第1ノズル孔よりも半径方向外側の部位に前記第2ノズル孔がレーザ光の光軸を囲むように形成され、前記第2ノズル孔が前記ガス通路に連通してあるため、前記第2ノズル孔から噴出されたガスは、レーザ光の光軸上で合流するガスを囲みつつ、ワークの溶接箇所の周辺部に向かうことになる。これにより、ワークに対して側方からレーザ溶接を行う場合には、スパッタがワークWの溶接箇所から放物線を描きながら前記溶接ヘッド側へ飛散しても、そのスパッタの移動方向を前記溶接ヘッド側から外れる方向へ変えることができる。 Further, the second nozzle hole is formed in a portion of the gas nozzle outside the first nozzle hole in the radial direction so as to surround the optical axis of the laser beam, and the second nozzle hole communicates with the gas passage. Therefore, the gas ejected from the second nozzle hole is directed to the peripheral portion of the workpiece welding portion while surrounding the gas that merges on the optical axis of the laser beam. As a result, when laser welding is performed on the workpiece from the side, even if the spatter scatters to the welding head side while drawing a parabola from the welding portion of the workpiece W, the moving direction of the spatter is changed to the welding head side. The direction can be changed.
本発明の第2の特徴は、ワークに対してレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、第1の特徴からなる溶接ヘッドを具備したことを要旨とする。 The gist of a second feature of the present invention is that a laser welding apparatus for performing laser welding on a workpiece includes the welding head having the first feature.
第2の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。 According to the 2nd characteristic, there exists an effect | action similar to the effect | action by a 1st characteristic.
本発明の第3の特徴は、第1の特徴からなる溶接ヘッドに用いられ、レーザ光の進行方向側へ向かってガスを噴出する環状のガスノズルにおいて、内部にガス供給源に接続可能なガス通路を有し、ガスノズル中心軸(前記ガスノズルの中心軸)側に向かってガスを噴出するための第1ノズル孔がガスノズル中心軸を囲むように形成され、前記第1ノズル孔が前記ガス通路に連通し、前記第1ノズル孔よりも半径方向外側(ガスノズルの半径方向外側)の部位にガスノズル中心軸方向(ガスノズルの中心軸の方向)に沿ってガスを噴出するための第2ノズル孔が前記第1ノズル孔を囲むように形成され、前記第2ノズル孔が前記ガス通路に連通していることを要旨とする。 A third feature of the present invention is an annular gas nozzle that is used in the welding head according to the first feature and ejects gas toward the traveling direction side of the laser beam, and a gas passage that can be connected to a gas supply source therein. And a first nozzle hole for ejecting gas toward the gas nozzle central axis (the central axis of the gas nozzle) is formed so as to surround the gas nozzle central axis, and the first nozzle hole communicates with the gas passage And a second nozzle hole for ejecting gas along a gas nozzle central axis direction (a direction of the gas nozzle central axis) to a portion radially outward from the first nozzle hole (radially outer side of the gas nozzle). The gist is that the nozzle hole is formed so as to surround one nozzle hole, and the second nozzle hole communicates with the gas passage.
第3の特徴からなる前記ガスノズルを前記溶接ヘッドに用いた場合には、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。 When the gas nozzle having the third feature is used for the welding head, the same effect as that of the first feature is achieved.
本発明によれば、ワークの形状が複雑であっても、前記溶接ヘッドと前記ワークとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができるため、ヒュームがレーザ光に干渉することがなくなり、溶接条件(加工条件)を一定に保ちつつ、ワークに対して安定的にレーザ溶接を行うことができる。 According to the present invention, even if the shape of the workpiece is complicated, the retention of fume between the welding head and the workpiece can be sufficiently suppressed, so that the fume does not interfere with the laser beam and welding is performed. Laser welding can be stably performed on the workpiece while keeping the conditions (processing conditions) constant.
また、ワークに対して側方からレーザ溶接を行う場合には、スパッタがワークの溶接箇所から放物線を描きながら前記溶接ヘッド側へ飛散しても、そのスパッタの移動方向を前記溶接ヘッド側から外れる方向へ変えることができため、前記保護ガラスへのスパッタの付着量を低減して、前記保護ガラスの交換頻度を大幅に減らすことができる。 Further, when laser welding is performed on the workpiece from the side, even if the spatter scatters toward the welding head while drawing a parabola from the welding portion of the workpiece, the moving direction of the spatter deviates from the welding head. Since it can change to a direction, the adhesion amount of the sputter | spatter to the said protective glass can be reduced, and the replacement frequency of the said protective glass can be reduced significantly.
本発明の実施形態について図1から図4を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る溶接ロボット1は、テーブル(図示省略)に支持された立体ワークWに対してレーザ溶接を行うリモートレーザ溶接装置の1つであって、公知の6軸多関節ロボットである。また、溶接ロボット1は、先端側に、ロボットハンド3を有しており、このロボットハンド3には、立体ワークWの溶接箇所Waに向かってレーザ光LBを照射する溶接ヘッド5が設けられている。なお、立体ワークWは、複数の金属ワークを突き合わせてなるものであり、立体ワークWの溶接箇所Waは、複数の金属ワークの突き合わせ部になる。ロボットハンド3は、立体ワークWに対して側方から接近離反する方向へ移動可能な移動手段に相当するものである。
As shown in FIG. 1, a welding robot 1 according to an embodiment of the present invention is one of remote laser welding apparatuses that perform laser welding on a three-dimensional workpiece W supported by a table (not shown). This is a 6-axis articulated robot. Further, the welding robot 1 has a
そして、本発明の実施形態に係る溶接ヘッド5の具体的な構成等は、以下のようになる。
And the specific structure of the
本発明の実施形態に係る溶接ヘッド5は、中空状の溶接ヘッド本体7を具備しており、この溶接ヘッド本体7は、先端側に、レーザ光LBを出射するための出射開口部9を有している。また、溶接ヘッド本体7の基端には、コネクタ11が設けられており、このコネクタ11には、伝送ファイバ13の一端部が接続されており、伝送ファイバ13の他端部には、レーザ光LBを発振するファイバレーザ発振器(レーザ発振器の一例)15に光学的に接続されている。換言すれば、溶接ヘッド本体7は、コネクタ11及び伝送ファイバ13を介してファイバレーザ発振器15に光学的に接続されている。
The
溶接ヘッド本体7内には、コリメートレンズ17がレーザ光LBの光軸方向へ移動可能に配設されており、このコリメートレンズ17は、伝送ファイバ13から出射されたレーザ光LBを平行光に変換するものである。換言すれば、コリメートレンズ17は、ファイバレーザ発振器15から発振されたレーザ光LBを平行光に変換するものである。
A collimating
溶接ヘッド本体7内におけるコリメートレンズ17の出射側には、ガルバノスキャナ21が配設されており、このガルバノスキャナ21は、ファイバレーザ発振器15から発振されコリメートレンズ17から出射されたレーザ光LBを偏向走査して溶接ヘッド本体7の出射開口部9側へ出射するものである。また、ガルバノスキャナ21は、第1ガルバノモータ23の駆動により回転可能であってかつレーザ光LBを第1走査方向へ偏向走査する第1ガルバノミラー25と、第2ガルバノモータ27の駆動により回転可能であってかつレーザ光LBを第2走査方向へ偏向走査する第2ガルバノミラー29とを備えている。なお、溶接ヘッド本体7内におけるコリメートレンズ17と第1ガルバノミラー25との間には、反射ミラ31が配設されている。
A
溶接ヘッド本体7内における出射開口部9とガルバノスキャナ21との間には、Fθレンズ33が配設されており、このFθレンズ33は、ガルバノスキャナ21によって2次元走査されたレーザ光LBを集光するものである。また、溶接ヘッド本体7の先端部には、溶接ヘッド本体7の出射開口部9を覆う保護ガラス35が着脱可能に設けられている。更に、溶接ヘッド本体7における保護ガラス35より立体ワークW側には、レーザ光LBの進行方向側へ向かってエアを噴出する環状のエアノズル(ガスノズルの一例)37がブラケット39を介して設けられている。
An
続いて、溶接ヘッド5の要部であるエアノズル37の具体的な構成について説明する。
Then, the specific structure of the
図1及び図2(a)(b)に示すように、エアノズル37は、環状の第1ノズル構成部材41と環状の第2ノズル構成部材43を取付ボルト(図示省略)等によって一体的に接合してなるものである。また、エアノズル37は、内部に、環状のエア通路(ガス通路の一例)45を有しており、このエア通路45は、ファン等のエア供給源(ガス供給源の一例)47に配管49を介して接続可能である。なお、エアノズル37は、環状の2つの部材(第1ノズル構成部材41と第2ノズル構成部材43)を一体的に接合してなる代わりに、1つの部材により構成されても構わない。
As shown in FIGS. 1 and 2A and 2B, the
第1ノズル構成部材41の内周部近傍と第2ノズル構成部材43の内周部との間には、レーザ光LBの進行方向側でかつレーザ光LBの光軸側(エアノズル中心軸側)に向かってエアAを噴出するための環状の第1ノズルスリット孔51(第1ノズル孔の一例)がレーザ光LBの光軸(エアノズル中心軸)を囲むように区画形成されている。換言すれば、エアノズル37の内周部には、環状の第1ノズルスリット孔51がレーザ光LBの光軸を囲むように形成されている。また、第1ノズルスリット孔51は、エア通路45に連通してある。なお、第1ノズル構成部材41と第2ノズル構成部材43との間にエア通路45を囲むような環状のシム(図示省略)等を介在されることによって、第1ノズルスリット孔51の大きさを調節可能にしても構わない。また、環状の第1ノズルスリット孔51の代わりに、円周方向に間隔を置いて並んだ小孔状の複数の第1ノズル孔(図示省略)、又は円周方向に間隔を置いて並んだ円弧状の複数の第1ノズルスリット孔(図示省略)が形成されるようにしても構わない。
Between the vicinity of the inner peripheral portion of the first
第2ノズル構成部材43の内周部近傍には、レーザ光LBの進行方向(エアノズル中心軸方向)に沿ってエアを噴出するための小孔状の複数の第2ノズル孔53が第1ノズルスリット孔51を囲むように形成されている。換言すれば、エアノズル37における第1ノズルスリット孔51よりも半径方向外側(エアノズル37の半径方向外側)の部位には、小孔状の第2ノズル孔53がレーザ光LBの光軸を囲むように円周方向に間隔を置いて形成されている。また、複数の第2ノズル孔53は、エア通路45に連通してある。なお、円周方向に並んだ小孔状の複数の第2ノズル孔53の代わりに、環状の第2ノズルスリット孔(第2ノズル孔の一例、図示省略)、又は円周方向に間隔を置いて並んだ円弧状の複数の第2ノズルスリット孔(図示省略)が形成されるようにしても構わない。また、複数の第2ノズル孔53が第1ノズル構成部材41と第2ノズル構成部材43を一体的に接合したエアノズル37に形成される代わりに、エアノズル37よりも大径の環状の別のエアノズル(図示省略)に形成されるようにしても構わない。
In the vicinity of the inner peripheral portion of the second
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of embodiment of this invention are demonstrated.
ロボットハンド3を適宜方向へ移動制御することにより、溶接ヘッド5を適宜方向へロボットハンド3と一体的に移動させて、立体ワークWの溶接箇所Waに対応した位置に位置させる。そして、ファイバレーザ発振器15の作動によりレーザ光LBを発振させて、伝送ファイバ13を介して溶接ヘッド5側へ伝送する。すると、溶接ヘッド5側へ伝送されたレーザ光LBは、コリメートレンズ17によって平行光に変換され、ガルバノスキャナ21によってレーザ光LBを第1走査方向と第2走査方向へ偏向走査される。続いて、第1走査方向と第2走査方向へ偏向走査されたレーザ光LBは、Fθレンズ33によって集光され、溶接ヘッド本体7の出射開口部9から保護ガラス35を介して立体ワークWの溶接箇所Waに向かって照射される。これにより、立体ワークWに対してレーザ溶接(リモートレーザ溶接)を行うことができる。なお、ファイバレーザ発振器15の作動中に、溶接ヘッド5を立体ワークWの溶接箇所Waに沿ってロボットハンド3と一体的に移動させても構わない。
By controlling the movement of the
レーザ溶接中に、エア供給源47からエア通路45にエアを供給することにより、第1ノズルスリット孔51からレーザ光LBの進行方向側でかつレーザ光LBの光軸側に向かってエアAを噴出すると共に、複数の第2ノズル孔53からレーザ光LBの進行方向に沿ってエアAを噴出する。すると、第1ノズルスリット孔51から噴出されたエアAは、レーザ光LBの光軸上で合流して、立体ワークWの溶接箇所Waに向かうと共に、複数の第2ノズル孔53から噴出されたエアAは、レーザ光LBの光軸上で合流するエアAを囲みつつ、立体ワークWの溶接箇所Waの周辺部に向かうことになる。
During laser welding, air A is supplied from the
要するに、エアノズル37に第1ノズルスリット孔51がレーザ光LBの光軸を囲むように形成され、第1ノズルスリット孔51がエア通路45に連通してあるため、第1ノズルスリット孔51から噴出されたエアAがレーザ光LBの光軸上で合流して、立体ワークWの溶接箇所Waに向かうことになる。これにより、立体ワークWの形状が複雑であっても、溶接ヘッド5と立体ワークWとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができる。
In short, since the first nozzle slit
また、エアノズル37における第1ノズルスリット孔51よりも半径方向外側の部位に複数の第2ノズル孔53がレーザ光LBの光軸を囲むように形成され、複数の第2ノズル孔53がエア通路45に連通してあるため、複数の第2ノズル孔53から噴出されたエアAは、レーザ光LBの光軸上で合流するエアAを囲みつつ、立体ワークWの溶接箇所Waの周辺部に向かうことになる。これにより、図3に示すように、立体ワークWに対して側方からレーザ溶接を行う場合に、スパッタSが立体ワークWの溶接箇所Waから放物線を描きながら溶接ヘッド5側へ飛散しても、そのスパッタSの移動方向を溶接ヘッド5側から外れる方向(図3において白抜き矢印で示す方向)へ変えることができる。
Further, a plurality of second nozzle holes 53 are formed in the
従って、本発明の実施形態によれば、立体ワークWの形状が複雑であっても、溶接ヘッド5と立体ワークWとの間のヒュームの滞留を十分に抑えることができるため、ヒュームがレーザ光LBに干渉することがなくなり、溶接条件(加工条件)を一定に保ちつつ、立体ワークWに対して安定的にレーザ溶接を行うことができる。
Therefore, according to the embodiment of the present invention, even if the shape of the three-dimensional workpiece W is complicated, the retention of fume between the
また、立体ワークWに対して側方からレーザ溶接を行う場合に、スパッタSが立体ワークWの溶接箇所Waから放物線を描きながら溶接ヘッド5側へ飛散しても、そのスパッタSの移動方向を溶接ヘッド5側から外れる方向へ変えることができため、保護ガラス35へのスパッタSの付着量を低減して、保護ガラス35の交換頻度を大幅に減らすことができる。
In addition, when laser welding is performed on the three-dimensional workpiece W from the side, even if the spatter S scatters toward the
そして、本発明の実施形態に係る溶接ヘッド5、従来例1に係る溶接ヘッド101(図5(b)参照)、及び従来例2に係る溶接ヘッド111(図6(b)参照)を用いて、立体ワークWに対して側方からレーザ溶接を行った場合に、加工数とスパッタ数との関係をまとめると、図4に示すような結果を得ることができた。即ち、溶接ヘッド5を用いた場合(発明例の場合)には、溶接ヘッド101を用いた場合(従来例1の場合)及び溶接ヘッド111(従来例2の場合)に比べて、スパッタ数を大幅に低減できることが確認できた。なお、1加工当たりのパルスショット数は、3960回に設定してあり、従来例1の場合にのみ外部送風機を使用した。
And the
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to the above-described embodiment.
A エア
LB レーザ光
S スパッタ
W 立体ワーク
Wa 溶接箇所
1 溶接ロボット
3 ロボットハンド
5 溶接ヘッド
7 溶接ヘッド本体
9 出射開口部
11 コネクタ
13 伝送ファイバ
15 ファイバレーザ発振器
17 コリメートレンズ
21 ガルバノスキャナ
23 第1ガルバノモータ
25 第1ガルバノミラー
27 第2ガルバノモータ
29 第2ガルバノミラー
33 Fθレンズ
35 保護ガラス
37 エアノズル
41 第1ノズル構成部材
43 第2ノズル構成部材
45 エア通路
47 エア供給源
51 第1ノズルスリット孔
53 第2ノズル孔
A Air LB Laser light S Sputter W Solid work Wa Welding location 1
Claims (5)
先端側にレーザ光を出射するための出射開口部を有し、レーザ光を発振するレーザ発振器に光学的に接続された中空状の溶接ヘッド本体と、
前記溶接ヘッド本体の先端部に着脱可能に設けられ、前記溶接ヘッド本体の前記出射開口部を覆う保護ガラスと、
前記溶接ヘッド本体における前記保護ガラスよりワーク側に設けられ、内部にガス供給源に接続可能なガス通路を有し、レーザ光の進行方向側でかつレーザ光の光軸側に向かってガスを噴出するための第1ノズル孔がレーザ光の光軸を囲むように形成され、前記第1ノズル孔が前記ガス通路に連通し、前記第1ノズル孔よりも半径方向外側の部位にレーザ光の進行方向に沿ってガスを噴出するための第2ノズル孔が前記第1ノズル孔を囲むように形成され、前記第2ノズル孔が前記ガス通路に連通し、レーザ光の進行方向側へ向かってガスを噴出する環状のガスノズルと、を具備したことを特徴とする溶接ヘッド。 In a welding head that is used in a laser welding apparatus that performs laser welding on a workpiece and irradiates a laser beam toward a welding location of the workpiece,
A hollow welding head main body having an emission opening for emitting laser light on the distal end side and optically connected to a laser oscillator for oscillating the laser light;
Protective glass that is detachably provided at the tip of the welding head main body and covers the emission opening of the welding head main body,
Provided on the work side of the welding head body from the protective glass, has a gas passage that can be connected to a gas supply source inside, and jets gas toward the laser beam traveling direction and toward the optical axis of the laser beam A first nozzle hole is formed to surround the optical axis of the laser beam, the first nozzle hole communicates with the gas passage, and the laser beam travels to a position radially outward from the first nozzle hole. A second nozzle hole for ejecting gas along the direction is formed so as to surround the first nozzle hole, the second nozzle hole communicates with the gas passage, and the gas is directed toward the traveling direction side of the laser beam. An annular gas nozzle for ejecting the gas.
前記第2ノズル孔は、円周方向に間隔を置いて並んだ小孔状の複数の第2ノズル孔、環状の第2ノズルスリット孔、又は円周方向に間隔を置いて並んだ円弧状の複数の第2ノズルスリット孔であることを特徴とする請求項1に記載の溶接ヘッド。 The first nozzle hole is an annular first nozzle slit hole, a plurality of small hole-shaped first nozzle holes arranged at intervals in the circumferential direction, or a circular arc shape arranged at intervals in the circumferential direction. A plurality of first nozzle slit holes,
The second nozzle holes may be a plurality of small second nozzle holes arranged at intervals in the circumferential direction, an annular second nozzle slit hole, or an arc shape arranged at intervals in the circumferential direction. The welding head according to claim 1, wherein the welding head is a plurality of second nozzle slit holes.
ワークに対して側方から接近離反する方向へ移動可能な移動手段に、請求項1又は請求項2に記載の溶接ヘッドが設けられていることを特徴とするレーザ溶接装置。 In laser welding equipment that performs laser welding on workpieces,
The laser welding apparatus according to claim 1, wherein the welding means according to claim 1 or 2 is provided in a moving means that can move in a direction in which the workpiece approaches and separates from the side.
内部にガス供給源に接続可能なガス通路を有し、ガスノズル中心軸側に向かってガスを噴出するための第1ノズル孔がガスノズル中心軸を囲むように形成され、前記第1ノズル孔が前記ガス通路に連通し、前記第1ノズル孔よりも半径方向外側の部位にガスノズル中心軸方向に沿ってガスを噴出するための第2ノズル孔が前記第1ノズル孔を囲むように形成され、前記第2ノズル孔が前記ガス通路に連通していることを特徴とする溶接ヘッド用のガスノズル。 In the annular gas nozzle that is used for the welding head according to claim 1 and jets gas toward the traveling direction side of the laser beam.
A gas passage which can be connected to a gas supply source is formed therein, and a first nozzle hole for ejecting gas toward the gas nozzle central axis side is formed so as to surround the gas nozzle central axis, and the first nozzle hole is A second nozzle hole that communicates with the gas passage and is formed in a radially outer portion of the first nozzle hole to eject gas along the gas nozzle central axis direction so as to surround the first nozzle hole; A gas nozzle for a welding head, wherein a second nozzle hole communicates with the gas passage.
前記第2ノズル孔は、円周方向に間隔を置いて並んだ小孔状の複数の第2ノズル孔、環状の第2ノズルスリット孔、又は円周方向に間隔を置いて並んだ円弧状の複数の第2ノズルスリット孔であることを特徴とする請求項4に記載の溶接ヘッド用のガスノズル。 The first nozzle hole is an annular first nozzle slit hole, a plurality of small hole-shaped first nozzle holes arranged at intervals in the circumferential direction, or a circular arc shape arranged at intervals in the circumferential direction. A plurality of first nozzle slit holes,
The second nozzle holes may be a plurality of small second nozzle holes arranged at intervals in the circumferential direction, an annular second nozzle slit hole, or an arc shape arranged at intervals in the circumferential direction. The gas nozzle for a welding head according to claim 4, wherein the gas nozzle is a plurality of second nozzle slit holes.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018029432A1 (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | Accelinn | Method for protecting, by fluid blowing, an apparatus for transmitting and/or receiving electromagnetic waves, a device suitable for using same and such an apparatus equipped with said device |
KR20180114913A (en) * | 2016-02-12 | 2018-10-19 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | Laser cutting head with dual movable mirrors providing beam alignment and / or oscillating movement |
DE102018005792A1 (en) | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Fanuc Corporation | Galvsano Scanner And Laser Machining System |
US11052482B2 (en) | 2016-02-12 | 2021-07-06 | Ipg Photonics Corporation | Laser alignment apparatus and system for alignment of output fiber of a fiber laser |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110744213A (en) * | 2019-10-30 | 2020-02-04 | 中国航空制造技术研究院 | In-situ monitoring device and method for pollution of welding laser head protective lens |
CN112171055B (en) * | 2020-08-06 | 2022-05-10 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | Ultrafast laser precision welding system and method for glass material |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0716776A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-20 | Dengensha Mfg Co Ltd | Laser welding method and device of lap joint part |
JP2002239770A (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-28 | Koike Sanso Kogyo Co Ltd | Nozzle for laser beam cutting |
DE10239141A1 (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Daimlerchrysler Ag | Laser soldering method for two sheet metal workpieces, involves heating solder using an electric current prior to its supply to the are to be joined |
JP2005014075A (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Shin Nippon Koki Co Ltd | Laser beam machining method and laser beam machining device |
DE102008025044B3 (en) * | 2008-05-14 | 2009-09-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Laser cutting torch for different types of workpiece has adjustable gas nozzle with rotating screen |
JP5609500B2 (en) * | 2010-10-01 | 2014-10-22 | スズキ株式会社 | Laser welding equipment |
-
2014
- 2014-02-24 JP JP2014032762A patent/JP2015157297A/en active Pending
-
2015
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11964341B2 (en) | 2015-06-19 | 2024-04-23 | Ipg Photonics Corporation | Laser welding head with dual movable mirrors providing beam movement and laser welding systems and methods using same |
US11364572B2 (en) | 2016-02-12 | 2022-06-21 | Ipg Photonics Corporation | Laser cutting head with dual movable mirrors providing beam alignment and/or wobbling movement |
KR20180114913A (en) * | 2016-02-12 | 2018-10-19 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | Laser cutting head with dual movable mirrors providing beam alignment and / or oscillating movement |
JP2019511961A (en) * | 2016-02-12 | 2019-05-09 | アイピージー フォトニクス コーポレーション | Laser cutting head with dual moveable mirrors providing beam alignment and / or wobble movement |
KR102587799B1 (en) * | 2016-02-12 | 2023-10-10 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | Laser cutting head with dual movable mirrors providing beam alignment and/or rocking movement |
US11052482B2 (en) | 2016-02-12 | 2021-07-06 | Ipg Photonics Corporation | Laser alignment apparatus and system for alignment of output fiber of a fiber laser |
JP7154132B2 (en) | 2016-02-12 | 2022-10-17 | アイピージー フォトニクス コーポレーション | Laser cutting head with dual moveable mirrors to provide beam alignment and/or wobble movement |
FR3054971A1 (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-16 | Accelinn | METHOD OF PROTECTING, BY FLUID BLOWING, AN APPARATUS FOR TRANSMITTING AND / OR RECEIVING ELECTROMAGNETIC WAVES, DEVICE SUITABLE FOR ITS IMPLEMENTATION AND AN APPARATUS EQUIPPED WITH SAID DEVICE |
WO2018029432A1 (en) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | Accelinn | Method for protecting, by fluid blowing, an apparatus for transmitting and/or receiving electromagnetic waves, a device suitable for using same and such an apparatus equipped with said device |
DE102018005792A1 (en) | 2017-08-24 | 2019-02-28 | Fanuc Corporation | Galvsano Scanner And Laser Machining System |
US11052491B2 (en) | 2017-08-24 | 2021-07-06 | Fanuc Corporation | Galvano scanner and laser machining system |
DE102018005792B4 (en) * | 2017-08-24 | 2020-12-10 | Fanuc Corporation | Galvanic scanner and laser processing system |
JP2019038007A (en) * | 2017-08-24 | 2019-03-14 | ファナック株式会社 | Galvano-scanner and laser processing system |
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