CN109219497A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种能够有效地避免烟尘附着于透镜的激光加工装置。激光加工装置具有激光扫描器(18)和筒形部件(22)，其中，所述激光扫描器(18)在激光输出口设有防护玻璃(32)；所述筒形部件(22)在半径方向中心侧形成有通道(39)，该通道(39)供经由防护玻璃(32)输出的激光(LB)通过。在筒形部件(22)的面向通道(39)的内壁部(37)配设有筒形的过滤器(38)。筒形部件(22)将气体从过滤器(38)向通道(39)排出。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种在透镜(lens)与被加工物之间介设有筒形部件的激光加工装置，其中所述透镜被设置于激光的输出口。
背景技术
在用于进行激光焊接或激光切割等的激光加工装置中，需要避免从照射激光的被加工物上产生的飞溅物(sputter)或烟尘(fume)附着于设置在激光的输出口的透镜。另外，此处的透镜是聚光透镜和保护光学零部件的防护玻璃(protective glass)等的总称。
因此，例如，日本发明专利公开公报特开平1-107994号提出了一种激光加工装置，其在透镜与被加工物之间介设有大致筒形的交叉喷流气体喷射部。具体而言，交叉喷流气体喷射部在其内部形成供激光通过的通道(through path)，且连接有向与该激光的行进方向交叉的方向排出交叉喷流气体(cross jet gas：交叉喷射气体)的排出管和吸入该交叉喷流气体的吸入管。通过这样使交叉喷流气体流通，能够阻挡飞溅物或烟尘通过通道而到达透镜，因此能够避免飞溅物或烟尘附着于透镜。
发明内容
另外，在排出管和吸入管附近流动的交叉喷流气体的流速当然比周围空气的流速大。由于这样的交叉喷流气体与周围空气的流速差等，有时会卷入周围空气，产生朝向通道的透镜侧的二次气流。
在该情况下，随着上述气流移动的飞溅物或烟尘可能会向比交叉喷流气体靠通道的透镜侧的位置移动而附着于透镜。尤其是，烟尘由被照射激光而在高温下熔融的工件升温所产生的金属蒸汽构成,烟尘的密度小，相应地易于随着上述气流而移动。因此，即使使交叉喷流气体进行流通，也难以充分避免烟尘附着于透镜。
本发明的主要目的在于，提供一种能够有效地避免烟尘附着于透镜的激光加工装置。
根据本发明一实施方式，提供一种激光加工装置，其具有激光扫描器和筒形部件，其中，所述激光扫描器在激光的输出口设有透镜；所述筒形部件在半径方向中心侧被形成有通道，该通道供经由所述透镜输出的所述激光通过，在所述筒形部件的面向所述通道的内壁部配设有筒形的过滤器，所述筒形部件将气体从所述过滤器向所述通道排出。
作为透镜，本发明所涉及的激光加工装置在激光的输出口设置将激光聚光的聚光透镜和保护光学零部件的防护玻璃等。经由该透镜而从激光扫描器输出的激光通过通道而向被加工物照射，其中该通道形成于在筒形部件的内壁部配设的筒形的过滤器的半径方向中心侧。即，筒形部件和过滤器以激光通过通道的方式被配设在被加工物与透镜之间。
筒形部件以过滤器的半径方向外侧的外表面侧为上游，半径方向中心侧的内表面侧为下游的方式使气体通过过滤器，据此将气体从该过滤器向通道排出。气体根据通过过滤器的阻力等而速度差被均匀化。因此，向通道排出按照位置的速度差被减小的气体。据此，在被加工物与透镜之间形成气压比外部空气高，并且抑制了紊流(turbulence)的发生的高压层。即使在通道中形成这样的高压层，也不会产生将烟尘向比该高压层靠透镜侧的位置吸入的气流。另外，能够产生从高压层向被加工物侧的平缓的气体流动。
因此，根据该激光加工装置，能够在被加工物与透镜之间形成上述的高压层，因此能够抑制从该被加工物产生的烟尘向比高压层靠透镜侧的位置移动。其结果，能够有效地避免烟尘附着于透镜。
在上述激光加工装置中，优选为，所述过滤器是烧结金属过滤器。这样的过滤器即使在飞溅物等与其接触的情况下，也能够抑制该过滤器本身发生变质，因此能够稳定地使用。即，通过使用烧结金属过滤器，例如能够提高激光加工装置的耐用性、易于进行维护等。
在上述激光加工装置中，优选为，所述过滤器是直径在轴向上为一定的圆筒形。在该情况下，能够使过滤器为单纯的形状，相应地能够降低该过滤器的制造成本，进而能够降低激光加工装置的制造成本。另外，由于过滤器的直径在轴向上是一定的，因此，能够有效地抑制通过过滤器而被向通道排出的气体的速度在该轴向上产生偏差。据此，能够良好地形成高压层，避免烟尘附着于透镜。
在上述激光加工装置中，优选为，经由腔室(chamber)向所述过滤器供给所述气体，其中该腔室被形成在该过滤器与所述筒形部件的外壁部的内表面之间，以使所述气体的流入方向沿着所述过滤器的外表面的至少一部分的方式来从气体供给管向所述腔室供给所述气体。在该情况下，一边避免气体的流入方向成为与过滤器的外表面垂直的方向，一边以使其内压上升的方式向腔室供给气体。据此，在腔室内压力差被均匀化的气体被大致均匀地向过滤器整体供给。其结果，能够进一步有效地抑制通过过滤器而被向通道排出的气体的速度产生偏差，形成高压层，因此能够避免烟尘附着于透镜。
附图说明
图1是本发明所涉及的激光加工装置的概略整体侧视图。
图2是图1的激光加工装置的主要部分的剖视图。
图3是图1的激光加工装置的筒形部件的概略立体图。
图4是图3的筒形部件的概略俯视图。
图5是本发明其他实施方式所涉及的激光加工装置的筒形部件的概略立体图。
具体实施方式
列举优选的实施方式且参照附图对本发明所涉及的激光加工装置详细地进行说明。
本发明所涉及的激光加工装置能够适用于向被加工物照射激光来进行焊接、切割、穿孔等的情况。在本实施方式中，如图1所示，说明激光加工装置10以一组工件12为被加工物来将该工件12的相互抵接的边缘(flange)14彼此焊接在一起的例子，但并不特别地限定于此。
激光加工装置10例如主要具有：激光扫描器18，其被支承在多关节型机器人16的顶端；和筒形部件22，其以自由拆装的方式安装于该激光扫描器18的后述的激光输出口20。另外，多关节型机器人(articulated robot)16例如能够使用以下公知的机器人：能够使激光扫描器18沿着被夹具24支承于作业台26上的工件12的边缘14进行移动、使激光扫描器18接近或远离该工件12等的机器人。因此，省略对多关节型机器人16的具体结构的说明。
激光扫描器18具有与激光振荡器(未图示)光学连接的扫描器主体28，在该扫描器主体28的内部收装有镜子30或聚光透镜(未图示)等光学系统部件。另外，在扫描器主体28上设置有激光输出口20，且以覆盖该激光输出口20的方式可拆装地安装有防护玻璃32(透镜)，其中，该激光输出口20作为用于输出从激光振荡器振荡后通过光学系统部件而偏转后的激光LB的开口。即，激光扫描器18从激光输出口20经由防护玻璃32来输出激光LB。
如图2所示，筒形部件22具有：环形的两端面部(基端面部34a和顶端面部34b)，其内径与激光输出口20的大小大致相等或者比其大；和筒形的外壁部36，其直径与该两端面部(两端表面部)34a、34b的外径大致相等。两端面部34a、34b和外壁部36例如优选为，由铝等比较轻量的材料一体地形成。
筒形部件22例如以筒形的内壁部37与外壁部36大致同轴的方式来配设，其中，内壁部37的内径与两端面部34a、34b的内径大致相等，且直径比两端面部34a、34b的外径小。在该内壁部37，涵盖其全周配设有筒形的过滤器38。另外，优选为，过滤器38的内表面38a占内壁部37的内表面中的50％以上。另外，优选为，过滤器38的外表面38b占内壁部37的外表面中的50％以上。在后面对其理由进行叙述。
筒形部件22以在过滤器38的半径方向中心侧形成通道39的方式被安装在激光扫描器18的激光输出口20附近，其中，所述通道39用于供从激光输出口20输出的激光LB通过。另外，过滤器38的内径并不限定于上述的大小，只要是激光LB不被过滤器38妨碍而能够通过通道39的大小即可。
另外，在外壁部36的内表面36a与相向于该内表面36a的过滤器38的外表面38b之间形成腔室40。即，腔室40由外壁部36、内壁部37和两端面部34a、34b形成。如图3和图4所示，经由与外壁部36连接的气体供给管42从气体供给源(未图示)来向该腔室40供给气体。另外，为了便于说明，在图1和图2中，省略了气体供给管42的图示。此时，优选为，以向腔室40供给的气体的流入方向沿过滤器38的外表面38b的至少一部分的方式，换言之，以不与外表面38b成直角的方式，来调整气体供给管42相对于腔室40的延伸方向。在后面对其理由进行叙述。
在本实施方式中，如图3和图4所示，2个气体供给管42分别连接于筒形部件22的外壁部36，且气体供给管42各自的延伸方向被调整为相对于过滤器38的径向倾斜。另外，如图4的箭头所示，以从2根气体供给管42分别供给的气体沿腔室40的周向成为彼此相同的流通方向的方式，来设定气体供给管42的延伸方向彼此的关系。
作为气体的种类，由于能够易于由简素的结构来供给，因此例如能够适用工业气体等，但并不特别地限定于此。可以是任何气体，只要是气体即可，能够按照工件12的材质、激光加工装置10的用途等从各种气体中选择。
过滤器38被经由腔室40从外表面38b侧来供给气体，据此，过滤器38将以外表面38b侧为上游，过滤器38的内表面38a侧为下游的方式通过的气体向通道39排出。过滤器38的材料、厚度、孔径等可以分别设定为能够向通道39排出以下气体，即，根据气体通过过滤器38时的阻力等，使基于位置的速度差均匀而一样地流动的气体。
作为这样的过滤器38的材料一例，能够列举烧结金属、陶瓷、树脂等，但从以下观点出发优选为烧结金属。即，由烧结金属构成的过滤器38(烧结金属过滤器)是对铜或不锈钢等金属的粉体进行烧结而得到的多孔质体，即使在假设飞溅物等与其接触的情况下，也能够抑制该过滤器38本身变质，因此能够稳定地使用。因此，通过使用由烧结金属构成的过滤器38，例如，能够提高激光加工装置10的耐用性、易于进行维护等。
另外，过滤器38的形状并没有特别的限定，只要是筒形即可，但优选为是直径在轴向上为一定的圆筒形。在该情况下，能够使过滤器38为单纯的形状，相应地，能够降低该过滤器38的制造成本，进而能够降低激光加工装置10的制造成本。另外，由于过滤器38的直径在轴向上是一定的，因此，能够有效地抑制通过过滤器38而被向通道39排出的气体的速度在该轴向上产生偏差。
并且，为了降低排出速度减小雷诺数来形成层流，过滤器38可以选定过滤精度尽可能细的过滤器，在本实施方式中使用大致5μm的过滤器。
激光加工装置10例如也可以在工件12与筒形部件22之间具有上述日本发明专利公开公报特开平1-107994号所记载的那样的交叉喷流气体喷射部(未图示)。在该情况下，通过过滤器38的通道39后的激光LB进一步通过交叉喷流气体的内部而向工件12照射。即，通过与交叉喷流气体喷射部连接的排出管和吸入管(均未图示)来向与激光LB的行进方向交叉的方向喷射交叉喷流气体。
本实施方式所涉及的激光加工装置10基本上如以上那样构成，接着，通过与使用激光加工装置10来进行激光焊接的动作的关系对其作用效果进行说明。另外，下面，对激光加工装置10具有交叉喷流气体喷射部的情况进行说明。
在使用激光加工装置10的激光焊接中，如图1所示，首先，通过多关节型机器人16使激光扫描器18进行移动，以能够对工件12的焊接位置照射激光LB的方式来配置激光输出口20。
接着，在从上述气体供给源经由气体供给管42向筒形部件22的腔室40供给气体，且使交叉喷流气体在上述的交叉喷流气体照射部的排出管与吸入管之间流通的状态下，通过上述的激光振荡器使激光LB进行振荡。
在筒形部件22中，如上述那样调整气体供给管42的延伸方向，据此，如图2和图4所示，一边避免气体的流入方向成为与过滤器38的外表面38b垂直的方向，换言之，一边避免朝向过滤器38呈直角喷射气体，一边向腔室40供给气体。据此，在腔室40内压力差均匀，由此气体被大致均匀地向过滤器38整体供给。其结果，能够有效地抑制通过过滤器38而向通道39排出的气体的速度产生偏差，在该通道39中形成气压比外部空气高并且良好地抑制了紊流的发生的高压层。如图2所示，能够产生从该高压层朝向工件12侧的平缓的气体的流动。
这样一来，在筒形部件22将气体从过滤器38向通道39排出时，过滤器38的外表面38b成为气体的吸入面，内表面38a成为气体的排出面。因此，通过如上所述那样使过滤器38的外表面38b占内壁部37的外表面的50％以上，能够从内壁部37的大的面积来吸入气体。另外，通过使过滤器38的内表面38a占内壁部37的内表面的50％以上，能够从大的面积大量地排出流速降低后的气体。其结果，能够由压力比周围的空气略高的气体来充满通道39内，据此，能够抑制周围的空气的卷入，由此能够更良好地形成抑制了紊流的发生的高压层。
另外，激光扫描器18将从激光振荡器导入扫描器主体28内的光学系统部件的激光LB经由防护玻璃32从激光输出口20输出。该激光LB在通过被配设在筒形部件22内的过滤器38的通道39之后，通过上述交叉喷流气体而向工件12的焊接位置照射。
这样一来，一边对工件12的照射了激光LB的位置进行焊接，一边由多关节型机器人16使扫描器主体28沿焊接位置移动，据此，能够对工件12的焊接位置整体进行激光焊接。进行该激光焊接时，首先通过交叉喷流气体来妨碍由工件12产生的飞溅物或烟尘向防护玻璃32侧移动。尤其是，能够由交叉喷流气体有效地避免密度比烟尘大的飞溅物的移动。
另外，即使由于使与周围空气的流速差大的交叉喷流气体流通，而产生二次气流，烟尘卷入该气流中，也能够有效地抑制烟尘向通道39的防护玻璃32侧移动。这是由于，在交叉喷流气体照射部与防护玻璃32之间形成有上述高压层，能够避免烟尘通过该高压层。
即，如上所述，即使在通道39中形成抑制了紊流的发生的高压层，也不会产生将烟尘向比该高压层靠防护玻璃32侧吸入的那样的二次气流。另外，如图2所示，通过从高压层向工件12侧的平缓的气体流动，能够将烟尘向与防护玻璃32的相反侧引导。另外，在图2中，由实线的箭头表示气体的流动，由虚线的箭头表示含有烟尘的气流的流动。
据此，根据该激光加工装置10，能够有效地避免在激光焊接时由工件12产生的飞溅物或烟尘附着于防护玻璃32。
本发明并不特别地限定于上述实施方式，还能够在没有脱离其要旨的范围内进行各种变形。
在上述实施方式所涉及的激光加工装置10中，2根气体供给管42连接于筒形部件22的外壁部36，这些气体供给管42各自的延伸方向调整为相对于过滤器38的径向倾斜。然而，气体供给管42的根数并不限定于2根，可以是1根，也可以是3根以上。
另外，气体供给管42也可以代替连接于筒形部件22的外壁部36而连接于两端面部34a、34b中的两方或任一方。例如，图5表示2根气体供给管50分别连接于基端面部34a的筒形部件22的立体图。另外，对图5中的结构要素中与图1～图4所示的结构要素相同或者发挥同样的功能和效果的结构要素标注同一参照标记，省略对其细节的说明。
在该情况下，如图5所示，优选为，使气体供给管50的延伸方向分别相对于筒形部件22的轴向倾斜。另外，优选为，以从2根气体供给管50分别供给的气体沿腔室40的周向成为彼此相同的流通方向的方式，来设定气体供给管50的延伸方向彼此的关系。据此，能够使气体相对于腔室40的流入方向沿着过滤器38的外表面38b的至少一部分，将在腔室40内速度良好地均匀化的气体向过滤器38供给。因此，能够有效地抑制通过过滤器38而被向通道39排出的气体的速度产生偏差，良好地形成抑制了紊流发生的高压层，进而能够有效地抑制烟尘附着于防护玻璃32。
另外，在上述实施方式所涉及的激光加工装置10中，设定为在筒形部件22的外壁部36的内表面36a与过滤器38的外表面38b之间形成腔室40，且经由该腔室40来向过滤器38供给气体。但是，如果能够在通道39中形成上述那样的高压层，则也可以不经由腔室40来向过滤器38供给气体。
并且，在上述实施方式所涉及的激光加工装置10中，设定为筒形部件22以自由拆装的方式被安装在具有防护玻璃32的激光扫描器18的激光输出口20附近。但是，筒形部件22也可以按自由拆装的方式被安装于不具有防护玻璃32的激光扫描器18的激光输出口20附近。在该情况下，能够有效地抑制烟尘或飞溅物附着于聚光透镜等。

Claims (4)

1.一种激光加工装置(10)，其具有激光扫描器(18)和筒形部件(22)，其中，
所述激光扫描器(18)的激光(LB)的输出口(20)设有透镜(32)；
所述筒形部件(22)在半径方向中心侧被形成有通道(39)，该通道(39)供经由所述透镜(32)输出的所述激光(LB)通过，
该激光加工装置(10)的特征在于，
在所述筒形部件(22)的面向所述通道(39)的内壁部(37)配设有筒形的过滤器(38)，
所述筒形部件(22)将气体从所述过滤器(38)向所述通道(39)排出。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置(10)，其特征在于，
所述过滤器(38)是烧结金属过滤器。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置(10)，其特征在于，
所述过滤器(38)是直径在轴向上为一定的圆筒形。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光加工装置(10)，其特征在于，
经由腔室(40)向所述过滤器(38)供给所述气体，其中所述腔室(40)被形成在所述过滤器(38)与所述筒形部件(22)的外壁部(36)的内表面(36a)之间，
以使所述气体的流入方向沿着所述过滤器(38)的外表面(38b)的至少一部分的方式来从气体供给管(42)向所述腔室(40)供给所述气体。
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