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Die Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Schweißgerät zum Schweißen mithilfe eines Laserstrahls.
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Das Remote-Laserschweißverfahren ist heute weit verbreitet, im Remote-Laserschweißverfahren wird ein zu bearbeitender Gegenstand wie ein Werkstück durch einen ferngesteuerten Roboter, an dem eine Laserstrahlung abgebende Einrichtung angeordnet ist, z. B. ein Scanner oder ein Laserkopf, geschweißt. Bei diesem Laserschweißen wird ein Werkstück durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl von einer Position, die vom Werkstück entfernt ist, geschweißt. Weiterhin wird das Schweißen auf ausgewählten Teilen des Werkstück durch eine Fernbedienung ausgeführt, um einen Arm eines Roboters zu bewegen oder einen vor dem Laserstrahlgerät angeordneten Spiegel oder dergleichen zu drehen, so dass unterschiedliche Teile des Werkstückes mit dem Laserstrahl bestrahlt werden.
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Wenn ein metallisches Werkstück mit einem Laserstrahl zum Schweißen bestrahlt wird, verdampft das Metall und produziert Metalldampf (Fahne), wodurch der Laserstrahl blockiert wird. Das führt zu einer Beeinträchtigung der Stabilität der durch den Laserstrahl auf das Werkstück angewandten Wärmemenge und führt damit zu einer Verschlechterung der Schweißqualität. Um diesem Problem zu begegnen, wurde bislang eine Methode zum Schweißen angewandt, bei der ein Ventilator in einer Position installiert ist, beispielsweise einer Position, die entfernt und auf einer Seite eines Werkstücks liegt, und der Ventilator Luft (Gas) auf das Werkstück blast, wodurch der Metalldampf (Fahne) weggeblasen wird.
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Weiterhin offenbart die
JP 2007-268610 A ein Laser-Schweißgerät in einer Konfiguration, bei der Dämpfe durch eine Luftdüse weggeblasen werden und die Luftdüse an einem Laserkopf an der Spitze eines Roboterarms befestigt ist. In diesem Laser-Schweißgerät, befindet sich die Luftdüse an der Seite des Werkstücks oder an der Seite des Laserstrahls und die Luft wird so ausgeblasen, dass sie den Laserstrahl kreuzt.
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Zum Schweißen eines Werkstücks wird das Werkstück häufig auf einer Werkbank montiert und von oben durch mehrere stockförmige oder plattenförmige Klammern angepresst. In diesem Fall liegt ein Teil des zu schweißenden Werkstücks in einem ausgesparten Bereich, der durch die Klammern definiert wird. Daher wird die Schweißung auf solche Weise durchgeführt, dass der Laserstrahl von oben auf den ausgesparten Bereich einfällt, welcher durch die Klammern definiert ist.
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Beim Schweißen des durch die Klammern auf diese Weise gehaltenen Werkstücks trifft die durch einen Ventilator, der sich auf der Seite des Werkstücks befindet, quer auf das Werkstück geblasene Luft auf die Seiten der Klammern, wird dort blockiert und erreicht daher den durch die Klammern definierten ausgesparten Bereich nicht. Als Ergebnis verbleibt der Metalldampf (Fahne) in dem durch die Klammern definierten ausgesparten Bereich und blockiert den Laserstrahl. Dies beeinträchtigt die Schweißqualität.
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Bei dieser Methode, Luft vom Ventilator, welcher auf der Seite des Werkstücks installiert ist, quer auf das zu schweißende Werkstück zu blasen, ist die Luftmenge, welche auf einen Teil des zu schweißenden Werkstücks trifft, sehr unterschiedlich, je nachdem ob der Teil des zu schweißenden Werkstücks nah am Ventilator ist oder weiter davon entfernt. Aus diesem Grund ist die Menge des Metalldampfes (Fahne), die nicht von der Luft weggeblasen wird, unterschiedlich, je nachdem ob der Teil des zu schweißenden Werkstücks dicht am Ventilator ist oder weiter davon entfernt. Dies kann letztlich zu einem Unterschied in der Schweißqualität zwischen den geschweißten Teilen des Werkstücks führen. Weiterhin, abhängig von der Installation der Klammern, kann Luft ungleichmäßig auf das Werkstück auftreffen. Dies kann ebenfalls zu Unterschieden in der Schweißqualität zwischen den geschweißten Teilen des Werkstücks führen.
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Weiterhin hat das in
JP 2007-268610 A beschriebene Laser-Schweißgerät eine Konfiguration, in welcher die Luftdüse auf der Seite des Werkstücks oder auf der Seite des Laserstrahls vorgesehen ist und die Luft so geblasen wird, dass sie den Laserstrahl kreuzt. Aus diesem Grund kann das in
JP 2007-268610 A beschriebene Laser-Schweißgerät zu ähnlichen Problemen führen wie in dem Fall, wenn die Luft quer vom Ventilator, der auf einer Seite des Werkstücks installiert ist, auf das Werkstück geblasen wird.
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Auf der anderen Seite gibt es weiterhin das Problem, dass Spritzer beim Anstrahlen des Werkstücks mit einem Laserstrahl entstehen können, die auf ein Abdeckglas eines Scanners treffen und dieses beschädigen können.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Probleme gemacht und ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Laser-Schweißgerät zu schaffen, das in der Lage ist, eine hochwertige Schweißung zu gewährleisten, durch zuverlässige Entfernung eines bei Bestrahlung eines zu bearbeitenden Gegenstands, wie ein Werkstück, mit einem Laserstrahl entstehenden Metalldampfes (Fahne).
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Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Laser-Schweißgeräts, das in der Lage ist, eine gleichmäßige Schweißqualität auf mehreren geschweißten Bereichen eines zu bearbeitenden Gegenstands zu erreichen, selbst wenn sich diese Bereiche an unterschiedlichen Postitionen befinden.
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Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Laser-Schweißgeräts, das in der Lage ist, das Spritzen von Schweißspritzern bei Bestrahlung eines zu bearbeitenden Gegenstands mit einem Laserstrahl zu vermeiden.
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Zur Lösung dieser Probleme umfasst ein erstes Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung: ein Laserstrahlgerät zur Bestrahlung des mit dem Laserstrahl zu bearbeitenden Gegenstands; eine Trägereinheit zur Aufnahme des Laserstrahlgeräts auf solche Weise, dass das Lasergerät oberhalb des zu bearbeitenden Gegenstands angeordnet ist; eine durch die Trägereinheit so gehaltene Gasabgabeeinrichung, dass sie oberhalb des zu bearbeitenden Gegenstands angeordnet ist und die ein ringförmiges Gas auf den zu bearbeitenden Gegenstand bläst, wobei das ringförmige Gas eine optische Achse des Laserstrahls umgibt; und eine Gasversorgungsquelle zur Versorgung der Gasabgabeeinrichtung mit Gas.
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Das erste Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung kann ringförmiges Gas von oben auf den zu bearbeitenden Gegenstand blasen. Aus diesem Grund, selbst für den Fall, dass ein zu bearbeitender Gegenstand von Klammern gehalten wird, kann das erste Laser-Schweißgerät das Gas in einen durch die Klammern auf dem zu bearbeiteten Objekt definierten ausgesparten Bereich blasen und daher einen Metalldampf (Fahne) in dem Bereich wegblasen. Entsprechend kann das erste Laser-Schweißgerät zuverlässig den Metalldampf (Fahne) entfernen, welche den Laserstrahl blockieren und damit die Schweißqualität verbessern.
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Weiterhin kann das erste Laser-Schweißgerät das ringförmige Gas von oben auf den zu bearbeitenden Gegenstand blasen. Aus diesem Grund, selbst wenn auf dem zu bearbeitenden Gegenstand mehrere Stellen an unterschiedlicher Stelle geschweißt werden müssen, ist das erste Laser-Schweißgerät in der Lage, den Metalldampf (Fahne) wegzublasen, indem das Gas auf alle Bereiche geblasen wird. Entsprechend kann das erste Laser-Schweißgerät die Schweißqualität an all diesen Stellen gleichmäßig halten.
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Weiterhin wird die Gasabgabeeinrichtung durch eine Trägereinheit gehalten, die ebenfalls das Lasergerät hält. In einem Fall, in dem die Trägereinheit beispielsweise ein Roboter ist und das Lasergerät an der Spitze des Roboterarms gehalten wird, wird die Gasabgabeeinrichtung ebenfalls durch die Spitze des Roboterarms gehalten. Als Ergebnis folgt die Gasabgabeinrichtung dem Laserstrahl, wenn der Roboter ferngesteuert das Lasergerät bewegt, um die mit dem Laserstrahl bestrahlte Position zu verändern. Entsprechend ist es möglich, das Gas immer hinlänglich auf den Bereich zu blasen, welcher durch den Laserstrahl geschweißt werden soll. Damit ist es möglich, die Schweißqualität in allen Bereichen des zu bearbeitenden Gegenstands gleichmäßig zu halten.
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Weiterhin ermöglicht das Blasen des ringförmigen Gases von oben auf den zu bearbeitenden Gegenstand, Schweißspritzer nach unten vom zu bearbeitenden Gegenstand wegzublasen.
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Zur Lösung dieser Probleme hat ein zweites Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung ein Merkmal, wonach im ersten Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung die Gasabgabeeinrichtung umfasst: ein ringförmig gestaltetes Gehäuse so gehalten durch die Trägereinheit, dass es das Lasergerät oder die optische Achse des Laserstrahls umschließt; eine ringförmiger Hohlraum im Innern des Gehäuses, der das von der Gasversorgungsquelle gelieferte Gas speichert; ein ringförmig gestaltetes Innenringelement, das so an der Unterseite des Gehäuses befestigt ist, dass es das Lasergerät oder die optische Achse des Laserstrahls umgibt; ein ringförmig gestaltetes Außenringelement mit einem Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Innenringelements, das so an der Unterseite des Gehäuses befestigt ist, dass es sich auf einer Außenseite des Innenringelements koaxial mit dem Innenringelement befindet; und eine ringförmige mit dem Hohlraum kommunizierende Austrittsöffnung, die zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Innenringelements und einer inneren Umfangsfläche des Außenringelements ausgebildet ist.
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Das zweite Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung kann eine Strömung des ringförmigen Gases mit einer einfachen Struktur produzieren.
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Zur Lösung dieser Probleme hat ein drittes Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung als Merkmal, dass im zweiten Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung, die Umfangsfläche der Außenseite des Innenringelements auf solche Weise geneigt ist, dass dessen Unterkante dichter am Mittelpunkt des Innenringelements ist, als dessen Oberkante, die Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements auf solche Weise geneigt ist, dass dessen Unterkante dichter am Mittelpunkt des Außenringelements ist, als dessen Oberkante und die Abgaberichtung des von der Austrittsöffnung abgebenen Gases durch die Neigung der Umfangsfläche der Außenseite des Innenringelements und die Neigung der Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements definiert ist.
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Das dritte Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung kann die Abgaberichtung des Gases mit einer einfachen Struktur einstellen. Das dritte Laser-Schweißgerät ist in der Lage, die Abgaberichtung des Gases insbesondere durch die Änderung der Neigung der Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements und die Neigung der Umfangsläche der Außenseite des Innenringelements zu ändern.
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Zur Lösung dieser Probleme hat ein viertes Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung ein Merkmal, wonach in dem zweiten oder dritten Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung, wenn der Mittelpunkt eines Kreises, welcher durch die Austrittsöffnung definiert ist, als Abgabe-Referenzpunkt gesetzt wird und eine gerade Linie, die am Abgabe-Referenzpunkt vorbeigeht und den Kreis senkrecht schneidet, als Abgabeachse vorgegeben wird, die Abgaberichtung des Gases auf solche Weise definiert, dass ein Gas-Fokus-Punkt an einer Position ist, die sich auf der Abgabeachse befindet und abwärts im Abstand vom Abgabe-Referenzpunkt gelegen ist, wobei der Abstand kürzer als die halbe Brennweite des Laserstrahls ist und das abgegebene Gas aus der Austrittsöffnung auf den Gas-Fokus-Punt konzentriert ist.
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Gemäß des vierten Laser-Schweißgeräts der Erfindung, strömt das aus der Austrittsöffnung des Gasabgabeeinrichtung abgegebene Gas, nachdem es auf den Gas-Fokus-Punkt konzentriert ist, abwärts und verbreitet sich langsam und wird dann auf den zu bearbeitenden Gegenstand geblasen. Auf diese Weise kann das Gas gleichmäßig auf einen weiten Bereich der Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstands geblasen werden, an dem ein Teil geschweißt wird.
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Zur Lösung dieser Probleme hat ein fünftes Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung eine Funktion, wonach im zweiten bis vierten Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung, Innenringelement und Außenringelement abnehmbar an dem Gehäuse angeordnet sind.
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Im fünften Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung können Innenringelement und Außenringelement leicht gegen ein anderes Innenringelement und anderes Außenringelement ausgetauscht werden. Beispielsweise durch die Bereitstellung mehrerer Innenringelemente mit Umfangsflächen der Außenseiten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, Bereitstellung mehrerer Außenringelemente mit Umfangsflächen der Innenseiten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, Auswahl eines geeigneten Innenringelementes und eines geeigneten Außenringelementes und Anbau des gewählten Innenringelements und des gewählten Außenringelements am Gehäuse ist es möglich, die Abgaberichtung des Gases in geeigneter Weise zu ändern oder einzustellen.
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Zur Lösung dieser Probleme hat ein sechstes Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung eine Funktion, wonach in dem zweiten bis fünften Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung, eine Mehrzahl von Gasversorgungsdüsen auf der Außenseite des Gehäuses geformt werden, die mit dem Hohlraum verbunden sind und das von einer Gasversorgung kommende Gas in den Hohlraum strömen lassen und die in gleichmäßigen Abständen um das Gehäuse herum angeordnet sind.
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Das sechste Laser-Schweißgerät der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine Durchsatzrate des von dem Hohlraum über die Austrittsöffnung abgegebene Gas gleichmäßig zu verteilen, durch Versorgung des Hohlraums mit mehreren in gleichen Abständen angeordneten Gasversorgungsdüsen. Insbesondere kann die Durchsatzrate des Gases gleichmäßig gemacht werden, selbst wenn die Kapazität des Hohlraums klein ist. Entsprechend ist es möglich, das Gas gleichmäßig auf alle Teile des zu bearbeitenden Gegenstands, der geschweißt werden soll, zu blasen und daher ist es möglich, den Metalldampf (Fahne) wegzublasen. Hierdurch kann eine gleichmäßige Schweißqualität in allen Bereichen erreicht werden.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den aufgrund der Bestrahlung des mit dem Laserstrahl bearbeiteten Gegenstands entstehenden Metalldampf (Fahne) zuverlässig zu entfernen und damit ist es möglich, die Schweißqualität zu verbessern. Zusätzlich, selbst in Fällen, in denen der zu bearbeitende Gegenstand Schweißpunkte an mehreren Stellen hat, kann die vorliegende Erfindung die Schweißqualität in diesen Bereich einheitlich machen. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung in der Lage, Schweißspritzer aufgrund der Bestrahlung des zu bearbeitenden Gegenstands mit dem Laserstrahl zu unterdrücken.
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1 ist ein Diagramm eines gesamten Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Luftgebläses des Laser-Schweißgeräts entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Unteransicht des Luftgebläses des Laser-Schweißgeräts entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4 ist ein Querschnitt des Luftgebläses mit Sicht aus IV-IV Richtung, wie durch Pfeil in 3 angedeutet.
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5 ist eine Unteransicht eines Gehäuses des Luftgebläses des Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine Unteransicht eines Innenringelements des Luftgebläses des Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine Unteransicht eines Außenringelements des Luftgebläses des Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist ein Querschnitt eines Teils eines anderen Innenringelements des Luftgebläses und eines Teiles eines anderen Außenringelements des Luftgebläses.
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9 ist eine erklärende Zeichnung einer Methode der Einstellung der Luftabgaberichtung im Luftgebläse des Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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10 ist eine erklärende Zeichnung zur Verteilung der auf die Oberfläche des Werkstücks vom Luftgebläse des Laser-Schweißgeräts geblasenen Luft entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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11 ist ein erklärendes Diagramm zu einem Zustand, wenn Luft vom Luftgebläse des Laser-Schweißgeräts entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf das Werkstück geblasen wird.
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12 ist ein erklärendes Diagramm zu einem Zustand, wenn Luft in einem Laser-Schweißgerät entsprechend eines vergleichbaren Beispiels auf das Werkstück geblasen wird.
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13 ist eine Unteransicht eines Ringelements, das anstelle des Innenringelements und Außenringelements entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend der beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt ein Laser-Schweißgerät entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist das Laser-Schweißgerät 1 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schweißgerät für einen zu bearbeitenden Gegenstand durch Bestrahlung des zu bearbeitenden Gegenstands mit einem Laserstrahl. Ein Werkstück 5 als zu bearbeitender Gegenstand ist auf einer Werkbank 6 montiert. Das Werkstück 5 wird mit mehreren Klammern 7 an der Werkbank 6 gehalten.
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Das Laser-Schweißgerät 1 umfasst einen Scanner 11 als Laserstrahlung abgebende Einrichtung, einen Roboter 12, einen Laser-Oszillator 14, ein Luftgebläse 16 als Gasabgabeeinrichtung und eine Luftquelle 17 als Gasversorgungsquelle. Der Scanner 11 ist im Spitzenbereich eines Arms 12A des Roboters 12 angebracht. Der Laser-Oszillator 14 ist mit dem Scanner 11 über Glasfaser 15 verbunden.
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Weiterhin ist der Scanner 11 durch den Roboter 12 oberhalb des mit den Klammern 7 auf der Werkbank 6 gepressten Werkstücks 5 gehalten. Ein durch den Laser-Oszillator 14 oszillierter Laserstrahl wird dem Scanner 11 über die Glasfaser 15 zugeführt, der Laserstrahl wird durch ein optisches Instrument (nicht dargestellt) verdichtet und an den Scanner 11 geliefert und der Laserstrahl trifft auf dem Werkstück 5 vom Scanner 11 auf. Ein Abdeckglas 11A ist an der Unterseite des Scanners 11 auf solche Weise angebracht, dass das Abdeckglas 11A das am Scanner 11 vorgesehene optische Instrument vor Schweißspritzern schützt.
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Ein Schweißer bewegt den Arm 12A des Roboters 12 fernbedient, um den Scanner 11 zu bewegen oder bewegt das optische Instrument für den Scanner 11 fernbedient. Dies ermöglicht die Änderung der mit dem von Scanner 11 abgegebenen Laserstrahl zu bestrahlenden Position. Beispielsweise durch fernbediente Bewegung des optischen Instruments für den Scanner 11 kann die Richtung einer optischen Achse L des Laserstrahls geändert werden. Durch Bewegung der mit dem Laserstrahl auf diese Weise zu bestrahlenden Position ist es möglich, mehrere Teile des Werkstücks 5 zu schweißen, selbst wenn Werkstück 5 auf Werkbank 6 befestigt ist.
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Weiterhin ist ein Luftgebläse 16 ein Gerät, das Luft A auf und um einen Bereich des zu schweißenden Werkstücks 5 bläst und damit die Metalldämpfe (Fahne) und aufgrund der Emission des Laserstrahls auf Werkstück 5 auftretende Schweißspritzer wegbläst. Das Luftgebläse 16 wird durch einen unteren Teil des Scanners 11 getragen und befindet sich oberhalb von Werkstück 5 auf Werkbank 6. Weiterhin hat das Luftgebläse 16 eine ringförmige Gestalt wie später beschrieben und ist in solcher Weise befestigt, dass es die optische Achse L des von Scanner 11 abgegebenen Laserstrahls umschließt.
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Weiterhin ist die Luftquelle 17 mit dem Luftgebläse 16 über einen Luftschlauch 18 verbunden und liefert Luft an Luftgebläse 16. Das Luftgebläse 16 erhält die Luft von Luftquelle 17 und gibt ringförmige Luft A auf das Werkstück 5 ab, wobei die ringförmige Luft A die optische Achse L des Laserstrahls umschließt.
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2, 3 und 4 zeigen jeweils das Luftgebläse 16. 5, 6 und 7 zeigen ein Gehäuse, ein Innenringelement und ein Außenringelement des Luftgebläses 16. Wie in 2 dargestellt, besteht das Luftgebläse 16 hauptsächlich aus einem Gehäuse 21, einem Innenringelement 25 und einem Außenringelement 27.
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Das Gehäuse 21 besteht aus einem Material wie beispielsweise Metall oder hitzebeständigem Kunstharz und ist ringförmig. Mehrere Anbauelemente 22 sind an der Außenseite des Gehäuses 21 angebracht und Gehäuse 21 ist im unteren Bereich des Scanners 11 über die Anbauelemente 22 auf solche Weise verbunden, dass es die optische Achse L des Laserstrahls umgibt.
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Weiterhin ist, wie in 5 dargestellt, ein Hohlraum 23 im Innern des Gehäuses 21 auf solche Weise geformt, dass der ringförmigen Gestalt von Gehäuse 21 gefolgt wird. Der Hohlraum 23 ist offen an der unteren Fläche 21A von Gehäuse 21 und ein Öffnungsbereich des Hohlraums 23 ist ringförmig entlang der Form des Hohlraums 23 geformt.
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Auf der Außenfläche von Gehäuse 21 sind vier Paar Luftversorgungsdüsen 24 und jede der Luftversorgungsdüsen 24 ist mit Hohlraum 23 verbunden. Andererseits, wie in 2 dargestellt, ist Luftschlauch 18 mit den Luftversorgungsdüsen 24 verbunden. Entsprechend wird Luft von der Luftquelle 17 durch Luftschlauch 18 geleitet, strömt in Hohlraum 23 über die Luftversorgungsdüsen 24 und wird vorübergehend im Hohlraum 23 gespeichert. Zu beachten ist, dass, obwohl nicht im Detail dargestellt, Luftschlauch 18 auf einer Seite mit der Luftquelle 17 verbunden ist und die andere Seite in mehrere Leitungen verzweigt, die jeweils mit den Luftdüsen 24 verbunden sind.
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Weiterhin sind die vier Paar Luftversorgungsdüsen 24 so angeordnet, dass sie in gleichmäßigen Abständen voneinander (z. B. 90°) auf Gehäuse 21 beabstandet sind. Diese Anordnung ermöglicht ein gleichzeitiges Einströmen der Luft aus mehreren Richtungen in den Hohlraum 23 (hier vier Richtungen). Dies ermöglicht, dass die von Hohlraum 23 über Austrittsöffnung 29 abgegebene Luft A gleichmäßig strömt. Selbst im Fall einer Ausführungsform, in welcher der Hohlraum 23 nur eine geringe Kapazität hat, strömt die von der Austrittsöffnung 29 abgegebene Luft A gleichmäßig. Entsprechend ist es möglich, die Luft A gleichmäßig über alle Teile des zu schweißenden Werkstücks 5 zu blasen und damit Metalldämpfe (Fahne) wegzublasen. Entsprechend ist es möglich, die Schweißqualität in diesen Teilen gleichmäßig zu machen.
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Wie in 6 dargestellt, besteht das Innenringelement 25 aus einem Material wie beispielsweise Metall oder hitzebeständigem Kunstharz und ist als eine ringförmige Platte geformt. Wie in 3 dargestellt, kann das Innenringelement 25 mit Schrauben 26 abnehmbar an der inneren Unterseite 21A von Gehäuse 21 angebracht werden. Insbesondere, wie in 6 dargestellt, sind mehrere kleine Bohrungen 25B im Innenringelement 25 über den gesamten Umfang in vorbestimmten Abständen ausgebildet. Auf der anderen Seite, wie in 5 dargestellt, sind mehrere Schraublöcher 21B am Innenumfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 entsprechend den kleinen Bohrungen 25B im Innenringelement 25 ausgebildet. Der Anbau des Innenringelements 25 am Innenumfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 erfolgt durch Einschrauben der Schrauben 26 in die Schraublöcher 21B des Gehäuses 21 durch die kleinen Bohrungen 25B des Innenringelements 25. Mit diesem Anbau des Innenringelements 25 am inneren Umfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 ist das Innenringelement 25 so angeordnet, dass es die optische Achse L des Laserstrahls umschließt. Weiterhin, wie in 3 dargestellt, deckt der Außenumfang des Innenringelements 25 den Innenumfang des Öffnungsbereichs des Hohlraums 23 ab, der in die Unterseite 21A von Gehäuse 21 öffnet.
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Wie in 7 dargestellt, besteht das Außenringelement 27 aus einem Material wie beispielsweise Metall oder hitzebeständigem Kunstharz und ist als ringförmige Platte geformt. Wie in 3 dargestellt, ist das Außenringelement 27 durch Schrauben 28 an der Unterseite 21A von Gehäuse 21 abnehmbar angeordnet. Insbesondere, wie in 7 dargestellt, gibt es mehrere über den gesamten Umfang in vorbestimmten Abständen verteilte kleine Bohrungen 27B im Außenringelement 27. Auf der anderen Seite, wie in 5 dargestellt, gibt es mehrere Schraublöcher 21C am Innenumfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 fluchtend zu den kleinen Bohrungen 27B im Außenringelement 27. Der Anbau des Außenringelements 27 am Innenumfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 erfolgt mit den Schrauben 28 in den Schraublöchern 21C des Gehäuses 21 über die kleinen Bohrungen 27B des Außenringelements 27. Mit diesem Anbau des Außenringelements 27 am inneren Umfang der Unterseite 21A des Gehäuses 21 ist das Außenringelement 27 so angeordnet, dass es die optische Achse L des Laserstrahls umschließt und koaxial zu Innenringelement 25 ist. Weiterhin, wie in 3 dargestellt, deckt der Innenumfang des Außenringelements 27 den Außenumfang des Öffnungsbereichs des Hohlraums 23 ab, der in die Unterseite 21A von Gehäuse 21 öffnet.
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In einem Zustand, in dem Innenringelement 25 und Außenringelement 27 an der Unterseite 21A des Gehäuse 21 montiert sind, bildet sich die ringförmige Austrittsöffnung 29, die mit Hohlraum 23 verbunden ist, zwischen einer Umfangsfläche der Außenseite 25A des Innenringelements 25 und einer Umfangsfläche der Innenseite 27A des Außenringelements 27 aus. Anders ausgedrückt, der Innendurchmesser D2 (siehe 7) des Außenringelements 27 ist größer als der Außendurchmesser D1 (siehe 6) des Innenringelements 25, dadurch bildet sich ein ringförmiger Spalt zwischen der Umfangsfläche der Außenseite 25A des Innenringelements 25 und der Umfangsfläche der Innenseite 27A des Außenringelement 27 aus. Der ringförmige Spalt befindet sich in einer Position entsprechend der Öffnung des ringförmigen Hohlraums 23 und ist mit Hohlraum 23 verbunden. Entsprechend agiert der ringförmige Spalt als Austrittsöffnung 29, durch welche die Luft aus Hohlraum 23 abgegeben wird.
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Wie in 4 dargestellt, ist die Umfangsfläche der Außenseite 25A des Innenringelements 25, das die Austrittsöffnung 29 begrenzt, auf solche Weise geneigt, dass sich dessen Unterkante dichter an der Mitte des Innenringelements 25 als an dessen Oberkante befindet. Weiterhin ist die Umfangsfläche der Innenseite 27A des Außenringelements 27, das die Austrittsöffnung 29 begrenzt, auf solche Weise geneigt, dass sich dessen Unterkante dichter an der Mitte des Außenringelements 27 als an dessen Oberkante befindet. Mit der Neigung der Umfangsfläche der Außenseite 25A des Innenringelements 25 und der Neigung der Umfangsfläche der Innenseite 27A des Außenringelements 27 wird eine Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29 definiert. Die Einstellung der Abgaberichtung der Luft A wird später beschrieben.
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In dieser Hinsicht ist das Luftgebläse 16 geeignet, die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29 durch Austausch des Innenringelements 25 und des Außenringelements 27 zu ändern.
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Beispielsweise hat Innenringelement 31 in 8A eine Umfangsfläche der Außenseite mit steilerem Winkel als die Umfangsfläche der Außenseite des Innenringelements 25 (siehe Teil mit doppelt gestrichelter Linie umrandet in 4) (Neigungswinkel α bezüglich der horizontalen Fläche H ist groß). Weiterhin hat die Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements 32 in 8A einen steileren Winkel als die Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements 27 (siehe Teil mit doppelt gestrichelter Linie umrandet in 4). Innenringelement 25 und Außenringelement 27 werden vom Gehäuse 21 abgenommen und dann werden Innenringelement 31 und Außenringelement 32 stattdessen am Gehäuse 21 angebracht, sodass die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29 näher an einer Richtung vertikal zu der horizontalen Fläche H ist, als die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29, welche durch Anbau von Innenringelement 25 und Außenringelement 27 an Gehäuse 21 erfolgt.
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Bei Innenringelement 33 in 8B ist die Umfangsfläche der Außenseite flacher geneigt als die Umfangsfläche der Außenseite des Innenringelements 25 (siehe 4) (Neigungswinkel α bezüglich der horizontalen Fläche H ist klein). Weiterhin hat das Außenringelement 34 in 8B eine Umfangsfläche der Innenseite mit flacherem Winkel als die Umfangsfläche der Innenseite des Außenringelements 27 (siehe Teil mit doppelt gestrichelter Linie umrandet in 4). Innenringelement 25 und Außenringelement 27 werden vom Gehäuse 21 abgenommen und dann werden Innenringelement 33 und Außenringelement 34 stattdessen an Gehäuse 21 angebracht, sodass die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29 näher an der horizontalen Richtung liegt, als die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29, welche durch Anbau von Innenringelement 25 und Außenringelement 27 an Gehäuse 21 erfolgt.
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Innenringelemente 25, 31 und 33 und Außenringelemente 27, 32 und 34 können leicht vom Gehäuse 21 abgenommen werden, indem die Schrauben 26 und 28 abgenommen werden. Daher lässt sich ein Austausch der Innenringelemente 25, 31 und 33 sowie der Außenringelemente 27, 32 und 34 leicht vornehmen. Die Abgaberichtung der Luft A von Austrittsöffnung 29 kann leicht durch Austausch der Innenringelemente 25, 31 und 33 sowie der Außenringelemente 27, 32 und 34 verändert werden.
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9 zeigt eine Methode zur Einstellung der Abgaberichtung der Luft A im Luftgebläse 16 und 10 zeigt die Verteilung der Luft A, die von Luftgebläse 16 auf die Oberfläche des Werkstücks geblasen wird. Eine Einstellung der Abgaberichtung der Luft A im Luftgebläse 16 auf folgende Weise ist wünschenswert. Insbesondere, wie in 9 dargestellt, wird eine Fläche W als flacher Bereich des Werkstücks eingerichtet, die Brennweite D3 des Laserstrahls von Laserstrahler 13 des Scanners wird auf 600 mm eingestellt, damit befindet sieh der Laserstrahler 13 in einem Bereich 600 mm entfernt von Fläche W des Werkstücks. Weiterhin wird Luftgebläse 16 auf solche Weise angebracht, dass die Austrittsöffnung 29 600 mm entfernt von Fläche W des Werkstücks ist.
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In einer solchen idealen Einrichtung wird davon ausgegangen, dass die Mitte eines Kreises definiert durch die ringförmige Austrittsöffnung 29 den Abgabe-Referenzpunkt P1 bildet und eine gerade an Abgabe-Referenzpunkt P1 vorbeigehende und den Kreis senkrecht schneidende Linie eine Abgabeachse Q bildet. In diesem Fall wird die Abgaberichtung der Luft A im Luftgebläse 16 vorzugsweise auf solche Weise eingestellt, dass ein Luft-Brennpunkt P2 in einer Position auf der Abgabeachse Q liegt, deren Abstand D4 von Abgabe-Referenzpunkt P1 kleiner als die halbe Brennweite D3 des Laserstrahls ist und wobei aus der Austrittsöffnung 29 abgegebene Luft A im Luft-Brennpunkt P2 konzentriert ist.
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Die Abgaberichtung der Luft A ist auf diese Weise so eingestellt, dass die von Austrittsöffnung 29 abgegebene Luft A, einmal auf den Luft-Brennpunkt P2 konzentriert, abwärts strömt, während sie sich langsam verbreitet und dann auf das Werkstück geblasen wird. Auf diese Weise kann die Luft A gleichmäßig auf einen großen Bereich der Fläche W des Werkstücks geblasen werden. Insbesondere, wie in 10 dargestellt, ist die Flussrate der Luft A, die auf die Fläche W des Werkstücks geblasen wird, gleichmäßig in den Bereichen R2 bis R9, die jeweils ca. 100 mm in horizontaler Richtung von einem Punkt P3 entfernt sind, an dem sich Abgabeachse Q und Fläche W schneiden und die Flussrate ist ein entsprechender Wert (z. B. wenn die Flussrate in einem mittleren Bereich R1 19,0 m/s ist, ist die Flussrate in den umliegenden Bereichen R2 bis R9 4,5 m/s bis 5.0 m/s).
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Wie durch Vergleich zwischen 9, welche den idealen Einrichtungszustand eines Laser-Schweißgeräts zeigt und 1, welche die aktuelle Einrichtung des Laser-Schweißgeräts 1 darstellt, verständlich wird, befindet sich das Luftgebläse 16 unterhalb des Scanners 11 und die Austrittsöffnung 29 unterhalb des Laserstrahlers 13 von Scanner 11. Es ist jedoch möglich, im aktuellen Einrichtungszustand gemäß 1 die Verteilung der Luft A, die auf die Oberfläche von Werkstück 5 geblasen wird, entsprechend 10 einzustellen, indem die Abgaberichtung der Luft A im Luftgebläse 16 auf solche Weise eingestellt wird, dass der Abstand zwischen dem Abgabe-Referenzpunkt und dem Luft-Brennpunkt kürzer als der Abstand D4 zwischen Abgabe-Referenzpunkt P1 und Luft-Brennpunkt P2 in der Idealeinstellung gemäß 9 ist.
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In der Praxis kann es sich ergeben, dass die Einstellung der Verteilung der Luft A, die auf die Oberfläche von Werkstück 5 geblasen wird, an die Höhe des Werkstücks 5 oder eine unregelmäßigen Form der Oberfläche von Werkstück 5 angepasst werden muss. Alles, was hier zur Einstellung unternommen werden muss, ist die Änderung der Abgaberichtung der Luft A durch Austausch von Innenringelement 25 und Außenringelement 27 gegen ein Innenringelement 31, 33 oder dergleichen und gegen ein Außenringelement 32, 34 oder dergleichen, wie zuvor beschrieben.
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Wie bislang beschrieben, kann das Laser-Schweißgerät 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die ringförmige Luft A auf das Werkstück 5 von oberhalb des Werkstücks 5 blasen. Entsprechend, selbst in einem Fall, in dem Werkstück 5 geschweißt und durch die Klammern 7 gehalten wird, ist es möglich, die Luft A in den durch die Klammern 7 definierten ausgesparten Bereich auf Werkstück 5 zu blasen und damit die Metalldämpfe (Fahne) in diesem Bereich nach außen wegzublasen. Entsprechend ist es auch möglich, die Metalldämpfe (Fahne), welche den Laserstrahl blockieren, wegzublasen und damit die Schweißqualität zu verbessern.
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Weiterhin, ermöglicht bei Laser-Schweißgerät 1 das Blasen der ringförmigen Luft A auf Werkstück 5 von oberhalb des Werkstücks 5 auch das Wegblasen von Schweißspritzern nach unten in eine vom Werkstück 5 entfernte Position. Dies ermöglicht es, Beschädigungen des Abdeckglases 11A des Scanners 11 durch ein Spritzen von Schweißspritzern gegen Abdeckglas 11A zu vermeiden.
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In 11 und 12 werden Wirkeffekte des Laser-Schweißgeräts 1 konkret beschrieben. 11 zeigt einen Zustand, in dem Luft auf die Metalldämpfe (Fahne) oder dergleichen im Laser-Schweißgerät 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geblasen wird. 12 zeigt einen Zustand, in dem Luft auf die Metalldämpfe (Fahne) oder dergleichen in einem Laser-Schweißgerät entsprechend eines Vergleichsbeispiels geblasen wird.
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Bei Laser-Schweißgerät 101 des Vergleichsbeispiels, wie in 12 beschrieben, befindet sich ein Ventilator 113 an einer Seite von Werkstück 5 und der Ventilator 113 bläst Luft A von der Seite auf Werkstück 5. Daher strömt die Luft A nicht in einen durch Klammern 7 auf Werkstück 5 definierten ausgesparten Bereich und als Ergebnis verbleiben Metalldämpfe (Fahne) V in dem Bereich. Die verbleibenden Metalldämpfe (Fahne) V blockieren die Emission des von Scanner 111 abgestrahlten Laserstrahls und können daher die Schweißqualität beeinträchtigen. Weiterhin kann im Laser-Schweißgerät 101 ein Abdeckglas 111A des Scanners 111 durch Schweißspritzer S, die auf Abdeckglas 111A treffen, beschädigt werden.
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Auf der anderen Seite strömt im Laser-Schweißgerät 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 11 dargestellt, die gegen Werkstück 5 von oberhalb des Werkstücks 5 abgegebene Luft A in einen ausgesparten Bereich, der durch die Klammern 7 auf Werkstück 5 definiert ist und die Metalldämpfe (Fahne) V in diesem Bereich werden durch die Luft A aus diesem Bereich weggeblasen. Als Ergebnis wird Werkstück 5 vollständig durch den Laserstrahl, der sich in einem stabilen Zustand befindet, bestrahlt, wodurch eine hochwertige Schweißqualität erzielt wird. Weiterhin werden im Laser-Schweißgerät 1 die Schweißspritzer S nach unten in eine Position entfernt von Werkstück 5 durch die von oberhalb des Werkstücks 5 abgegebene Luft A weggeblasen. Als Ergebnis ist das Risiko von Auftreffen von Schweißspritzern S gegen Abdeckglas 11A des Scanners 11 erheblich reduziert.
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Weiterhin kann das Laser-Schweißgerät 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung folgende Effekte erzielen. Die ringförmige Luft A kann von oberhalb des Werkstücks 5 auf Werkstück 5 geblasen werden. Aus diesem Grund können, selbst wenn auf Werkstück 5 mehrere Teile geschweißt werden müssen, die Metalldämpfe (Fahne) mit Luft A in allen Bereichen weggeblasen werden. Entsprechend ist die Schweißqualität in diesen Bereichen einheitlich.
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Weiterhin werden Scanner 11 und Luftgebläse 16 vom Spitzenbereich des Arms 12A des Roboters 12 getragen. Als Ergebnis folgt, wenn der Roboter 12 fernbedient den Scanner 11 zur Veränderung der durch den Laserstrahl bestrahlten Position bewegt, das Luftgebläse 16 ebenfalls Scanner 11. Entsprechend ist es möglich, stets ausreichend Luft A auf den durch die Emission des Laserstrahls zu schweißenden Bereich zu blasen. Daher ist es möglich, eine gleichmäßige Schweißqualität in allen Bereichen des zu schweißenden Werkstücks 5 zu gewährleisten.
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Für die obige Ausführungsform ist beispielsweise der Fall beschrieben, dass die ringförmige Austrittsöffnung 29 des Luftgebläses 16 zwischen Innenringelement 25 und Außenringelement 27 durch Anordnung des Außenringelements 27 auf der Außenseite des Innenringelements 25 ausgebildet ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, wie in 13 dargestellt, anstelle des Innenringelements 25 und Außenringelements 27 ein einzelnes Ringelement 41 zu benutzen, in das bogenförmige Schlitze 41A eingeformt sind. Die Formung der bogenförmigen langen Schlitze 41A in einem Kreisbogen mit geringem Abstand ermöglicht beispielsweise die Formung eines grundsätzlich ringförmigen Gesamtschlitzes, wodurch eine ringförmige Austrittsöffnung erhalten wird.
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Weiterhin ist für die obige Ausführungsform der Fall beschrieben, das beispielsweise das Luftgebläse 16 von Scanner 11 getragen wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Luftgebläse 16 kann von einem Teil des Arms 12A des Roboters 12 getragen werden. Alternativ können Scanner 11 und Luftgebläse 16 nicht durch Roboter 12, sondern durch einen Mast, eine Platte oder dergleichen getragen werden oder können von oben aus einer erhöhten Position abgehängt werden.
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Weiterhin wird für die obige Ausführungsform beschrieben, dass beispielsweise das Luftgebläse 16 Luft gegen Werkstück 5 abgibt, es können jedoch auch andere Gase anstatt Luft verwandt werden. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, beispielsweise ein Ventil zur Einstellung der Durchsatzrate oder odergleichen zwischen der Luftquelle 17 und dem Luftgebläse 16 anzubringen, um die von der Luftquelle 17 an das Luftgebläse 16 gelieferte Luft einzustellen, sodass die Durchsatzrate der von der Austrittsöffnung 29 ausgegebenen Luft A geändert werden kann.
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Schließlich kann die vorliegende Erfindung entsprechend innerhalb der Patentansprüche und innerhalb eines Umfangs geändert werden, der nicht vom Gedanken des Konzepts der Erfindung abweicht, der sich aus der Beschreibung ergibt und Laser-Schweißgeräte mit solchen Änderungen sind ebenfalls in der technischen Idee der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-268610 A [0004, 0008, 0008]
