JP2004195537A - Laser welding head - Google Patents

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JP2004195537A
JP2004195537A JP2002369667A JP2002369667A JP2004195537A JP 2004195537 A JP2004195537 A JP 2004195537A JP 2002369667 A JP2002369667 A JP 2002369667A JP 2002369667 A JP2002369667 A JP 2002369667A JP 2004195537 A JP2004195537 A JP 2004195537A
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JP
Japan
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tip
welding head
laser welding
laser
wire
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002369667A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Kamishiro
和洋 上城
Eiji Sakashita
英司 坂下
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser welding head equipped with a protective lens with remarkably reduced cost and improved maintainability. <P>SOLUTION: The laser welding head is structured in a manner that protective lenses 21, 22 are independently installed opposite to parts where a first and a second laser beam 3a, 3b pass through respectively, that standard lenses available in the market are used as the protective lenses without applying machining or the like specially to the protective lenses 21, 22, and that, when damage occurs to the lens due to the heat of a weld zone, molten metal, etc., only the damaged protective lens 21 or 22 can be replaced. As a result, the cost is remarkably reduced and the maintainability is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー加工とアーク加工とを同時に行なうレーザー溶接ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼板等の金属の溶接・切断・穿孔・表面改質処理等の加工技術、例えば、金属同士を接合する溶接技術の一種として、レーザー溶接とアーク溶接が知られている。レーザー光は光学機器により集光して高いエネルギー密度が得られることから深い溶け込みの溶接を行なうことができる。MIG溶接等消耗電極となるワイヤを供給するアーク溶接では、開先裕度が高い溶接が可能となる。
【0003】
近年、レーザー溶接とアーク溶接を同時に行なうことができるレーザー溶接ヘッドが種々開発されている(例えば、特許文献1参照)。レーザー溶接とアーク溶接を同時に行なうことにより、レーザーで生じたプラズマによりアークが安定したり、高価な装置にすることなく高出力を得ることが可能になる。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−122950号公報
【0005】
従来のレーザー溶接ヘッドでは、レーザー光を集光させる集光レンズ群の下側にレーザー光を透過させる保護レンズが設けられている。保護レンズが設けられていることにより、溶接部の熱や溶融金属などから集光レンズが保護され、ダメージを受けたり汚れが付着することが防止されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー溶接とアーク溶接を同時に行なうレーザー溶接ヘッドでは、レーザー光を分岐することでアーク溶接の部材の配置場所を確保し、分岐したレーザー光を集光させる構成となっている。このため、保護レンズを透過するレーザー光は集光の仮定にある分岐されたものとなっている。
【0007】
従来の保護レンズは、1枚の大型レンズの一部を切欠等の加工を施してアーク溶接の部材が配置されるスペースを確保している。このため、機械加工が必要であり、加工時間と加工コストを必要としていた。また、分岐したレーザー光の一方側を透過させる部位にダメージを受けたり汚れが付着した場合、他方側のレーザー光を透過させる部位に問題がなくても、1枚の保護レンズを交換する必要があった。
【0008】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、低コストでメンテナンス性に優れた保護レンズを備えたレーザー溶接ヘッドを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のレーザー溶接ヘッドは、
消耗電極となるワイヤが先端チップに供給されてアーク放電により溶接部位の溶接を行なうアーク溶接手段と、入力されたレーザー光を分岐レンズ群で分岐すると共に集光レンズ群を介して分岐したレーザー光を先端チップの周囲から前記溶接部位に集光させるレーザー溶接手段とが一つの本体に備えられたレーザー溶接ヘッドにおいて、
分岐したレーザー光のそれぞれに対応して独立した保護レンズを集光レンズ群の溶接部位側に設けたことを特徴とする。
【0010】
そして、請求項1に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
レーザー光に交差する方向の前記先端チップの位置を調整するチップ位置調整機構を備えたことを特徴とする。
【0011】
また、請求項2に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
前記チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する一方向に先端チップを調整する一方向調整手段であることを特徴とする。
【0012】
また、請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
一方向調整手段は、
本体に対して先端チップを互いに反対方向に移動させる一対のねじ部材を備え、一対のねじ部材により先端チップの一方向位置を調整固定することを特徴とする。
【0013】
また、請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する二方向に先端チップを調整する二方向調整手段であることを特徴とする。
【0014】
また、請求項5に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
二方向調整手段は、
本体に対してレーザー光に交差する第1方向に先端チップを移動させる第1ねじ部材と、第1方向への移動により傾斜面を介して第1方向に交差する方向に先端チップを移動させる第2ねじ部材とから構成され、
第1ねじ部材により第1方向の先端チップの位置を調整固定した後第2ねじ部材により第1方向に交差する方向に先端チップの位置を調整固定する
ことを特徴とする。
【0015】
また、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤの供給系とワイヤに給電を行なう給電系とが独立して設けられていることを特徴とする。
【0016】
また、請求項7に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤは本体の内部に配置されたフレキシブルチューブを介して先端チップに供給され、ワイヤへの給電を行なうために先端チップに電気的に接続される給電棒部材が本体の外部に配置されたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1には本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接ヘッドの断面、図2には図1中のII-II 線矢視、図3には図2中のIII-III 線矢視、図4には図3中の要部拡大状況、図5には図2中のV-V 線矢視、図6には図2中のVI-VI 線矢視を示してある。
【0018】
図1、図2に示すように、レーザー溶接ヘッド1の上部には光ファイバ2の先端部が接続されている。光ファイバ2の基端部は、例えば、図示しないYAGレーザー発振器に接続され、YAGレーザー発振器からのレーザー光3が光ファイバ2により伝送されてレーザー溶接ヘッド1内に導かれる。
【0019】
レーザー溶接ヘッド1にはコリメートレンズ群4が設けられ、光ファイバ2の先端からでたレーザー光3はコリメートレンズ群4により平行光とされる。コリメートレンズ群4の下側には45度に傾斜して設けられ平行光の半分を横方向に反射させる第1傾斜ミラー5が配置され、第1傾斜ミラー5の対向部には45度に傾斜して設けられ第1傾斜ミラー5で横方向に反射されたレーザー光3を下方向に反射させる第2傾斜ミラー6が配置されている。
【0020】
コリメートレンズ群4で平行光とされた断面円形のレーザー光3は、半分が断面半円形の第1レーザー光3aとされると共に、半分が第1傾斜ミラー5及び第2傾斜ミラー6で反射されて断面半円形の第2レーザー光3bとされ、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが間隔を隔てた平行光とされる。
【0021】
レーザー溶接ヘッド1の下端部には溶接ヘッド7が設けられ、溶接ヘッド7の内周部には金属製のサポートブラケット11が取り付けられている。サポートブラケット11には消耗電極となるワイヤ8が供給される金属製の先端チップ9が支持され、サポートブラケット11を介して先端チップ9に給電される。
【0022】
溶接ヘッド7の上部には集光レンズ群15が配置され、集光レンズ群15により平行光とされた第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが集光される。集光レンズ群15により集光される途中の第1レーザー光3aと第2レーザー光3bは先端チップ9の側部を通過し、サポートブラケット11には、集光される途中の第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが通過する通過穴10が形成されている。
【0023】
図2、図3に示すように、先端チップ9はサポートブラケット11に取り付けられている。先端チップ9は第1レーザー光3a及び第2レーザー光3bに交差する方向(図2中左右方向及び紙面に垂直な方向)の位置が二方向調整手段としてのチップ位置調整機構31により調整されるようになっている。
【0024】
図3、図4に示すように、先端チップ9の端部の一方側(図中上側)には平行面33が形成され、平行面33には第1ねじ部材32の先端が接触するようになっている。第1ねじ部材32の回転調整により平行面33が押し引きされて第1方向(図中上下方向)の位置が調整される。
【0025】
先端チップ9の端部の他方側(図中下側)には傾斜面34が形成され、傾斜面34には第2ねじ部材35の先端が接触するようになっている。第2ねじ部材35の回転調整により傾斜面34が押し引きされて第1方向に交差する第2方向(図中左右方向)の位置が調整される。
【0026】
尚、図中の符号で36は第1ねじ部材32及び第2ねじ部材35の盲栓となるピンである。つまり、第1ねじ部材32及び第2ねじ部材35の調整を行なう場合、ピン36を外して行い調整後にピン36を嵌合させる。
【0027】
上述したチップ位置調整機構31は、第1ねじ部材32により先端チップ9の第1方向の位置を調整して第1方向の位置を固定し、その後、第2ねじ部材35により先端チップ9の第2方向の位置を調整して第2方向の位置を固定する。
これにより、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bに対し先端チップ9の位置、即ち、ワイヤ8の供給位置を一致させるように調整することが可能になる。
【0028】
尚、二方向調整手段を例に挙げてチップ位置調整機構31を説明したが、一方向調整手段を適用することも可能である。即ち、先端チップ9の端部の他方側(図中下側)に平行面を形成し、平行面に第2ねじ部材35を接触させることも可能である。この場合、第1ねじ部材32を第2ねじ部材35を互いに逆回転させながら位置調整することで、第1方向(図中上下方向)の位置が調整される。
【0029】
図2、図5に示すように、レーザー溶接ヘッド1の上部からレーザー溶接ヘッド1の内部を通してワイヤ8が供給され、ワイヤ8は案内部材12により先端チップ9に供給される。ワイヤ8は樹脂等の保護材(フレキシブルチューブ)で被覆され、もしくは樹脂等のフレキシブルチューブに挿入されている。先端チップ9の部位でワイヤ8は先端チップ9に接触した状態で露出するように供給され、保護材で被覆されたワイヤ8は案内部材12により先端チップ9の中心に案内される(ワイヤ8の供給系)。
【0030】
図2、図5に示すように、レーザー溶接ヘッド1の上部からレーザー溶接ヘッド1の外部を経由して給電用のブスバー17が設けられ、ブスバー17の下端部は通電接続部18を介してサポートブラケット11に接続されている。ブスバー17は図示しない電源に接続され、ブスバー17から通電接続部18、サポートブラケット11を介して先端チップ9に通電され、先端チップ9に支持されるワイヤ8に電力が供給されて消耗電極とされる(給電系)。
【0031】
ブスバー17及びサポートブラケット11を介してワイヤ8に通電するようにしたので、ワイヤ8を通電材(銅パイプ等)と共に先端チップ9に供給する必要がなくなる。このため、ワイヤ8の供給の自由度が向上してレーザー溶接ヘッド1の周囲に溶接ロボット等の取りまわしのスペースが確保される。
【0032】
即ち、図5に示したように、光ファイバ2の接続部に隣接してワイヤ8を供給する部位19を束ねることができ、レーザー溶接ヘッド1の周囲にワイヤ8を供給するためのスペースが不要になる。
【0033】
図2、図6に示すように、集光レンズ群15の下側には第1レーザー光3aと第2レーザー光3bを独立して透過させる円形の保護レンズ21,22を備えたカートリッジ23が設けられ、保護レンズ21,22は第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが透過する部位に対向してそれぞれカートリッジ23に設けられている。
【0034】
そして、図6に示すように、カートリッジ23にはワイヤ8が通過するための切欠24が形成されている。
【0035】
保護レンズ21,22を備えたカートリッジ23を配設したことにより、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bの照射を阻害することなく溶接部の熱や溶融金属などから集光レンズ群15を保護することができる。
【0036】
そして、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが透過する部位に対向して保護レンズ21,22をそれぞれ独立して設けたので、市販の標準レンズをそのまま使用して特別に保護レンズ21,22のための機械加工等が不要になる。また、溶接部の熱や溶融金属などによるダメージを受けた場合に、ダメージを受けた側の保護レンズ21もしくは保護レンズ22だけの交換が可能になり、コストを大幅に低減してメンテナンス性を向上させることができる。
【0037】
上記構成のレーザー溶接ヘッド1では、光ファイバ2で伝送された図示しないYAGレーザー発振器からのレーザー光3が下向きに入光し、コリメートレンズ群4により平行光とされる。コリメートレンズ群4で平行光とされた断面円形のレーザー光3は、半分が断面半円形の第1レーザー光3aとされると共に、半分が第1傾斜ミラー5及び第2傾斜ミラー6で反射されて断面半円形の第2レーザー光3bとされ、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが間隔を隔てた平行光とされる。
【0038】
第1レーザー光3aと第2レーザー光3bは集光レンズ群15を通り、保護レンズ21,22を透過して先端チップ9の側部から通過穴10を通って溶接部に集光される。同時に、ワイヤ8が先端チップ9に供給されると共にブスバー17から通電接続部18、サポートブラケット11を介して先端チップ9に通電され、先端チップ9に支持されるワイヤ8に電力が供給されて消耗電極とされる。
【0039】
これにより、第1レーザー光3a及び第2レーザー光3bの集光によるレーザー溶接と、ワイヤ8への通電によるアーク溶接(MIG溶接)とが同時に行なわれる。
【0040】
第1レーザー光3a及び第2レーザー光3bの集光点とワイヤ8の供給位置とを一致させるため、位置調整機構31の第1ねじ部材32により先端チップ9の第1方向の位置を調整して第1方向の位置を固定し、その後、第2ねじ部材35により先端チップ9の第2方向の位置を調整して第2方向の位置を固定する。
【0041】
これにより、ワイヤ8に曲げ癖等があった場合でも、第1レーザー光3a及び第2レーザー光3bの集光点に対してワイヤ8の供給位置を一致させるように調整することが可能になる。ワイヤ8には給電のための銅パイプ等が設けられていないため、先端チップ9の位置を調整した場合でも樹脂製の保護材が被覆されたワイヤ8自身の変形により先端チップ9の移動が吸収される。
【0042】
位置調整機構31を設けたことにより、第1レーザー光3a及び第2レーザー光3bの集光点と消耗電極となるワイヤ8の位置を一致させることができ、レーザー位置とアーク位置とを最適な状態に保持することが可能になる。
【0043】
また、上述したブスバー17及びサポートブラケット11を介してワイヤ8に通電するようにしたので、ワイヤ8を通電材(銅パイプ等)と共に先端チップ9に供給する必要がなくなる。
【0044】
このため、ワイヤ8の供給の自由度が向上してレーザー溶接ヘッド1の周囲に溶接ロボット等の取りまわしのスペースが確保される。
【0045】
更に、保護レンズ21,22を備えたカートリッジ23を配設したことにより、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bの照射を阻害することなく溶接部の熱や溶融金属などから集光レンズ群15を保護することができる。
【0046】
そして、第1レーザー光3aと第2レーザー光3bが透過する部位に対向して保護レンズ21,22をそれぞれ独立して設けたので、特別に保護レンズ21,22のための機械加工等を行なうことなく市販された標準レンズを使用することができる。また、溶接部の熱や溶融金属などによるダメージを受けた場合に、ダメージを受けた側の保護レンズ21もしくは保護レンズ22だけの交換が可能になり、コストを大幅に低減してメンテナンス性を向上させることができる。
【0047】
尚、本発明のレーザー溶接ヘッド1としては、先端チップ9の位置調整機構31が備えられていれば、銅パイプ等の通電手段と同軸状のワイヤ8を設けたものや、1枚の保護レンズを備えたものを適用することも可能である。
【0048】
また、アーク溶接としては、消耗電極となるワイヤを供給するものであば、炭酸ガスアーク溶接や混合ガスシールドアーク溶接等を適用することも可能である。また、場合によっては、ノンガスシールドアーク溶接を適用することも可能である。
【0049】
また、本発明のレーザー溶接ヘッド1は、切断、穿孔等溶接以外のの加工に適用することも可能である。
【0050】
【発明の効果】
本発明のレーザー溶接ヘッドは、
消耗電極となるワイヤが先端チップに供給されてアーク放電により溶接部位の溶接を行なうアーク溶接手段と、入力されたレーザー光を分岐レンズ群で分岐すると共に集光レンズ群を介して分岐したレーザー光を先端チップの周囲から前記溶接部位に集光させるレーザー溶接手段とが一つの本体に備えられたレーザー溶接ヘッドにおいて、
分岐したレーザー光のそれぞれに対応して独立した保護レンズを集光レンズ群の溶接部位側に設けたので、
特別に保護レンズのための機械加工等を行なうことなく市販された標準レンズを使用することができ、また、溶接部の熱や溶融金属などによるダメージを受けた場合に、ダメージを受けた側の保護レンズだけの交換が可能になり、コストを大幅に低減してメンテナンス性を向上させることができる。
【0051】
この結果、低コストでメンテナンス性に優れた保護レンズを備えたレーザー溶接ヘッドとなる。
【0052】
そして、請求項1に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
レーザー光に交差する方向の前記先端チップの位置を調整するチップ位置調整機構を備えたので、
レーザー光の集光位置に応じて先端チップの位置を調整することができる。
【0053】
また、請求項2に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
前記チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する一方向に先端チップを調整する一方向調整手段であるので、先端チップの一方向の位置を調整することができる。
【0054】
また、請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
一方向調整手段は、
本体に対して先端チップを互いに反対方向に移動させる一対のねじ部材を備え、一対のねじ部材により先端チップの一方向位置を調整固定するようにしたので、ねじ部材の調整により先端チップの位置を調整することができる。
【0055】
また、請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する二方向に先端チップを調整する二方向調整手段であるので、先端チップの二方向の位置を調整することができる。
【0056】
また、請求項5に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
二方向調整手段は、
本体に対してレーザー光に交差する第1方向に先端チップを移動させる第1ねじ部材と、第1方向への移動により傾斜面を介して第1方向に交差する方向に先端チップを移動させる第2ねじ部材とから構成され、
第1ねじ部材により第1方向の先端チップの位置を調整固定した後第2ねじ部材により第1方向に交差する方向に先端チップの位置を調整固定する
ようにしたので、第1ねじ部材と第2ねじ部材により先端チップの二方向の位置を調整することができる。
【0057】
また、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤの供給系とワイヤに給電を行なう給電系とが独立して設けられているので、
ワイヤの供給の自由度が向上してレーザー溶接ヘッドの周囲の取りまわしのスペースを確保することができる。
【0058】
また、請求項7に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤは本体の内部に配置されたフレキシブルチューブを介して先端チップに供給され、ワイヤへの給電を行なうために先端チップに電気的に接続される給電棒部材が本体の外部に配置されたので、
ワイヤの供給の自由度が向上してレーザー溶接ヘッドの周囲の取りまわしのスペースを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係るレーザー溶接ヘッドの断面図。
【図2】図1中のII-II 線矢視図。
【図3】図2中のIII-III 線矢視図。
【図4】図3中の要部拡大図。
【図5】図2中のV-V 線矢視図。
【図6】図2中のVI-VI 線矢視図。
【符号の説明】
1 レーザー溶接ヘッド
2 光ファイバ
3 レーザー光
4 コリメートレンズ群
5 第1傾斜ミラー
6 第2傾斜ミラー
7 溶接ヘッド
8 ワイヤ
9 先端チップ
10 通過穴
11 サポートブラケット
12 案内部材
15 集光レンズ群
17 ブスバー
18 通電接続部
19 供給部位
21,22 保護レンズ
23 カートリッジ
24 切欠
31 チップ位置調整機構
32 第1ねじ部材
33 平行面
34 傾斜面
35 第2ねじ部材
36 ピン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding head that performs laser processing and arc processing simultaneously.
[0002]
[Prior art]
Laser welding and arc welding are known as processing techniques such as welding, cutting, drilling, and surface modification treatment of metals such as steel plates, for example, as a kind of welding techniques for joining metals together. Since laser light is condensed by an optical device and a high energy density is obtained, deep penetration welding can be performed. In arc welding for supplying a wire serving as a consumable electrode such as MIG welding, welding with a high groove tolerance becomes possible.
[0003]
In recent years, various laser welding heads that can perform laser welding and arc welding simultaneously have been developed (see, for example, Patent Document 1). By performing laser welding and arc welding at the same time, it is possible to stabilize the arc by the plasma generated by the laser, and to obtain a high output without using an expensive apparatus.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-122950
In a conventional laser welding head, a protective lens that transmits laser light is provided below the condenser lens group that condenses laser light. By providing the protective lens, the condensing lens is protected from heat of the welded portion, molten metal, and the like, and is prevented from being damaged or contaminated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A laser welding head that performs laser welding and arc welding at the same time has a configuration in which the location of the arc welding member is secured by branching the laser beam and the branched laser beam is condensed. For this reason, the laser light transmitted through the protective lens is branched on the assumption of condensing.
[0007]
In the conventional protective lens, a part of one large lens is processed such as a notch so as to secure a space for arranging an arc welding member. For this reason, machining is necessary, and machining time and machining cost are required. In addition, when damage or dirt is attached to a part that transmits one side of the branched laser light, it is necessary to replace one protective lens even if there is no problem with the part that transmits the laser light on the other side. there were.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser welding head including a protective lens having a low cost and excellent maintainability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The laser welding head of the present invention that solves the above problems is
Arc welding means for supplying a wire as a consumable electrode to the tip and welding the welded part by arc discharge; and laser light branched from the input laser beam at the branch lens group and via the condenser lens group In a laser welding head provided with a single body with laser welding means for condensing from the periphery of the tip to the welding site,
An independent protective lens corresponding to each of the branched laser beams is provided on the welding site side of the condenser lens group.
[0010]
And in the laser welding head according to claim 1,
A tip position adjusting mechanism for adjusting the position of the tip tip in the direction intersecting with the laser beam is provided.
[0011]
Moreover, in the laser welding head according to claim 2,
The tip position adjusting mechanism is
It is a unidirectional adjustment means for adjusting the tip in one direction intersecting with the laser beam.
[0012]
Moreover, in the laser welding head according to claim 3,
One-way adjustment means
A pair of screw members that move the tip in opposite directions relative to the main body are provided, and the one-directional position of the tip is adjusted and fixed by the pair of screw members.
[0013]
Moreover, in the laser welding head according to claim 3,
The tip position adjustment mechanism
It is a two-way adjusting means for adjusting the tip in two directions crossing the laser beam.
[0014]
In the laser welding head according to claim 5,
Two-way adjustment means
A first screw member that moves the tip in a first direction that intersects the laser beam with respect to the main body, and a first screw that moves the tip in a direction that intersects the first direction via the inclined surface by moving in the first direction. Composed of two screw members,
The position of the tip in the first direction is adjusted and fixed by the first screw member, and then the position of the tip is adjusted and fixed in the direction intersecting the first direction by the second screw member.
[0015]
In the laser welding head according to any one of claims 1 to 6,
The present invention is characterized in that a wire supply system that serves as a consumable electrode and a power supply system that supplies power to the wire are provided independently.
[0016]
In the laser welding head according to claim 7,
A wire serving as a consumable electrode is supplied to the tip chip through a flexible tube arranged inside the main body, and a power supply rod member electrically connected to the tip chip is arranged outside the main body to supply power to the wire. It is characterized by that.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a cross-sectional view of a laser welding head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view taken along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG. 4 shows the state of enlargement of the main part in FIG. 3, FIG. 5 shows the VV line arrow in FIG. 2, and FIG. 6 shows the VI-VI line arrow in FIG.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, the tip of an optical fiber 2 is connected to the top of the laser welding head 1. The base end portion of the optical fiber 2 is connected to, for example, a YAG laser oscillator (not shown), and the laser light 3 from the YAG laser oscillator is transmitted through the optical fiber 2 and guided into the laser welding head 1.
[0019]
The laser welding head 1 is provided with a collimating lens group 4, and the laser light 3 emitted from the tip of the optical fiber 2 is converted into parallel light by the collimating lens group 4. A first inclined mirror 5 is provided below the collimating lens group 4 so as to be inclined at 45 degrees and reflects half of the parallel light in the lateral direction, and the opposite part of the first inclined mirror 5 is inclined at 45 degrees. The second inclined mirror 6 is provided that reflects the laser beam 3 reflected in the lateral direction by the first inclined mirror 5 downward.
[0020]
The laser beam 3 having a circular cross-section made parallel light by the collimating lens group 4 is a first laser beam 3a having a half-circular cross-section, and half is reflected by the first tilt mirror 5 and the second tilt mirror 6. Thus, the second laser light 3b having a semicircular cross section is obtained, and the first laser light 3a and the second laser light 3b are parallel light with an interval therebetween.
[0021]
A welding head 7 is provided at the lower end of the laser welding head 1, and a metal support bracket 11 is attached to the inner periphery of the welding head 7. The support bracket 11 supports a metal tip 9 to which a wire 8 serving as a consumable electrode is supplied, and power is supplied to the tip 9 through the support bracket 11.
[0022]
A condensing lens group 15 is disposed on the upper part of the welding head 7, and the first laser light 3 a and the second laser light 3 b converted into parallel light by the condensing lens group 15 are condensed. The first laser beam 3a and the second laser beam 3b that are being collected by the condenser lens group 15 pass through the side portion of the tip chip 9, and the support laser beam 11 is focused on the first laser beam that is being collected. A passage hole 10 through which 3a and the second laser beam 3b pass is formed.
[0023]
As shown in FIGS. 2 and 3, the tip 9 is attached to the support bracket 11. The tip tip 9 is adjusted by a tip position adjusting mechanism 31 serving as a two-way adjusting means in the direction intersecting the first laser beam 3a and the second laser beam 3b (the horizontal direction in FIG. 2 and the direction perpendicular to the paper surface). It is like that.
[0024]
As shown in FIGS. 3 and 4, a parallel surface 33 is formed on one side (upper side in the drawing) of the end of the tip 9, and the tip of the first screw member 32 is in contact with the parallel surface 33. It has become. By adjusting the rotation of the first screw member 32, the parallel surface 33 is pushed and pulled to adjust the position in the first direction (vertical direction in the figure).
[0025]
An inclined surface 34 is formed on the other side (lower side in the figure) of the end portion of the tip 9, and the tip of the second screw member 35 is in contact with the inclined surface 34. By adjusting the rotation of the second screw member 35, the inclined surface 34 is pushed and pulled, and the position in the second direction (the left-right direction in the figure) intersecting the first direction is adjusted.
[0026]
Reference numeral 36 in the drawing denotes a pin that becomes a blind plug for the first screw member 32 and the second screw member 35. That is, when adjusting the first screw member 32 and the second screw member 35, the pin 36 is removed and the pin 36 is fitted after the adjustment.
[0027]
The tip position adjusting mechanism 31 described above adjusts the position of the tip tip 9 in the first direction by the first screw member 32 and fixes the position of the tip direction in the first direction. The position in the second direction is adjusted to fix the position in the second direction.
Thereby, it is possible to adjust the position of the tip 9, that is, the supply position of the wire 8 to coincide with the first laser light 3 a and the second laser light 3 b.
[0028]
Although the tip position adjusting mechanism 31 has been described by taking the two-way adjusting means as an example, it is also possible to apply the one-way adjusting means. That is, it is also possible to form a parallel surface on the other side (lower side in the drawing) of the end portion of the tip end 9 and bring the second screw member 35 into contact with the parallel surface. In this case, by adjusting the position of the first screw member 32 while rotating the second screw member 35 in the opposite directions, the position in the first direction (vertical direction in the figure) is adjusted.
[0029]
As shown in FIGS. 2 and 5, the wire 8 is supplied from the upper part of the laser welding head 1 through the inside of the laser welding head 1, and the wire 8 is supplied to the tip 9 by the guide member 12. The wire 8 is covered with a protective material (flexible tube) such as resin, or is inserted into a flexible tube such as resin. The wire 8 is supplied so as to be exposed in a state where it is in contact with the distal tip 9 at the site of the distal tip 9, and the wire 8 covered with the protective material is guided to the center of the distal tip 9 by the guide member 12 (of the wire 8). Supply system).
[0030]
As shown in FIGS. 2 and 5, a power supply bus bar 17 is provided from the upper part of the laser welding head 1 through the outside of the laser welding head 1, and the lower end portion of the bus bar 17 is supported through an energization connection portion 18. It is connected to the bracket 11. The bus bar 17 is connected to a power supply (not shown), and the tip chip 9 is energized from the bus bar 17 through the energizing connection portion 18 and the support bracket 11, and power is supplied to the wire 8 supported by the tip chip 9 to form a consumable electrode. (Power supply system)
[0031]
Since the wire 8 is energized via the bus bar 17 and the support bracket 11, it is not necessary to supply the wire 8 to the tip chip 9 together with the energizing material (copper pipe or the like). For this reason, the freedom degree of supply of the wire 8 improves and the space for the welding robot etc. around the laser welding head 1 is ensured.
[0032]
That is, as shown in FIG. 5, the portion 19 for supplying the wire 8 can be bundled adjacent to the connection portion of the optical fiber 2, and a space for supplying the wire 8 around the laser welding head 1 is unnecessary. become.
[0033]
As shown in FIGS. 2 and 6, a cartridge 23 having circular protective lenses 21 and 22 that allow the first laser light 3 a and the second laser light 3 b to pass through independently is provided below the condenser lens group 15. The protective lenses 21 and 22 are provided in the cartridge 23 so as to face the portions through which the first laser light 3a and the second laser light 3b are transmitted.
[0034]
As shown in FIG. 6, the cartridge 23 is formed with a notch 24 through which the wire 8 passes.
[0035]
By disposing the cartridge 23 including the protective lenses 21 and 22, the condensing lens group 15 can be moved from the heat of the welded portion or molten metal without hindering the irradiation of the first laser beam 3a and the second laser beam 3b. Can be protected.
[0036]
Since the protective lenses 21 and 22 are provided independently facing the portions through which the first laser beam 3a and the second laser beam 3b are transmitted, the commercially available standard lenses are used as they are and the protective lenses 21 and 22 are specially used. No machining for 22 is required. In addition, when the welded part is damaged by heat or molten metal, it is possible to replace only the protective lens 21 or the protective lens 22 on the damaged side, greatly reducing costs and improving maintainability. Can be made.
[0037]
In the laser welding head 1 configured as described above, a laser beam 3 from a YAG laser oscillator (not shown) transmitted through the optical fiber 2 enters downward, and is collimated by the collimating lens group 4. The laser beam 3 having a circular cross-section made parallel light by the collimating lens group 4 is a first laser beam 3a having a half-circular cross-section, and half is reflected by the first tilt mirror 5 and the second tilt mirror 6. Thus, the second laser light 3b having a semicircular cross section is obtained, and the first laser light 3a and the second laser light 3b are parallel light with an interval therebetween.
[0038]
The first laser beam 3a and the second laser beam 3b pass through the condensing lens group 15, pass through the protective lenses 21 and 22, and are collected from the side portion of the tip tip 9 through the passage hole 10 to the welded portion. At the same time, the wire 8 is supplied to the distal tip 9, and the distal tip 9 is energized from the bus bar 17 through the energizing connection portion 18 and the support bracket 11, and power is supplied to the wire 8 supported by the distal tip 9 and consumed. Electrode.
[0039]
Thereby, laser welding by condensing the first laser beam 3a and the second laser beam 3b and arc welding (MIG welding) by energizing the wire 8 are simultaneously performed.
[0040]
In order to make the condensing points of the first laser beam 3 a and the second laser beam 3 b coincide with the supply position of the wire 8, the position of the tip tip 9 in the first direction is adjusted by the first screw member 32 of the position adjusting mechanism 31. Then, the position in the first direction is fixed, and then the position in the second direction of the tip 9 is adjusted by the second screw member 35 to fix the position in the second direction.
[0041]
As a result, even when the wire 8 has a bending wrinkle or the like, the supply position of the wire 8 can be adjusted to coincide with the condensing points of the first laser beam 3a and the second laser beam 3b. . Since the wire 8 is not provided with a copper pipe or the like for feeding, even when the position of the tip 9 is adjusted, the movement of the tip 9 is absorbed by the deformation of the wire 8 covered with the protective material made of resin. Is done.
[0042]
By providing the position adjusting mechanism 31, the condensing points of the first laser beam 3 a and the second laser beam 3 b can be matched with the position of the wire 8 serving as the consumable electrode, and the laser position and the arc position can be optimized. It becomes possible to hold in a state.
[0043]
Further, since the wire 8 is energized through the bus bar 17 and the support bracket 11 described above, it is not necessary to supply the wire 8 to the tip chip 9 together with the energizing material (copper pipe or the like).
[0044]
For this reason, the freedom degree of supply of the wire 8 improves and the space for the welding robot etc. around the laser welding head 1 is ensured.
[0045]
Further, the arrangement of the cartridge 23 including the protective lenses 21 and 22 makes it possible to collect the condensing lens group from the heat of the welded portion, molten metal, or the like without hindering the irradiation of the first laser beam 3a and the second laser beam 3b. 15 can be protected.
[0046]
Since the protective lenses 21 and 22 are provided independently facing the portions through which the first laser light 3a and the second laser light 3b are transmitted, special machining for the protective lenses 21 and 22 is performed. A commercially available standard lens can be used without any problem. In addition, when the welded part is damaged by heat or molten metal, it is possible to replace only the protective lens 21 or the protective lens 22 on the damaged side, greatly reducing costs and improving maintainability. Can be made.
[0047]
As the laser welding head 1 of the present invention, as long as the position adjustment mechanism 31 for the tip tip 9 is provided, the one provided with a current-carrying means such as a copper pipe and the coaxial wire 8 or one protective lens. It is also possible to apply one provided with
[0048]
As arc welding, carbon dioxide arc welding, mixed gas shielded arc welding, or the like can be applied as long as a wire serving as a consumable electrode is supplied. In some cases, non-gas shielded arc welding can be applied.
[0049]
The laser welding head 1 of the present invention can also be applied to processes other than welding such as cutting and drilling.
[0050]
【The invention's effect】
The laser welding head of the present invention is
Arc welding means for supplying a wire as a consumable electrode to the tip and welding the welded part by arc discharge; and laser light branched from the input laser beam at the branch lens group and via the condenser lens group In a laser welding head provided with a single body with laser welding means for condensing from the periphery of the tip to the welding site,
Since an independent protective lens is provided on the welding site side of the condenser lens group corresponding to each of the branched laser beams,
A standard lens that is commercially available can be used without special machining for the protective lens, and if the weld is damaged by heat or molten metal, Only the protective lens can be exchanged, and the cost can be greatly reduced and the maintainability can be improved.
[0051]
As a result, a laser welding head having a protective lens with low cost and excellent maintainability is obtained.
[0052]
And in the laser welding head according to claim 1,
Because it has a tip position adjustment mechanism that adjusts the position of the tip tip in the direction that intersects the laser beam,
The position of the tip can be adjusted according to the condensing position of the laser light.
[0053]
Moreover, in the laser welding head according to claim 2,
The tip position adjusting mechanism is
Since it is a one-way adjusting means for adjusting the tip in one direction that intersects the laser beam, the position in one direction of the tip can be adjusted.
[0054]
Moreover, in the laser welding head according to claim 3,
One-way adjustment means
A pair of screw members that move the tip in opposite directions with respect to the main body are provided, and the position of the tip of the tip is adjusted and fixed by the pair of screw members. Can be adjusted.
[0055]
Moreover, in the laser welding head according to claim 3,
The tip position adjustment mechanism
Since it is a two-way adjusting means for adjusting the tip in two directions intersecting with the laser beam, the position of the tip in two directions can be adjusted.
[0056]
In the laser welding head according to claim 5,
Two-way adjustment means
A first screw member that moves the tip in a first direction that intersects the laser beam with respect to the main body, and a first screw that moves the tip in a direction that intersects the first direction via the inclined surface by moving in the first direction. Composed of two screw members,
Since the position of the tip in the first direction is adjusted and fixed by the first screw member, the position of the tip is adjusted and fixed in the direction intersecting the first direction by the second screw member. The position of the tip in two directions can be adjusted by the two screw members.
[0057]
In the laser welding head according to any one of claims 1 to 6,
Since the supply system of the wire that becomes the consumable electrode and the power supply system that supplies power to the wire are provided independently,
The degree of freedom in supplying the wire is improved, and a space around the laser welding head can be secured.
[0058]
In the laser welding head according to claim 7,
A wire serving as a consumable electrode is supplied to the tip chip through a flexible tube arranged inside the main body, and a power supply rod member electrically connected to the tip chip is arranged outside the main body to supply power to the wire. So
The degree of freedom in supplying the wire is improved, and a space around the laser welding head can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a laser welding head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG.
3 is a view taken along line III-III in FIG.
4 is an enlarged view of a main part in FIG. 3;
FIG. 5 is a view taken in the direction of arrows VV in FIG. 2;
6 is a view taken along line VI-VI in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser welding head 2 Optical fiber 3 Laser beam 4 Collimating lens group 5 1st inclination mirror 6 2nd inclination mirror 7 Welding head 8 Wire 9 Tip tip 10 Passing hole 11 Support bracket 12 Guide member 15 Condensing lens group 17 Bus bar 18 Current supply Connecting portion 19 Supply site 21, 22 Protective lens 23 Cartridge 24 Notch 31 Chip position adjusting mechanism 32 First screw member 33 Parallel surface 34 Inclined surface 35 Second screw member 36 Pin

Claims (8)

消耗電極となるワイヤが先端チップに供給されてアーク放電により溶接部位の溶接を行なうアーク溶接手段と、入力されたレーザー光を分岐レンズ群で分岐すると共に集光レンズ群を介して分岐したレーザー光を先端チップの周囲から前記溶接部位に集光させるレーザー溶接手段とが一つの本体に備えられたレーザー溶接ヘッドにおいて、
分岐したレーザー光のそれぞれに対応して独立した保護レンズを集光レンズ群の溶接部位側に設けたことを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
Arc welding means for supplying a wire as a consumable electrode to the tip and welding the welded part by arc discharge; and laser light branched from the input laser beam at the branch lens group and via the condenser lens group In a laser welding head provided with a single body with laser welding means for condensing from the periphery of the tip to the welding site,
A laser welding head, wherein an independent protective lens corresponding to each of the branched laser beams is provided on the welding site side of the condenser lens group.
請求項1に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
レーザー光に交差する方向の前記先端チップの位置を調整するチップ位置調整機構を備えたことを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 1, wherein
A laser welding head comprising a tip position adjusting mechanism for adjusting a position of the tip in a direction intersecting with a laser beam.
請求項2に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
前記チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する一方向に先端チップを調整する一方向調整手段であることを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 2,
The tip position adjusting mechanism is
A laser welding head, which is a unidirectional adjustment means for adjusting a tip in one direction intersecting with a laser beam.
請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
一方向調整手段は、
本体に対して先端チップを互いに反対方向に移動させる一対のねじ部材を備え、一対のねじ部材により先端チップの一方向位置を調整固定することを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 3,
One-way adjustment means
A laser welding head, comprising: a pair of screw members that move the tip in opposite directions with respect to the main body; and adjusting and fixing the position in one direction of the tip with the pair of screw members.
請求項3に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
チップ位置調整機構は、
レーザー光に交差する二方向に先端チップを調整する二方向調整手段であることを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 3,
The tip position adjustment mechanism
A laser welding head, which is a two-way adjusting means for adjusting a tip in two directions intersecting with a laser beam.
請求項5に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
二方向調整手段は、
本体に対してレーザー光に交差する第1方向に先端チップを移動させる第1ねじ部材と、第1方向への移動により傾斜面を介して第1方向に交差する方向に先端チップを移動させる第2ねじ部材とから構成され、
第1ねじ部材により第1方向の先端チップの位置を調整固定した後第2ねじ部材により第1方向に交差する方向に先端チップの位置を調整固定する
ことを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 5,
Two-way adjustment means
A first screw member that moves the tip in a first direction that intersects the laser beam with respect to the main body, and a first screw that moves the tip in a direction that intersects the first direction via the inclined surface by moving in the first direction. Composed of two screw members,
A laser welding head, wherein the position of the tip of the tip in the first direction is adjusted and fixed by the first screw member, and then the position of the tip of the tip is adjusted and fixed in a direction intersecting the first direction by the second screw member.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤの供給系とワイヤに給電を行なう給電系とが独立して設けられていることを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
In the laser welding head according to any one of claims 1 to 6,
A laser welding head characterized in that a supply system for a wire serving as a consumable electrode and a power supply system for supplying power to the wire are provided independently.
請求項7に記載のレーザー溶接ヘッドにおいて、
消耗電極となるワイヤは本体の内部に配置されたフレキシブルチューブを介して先端チップに供給され、ワイヤへの給電を行なうために先端チップに電気的に接続される給電棒部材が本体の外部に配置されたことを特徴とするレーザー溶接ヘッド。
The laser welding head according to claim 7,
A wire serving as a consumable electrode is supplied to the tip chip through a flexible tube arranged inside the main body, and a power supply rod member electrically connected to the tip chip is arranged outside the main body to supply power to the wire. Laser welding head characterized by being made.
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