JP2017524558A - 熱可塑性合成材料製の2つの接合部材の溶接シームに沿うレーザ溶接方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
レーザ源、
接合すべき部材のためのクランプ装置、
特にコリメーション及び集束レンズ光学系を有する光学レーザビーム調光装置、
接合すべき2つの部材の間に形成される溶接シームに沿って作動フィールドにわたってレーザビームを案内するスキャナ装置を備えている。
2・・・レーザビーム
3・・・シングルモードファイバ
4・・・コリメーション装置
5・・・コリメータレンズ
6・・・集束レンズ
(5、6・・・集束レンズ)
7・・・スキャナ装置
8、9・・・接合すべき2つの部材
10・・・クランプ装置
11・・・スキャナミラー(振動ミラーユニット、石英ガラス製のミラー)
12・・・段差
H・・・前方送り主方向
F・・・接合面
S・・・溶接シーム
B・・・目標幅
A・・・作動フィールド
R・・・ビーム方向
W、W’・・・入射角
OAW、OAW’・・・振動振幅幅
x、y・・・軸線
f・・・焦点
d、d’、s・・・ビーム直径(最小スポット直径)
レーザ源、
接合すべき部材のためのクランプ装置、
特にコリメーション及び集束レンズ光学系を有する光学レーザビーム調光装置、
接合すべき2つの部材の間に形成される溶接シームに沿って作動フィールドにわたってレーザビームを案内するスキャナ装置を備えている。
2・・・レーザビーム
3・・・シングルモードファイバ
4・・・コリメーション装置
5・・・コリメータレンズ
6・・・集束レンズ
(5、6・・・集束レンズ)
7・・・スキャナ装置
8、9・・・接合すべき2つの部材
10・・・クランプ装置
11・・・スキャナミラー(振動ミラーユニット、石英ガラス製のミラー)
12・・・段差
H・・・前方送り主方向
F・・・接合面
S・・・溶接シーム
B・・・目標幅
A・・・作動フィールド
R・・・ビーム方向
W、W’・・・入射角
OAW、OAW’・・・振動振幅幅
x、y・・・軸線
f・・・焦点
d、d’、s・・・ビーム直径(最小スポット直径)
Claims (17)
- 熱可塑性合成材料製の接合すべき2つの部材(8、9)の溶接シーム(3)に沿うレーザ溶接方法であって、
レーザビーム(2)は、作成すべき溶接シーム経路に対応する制御データによる制御方法で作動フィールド(A)内のビーム方向(R)において制御され、
前記レーザビーム(2)は、作成すべき溶接シーム(S)の目標幅(B)よりも接合面(F)において小さく、かつ前記接合面(F)上への前記レーザビーム(2)の入射角(W)に依存及び/又は前記接合面(F)に対する焦点(f)の位置に依存して溶接を行なう当該焦点(f)の周りの領域におけるビーム寸法、特にビーム直径(d)を有し、
前記レーザビーム(2)は、作成される溶接シーム(S)の軌道に沿って前方送り主方向(H)の第1の運動成分において、かつ前記第1の運動成分に重畳され、前方送り主方向(H)に対して横方向に振動振幅幅(OAW)で溶接シーム幅(B)をカバーする第2の振動運動成分において移動される熱可塑性合成材料製の2つの接合部材の溶接シームに沿うレーザ溶接方法において、
前記制御方法によって、前記振動振幅幅(OAW)は前記接合面(F)のビーム寸法、好ましくはビーム直径(d)に逆比例して調節されて、前記前方送り主方向Hに対して横方向に前記レーザビーム(2)によってスキャンされるビームフィールドの幅は前記溶接シーム(S)の目標幅(B)に対応することを特徴とする熱可塑性合成材料製の2つの接合部材の溶接シームに沿うレーザ溶接方法。 - 前記レーザビーム(2)の第2の振動運動成分は第1の直線運動成分に重畳される円形運動によって生成されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記振動振幅幅(OAW)の仕様の基準となる接合面(F)の前記ビーム寸法(d)は前記レーザビーム(2)の前記ビーム方向(R)の前記制御データから決定されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の方法。
- 前記接合面(F)上への前記レーザビーム(2)の入射角(W)は前記振動振幅幅(OAW)の仕様の基礎として使用されることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記接合面(F)における前記接合すべき2つの部材(8、9)の形状データは前記振動振幅幅(OAW)の仕様の基礎として使用されることを特徴とする請求項3又は請求項4記載の方法。
- 前記焦点(f)の位置は、前記接合すべき2つの部材(8、9)間の前記接合面(F)の下方の前記作動フィールド(A)の中央領域において及び/又は前記接合すべき2つの部材(8、9)間の前記接合面(F)の上方の作動フィールド(A)のエッジ領域において調節されることを特徴とする請求項1乃至請求項5何れか1項記載の方法。
- 前記第2の運動成分の振動周波数はkHz範囲、好ましくは0.25kHz〜12kHz、特に好ましくは約3〜6kHzに配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項6何れか1項記載の方法。
- 前記作動フィールド(A)は500×500mm2及び1200×1200mm2の間、好ましくは650×650mm2の領域を有することを特徴とする請求項1乃至請求項7何れか1項記載の方法。
- 前記レーザビーム(2)の焦点(f)は0.3mm〜0.7mm、好ましくは0.4mmの最小スポット直径(d)を有することを特徴とする請求項1乃至請求項8何れか1項記載の方法。
- レーザ(1)がM2=1.0〜1.4の範囲の高ビーム品質で使用されて前記ビームを生成することを特徴とする請求項1乃至請求項9何れか1項記載の方法。
- スキャナ装置(7)上の前記レーザビーム(2)のビーム直径は前記レーザビーム(2)を前記作動フィールド(A)上に導光するために3mm〜10mmの範囲内に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項10何れか1項記載の方法。
- 熱可塑性合成材料製の接合すべき2つの部材(8、9)を溶接シーム(S)に沿って、好ましくはレーザ伝導プロセスで溶接するためのレーザ溶接装置であって、
レーザ源(1)、
前記接合すべき2つの部材(8、9)のクランプ装置(10)、
特にコリメーション及び集束レンズ(5,6)を有する光学レーザビーム調光装置、
前記接合すべき2つの部材(8、9)の間に形成される溶接シーム(S)に沿って作動フィールド(A)にわたってレーザビーム(2)を案内するスキャナ装置(7)を備える熱可塑性合成材料製の2つの接合部材の溶接シームに沿うレーザ溶接装置において、
前記スキャナ装置(11)は請求項1〜請求項11の何れか1項記載の制御方法によって制御されることを特徴とする熱可塑性合成材料製の2つの接合部材の溶接シームに沿うレーザ溶接装置。 - ファイバレーザ(1)の使用、好ましくはシングルモードファイバ(3)によるビーム結合の使用を特徴とする請求項12記載の装置。
- 前記光学レーザビーム調光装置は、好ましくは前記スキャナ装置(7)の上流に前記コリメーション及び集束レンズ(5,6)を配置することを特徴とする請求項12又は請求項13記載の装置。
- 前記スキャナ装置(7)として、前方送り主方向(H)に沿って第1の運動成分と、前記前方送り主方向(H)に対して横方向に第2の運動成分に対応する振動運動との両方でレーザビーム(2)の案内を行なう単一の振動ミラーユニット(11)を設け、又は
前記前方送り主方向(H)に沿ってレーザビーム(2)の第1の運動成分を生成するための第1のスキャナユニットと、前記第1のスキャナ装置の上流に接続され、前記前進送り主方向(H)に対して横方向に第2の運動成分を生成する第2のスキャナユニットとを設けることを特徴とする請求項12乃至14の何れか1項記載の装置。 - 第2のスキャナユニットとしてビーム振動を発生する共鳴スキャナ又は音響光学偏光器を設けることを特徴とする請求項1乃至請求項15何れか1項記載の装置。
- 石英ガラス製のミラー(11)がスキャナユニット(7)に使用されることを特徴とする請求項12乃至請求項16何れか1項記載の装置。
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WO (1) | WO2015185415A1 (ja) |
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