JP2021074764A

JP2021074764A - レーザ溶接装置

Info

Publication number: JP2021074764A
Application number: JP2019205328A
Authority: JP
Inventors: 貴視村上; Yoshinori Murakami; 暁川合; Akira Kawai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: DE102020129354A1; US11904407B2; JP7396865B2; CN213437811U; CN112792452A; US20210138585A1

Abstract

【課題】溶接時に発生するスパッタおよびヒュームを光路上から効率的に排除するためのレーザ溶接装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を射出するレーザヘッド２と、シート状の気流Ａを形成する気流形成部３とを備え、気流形成部３により形成される気流Ａが、レーザヘッド２から射出されるレーザ光の光路を、光路に沿う方向に間隔をあけた複数箇所において、同一方向に横断する形態に形成され、気流形成部３が、複数箇所の気流Ａの間において気流Ａの横断方向に貫通する開口部９を備えるレーザ溶接装置１。
【選択図】図２

Description

本開示は、レーザ溶接装置に関するものである。

ワークに向けてレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、レーザ加工ヘッドの保護ガラスの面に対して平行な方向に噴射圧力の異なる気流を噴射する複数の流体噴射ノズルとを備えるレーザ溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。流体噴射ノズルから噴射された流体の向きは、変更板によって保護ガラスの面に対して平行な方向から流体噴射ノズル側に折り返される。

特許第４８４０１１０号公報

レーザ光を横切る気流を折り返しやすくするために噴射圧力の異なる流体噴射ノズルを複数配置しているので、噴射圧力の低い流体噴射ノズルからの流量は噴射圧力の高い流体噴射ノズルからの流量よりも小さくなる。このため、気流全体の空気量を増大させるには、大型の流体噴射ノズルを用いる必要がある。

しかし、ロボットの先端に装着される場合には、流体噴射ノズルは、軽量かつコンパクトに構成されることが望ましい。したがって、軽量かつコンパクトな流体噴射ノズルを用いて空気量の大きな気流を発生させ、溶接時に発生するスパッタおよびヒュームを光路上から効率的に排除することが望まれている。

本開示の一態様は、レーザ光を射出するレーザヘッドと、シート状の気流を形成する気流形成部とを備え、該気流形成部により形成される前記気流が、前記レーザヘッドから射出される前記レーザ光の光路を、該光路に沿う方向に間隔をあけた複数箇所において、同一方向に横断する形態に形成され、該気流形成部が、複数箇所の前記気流の間において該気流の横断方向に貫通する開口部を備えるレーザ溶接装置である。

本開示の一実施形態に係るレーザ溶接装置を装着したロボットを示す模式図である。図１のレーザ溶接装置を示す斜視図である。図１のレーザ溶接装置の作用を示す側面図である。図１のレーザ溶接装置における気流形成部の変形例を示す斜視図である。図１のレーザ溶接装置における気流形成部の他の変形例を示す正面図である。図１のレーザ溶接装置における気流形成部の他の変形例を示す側面図である。図１のレーザ溶接装置における気流形成部の他の変形例を示す斜視図である。図１のレーザ溶接装置における気流形成部の他の変形例を示す斜視図である。図４の気流形成部にフィルタを取り付けた変形例を示す斜視図である。

本開示の一実施形態に係るレーザ溶接装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ溶接装置１は、図１に示されるように、ロボット１００の手首先端に取り付けられる。レーザスキャナ（レーザヘッド）２と、レーザスキャナ２に固定され気流を形成する気流形成部３とを備えている。図１に示す例では、ロボット１００は直立多関節型ロボットである。

レーザスキャナ２は、ケーシング４内に、光ファイバケーブル５によって導かれてきたレーザ光を２次元的に走査する２つのガルバノミラー（図示略）を内蔵している。レーザスキャナ２は、ケーシング４から離れた位置に配置されているワークＷの表面にレーザ光を集光させ、かつ、ガルバノミラーの角度を調節することにより、レーザ光の集光位置を光軸Ｘに交差する方向に２次元的に移動させることができる。ケーシング４は、レーザ光を透過させる保護ガラス６によって気密状態に密封されている。

気流形成部３は、２つの噴射ノズル７を備えている。噴射ノズル７は、フレーム部材８によってレーザスキャナ２に固定されている。
各噴射ノズル７は、図２に示されるように、それぞれ、十分に薄い（約０．１ｍｍ以下）厚さ寸法のスリット状の噴射口７ａを備え、平面に沿って延びるシート状（層状）の気流（層流）Ａを発生させる。

２つの噴射ノズル７は、レーザスキャナ２から発せられるレーザ光の光路に沿う方向に間隔をあけて配置されている。２つの噴射ノズル７は、噴射口７ａを平行にして、レーザ光の光路の一側に同一方向に向けて配置されており、レーザ光の光路を、光路に沿う方向に間隔をあけた２箇所において、同一方向に平行に横断するほぼ同等の強さの気流を形成する。
そして、レーザ光の光路に沿う方向に隙間をあけて配置された２つの噴射ノズル７の間には、気流Ａの方向に貫通する開口部９が形成されている。

このように構成された本実施形態に係るレーザ溶接装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ溶接装置１を用いてワークＷを溶接するには、ロボット１００を作動させて、レーザ光の集光位置がワークＷの表面に位置する位置にレーザスキャナ２を配置する。そして、気流形成部３によって気流Ａを形成した状態で、光ファイバケーブル５を経由してレーザ光をレーザスキャナ２に導光し、レーザスキャナ２の作動によってレーザ光の集光位置を溶接線に沿って移動させる。

これにより、ワークＷの溶接が行われるとともに、スパッタおよびヒュームが発生する。
この場合において、気流形成部３の作動により、レーザ光の光路を横断する２枚のシート状の気流Ａが形成されているので、発生したスパッタおよびヒュームは気流によってレーザ光の光路から排除される。

本実施形態に係るレーザ溶接装置１によれば、気流形成部３の噴射ノズル７によってシート状の気流Ａを形成しているので、図３に示されるように、コアンダ効果によってシート状の気流Ａの周囲の空気が引き込まれ、気流Ａの空気量を増大させることができる。
特に、本実施形態によれば、２枚のシート状の気流Ａが間隔をあけて配置されているので、２つの気流Ａがそれぞれ発生するコアンダ効果が相乗的に作用する。これにより、より多くの空気が開口部９を経由して２つのシート状の気流Ａの間に引き込まれ、気流Ａの空気量をさらに増大させることができる。

すなわち、シート状の気流Ａを形成する軽量かつコンパクトな噴射ノズル７によって、各噴射ノズル７が噴射可能な空気量の合計よりも大きな空気量の気流を形成することができる。
これにより、発生したスパッタおよびヒュームをレーザ光の光路から、より確実に排除することができるという効果を奏する。

なお、本実施形態においては、２つの噴射ノズル７を有する気流形成部３を例示したが、これに代えて、図４に示されるように、３以上の噴射ノズル７を有する気流形成部３を採用してもよい。図４に示す例では、４つの噴射ノズル７によって４つのシート状の気流Ａを発生させて開口部９を取り囲む四角筒状の気流を形成している。

これにより、４つのシート状の気流Ａに囲まれた四角筒状の気流の内部には、４つのシート状の気流Ａによるコアンダ効果によって、図２の気流形成部３よりも多くの空気が開口部９を経由して引き込まれ、大きな空気量の気流を発生させることができる。
筒状の気流を形成するためには、平面に沿うシート状の気流Ａを形成する３以上の噴射ノズル７を用意すればよい。

また、本実施形態においては、２つのシート状の気流Ａをほぼ平行に配置したが、レーザ光の光路に沿う方向に間隔をあけた２箇所においてレーザ光の光路を同一方向に横断していれば、相互に角度をなして配置されていてもよい。例えば、図５に示されるように、流動方向に沿う軸線回りの角度が異なっていてもよいし、図６に示されるように、流動方向に交差する軸線回りの角度が異なっていてもよい。

また、本実施形態においては、平面に沿うシート状の気流Ａを形成する噴射ノズル７を例示したが、これに代えて、湾曲あるいは屈曲したシート状の気流Ｂを形成する噴射ノズル１０を採用してもよい。このような形態の気流Ｂによれば、単一の閉じた環状の噴射ノズル１０によって筒状の気流を形成することができる。

例えば、単一の円環状の噴射口１０ａを有する噴射ノズル１０によって、図７に示されるように、湾曲あるいは屈曲したシート状の気流Ｂを発生させて開口部９を取り囲む円筒状の気流を形成することができる。また、２つの半円弧状の噴射口１１ａを有する噴射ノズル１１によっても、図８に示されるように、２つの湾曲あるいは屈曲したシート状の気流Ｃを発生させて同様の円筒状の気流を形成することができる。また、円筒に限らず他の任意の形態の筒状の気流を形成することにしてもよい。

また、本実施形態においては、図９に示されるように、開口部９を閉塞する位置に空気を透過させ、塵埃を捕捉することができる集塵フィルタ１２を配置してもよい。シート状の気流Ａによって発生するコアンダ効果によって、気流Ａの周囲の空気が引き込まれるので、浮遊しているヒュームを含む周囲の空気を集塵フィルタ１２に引き込むことにより、ヒュームを捕捉することができる。

すなわち、気流形成部３により形成される大きな空気量の気流によってスパッタおよびヒュームはレーザ光の光路から効果的に排除されるが、排除された塵埃の多くは空気中に浮遊することになる。開口部９に集塵フィルタ１２を配置することにより、集塵装置を別個に設けることなく、空気中の塵埃を回収することができるという効果を奏する。

集塵フィルタ１２としては、不織布等任意の材質のものを採用することができる。また、集塵フィルタ１２を開口部９に着脱可能に装着しておくことにより、塵埃を回収した集塵フィルタ１２を開口部９から取り外して容易に交換することができる。

１レーザ溶接装置
２レーザスキャナ（レーザヘッド）
３気流形成部
７，１０，１１噴射ノズル
９開口部
１２集塵フィルタ
Ａ，Ｂ，Ｃ気流（層流）

Claims

レーザ光を射出するレーザヘッドと、
シート状の気流を形成する気流形成部とを備え、
該気流形成部により形成される前記気流が、前記レーザヘッドから射出される前記レーザ光の光路を、該光路に沿う方向に間隔をあけた複数箇所において、同一方向に横断する形態に形成され、
該気流形成部が、複数箇所の前記気流の間において該気流の横断方向に貫通する開口部を備えるレーザ溶接装置。
前記気流形成部が、前記気流を形成する噴射ノズルを備え、
該噴射ノズルが、前記開口部を取り囲む位置に配置されている請求項１に記載のレーザ溶接装置。
前記気流形成部が、前記噴射ノズルを複数備える請求項２に記載のレーザ溶接装置。
前記気流形成部が、平面状の前記気流をそれぞれ形成する３以上の前記噴射ノズルを備える請求項３に記載のレーザ溶接装置。
前記気流形成部が、前記気流をそれぞれ形成する複数の噴射ノズルを備え、
該噴射ノズルが、前記開口部を挟む位置に配置されている請求項１に記載のレーザ溶接装置。
前記開口部に、該開口部を通過する空気を透過させる集塵フィルタを備える請求項１から請求項５のいずれかに記載のレーザ溶接装置。