JP3752112B2 - Laser processing apparatus and laser processing head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー加工装置及びレーザー加工ヘッドに関し、1つの加工ヘッドにより先端ノズル部を交換することで被加工物の同一部分あるいは他の部分に対してレーザービームと溶接動力や切断動力等の他の加工動力とを同時にしかもレーザービームのレンズ系に影響を与えることなく供給することができるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
レーザー光は、極めて指向性がよく大エネルギーを有しているので、小さな点に集光することにより、精密な溶接・切断・穿孔・表面改質処理などに利用されている。この場合、ワークの材質や加工手法の違いに応じてパルス波レーザー光(PW)や連続波レーザー光(CW)が使用される。一般的に、パルス波レーザー光は、その持続時間が短いので周辺への影響をおよぼさずに微小な孔をあけたりスポット溶接する加工に適しており、連続波レーザー光は、つぎ目のない溶接などの加工に適している。
【0003】
固体レーザー発振器の一種であるYAGレーザー発振器は、レーザー単結晶としてNdをドープしたYAG(イットリウム,アルミニウム,ガーネット)結晶を用いており、波長が1.064μmのレーザー光を、パルス波レーザー光または連続波レーザー光として出力する。YAGレーザー光は波長が1.064μmの赤外レーザー光であるため、光ファイバによる伝送が可能である。この結果、YAGレーザー発振器を用いた溶接装置や切断装置では、レーザー光を光ファイバにより引き回すことができ、設計や配置の自由度が大きい。
【0004】
このようなレーザー溶接装置によりレーザー溶接したときには、狭い溶接範囲に対して溶け込み深さの深い溶接を行うことができる。これはレーザー光には非常に強い集光性があり、エネルギー密度の極めて高い強力な集中熱源として、レーザー光が機能するからである。
【0005】
一方、溶接手法として従来から汎用されているものとして、ティグ溶接(inert gas shielded tungsten arc welding)が知られている。ティグ(TIG)溶接は、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で、タングステン電極と母材間にアークを発生させて溶接する方法である。このようなティグ溶接では、アークが広範囲に広がるため、ビード幅が広い溶接となり開先裕度のある溶接が可能である。
【0006】
近年では、広い溶接範囲に対して深い溶け込み深さの得られる溶接ができるように、同一の溶接部に対してレーザー溶接とティグ溶接を同時に行うことが研究されている。レーザー溶接とティグ溶接を同時に行うことができるように研究した装置として、図6に示す装置がある。
【0007】
図6に示す装置では、タングステン電極2aを真っすぐにしたティグ溶接ヘッド1を、母材3の表面に対して斜めに配置し、タングステン電極2aと母材3との間にアーク4を発生させる。一方、集光レンズ系5で集光したレーザー光6を母材3に斜めに照射する。そしてアーク4による溶接ポイントとレーザー光6による照射ポイントが一致するように、ティグ溶接ヘッド1と集光レンズ系5の相対位置関係を保持するようにしている。
【0008】
また、YAGレーザー発振器を用いた切断装置として、図7に示す装置がある。図7に示す装置では、集光レンズ系5で集光したレーザー光6の周囲から切断ガス7を供給して切断を行っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図6に示す溶接装置では、溶接位置や溶接姿勢が変化していっても、アーク4による溶接ポイントとレーザー光6の照射ポイントが一致するように、ティグ溶接ヘッド1と集光レンズ系5の相対位置関係を保持しなければならず、使用に際して面倒な位置調整を頻繁に行なわなくてはならないため、使い勝手が悪かった。またレーザー光6が母材3に対して斜めに入射しているため、溶融池の形状が対称ではなく、溶接形状が悪くなることがあった。
【0010】
更に、溶接位置や溶接姿勢によっては、両ポイントが一致するような相対位置関係をとろうとすると、周囲の部材や装置と干渉してしまい、良好な相対位置関係が得られないことがある。このような場合には、良好な溶接ができない。
【0011】
また、図7に示す切断装置では、レーザー光6の周囲から切断ガス7を供給しているので、切断ガス7のガス圧(流量)が集光レンズ系5の耐圧強度に影響され、ガス圧を高くするには限度があった。このため、切断可能な板厚に制約が生じていた。
【0012】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、1つのレーザー加工ヘッドにより被加工物の同一部分に対してレーザービームと溶接動力や切断動力等の他の加工動力とを同時にしかもレンズ系に影響を与えることなく供給することができるレーザー加工装置及びレーザー加工ヘッドを提供することを目的とする。
【0013】
【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加工装置の構成は、レーザー光を出力するレーザー発振器と、レーザー発振器から出力されたレーザー光をレーザー加工ヘッドに伝送する伝送手段と、レーザー加工ヘッドに備えられ伝送手段からのレーザー光を入射させるガイド光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられガイド光学系から入射したレーザー光を複数束に分割する分割光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられレーザー光を被加工部に集光させる複数の集光光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられ分割光学系で分割された複数束のレーザー光を複数の集光光学系のそれぞれに導く案内光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられ複数の集光光学系で集光されるレーザー光の束の間に加工手段を交換自在に支持し且つ加工手段の加工部位を被加工部に向けて配置する支持部と、レーザー加工ヘッドを保持しレーザー加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動させる移動手段と、加工手段に加工動力を供給する加工動力供給手段と、レーザー発振器及び移動手段及び加工動力供給手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0014】
そして、レーザー加工ヘッドに備えられたモニタリング用撮像手段と、レーザー加工ヘッドに備えられたモニタリング用光伝送手段と、レーザー加工ヘッドに備えられ被加工部及びレーザー加工ヘッドの情報をモニタリング用撮像手段及びモニタリング用光伝送手段に導くモニタリング案内光学系とを備えたことを特徴とする。また、加工手段は、溶接手段及びガス供給手段が適用されることを特徴とする。また、加工手段は、角度調整自在にレーザー加工ヘッドに配置され、制御手段には、モニタリング用光伝送手段からの情報が入力されると共にモニタリング用光伝送手段の情報に基づいて加工手段の角度を調整する機能が備えられていることを特徴とする。
【0015】
本発明のレーザー加工ヘッドは、入力されたレーザー光を複数束に分割する分割光学系と、レーザー光を被加工部に集光させる複数の集光光学系と、分割光学系で分割された複数束のレーザー光を複数の集光光学系のそれぞれに導く案内光学系と、複数の集光光学系で集光されるレーザー光の束の間に加工手段を交換自在に支持し且つ加工手段の加工部位を被加工部に向けて配置する支持部とを備えたことを特徴とする。
【0016】
そして、モニタリング用撮像手段と、モニタリング用光伝送手段と、被加工部及びヘッド内の情報をモニタリング用撮像手段及びモニタリング用光伝送手段に導くモニタリング案内光学系とを備えたことを特徴とする。また、加工手段は、溶接手段及びガス供給手段が適用されることを特徴とする。また、加工手段は、角度調整自在に配置されることを特徴とする。
【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加工ヘッドを備えたレーザー加工装置の概略ブロック構成、図2にはレーザー加工ヘッドの構成、図3にはレーザー光の光学系を表す概略構成、図4にはモニタリング系の光学系を表す概略構成、図5には加工手段の構成を示してある。
【0018】
図1に基づいてレーザー加工装置の概略構成を説明する。図に示すように、
レーザー加工装置10には、レーザー光を出力するYAGレーザー発振器11が備えられ、YAGレーザー発振器11から出力されたレーザー光は伝送手段としての光ファイバー12によりレーザー加工ヘッド13に伝送される。
【0019】
レーザー加工ヘッド13は移動手段としての多軸NCロボット15に保持され、多軸NCロボット15により任意の位置に位置決め移動される。また、レーザー加工ヘッド13には加工手段としての切断ノズル16、TIGヘッド17、MIGヘッド18、フィラワイヤヘッド19及び粉末ノズル20が交換自在で角度調整可能に支持される。
【0020】
レーザー加工装置10には、加工手段の付帯装置21が備えられている。付帯装置21は、冷却水供給装置22、切断用の加工ガス(酸素等)の加工ガス供給装置23、TIG溶接機24、MIG溶接機25、フィラワイヤ供給装置26及び粉末供給ユニット27が備えられている。
【0021】
YAGレーザー発振器11、多軸NCロボット15及び加工手段の付帯装置21の動作は制御装置31により制御される。制御装置31には、発振器コントローラ32、NCコントローラ33、冷却水コントローラ34、モニタリングコントローラ35、オートフォーカスコントローラ36、ノズル角度コントローラ37及びモニタTV38が備えられている。
【0022】
発振器コントローラ32はYAGレーザー発振器11のレーザー光の出力を制御し、NCコントローラ33は多軸NCロボット15の動作を制御し、モニタリングコントローラ35は後述するモニタリング用の光ファイバーからの発光状況に応じて各種動作部の動作を制御する。また、オートフォーカスコントローラ36は後述する光学系の制御を行いレーザービームの焦点を制御し、ノズル角度コントローラ37はノズル及びヘッドの角度を調整制御する。
【0023】
図2乃至図4に基づいてレーザー加工ヘッド13を詳細に説明する。
【0024】
図2、図3に示すように、レーザー加工ヘッド13には光ファイバー12が支持され、光ファイバー12で伝送されたYAGレーザー発振器11からのレーザー光は下向きに入光する。光ファイバー12の直下にはガイド光学系としてのコリメートレンズ群41が設けられ、コリメートレンズ群41により光ファイバー12からのレーザー光が平行光にされる。
【0025】
コリメートレンズ群41の直下には分割光学系としての三角柱状の分割ミラー42が備えられ、コリメートレンズ群41で平行光にされた(入射された)レーザー光は分割ミラー42により2つの水平なレーザー光束43a,43b に分割される。レーザー光束43a,43b はそれぞれ案内光学系としての反射ミラー44a,44b で反射され、それぞれのレーザー光束43a,43b は集光光学系としての半割り状の集光レンズ群45a,45b で集光され一つの被加工部40にレーザービーム46a,46b として集光される。尚、分割光学系としては、三角錐状の分割ミラーを用いてレーザー光を3つの水平なレーザー光束に分割するようにしてもよい。
【0026】
反射ミラー44a,44b は傾斜角が可変に支持され、前述したオートフォーカスコントローラ36からの指令に基づいて動作され、レーザービーム46a,46b の焦点が制御される。
【0027】
図2に示すように、集光レンズ群45a,45b で集光されるレーザービーム46a,46b 間に加工手段として前述したヘッドやノズルを交換自在に支持し且つヘッドやノズルの加工部位としての先端部を被加工部40に向けて配置する支持部47がレーザー加工ヘッド13に備えられている。図示例では、加工手段としてTIGヘッド17が配置された状態を示してある。支持部47には可変手段48が設けられ、可変手段48はノズル角度コントローラ37の指令に基づいて動作され、ノズル及びヘッド(TIGヘッド17)の角度を調整制御する。
【0028】
図2、図4に示すように、レーザー加工ヘッド13の後方上部にはモニタリング用撮像手段としてのCCDカメラ51が設けられ、CCDカメラ51は画像用光ファイバー52を介して制御装置31のモニタTV38に被加工部40及びレーザー加工ヘッド13内の画像を伝送する。また、レーザー加工ヘッド13の後方部にはモニタリング用光伝送手段としてのモニタリング光ファイバー53が支持され、モニタリング光ファイバー53を介して制御装置31のモニタリングコントローラ35に被加工部40の発光状況を伝送する。
【0029】
集光レンズ群45a,45b の間には、被加工部40の状況を後側に反射する反射ミラー54が設けられ、CCDカメラ51の直下には反射ミラー54で反射した被加工部40の状況を上方に反射させると共に後方に透過させる半透過ミラー55が設けられている。尚、図中56は反射ミラー54と半透過ミラー55の間に配置されたコリメータである。図4に示すように、半透過ミラー55で反射された被加工部40の状況はレンズ群57でCCDカメラ51の入力部に集光される。半透過ミラー55で透過された被加工部40の状況はレンズ群58でモニタリング光ファイバー53に集光される。
【0030】
図5を参照して加工手段を説明する。
【0031】
図5(a) はTIGヘッド17でタングステン電極62を保持し、TIG溶接機24からの給電及び不活性ガスの供給により、アーク63による溶接を行う。レーザー加工ヘッド13では、レーザー加工系(コリメートレンズ群41、分割ミラー42、反射ミラー44及び集光レンズ群45)によるレーザービーム46を2分割して集光し、2分割したレーザービーム46の間にTIGヘッド16を配置している。このため、同一の被加工部40に対してレーザー溶接とアーク溶接とを同時に行うことができる。
【0032】
図5(b) は切断ノズル16で、加工ガス供給装置23から例えば酸素ガスが供給される。レーザー加工ヘッド13に切断ノズル16を保持した場合、同一の被加工部40に対してレーザービーム46による切断と切断ノズル16からの切断ガスの供給を同軸上に同時に行うことができる。切断ノズル16からの切断用の加工ガスは、レーザー加工系のレンズ系に対して無関係となるので、レンズの耐圧強度に拘らず圧力を高くすることができる。このため、深い切断が可能になって厚物の切断に適用可能となり、加工ガス圧を調整することで切断可能な板厚に制約が生じることがなくなる。
【0033】
モニタリング用光ファイバー53から伝送される発光状況に応じて制御装置31のノズル角度コントローラ37により可変手段を介して切断ノズル16の角度を調整することで、例えば、レーザー加工ヘッド13の進行方向後側に傾けて調整することで、溶融直後の金属を進行方向後側に吹き飛ばすことができ、より深い切断が可能になる。
【0034】
図5(c) はMIGヘッド18で、MIG溶接機25からの給電及びワイヤ送り装置67からのフィラワイヤ68の供給により、溶接を行う。レーザー加工ヘッド13にMIGヘッド18を保持した場合、同一の被加工部40に対してレーザービーム46による溶接とMIGヘッド18でのMIG溶接を同時に行うことができる。
【0035】
図5(d) はフィラワイヤヘッド19で、ワイヤ送り装置72からのフィラワイヤ73の供給により、溶接を行う。レーザー加工ヘッド13にフィラワイヤヘッド19を保持した場合、レーザー加工ヘッド13の移動方向や角度に拘らず被加工部40に対してレーザービーム46とフィラワイヤ73の互いの位置関係を一定に保つことができる。
【0036】
図5(e) は粉末ノズル20で、粉末供給ユニット27から金属粉末(例えば、鉄、ステンレス、アルミ等の金属)75が供給される。レーザー加工ヘッド13に粉末ノズル20を保持した場合、レーザー加工ヘッド13の移動により金属粉末75を任意の形状に敷きつめ、一層毎にレーザービーム46を照射して焼結していく。これを繰り返すことにより、任意の3次元形状の肉盛り成形を行うことができる。
【0037】
上記構成のレーザー加工ヘッド13を備えたレーザー加工装置10では、制御装置31の指令により多軸NCロボット14を動作させ、レーザー加工ヘッド13を所望の状態に移動及び動作させてレーザー加工と溶接や切断等の加工手段による加工とを同時に行う。加工中は、必要に応じて冷却水コントローラ34からの指令により冷却水供給装置22から冷却水が供給される。加工手段としてTIGヘッド17を支持部47に保持した場合を例に挙げて説明する。
【0038】
光ファイバー12で伝送されたYAGレーザー発振器11からのレーザー光が下向きに入光し、コリメートレンズ群41により光ファイバー12からのレーザー光が平行光にされる。コリメートレンズ群41で平行光にされた(入射された)レーザー光は分割ミラー42により2つの水平なレーザー光束43a,43b に分割され、それぞれのレーザー光束43a,43b は反射ミラー44a,44b で反射されて集光レンズ群45a,45b で集光され一つの被加工部40にレーザービーム46a,46b として集光される。
【0039】
また、集光レンズ群45a,45b で集光されるレーザービーム46a,46b 間にTIGヘッド17が配置され、TIG溶接機24からの給電及び不活性ガスの供給により、アーク63により被加工部40の溶接を行う。
【0040】
レーザービーム46a,46b によるレーザー溶接とアーク63によるTIG溶接が同一の被加工部40に対して同時に行われ、広い溶接範囲に対し深い溶け込み深さの溶接が良好に行われる。レーザー加工ヘッド13は、レーザー加工系(コリメートレンズ群41、分割ミラー42、反射ミラー44a,44b 及び集光レンズ群45a,45b )と、TIGヘッド17とが一体になった構造であるため、溶接位置や溶接姿勢を変えても、特別な操作をすることなくレーザー溶接部とTIG溶接部とが常に一致する。このため、操作性がよく良好な溶接が可能となる。また、一体構造となっているため、コンパクトで且つ周辺部材と干渉することはない。
【0041】
被加工部40及びレーザー加工ヘッド13内の状況は、反射ミラー54、コリメータ56及び半透過ミラー55を介してCCDカメラ51で撮影され、画像は画像用光ファイバー52を介して制御装置31のモニタTV38に映し出されるようになっている。モニタTV38の画像によりモニタリングを行い、不具合等が生じた場合には即座に適切な処置を施すようにする。
【0042】
また、被加工部40の発光状況が反射ミラー54、コリメータ56、半透過ミラー55及びレンズ群58を介してモニタリング光ファイバー53に入力され、制御装置31のモニタリングコントローラ35に伝送される。モニタリングコントローラ35からは、被加工部40の発光状況に応じてレーザー加工ヘッド13の位置やレーザービーム46a,46b の集光位置、TIGヘッド17の支持状態等を調整するように、NCコントローラ33、オートフォーカスコントローラ36及びノズル角度コントローラ37に指令が出される。
【0043】
上述したレーザー加工ヘッド13を備えたレーザー加工装置10は、レーザー加工系(コリメートレンズ群41、分割ミラー42、反射ミラー44及び集光レンズ群45)によるレーザービーム46を2分割して集光し、2分割したレーザービーム46a,46b の間に加工手段(TIGヘッド17)配置したので、同一の被加工部40に対して溶接部を常に一致させてレーザー溶接とアーク溶接とを同時に行うことができる。このため、1つのレーザー加工ヘッド13により被加工部40に対してレーザービーム46a,46b と、溶接用のアーク63(切断用のガス、フィラワイヤ、金属粉末等他の加工動力)とを同時にしかもレンズ系に影響を与えることなく良好に供給することができ、他の加工動力の能力を高めて加工能率を向上させることができる。
【0044】
【発明の効果】
本発明のレーザー加工装置は、レーザー光を出力するレーザー発振器と、レーザー発振器から出力されたレーザー光をレーザー加工ヘッドに伝送する伝送手段と、レーザー加工ヘッドに備えられ伝送手段からのレーザー光を入射させるガイド光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられガイド光学系から入射したレーザー光を複数束に分割する分割光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられレーザー光を被加工部に集光させる複数の集光光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられ分割光学系で分割された複数束のレーザー光を複数の集光光学系のそれぞれに導く案内光学系と、レーザー加工ヘッドに備えられ複数の集光光学系で集光されるレーザー光の束の間に加工手段を交換自在に支持し且つ加工手段の加工部位を被加工部に向けて配置する支持部と、レーザー加工ヘッドを保持しレーザー加工ヘッドを任意の位置に位置決め移動させる移動手段と、加工手段に加工動力を供給する加工動力供給手段と、レーザー発振器及び移動手段及び加工動力供給手段の動作を制御する制御手段とを備えたので、同一の被加工部に対して姿勢を変更しも加工部を常に一致させてレーザー加工と他の加工とを同時に行うことができる。この結果、1つのレーザー加工ヘッドにより被加工部に対してレーザービームと、他の加工の加工動力とを同時にしかもレンズ系に影響を与えることなく良好に供給することができ、操作性がよく良好な加工が可能となると共に、加工動力の能力を高めて加工能率を向上させることができる。
【0045】
また、レーザー加工ヘッドに備えられたモニタリング用撮像手段と、レーザー加工ヘッドに備えられたモニタリング用光伝送手段と、レーザー加工ヘッドに備えられ被加工部及びレーザー加工ヘッドの情報をモニタリング用撮像手段及びモニタリング用光伝送手段に導くモニタリング案内光学系とを備えたので、また、加工手段は、角度調整自在にレーザー加工ヘッドに配置され、制御手段には、モニタリング用光伝送手段からの情報が入力されると共にモニタリング用光伝送手段の情報に基づいて加工手段の角度を調整する機能が備えられているので、被加工部及びレーザー加工ヘッドの情報に基づいてレーザー加工ヘッド及び加工手段の角度を最適に調整することができる。
【0046】
本発明のレーザー加工ヘッドは、入力されたレーザー光を複数束に分割する分割光学系と、レーザー光を被加工部に集光させる複数の集光光学系と、分割光学系で分割された複数束のレーザー光を複数の集光光学系のそれぞれに導く案内光学系と、複数の集光光学系で集光されるレーザー光の束の間に加工手段を交換自在に支持し且つ加工手段の加工部位を被加工部に向けて配置する支持部とを備えたので、同一の被加工部に対して姿勢を変更しも加工部を常に一致させてレーザー加工と他の加工とを同時に行うことができる。この結果、1つのレーザー加工ヘッドにより被加工部に対してレーザービームと、他の加工の加工動力とを同時にしかもレンズ系に影響を与えることなく良好に供給することができ、操作性がよく良好な加工が可能となると共に、加工動力の能力を高めて加工能率を向上させることができる。
【0047】
また、モニタリング用撮像手段と、モニタリング用光伝送手段と、被加工部及びヘッド内の情報をモニタリング用撮像手段及びモニタリング用光伝送手段に導くモニタリング案内光学系とを備えたので、また、加工手段は、角度調整自在に配置されるので、被加工部及びレーザー加工ヘッドの情報に基づいて加工手段の角度を最適に調整することができる。
【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加工ヘッドを備えたレーザー加工装置の概略構成図。
【図2】レーザー加工ヘッドの構成図。
【図3】レーザー光の光学系を表す概略構成図。
【図4】モニタリング系の光学系を表す概略構成図。
【図5】加工手段の構成図。
【図6】従来技術を示す構成図。
【図7】従来技術を示す構成図。
【符号の説明】
10 レーザー加工装置
11 YAGレーザー発振器
12 光ファイバー
13 レーザー加工ヘッド
15 多軸NCロボット
16 切断ノズル
17 TIGヘッド
18 MIGヘッド
19 フィラワイヤヘッド
20 粉末ノズル
21 付帯設備
22 冷却水供給装置
23 加工ガス供給装置
24 TIG溶接機
25 MIG溶接機
26 フィラワイヤ供給装置
27 粉末供給ユニット
31 制御装置
32 発振器コントローラ
33 NCコントローラ
34 冷却水コントローラ
35 モニタリングコントローラ
36 オートフォーカスコントローラ
37 ノズル角度コントローラ
38 モニタTV
40 被加工部
41 コリメートレンズ群
42 分割ミラー
43a,43b レーザー光束
44a,44b 反射ミラー
45a,45b 集光レンズ群
46a,46b レーザービーム
47 支持部
48 可変手段
51 CCDカメラ
52 画像用光ファイバー
53 モニタリング用光ファイバー
54 反射ミラー
55 半透過ミラー
56 コリメータ
57,58 レンズ群
62 タングステン電極
63 アーク
67,72 ワイヤ送り装置
68,73 フィラワイヤ
75 粉末金属[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing head, by exchanging the tip nozzle portion with a single processing head, so that other parts such as a laser beam and welding power or cutting power are applied to the same part or other part of the workpiece. The machining power can be supplied at the same time without affecting the lens system of the laser beam.
[0002]
[Prior art]
Laser light is extremely directional and has a large energy, and is used for precise welding, cutting, drilling, surface modification treatment, etc. by focusing on a small point. In this case, pulse wave laser light (PW) or continuous wave laser light (CW) is used depending on the material of the workpiece and the processing technique. Generally, pulse wave laser light has a short duration, so it is suitable for drilling minute holes or spot welding without affecting the surroundings. Suitable for machining such as welding.
[0003]
A YAG laser oscillator, which is a kind of solid-state laser oscillator, uses a YAG (yttrium, aluminum, garnet) crystal doped with Nd as a laser single crystal, and a laser beam having a wavelength of 1.064 μm is converted into a pulse wave laser beam or a continuous laser beam. Output as wave laser light. Since YAG laser light is infrared laser light having a wavelength of 1.064 μm, transmission using an optical fiber is possible. As a result, in a welding apparatus or cutting apparatus using a YAG laser oscillator, laser light can be routed by an optical fiber, and the degree of freedom in design and arrangement is great.
[0004]
When laser welding is performed with such a laser welding apparatus, welding with a deep penetration depth can be performed in a narrow welding range. This is because the laser beam has a very strong light condensing property, and the laser beam functions as a powerful concentrated heat source with an extremely high energy density.
[0005]
On the other hand, TIG welding (inert gas shielded tungsten arc welding) is known as a conventional welding technique. TIG welding is a method of welding by generating an arc between a tungsten electrode and a base material in an inert gas atmosphere such as argon or helium. In such TIG welding, since the arc spreads over a wide range, welding with a wide bead width is possible and welding with a groove tolerance is possible.
[0006]
In recent years, it has been studied to simultaneously perform laser welding and TIG welding on the same welded portion so that welding with a deep penetration depth can be obtained over a wide welding range. As an apparatus studied so that laser welding and TIG welding can be performed simultaneously, there is an apparatus shown in FIG.
[0007]
In the apparatus shown in FIG. 6, the TIG welding head 1 in which the tungsten electrode 2 a is straight is disposed obliquely with respect to the surface of the base material 3, and the arc 4 is generated between the tungsten electrode 2 a and the base material 3. On the other hand, the base material 3 is irradiated obliquely with the laser beam 6 collected by the
[0008]
As a cutting device using a YAG laser oscillator, there is a device shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 7, cutting is performed by supplying a cutting gas 7 from around the laser beam 6 collected by the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the welding apparatus shown in FIG. 6, the TIG welding head 1 and the condensing lens system so that the welding point by the arc 4 and the irradiation point of the laser beam 6 coincide with each other even if the welding position or the welding posture changes. The relative positional relationship of 5 must be maintained, and troublesome position adjustment must be performed frequently during use, which is inconvenient. Further, since the laser beam 6 is incident obliquely with respect to the base material 3, the shape of the molten pool is not symmetrical and the welded shape may be deteriorated.
[0010]
Furthermore, depending on the welding position and the welding posture, if an attempt is made to make a relative positional relationship such that the two points coincide with each other, it may interfere with surrounding members and devices, and a good relative positional relationship may not be obtained. In such a case, good welding cannot be performed.
[0011]
In the cutting apparatus shown in FIG. 7, since the cutting gas 7 is supplied from the periphery of the laser beam 6, the gas pressure (flow rate) of the cutting gas 7 is influenced by the pressure strength of the
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a laser beam and other processing power such as welding power and cutting power are simultaneously applied to the same part of the workpiece by one laser processing head, and the lens system is affected. It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus and a laser processing head that can be supplied without giving the above.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the laser processing apparatus of the present invention that solves the above problems includes a laser oscillator that outputs laser light, a transmission means that transmits the laser light output from the laser oscillator to the laser processing head, and a transmission that is provided in the laser processing head. A guide optical system for injecting laser light from the means, a split optical system for dividing the laser light incident from the guide optical system provided in the laser processing head into a plurality of bundles, and a laser processing head for providing the laser light to be processed A plurality of condensing optical systems for condensing light, a guide optical system that is provided in the laser processing head and that guides a plurality of bundles of laser beams divided by the dividing optical system, and a laser processing head. The processing means is interchangeably supported between the bundles of laser beams provided and collected by a plurality of condensing optical systems, and the processing portion of the processing means is defined. A support unit disposed toward the processing unit, a moving unit that holds the laser processing head and moves the laser processing head to an arbitrary position, a processing power supply unit that supplies processing power to the processing unit, a laser oscillator, and a movement And a control means for controlling the operation of the machining power supply means.
[0014]
And an imaging means for monitoring provided in the laser processing head, an optical transmission means for monitoring provided in the laser processing head, an imaging means for monitoring information on a workpiece and the laser processing head provided in the laser processing head, and And a monitoring guide optical system for guiding to the monitoring light transmission means. Further, the processing means is characterized by applying welding means and gas supply means. Further, the processing means is disposed in the laser processing head so that the angle can be adjusted, and information from the monitoring light transmission means is input to the control means, and the angle of the processing means is adjusted based on the information of the monitoring light transmission means. It is characterized by having a function to adjust.
[0015]
The laser processing head according to the present invention includes a splitting optical system that divides input laser light into a plurality of bundles, a plurality of condensing optical systems that focus the laser light on a workpiece, and a plurality of splitting optical systems. A processing means is interchangeably supported between a guide optical system that guides a bundle of laser beams to each of a plurality of condensing optical systems and a bundle of laser beams condensed by the plurality of condensing optical systems, and a processing portion of the processing means And a support part that is arranged toward the part to be processed.
[0016]
In addition, the imaging apparatus includes a monitoring imaging unit, a monitoring light transmission unit, and a monitoring guide optical system that guides information in the processing part and the head to the monitoring imaging unit and the monitoring light transmission unit. Further, the processing means is characterized by applying welding means and gas supply means. Further, the processing means is arranged so that the angle can be freely adjusted.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic block configuration of a laser processing apparatus provided with a laser processing head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a configuration of a laser processing head, and FIG. 3 shows a schematic configuration showing an optical system of laser light. 4 shows a schematic configuration representing the optical system of the monitoring system, and FIG. 5 shows the configuration of the processing means.
[0018]
A schematic configuration of the laser processing apparatus will be described with reference to FIG. As shown in the figure
The laser processing apparatus 10 includes a YAG laser oscillator 11 that outputs laser light, and the laser light output from the YAG laser oscillator 11 is transmitted to the
[0019]
The
[0020]
The laser processing apparatus 10 is provided with an
[0021]
The operations of the YAG laser oscillator 11, the multi-axis NC robot 15, and the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, an optical fiber 12 is supported on the
[0025]
A triangular prism-shaped
[0026]
The reflection mirrors 44a and 44b are variably supported at tilt angles, and are operated based on the command from the
[0027]
As shown in FIG. 2, the above-described head or nozzle is supported interchangeably as a processing means between the laser beams 46a and 46b collected by the condensing
[0028]
As shown in FIGS. 2 and 4, a CCD camera 51 as an imaging means for monitoring is provided at the rear upper part of the
[0029]
Between the condensing
[0030]
The processing means will be described with reference to FIG.
[0031]
5A, the tungsten electrode 62 is held by the
[0032]
FIG. 5B shows a cutting
[0033]
By adjusting the angle of the cutting
[0034]
FIG. 5C shows a
[0035]
FIG. 5D shows a
[0036]
FIG. 5 (e) shows a
[0037]
In the laser processing apparatus 10 provided with the
[0038]
The laser light from the YAG laser oscillator 11 transmitted through the optical fiber 12 enters downward, and the laser light from the optical fiber 12 is collimated by the collimating lens group 41. The laser light that has been collimated (incident) by the collimator lens group 41 is divided into two horizontal laser light beams 43a and 43b by the
[0039]
Further, the
[0040]
Laser welding using the laser beams 46a and 46b and TIG welding using the arc 63 are simultaneously performed on the same workpiece 40, and welding with a deep penetration depth is performed well over a wide welding range. Since the
[0041]
The situation inside the workpiece 40 and the
[0042]
Further, the light emission state of the workpiece 40 is input to the monitoring
[0043]
The laser processing apparatus 10 provided with the
[0044]
【The invention's effect】
The laser processing apparatus of the present invention includes a laser oscillator that outputs laser light, a transmission means that transmits the laser light output from the laser oscillator to the laser processing head, and a laser light that is provided in the laser processing head and enters the laser light from the transmission means. A guide optical system, a split optical system provided in the laser processing head for dividing the laser light incident from the guide optical system into a plurality of bundles, and a plurality of collections provided in the laser processing head for condensing the laser light on the workpiece. An optical optical system, a guide optical system that guides a plurality of bundles of laser beams that are provided in the laser processing head and are divided by the split optical system, and a plurality of condensing optics that are provided in the laser processing head The processing means is exchangeably supported between the bundles of laser beams collected by the system, and the processing part of the processing means is arranged facing the part to be processed. A holding unit, a moving means for holding and moving the laser processing head to an arbitrary position, a processing power supply means for supplying processing power to the processing means, a laser oscillator, a moving means, and a processing power supply means. Since the control means for controlling the operation is provided, it is possible to perform laser processing and other processing at the same time by always matching the processing portions even when the posture is changed with respect to the same processing portion. As a result, one laser processing head can supply the laser beam and the processing power of other processing to the processing part at the same time without affecting the lens system, and the operability is good. Machining can be performed, and the machining power can be increased to improve machining efficiency.
[0045]
In addition, a monitoring imaging means provided in the laser processing head, a monitoring light transmission means provided in the laser processing head, a monitoring imaging means for monitoring information on a workpiece and a laser processing head provided in the laser processing head, and Since the monitoring guide optical system led to the monitoring light transmission means is provided, the processing means is disposed in the laser processing head so that the angle can be freely adjusted, and information from the monitoring light transmission means is input to the control means. In addition, the function of adjusting the angle of the processing means based on the information of the monitoring light transmission means is provided, so that the angle of the laser processing head and the processing means is optimized based on the information of the part to be processed and the laser processing head. Can be adjusted.
[0046]
The laser processing head according to the present invention includes a splitting optical system that divides input laser light into a plurality of bundles, a plurality of condensing optical systems that focus the laser light on a workpiece, and a plurality of splitting optical systems. A processing means is interchangeably supported between a guide optical system that guides a bundle of laser beams to each of a plurality of condensing optical systems and a bundle of laser beams condensed by the plurality of condensing optical systems, and a processing portion of the processing means With the support part that is arranged toward the part to be processed, even if the posture is changed with respect to the same part to be processed, the processing part is always matched so that laser processing and other processing can be performed simultaneously. . As a result, one laser processing head can supply the laser beam and the processing power of other processing to the processing part at the same time without affecting the lens system. Machining can be performed, and the machining power can be increased to improve machining efficiency.
[0047]
Further, since the image pickup means for monitoring, the light transmission means for monitoring, and the monitoring guide optical system for guiding the information in the processing part and the head to the image pickup means for monitoring and the light transmission means for monitoring are provided. Since the angle is freely adjustable, the angle of the processing means can be optimally adjusted based on the information on the processing part and the laser processing head.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus including a laser processing head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a laser processing head.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an optical system of laser light.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a monitoring system.
FIG. 5 is a configuration diagram of processing means.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional technique.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser processing apparatus 11 YAG laser oscillator 12
40 Worked part 41
43a, 43b Laser beam
44a, 44b Reflective mirror
45a, 45b condenser lens group
46a, 46b Laser beam 47 Support section 48 Variable means 51 CCD camera 52 Optical fiber for
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010095744A1 (en) | 2009-02-23 | 2010-08-26 | 小池酸素工業株式会社 | Laser cutting method and laser cutting equipment |
WO2013057935A1 (en) | 2011-10-17 | 2013-04-25 | 株式会社 東芝 | Laser irradiation device and method for diagnosing integrity of laser irradiation head |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001276988A (en) | 2000-03-30 | 2001-10-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser processing apparatus |
EP1568435B1 (en) * | 2004-02-28 | 2009-04-15 | Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH | Laser machining device |
US8378248B2 (en) | 2010-05-21 | 2013-02-19 | General Electric Company | System and method for heat treating a weld joint |
US20130309000A1 (en) * | 2012-05-21 | 2013-11-21 | General Electric Comapny | Hybrid laser arc welding process and apparatus |
JP5781188B1 (en) * | 2014-03-26 | 2015-09-16 | 株式会社フジクラ | Light guiding device, manufacturing method, and LD module |
CN106944756A (en) * | 2017-03-05 | 2017-07-14 | 北京工业大学 | The double light beam laser TIG composite welding process that a kind of thin plate butt welding shapes only |
EP3603853A4 (en) * | 2017-03-31 | 2020-12-23 | Nikon Corporation | Modeling system and modeling method |
CN113941778B (en) * | 2020-12-10 | 2022-06-28 | 哈尔滨焊接研究院有限公司 | Thick plate ultrahigh-power laser-deep melting TIG hybrid welding method |
CN112743237A (en) * | 2020-12-24 | 2021-05-04 | 苏州誉航航空科技有限公司 | Integral connection process for tubular support of aircraft engine |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP27379799A patent/JP3752112B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010095744A1 (en) | 2009-02-23 | 2010-08-26 | 小池酸素工業株式会社 | Laser cutting method and laser cutting equipment |
WO2013057935A1 (en) | 2011-10-17 | 2013-04-25 | 株式会社 東芝 | Laser irradiation device and method for diagnosing integrity of laser irradiation head |
KR20140062518A (en) | 2011-10-17 | 2014-05-23 | 가부시끼가이샤 도시바 | Laser irradiation device and method for diagnosing integrity of laser irradiation head |
US9662744B2 (en) | 2011-10-17 | 2017-05-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laser irradiation device and method of diagnosing the health of a laser irradiation head |
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