JP3943226B2 - Laser welding head of laser processing equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来技術として特開平４−３２２８９３号がある。この文献に記載された技術は、レーザ加工時に発生するスパッターによりレーザ加工ヘッドの集光レンズが汚染することを防止する様にしたレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドに関するものであって、レーザ加工ヘッド内部にレーザビームの光軸方向に沿って設けられ、該光軸に垂直な平面を有し、被加工材に近づくほど内径が小さくなる複数のリング状遮蔽板を有するレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のレーザ加工ヘッドにおいては、レーザ加工中に発生するスパッターの集光レンズへの付着の防止作用の大部分は、レーザ加工ヘッド内部に設けた複数のリング状遮蔽板によるものである。そのため、リング状遮蔽板の中心部を通過するスパッターを完全に遮断することは困難である。
【０００４】
また、この従来のレーザ加工ヘッドにおいて、レーザ加工ヘッド内部に供給する補助ガス（本願のアシストガス相当）の噴射作用による防止作用もあるがその効果はあまり大きくない。
【０００５】
本発明は上述の如き課題を解決するために成されたものであり、本発明の課題は、スパッターを完全に遮断して集光レンズ保護ウインドの汚染を防止できるレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載のレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドは、レーザビームを集光して被加工材を加工するレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドにおいて、該レーザ溶接ヘッドに備えた集光レンズの集光側にノズルホルダーを垂設し、該ノズルホルダーの下端部に前記集光レンズで集光されたレーザビームが通過可能なインナーノズルと、該インナーノズルの外側に前記集光されたレーザビームが通過可能でかつアシストガスを噴射するアウターノズルからなる２重ノズルを設け、該２重ノズルのアウターノズル内にアシストガスを供給するアシストガス供給路を前記ノズルホルダーに設けると共に、前記アウターノズルを前記インナーノズルより突出させて該アウターノズル下端内部にアシストガス貯留室を形成し、前記２重ノズルと前記集光レンズとの間のノズルホルダー内部空間に、前記レーザビームの光軸にほぼ垂直な平面を有し前記被加工材に近づくほど内径が小さくなる複数のリング状の整流板を設け、該複数の整流板に沿って気体を噴出する気体噴射ノズルを設け、該気体噴射ノズルから噴射された気体を、前記ノズルホルダーと前記整流板および整流板固定部材とで区画された前記ノズルホルダーの内部空間を通過させて、ノズルホルダー外部空間に連通する窓を介して前記ノズルホルダー外部空間へ排出可能に設けたことを要旨とするものである。
【０００７】
したがって、請求項１に記載のレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドによれば、気体噴射ノズルから噴射した気体を整流板でレーザビームの光軸に垂直方向に整流することができる。また、気体をノズルホルダー内部空間からノズルホルダー外部空間へ排出可能にしたので大流量の気体を噴出させることができる。その結果ノズルホルダー内部空間に侵入したスバッターを、集光レンズに到達する以前にノズルホルダー外部空間へ排出することができる。また、アウターノズル内部にアシストガス貯溜室を形成したので、被加工材の加工部周囲をアシストガスの雰囲気で確実に包囲することができるので良好な溶接加工が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に実施の形態を図面によって説明する。図１は関節ロボット形レーザ加工装置に本発明に係わるレーザ溶接ヘッド１を装着した図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面である。
【００１２】
なお、本発明の要部に関わりのない関節ロボットの本体部分は図示省略すると共にその説明を省略する。
【００１３】
さて、図１を参照するに、レーザ溶接ヘッド１は、関節ロボット（図示省略）のアーム３の先端部のＡ軸およびＢ軸とに回動可能に軸支されている。前記レーザ溶接ヘッド１には、レーザ溶接ヘッド本体５の一側（図１において上側）にレーザ発振器（図示省略）からのレーザビームＬＢを導く光ファイバー７の出射端部が接続してあり、このレーザ溶接ヘッド本体５の他側（図１において下側）には、下端部に後述のノズル２５を備えたノズルホルダー部１１が設けてある。
【００１４】
図２、図３を参照するに、前記ノズルホルダー部１１の上部には集光レンズ１３を内臓したレンズ筒１５が前記レーザ溶接ヘッド本体５に着脱可能に設けてある。
【００１５】
前記レンズ筒１５には、集光レンズ１３の高さ位置を調節するための内筒１６が設けてある。そして、この内筒１６の内径部には雌ねじが切ってあり、前記集光レンズ１３は、この雌ねじに螺合する２個のレンズリング１７によって狭持する様にして内筒１６に固定してある。
【００１６】
前記レンズ筒１５の下面には、アダプターリング１９が着脱可能に装着してあり、このアダプターリング１９と集光レンズ１３との間には集光レンズ１３を保護すると共に集光レンズ上部の空間への塵埃の侵入を防ぐ保護ガラス２３が設けてある。
【００１７】
前記アダプターリング１９の下面（図２において下側）には下方向に延伸した２本のノズルホルダー２１（ａ，ｂ）が図示省略のボルトより取り付けてある。
なお、ノズルホルダー２１の形状は外面および内面が上方向に開いた円錐の錐面をなし、その水平断面は扇形の中心部を除外した形状となっている。
【００１８】
前記ノズルホルダー２１（ａ，ｂ）の下端部には、ノズル２５が取り付けてある。このノズル２５は集光したレーザビームＬＢが通過するインナーノズル２７と前記アシストガスを噴射するアウターノズル２９との２重ノズルとして構成してあり、アウターノズル２９をインナーノズル２７より突出させてアウターノズル内部にアシストガス貯溜室３１が形成してある。
【００１９】
前記ノズル２５と前記集光レンズ１３との間のノズルホルダー部１１の内部空間に前記レーザビームＬＢの光軸にほぼ垂直な平面を有し、被加工材Ｗに近づくほど内径が小さくなる４枚のリング状整流板３３が間隔をあけて設けてある。この整流板３３は前記ノズルホルダー２１（ａ，ｂ）と、整流板固定部材３５（ａ，ｂ）とで固定してある。
【００２０】
前記ノズル２５のインナーノズル２７とアウターノズル２９との間には環状のアシストガス出口３７が形成してあり、このアシストガス出口３７に連通するアシストガス供給路３９が前記ノズルホルダー２１（ａ，ｂ）に設けてある。また、アシストガス供給路３９は、さらに前記アダプターリング１９と、レンズ筒１５に設けた流路４１（ａ，ｂ）および流路４３（ａ，ｂ）に連通しており、そして、この流路４３（ａ，ｂ）には、図示省略のアシストガス（またはシールドガス）源に管路４５（ａ，ｂ）を介して接続してある。
【００２１】
したがって、適宜に調圧したアシストガス（またはシールドガス）を、流路４３（ａ，ｂ）および流路４１（ａ，ｂ）を介してノズル２５のアシストガス出口３７に供給することができる。
【００２２】
図３に示す如く、前述のリング状の整流板３３に沿って空気を噴射する空気噴射ノズル４７が、前記整流板固定部材３５ｂを挟んで設けてある。この空気噴射ノズル４７には、前記アダプターリング１９と、レンズ筒１５に設けた流路４９および流路５１に連通しており、そして、この流路５１には、図示省略の空庄源に管路５３を介して接続しである。
【００２３】
したがって、適宜に調圧した空気を流路５１、流路４９を介して空気噴射ノズル４７に供給することができる。なお、空気に代えて人間に無害の炭酸ガスまたは窒素ガスなどを使用することも可能である。
【００２４】
前記レンズ筒１５と内筒１６の間には、この内筒１６に装着された集光レンズ１３を冷却するための冷却水が還流する環状の水路５５が設けてある。この水路５５はレンズ筒１５に設けた管路５７に接続してあり、管路５７は図示省略の冷却水供給源に接続してある。
【００２５】
上記構成のレーザ溶接ヘッドいおいて、前記空気噴射ノズル４７から噴射された空気はリング状の整流板３３に沿って流れて、ノズルホルダー２１（ａ，ｂ）と整流板３３および整流板固定部材３５ｂとで区画され、かつ、ノズルホルダー内部空間から外部空間に連通する窓５９から外部に排出されることになる。
【００２６】
また、ノズル２５に供給されたアシストガスは、アシストガス貯溜室から被加工材の加工部周囲の比較的広い領域に噴射されるので、加工部をアシストガスの雰囲気で確実に包囲することができる。
【００２７】
したがって、レーザ溶接加工時に加工部で発生したスパッターがノズル２５の中心部を通過して集光レンズの方向に放射状に飛散しても、周辺部のスパッターはリング状の整流板３３に遮断され、またリング状の整流板３３の中心をまっすぐ上方に飛散するスパッターは、ほぼ水平方向に流れる空気の流れに遮断され、ノズルホルダー内部空間から外部空間に排出されることになる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、気体噴射ノズルから噴射した気体を整流板でレーザビームの光軸に垂直方向に整流することができると同時に、気体をノズル内部空間からノズル外部空間へ噴出可能にしたので大流量の気体を噴出させてノズル内部空間に侵入したスパッターを、集光レンズに到達する以前にノズル外部空間へ完全に排出することができる。また、ノズル直下の被加工材の加工部周囲をアシストガスの雰囲気で完全に包囲することができるので良好な溶接加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザ溶接ヘッドの関節ロボット形レーザ加工装置での使用例。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面。
【符号の説明】
１ レーザ溶接ヘッド
５ レーザ溶接ヘッド本体
７ 光ファイバー
１１ ノズルホルダー部
１３ 集光レンズ
１５ レンズ筒
１６ 内筒
１９ アダプターリング
２１（ａ，ｂ） ノズルホルダー
２３ 保護ガラス
２５ ノズル
２７ インナーノズル
２９ アウターノズル
３１ アシストガス貯溜室
３３ 整流板
３５ 整流板固定部材
３９ アシストガス供給路
５９ 窓
ＬＢ レーザビーム
Ｗ 被加工材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser welding head of a laser processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
There is JP-A-4-322893 as a prior art related to the present invention. The technology described in this document relates to a laser processing head of a laser processing apparatus which prevents contamination of a condensing lens of a laser processing head by sputtering generated during laser processing. A laser processing head of a laser processing apparatus, which is provided along the optical axis direction of the laser beam, has a plane perpendicular to the optical axis, and has a plurality of ring-shaped shielding plates whose inner diameters become smaller toward the workpiece. It is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional laser processing head, most of the effect of preventing the spatter generated during laser processing from adhering to the condenser lens is due to the plurality of ring-shaped shielding plates provided inside the laser processing head. Therefore, it is difficult to completely block the spatter that passes through the center of the ring-shaped shielding plate.
[0004]
In addition, this conventional laser processing head has an effect of preventing the injection of auxiliary gas (corresponding to the assist gas of the present application) supplied into the laser processing head, but the effect is not so great.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The problem of the present invention is to provide a laser welding head of a laser processing apparatus that can completely prevent spattering and prevent contamination of a condensing lens protection window. Is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above problems, a laser welding head of a laser processing apparatus according to claim 1 is a laser welding head of a laser processing apparatus that focuses a laser beam and processes a workpiece. A nozzle holder is vertically suspended on the light condensing side of the condensing lens provided, an inner nozzle through which a laser beam condensed by the condensing lens can pass at a lower end portion of the nozzle holder, and the outer side of the inner nozzle A double nozzle comprising an outer nozzle through which the condensed laser beam can pass and which ejects assist gas is provided, and an assist gas supply path for supplying the assist gas into the outer nozzle of the double nozzle is provided in the nozzle holder. At the same time, the outer nozzle protrudes from the inner nozzle to form an assist gas storage chamber inside the lower end of the outer nozzle. The the nozzle holder interior space between the double nozzle and the condensing lens, the laser beam a plurality of ring shape inner diameter closer to substantially have a plane perpendicular previous SL workpiece decreases the optical axis of the And a gas injection nozzle for jetting gas along the plurality of flow control plates, and the gas injected from the gas injection nozzle is divided by the nozzle holder, the current plate and the current plate fixing member The gist of the invention is that the nozzle holder is provided so that it can pass through the internal space of the nozzle holder and can be discharged to the external space of the nozzle holder through a window communicating with the external space of the nozzle holder.
[0007]
Therefore, according to the laser welding head of the laser processing apparatus of the first aspect, the gas injected from the gas injection nozzle can be rectified in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam by the rectifying plate. Further, since the gas can be discharged from the nozzle holder internal space to the nozzle holder external space, a large flow rate of gas can be ejected. As a result, the spatter that has entered the internal space of the nozzle holder can be discharged to the external space of the nozzle holder before reaching the condenser lens. In addition, since the assist gas storage chamber is formed inside the outer nozzle, the periphery of the processed portion of the workpiece can be reliably surrounded by the atmosphere of the assist gas, so that good welding can be performed .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram in which a laser welding head 1 according to the present invention is mounted on a joint robot type laser processing apparatus. 2 is a II-II cross section of FIG. 1, and FIG. 3 is a III-III cross section of FIG.
[0012]
It should be noted that the main body portion of the joint robot not related to the main part of the present invention is not shown and the description thereof is omitted.
[0013]
Now, referring to FIG. 1, the laser welding head 1 is pivotally supported on the A axis and the B axis at the tip of the arm 3 of a joint robot (not shown). The laser welding head 1 is connected to one side (upper side in FIG. 1) of a laser welding head main body 5 and an emission end of an optical fiber 7 for guiding a laser beam LB from a laser oscillator (not shown). On the other side of the welding head main body 5 (lower side in FIG. 1), a nozzle holder portion 11 having a nozzle 25 described later at the lower end portion is provided.
[0014]
Referring to FIGS. 2 and 3, a lens cylinder 15 having a condensing lens 13 built in the upper portion of the nozzle holder portion 11 is detachably attached to the laser welding head main body 5.
[0015]
The lens tube 15 is provided with an inner tube 16 for adjusting the height position of the condenser lens 13. The inner cylinder 16 is internally threaded with an inner thread, and the condenser lens 13 is fixed to the inner cylinder 16 so as to be sandwiched by two lens rings 17 screwed into the female thread. is there.
[0016]
An adapter ring 19 is detachably attached to the lower surface of the lens tube 15, and protects the condenser lens 13 between the adapter ring 19 and the condenser lens 13, and moves to the space above the condenser lens. A protective glass 23 is provided to prevent intrusion of dust.
[0017]
Two nozzle holders 21 (a, b) extending downward are attached to the lower surface (lower side in FIG. 2) of the adapter ring 19 with bolts (not shown).
The shape of the nozzle holder 21 is a conical conical surface whose outer surface and inner surface are open upward, and its horizontal cross section is a shape excluding the center portion of the fan shape.
[0018]
A nozzle 25 is attached to the lower end of the nozzle holder 21 (a, b). The nozzle 25 is configured as a double nozzle of an inner nozzle 27 through which the condensed laser beam LB passes and an outer nozzle 29 that injects the assist gas, and the outer nozzle 29 protrudes from the inner nozzle 27 to be an outer nozzle. An assist gas storage chamber 31 is formed inside.
[0019]
Four sheets having a plane substantially perpendicular to the optical axis of the laser beam LB in the inner space of the nozzle holder portion 11 between the nozzle 25 and the condenser lens 13 and having an inner diameter that decreases toward the workpiece W The ring-shaped rectifying plate 33 is provided at an interval. The current plate 33 is fixed by the nozzle holder 21 (a, b) and the current plate fixing member 35 (a, b).
[0020]
An annular assist gas outlet 37 is formed between the inner nozzle 27 and the outer nozzle 29 of the nozzle 25, and an assist gas supply path 39 communicating with the assist gas outlet 37 is provided in the nozzle holder 21 (a, b). ). The assist gas supply path 39 further communicates with the adapter ring 19 and the flow paths 41 (a, b) and the flow paths 43 (a, b) provided in the lens cylinder 15. 43 (a, b) is connected to an assist gas (or shield gas) source (not shown) via a conduit 45 (a, b).
[0021]
Accordingly, the assist gas (or shield gas), which has been appropriately adjusted, can be supplied to the assist gas outlet 37 of the nozzle 25 via the flow path 43 (a, b) and the flow path 41 (a, b).
[0022]
As shown in FIG. 3, an air injection nozzle 47 for injecting air along the aforementioned ring-shaped rectifying plate 33 is provided with the rectifying plate fixing member 35b interposed therebetween. The air injection nozzle 47 communicates with the adapter ring 19 and a flow path 49 and a flow path 51 provided in the lens cylinder 15. It is connected via a path 53.
[0023]
Therefore, the air whose pressure is adjusted appropriately can be supplied to the air injection nozzle 47 through the flow path 51 and the flow path 49. It is also possible to use carbon dioxide gas or nitrogen gas which is harmless to humans instead of air.
[0024]
Between the lens cylinder 15 and the inner cylinder 16, an annular water passage 55 is provided through which cooling water for cooling the condenser lens 13 mounted on the inner cylinder 16 circulates. The water passage 55 is connected to a pipe 57 provided in the lens cylinder 15, and the pipe 57 is connected to a cooling water supply source (not shown).
[0025]
In the laser welding head having the above-described configuration, the air jetted from the air jet nozzle 47 flows along the ring-shaped rectifying plate 33, and the nozzle holder 21 (a, b), the rectifying plate 33, and the rectifying plate fixing member. 35b, and is discharged to the outside through a window 59 communicating from the nozzle holder internal space to the external space.
[0026]
Further, since the assist gas supplied to the nozzle 25 is injected from the assist gas storage chamber to a relatively wide area around the processing portion of the workpiece, the processing portion can be reliably surrounded by the atmosphere of the assist gas. .
[0027]
Therefore, even if spatter generated at the processing portion during laser welding processing passes through the center portion of the nozzle 25 and scatters radially in the direction of the condenser lens, the peripheral spatter is blocked by the ring-shaped rectifying plate 33, Further, the spatter that scatters straight above the center of the ring-shaped rectifying plate 33 is blocked by the flow of air flowing in a substantially horizontal direction, and discharged from the nozzle holder internal space to the external space.
[0028]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the gas ejected from the gas ejection nozzle can be rectified in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam by the rectifying plate, and at the same time, the gas is ejected from the nozzle inner space to the nozzle outer space. As a result, the spatter that has entered the nozzle internal space by ejecting a large amount of gas can be completely discharged to the nozzle external space before reaching the condenser lens. In addition, since the periphery of the processing portion of the workpiece directly under the nozzle can be completely surrounded by the assist gas atmosphere, favorable welding processing is possible .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of use of a laser welding head according to the present invention in an articulated robot type laser processing apparatus.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser welding head 5 Laser welding head main body 7 Optical fiber 11 Nozzle holder part 13 Condensing lens 15 Lens cylinder 16 Inner cylinder 19 Adapter ring 21 (a, b) Nozzle holder 23 Protective glass 25 Nozzle 27 Inner nozzle 29 Outer nozzle 31 Assist gas Storage chamber 33 Current plate 35 Current plate fixing member 39 Assist gas supply path 59 Window LB Laser beam W Workpiece

Claims (1)

レーザビームを集光して被加工材を加工するレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッドにおいて、該レーザ溶接ヘッドに備えた集光レンズの集光側にノズルホルダーを垂設し、該ノズルホルダーの下端部に前記集光レンズで集光されたレーザビームが通過可能なインナーノズルと、該インナーノズルの外側に前記集光されたレーザビームが通過可能でかつアシストガスを噴射するアウターノズルからなる２重ノズルを設け、該２重ノズルのアウターノズル内にアシストガスを供給するアシストガス供給路を前記ノズルホルダーに設けると共に、前記アウターノズルを前記インナーノズルより突出させて該アウターノズル下端内部にアシストガス貯留室を形成し、前記２重ノズルと前記集光レンズとの間のノズルホルダー内部空間に、前記レーザビームの光軸にほぼ垂直な平面を有し前記被加工材に近づくほど内径が小さくなる複数のリング状の整流板を設け、該複数の整流板に沿って気体を噴出する気体噴射ノズルを設け、該気体噴射ノズルから噴射された気体を、前記ノズルホルダーと前記整流板および整流板固定部材とで区画された前記ノズルホルダーの内部空間を通過させて、ノズルホルダー外部空間に連通する窓を介して前記ノズルホルダー外部空間へ排出可能に設けたことを特徴とするレーザ加工装置のレーザ溶接ヘッド。In a laser welding head of a laser processing apparatus that condenses a laser beam to process a workpiece, a nozzle holder is suspended from a condensing side of a condensing lens provided in the laser welding head, and a lower end portion of the nozzle holder A double nozzle comprising: an inner nozzle through which the laser beam condensed by the condenser lens can pass; and an outer nozzle through which the condensed laser beam can pass and inject assist gas outside the inner nozzle An assist gas supply passage for supplying an assist gas into the outer nozzle of the double nozzle is provided in the nozzle holder, and the outer nozzle protrudes from the inner nozzle so that an assist gas storage chamber is provided in the lower end of the outer nozzle. forming a, the nozzle holder interior space between the double nozzle and the condensing lens, said Rezabi Provided the optical axis closer enough inner diameter a plurality of ring-shaped rectifier plate is provided to be smaller substantially have a plane perpendicular previous SL workpiece, a gas injection nozzle for injecting a gas along the rectifying plate of said plurality of the gas jetted from the gas injection nozzle, said nozzle holder and passed through the interior space of the nozzle holder which is defined by the said rectifier plate and the rectifying plate fixing member, through a window which communicates with the nozzle holder outer space laser welding head of the laser processing apparatus being characterized in that arranged to be discharged to the nozzle holder external space Te.
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