JP4352920B2 - Laser processing head and laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ溶接に代表されるような各種加工のためのレーザ加工ヘッドとレーザ加工方法の改良に関し、例えばレーザ溶接とイナートガスアーク溶接の一つであるMIG溶接もしくはTIG溶接等とを併用していわゆるハイブリッド溶接を行うにあたり、特に溶接副次物であるスパッタやヒュームのレーザ光学系への付着防止を目的としたレーザ加工ヘッドとレーザ加工方法に関するものである。   The present invention relates to an improvement in a laser processing head and a laser processing method for various processes represented by laser welding, for example, using MIG welding or TIG welding, which is one of laser welding and inert gas arc welding, in combination. More specifically, the present invention relates to a laser processing head and a laser processing method for preventing adhesion of spatter and fumes, which are welding by-products, to a laser optical system.

レーザ溶接のほかレーザ溶接とMIG溶接とを併用するいわゆるハイブリッド溶接では、レーザ光学系と溶接位置との間、多くの場合には最終の集光レンズ(焦点レンズ)の前面側に保護ガラスを設けて、溶接副次物であるスパッタやヒューム(以下、スパッタ等という)の付着によるレーザ光学系の損傷防止対策を施しているのが一般的である。   In so-called hybrid welding in which laser welding and MIG welding are used in addition to laser welding, a protective glass is provided between the laser optical system and the welding position, and in many cases the front side of the final condenser lens (focal lens). In general, measures are taken to prevent damage to the laser optical system due to adhesion of spatter and fumes (hereinafter referred to as spatter) as welding by-products.

しかしながら、集光レンズ等を保護することができたとしても、保護ガラスそのものへのスパッタ等の付着もまた不可避であることから、溶接位置でのレーザ出力の低下による溶接品質の影響や、保護ガラスの交換頻度の増加によるコストアップ、さらには生産性の低下が余儀なくされることになる。特に亜鉛めっき鋼板やアルミニウム系材料の溶接では、スパッタ等の発生量が多いために上記の傾向が一段と顕著となる。   However, even if the condensing lens and the like can be protected, adhesion of spatter and the like to the protective glass itself is also unavoidable. The cost will be increased due to the increase in the frequency of replacement, and the productivity will be reduced. In particular, in the welding of galvanized steel sheets and aluminum-based materials, the above tendency becomes more prominent because of the large amount of spatter generated.

そこで、特許文献1に記載のように、レーザ光学系を保護している保護ガラスと溶接部位との間に、溶接部平面とほぼ平行な空気の流れを積極的に生成していわゆるエアシャッターの機能を具備させたものが提案されている。
特開2000−263276号公報(図1)
Therefore, as described in Patent Document 1, an air flow that is substantially parallel to the plane of the welded portion is actively generated between the protective glass that protects the laser optical system and the welded portion, so-called an air shutter. A device having a function has been proposed.
JP 2000-263276 A (FIG. 1)

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、エアシャッターの特殊性として、全てのスパッタを所定の方向に吹き飛ばすことができず、なおも改善の余地を残している。   However, in the technique described in Patent Document 1, as a special feature of the air shutter, it is impossible to blow off all the sputters in a predetermined direction, and there is still room for improvement.

より詳しくは、特許文献1に記載の技術では、保護ガラスの前面側に配した保護筒のなかにエアシャッターとしての機能を具備させているため、圧縮エアの運動エネルギーが効率良くスパッタ等に作用するものの、エア流れの上流側に飛散したスパッタ等が保護ガラスに付着しやすいほか、エアシャッターの二次的作用によりその下方に負圧が発生し、加工部位周りに供給される不活性ガスの流れが不安定となって、いわゆるシールド効果の不足によりなおも溶接品質への影響が危惧される。   More specifically, in the technique described in Patent Document 1, since the function as an air shutter is provided in the protective cylinder arranged on the front side of the protective glass, the kinetic energy of the compressed air efficiently acts on sputtering and the like. However, spatter scattered on the upstream side of the air flow is likely to adhere to the protective glass, and a negative pressure is generated below it due to the secondary action of the air shutter, and the inert gas supplied around the processing site The flow becomes unstable and there is still concern about the effect on welding quality due to the lack of the so-called shielding effect.

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、いわゆるハイブリッド溶接に代表されるようなレーザ加工において、レーザ光学系を保護している保護ガラスへの溶接副次物であるスパッタ等の付着を一段と抑制しつつ、エアシャッターによる二次的不具合の発生を未然に防止したレーザ加工ヘッドとレーザ加工方法を提供するものである。   The present invention has been made paying attention to such a problem, and in laser processing represented by so-called hybrid welding, spatter that is a welding by-product to protective glass protecting the laser optical system, etc. The present invention provides a laser processing head and a laser processing method that prevent the occurrence of secondary defects due to an air shutter, while further suppressing the adhesion of the toner.

請求項1に記載の発明は、被加工物に対してその上方に配置されたレーザ光学系からレーザ光を照射するとともに、レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間に、被加工物とほぼ平行な空気の流れをもって第1のエアシャッターを形成し、この第1のエアシャッターにより加工副次物の飛散方向を偏向させて、レーザ光学系への加工副次物の付着を抑制しながら加工を行うようにしたレーザ加工ヘッドであることを前提とする。   The invention according to claim 1 irradiates a workpiece with laser light from a laser optical system disposed above the workpiece, and in a space formed by a laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece, A first air shutter is formed with a flow of air substantially parallel to the workpiece, and the scattering direction of the machining by-product is deflected by the first air shutter so that the machining by-product adheres to the laser optical system. It is assumed that the laser processing head is designed to perform processing while suppressing the above.

その上で、被加工物に対してレーザ光の光軸を傾斜させる一方、レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間にレーザ光と干渉しないように被加工物とほぼ平行な保護筒を配置して、その保護筒のなかに第1のエアシャッターを形成するとともに、当該保護筒の側面には空気取り入れ口を開口形成し、さらに、第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成し、これら第1,第2のエアシャッターの相乗効果をもって加工副次物の飛散方向を偏向させるようにしたことを特徴とする。 In addition, the optical axis of the laser beam is tilted with respect to the workpiece, while being substantially parallel to the workpiece so as not to interfere with the laser beam in the space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece. A protective cylinder is arranged to form a first air shutter in the protective cylinder, and an air intake opening is formed in a side surface of the protective cylinder, and further intersecting with the first air shutter. The second air shutter is formed with an air flow directed obliquely downward from above the protective cylinder, and the scattering direction of the machining by-product is deflected by a synergistic effect of the first and second air shutters. It is characterized by that.

この場合、被加工物に対してレーザ光の光軸を傾斜させるには、請求項2に記載のように、加工方向とレーザ光の光軸とが加工進行方向側でなす角度が鋭角となるようにレーザ光学系を傾斜させる一方、同時に第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から加工進行方向に向けて斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成するものとする。   In this case, in order to incline the optical axis of the laser beam with respect to the workpiece, the angle formed by the processing direction and the optical axis of the laser beam on the processing progress direction side is an acute angle as described in claim 2. The laser optical system is tilted as described above, and at the same time, the second air shutter is formed with a flow of air directed obliquely downward from above the protective cylinder toward the processing progress direction while intersecting with the first air shutter. And

また、請求項3に記載のように、保護筒にはレーザ光が通過する光路穴が開口形成されていて、その保護筒の上側の光路穴から保護筒内に第2のエアシャッターによる空気の流れが導入されるようになっているが望ましい。   According to a third aspect of the present invention, an optical path hole through which the laser beam passes is formed in the protective cylinder, and air from the second air shutter is introduced into the protective cylinder from the optical path hole on the upper side of the protective cylinder. It is desirable that a flow be introduced.

また、請求項4に記載のように、レーザ光学系におけるレーザ光照射口に前面には、レーザ光学系を加工副次物の付着から保護する保護ガラスが配置されていることが望ましい。 Further, as described in claim 4, it is desirable that protective glass for protecting the laser optical system from adhesion of processing by-products is disposed on the front surface of the laser beam irradiation port in the laser optical system.

請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の技術をレーザ加工方法として捉えたものであって、被加工物に対してその上方に配置されたレーザ光学系からレーザ光を照射するとともに、レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間に、被加工物とほぼ平行な空気の流れをもって第1のエアシャッターを形成し、この第1のエアシャッターにより加工副次物の飛散方向を偏向させて、レーザ光学系への加工副次物の付着を抑制しながら加工を行うようにしたレーザ加工方法であることを前提としている。 The invention described in claim 6 captures the technique described in claim 1 as a laser processing method, and irradiates a workpiece with a laser beam from a laser optical system disposed above the workpiece. A first air shutter is formed with a flow of air substantially parallel to the workpiece in a space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece, and a processing by-product is formed by the first air shutter. It is premised that the laser processing method is to perform processing while deflecting the scattering direction of the laser beam and suppressing adhesion of processing by-products to the laser optical system.

その上で、加工方向とレーザ光の光軸とが加工進行方向側でなす角度が鋭角となるようにレーザ光学系を傾斜させる一方、レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間にレーザ光と干渉しないように被加工物とほぼ平行な保護筒を配置して、その保護筒のなかに第1のエアシャッターを形成するとともに、当該保護筒の側面には空気取り入れ口を開口形成し、さらに、第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から加工進行方向に向けて斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成し、これら第1,第2のエアシャッターの相乗効果をもって加工副次物の飛散方向を偏向させることを特徴とする。 Then, the laser optical system is tilted so that the angle formed by the processing direction and the optical axis of the laser beam on the processing progress direction side is an acute angle, while the laser light irradiation port of the laser optical system and the workpiece are formed. A protective cylinder that is substantially parallel to the workpiece is arranged in the space so as not to interfere with the laser beam, and a first air shutter is formed in the protective cylinder, and an air intake port is provided on the side of the protective cylinder. An opening is formed, and further, a second air shutter is formed with a flow of air directed obliquely downward from above the protective cylinder toward the processing progress direction while intersecting with the first air shutter. The scattering direction of the processing by-product is deflected with a synergistic effect of the air shutter of No. 2.

なお、請求項1,6にいうレーザ加工には、最も代表的なレーザ溶接のみならず、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して行うハイブリッド溶接をも含むものである。 The laser processing described in claims 1 and 6 includes not only the most typical laser welding but also hybrid welding performed by using both laser welding and arc welding.

したがって、請求項1,6に記載の発明では、レーザ光の光軸と被加工物とが正対している場合と比べて、レーザ光の光軸を傾けた分だけそのレーザ光学系を形成しているレンズや保護ガラスにスパッタ等が付着しにくいものとなる。 Therefore, according to the first and sixth aspects of the present invention, the laser optical system is formed by the amount of inclination of the optical axis of the laser beam as compared with the case where the optical axis of the laser beam and the workpiece are facing each other. Spatter or the like is difficult to adhere to the lens and the protective glass.

しかも、第1のエアシャッターに加えて斜めの第2のエアシャッターを併用したことで、スパッタ等の飛散方向の偏向効果が大きくなって、レーザ光学系の方向を指向するスパッタ等を大幅に減少させることが可能となる。   In addition to the first air shutter, the slanted second air shutter is used in combination, so that the effect of deflecting the scattering direction of spatter and the like is increased, and the spatter and the like directed in the direction of the laser optical system is greatly reduced. It becomes possible to make it.

また、第1のエアシャッターの二次的作用として負圧が発生したとしても、その負圧分のエアは第2のエアシャッターによって補われることから、保護筒内外でのエアの流れが安定化し、シールド用の不活性ガスを併用するべく加工部位周りに不活性ガスを供給する場合でも、従来のようにその不活性ガスによるシールド効果が不足するようなこともなくなる。   Even if a negative pressure is generated as a secondary action of the first air shutter, the air corresponding to the negative pressure is supplemented by the second air shutter, so that the air flow inside and outside the protective cylinder is stabilized. Even when an inert gas is supplied around the processing site so as to use an inert gas for shielding, the shielding effect by the inert gas is not insufficient as in the prior art.

請求項1,6に記載の発明によれば、レーザ光学系の傾斜姿勢の採用とともに第1,2のエアシャッターの併用によって、レーザ光学系あるいはそれを保護している保護ガラスへのスパッタ等の付着が大幅に抑制されて、溶接品質が向上するほか、保護ガラスの交換頻度の低減による工数削減と生産性の向上を図ることができる。 According to the first and sixth aspects of the invention, the laser optical system or the protective glass protecting the laser optical system can be sputtered by using the inclined posture of the laser optical system and using the first and second air shutters together. Adhesion is greatly suppressed, welding quality is improved, and man-hours can be reduced and productivity can be improved by reducing the replacement frequency of the protective glass.

また、第1,2のエアシャッターの併用によって保護筒内外でのエアの流れが安定化するため、従来のような負圧発生による二次的不具合の発生をも未然の防止できるようになる。   In addition, the combined use of the first and second air shutters stabilizes the air flow inside and outside the protective cylinder, so that it is possible to prevent secondary problems from occurring due to negative pressure generation as in the prior art.

図1は本発明のより具体的な実施の形態としてレーザ溶接ヘッドの要部の構造を示している。   FIG. 1 shows the structure of the main part of a laser welding head as a more specific embodiment of the present invention.

図1において、Wは例えばアルミニウム系材料からなる平板状の被溶接物(被加工物)、1はレーザ加工ヘッドとしてのレーザ溶接ヘッド、2はレーザ溶接ヘッド1と近接配置されたイナートガスアーク溶接の一つであるMIG溶接用のトーチである。   In FIG. 1, W is a flat plate-shaped workpiece (workpiece) made of, for example, an aluminum-based material, 1 is a laser welding head as a laser processing head, and 2 is an inert gas arc welding disposed in proximity to the laser welding head 1. This is a torch for MIG welding.

レーザ溶接ヘッド1のハウジング3内には、図示外のレーザ発振器から出力されたYAGレーザ等のレーザ光Lが導入されるようになっているとともに、図示外のコリメーションレンズ等とともにレーザ光学系を形成することになる集光レンズ4が収容配置されていて、集光レンズ4が臨んでいるレーザ光照射口5の前面すなわちレーザ光照射口5よりも被溶接物W側には集光レンズ4を保護するための固定式の保護ガラス6が配置されている。したがって、ハウジング3内に導入されたレーザ光Lは、集光レン4で集光された上で、被加工物W上の加工部位Pに所定のスポット径にて照射される。
Laser light L such as a YAG laser output from a laser oscillator (not shown) is introduced into the housing 3 of the laser welding head 1 and a laser optical system is formed together with a collimation lens (not shown). The condensing lens 4 to be accommodated is accommodated and disposed, and the condensing lens 4 is disposed on the front side of the laser beam irradiation port 5 facing the condensing lens 4, that is, closer to the workpiece W than the laser beam irradiation port 5. A fixed protective glass 6 is provided for protection. Therefore, the laser beam L introduced into the housing 3 is condensed by the condenser lens 4 and then irradiated to the processing portion P on the workpiece W with a predetermined spot diameter.

ここで、図1から明らかなように、レーザ光学系を内蔵しているハウジング3の軸線すなわちレーザ光Lの光軸Bは被溶接物Wに対して垂直ではなく、溶接方向とレーザ光Lの光軸Bとが加工進行方向側でなす角度が鋭角となるように、例えば被溶接物Wに対する垂線Oとレーザ光Lの光軸Bとのなす角度θが10°程度となるようにレーザ光学系を傾斜させてある。   Here, as is apparent from FIG. 1, the axis of the housing 3 containing the laser optical system, that is, the optical axis B of the laser beam L is not perpendicular to the workpiece W, and the welding direction and the laser beam L Laser optics so that the angle θ between the perpendicular line O to the workpiece W and the optical axis B of the laser beam L is about 10 °, for example, so that the angle formed with the optical axis B on the processing progress direction side is an acute angle. The system is tilted.

そして、例えば被溶接物Wを固定側、レーザ溶接ヘッド1およびMIG溶接トーチ2を可動側とした場合に、レーザ溶接ヘッド1とMIG溶接トーチ2を溶接方向に一体的に所定速度で移動させることで被溶接物W上のレーザ光Lの照射部位Bに溶接が施され、同時にそのレーザ溶接部位Bを追いかけるようにしてMIG溶接が施されることになる。なお、同図の符号Sは、溶接の際にその発生と飛散が不可避とされる溶接副次物(加工副次物)たるスパッタ等を示す。   For example, when the workpiece W is a fixed side and the laser welding head 1 and the MIG welding torch 2 are movable, the laser welding head 1 and the MIG welding torch 2 are moved integrally at a predetermined speed in the welding direction. Thus, welding is performed on the irradiated portion B of the laser beam L on the workpiece W, and at the same time, MIG welding is performed so as to follow the laser welded portion B. In addition, the code | symbol S of the figure shows the sputter | spatter etc. which are welding by-products (processing by-products) by which the generation | occurrence | production and scattering are unavoidable in the case of welding.

被溶接物Wとレーザ光照射口5とのなす空間には、図2にも示すように中空角筒状をなす保護筒7が被溶接物Wとほぼ平行となるように配置されている。この保護筒7は、レーザ溶接ヘッド1に対して図1の相対位置関係を保ちながら一体的に移動できるようになっているとともに、レーザ光Lの光軸Bの傾斜度合いに応じ、そのレーザ光Lと干渉せずにそのレーザ光Lの通過を許容するための円形の光路穴8,9が上下に開口形成されている。   In the space formed by the workpiece W and the laser beam irradiation port 5, a protective cylinder 7 having a hollow rectangular tube shape is disposed so as to be substantially parallel to the workpiece W as shown in FIG. The protective cylinder 7 can be moved integrally while maintaining the relative positional relationship of FIG. 1 with respect to the laser welding head 1, and the laser light according to the degree of inclination of the optical axis B of the laser light L. Circular optical path holes 8 and 9 for allowing the passage of the laser light L without interfering with L are formed vertically.

保護筒7内には、水平方向すなわち被溶接物Wとほぼ平行な方向を指向する第1のエアシャッター10が設けられているとともに、保護筒7の上方には斜め下方を指向する第2のエアシャッター11が設けられている。   A first air shutter 10 is provided in the protective cylinder 7 so as to be directed in the horizontal direction, that is, in a direction substantially parallel to the work piece W, and a second air shutter 10 is directed obliquely downward above the protective cylinder 7. An air shutter 11 is provided.

第1のエアシャッター10は、保護筒7と近接配置した偏平状のエアブローノズル12からその保護筒7の底板7Aの内面に沿って層状に圧縮エアを吹き出して、保護筒7の長手方向に沿ってエアの流れ13を生成するもので、この流れ13をもって第1のエアシャッター10としての機能が発揮されるようになっている。   The first air shutter 10 blows out compressed air in layers along the inner surface of the bottom plate 7 </ b> A of the protective cylinder 7 from the flat air blow nozzle 12 arranged close to the protective cylinder 7, and extends along the longitudinal direction of the protective cylinder 7. Thus, the air flow 13 is generated, and the function as the first air shutter 10 is exhibited by this flow 13.

他方、第2のエアシャッター11は、ハウジング3のレーザ光照射口5に近接する位置に斜めに配置したエアブローノズル14から上側の光路穴8に向けて圧縮エアを吹き出して、保護筒7内において第1のエアシャッター10によるエアの流れ13と交差しつつ、上記保護筒7の上流側から溶接進行方向に向けて斜め下方を指向する断面略円形状のエアの流れ15を生成するもので、このエアの流れ15をもって第2のエアシャッター11としての機能が発揮されるようになっている。なお、第2のエアシャッター11のよるエアの流れ15が通過することになる上側の光路穴8では、その開口面積のほぼ全てをエアの流れ15が占有するようにエアブローノズル14のノズル径が予め設定されいている。   On the other hand, the second air shutter 11 blows out compressed air from the air blow nozzle 14 disposed obliquely at a position close to the laser beam irradiation port 5 of the housing 3 toward the upper optical path hole 8. An air flow 15 having a substantially circular cross section that is directed obliquely downward from the upstream side of the protective cylinder 7 toward the welding progress direction while intersecting with the air flow 13 by the first air shutter 10, With this air flow 15, the function as the second air shutter 11 is exhibited. In the upper optical path hole 8 through which the air flow 15 by the second air shutter 11 passes, the nozzle diameter of the air blow nozzle 14 is set so that the air flow 15 occupies almost the entire opening area. It is set in advance.

また、図2から明らかなように、保護筒7における両側の側板7b,7bの上部にはその長手方向に沿って矩形状の空気取り入れ口16が開口形成されていて、後述するように第1のエアシャッター10による負圧吸引作用が生じた場合に、保護筒7の側部から積極的に外気を吸い込むことができるように考慮されている。この空気取り入れ口16の位置は、保護筒7の高さのうち上端から二分の一もしくは三分の一程度の位置に設けることが望ましい。   As is apparent from FIG. 2, a rectangular air intake 16 is formed in the upper part of the side plates 7b, 7b on both sides of the protective cylinder 7 along the longitudinal direction thereof. When the negative pressure suction action by the air shutter 10 occurs, it is considered that outside air can be actively sucked from the side portion of the protective cylinder 7. The position of the air intake 16 is preferably provided at a position that is about one-half or one-third of the height of the protective cylinder 7 from the upper end.

なお、保護筒7のほか第1,2のエアシャッター10,11のエアブローノズル12,14は、レーザ溶接ヘッド1のハウジング3と予め一体化されていても別体であってもよく、要はレーザ溶接ヘッド1とともに溶接方向に同期して移動できる構造となっていればよい。   The air blow nozzles 12 and 14 of the first and second air shutters 10 and 11 in addition to the protective cylinder 7 may be integrated with the housing 3 of the laser welding head 1 or separate from each other. It is sufficient that the laser welding head 1 and the laser welding head 1 can move in synchronization with the welding direction.

このように構成されたレーザ溶接ヘッド1によれば、被溶接物Wに対してレーザ溶接ヘッド1とMIGトーチ2とを一体的に移動させ、レーザ溶接ヘッド1から溶接部位Pに向けてレーザ光Lを照射する一方で、溶極として機能することになる図示外の溶接ワイヤをMIG溶接トーチ2の先端から繰り出して、その溶接ワイヤと被溶接物Wとの間にアークを発生させて、レーザ光照射部位を追いかけるようにしてそのレーザ溶接とMIG溶接とを併用して従来と同様にいわゆるハイブリッド溶接を行う。   According to the laser welding head 1 configured as described above, the laser welding head 1 and the MIG torch 2 are integrally moved with respect to the workpiece W, and laser light is directed from the laser welding head 1 toward the welding site P. While irradiating L, a welding wire (not shown) that functions as a melting electrode is fed out from the tip of the MIG welding torch 2 and an arc is generated between the welding wire and the work W to be welded. The laser welding and MIG welding are used in combination so as to follow the light irradiation site, and so-called hybrid welding is performed as in the conventional case.

同時に、溶接動作と並行して、それぞれのエアブローノズル12,14から圧縮空気を噴射させて、第1,2のエアシャッター10,11としての機能を発揮させる。   At the same time, in parallel with the welding operation, compressed air is jetted from the air blow nozzles 12 and 14 so that the functions as the first and second air shutters 10 and 11 are exhibited.

溶接動作の進行に伴って溶接部位PからはスパッタS等が飛散し、レーザ光Lの光路から外れた一部のスパッタS等は保護筒7に付着して除かれる一方、レーザ光Lの光路方向を指向しつつ飛散したスパッタSすなわち下側の光路穴9を通過して保護筒7内に入ったスパッタS等は第1のエアシャッター10のエアの流れ13によって偏向されて下流方向に吹き飛ばされるものの、一部のものは第1のエアシャッター10を突き抜けてさらに上方まで飛散する。第1のエアシャッター10を突き抜けたスパッタS等には、その上方で第2のエアシャッター11の流れ15が斜め下向きに作用してその飛散方向が偏向され、上記と同様に保護筒7内をその下流側に吹き飛ばされることになる。   As the welding operation proceeds, spatter S or the like scatters from the welded part P, and a part of the spatter S or the like deviating from the optical path of the laser beam L adheres to the protective cylinder 7 and is removed. Spatter S scattered in the direction, that is, spatter S entering the protective cylinder 7 through the lower optical path hole 9 is deflected by the air flow 13 of the first air shutter 10 and blown in the downstream direction. However, some of them pass through the first air shutter 10 and scatter further upward. On the sputter S and the like that penetrates the first air shutter 10, the flow 15 of the second air shutter 11 acts obliquely downward above it to deflect the scattering direction. It will be blown away downstream.

こうして、第1,2のエアシャッター10,11を併用していることにより、多くのスパッタS等が保護筒7内をその下流方向に吹き飛ばされることになるものの、一部のスパッタS等は第1,2のエアシャッター10,11を突き抜けて保護ガラス6にまで及ぶことになる。そして、一部のスパッタS等は保護ガラス6にて跳ね返って落下し、残るごく一部のスパッタS等が保護ガラス6に付着することになる。   Thus, although the first and second air shutters 10 and 11 are used in combination, a large amount of spatter S or the like is blown away in the protective cylinder 7 in the downstream direction. Through the air shutters 10 and 11 of 1 and 2, the protective glass 6 is reached. Then, a part of the spatter S or the like rebounds and falls on the protective glass 6, and a very small part of the sputter S or the like that remains adheres to the protective glass 6.

一方、保護筒7の内外では、第1,2のエアシャッター10,11の複合作用のために第1のエアシャッター10の流れと同方向を指向する流場17が生成される。この流場17は保護筒7の内部に負圧を発生させ、保護筒7における上側の光路穴8からの第2のエアシャッター11のエアの流れ15の導入を一段と促進させ、同時に保護筒7の両側部の空気取り入れ口16からの空気の取り込みを促進することになる。これにより、流場17の影響でできた負圧分を、上側の光路穴8および空気取り入れ口16からの空気の導入で補うことが可能となる。その結果として、保護筒7の内外での圧力がバランスされて、特に保護筒7における下側の光路穴9からの空気の流入を抑制することができる。これは、溶接部位Pの周囲に向けて不活性ガスを供給しながら溶接を行う場合に、その不活性ガスの流れを乱すことがないことを意味し、不活性ガスの併用による十分なシールド効果が発揮され、溶接品質の向上に寄与できることになる。   On the other hand, a flow field 17 directed in the same direction as the flow of the first air shutter 10 is generated due to the combined action of the first and second air shutters 10 and 11 inside and outside the protective cylinder 7. This flow field 17 generates a negative pressure inside the protective cylinder 7 and further promotes the introduction of the air flow 15 of the second air shutter 11 from the upper optical path hole 8 in the protective cylinder 7. This facilitates the intake of air from the air intakes 16 on both sides. Thereby, the negative pressure generated by the influence of the flow field 17 can be supplemented by the introduction of air from the upper optical path hole 8 and the air intake port 16. As a result, the pressure inside and outside the protective cylinder 7 is balanced, and inflow of air from the lower optical path hole 9 in the protective cylinder 7 can be suppressed. This means that the flow of the inert gas is not disturbed when welding is performed while supplying the inert gas toward the periphery of the weld site P, and a sufficient shielding effect is obtained by the combined use of the inert gas. This will contribute to the improvement of welding quality.

このように本実施の形態によれば、レーザ溶接ヘッド1そのものが傾斜していることとも相俟って、レーザ光学系を保護している保護ガラス6へのスパッタS等の付着を最小限に抑えることができ、溶接品質の向上と併せて保護ガラス&の交換頻度の低下と生産性の向上に寄与できる。   As described above, according to the present embodiment, in combination with the inclination of the laser welding head 1 itself, the adhesion of the sputter S or the like to the protective glass 6 protecting the laser optical system is minimized. In addition to improving the welding quality, it is possible to contribute to a reduction in the replacement frequency of the protective glass & an improvement in productivity.

図3,4は本発明の第2,3の実施の形態として保護筒7の変形例を示す図である。   3 and 4 are views showing modifications of the protective cylinder 7 as the second and third embodiments of the present invention.

図3に示す第2の実施の形態では、保護筒7の両側の側板7b,7bに形成されることになる空気取り入れ口26を、保護筒7の入口側に近い位置に設定したものである。   In the second embodiment shown in FIG. 3, the air intake ports 26 to be formed on the side plates 7 b and 7 b on both sides of the protective cylinder 7 are set at positions close to the inlet side of the protective cylinder 7. .

この第2の実施の形態では、保護筒7の入口側での空気の取り込みを一段と促進して、下側の光路穴9からの空気の流入をより一層抑制できる利点がある。   In the second embodiment, there is an advantage that the intake of air on the inlet side of the protective cylinder 7 is further promoted and the inflow of air from the lower optical path hole 9 can be further suppressed.

また、図4に示す第2の実施の形態では、保護筒7の両側の側板7b,7bに形成されることになる空気取り入れ口36を、図2に示したものと図3に示したものとを合成した形状に設定したもので、上記第2の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。   Further, in the second embodiment shown in FIG. 4, the air intake ports 36 to be formed in the side plates 7b, 7b on both sides of the protective cylinder 7 are those shown in FIG. 2 and those shown in FIG. Thus, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.

本発明のより具体的な実施の形態としてレーザ溶接ヘッドに適用した場合の要部断面説明図。The principal part cross-section explanatory drawing at the time of applying to a laser welding head as more concrete embodiment of this invention. 図1における保護筒の詳細を示す斜視図。The perspective view which shows the detail of the protection cylinder in FIG. 本発明の第2の実施の形態として、図1に示す保護筒の変形例を示す斜視図。The perspective view which shows the modification of the protection cylinder shown in FIG. 1 as the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態として、図1に示す保護筒の別の変形例を示す斜視図。The perspective view which shows another modification of the protection cylinder shown in FIG. 1 as the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ溶接ヘッド(レーザ加工ヘッド)
2…MIG溶接トーチ(アーク溶接用の溶接トーチ)
3…ハウジング
4…集光レンズ(レーザ光学系)
5…レーザ光照射口
6…保護ガラス
7…保護筒
8,9…光路穴
10…第1のエアシャッター
11…第2のエアシャッター
12,14…エアブローノズル
13,15…エアの流れ
16…空気取り入れ口
L…レーザ光
P…溶接部位(加工部位)
S…スパッタ(溶接副次物もしくは加工副次物)
W…被溶接物(被加工物)
1. Laser welding head (laser machining head)
2 ... MIG welding torch (welding torch for arc welding)
3 ... Housing 4 ... Condensing lens (laser optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Laser beam irradiation opening 6 ... Protection glass 7 ... Protection cylinder 8, 9 ... Optical path hole 10 ... 1st air shutter 11 ... 2nd air shutter 12, 14 ... Air blow nozzle 13, 15 ... Air flow 16 ... Air Inlet L ... Laser beam P ... Welding part (processing part)
S: Spatter (welding by-product or processing by-product)
W ... Workpiece (workpiece)

Claims (7)

被加工物に対してその上方に配置されたレーザ光学系からレーザ光を照射するとともに、
レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間に、被加工物とほぼ平行な空気の流れをもって第1のエアシャッターを形成し、
この第1のエアシャッターにより加工副次物の飛散方向を偏向させて、レーザ光学系への加工副次物の付着を抑制しながら加工を行うようにしたレーザ加工ヘッドであって、
被加工物に対してレーザ光の光軸を傾斜させる一方、
レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間にレーザ光と干渉しないように被加工物とほぼ平行な保護筒を配置して、その保護筒のなかに第1のエアシャッターを形成するとともに、当該保護筒の側面には空気取り入れ口を開口形成し、
さらに、第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成し、
これら第1,第2のエアシャッターの相乗効果をもって加工副次物の飛散方向を偏向させるようにしたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
While irradiating a laser beam from a laser optical system disposed above the workpiece,
A first air shutter is formed in the space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece with an air flow substantially parallel to the workpiece,
A laser processing head that performs processing while deflecting the scattering direction of processing by-products by the first air shutter and suppressing adhesion of processing by-products to the laser optical system,
While tilting the optical axis of the laser beam with respect to the workpiece,
A protective cylinder that is substantially parallel to the workpiece is arranged in the space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece so as not to interfere with the laser beam, and the first air shutter is placed in the protective cylinder. And forming an air intake opening on the side of the protective cylinder,
Furthermore, a second air shutter is formed with a flow of air directed obliquely downward from above the protective cylinder while intersecting with the first air shutter,
A laser processing head characterized in that the scattering direction of processing by-products is deflected by a synergistic effect of the first and second air shutters.
被加工物に対してレーザ光の光軸を傾斜させるべく、加工方向とレーザ光の光軸とが加工進行方向側でなす角度が鋭角となるようにレーザ光学系を傾斜させる一方、
第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から加工進行方向に向けて斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成したことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工ヘッド。
In order to incline the optical axis of the laser beam with respect to the workpiece, the laser optical system is inclined so that the angle formed by the processing direction and the optical axis of the laser beam is an acute angle,
2. The laser according to claim 1, wherein the second air shutter is formed with a flow of air that is directed obliquely downward from above the protective cylinder toward the processing progress direction while intersecting with the first air shutter. Processing head.
保護筒にはレーザ光が通過する光路穴が開口形成されているとともに、
その保護筒の上側の光路穴から保護筒内に第2のエアシャッターによる空気の流れが導入されるようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ加工ヘッド。
An optical path hole through which the laser beam passes is formed in the protective cylinder,
3. The laser processing head according to claim 1, wherein a flow of air by the second air shutter is introduced into the protective cylinder from an optical path hole on the upper side of the protective cylinder.
レーザ光学系におけるレーザ光照射口に前面には、レーザ光学系を加工副次物の付着から保護する保護ガラスが配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工ヘッド。 The laser according to any one of claims 1 to 3, wherein a protective glass for protecting the laser optical system from adhesion of processing by-products is disposed on the front surface of the laser light irradiation port in the laser optical system. Processing head. 上記被加工物に対する加工が、
レーザ加工ヘッドをこれと近接配置したアーク溶接用の溶接トーチとともに被加工物に対し相対移動させながら、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して溶接を行うハイブリッド溶接であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工ヘッド。
Processing for the workpiece is
The laser welding head is a hybrid welding in which welding is performed by using laser welding and arc welding together while moving the laser machining head relative to the workpiece together with a welding torch for arc welding arranged close thereto. The laser processing head according to any one of 1 to 4.
被加工物に対してその上方に配置されたレーザ光学系からレーザ光を照射するとともに、While irradiating a laser beam from a laser optical system disposed above the workpiece,
レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間に、被加工物とほぼ平行な空気の流れをもって第1のエアシャッターを形成し、A first air shutter is formed in the space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece with an air flow substantially parallel to the workpiece,
この第1のエアシャッターにより加工副次物の飛散方向を偏向させて、レーザ光学系への加工副次物の付着を抑制しながら加工を行うようにしたレーザ加工方法であって、A laser processing method that performs processing while deflecting the scattering direction of processing by-products by the first air shutter and suppressing adhesion of processing by-products to the laser optical system,
加工方向とレーザ光の光軸とが加工進行方向側でなす角度が鋭角となるようにレーザ光学系を傾斜させる一方、While tilting the laser optical system so that the angle formed by the processing direction and the optical axis of the laser beam on the processing progress direction side is an acute angle,
レーザ光学系のレーザ光照射口と被加工物とのなす空間にレーザ光と干渉しないように被加工物とほぼ平行な保護筒を配置して、その保護筒のなかに第1のエアシャッターを形成するとともに、当該保護筒の側面には空気取り入れ口を開口形成し、A protective cylinder that is substantially parallel to the workpiece is arranged in the space formed by the laser beam irradiation port of the laser optical system and the workpiece so as not to interfere with the laser beam, and the first air shutter is placed in the protective cylinder. And forming an air intake opening on the side of the protective cylinder,
さらに、第1のエアシャッターと交差しつつ上記保護筒の上方から加工進行方向に向けて斜め下方を指向する空気の流れをもって第2のエアシャッターを形成し、Further, a second air shutter is formed with a flow of air directed obliquely downward from above the protective cylinder toward the processing progress direction while intersecting with the first air shutter,
これら第1,第2のエアシャッターの相乗効果をもって加工副次物の飛散方向を偏向させることを特徴とするレーザ加工方法。A laser processing method characterized by deflecting the scattering direction of processing by-products with a synergistic effect of the first and second air shutters.
被加工物に対する加工が、レーザ溶接とアーク溶接とを併用して行うハイブリッド溶接であることを特徴とする請求項6に記載のレーザ加工方法。 Laser processing method according to claim 6 which process against the workpiece, characterized in that it is a hybrid welding performed using both the laser welding and arc welding.
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