JP4395217B2 - Composite head for laser welding - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接を行うためのレーザビームを導く複数のファイバーとレーザビームをワークに照射する複数の集光系をヘッド本体の内部に備えたレーザ溶接用複合ヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9を参照するに、従来よりレーザ溶接ヘッド101には光伝送用ファイバー103と集光系105が一対設けられている。このため、パルスレーザPLと連続レーザCLを重畳して材料に照射する溶接アプリケーション107においては、パルスレーザPLと連続レーザCLをレーザ発振器109内あるいは外部で予め一本の光伝送用ファイバー103に入射している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の技術では、パルスレーザPLと連続レーザCLを予め一本の光伝送用ファイバー103に入射させねばならないため、複雑な入射ユニット111を設けなければならず、構造が複雑になると共にコスト面でも問題がある。
【0004】
また、集光系光学部品105がパルスレーザPLと連続レーザCL用で共通に使用されるため、焦点スポット径や溶接線に対する位置を各レーザごとに変更する等のアプリケーションに重要な条件を任意に設定できないという問題がある。
【0005】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、スポット径やスポット位置を任意に設定すると共に正確な溶接を行うことのできるレーザ溶接用複合ヘッドを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器によって発振されたレーザビームを、光ファイバを介してヘッド本体に備えた集光系に導き、レーザビームをワークの溶接点に集光させて溶接を行うレーザ溶接用複合ヘッドであって、レーザ発振器により発振された連続レーザを伝送するための連続レーザ用光ファイバ(3)と、パルスレーザを伝送するためのパルスレーザ用光ファイバ(5)とを前記ヘッド本体(2)に接続して設け、前記連続レーザ用光ファイバ(3)に接続されている連続レーザ用集光系(9)と前記パルスレーザ用光ファイバ(5)に接続されているパルスレーザ用集光系(11)とを前記ヘッド本体(2)内に別個に設けると共に前記連続レーザ用集光系(19)と前記パルスレーザ用集光系(11)のスポット径、スポット位置を任意に設定可能に構成してあることを特徴とするものである。
【0007】
また、前記レーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体(2)の中心に、溶接用のフィラー(13)を前記溶接点(YP)へ供給するためのフィラー供給ノズル(15)を備え、前記ワーク(W)上の前記溶接点(YP)を撮像する撮像手段(27)と前記連続レーザ用集光系(9)及び前記パルスレーザ用集光系(11)は、前記フィラー供給ノズル(15)の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするものである。
【0008】
また、前記レーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体(2)の中心に、溶接用のフィラー(13)を前記溶接点(YP)へ供給するためのフィラー供給ノズル(15)を備えると共に前記ワーク(W)上の前記溶接点(YP)を撮像する撮像手段(27)を備え、複数の前記連続レーザ用集光系(19)を前記ヘッド本体(2)の中心を中心として対称位置に配置して備えると共に前記撮像手段(27)と前記パルスレーザ用集光系(11)とを対称位置に備え、かつ前記複数の連続レーザ用集光系(19)、前記パルスレーザ用集光系(11)及び前記撮像手段(27)は、前記フィラー供給ノズル(15)の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
図1には、この発明に係るレーザ溶接用複合ヘッド1が示されている。このレーザ溶接用複合ヘッド1のヘッド本体2には、図示省略のレーザ発振器により発振された連続レーザを伝送するための連続レーザ用光ファイバ3とパルスレーザを伝送するためのパルスレーザ用光ファイバ5が接続されている。また、溶接時にヘッド本体2へシールドガスGを供給する供給口7が設けられている。
【0018】
ヘッド本体2の内部には、連続レーザ用光ファイバ3に接続されている連続レーザ用集光系9とパルスレーザ用光ファイバ5に接続されているパルスレーザ用集光系11が設けられており、ヘッド本体2の中心にはフィラー13を溶接点YPに供給するためのフィラー供給ノズル15が設けられている。
【0019】
前記連続レーザ用集光系9およびパルスレーザ用集光系11においては、ホルダ17の内部にコリメートレンズ19、21と集光レンズ23、25が各々設けられており、集光レンズ23、25は図示省略の焦点調整機構によりホルダ17に沿って各々独立して上下移動自在となっている。
【0020】
なお、ヘッド本体2の内部には、レーザビームLBとほぼ同軸位置においてワークW上の溶接点YPを撮像する撮像手段の一例であるCCDカメラユニット27(図2参照)が設けられている。
【0021】
従って、連続レーザ用光ファイバ3またはパルスレーザ用光ファイバ5により伝送されてきたレーザビームLBはコリメートレンズ19、21により平行化され、さらに集光レンズ23、25によりワークWの溶接点YPに集光されて、フィラー供給ノズル15により供給されるフィラー13を溶かして溶接を行う。このとき、連続レーザCLとパルスレーザPLは、各々集光レンズ23、25により別個に焦点を調整されて照射される。
【0022】
次に、レーザ溶接用複合ヘッド1のヘッド本体2内部におけるレイアウト例を示す。
【0023】
図2を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド29では、中央にフィラー供給ノズル15を配し、その周囲に120度間隔で連続レーザ用集光系9、パルスレーザ用集光系11、CCDカメラユニット27を配している。
【0024】
また、図3を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド31では、中央にフィラー供給ノズル15を配し、このフィラー供給ノズル15に対して対称位置に一対の連続レーザ用集光系9を配し、両連続レーザ用集光系9、9の間にパルスレーザ用集光系11とCCDカメラユニット27を配している。
【0025】
また、図4を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド33では、中央にフィラー供給ノズル15を配し、このフィラー供給ノズル15の周囲を6等分する位置に連続レーザ用集光系9、パルスレーザ用集光系11およびCCDカメラユニット27を適宜配している。
【0026】
次に、レーザ溶接用複合ヘッド1、29、31、33によるレーザビームLBの照射方法について説明する。
【0027】
図5を参照するに、ワークWの溶接点YP位置に小さな径でパルスレーザPLを照射し、このパルスレーザPLを中心に含んだ大きな径で連続レーザCLを照射する。あるいは、逆に、ワークWの溶接点位置に小さな径で連続レーザCLを照射し、この連続レーザCLを中心に含んだ大きな径でパルスレーザPLを照射するようにすることもできる。
【0028】
また、図6を参照するに、パルスレーザPLと連続レーザCLを同じ径で同じ位置である溶接点YP位置に照射することもできる。
【0029】
あるいは、図7に示されているように、溶接方向に向かってプレヒート用の連続レーザCL1、溶け込み用のパルスレーザPL、アフターヒート用の連続レーザCL2を同径で順に照射するようにしても良い。
【0030】
さらに、図8に示されているように、溶接点YPにパルスレーザPLを照射し、その周囲に連続レーザCLを4個照射することにより、溶接隙間が大きい場合に対応することもできる。
【0031】
以上の結果から、ヘッド本体2の内部に光ファイバー3、5と集光系9、11を対にして独立に組み込むことにより、パルスレーザPLと連続レーザCLを各々任意の位置に任意のスポット径で集光させることができる。これに伴い、複数の独立したレーザ出力を利用することができる。
【0032】
また、フィラー供給ノズル15を中心に設けることにより、フィラー供給溶接において、溶接進行方向の制約ならびに溶接姿勢が緩和されるので、作業性を改善することができる。
【0033】
また、ヘッド本体2にCCDカメラユニット27を設けることにより、溶接点YPをレーザビームLBのほぼ照射位置からの映像としてとらえることができるので、ティーチングや溶接線の確認を極めて正確に行うことができる。
【0034】
なお、この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザパルスと連続レーザがそれぞれ独立してワークに照射されるので、スポット径の大きさを任意に設定することができ、溶接機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るレーザ溶接用複合ヘッドを示す断面図である。
【図2】連続レーザ、パルスレーザ、CCDカメラユニットのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図3】連続レーザ、パルスレーザ、CCDカメラユニットのレイアウトの別の例を示す平面図である。
【図4】連続レーザ、パルスレーザ、CCDカメラユニットのレイアウトのさらに別の例を示す平面図である。
【図5】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションの一例を示す平面図である。
【図6】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションの別の例を示す平面図である。
【図7】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションのさらに別の例を示す平面図である。
【図8】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションのさらに別の例を示す平面図である。
【図9】従来のレーザ加工ヘッドを示す概略図である。
【符号の説明】
1、29、31、33 レーザ溶接用複合ヘッド
2 ヘッド本体
3、5 ファイバー
9、11 集光系
15 フィラー供給ノズル(フィラー供給手段)
27 CCDカメラユニット(撮像手段)
W ワーク
LB レーザビーム
YP 溶接点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite head for laser welding provided with a plurality of fibers for guiding a laser beam for welding and a plurality of condensing systems for irradiating a workpiece with the laser beam inside a head body.
[0002]
[Prior art]
Referring to FIG. 9, a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional technique, since the pulse laser PL and the continuous laser CL have to be incident on one
[0004]
In addition, since the condensing
[0005]
An object of the present invention has been made by paying attention to the conventional techniques as described above, and provides a composite head for laser welding capable of arbitrarily setting a spot diameter and a spot position and performing accurate welding. There is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. The laser beam oscillated by a laser oscillator is guided to a condensing system provided in the head body via an optical fiber, and the laser beam is welded to a workpiece. A laser welding composite head for condensing and welding at a point, a continuous laser optical fiber (3) for transmitting a continuous laser oscillated by a laser oscillator, and a pulse laser for transmitting a pulse laser And an optical fiber for a continuous laser (9) connected to the optical fiber for a continuous laser (3) and the optical fiber for a pulse laser. A condensing system for pulse laser (11) connected to (5) is separately provided in the head main body (2) and the condensing system for continuous laser (19) and the pulse laser are used. Spot diameter of the light system (11), is characterized in that are arbitrarily settable configured spot position.
[0007]
The laser welding composite head further includes a filler supply nozzle (15) for supplying a welding filler (13) to the welding point (YP) at the center of the head body (2), The imaging means (27) for imaging the welding point (YP) on (W), the continuous laser condensing system (9), and the pulse laser condensing system (11) include the filler supply nozzle (15). It is characterized by being arranged at equal intervals around
[0008]
The composite head for laser welding includes a filler supply nozzle (15) for supplying a filler (13) for welding to the welding point (YP) at the center of the head body (2) and the workpiece. (W) provided with imaging means (27) for imaging the welding point (YP), and a plurality of the continuous laser condensing systems (19) are arranged at symmetrical positions with the center of the head body (2) as the center. The imaging means (27) and the pulse laser focusing system (11) are provided at symmetrical positions, and the plurality of continuous laser focusing systems (19) and the pulse laser focusing system ( 11) and the imaging means (27) are arranged at equal intervals around the filler supply nozzle (15), respectively .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a composite head 1 for laser welding according to the present invention. The head
[0018]
Inside the
[0019]
In the continuous
[0020]
In the
[0021]
Accordingly, the laser beam LB transmitted by the continuous laser
[0022]
Next, a layout example in the head
[0023]
Referring to FIG. 2, in this laser welding
[0024]
Further, referring to FIG. 3, in this laser welding
[0025]
Further, referring to FIG. 4, in this laser welding
[0026]
Next, a method of irradiating the laser beam LB by the laser
[0027]
Referring to FIG. 5, a pulse laser PL is irradiated with a small diameter to the welding point YP position of the workpiece W, and a continuous laser CL is irradiated with a large diameter including the pulse laser PL as a center. Or conversely, it is possible to irradiate the welding point position of the workpiece W with the continuous laser CL with a small diameter and irradiate the pulse laser PL with a large diameter including the continuous laser CL as the center.
[0028]
In addition, referring to FIG. 6, the pulse laser PL and the continuous laser CL can be irradiated to the welding point YP position having the same diameter and the same position.
[0029]
Alternatively, as shown in FIG. 7, a continuous laser CL1 for preheating, a pulse laser PL for penetration, and a continuous laser CL2 for afterheating may be sequentially irradiated with the same diameter in the welding direction. .
[0030]
Furthermore, as shown in FIG. 8, it is possible to deal with a case where the welding gap is large by irradiating the welding point YP with the pulse laser PL and irradiating four continuous lasers CL around it.
[0031]
From the above results, the
[0032]
Further, by providing the
[0033]
Further, by providing the
[0034]
The present invention is not limited to the embodiment of the invention described above, and can be implemented in other modes by making appropriate modifications.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, by the present invention lever, since continuous laser and the laser pulse is emitted independently in the work, it is possible to arbitrarily set the size of the spot diameter, to improve the welding function Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a laser welding composite head according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a layout of a continuous laser, a pulse laser, and a CCD camera unit.
FIG. 3 is a plan view showing another example of a layout of a continuous laser, a pulse laser, and a CCD camera unit.
FIG. 4 is a plan view showing still another example of a layout of a continuous laser, a pulse laser, and a CCD camera unit.
FIG. 5 is a plan view showing an example of an irradiation application of a continuous laser and a pulse laser.
FIG. 6 is a plan view showing another example of an irradiation application of a continuous laser and a pulse laser.
FIG. 7 is a plan view showing still another example of irradiation application of a continuous laser and a pulse laser.
FIG. 8 is a plan view showing still another example of irradiation application of a continuous laser and a pulse laser.
FIG. 9 is a schematic view showing a conventional laser processing head.
[Explanation of symbols]
1, 29, 31, 33 Laser welding
27 CCD camera unit (imaging means)
W Work LB Laser beam YP Welding point
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