JP4988160B2 - レーザ溶接装置、レーザ溶接システム、およびレーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
この(1)式からわかるように、第1のレンズ31に入射されたレーザの光束幅Dが同じ場合、焦点距離fを変えると合焦点におけるスポット径dは変化してしまう。しかし、焦点距離fを変えると共に、光束幅Dも変更すれば、合焦点におけるスポット径dは焦点距離に依存することなく自由に変えられることになる。すなわち、凸レンズは入ってくるレーザの光束幅Dを変えると、それに応じて合焦点におけるスポット径が変化する。
2…アーム、
3…レーザ加工ヘッド、
5…レーザ発振器、
6…光ファイバーケーブル、
11…反射鏡、
12…レンズ郡、
31…第1のレンズ、
32…第2のレンズ、
33…第3のレンズ、
35…鏡筒、
36…突起、
41〜43…溝、
45…モータ、
46…ローラ46、
51…レーザコントローラ、
52…ロボット制御装置、
53…加工ヘッド制御装置。
Claims (15)
- レーザ発信器から光ファイバによって導かれたレーザを合焦点に合焦させると共に、焦点距離を変えても前記合焦点におけるスポット径の変化が5%未満となるように調整するために、レーザを収束させて前記合焦点に合焦させる第1のレンズ、前記第1のレンズに入射するレーザを拡散させる第2のレンズ、および前記光ファイバによって導かれたレーザの拡散を防止して前記第2のレンズへ導く第3のレンズを有する光学手段と、
前記焦点距離を変えても合焦点におけるスポット径の変化が5%未満となるようにするために、焦点距離を長くするときには前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔、および前記第2のレンズと前記第3のレンズの間隔をそれぞれ開き、かつ、前記第3のレンズの位置を前記光ファイバのレーザ放射点から離すように前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更して、第1のレンズに入射されるレーザの拡散角度および光束幅を変更し、焦点距離を短くするときには前記焦点距離を長くするときとは逆に前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更する前記レンズ位置変更手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置。 - 前記レンズ位置変更手段は、前記第1〜第3のレンズを支持する鏡筒を有し、前記鏡筒の内壁には前記第1〜第3のレンズのそれぞれに設けられている突起とそれぞれ係合する螺旋状の溝が刻まれており、前記鏡筒が回転することで前記第1〜第3のレンズが前記鏡筒内を前後して、前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更するものであることを特徴とする請求項1記載のレーザ溶接装置。
- 前記第1のレンズから前記合焦点までの間に設けられ、レーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接装置。
- ロボットと、
レーザ発信器から光ファイバによって導かれたレーザを合焦点に合焦させると共に、焦点距離を変えても合焦点におけるスポット径の変化が5%未満となるように調整するための光学手段、およびレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段を有して、前記ロボットに取り付けられているレーザ溶接装置と、
前記レーザ溶接装置が所定方向に所定速度で移動するように前記ロボットの姿勢を制御し、かつ、第1の溶接点の溶接中は当該第1の溶接点方向に前記レーザが射出されるように前記レーザ溶接装置内の前記レーザ射出手段を制御すると共に、前記焦点距離を変化させつつ合焦点である溶接点におけるスポット径の変化が常に5%未満となるように前記光学手段を制御し、前記第1の溶接点の溶接終了後は第2の溶接点方向に前記レーザが射出されるように前記レーザ射出手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記光学手段は、
レーザを収束させて前記合焦点に合焦させる第1のレンズと、
前記第1のレンズに入射するレーザを拡散させる第2のレンズと、
前記光ファイバによって導かれたレーザの拡散を防止して前記第2のレンズへ導く第3のレンズと、を有し、
前記レーザ射出手段は前記第1のレンズから前記合焦点までの間に設けられており、
前記制御手段は、前記光学手段を制御する際に、焦点距離を長くするときには前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔、および前記第2のレンズと前記第3のレンズの間隔をそれぞれ開き、かつ、前記第3のレンズの位置を前記光ファイバのレーザ放射点から離すように前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更して、第1のレンズに入射されるレーザの拡散角度および光束幅を変更し、焦点距離を短くするときには前記焦点距離を長くするときとは逆に前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更することを特徴とするレーザ溶接システム。 - 前記第1〜第3のレンズは鏡筒によって支持され、前記鏡筒の内壁には前記第1〜第3のレンズのそれぞれに設けられている突起とそれぞれ係合する螺旋状の溝が刻まれており、前記鏡筒が回転することで前記第1〜第3のレンズが前記鏡筒内を前後するものであり、
前記制御手段は、前記鏡筒を回転させることで前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更することを特徴とする請求項4記載のレーザ溶接システム。 - 前記所定速度は、少なくとも一つの溶接点の溶接中は一定速度であることを特徴とする請求項4または5記載のレーザ溶接システム。
- 前記所定速度は、一つの溶接点を溶接する溶接速度よりも速いことを特徴とする請求項4〜6のいずれか一つに記載のレーザ溶接システム。
- 前記所定方向は、第1の溶接点から第2の溶接点へ向かう方向であることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一つに記載のレーザ溶接システム。
- 前記制御手段は、前記レーザ溶接手段の位置が、前記所定方向に向かって溶接開始時には溶接を開始する溶接点より前にあり、溶接終了時には溶接を終了した溶接点より先にあるように移動させることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一つに記載のレーザ溶接システム。
- レーザ発信器から光ファイバによって導かれたレーザを、焦点距離を変えても合焦点におけるスポット径の変化が5%未満となるように調整するために、レーザを収束させて前記合焦点に合焦させる第1のレンズ、前記第1のレンズに入射するレーザを拡散させる第2のレンズ、および前記光ファイバによって導かれたレーザの拡散を防止して前記第2のレンズへ導く第3のレンズを有する光学手段と、前記第1のレンズから前記合焦点までの間に設けられていてレーザの射出方向を変更自在なレーザ射出手段とを有するレーザ溶接装置がロボットに取り付けられていて、
前記レーザ溶接装置が所定方向に所定速度で移動するように前記ロボットの姿勢を制御し、かつ、第1の溶接点の溶接中は当該第1の溶接点方向に前記レーザが射出されるように前記レーザ射出手段を制御すると共に、前記焦点距離を変化させつつ合焦点である溶接点におけるスポット径の変化が常に5%未満となるようにするために、焦点距離を長くするときには前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔、および前記第2のレンズと前記第3のレンズの間隔をそれぞれ開き、かつ、前記第3のレンズの位置を前記光ファイバのレーザ放射点から離すように前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更し、焦点距離を短くするときには前記焦点距離を長くするときとは逆に前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更するように前記光学手段を制御し、前記第1の溶接点の溶接終了後は第2の溶接点方向に前記レーザが射出されるように制御することを特徴とするレーザ溶接方法。 - 前記第1〜第3のレンズは鏡筒によって支持され、前記鏡筒の内壁には前記第1〜第3のレンズのそれぞれに設けられている突起とそれぞれ係合する螺旋状の溝が刻まれており、前記鏡筒が回転することで前記第1〜第3のレンズが前記鏡筒内を前後するものであり、
前記鏡筒を回転させることで前記第1〜第3のレンズの相互間の距離を変更することを特徴とする請求項10記載のレーザ溶接方法。 - 前記所定速度は、少なくとも一つの溶接点の溶接中は一定速度であることを特徴とする請求項10または11記載のレーザ溶接方法。
- 前記所定速度は、一つの溶接点を溶接する溶接速度よりも速いことを特徴とする請求項10〜12のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
- 前記所定方向は、第1の溶接点から第2の溶接点へ向かう方向であることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
- 前記レーザ溶接装置の位置は、前記所定方向に向かって溶接開始時には溶接を開始する溶接点より前にあり、溶接終了時には溶接を終了した溶接点より先にあるように移動させることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一つに記載のレーザ溶接方法。
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