JP6150612B2 - Optical fiber transmission type laser processing apparatus, laser emitting unit, and optical fiber attaching / detaching method - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物にレーザ光を集光照射してレーザ加工を行う技術に係り、特に光ファイバ伝送方式のレーザ加工装置およびレーザ出射ユニットならびにレーザ出射ユニットにおいて光ファイバを脱着する方法に関する。 The present invention relates to a technique for performing laser processing by condensing and irradiating a workpiece with laser light, and more particularly to an optical fiber transmission type laser processing apparatus, a laser emission unit, and a method for attaching and detaching an optical fiber in a laser emission unit.
レーザ加工装置は、基本構成として、加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振器と、加工用レーザ光を被加工物に向けて集光照射するレーザ出射ユニットと、レーザ発振器からレーザ出射ユニットまでレーザ光を伝送するためのレーザ伝送光学系とを有する。レーザ伝送光学系に光ファイバを使用する光ファイバ伝送方式は、レーザ発振器とレーザ出射ユニットとをそれぞれ任意の場所に設置または配置できるので、レーザ加工の多種多様な生産ラインや用途にフレキシブルに適応できるという利点がある。 A laser processing apparatus basically includes a laser oscillator that oscillates and outputs a processing laser beam, a laser emitting unit that focuses and radiates the processing laser beam toward a workpiece, and a laser from the laser oscillator to the laser emitting unit. A laser transmission optical system for transmitting light. An optical fiber transmission system using an optical fiber in a laser transmission optical system can be flexibly adapted to various production lines and applications of laser processing because a laser oscillator and a laser emitting unit can be installed or arranged at arbitrary locations, respectively. There is an advantage.
光ファイバ伝送方式に用いられるレーザ出射ユニットは、そのユニット本体の上面または側面に光ファイバの終端部を着脱可能に装着するための光ファイバコネクタを取り付けるとともに、ユニット本体の内部にはレーザ光を被加工物の加工点に集光させるための集光レンズのほか、光ファイバの終端面から出たレーザ光を平行光にコリメートするためのコリメートレンズを備えている。 A laser emitting unit used in an optical fiber transmission system is provided with an optical fiber connector for detachably attaching an optical fiber terminal end to the upper surface or side surface of the unit main body, and a laser beam is received inside the unit main body. In addition to a condensing lens for condensing light at a processing point of a workpiece, a collimating lens for collimating laser light emitted from the end face of the optical fiber into parallel light is provided.
通常、レーザ出射ユニットのユニット本体は、レーザ光の入口と出口が閉じられ、密閉構造になっている。すなわち、光ファイバコネクタは光ファイバの終端部またはこれを保持するプラグと隙間を作らずに結合(嵌合)する。また、ユニット本体のレーザ出射口には保護ガラスが取り付けられている。このため、外から塵や埃が光ファイバコネクタまたはレーザ出射口を通ってユニット本体の中に入ってくるようなことはない。 Usually, the unit main body of the laser emission unit has a sealed structure in which the entrance and exit of the laser beam are closed. In other words, the optical fiber connector is coupled (fitted) to the end portion of the optical fiber or the plug holding the optical fiber without creating a gap. A protective glass is attached to the laser emission port of the unit body. For this reason, dust or dust does not enter the unit body from the outside through the optical fiber connector or the laser emission port.
光ファイバ伝送方式においては、上記のように、伝送用の光ファイバがレーザ出射ユニットの光ファイバコネクタに装着されている間は、外から塵や埃がユニット本体の中に入ってくることはない。しかしながら、たとえば、工場内でレーザ出射ユニットの設置場所を大きく変更する場合、あるいは光ファイバの交換やメンテナンスを行う場合に、光ファイバを当該レーザ出射ユニットの光ファイバコネクタからいったん取り外すことがある。この時、開放状態または開口状態になる光ファイバコネクタのファイバ差し込み口またはプラグ差し込み口を通って外から塵や埃がユニット本体の中に入り込み、光ファイバコネクタの近くに配置されているコリメートレンズに付着することがある。コリメートレンズに塵や埃が付着すると、レーザ出力の低下を招くだけでなく、コリメートレンズが焼ける原因にもなり、光ファイバ伝送方式を採る従来のレーザ加工装置ないしレーザ出射ユニットにおいてはこのことがメンテナンス性、生産性および信頼性の面で問題となっている。 In the optical fiber transmission system, as described above, while the transmission optical fiber is attached to the optical fiber connector of the laser emission unit, dust or dust does not enter the unit body from the outside. . However, for example, when the installation location of the laser emission unit is greatly changed in the factory, or when optical fiber replacement or maintenance is performed, the optical fiber may be temporarily removed from the optical fiber connector of the laser emission unit. At this time, dust or dirt enters the unit body from the outside through the fiber insertion port or plug insertion port of the optical fiber connector that is open or open, and enters the collimating lens located near the optical fiber connector. May adhere. If dust or dirt adheres to the collimating lens, it not only causes a decrease in laser output, but also causes the collimating lens to burn. This is a maintenance problem in conventional laser processing equipment or laser emitting units that employ an optical fiber transmission system. In terms of productivity, productivity and reliability.
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光ファイバ伝送方式において光ファイバの終端面より出るレーザ光を平行光線にコリメートするためのコリメートレンズに塵や埃が付着するのを防止して、メンテナンス性、生産性および信頼性を向上させるレーザ加工装置、レーザ出射ユニットおよび光ファイバ脱着方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and in an optical fiber transmission system, dust or dirt is applied to a collimating lens for collimating laser light emitted from an end surface of an optical fiber into parallel rays. The present invention provides a laser processing apparatus, a laser emission unit, and an optical fiber attaching / detaching method that prevent adhesion of the toner and improve maintainability, productivity, and reliability.
本発明におけるレーザ出射ユニットは、レーザ発振部より発振出力されたレーザ加工用のレーザ光を光ファイバを介して受け取り、被加工物に向けて前記レーザ光を照射するレーザ出射ユニットであって、前記レーザ光を出射するためのレーザ出射口と、前記光ファイバを着脱可能に装着するための光ファイバコネクタとを有するユニット本体と、前記光ファイバの終端面から出た前記レーザ光を平行光線にコリメートするために、前記光ファイバコネクタに装着されている前記光ファイバの終端面と密閉可能な光路空間を介して向かい合うように前記ユニット本体の中に設けられるコリメートレンズと、平行光線にコリメートされた前記レーザ光を前記被加工物上の加工点に集光させるために、前記レーザ出射口と向かい合って前記ユニット本体の中に設けられる集光レンズと、前記コリメートレンズの光軸と交差する方向で前記光路空間にシールドガスを噴射するために、前記光ファイバコネクタと前記コリメートレンズとの間で前記ユニット本体の壁部または内部に設けられる噴射口と、前記噴射口より前記光路空間に噴射された前記シールドガスを前記噴射口と対向する位置で前記ユニット本体の外へ排出するために、前記光ファイバコネクタと前記コリメートレンズとの間で前記ユニット本体の壁部に設けられる開閉可能な排気口とを有する。 The laser emission unit according to the present invention is a laser emission unit that receives laser light for laser processing output from a laser oscillation unit via an optical fiber, and irradiates the laser light toward a workpiece. A unit main body having a laser emission port for emitting laser light, an optical fiber connector for detachably mounting the optical fiber, and collimating the laser light emitted from the end face of the optical fiber into parallel rays In order to do so, a collimating lens provided in the unit main body so as to face the end face of the optical fiber attached to the optical fiber connector via a sealable optical path space, and the collimated collimated to parallel light In order to focus the laser beam on the processing point on the workpiece, the unit faces the laser emission port. In order to inject a shielding gas into the optical path space in a direction intersecting the optical axis of the condensing lens provided in the main body and the collimating lens, the unit main body is disposed between the optical fiber connector and the collimating lens. A jet port provided in the wall or inside, and the optical fiber connector for discharging the shield gas jetted from the jet port into the optical path space to the outside of the unit body at a position facing the jet port. An openable and closable exhaust port provided in a wall portion of the unit main body with the collimating lens.
本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ出射ユニットと、レーザ加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部より発振出力された前記レーザ光を前記レーザ出射ユニットまで伝送するための光ファイバと、前記レーザ出射ユニットにシールドガスを供給するシールドガス供給部とを有する。 The laser processing apparatus of the present invention transmits the laser beam oscillated and output from the laser oscillating unit to the laser radiating unit, a laser oscillating unit that oscillates and outputs laser light for laser processing, and the laser oscillating unit. And a shield gas supply unit for supplying a shield gas to the laser emitting unit.
本発明の光ファイバ脱着方法は、上記レーザ出射ユニットにおいて光ファイバの脱着を行うための光ファイバ脱着方法であって、前記光ファイバコネクタに前記光ファイバが装着され、かつ前記排気口が閉じられている状態の下で、前記シールドガスを送出するシールドガス供給部を前記噴射口に接続して、前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴出を開始する工程と、前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴出を開始した後に、前記排気口を開ける工程と、前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴出と前記排気口から前記ユニット本体の外への前記シールドガスの排出とを持続しながら、前記光ファイバコネクタより前記光ファイバを取り外し、しかる後に同一の前記光ファイバを再び、または別の光ファイバを新たに、前記光ファイバコネクタに装着する工程と、前記排気口を閉じる工程と、前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴出を停止する工程とを有する。 The optical fiber attaching / detaching method of the present invention is an optical fiber attaching / detaching method for attaching / detaching an optical fiber in the laser emitting unit, wherein the optical fiber is attached to the optical fiber connector, and the exhaust port is closed. Under the state of connecting the shield gas supply unit for sending the shield gas to the injection port, and starting the injection of the shield gas from the injection port to the optical path space; A step of opening the exhaust port after starting the ejection of the shield gas into the optical path space; and the ejection of the shield gas from the ejection port into the optical path space and the shield from the exhaust port to the outside of the unit body While continuing to discharge gas, the optical fiber is removed from the optical fiber connector, and then the same optical fiber is again and again. Newly another optical fiber, and a step of mounting the optical fiber connector, comprising the steps of closing the exhaust port, and a step of stopping the ejection of the shield gas to the optical path space from the injection port.
本発明においては、レーザ出射ユニットの排気口が閉じられ、かつ光ファイバが光ファイバコネクタに装着されている間は、レーザ出射ユニットのユニット本体が密閉されていて、集光レンズはもちろんコリメートレンズも外の雰囲気から遮断される。したがって、外から塵や埃がユニット本体の中に入ってくることはない。 In the present invention, while the exhaust port of the laser emitting unit is closed and the optical fiber is attached to the optical fiber connector, the unit body of the laser emitting unit is sealed, and the collimating lens as well as the condensing lens are used. Blocked from the outside atmosphere. Therefore, no dust or dust enters the unit body from the outside.
そして、レーザ出射ユニットにおいて、光ファイバが光ファイバコネクタから一時的に取り外されるときは、排気口が開けられ、シールドガス供給部からのシールドガスが噴射口より噴射され、噴射されたシールドガスはコリメートレンズの前で光路空間を横断して排気口から外へ抜けることにより、光ファイバコネクタ側から見てコリメートレンズの手前にシールドガスのエアカーテンが形成される。これにより、コリメートレンズが光ファイバコネクタの光ファイバ差し込み口(またはプラグ差し込み口)を介して外の雰囲気に晒されても、外からの塵や埃はシールドガスのエアカーテンに遮られてコリメートレンズに付着することはない。したがって、コリメートレンズに塵や埃が付着することが原因でレーザ光の出力が低下したり、コリメートレンズが焼けたりするようなことは起きない。 In the laser emission unit, when the optical fiber is temporarily removed from the optical fiber connector, the exhaust port is opened, the shield gas from the shield gas supply unit is injected from the injection port, and the injected shield gas is collimated. By crossing the optical path space in front of the lens and exiting from the exhaust port, an air curtain of shield gas is formed in front of the collimating lens when viewed from the optical fiber connector side. As a result, even if the collimating lens is exposed to the outside atmosphere through the optical fiber insertion port (or plug insertion port) of the optical fiber connector, the dust and dirt from the outside are blocked by the shield gas air curtain and the collimating lens. It will not adhere to. Therefore, the output of the laser beam does not decrease or the collimating lens is not burned due to dust or dirt adhering to the collimating lens.
本発明のレーザ加工装置、レーザ出射ユニットまたは光ファイバ脱着方法によれば、上記のような構成および作用により、光ファイバ伝送方式において光ファイバの終端面より出るレーザ光を平行光線にコリメートするためのコリメートレンズに塵や埃が付着するのを防止して、メンテナンス性、生産性および信頼性を向上させることができる。 According to the laser processing apparatus, the laser emitting unit or the optical fiber attaching / detaching method of the present invention, the laser beam emitted from the end face of the optical fiber in the optical fiber transmission system is collimated into parallel rays by the above-described configuration and operation. It is possible to prevent dust and dirt from adhering to the collimating lens, and improve maintainability, productivity and reliability.
以下、添付図を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[レーザ加工装置全体の構成]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of the entire laser processing apparatus]
図1に、本発明の一実施形態における光ファイバ伝送方式のレーザ加工装置の全体構成を示す。 FIG. 1 shows an overall configuration of an optical fiber transmission type laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
このレーザ加工装置は、レーザ発振器10、レーザ電源12、光ファイバ伝送系14、レーザ出射ユニット16、シールドガス供給部18、主制御部20、タッチパネル22および加工テーブル24を備えている。
The laser processing apparatus includes a
レーザ発振器10は、たとえばシングルモードのファイバレーザ発振器であり、発光元素としてたとえば希土類元素のイオンをドープしたコアを有する発振用の光ファイバと、この発振用光ファイバの一端面にポンピング用の励起光を照射する電気光学励起部と、発振用光ファイバの両端より軸方向に出る所定波長の光を共振増幅して出力する一対の光共振器ミラーとを有しており、たとえば500W以上の高出力で集光性の高い連続波レーザ光またはパルスレーザ光LBを発振出力する。
The
レーザ電源12は、主制御部20の制御の下で、レーザ発振器10の電気光学励起部の光源(一般にレーザダイオード)に励起電流を供給する。図示省略するが、レーザ発振器10より出力されるレーザ光LBのパワーをレーザ電源12にフィードバックして励起電流を制御するパワーフィードバック機構を備えることも可能である。
The
レーザ発振器10より出力されたレーザ光LBは、光ファイバ伝送系14において、たとえばベントミラー30で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット32内で集光レンズ34により集光されて伝送用の光ファイバ36の一端面に入射する。この伝送用光ファイバ36は、たとえばSI(ステップインデックス)形ファイバからなり、入射ユニット32内でその一端面に入力したレーザ光LBをレーザ出射ユニット16まで伝送する。
The laser beam LB output from the
レーザ出射ユニット16は、コリメートレンズ40、ガルバノスキャナ42および集光レンズ44等の光学系を収容または装備するユニット本体46を有しており、このユニット本体46の一側面に光ファイバ36の終端部を着脱可能に装着するための光ファイバコネクタ(たとえばレセプタクル)48を備えている。さらに、レーザ出射ユニット16は、シールドガス供給部18にもガス供給管50を介して接続可能となっている。
The
レーザ出射ユニット16において、光ファイバ36の終端面より一定の拡がり角で出たレーザ光LBは、コリメートレンズ40によって平行光線にコリメートされ、ガルバノスキャナ42によって被加工物W上の加工ポイントにビームスポットを形成するように二次元方向(XY方向)でスキャニングされ、集光レンズ44によって加工ポイントに集光するように収束させられる。その際、スキャナ制御部25は、主制御部20の制御の下で、ガルバノスキャナ42のスキャニング動作を制御する。このレーザ加工装置において、たとえばレーザ溶接加工が行われる場合は、レーザ光LBが集光照射される被加工物W上の加工ポイントで母材がレーザ光LBのエネルギーにより溶融し、レーザ光LBの照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
In the
加工テーブル24は、被加工物Wをレーザ出射ユニット16のレーザ出射口47に対向させて支持する。加工テーブル24に、被加工物Wを水平(XY)方向、回転(θ)方向および/または鉛直(Z)方向で移動ないし位置決めするための移動機構(図示せず)を備えることも可能である。
The processing table 24 supports the workpiece W so as to face the laser emission port 47 of the
主制御部20は、CPU(マイクロコンピュータ)を含んでおり、プログラムメモリに格納している各種プログラム(ソフトウェア)にしたがって装置全体ないし各部の動作を制御し、タッチパネル22の入力部22aおよび表示部22bを介してユーザ(作業員、保守員等)と情報(設定値、モニタ情報等)をやりとりする。
[レーザ出射ユニットの構成]
The
[Configuration of laser emission unit]
図2に、レーザ出射ユニット16の要部の構成を示す。図示のように、レーザ出射ユニット16は、3つのサブユニット、すなわちコリメートレンズ40を収容するコリメートユニット52と、ダイクロイックミラー55を収容するダイクロイックユニット54と、ガルバノスキャナ42を収容するガルバノユニット56とを一体に連結して構成されており、コリメートユニット52の先端部(図の左端部)に光ファイバコネクタ48を取り付けている。
In FIG. 2, the structure of the principal part of the
これら3つのサブユニット52,54,56の中で、この実施形態における徴部分はコリメートユニット52である。ダイクロイックユニット54およびガルバノユニット56は、従来周知のものと同じである。なお、図1に示すように、集光レンズ44は、レーザ出射口47と向かい合ってガルバノユニット56の底部に配置されている。レーザ出射口47には保護ガラス(図示せず)が取り付けられている。
Of these three
再び図2において、ダイクロイックユニット54には、ガルバノユニット56と反対側にCCDカメラ58が取り付けられる。ダイクロイックユニット54内で、コリメートユニット52からのレーザ光LBは、ダイクロイックミラー55に入射し、そこでガルバノユニット56側へ直角に反射するようになっている。また、被加工物Wからガルバノユニット56内の光学系(集光レンズ44およびガルバノスキャナ42)を逆方向に伝搬してダイクロイックユニット54に入ってきた可視光VRは、ダイクロイックミラー55をまっすぐ透過し、集光レンズ(図示せず)を通ってCCDカメラ58に入射するようになっている。
[コリメートユニットの構成]
Referring again to FIG. 2, a
[Configuration of collimator unit]
以下、図2〜図6につき、コリメートユニット52の構成を詳しく説明する。
Hereinafter, the configuration of the
図2、図3および図5に示すように、コリメートユニット52は、ダイクロイックユニット54に結合される円筒状のケーシング(筺体部材)60と、このケーシング60の内側でコリメートレンズ40を保持する円筒状のレンズホルダ62とを有している。レンズホルダ62は、その先端部(図の左端部)にてコリメートレンズ40を保持し、光ファイバコネクタ48に装着される光ファイバ36の終端面とコリメートレンズ40との距離間隔を調整する(通常はコリメートレンズ40の焦点距離に合わせる)ために光軸方向(X方向)に摺動可能となっており、可動範囲内の任意の位置でケーシング60に止めネジ64で固定されるようになっている。
As shown in FIGS. 2, 3, and 5, the
ケーシング60の先端部には、たとえば取付ボルト(図示せず)を介して、径方向内側に、被加工物W側からの反射光を光ファイバ36の手前で遮断するためのリング状の絞り部66が結合され、軸方向外側に、リング状または円筒状の冷却ジャケット68を介して円筒型のレセプタクルまたは光ファイバコネクタ48が結合される。図示の構成例では、光ファイバ36の終端部にスリーブ型のプラグ70が取り付けられ、このプラグ70が光ファイバコネクタ48に着脱可能に装着されるようになっている。
At the front end of the
光ファイバコネクタ48にプラグ70が装着されているときは、ケーシング60内にはプラグ70の先端部(または光ファイバ36の終端部)とコリメートレンズ40との間に密閉可能かつ開放可能な光路空間PSが形成される。
When the
ケーシング60の壁部には、光軸方向(X方向)において絞り部66とコリメートレンズ40との間に、光路空間PSに向けて防塵用のシールドガスSGを噴射するための噴射口72と、この噴射口72より光路空間PSに噴射されたシールドガスSGをケーシング60外へ排出するための開閉可能な排気口74とが形成されている。噴射口72と排気口74は、光路空間PSを挟んで対向している。図示の構成例では、噴射口72が貫通孔の形態を有し、排気口74はスリットまたは切り欠きの形態を有している。
An
図4に示すように、噴射口72は、ケーシング60の周回方向で好ましくは60°〜120°(図示の例では約90°)の中心角αを有する円弧上に延在または分布しており、好ましくはコリメートレンズ40の光軸と直交する面内で一列に並んで、つまりガス噴射方向を一方向(Y方向)に揃えてそれと直交する方向(Z方向)に一列に並んで、複数個(図示の例では5個)設けられる。これにより、各噴射口72よりシールドガスSGが噴射されると、噴射されたシールドガスSGはコリメートレンズ40の入射面に沿ってその全体を覆うように光路空間PSを横断して真向かいの排気口74側に流れるようになっている(図6参照)。
As shown in FIG. 4, the
ケーシング60の外周面には、シールドガス供給部18より供給されるシールドガスSGを背後から噴射口72に送り込むマニホールド用の溝部76が形成されている。この溝部76は、各々の噴射口72の噴射圧力を均一にするとともに、給気コンダクタンスを高める機能を有している。そして、この溝部76を常時密閉して覆う断面半円弧状の固定カバー78がケーシング60に固定して取り付けられ、この固定カバー78にガス管50と接続するガス導入口80が設けられている。溝部76の周縁部にはパッキン82が装着されている。
On the outer peripheral surface of the
一方、排気口74は、噴射口72と真向かいに位置し、ケーシング60の周回方向で好ましくは90°〜150°(図示の例では約120°)の中心角βを有する円弧上に延在または分布しており、好ましくは噴射口72より大きな開口面積を有している。排気口74の背後において、ケーシング60の外周面には、パッキン86が装着される溝部84が形成されている。そして、ケーシング60に蝶番90を介して回動可能に取り付けられている断面半円弧状の可動カバー88が、排気口74および溝部84を密閉可能に覆うようになっている。ケーシング60には、蝶番90の反対側に、排気口74および溝部84を閉じている可動カバー88を保持するための留め金具92が設けられている。
On the other hand, the
冷却ジャケット68には水冷パイプ94が装着されている(図2、図3、図5)。各部の材質として、たとえば、ケーシング60、レンズホルダ62、固定カバー78、可動カバー88、冷却ジャケット68には加工性または熱伝導性に優れた金属たとえばアルミニウムが用いられ、絞り部66には反射光に対する反射性に優れた金属たとえば銅が用いられる。水冷パイプ94には、防錆性に優れた金属たとえばステンレスが用いられる。
A
シールドガス供給部18は、シールドガスを一定の圧力で送出する任意のガス供給源であってよく、自動式または手動式のいずれであってもよい。自動式の場合は、たとえばガス容器、ポンプまたはコンプレッサ、フィルタ、開閉弁等を備えるガス供給装置が好適に用いられる。手動式の場合は、たとえばエアスプレーガン、エアスプレー缶等が好適に用いられる。シールドガスは、コリメートレンズ40を変質または汚染するおそれのない任意のガスでよく、通常はクリーンエアまたは窒素ガスが好適に用いられる。
[光ファイバの脱着方法及びコリメートユニットの作用]
The shield
[Method of attaching / detaching optical fiber and action of collimating unit]
次に、この実施形態のレーザ出射ユニット16における光ファイバ36の脱着方法およびコリメートユニット52の作用を説明する。
Next, the method of attaching / detaching the
レーザ出射ユニット16の光ファイバコネクタ48に光ファイバ36が装着されているときは、コリメートユニット52の可動カバー88は留め金具92に係止され、排気口74および溝部84は閉じられている(図3、図4)。また、シールドガス供給部18はシールドガスSGの送出を停止しているか、またはコリメートユニット52のガス導入口80から遮断または分離されている。
When the
この状態では、レーザ出射ユニット16のダイクロイックユニット54およびガルバノユニット56はもちろん、コリメートユニット52も密閉されており、レーザ出射ユニット16内の光学系(光ファイバ36、コリメートレンズ40、ダイクロイックミラー55、ガルバノスキャナ42、集光レンズ44)はすべて外の雰囲気から遮断されている。したがって、外から塵や埃がレーザ出射ユニット16の中に入ってくることはなく、内部の光学系に塵や埃が付着することはない。
In this state, not only the
しかし、たとえば、工場内でレーザ出射ユニット16の設置場所が大きく変更される場合、あるいは光ファイバ36の交換やメンテナンスを行う場合に、光ファイバ36をレーザ出射ユニット16の光ファイバコネクタ48からいったん取り外すことがある。
However, for example, when the installation location of the
この実施形態では、光ファイバ36を光ファイバコネクタ48から取り外す前に、作業員が、シールドガス供給部18をコリメートユニット52のガス導入口80に接続し、またはその接続状態を確認してから、シールドガス供給部18よりコリメートユニット52内へのシールドガスSGの供給を開始する。この時、可動カバー88は未だ閉じているので、コリメートユニット52内で噴射口72より噴射されたシールドガスSGは光路空間PS内に充満する。この場合、シールドガスSGの供給流量を少なめに制御してもよい。そして、光路空間PSがシールドガスSGによって適度な正圧または陽圧状態になってから、留め金具92から可動カバー88を外して、可動カバー88を開ける。そうすると、排気口74および溝部84が開口または開放状態になる。
In this embodiment, before removing the
これによって、噴射口72より噴射されたシールドガスSGは、コリメートレンズ40の入射面に沿ってその全体を覆うように光路空間PSを横断し、真向かいの排気口74から外へ流れ出る。こうして、光路空間PSにはコリメートレンズ40の入射面を覆うようにシールドガスSGのエアカーテンが形成される。この時、排気口74には光路空間PSから外に向かってシールドガスSGの圧力が作用するので、外から塵や埃が排気口74を通って光路空間PSに入ってくることはない。
Thus, the shield gas SG injected from the
この状態で、作業員は、光ファイバ36を光ファイバコネクタ48から取り外す。そうすると、光ファイバコネクタ48のプラグ差し込み口が開放または開口状態となり、コリメートレンズ40はこの開口状態のプラグ差し込み口を介して外の雰囲気に晒されるようになる(図5、図6)。しかし、この時も、コリメートレンズ40の手前にシールドガスSGのエアカーテンが形成されているので、外から塵や埃が光ファイバコネクタ48のプラグ差し込み口を通って中に入ってきても、シールドガスSGによって押し返されるか、あるいはシールドガスSGに巻き込まれるようにして排気口74より外へ追い出される。このため、コリメートレンズ40に塵や埃は付着しない。
In this state, the worker removes the
このように、光ファイバコネクタ48に光ファイバ36が装着されていない間は、コリメートユニット52において噴射口72から光路空間PSへのシールドガスSGの噴射と排気口74からユニットの外へのシールドガスSGの排出とが継続され、コリメートレンズ40の手前でシールドガスSGのエアカーテンが持続的に形成される。
As described above, while the
したがって、光ファイバコネクタ48から光ファイバ36を取り外した目的が何であれ、その目的の作業(レーザ出射ユニット16の移設、あるいは光ファイバ36の修理、クリーニング、交換等)に要した時間が短くても長くても、コリメートレンズ40に塵や埃は付着することはない。
Therefore, no matter what the purpose of removing the
そして、当該作業の終了後に、以前と同じ光ファイバ36の終端部または交換された別の光ファイバ36の終端部がプラグ70を介して光ファイバコネクタ48に装着される。その際、プラグ70が光ファイバコネクタ48のプラグ差し込み口に挿入されると、プラグ差し込み口に滞留していた空気が光路空間PSの内奥に押し込まれるが、シールドガスSGのエアカーテンによってコリメートレンズ40からは遮られ、排気口74を通ってすみやかに外へ排出される。したがって、そのような滞留空気に塵や埃が混じっていたとしても、やはりコリメートレンズ40には付着せずに排気口74から外へ排出される。
Then, after the end of the work, the end portion of the same
こうして、光ファイバコネクタ48への光ファイバ36の再装着または新規装着が済んだ後に、可動カバー88が排気口74および溝部84を覆う位置に戻され、留め金具92に係止される。また、シールドガス供給部18においてシールドガスSGの送出が止められる。シールドガス供給部18が手動式のエアスプレーの場合は、エアスプレーを止めてガス導入口80から外した後に、ガス導入口80を栓またはキャップ(図示せず)等で閉塞する。
In this way, after the
このように、この実施形態では、レーザ出射ユニット16(特にコリメートユニット52)において、光ファイバ36の脱着を行う際に、レーザ出射ユニット16(コリメートユニット52)の中に収容されているコリメートレンズ40が光ファイバコネクタ48のプラグ差し込み口を介して外の雰囲気に晒されても、塵や埃がコリメートレンズ40に付着するおそれはない。したがって、コリメートレンズ40に塵や埃が付着することが原因でレーザ光LBの出力が低下したり、コリメートレンズ40が焼けたりするようなことは起こらない。このことによって、この実施形態におけるレーザ加工装置ないしレーザ出射ユニットは、メンテナンス性、生産性および信頼性を向上させることができる。
[他の実施形態又は変形例]
As described above, in this embodiment, the collimating
[Other Embodiments or Modifications]
以上、好ましい実施形態を説明したが、実施形態における構造、形状、寸法、材質、動作、機能、用途、作業手順等は好ましい例として記載したものであり、これらは特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を限定するものでない。 The preferred embodiment has been described above, but the structure, shape, dimensions, material, operation, function, application, work procedure, and the like in the embodiment are described as preferred examples, and these are described in the claims. It is not intended to limit the scope of the invention.
たとえば、上記実施形態では、ケーシング60の壁部に、噴射口72を複数個(または1個)の貫通孔として形成し、排気口74を切り欠きまたはスリットとして形成した。しかし、噴射口72をスリットして形成する構成、あるいは排気口74を1個または複数個の貫通孔として形成する構成も可能である。
For example, in the above embodiment, a plurality of (or one) through holes are formed in the wall portion of the
また、上記実施形態では、光ファイバコネクタ48にプラグ70を介して光ファイバ36の終端部を装着した。しかし、プラグを介さずに、光ファイバ36の終端部を光ファイバコネクタに着脱可能に装着する構成も可能であり、光ファイバコネクタも種種の型式または構成を採ることができる。
In the above embodiment, the terminal portion of the
レーザ出射ユニット16にガルバノスキャナ42やCCDカメラ58を備えない構成も可能であり、逆にレーザ出射ユニット16に他の光学系が付加されてもよい。レーザ発振器10は、ファイバレーザ発振器に限定されず、たとえばYAGレーザ発振器であってもよい。
A configuration in which the
本発明のレーザ加工装置は、溶接に限らず、穴あけ、切断、マーキング、トリミングなど任意のレーザ加工に使用可能である。 The laser processing apparatus of the present invention is not limited to welding, and can be used for arbitrary laser processing such as drilling, cutting, marking, and trimming.
10 レーザ発振器
12 レーザ電源
14 光ファイバ伝送系
16 レーザ出射ユニット
18 シールドガス供給部
20 主制御部
40 コリメートレンズ
44 集光レンズ
46 ユニット本体
48 光ファイバコネクタ
52 コリメートユニット
60 ケーシング
62 レンズホルダ
72 噴射口
74 排気口
78 固定カバー
80 ガス導入口
88 可動カバー
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記レーザ光を出射するためのレーザ出射口と、前記光ファイバを着脱可能に装着するための光ファイバコネクタとを有するユニット本体と、
前記光ファイバの終端面から出た前記レーザ光を平行光線にコリメートするために、前記光ファイバコネクタに装着されている前記光ファイバの終端面と密閉可能な光路空間を介して向かい合うように前記ユニット本体の中に設けられるコリメートレンズと、
平行光線にコリメートされた前記レーザ光を前記被加工物上の加工点に集光させるために、前記レーザ出射口と向かい合って前記ユニット本体の中に設けられる集光レンズと、
前記コリメートレンズの光軸と交差する方向で前記光路空間にシールドガスを噴射するために、前記光ファイバコネクタと前記コリメートレンズとの間で前記ユニット本体の壁部または内部に設けられる噴射口と、
前記噴射口より前記光路空間に噴射された前記シールドガスを前記噴射口と対向する位置で前記ユニット本体の外へ排出するために、前記光ファイバコネクタと前記コリメートレンズとの間で前記ユニット本体の壁部に設けられる開閉可能な排気口と
を有するレーザ出射ユニット。 A laser emitting unit that receives laser light for laser processing output from a laser oscillation unit via an optical fiber, and irradiates the laser light toward a workpiece,
A unit main body having a laser emission port for emitting the laser light, and an optical fiber connector for detachably mounting the optical fiber;
In order to collimate the laser light emitted from the end face of the optical fiber into parallel rays, the unit faces the end face of the optical fiber attached to the optical fiber connector via a sealable optical path space. A collimating lens provided in the main body,
A condensing lens provided in the unit main body facing the laser emission port in order to condense the laser beam collimated into parallel rays onto a processing point on the workpiece;
In order to inject shielding gas into the optical path space in a direction intersecting the optical axis of the collimating lens, an injection port provided in the wall portion or inside of the unit body between the optical fiber connector and the collimating lens,
In order to discharge the shield gas injected into the optical path space from the injection port to the outside of the unit main body at a position facing the injection port, between the optical fiber connector and the collimating lens, A laser emitting unit having an openable / closable exhaust port provided on a wall.
前記溝部を密閉して覆うように前記筺体部材の外周面に固定して取り付けられる第1のカバーと、
前記シールドガス供給部からの前記シールドガスを前記溝部に導入するために前記第1のカバーに設けられるガス導入口と
を有する、請求項2〜4のいずれか一項に記載のレーザ出射ユニット。 A manifold groove formed on the outer peripheral surface of the housing member for sending the shield gas supplied from an external shield gas supply unit to the injection port;
A first cover fixedly attached to the outer peripheral surface of the housing member so as to cover and cover the groove portion;
The laser emitting unit according to any one of claims 2 to 4, further comprising: a gas inlet provided in the first cover for introducing the shield gas from the shield gas supply unit into the groove.
レーザ加工用のレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部より発振出力された前記レーザ光を前記レーザ出射ユニットまで伝送するための光ファイバと、
前記レーザ出射ユニットにシールドガスを供給するシールドガス供給部と
を有するレーザ加工装置。 The laser emission unit according to any one of claims 1 to 9,
A laser oscillation unit that oscillates and outputs laser light for laser processing;
An optical fiber for transmitting the laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit to the laser emitting unit;
A laser processing apparatus, comprising: a shield gas supply unit that supplies a shield gas to the laser emitting unit.
前記光ファイバコネクタに前記光ファイバが装着され、かつ前記排気口が閉じられている状態の下で、前記シールドガスを送出するシールドガス供給部を前記噴射口に接続して、前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴射を開始する工程と、
前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴射を開始した後に、前記排気口を開ける工程と、
前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴射と前記排気口から前記ユニット本体の外への前記シールドガスの排出とを持続しながら、前記光ファイバコネクタより前記光ファイバを取り外し、しかる後に同一の前記光ファイバを再び、または別の光ファイバを新たに、前記光ファイバコネクタに装着する工程と、
前記排気口を閉じる工程と、
前記噴射口から前記光路空間への前記シールドガスの噴射を停止する工程と
を有する光ファイバ脱着方法。 An optical fiber attaching / detaching method for attaching / detaching an optical fiber in the laser emitting unit according to claim 1,
Under a state where the optical fiber is attached to the optical fiber connector and the exhaust port is closed, a shield gas supply unit for sending the shield gas is connected to the injection port, and Starting the injection of the shielding gas into the optical path space;
Opening the exhaust port after starting the injection of the shielding gas from the injection port to the optical path space;
The optical fiber is removed from the optical fiber connector while continuing the injection of the shield gas from the injection port to the optical path space and the discharge of the shield gas from the exhaust port to the outside of the unit body, and thereafter Attaching the same optical fiber again or another optical fiber to the optical fiber connector;
Closing the exhaust port;
A step of stopping injection of the shield gas from the injection port into the optical path space.
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