JP6385119B2 - Protection glass contamination prevention method and laser processing head - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工ヘッドに備えられた保護ガラスに、レーザ加工時に生じたヒュームにが付着することを防止する保護ガラス汚染防止方法及びレーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、保護ガラスの一側面に沿って保護ガラスの周囲から中心方向への保護ガスの整流を形成して、レーザ加工によって生じたヒュームが保護ガラスに接触することを防止するに際し、前記保護ガスの流出路に絞りを付与してより高速な流れにして保護ガラスに対してヒュームが付着することを防止する汚染防止方法及びレーザ加工ヘッドに関する。 The present invention relates to a protective glass contamination prevention method and a laser processing head for preventing fume generated during laser processing from adhering to protective glass provided in a laser processing head. In more detail, in forming the rectification of the protective gas from the periphery of the protective glass toward the center along one side of the protective glass to prevent fumes generated by laser processing from contacting the protective glass, The present invention relates to a contamination prevention method and a laser processing head for preventing a fume from adhering to a protective glass by giving a restriction to the outflow passage of the protective gas so as to make the flow faster.
レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッド内には集光レンズが備えられており、ワークのレーザ加工時に生じたヒューム、スパッタによって集光レンズが汚染されることがある。そこで、前記集光レンズを保護して汚染を防止するために、レーザ加工ヘッド内には保護ガラスが備えられている。上記構成においては、保護ガラスによって集光レンズの保護を図ることができるものの、保護ガラスが汚染されることになる。したがって、レーザ加工時に発生したヒュームやスパッタが保護ガラスに付着することを防止するために、ヒュームやスパッタを高速エアによって吹き飛ばす構成などが採用されている(例えば特許文献1,2参照)。 A laser processing head in a laser processing machine is provided with a condensing lens, and the condensing lens may be contaminated by fumes and spatter generated during laser processing of a workpiece. Therefore, in order to protect the condenser lens and prevent contamination, a protective glass is provided in the laser processing head. In the above configuration, the protective glass can be protected by the protective glass, but the protective glass is contaminated. Therefore, in order to prevent fumes and sputters generated during laser processing from adhering to the protective glass, a configuration in which the fumes and spatters are blown away by high-speed air is employed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
前記特許文献1に記載の構成は、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの下面に沿って高速エアーをエアー吹き出しノズルから噴射し、レーザ加工時に生じたヒュームやスパッタを前記高速エアーによって吹き飛ばそうとするものである。前記エアー吹き出しノズルから噴射された高速エアーは乱流であるため、ヒュームを巻き込んで吹き飛ばすことになる。しかし、乱流であるために、巻き込まれたヒュームの一部が保護ガラスに接触することがある。したがって、高速エアーに対する保護ガラスの下流側が汚染されることがある。 In the configuration described in Patent Document 1, high-speed air is jetted from the air blowing nozzle along the lower surface of the protective glass provided in the laser processing head, and fumes and spatter generated during laser processing are blown away by the high-speed air. Is. Since the high-speed air ejected from the air blowing nozzle is turbulent, the fumes are involved and blown away. However, due to the turbulent flow, some of the entrained fumes may come into contact with the protective glass. Therefore, the downstream side of the protective glass against high-speed air may be contaminated.
なお、高速エアーの流れを、ヒュームを巻き込むことのない整流の流れにした場合、レーザ加工位置から高速で飛散するスパッタを吹き飛ばす流速が得られず、スパッタから保護ガラスを保護することが難しくなる、という問題がある。 In addition, when the flow of high-speed air is changed to a flow of rectification that does not involve fume, it is difficult to protect the protective glass from spatter, because it is not possible to obtain a flow velocity that blows away spatter scattered at high speed from the laser processing position. There is a problem.
引用文献2に記載の構成は、保護ガラスの下方外周から第1のエアーブローを噴射すると共に、保護ガラスの下方に備えたノズル内周面に沿って第2のエアーブローを噴射し、第1,第2のエアーブローを、ノズルの開口部を通過した後に収束しようとするものである。 The configuration described in the cited document 2 injects the first air blow from the lower outer periphery of the protective glass, and injects the second air blow along the nozzle inner peripheral surface provided below the protective glass. The second air blow attempts to converge after passing through the nozzle opening.
前記構成においては、第1,第2のエアーブローが乱流となることなく流れるとすると、高速で飛散するスパッタの除去は難しいものである。また、前記構成においては、第1のエアーブローは、保護ガラスに対して斜め下方から噴射され、その後に下方向への流れに変換されるものであるから、ノズル内部に第1のエアーブローの吹き出し部へ戻る傾向の流れを生じたり、乱流が生じる傾向にある。 In the above configuration, if the first and second air blows flow without becoming a turbulent flow, it is difficult to remove the spatter scattered at a high speed. Moreover, in the said structure, since a 1st air blow is injected from diagonally downward with respect to protective glass, and is converted into the flow of a downward direction after that, a 1st air blow of the inside of a nozzle is carried out. There is a tendency for the flow to return to the blowout part and for the turbulent flow.
したがって、レーザ加工時に生じたヒュームの一部が乱流に巻き込まれ、保護ガラスの下面に付着することがある、という問題がある。 Therefore, there is a problem that a part of the fumes generated during the laser processing is caught in the turbulent flow and may adhere to the lower surface of the protective glass.
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッド内の集光レンズの下側に、当該集光レンズを保護する保護ガラスを備え、かつ上記保護ガラスの下面に沿って保護ガスを流すガス流形成手段を備えたレーザ加工ヘッドにおいて前記保護ガラスにヒュームが付着することを防止する保護ガラス汚染防止方法であって、前記保護ガラスの下側に備えた旋回流路からの旋回流を整流にするために、保護ガラスの下面に接触して備えた保護ガス整流手段を通過して中心方向への整流を形成し、かつ前記保護ガラスの下側に、中央孔を備えたヒュームアパーチャを配置して、前記保護ガスの流出路に絞りを付与し、前記保護ガスを前記中央孔からより高速に流出して前記保護ガラスに対してヒュームが付着することを防止することを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a protective glass for protecting the condenser lens on the lower side of the condenser lens in the laser processing head, and along the lower surface of the protective glass. A protective glass contamination preventing method for preventing fume from adhering to the protective glass in a laser processing head provided with a gas flow forming means for supplying protective gas, which is from a swirl flow path provided under the protective glass . In order to rectify the swirl flow, rectification in the center direction is formed through the protective gas rectifying means provided in contact with the lower surface of the protective glass , and a central hole is provided on the lower side of the protective glass. A fume aperture is provided to restrict the outflow path of the protective gas, thereby preventing the protective gas from flowing out of the central hole at a higher speed and adhering to the protective glass. The one in which the features.
また、レーザ加工ヘッド内の集光レンズの下側に、当該集光レンズを保護する保護ガラスを備え、かつ上記保護ガラスの下面に沿って保護ガスを流すガス流形成手段を備えたレーザ加工ヘッドであって、前記保護ガラスの下側に備えた旋回流路から中心方向へ流れる旋回流の整流を形成する保護ガス整流手段を、保護ガラスの下面に接触して備え、前記保護ガラスの下側に、前記保護ガスの流出路に絞りを付与する中央孔を備えたヒュームアパーチャを備えていることを特徴とするものである。
Also, a laser processing head comprising a protective glass for protecting the condensing lens below the condensing lens in the laser processing head, and gas flow forming means for flowing a protective gas along the lower surface of the protective glass A protective gas rectifying means for rectifying a swirling flow flowing in a central direction from a swirling flow path provided on the lower side of the protective glass, and in contact with the lower surface of the protective glass, the lower side of the protective glass In addition, a fume aperture having a central hole for restricting the outflow passage of the protective gas is provided.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記ヒュームアパーチャにおける上面又は下面の少なくとも一方の面に、上向き又は下向きの筒状部を備えていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, an upward or downward cylindrical portion is provided on at least one of the upper surface and the lower surface of the fume aperture.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記ヒュームアパーチャは、前記保護ガラスを支持する保護ガラス支持部材に一体に備えられていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, the fume aperture is provided integrally with a protective glass support member that supports the protective glass.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記ガス流形成手段は、周囲から中心方向へ流れる保護ガスを整流にするために、円筒形状の多孔質部材を備えていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, the gas flow forming means includes a cylindrical porous member in order to rectify the protective gas flowing from the periphery toward the center.
本発明によれば、保護ガラスの下側に、中央孔を備えたヒュームアパーチャを配置して、保護ガスが流出する流路に絞りを付与し、保護ガスを前記中央孔からより高速に流出するものである。したがって、保護ガラスに対してヒュームが接触し付着することを防止できるものである。 According to the present invention, a fume aperture having a central hole is disposed below the protective glass, a restriction is applied to the flow path through which the protective gas flows, and the protective gas flows out of the central hole at a higher speed. Is. Therefore, it can prevent that a fume contacts and adheres with respect to protective glass.
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの構成について説明するに、図1に概念的、概略的に示すように、レーザ加工ヘッド1は、例えば産業用ロボットにおけるロボットハンドなどのキャリッジ(図示省略)に装着されてX,Y,Z軸方向へ移動自在のヘッドハウジング3を備えている。上記ヘッドハウジング3内には、レーザ発振器において発振されたレーザ光LBを集光する集光レンズ5が備えられている。
Hereinafter, the configuration of a laser processing head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As conceptually and schematically shown in FIG. 1, the laser processing head 1 is a robot hand in an industrial robot, for example. And a
前記ヘッドハウジング3の先端側(図1において下側)には、レーザ光LBが透過自在な貫通穴7Hを中央部に備えた加工ヘッド本体7がボルト等の取付具(図示省略)を介して着脱可能に装着してある。この加工ヘッド本体7の先端側には、エアー供給ブロック9が適宜の取付具を介して着脱可能に取付けてある。そして、このエアー供給ブロック9の先端側にはレーザノズル11が着脱可能に取付けてある。
At the front end side (lower side in FIG. 1) of the
前記加工ヘッド本体7の先端面、すなわち前記エアー供給ブロック9を取付けた取付面(装着面)には、前記エアー供給ブロック9側及び一側面側を開放した係合凹部13が備えられている。この係合凹部13には、保護ガラス15を備えた保護ガラスホルダ17が着脱可能に備えられている。前記保護ガラスホルダ17は厚板のブロック状に形成してあって、平面視したときの外形形状は四角形状に形成してある。この保護ガラスホルダ17の一側面には、前記係合凹部13に対して保護ガラス17を着脱する際の把持部19が備えられている。
The front end surface of the
既に理解されるように、保護ガラスホルダ17は、係合凹部13内に配置したときには、前記エアー供給ブロック9に支持されているものである。したがって、前記エアー供給ブロック9は保護ガラス15を支持する機能を奏するものであって、一種の保護ガラス支持部材と称することもできるものである。
As already understood, the
前記保護ガラスホルダ17の上面には前記保護ガラス15を着脱可能に備えた環状の保護ガラス保持部21が形成してある。そして、前記保護ガラス15を固定するために、前記保護ガラス保持部21内には、例えばOリングやスナップリング等のごとき適宜の部材から構成された環状のガラス押え23が備えられている。前記保護ガラス15の下側には、保護ガラス15の下面に沿って保護ガスを流すガス流形成手段が備えられている。すなわち、前記保護ガラスホルダ17の下側であって前記保護ガラス15の下面に対応した位置には、保護ガスが旋回可能な環状の旋回流路25が形成してある。
On the upper surface of the
前記保護ガスは、レーザ加工時に生じたヒュームによって前記保護ガラス15が汚染されることを防止する作用をなすものである。すなわち、保護ガスは、ヒュームから保護ガラス15を保護する作用をなすものである。前記旋回流路25の内周縁には、前記保護ガラス15側へ突出した環状の突出部が備えられており、この環状の突出部の外周部には、前記旋回流路25から中心方向へ流れる保護ガスを整流にするための保護ガス整流手段29が備えられている。
The protective gas serves to prevent the
前記保護ガス整流手段29は、例えば網目の小さな金網を複重の円筒形状に構成したものであって、当該保護ガス整流手段29の上端縁は、前記保護ガラス15の一側面である下面に当接接触してある。なお、前記保護ガス整流手段29の構成としては、金網に限ることなく、例えばスポンジ、焼結金属、焼結樹脂、グラスウールなどの多孔質部材(金網も含まれる)を環状に形成した構成であってもよいものである。
The protective gas rectifying
上記構成により、前記旋回流路25から前記保護ガス整流手段29を通過して中心方向に向かう保護ガスの流れは線状の流れに整流されるものである。この際、線状の保護ガスの流れは、前記保護ガス整流手段29の上下方向の幅寸法に対応して複重(複層)の流れに形成されるものである。
With the above configuration, the flow of the protective gas from the
前記エアー供給ブロック9の中央部にはレーザ光LBが透過自在な貫通穴9Hが形成してある。そして、上面であって前記保護ガラスホルダ17に備えた前記旋回流路25に対応した位置には、当該旋回流路25の径とほぼ同径の環状(円形状)の旋回流生起流路31が形成してある。上記旋回流生起流路31内に保護ガスの旋回流を生起させるために、保護ガス供給源としてのエアー供給源(図示省略)に接続したエアー供給路33が接線方向に接続してある。したがって、前記エアー供給路33から旋回流生起流路31内へ供給されたエアーは旋回流となるものである。
A through
前記旋回流生起流路31内において生起されたエアーの旋回流を前記旋回流路25に導くために、前記旋回流路25の底部の複数箇所には、前記旋回流生起流路31に連通した円弧状の長孔34が旋回流路25に沿って形成してある。したがって、前記旋回流生起流路31内へエアーを供給して旋回流が生じると、前記長孔34から旋回流路25内にエアーの旋回流が移動されるものである。
In order to guide the swirl flow of the air generated in the swirl flow
前記エアー供給ブロック9の先端側、すなわち前記保護ガラス15から離反した位置には、レーザ加工ヘッド1の軸心すなわちレーザ光LBの軸心に対して直交する方向へ保護ガス(エアー)を高速で噴出する高速噴出口35が備えられている。この高速噴出口35の開口はレーザ光LBの軸心に対して直交する方向に偏平状の開口に形成してある。したがって、前記高速噴出口35から噴出されたエアーは、レーザ光LBの軸心に対して直交する偏平状の高速流のエアーカーテンを形成することになる。
At the tip of the
前記高速噴出口35に近接した位置であって下側には、当該高速噴出口35から噴出されたエアーの高速流に誘引されて大量の外気を吸引するための外気吸引口37が形成してある。そして、前記高速噴出口35に対向して前記エアー供給ブロック9には、大きなエアー排出口39が備えられている。したがって、前記高速噴出口35からエアーを高速で噴出すると、この高速のエアーの流れに誘引されて、外気吸引口37から多量の外気が吸引され、対向した位置のエアー排出口39から外部へ排出されることになる。
An outside
よって、レーザ加工位置から飛散してレーザ加工ヘッド1内に進入したスパッタやヒュームは、前記高速噴出口35から噴出されるエアーの高速流及び外気吸引口37から吸引された多量の外気によって外部へ排出されることになる。なお、前記高速噴出口35は、当該高速噴出口35から噴出されたエアーの高速流が前記保護ガラス15の下面に沿って流れている保護ガスの整流を乱すことのないように、適宜に離反した位置に備えられるものである。
Therefore, the spatter and fumes scattered from the laser processing position and entering the laser processing head 1 are exposed to the outside by the high-speed flow of air ejected from the high-
さらに、レーザ加工位置から飛散するスパッタやヒュームが前記保護ガラス15に接触付着することを防止するために、ヒュームアパーチャ41が備えられている。上記ヒュームアパーチャ41は、前記エアー供給ブロック(保護ガラス支持部材)9における前記貫通穴9内の上部側であって、前記係合凹部13内の保護ガラス15と前記エアー供給ブロック9に備えた前記エアー排出口39との間に備えられている。前記ヒュームアパーチャ41は中央部に中央孔43を備えた円盤状に形成してある。
Further, a
上述のように、エアー供給ブロック9における貫通穴9内の上部側に前記ヒュームアパーチャ41を配置した構成により、前記保護ガラス15とヒュームアパーチャ41との間にはチャンバ45が形成されることになる。そして、上記チャンバ45の出口は前記中央孔43であって小径に絞られた形態である。
As described above, a
以上のごとき構成において、集光レンズ5によって集光されたレーザ光LBをワークWへ照射してレーザ加工を行うと、レーザ加工位置からヒュームが発生すると共にスパッタが飛散される。レーザ加工時に発生したヒューム及びスパッタの大部分は、前記高速噴出口35から噴出されるエアーの高速流及び外気吸引口37から吸引された多量の外気によってエアー排出口39から外部へ排出されることになる。しかし、ヒューム等の極く一部は、レーザ加工ヘッド1内に進入して保護ガラス15を汚染する傾向にある。
In the above configuration, when laser processing is performed by irradiating the workpiece W with the laser beam LB collected by the
すなわち、前記高速噴出口35から噴出されたエアーの高速流は乱流であるので、ヒュームの一部は保護ガラス15方向へ流れることがある。しかし、保護ガラス15の下側には中央孔43を備えたヒュームアパーチャ41が配置してあって、保護ガラス15とヒュームアパーチャ41との間にはチャンバ45が形成してある。したがって、前記保護ガラス15方向へ流れる傾向にあるヒュームは、ヒュームアパーチャ41の中央孔43によって絞られた通路内に進入する形態となり、保護ガラス15方向へのヒュームの流れが抑制されるものである。
That is, since the high-speed flow of the air ejected from the high-
しかも、前記保護ガラス15とヒュームアパーチャ41との間にはチャンバ45が形成してあり、前記保護ガラス15の下面に沿って流れた保護ガスは、当該チャンバ45から前記中央孔43から下方向へ流出されることになる。したがって、チャンバ45内の保護ガスは中央孔43によって絞られる形態となり、より高速に流出されるものである。換言すれば、前記中央孔43は、チャンバ45内から流出する保護ガスの流出路を絞る作用をなすものであって、外部から前記チャンバ45内にヒュームや外気等が入り込むことを抑制するものである。
In addition, a
また、前記保護ガラス15の下側には、保護ガスとしてのエアーが回転して流れる旋回流路25が備えられており、この旋回流路25から保護ガス整流手段29によって整流されたエアーが複数層の線状の流れを形成して中心方向へ流れている。したがって、前記ヒュームアパーチャ41の中央孔43からチャンバ45内に極く僅かなヒュームが入り込んだような場合に、前記保護ガラス15の下面に近接したヒュームは、保護ガスによって中心方向へ流され、中央部において下方向へ流され、前記中央孔43から外部へ流出されることになる。よって、ヒュームが保護ガラス15の下面に接触することが防止されるものである。
In addition, a
ところで、前記旋回流路25内においてはエアーが回転(旋回)しているものであるから、旋回流路25内においては円周方向のどの位置においても流速、圧力の分布が均一に維持される。したがって、保護ガス整流手段29を通過して中心方向への流れとして整流されるエアーの流れの流速分布が均一になるものである。換言すれば、保護ガス整流手段29によって整流されての中心方向への流れにおける流速、流量とも均一であり、流速差等に起因する乱流の発生を防止でき、外気を巻き込むようなことがないものである。よって、保護ガラス15の下面に近接したヒュームを巻き込むようなことがなく、ヒュームの一部が保護ガラス15の下面に付着することを防止することができるものである。
By the way, since the air is rotating (swirling) in the
以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態によれば、保護ガラス15の下側に絞り機能を有する中央孔43を備えたヒュームアパーチャ41を配置して、保護ガラス15とヒュームアパーチャ41との間にチャンバ45を備えた構成であるから、前記チャンバ45内へのヒュームの入り込みを効果的に防止でき、前記保護ガラス15にヒュームが付着することを防止することができるものである。
As can be understood from the above description, according to the present embodiment, the
ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく適宜の変更を行うことにより、その他の形態で実施可能なものである。例えば、図2(A),(B),(C)に示すように、前記ヒュームアパーチャ41における上面又は下面の少なくとも一方の面に、上向き又は下向きの筒状部47を備えた構成とすることも可能である。上記構成によれば、例えばレーザ光LBの光軸に対して交差する方向に飛散してスパッタが前記チャンバ45内に入り込む傾向にある場合や、ヒュームアパーチャ41の下面に沿って、例えば中央孔43方向に流れてチャンバ45内にヒュームが入り込む傾向にある場合に、スパッタやヒュームがチャンバ45内へ入り込むことを効果的に抑制することができるものである。
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in other forms by making appropriate changes. For example, as shown in FIGS. 2A, 2 </ b> B, and 2 </ b> C, an upward or downward
また、前記説明においては、エアー供給ブロック(保護ガラス支持部材)9とヒュームアパーチャ41とを別個に設ける旨、説明した。しかし、前記エアー供給ブロック9とヒュームアパーチャ41とを一体に設けることも可能である。
Moreover, in the said description, it demonstrated that the air supply block (protective glass support member) 9 and the
さらに、前記ヒュームアパーチ41における中央孔43を、レーザ光LBの光軸に対して、前記高速噴出口35から噴出されるエアーの上流側に偏在した構成とすることも可能である。この構成によれば、エアーによって吹き飛ばされたスパッタ等がチャンバ45内に入り込むことを効果的に防止することができるものである。
Furthermore, the
1 レーザ加工ヘッド
5 集光レンズ
9 エアー供給ブロック
11 レーザノズル
13 係合凹部
15 保護ガラス
17 保護ガラスホルダ
29 保護ガス整流手段
31 旋回流生起流路
35 高速噴出口
37 外気吸引口
39 エアー排出口
41 ヒュームアパーチャ
43 中央孔
45 チャンバ
47 筒状部
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