JP6558964B2 - Laser welding apparatus having an incident optical device, a laser welding head, and a vacuum chamber - Google Patents

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Description

本発明は、真空チャンバ内の被加工物を加工処理するレーザ溶接ヘッドのための入射光学装置に関する。この場合、被加工物近傍側に一方の端部を備えたビーム導管と、このビーム導管内に配置され、レーザビームを被加工物表面に集束させる集束レンズとが設けられており、集束レンズと、ビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、保護ガラスが配置されている。さらに本発明は、レーザ溶接ヘッド、及び上述のような入射光学装置を備えたレーザ溶接装置にも関する   The present invention relates to an incident optical device for a laser welding head for processing a workpiece in a vacuum chamber. In this case, a beam conduit having one end near the workpiece and a focusing lens disposed in the beam conduit for focusing the laser beam on the workpiece surface are provided. A protective glass is disposed between the workpiece conduit side end of the beam conduit. The invention further relates to a laser welding head and a laser welding apparatus comprising an incident optical device as described above.

固体レーザによるレーザ溶接の場合、大気中ではスプラッシュや滴下などのような溶接欠陥が発生し、これによって継ぎ目及び表面の品質が劣化してしまう。その結果、利用可能なパラメータ範囲の制約及び/又は継ぎ目の強度特性の劣化が引き起こされるおそれがある。被加工物の後処理をしなければならないことも多々ある。このことにより多数の用途にレーザ溶接を適用するのが難しくなり、もしくはそれが不可能になる。   In the case of laser welding using a solid-state laser, welding defects such as splash and dripping occur in the atmosphere, which deteriorates the quality of the seam and the surface. As a result, the available parameter range may be limited and / or the strength characteristics of the seam may be degraded. Often there is a need to post-process the workpiece. This makes it difficult or impossible to apply laser welding in many applications.

レーザ溶接の際に周囲圧力が低下すると、被加工物に入射されるエネルギーに作用が強く及ぼされ、このことはさらに、金属蒸気の発生にも影響を与えるし、溶接継ぎ目における毛管力の大きさにも流動特性にも影響を与える。このため、溶接プロセスを真空中で実行し、有利には低真空(1〜100mbar)で実行する。このようにすれば、大気圧でのレーザ溶接と比較して数多くのプロセス技術的な利点が得られる。例えば、溶接継ぎ目の品質が改善される(電子ビームで溶接された継ぎ目と同等)、金属蒸気炎及び溶接ヒュームの発生が格段に減少する、溶接深さの安定性が増大する、溶接深さが拡大する、被加工物下側における滴の形成(滴下の問題点)が格段に減少する、プロセスウィンドウが拡げられる、生産性が向上する、レーザ溶接法を新たな用途に適用できる、継ぎ目の厚さが低減する、熱負荷が低下する、部品のゆがみが小さくなる、圧力によって継ぎ目の形状を制御可能、などである。   When the ambient pressure decreases during laser welding, the effect on the energy incident on the workpiece is strongly affected, which further affects the generation of metal vapor and the magnitude of the capillary force at the weld seam. It also affects the flow characteristics. For this, the welding process is carried out in a vacuum, preferably at a low vacuum (1 to 100 mbar). In this way, a number of process technical advantages are obtained compared to laser welding at atmospheric pressure. For example, the quality of the weld seam is improved (equivalent to an electron beam welded seam), the occurrence of metal vapor flame and welding fume is greatly reduced, the stability of the weld depth is increased, the weld depth is increased Enlargement, drop formation under the workpiece (dripping problems) is greatly reduced, process window is expanded, productivity is improved, laser welding can be applied to new applications, seam thickness The heat load is reduced, the distortion of the parts is reduced, and the shape of the seam can be controlled by the pressure.

従来技術から公知の真空溶接装置(U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum - A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)及びY. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010))の場合、レーザ溶接ヘッドは真空チャンバの入射窓上方に配置されるので、レーザ溶接ヘッドから出射するレーザビームは入力窓を通って、処理対象の被加工物が存在する真空チャンバ内へ入射される。この種の装置を負圧レーザ溶接のために工業用として実装する際に問題となるのは、レーザビームを入射させる真空チャンバの入射窓が汚れる場合があることである。入射窓は光学的インタフェースの役割を果たしており、貫通して照射されるレーザビームの光学的パラメータに影響を及ぼす。吸収及び反射のほか、光学収差も発生する。このような収差は、入射窓の汚れがひどくなるにつれて増大していく。溶接スプラッシュ及び/又は金属蒸気が入射窓に付着すると(これは真空中でも例えば溝削りプロセスなどで発生する可能性がある)、入射窓が著しく加熱し、結果として生じるレンズ作用によって、レーザビームの焦点が大きくずれてしまい、それによって溶接プロセスをもはや安定させて維持することが不可能になるおそれがある。   Vacuum welding equipment known from the prior art (U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum-A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. Of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro- Optics (ICALEO 2010) and Y. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. Of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010) ), The laser welding head is arranged above the entrance window of the vacuum chamber, so that the laser beam emitted from the laser welding head enters the vacuum chamber where the workpiece to be processed exists through the input window. The A problem in mounting this type of apparatus for industrial use for negative pressure laser welding is that the entrance window of the vacuum chamber into which the laser beam is incident may become dirty. The entrance window serves as an optical interface and influences the optical parameters of the laser beam irradiated therethrough. In addition to absorption and reflection, optical aberrations also occur. Such aberration increases as the entrance window becomes more dirty. When welding splash and / or metal vapor adheres to the entrance window (which can occur, for example, in a grooving process, even in a vacuum), the entrance window heats up significantly and the resulting lens action causes the focus of the laser beam. May deviate significantly, making it impossible to maintain the welding process stable anymore.

http://www.de.trumpf.com/de/produkte/lasertechnik/produkte/festkoerperlaser/strahlfuehrung/fokussieroptiken/beo.htmlから、保護ガラスが設けられたレーザ溶接装置用の入射光学装置(BEO)が公知であり、この場合、保護ガラスの周囲をガスが流れる。この入射光学装置も、密閉された圧力チャンバの外側に配置される。   From http://www.de.trumpf.com/de/produkte/lasertechnik/produkte/festkoerperlaser/strahlfuehrung/fokussieroptiken/beo.html, an incident optical device (BEO) for a laser welding apparatus with a protective glass is known. In this case, gas flows around the protective glass. This incident optical device is also placed outside the sealed pressure chamber.

U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum - A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum-A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. Of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010) Y. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)Y. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. Of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)

したがって本発明の課題は、真空チャンバの入射窓の汚れを十分に回避できるようにした入射光学装置、レーザ溶接ヘッド、及び真空チャンバを備えたレーザ溶接装置を提案することである。   Accordingly, an object of the present invention is to propose an incident optical device, a laser welding head, and a laser welding apparatus including a vacuum chamber that can sufficiently avoid contamination of an incident window of a vacuum chamber.

本発明によればこの課題は、請求項1に記載された入射光学装置、請求項12に記載されたレーザ溶接ヘッド、及び請求項13に記載されたレーザ溶接装置によって解決される。   According to the invention, this problem is solved by an incident optical device according to claim 1, a laser welding head according to claim 12, and a laser welding device according to claim 13.

本発明による入射光学装置によれば、レーザビームを透過させるコンポーネントがビーム導管内に気密に、即ち圧力密閉状態で、取り付けられている。   According to the incident optical device according to the invention, the component that transmits the laser beam is mounted in the beam conduit in an airtight manner, i.e. in a pressure-tight manner.

圧力密閉状態でビーム導管内に取り付けられたコンポーネントは、真空チャンバの入射窓の役割を果たすことができるので、一部分が真空チャンバ内部に、一部分が真空チャンバ外部に配置されるように、レーザ溶接ヘッドを真空チャンバに取り付けることができる。このようにすれば、入射窓を加工処理ゾーンからかなり隔てて配置することができるので、汚れのリスクが下がる一方、ビーム導管の被加工物近傍側の端部及び場合によってはこの端部に設けられるノズル収容部を、被加工物表面に近づけてポジショニングすることができる。   The component mounted in the beam conduit in a pressure sealed condition can serve as the entrance window of the vacuum chamber, so that the laser welding head can be placed partly inside the vacuum chamber and partly outside the vacuum chamber. Can be attached to the vacuum chamber. In this way, the entrance window can be positioned far away from the processing zone, reducing the risk of contamination, while at the end of the beam conduit near the work piece and possibly at this end. It is possible to position the nozzle accommodating portion to be close to the workpiece surface.

有利な構成によれば、集束レンズと、ビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、被加工物に向かうガス流を発生させるためのガス供給用の少なくとも1つの注入口が設けられている。このようにして、ガス(濾過された周囲空気又はシールドガス)を注入口からレーザ溶接ヘッドの入射光学装置側壁へと案内することができる。次いでこのガスは、注入口からビーム導管の被加工物近傍側端部の方向へと流れ、つまり溶接処理スポットへ向かって流れ、そこにおいて真空ポンプ(例えばロータリースライドバルブ)によりガスを吸引することができる。このようにして、上昇する金属蒸気がビーム導管内もしくはビーム導管の被加工物側端部と接続されたノズル内に侵入してしまうことが阻止される。このことに加え、ノズル開口部内もしくはビーム導管開口部内に到達するスプラッシュが抑制される。   According to an advantageous configuration, at least one inlet for supplying gas for generating a gas flow towards the workpiece is provided between the focusing lens and the workpiece proximal end of the beam conduit. ing. In this way, gas (filtered ambient air or shielding gas) can be guided from the inlet to the incident optical device side wall of the laser welding head. This gas then flows from the inlet toward the workpiece conduit near end of the beam conduit, that is, toward the welding process spot, where the gas can be aspirated by a vacuum pump (eg, a rotary slide valve). it can. In this way, the rising metal vapor is prevented from entering the beam conduit or the nozzle connected to the workpiece end of the beam conduit. In addition to this, splash reaching the nozzle opening or the beam conduit opening is suppressed.

本発明による入射光学装置の1つの特別な実施形態によれば、供給されたガスは保護ガラスを取り囲んでその両側に流される。この目的で、保護ガラスの下側にも上側にも、即ち保護ガラスの、被加工物に向いた側にも被加工物とは反対側にも、注入開口部が設けられる。このことが殊に有利になるのは、薄い保護ガラス特に最大でも厚さ1.5mmの保護ガラスが用いられる場合である。その理由は、両方の側にガスが流れるので、保護ガラスに圧力が加わらない状態に保持できるからである。   According to one particular embodiment of the incident optical device according to the invention, the supplied gas surrounds the protective glass and flows on both sides thereof. For this purpose, injection openings are provided on the lower side and on the upper side of the protective glass, ie on the side of the protective glass facing the workpiece and on the opposite side of the workpiece. This is particularly advantageous when a thin protective glass, in particular a protective glass with a thickness of at most 1.5 mm, is used. The reason is that the gas flows on both sides, so that it can be kept in a state where no pressure is applied to the protective glass.

殊に有利であるのは、ガス供給用の少なくとも1つの注入口は、保護ガラスに向かって傾斜した孔を有しており、それによってガス供給により保護ガラスに接してガスが流れるようにすることである。このようにすれば、保護ガラスに汚れが堆積してしまうのを回避することができる。   It is particularly advantageous that at least one inlet for gas supply has a hole inclined towards the protective glass, so that the gas supply allows the gas to flow in contact with the protective glass. It is. In this way, it is possible to avoid the accumulation of dirt on the protective glass.

1つの有利な実施形態によれば、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントは、集束レンズである。つまりこの場合、集束レンズは圧力封止部材として用いられる。この実施形態によれば、保護ガラスの簡単な交換が可能となる。この実施形態の場合には、集束レンズの近くに保護ガラスを配置することができる。   According to one advantageous embodiment, the transmissive component mounted in a pressure-tight manner in the beam conduit is a focusing lens. That is, in this case, the focusing lens is used as a pressure sealing member. According to this embodiment, the protective glass can be easily replaced. In the case of this embodiment, a protective glass can be placed near the focusing lens.

保護ガラスを、交換可能な保護ガラスカセットの一部分とすれば、保護ガラスの交換を特に簡単に行うことができる。保護ガラスカセットを、例えば引き上げボルトを用いることでビーム導管から取り外すことができる。   If the protective glass is a part of the replaceable protective glass cassette, the replacement of the protective glass can be performed particularly easily. The protective glass cassette can be removed from the beam conduit, for example by using a lifting bolt.

保護ガラスカセット交換の最適な時期を求めるために有利であるのは、保護ガラスの汚れの度合いを監視する装置を保護ガラスカセットに設けることである。   In order to determine the optimum time for replacement of the protective glass cassette, it is advantageous to provide the protective glass cassette with a device for monitoring the degree of contamination of the protective glass.

保護ガラスカセットが真空チャンバ外部で取り扱えるように配置されていると、有利である。このようにすれば、真空チャンバを開けることなく、保護ガラスを交換することができる。   It is advantageous if the protective glass cassette is arranged to be handled outside the vacuum chamber. In this way, the protective glass can be exchanged without opening the vacuum chamber.

格別有利であるのは、保護ガラスカセットが真空密閉状態で封止されていることである。   A particular advantage is that the protective glass cassette is sealed in a vacuum-tight state.

1つの択一的な実施形態によれば、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントは、保護ガラスである。圧力差に耐えるためには、保護ガラスの厚さを最小でも5mmとしなければならない。この実施形態の場合、保護ガラスが固定的に設置されることから、交換可能な保護ガラスカセットを備えた既述の実施形態の場合よりも、構造上のコストが著しく小さくなる。   According to one alternative embodiment, the permeable component that is pressure sealed within the beam conduit is a protective glass. In order to withstand the pressure difference, the thickness of the protective glass must be at least 5 mm. In the case of this embodiment, since the protective glass is fixedly installed, the structural cost is significantly lower than in the case of the above-described embodiment provided with a replaceable protective glass cassette.

保護ガラスの温度を監視する温度監視装置のための監視端子が設けられていると、有利である。   It is advantageous if a monitoring terminal for a temperature monitoring device for monitoring the temperature of the protective glass is provided.

付加的な保護手段として、保護ガラスとビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、使い捨て保護ガラスを設けることができ、この使い捨て保護ガラスの周囲にガス流が流れる。このケースでは、ガスは保護ガラスから(安価な)使い捨て保護ガラスの周囲を通って、溶接処理スポットへとさらに流れ、そこにおいて真空ポンプによりガスを吸引することができる。   As an additional protective measure, a disposable protective glass can be provided between the protective glass and the workpiece conduit side end of the beam conduit, and a gas flow flows around the disposable protective glass. In this case, the gas flows further from the protective glass through the periphery of the (inexpensive) disposable protective glass to the welding process spot, where it can be sucked in by a vacuum pump.

本発明は、レーザ溶接ヘッドにも関する。このレーザ溶接ヘッドには、これまで述べてきた入射光学装置と、この入射光学装置を真空チャンバにフランジを介して取り付けるためのフランジ機構とが設けられている。フランジ機構を、フランジプレートとして設計することができる。   The invention also relates to a laser welding head. The laser welding head is provided with the incident optical device described so far and a flange mechanism for attaching the incident optical device to the vacuum chamber via a flange. The flange mechanism can be designed as a flange plate.

さらに本発明は、レーザ溶接装置にも関する。このレーザ溶接装置には、レーザビームを真空チャンバに入射するための入射窓を備えた真空チャンバと、既述のレーザ溶接ヘッドとが設けられており、入射窓は、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントにより形成される。つまりこの場合、入射窓はレーザ溶接ヘッドの一部であり、レーザ溶接ヘッドの内部に配置されている。本発明によれば入射光学装置によって、真空チャンバの真空密閉封止部が形成される。このようにすれば、すべての光学コンポーネントを取り付け終えた状態の入射光学装置全体を、フランジ機構を介して真空チャンバに接続することができる。   The present invention further relates to a laser welding apparatus. This laser welding apparatus is provided with a vacuum chamber having an entrance window for entering a laser beam into the vacuum chamber and the laser welding head described above, and the entrance window is in a pressure-sealed state in the beam conduit. Formed by permeable components attached in That is, in this case, the incident window is a part of the laser welding head and is disposed inside the laser welding head. According to the present invention, the incident optical device forms the vacuum hermetic seal of the vacuum chamber. If it does in this way, the whole incident optical apparatus of the state which attached all the optical components can be connected to a vacuum chamber via a flange mechanism.

有利な構成によれば、本発明によるレーザ溶接装置にはノズルが含まれている。さらに有利な構成によれば、このノズルは、ビーム導管に設けられたノズル収容部に固定されている。   According to an advantageous configuration, the laser welding device according to the invention includes a nozzle. According to a further advantageous configuration, this nozzle is fixed in a nozzle housing provided in the beam conduit.

溶接スプラッシュないしは溶接スパッタは、とりわけノズル開口部に付着しやすいので、レーザ溶接装置が交換可能なノズルを備えていると有利である。有利な構成によれば、このノズルは、標準的なカッティングノズルのような使い捨ての消耗部品として形成されている。ガス注入口において圧力測定を行うことによって、溶接スプラッシュの付着に起因してノズル開口部の横断面積が場合によっては狭くなることを、圧力上昇からただちに検出することができる。圧力上昇が所定値よりも小さく維持されていれば、溶接終了後、所定の圧力を加えることで、ノズル開口部を再洗浄することができる。容易な洗浄と溶接スプラッシュの僅かな付着を保証する目的で、この種のノズルの材料として銅が適している。圧力上昇が所定値を上回ったならば、レーザビームによりスプラッシュが新たに溶解するのを回避するために、レーザビームを遮断して、ノズルを交換することができる。   Weld splash or weld spatter is particularly prone to adhere to the nozzle openings, so it is advantageous if the laser welding apparatus has a replaceable nozzle. According to an advantageous configuration, the nozzle is formed as a disposable consumable part, such as a standard cutting nozzle. By measuring the pressure at the gas inlet, it is possible to detect immediately from the pressure rise that the cross-sectional area of the nozzle opening may be reduced in some cases due to adhesion of weld splash. If the pressure increase is maintained smaller than a predetermined value, the nozzle opening can be rewashed by applying a predetermined pressure after the end of welding. Copper is a suitable material for this type of nozzle in order to ensure easy cleaning and slight adhesion of weld splash. If the pressure rise exceeds a predetermined value, the laser beam can be interrupted and the nozzle replaced in order to avoid a new melt of splash by the laser beam.

有利な構成によれば、レーザ溶接装置は、直径推移がビームの焦線に整合されたノズルを備えている。ノズル開口部が最小化されると、殊に有利である。このことによって、洗浄ガス量を低減することができ、ひいてはチャンバ内の圧力を低くすることができる。他方、開口部直径が最小化されると、ノズル開口部を通り抜けるスプラッシュがほとんどなくなり、それによりスプラッシュの問題点が大幅に小さくなり、もしくはそのような問題点が回避されるようになる。   According to an advantageous configuration, the laser welding device comprises a nozzle whose diameter transition is aligned with the focal line of the beam. It is particularly advantageous if the nozzle opening is minimized. As a result, the amount of cleaning gas can be reduced, and consequently the pressure in the chamber can be lowered. On the other hand, when the diameter of the opening is minimized, there is little splash through the nozzle opening, thereby greatly reducing or avoiding the problem of splash.

殊に有利であるのは、被加工物表面からノズルまでの間隔を調節できることである。有利な構成によれば、この間隔は、機械的に又はモータによりコリメーションレンズを光軸に沿ってシフトさせることによって、可変に調整可能である。被加工物表面からノズルまでの間隔について必要とされる変化をより大きなものとするために、アダプタ部材を種々の長さで設計することができる。別の選択肢として、アダプタに雄ねじを設け、可変の高さでビーム導管と螺合させることができる。アダプタのポジションを、例えばロックナットにより固定することができる。   It is particularly advantageous that the distance from the workpiece surface to the nozzle can be adjusted. According to an advantageous configuration, this distance can be variably adjusted by shifting the collimation lens along the optical axis mechanically or by means of a motor. The adapter member can be designed with various lengths in order to increase the required change in the distance from the workpiece surface to the nozzle. As another option, the adapter can be externally threaded and screwed into the beam conduit at a variable height. The position of the adapter can be fixed by, for example, a lock nut.

本発明による入射光学装置を、プログラミング可能な集束光学系(PFO)として設計することもできる。PFOは、ノズルとともに、又はノズルなしで、駆動することができる。PFOは、ビーム導管内部の可動ミラーを用いて、ビーム軸に対し垂直な平面内でビームを動かす。したがってビーム導管のサイズを、例えばその直径を、ビーム作業領域のサイズに整合させる必要がある。同様にPFOの焦点距離も、ビーム作業領域のサイズに整合させる必要がある。PFOを使用するためには通常、ビーム導管の出射開口部がいっそう大きくなければならないので、PFOによるビームポジショニングの利点を活用しようという場合に、慣用のノズルでは一般にPFOと組み合わせることはできない。光学装置を保護するためにビーム導管の出射開口部に、必要に応じて「マスク」を設けることも考えられる。   The incident optical device according to the invention can also be designed as a programmable focusing optical system (PFO). The PFO can be driven with or without a nozzle. PFO uses a movable mirror inside the beam conduit to move the beam in a plane perpendicular to the beam axis. It is therefore necessary to match the size of the beam conduit, for example its diameter, to the size of the beam working area. Similarly, the focal length of the PFO needs to match the size of the beam working area. In order to use the PFO, the exit aperture of the beam conduit must usually be larger, so conventional nozzles generally cannot be combined with the PFO when trying to take advantage of the beam positioning benefits of the PFO. It is also conceivable to provide a “mask” as necessary at the exit opening of the beam conduit to protect the optical device.

本発明によるレーザ溶接装置の1つの格別有利な実施形態によれば、被加工物の加工処理スポット(例えば溶接スポット)で発生する金属蒸気を吸引するために、吸引装置が設けられている。この吸引装置は、被加工物上面側にも下面側にも、吸入開口部を有することができる。このようにして、溶接プロセスにおいて発生する金属蒸気を、発生直後に吸引することができる。これを例えば、真空ポンプに至るバイパスを利用して行うことができる。ノズルに加え、サイドジェット又はクロスジェットの形態で付加的な補助ガスを加工処理ゾーンに供給可能な機構を設けることができる。このような補助ガスによって、吸引装置に向かう速度成分が金属蒸気に与えられることになる。このようにして、金属蒸気の大半が吸引装置に向かって流れ、チャンバから効率的に吸い出されるようになる。   According to one particularly advantageous embodiment of the laser welding device according to the invention, a suction device is provided for sucking the metal vapor generated at the processing spot (eg welding spot) of the workpiece. This suction device can have suction openings on both the upper and lower surfaces of the workpiece. In this way, the metal vapor generated in the welding process can be sucked immediately after generation. This can be done, for example, using a bypass leading to a vacuum pump. In addition to the nozzle, a mechanism can be provided that can supply additional auxiliary gas to the processing zone in the form of a side jet or cross jet. By such an auxiliary gas, a velocity component toward the suction device is given to the metal vapor. In this way, most of the metal vapor flows toward the suction device and is efficiently sucked out of the chamber.

特許請求の範囲、明細書及び図面には、本発明のその他の利点が示されている。また、これまでに挙げた特徴並びにさらに以下で説明する特徴を、単独で適用することもできるし、或いは複数を任意に組み合わせて適用することもできる。なお、以下に説明して図示した実施形態は、網羅的に記されたものではなく、むしろ本発明を説明するための例示的特徴である。   The claims, specification and drawings show other advantages of the invention. In addition, the features listed so far and the features described below can be applied singly or in any combination. It should be noted that the embodiments described and illustrated below are not exhaustive, but rather are exemplary features for explaining the present invention.

次に、実施例に基づき本発明について詳しく説明する。   Next, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.

本発明によるレーザ溶接ヘッドを示す斜視図The perspective view which shows the laser welding head by this invention 集束レンズが入射窓として形成された、本発明によるレーザ溶接装置の第1実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows 1st Embodiment of the laser welding apparatus by this invention by which the focusing lens was formed as an entrance window 保護ガラスが入射窓として形成された、本発明によるレーザ溶接装置の第2実施形態を示す図The figure which shows 2nd Embodiment of the laser welding apparatus by this invention by which protective glass was formed as an entrance window. PFOレーザ溶接ヘッドを本発明によるレーザ溶接装置とともに示す図The figure which shows a PFO laser welding head with the laser welding apparatus by this invention

図1には、入射光学装置2を備えた本発明によるレーザ溶接ヘッド1が示されており、これはフランジプレート3を介して真空チャンバ5(図2参照)のプレート4の上に固定されている。フランジプレート3は、ガスケット29により真空密閉されて真空チャンバ5のプレート4上に取り付けられており、真空チャンバ5に対するインタフェースを成している。   FIG. 1 shows a laser welding head 1 according to the invention with an incident optical device 2 which is fixed on a plate 4 of a vacuum chamber 5 (see FIG. 2) via a flange plate 3. Yes. The flange plate 3 is vacuum-sealed by a gasket 29 and mounted on the plate 4 of the vacuum chamber 5, and forms an interface to the vacuum chamber 5.

図2には、真空チャンバ5の上に取り付けられたレーザ溶接ヘッド1の断面図が示されている。真空チャンバ5の内部には処理対象となる被加工物6があり、これは回転軸7を中心に回転可能な被加工物載置台8の上に配置されている。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the laser welding head 1 mounted on the vacuum chamber 5. Inside the vacuum chamber 5 is a workpiece 6 to be processed, which is disposed on a workpiece mounting table 8 that can rotate around a rotating shaft 7.

様々な高さの部材を処理できるようにする目的で、被加工物載置台8の高さを調整可能であり、又は種々の高さのグリッドに取り付け可能である。真空チャンバ5のプレート4は、有利な構成によれば、真空チャンバ5に対し相対的に変位させることができるように取り付けられている。このようにすることで、被加工物6を回転軸7を中心にして回転させる場合、加工処理直径を調節することができる。   In order to be able to process members of various heights, the height of the worktable 8 can be adjusted or can be attached to a grid of various heights. According to an advantageous configuration, the plate 4 of the vacuum chamber 5 is mounted such that it can be displaced relative to the vacuum chamber 5. In this way, when the workpiece 6 is rotated about the rotation shaft 7, the processing diameter can be adjusted.

レーザ溶接ヘッド1の入射光学装置2には、コリメーションレンズ9、ビーム導管10、及び集束レンズ11が含まれている。図2に示した実施形態によれば、集束レンズ11はビーム導管10に気密に、即ち圧力密閉状態で取り付けられており、真空チャンバ5に対する入射窓を成している。加工処理が行われる側で金属蒸気及び溶接スプラッシュによる汚れから集束レンズ11を保護する目的で、集束レンズ11と溶接処理スポットとの間において集束レンズ11の近くに、交換可能な保護ガラス12が取り付けられている。   The incident optical device 2 of the laser welding head 1 includes a collimation lens 9, a beam conduit 10, and a focusing lens 11. According to the embodiment shown in FIG. 2, the focusing lens 11 is attached to the beam conduit 10 in an airtight manner, ie in a pressure-tight manner, and forms an entrance window for the vacuum chamber 5. In order to protect the focusing lens 11 from contamination due to metal vapor and welding splash on the side where the processing is performed, a replaceable protective glass 12 is attached between the focusing lens 11 and the welding spot near the focusing lens 11. It has been.

図示されている実施形態によれば、保護ガラス12は、交換可能な保護ガラスカセット13の一部分であり、この保護ガラスカセット13は、ガスケット29により真空密閉されてビーム導管10との境界面に設けられており、引き上げボルト14を用いることで入射光学装置2から取り外し可能である。保護ガラス12の交換は真空チャンバ5の外側でわれるので、速やかに実施することができる。   According to the illustrated embodiment, the protective glass 12 is part of a replaceable protective glass cassette 13 that is vacuum sealed by a gasket 29 and is provided at the interface with the beam conduit 10. It can be removed from the incident optical device 2 by using a pull-up bolt 14. Since the replacement of the protective glass 12 is performed outside the vacuum chamber 5, it can be performed quickly.

注入口15を介してガスをビーム導管10内へ案内し、保護ガラス12の周囲に流すことができる。これにより、保護ガラス12と被加工物6との間のスペースがいくらか加圧状態になって、溶接処理スポットに向かうガス流16が発生し、このガス流は真空ポンプ17により吸引される。このことによって、金属蒸気が上昇してノズル19に侵入することが阻止され、つまりは金属蒸気が保護ガラス12に凝縮/堆積することが阻止され、或いは少なくとも低減される。これに加え、ノズル開口部内に到達するスプラッシュが抑制される。パージガスとして例えば周囲空気を利用することができ、このようにすれば余分なプロセスコストがかからない。別の選択肢として、シールドガスを利用することも可能であり、これによって溶解物の「酸化度」を所期のように制御することができ、もしくは溶解物の酸化を防止することができる。   Gas can be guided through the inlet 15 into the beam conduit 10 and flow around the protective glass 12. As a result, the space between the protective glass 12 and the workpiece 6 is somewhat pressurized, and a gas flow 16 toward the welding process spot is generated, and this gas flow is sucked by the vacuum pump 17. This prevents the metal vapor from rising and entering the nozzle 19, i.e. preventing or at least reducing the metal vapor from condensing / depositing on the protective glass 12. In addition, the splash reaching the nozzle opening is suppressed. For example, ambient air can be used as the purge gas, so that no extra process costs are incurred. As another option, a shielding gas can be used, whereby the “oxidation degree” of the lysate can be controlled as desired or oxidation of the lysate can be prevented.

溶接プロセスおいて発生する金属蒸気を、被加工物上面側にも被加工物下面側にも吸入開口部23,24を備えた吸引装置22によって、発生直後に既に吸引することができ、これは例えばバイパス25を介して真空ポンプに向かって吸引される。   The metal vapor generated in the welding process can already be sucked by the suction device 22 having the suction openings 23 and 24 both on the upper surface side of the workpiece and on the lower surface side of the workpiece. For example, suction is performed toward the vacuum pump through the bypass 25.

保護ガラス12の汚れの度合いを監視するために監視装置21が設けられており、これをプロセス監視にも利用することができる。つまり、安定したプロセスであれば、保護ガラスの汚れ即ち保護ガラス監視の信号値が連続的にただし僅かに上昇していく。しかしながら信号が跳躍的に上昇したならば、そのことは不安定なプロセスを示唆するものである。   A monitoring device 21 is provided to monitor the degree of contamination of the protective glass 12, and this can also be used for process monitoring. That is, if the process is stable, the contamination of the protective glass, that is, the signal value for monitoring the protective glass continuously increases slightly. However, if the signal jumps up, it suggests an unstable process.

ビーム導管10は、被加工物近傍側の一方の端部18でノズル収容部と連通しており、そこには交換可能なノズル19が取り付けられている。アダプタ部材20を用いることで、ノズル19と被加工物6との間隔を変えることができる。ノズル19と被加工物6とのの間隔をごく僅かに変えるだけでよいならば、このような間隔変更を、コリメーションレンズ9の機械的な調節又はモータによる調節によって行ってもよい。   The beam conduit 10 communicates with the nozzle accommodating portion at one end 18 near the workpiece, and a replaceable nozzle 19 is attached thereto. By using the adapter member 20, the distance between the nozzle 19 and the workpiece 6 can be changed. If the distance between the nozzle 19 and the workpiece 6 needs to be changed only slightly, such a change in the distance may be performed by mechanical adjustment of the collimation lens 9 or adjustment by a motor.

様々な焦点距離を利用できるようにする目的で、フランジプレート3の厚さをそれぞれ異なるように設計することができ、これによって入射窓とフランジプレートとの間隔を変更することができる。長い焦点距離は、溶接領域から保護ガラスまでの間隔が長いことから、保護ガラス12の汚れをできるかぎり僅かにするために有利である。これに対し、短い焦点距離であると、ビーム括れ部分の直径が小さくなることから、被加工物6におけるレーザ強度が高まり、このことはアルミニウムや銅の被加工物の場合に特に有利である。しかも、可変の間隔調節によって、用いられる焦点距離に依存することなく、保護ガラス12を集束レンズにできるかぎり接近させることができ、このようにすることで、できるかぎり広い面積を照射できるようになり、出力密度が最小化され、それによって結果として生じる熱による焦点位置のずれを小さくすることができる。   In order to make it possible to use various focal lengths, the thickness of the flange plate 3 can be designed to be different from each other, whereby the distance between the entrance window and the flange plate can be changed. The long focal length is advantageous in order to minimize the contamination of the protective glass 12 because the distance from the welding region to the protective glass is long. On the other hand, when the focal length is short, the diameter of the beam constricted portion is reduced, so that the laser intensity in the workpiece 6 is increased, which is particularly advantageous in the case of an aluminum or copper workpiece. Moreover, the variable distance adjustment allows the protective glass 12 to be as close as possible to the focusing lens without depending on the focal length used, and by doing so, it is possible to illuminate as wide an area as possible. The power density is minimized, thereby reducing the resulting focal position shift due to heat.

図3には、入射光学装置2′を備えた本発明によるレーザ溶接装置1′の択一的な実施形態が示されており、この場合、保護ガラス12′が真空チャンバ5に対する入射窓として用いられる。この実施形態では、保護ガラス12′に圧力が加わるので、これは前述の実施形態の保護ガラス12よりも厚く設計されている。保護ガラス12′の下方で、注入口15を介してビーム導管10へガスが案内される。注入口15は、保護ガラス12′に対し傾斜して配向された孔26を有している。ガスは、斜め上に向かう孔26を介して、厚い保護ガラス12′の下方に流入し、これによって保護ガラスに接して流れる。その後、保護ガラス12′とノズル19との間に配置されたオプションとしての使い捨て保護ガラス27の周囲を流れ、溶接処理スポットへ向かってさらに流れていく。そして溶接処理スポットのところで、真空ポンプ17によりガスが吸引される。監視端子28を介して、圧力窓の温度を監視することができる。   FIG. 3 shows an alternative embodiment of the laser welding apparatus 1 ′ according to the invention with an incident optical device 2 ′, in which case a protective glass 12 ′ is used as an entrance window for the vacuum chamber 5. It is done. In this embodiment, since pressure is applied to the protective glass 12 ', this is designed to be thicker than the protective glass 12 of the previous embodiment. Under the protective glass 12 ′, gas is guided to the beam conduit 10 through the inlet 15. The injection port 15 has a hole 26 that is inclined with respect to the protective glass 12 ′. The gas flows into the lower part of the thick protective glass 12 'through the hole 26 directed obliquely upward, and thereby flows in contact with the protective glass. After that, it flows around the optional disposable protective glass 27 disposed between the protective glass 12 ′ and the nozzle 19, and further flows toward the welding process spot. The gas is sucked by the vacuum pump 17 at the welding processing spot. Via the monitoring terminal 28, the temperature of the pressure window can be monitored.

図3に示した実施形態の場合、保護ガラス12′は、真空チャンバ5外部から取り扱うことはできないけれども、それと引き替えにこの実施形態では設計の手間が大幅に減り、それによって製造コストを低く抑えることができる。   In the case of the embodiment shown in FIG. 3, the protective glass 12 'cannot be handled from the outside of the vacuum chamber 5, but in exchange for this, the design effort is greatly reduced in this embodiment, thereby reducing the manufacturing cost. Can do.

これまで述べてきた2つの実施形態によれば、入射窓(図2の集束レンズ、もしくは図3の保護ガラス)は、入射光学装置の一部分であり、したがって加工処理ゾーンからかなり離れて配置されているので、従来技術により知られている配置構成に比べて、汚れのリスクが小さくなる。   According to the two embodiments described so far, the entrance window (the focusing lens of FIG. 2 or the protective glass of FIG. 3) is part of the entrance optical device and is therefore arranged at a considerable distance from the processing zone. As a result, the risk of contamination is reduced compared to arrangements known from the prior art.

図4には、プログラミング可能な入射光学装置(PFO)2″を備えた本発明によるレーザ溶接ヘッド1″に関するさらに別の実施形態が示されている。この場合、プログラミング可能な入射光学装置2″はスキャン光学装置である。2つのミラー(図示せず)を介してレーザビーム30の向きを変えることによって、加工処理フィールド又は加工処理スペース内の予め定められた任意の位置に、レーザビーム30をポジショニングすることができる。この実施形態が既述の2つの実施形態と異なる点は、被加工物6上の作業領域が拡がることである。この場合、制限が与えられた作業領域(例えば60×60mm)を利用しながら、既述の入射光学装置2,2″の場合と同じ原理を適用することができる。ただし、利用すべき作業領域のサイズに応じて、既述の入射光学装置2,2′の場合よりも、PFOビーム導管10″の終端が被加工物6から離れて位置するようにし、その直径をレーザビーム30の作業領域に応じて整合させる必要がある。したがって60×60mmの作業領域であれば、ビーム導管10′の終端が例えば60mmよりも離れた位置になるようにする。   FIG. 4 shows a further embodiment of a laser welding head 1 ″ according to the invention with a programmable incident optical device (PFO) 2 ″. In this case, the programmable incident optical device 2 "is a scanning optical device. By changing the orientation of the laser beam 30 via two mirrors (not shown), a predetermined in the processing field or processing space is predetermined. The laser beam 30 can be positioned at any given position, and this embodiment is different from the above-described two embodiments in that the work area on the workpiece 6 is expanded. The same principle as in the case of the incident optical devices 2 and 2 ″ described above can be applied while using a limited working area (for example, 60 × 60 mm). However, depending on the size of the work area to be used, the end of the PFO beam conduit 10 ″ is located farther from the workpiece 6 than the incident optical devices 2 and 2 ′ described above, and its diameter Must be aligned in accordance with the working area of the laser beam 30. Therefore, if the working area is 60 × 60 mm, the end of the beam conduit 10 ′ is positioned farther than, for example, 60 mm.

プログラミング可能な入射光学装置2″のコリメーション焦点距離は短く(例えばf=90)、また、x−y作業領域には制限が与えられていることから、入射光学装置2,2′における他のすべての既述のコンポーネント、例えばフランジ機構3、保護ガラスカセット13等を、プログラミング可能な入射光学装置2″においても利用することができる。   Since the collimating focal length of the programmable incident optical device 2 ″ is short (eg f = 90) and the xy work area is limited, all other incident optical devices 2, 2 ′ The above-described components such as the flange mechanism 3 and the protective glass cassette 13 can also be used in the programmable incident optical device 2 ″.

1,1′,1″ レーザ溶接ヘッド
2,2′,2″ 入射光学装置
3 フランジプレート
4 プレート
5 真空チャンバ
6 被加工物
7 回転軸
8 被加工物載置台
9 コリメーションレンズ
10,10′ ビーム導管
11 集束レンズ
12,12′ 保護ガラス
13 保護ガラスカセット
14 引き上げボルト
15 注入口
16 ガス流
17 真空ポンプ
18 ビーム導管の被加工物近傍側の端部
19 ノズル
20 アダプタ部材
21 監視装置
22 吸引装置
23 吸入開口部
24 吸入開口部
25 バイパス
26 孔
27 使い捨て保護ガラス
28 監視端子
29 ガスケット
30 レーザビーム
1, 1 ', 1 "Laser welding head 2, 2', 2" Incident optical device 3 Flange plate 4 Plate 5 Vacuum chamber 6 Work piece 7 Rotating shaft 8 Work piece mounting table 9 Collimation lens 10, 10 'Beam conduit DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Focusing lens 12,12 'Protective glass 13 Protective glass cassette 14 Lifting bolt 15 Inlet 16 Gas flow 17 Vacuum pump 18 End part of beam conduit near work piece 19 Nozzle 20 Adapter member 21 Monitoring device 22 Suction device 23 Opening 24 Suction opening 25 Bypass 26 Hole 27 Disposable protective glass 28 Monitoring terminal 29 Gasket 30 Laser beam

Claims (14)

真空チャンバ(5)と、
入射光学装置(2,2′)と、該入射光学装置(2,2′)を前記真空チャンバ(5)に取り付けるためのフランジ機構(3)とを備えている、前記真空チャンバ(5)内の被加工物(6)を加工処理するレーザ溶接ヘッド(1,1′,1″)と、
を備えている、レーザ溶接装置であって、
前記真空チャンバ(5)は、レーザビームを当該真空チャンバ(5)に入射するための入射窓を備えており、
前記入射光学装置(2,2′)は、
加工物側に一方の端部(18)を備えたビーム導管(10,10′)と、該ビーム導管(10,10′)内に配置され、レーザビームを被加工物表面に集束させる集束レンズ(11)とを有しており、
前記入射光学装置(2,2′)においては、前記集束レンズ(11)と、前記ビーム導管(10,10′)の被加工物側端部(18)との間に、保護ガラス(12,12′)が配置されており、
前記レーザビームに対し透過性のコンポーネント(11,12′)が、前記ビーム導管(10,10′)内に圧力密閉状態で取り付けられており、
前記被加工物(6)の加工処理スポットにおいて発生する金属蒸気を吸引するための吸引装置(22)が設けられており、当該吸引装置(22)は、前記被加工物(6)の上面側及び下面側のいずれにも吸入開口部を有しており、
前記加工処理スポットに補助ガスを供給するための機構がさらに設けられており、当該補助ガスによって、前記金属蒸気を前記吸引装置(22)に向ける速度が高められる、ことを特徴とする、
レーザ溶接装置
A vacuum chamber (5);
In the vacuum chamber (5), comprising an incident optical device (2, 2 ') and a flange mechanism (3) for attaching the incident optical device (2, 2') to the vacuum chamber (5) A laser welding head (1, 1 ′, 1 ″) for processing a workpiece (6) of
A laser welding apparatus comprising:
The vacuum chamber (5) includes an incident window for allowing a laser beam to enter the vacuum chamber (5).
The incident optical device (2, 2 ')
A beam conduit (10, 10 ') with one end (18) on the workpiece side and a focus placed in the beam conduit (10, 10') to focus the laser beam on the workpiece surface A lens (11) ,
In the incident optical device (2, 2 '), a protective glass (12, 2) is provided between the focusing lens (11) and the workpiece side end (18) of the beam conduit (10, 10'). 12 ′) is arranged ,
Components transmissive to the laser beam (11, 12 ') are mounted in a pressure-tight manner in the beam conduit (10, 10') ;
A suction device (22) for sucking metal vapor generated at a processing spot of the workpiece (6) is provided, and the suction device (22) is on the upper surface side of the workpiece (6). And has a suction opening on both the lower surface side,
A mechanism for supplying auxiliary gas to the processing spot is further provided, and the auxiliary gas increases the speed at which the metal vapor is directed to the suction device (22) .
Laser welding equipment .
前記集束レンズ(11)と、前記ビーム導管(10,10′)の被加工物側端部(18)との間に、前記被加工物(6)に向かうガス流を発生させるためのガス供給用の少なくとも1つの注入口(15)が設けられている、
請求項1に記載のレーザ溶接装置
Gas supply for generating a gas flow toward the workpiece (6) between the focusing lens (11) and the workpiece side end (18) of the beam conduit (10, 10 '). At least one inlet (15) is provided,
The laser welding apparatus according to claim 1.
供給された前記ガスは、前記保護ガラス(12)を取り囲んで両側に流れる、
請求項2に記載のレーザ溶接装置
The supplied gas flows on both sides surrounding the protective glass (12),
The laser welding apparatus according to claim 2.
ガス供給用の少なくとも1つの前記注入口(15)は、前記保護ガラス(12′)に向かって傾斜した孔(26)を有しており、前記ガス供給により前記保護ガラス(12′)に接してガスが流れる、
請求項2又は3に記載のレーザ溶接装置
At least one inlet (15) for gas supply has a hole (26) inclined toward the protective glass (12 '), and is in contact with the protective glass (12') by the gas supply. Gas flows,
The laser welding apparatus according to claim 2 or 3.
前記ビーム導管(10,10′)内に圧力密閉状態で取り付けられる前記透過性のコンポーネントは、前記集束レンズ(11)である、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置
The transmissive component mounted in a pressure-tight manner in the beam conduit (10, 10 ') is the focusing lens (11).
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記保護ガラス(12)は、交換可能な保護ガラスカセット(13)の一部分である、
請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置
The protective glass (12) is part of a replaceable protective glass cassette (13).
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記保護ガラスカセット(13)は、前記保護ガラス(12)の汚れの度合いを監視する装置を備えている、
請求項6に記載のレーザ溶接装置
The protective glass cassette (13) includes a device for monitoring the degree of contamination of the protective glass (12).
The laser welding apparatus according to claim 6.
前記保護ガラスカセット(13)は真空密閉状態で封止されている、
請求項6又は7に記載のレーザ溶接装置
The protective glass cassette (13) is sealed in a vacuum sealed state,
The laser welding apparatus according to claim 6 or 7.
前記ビーム導管(10,10′)内に圧力密閉状態で取り付けられる前記透過性のコンポーネントは、前記保護ガラス(12′)である、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置
The transmissive component mounted in a pressure sealed manner in the beam conduit (10, 10 ') is the protective glass (12').
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記保護ガラス(12′)の温度を監視する温度監視装置用の監視端子(28)が設けられている、
請求項9に記載のレーザ溶接装置
A monitoring terminal (28) for a temperature monitoring device for monitoring the temperature of the protective glass (12 ') is provided;
The laser welding apparatus according to claim 9.
前記保護ガラス(12′)と、前記ビーム導管(10,10′)の被加工物側端部(18)との間に、周囲をガス流が流れる使い捨て保護ガラス(27)が設けられている、
請求項1から10のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置
A disposable protective glass (27) through which a gas flow flows is provided between the protective glass (12 ') and the workpiece side end (18) of the beam conduit (10, 10'). ,
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 10.
前記レーザ溶接装置は交換可能なノズル(19)を含む、
請求項1から11のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置。
The laser welding apparatus includes a replaceable nozzle (19),
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 11 .
前記レーザ溶接装置は、ビームの焦線に整合された直径推移を有するノズル(19)を含む、
請求項1から12のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置。
The laser welding apparatus includes a nozzle (19) having a diameter transition aligned with the focal line of the beam,
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 12 .
前記レーザ溶接装置は、被加工物表面からの間隔を調節可能なノズルを備えている、
請求項1から13のいずれか1項に記載のレーザ溶接装置。
The laser welding apparatus includes a nozzle capable of adjusting a distance from a workpiece surface.
The laser welding apparatus according to any one of claims 1 to 13 .
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105904088A (en) * 2016-06-29 2016-08-31 上海电气钠硫储能技术有限公司 Vacuum laser aluminum alloy welding smoke dust removal system
DE102017205084A1 (en) * 2017-03-27 2018-09-27 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Gas nozzle with wear-resistant sleeve for encapsulation of a cutting gas jet
IT201700121730A1 (en) * 2017-10-26 2019-04-26 Salvagnini Italia Spa LASER CUTTING HEAD FOR MACHINE TOOL
LU100538B1 (en) * 2017-12-11 2019-06-12 Highyag Lasertechnologie Gmbh Device for the protection of laser optics
DE102017222490A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-13 KTW Technology GmbH High vacuum chamber
CN107983959A (en) * 2017-12-29 2018-05-04 西安赛隆金属材料有限责任公司 A kind of vision system environmental control system
JP7168430B2 (en) * 2018-12-04 2022-11-09 株式会社アイシン福井 laser welding equipment
DE102019102233A1 (en) 2018-12-20 2020-06-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for producing a composite component and motor vehicle
CN109483055B (en) * 2018-12-28 2024-04-26 江苏正力新能电池技术有限公司 Welding mechanism and welding method for battery cell connecting sheet
JP7191474B2 (en) * 2019-03-06 2022-12-19 株式会社ディスコ Evaluation method and confirmation fluid ejection device
IT201900016493A1 (en) * 2019-09-17 2021-03-17 Salvagnini Italia Spa LASER CUTTING HEAD FOR MACHINE TOOL
DE102019214742A1 (en) 2019-09-26 2021-04-01 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Assembly of a laser ablation device and laser ablation device of such an assembly
CN110773866A (en) * 2019-12-04 2020-02-11 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) Vacuum welding device and method for amorphous alloy
KR102364054B1 (en) * 2020-03-19 2022-02-17 한국광기술원 Laser Vacuum Welding Device
CN113820293B (en) * 2020-06-19 2024-06-14 核工业理化工程研究院 Low-temperature gas spectrum measuring device and using method thereof
DE102021107422A1 (en) 2021-03-24 2022-09-29 Mogema BV Device and method for welding
DE102021123027A1 (en) 2021-09-06 2023-03-09 LaVa-X GmbH Laser processing device
CN114434008A (en) * 2022-04-11 2022-05-06 江苏联赢激光有限公司 Composite laser welding method and laser welding device
DE102022128180A1 (en) 2022-10-25 2024-04-25 TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG Media supply during laser welding
CN117564518B (en) * 2024-01-15 2024-05-17 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) Vacuum laser welding device and welding method

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD110199A1 (en) * 1974-03-08 1974-12-12
JPS59191587A (en) * 1983-04-13 1984-10-30 Inoue Japax Res Inc Laser working device
JPS60223694A (en) * 1984-04-23 1985-11-08 Nuclear Fuel Co Ltd Airtight welding device by laser light
JPS6130295A (en) * 1984-07-23 1986-02-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser light condenser
JPS62168693A (en) * 1986-01-18 1987-07-24 Yoshiaki Arata Vacuum laser welding method
JPH0682728B2 (en) * 1987-08-27 1994-10-19 日本電気株式会社 Photomask defect monitoring method
JP2892483B2 (en) * 1990-10-18 1999-05-17 浜松ホトニクス株式会社 Laser fine processing equipment
JPH09122962A (en) * 1995-10-30 1997-05-13 Amada Co Ltd Laser beam machining head
DE19853735C1 (en) * 1998-11-23 2000-03-30 Fraunhofer Ges Forschung Laser machining head and method for moving it to operate laser cutting works at high machining speeds, while reducing wear and tear on surface relative to workpiece
DE19944484C1 (en) * 1999-09-16 2001-04-19 Precitec Gmbh Lens holder changing device for laser machining head has 2 operating devices for cooperation with fixing devices for lens holder and further function element, e.g. cutting jet
JP2001259872A (en) * 2000-03-15 2001-09-25 Mitsubishi Electric Corp Laser beam machine
DE10060176B4 (en) * 2000-12-04 2008-06-19 Precitec Kg Laser processing head
DE10113518B4 (en) * 2001-03-20 2016-05-19 Precitec Kg Method for measuring the degree of soiling of a protective glass of a laser processing head and laser processing system for carrying out the method
JP2004306106A (en) * 2003-04-09 2004-11-04 Babcock Hitachi Kk Laser beam machining head
KR100520539B1 (en) * 2003-05-27 2005-10-11 현대자동차주식회사 A removing device for laser welding spatter
CN1622357A (en) * 2004-12-16 2005-06-01 中国科学院物理研究所 Method and device for preparing large area superconducting film adopting pulse laser deposition process
JP5194367B2 (en) * 2006-02-20 2013-05-08 日産自動車株式会社 Laser processing head and laser processing method
CN101264554A (en) * 2008-04-01 2008-09-17 沈阳航空工业学院 Vacuum system for laser processing
WO2012006558A2 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Fei Company Charged particle beam processing system with visual and infrared imaging
JP2012187591A (en) * 2011-03-09 2012-10-04 Hitachi Zosen Corp Laser processing head
DE102011056811A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for protecting the surface of an optical component and device for processing workpieces
JP2013180310A (en) * 2012-02-29 2013-09-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Laser machining device
JP5986027B2 (en) * 2012-03-31 2016-09-06 エフ・イ−・アイ・カンパニー System to protect optical components during laser ablation
DE102012012275B9 (en) * 2012-06-21 2014-11-27 Carl Zeiss Microscopy Gmbh MACHINING SYSTEM FOR MICRO-MATERIAL PROCESSING
JP6037741B2 (en) * 2012-09-18 2016-12-07 三菱重工工作機械株式会社 Mobile vacuum welding equipment

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