JP7324999B2

JP7324999B2 - 防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法

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Publication number: JP7324999B2
Application number: JP2020521757A
Authority: JP
Inventors: 静波王; 正敏西尾
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Filing date: 2019-04-05
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Description

本発明は、防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法に関する。

レーザ加工システムは、レーザ発振器と、レーザ発振器によって発振されたレーザビームを伝送する光ファイバと、光ファイバで伝送されたレーザビームを集光して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドと、レーザ加工ヘッドを被加工物に向けて位置決め保持するマニピュレータと、マニピュレータを制御するロボット制御装置などを備えている。

レーザ加工法は、高いエネルギー密度のレーザビームを使用することによって高速で高い加工品質を得ることができる加工方法である。

しかし、例えば溶接加工では、被加工物から溶融金属の蒸発に伴い発生したヒュームや、溶融金属自身の飛散によって発生したスパッタが、レーザ加工ヘッドに収容された光学部品に付着し得る。光学部品に汚れや破損が発生すると、所期の性能を発揮することが困難になる。

そこで、ヒュームやスパッタが光学部品に付着することがないように、レーザ加工ヘッドの出口側に保護ガラスが設けられる。保護ガラスは、汚れた時に交換できるように、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在に構成されている。

さらに、保護ガラスの防汚のために、保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置が設けられる。防汚ガスとしては、例えば圧縮空気が好適に用いられる。

例えば、特許文献１には、内部に備えた集光レンズで集光されたレーザビームが先端部に設けられたレーザノズルから照射されるレーザ加工ヘッドであって、集光レンズとレーザノズルの間には集光レンズを保護する保護ガラスが設けられ、前記レーザ加工ヘッドの下部には高速エアを噴射できるエアブロー装置が設けられ、エアブロー装置によってレーザ加工ヘッドの先端部に高速エアの層流が形成されるレーザ加工ヘッドが提案されている。

特許文献２には、レーザビームを収束させるレンズと、前記レンズによって収束されたレーザビームの光路の側方に配置された少なくとも２つのノズルベースとを有するレーザ加工ヘッドが提案されている。該２つのノズルベースは、収束された前記レーザビームの光軸方向に関して相互に異なる位置に配置され、該ノズルベースの各々は、該レーザビームの光路に向かってガスを噴出するスリット状のノズルを有し、該ノズルは相互に平行に配置されている。

特許文献３には、内部に備えられた集光レンズで集光されたレーザビームを加工点に出射するレーザ加工ヘッドにおいて、集光レンズと加工点の間で、レーザビームの光軸に対して垂直方向に、前記集光レンズ側から順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔をあけて配置し、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面と、第２の保護ガラスと加工点間に、レーザビームの光軸に対して垂直方向に高速エアを噴射するエアブローノズルをそれぞれ設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッドが提案されている。

特開２０００－２６３２７６号公報特開２００２－１９２３７４号公報特開２００４－３０６１０６号公報

しかし、上述した従来の防汚ガス供給装置は、何れもレーザ加工ヘッドの出口側に設けた保護ガラスの近傍に固定設置されている。また、噴射ノズルから噴射された防汚ガスは、レーザビームの光軸と直交する平面に沿うように、吹付角度が制限された状態で噴射されている。そのため、保護ガラスへのヒュームまたはスパッタの付着の防止効果が不十分になる虞がある。

そこで、保護ガラスからある程度離隔した位置から防汚ガスが供給されるように防汚ガス供給装置を設けることが想定される。しかし、噴射ノズルから噴射された防汚ガスが被加工物または被加工物を固定する治具に当たり、偏流された防汚ガスが、例えば溶接時のシールドガスと干渉することがある。この場合、シールド効果が阻害され、溶接金属が酸化する虞がある。

本発明は、上述の問題点に鑑み、レーザ加工時に発生するヒュームやスパッタの保護ガラスへの付着を効果的に防止し、しかも溶接部位のガスシールド状態を乱すことがなく高い加工品質が得られる、防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法を提供する点にある。

本発明の一側面は、光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置であって、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えている、防汚ガス供給装置に関する。

また、本発明の別の側面は、光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置を用いたレーザ加工ヘッドの防汚方法であって、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整ステップを備えている、レーザ加工ヘッドの防汚方法に関する。

本発明によれば、レーザ加工時に発生するヒュームやスパッタの保護ガラスへの付着を効果的に防止し、しかも溶接部位のガスシールド状態を乱すことがなく高い加工品質が得られる、防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法を提供することができるようになる。
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

レーザ加工システムの説明図である。レーザ加工ヘッドの要部断面図である。レーザ加工ヘッドの備えた防汚ガスの噴射態様調整機構の説明図である。図３Ａに示すＡ－Ａ線断面図である。レーザ加工ヘッドの備えた防汚ガスの噴射態様調整機構の別実施形態の説明図である。図４Ａに示すＡ－Ａ線断面図である。レーザ加工ヘッドの備えた防汚ガスの噴射態様調整機構の別実施形態の説明図である。図５Ａに示すＢ－Ｂ線断面図である。ノーマルな水平方向へ噴射された防汚ガスの噴射方向説明図である。噴射された防汚ガスが位置決め治具により偏流される場合の噴射方向説明図である噴射態様調整機構により位置決め治具を回避するように上方に角度偏向して噴射された防汚ガスの噴射方向説明図である。噴射態様調整機構により位置決め治具を回避するようにノズル位置を上方に位置偏向して噴射された防汚ガスの噴射方向説明図である。噴射態様調整機構によりノズルの偏向角度が自動調整される場合の防汚ガスの噴射方向説明図である。

以下、本発明を適用した防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法の実施形態を説明する。

［防汚ガス供給装置及びレーザ加工ヘッドの防汚方法の基本的態様］
本発明に係る防汚ガス供給装置は、光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射して保護ガラスを防汚するガスノズルを備え、ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えている。噴射態様は、例えば被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいて変化させてよい。また、噴射態様は、例えば被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいて、自動的もしくは手動操作で変化させてよい。

例えば被加工物の溶接位置に対応して、保護ガラスへのヒュームやスパッタの付着を効果的に防止可能な噴射態様で防汚ガスが噴射される。或いは、固定治具を含む被加工物との干渉によって防汚ガスの偏流が生じる場合には、その偏流によってシールドガスによる加工部位のシールド状態が乱されないような噴射態様で、防汚ガスが噴射される。ここで、防汚ガスの噴射態様は、噴射態様調整機構によって調整される。

噴射態様調整機構は、レーザビームの光軸に沿う方向にガスノズルの位置を調整するガスノズル移動機構を備えてもよい。例えば、ガスノズルから噴射された防汚ガスが被加工物やその固定治具によって偏流されてシールドガスによる加工部位のシールド状態が乱されることがないように、ガスノズル移動機構によってガスノズルをレーザビームの光軸に沿う方向に移動させることができる。

また、噴射態様調整機構は、レーザビームの光軸と直交する平面に対して、ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整機構を備えてもよい。例えば、ガスノズルから噴射された防汚ガスが被加工物やその固定治具によって偏流されてシールドガスによる加工部位のシールド状態が乱されることがないように、噴射角度調節機構によってガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整することができる。

被加工物の設置環境もしくは設置条件に応じ、例えば、被加工物の溶接位置及び／または被加工物を保持する位置決め治具の配置位置に基づいて噴射態様が変更される。位置決め治具は、被加工物を加工に適した姿勢に保持する。これにより、被加工物のみならず位置決め治具によって防汚ガスが偏流され、シールドガスによる加工部位のシールド状態が乱されることがないように調整できるようになる。

ガスノズルもしくはこれを備えた防汚ガス供給装置は、レーザビームの光軸に沿う方向に沿って複数段設けられてもよい。噴射態様調整機構は、被加工物に最も近い側のガスノズルもしくは防汚ガス供給装置に設けられていることが好ましい。

保護ガラスの近傍に設けられたガスノズルから噴射される防汚ガスによって、保護ガラスに向うヒュームやスパッタの飛翔軌跡が変化し、保護ガラスへの付着が抑制される。一方、被加工物に最も近い側のガスノズルに備えた噴射態様調整機構によって、被加工物の設置環境もしくは設置条件に対応した適切な態様で防汚ガスが噴射される。

本発明に係るレーザ加工ヘッドの防汚方法は、光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射して前記保護ガラスを防汚するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置を用いたレーザ加工ヘッドの防汚方法であって、ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整ステップを備えている。噴射態様は、例えば被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいて変化させてよい。また、噴射態様は、例えば被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいて、自動的もしくは手動操作で変化させてよい。

噴射態様調整ステップは、例えば、レーザビームの光軸に沿う方向に前記ガスノズルの位置を異ならせるガスノズル移動ステップを備えてよい。

噴射態様調整ステップは、例えば、レーザビームの光軸と直交する平面に対して、ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整ステップを備えてよい。

［レーザ加工装置及び防汚ガス供給装置の構成］
以下に、溶接加工用のレーザ加工システムに組み込まれた防汚ガス供給装置を説明する。なお、防汚ガス供給装置が組み込まれるレーザ加工システムは、溶接加工用に限るものではなく、孔開け加工などの他の用途に用いられるものであってもよい。

図１に示すように、レーザ加工システム１００は、レーザ発振器１１０と、レーザ発振器１１０によって発振されたレーザビームを伝送する光ファイバ１１と、光ファイバ１１で伝送されたレーザビームを集光して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッド１０と、レーザ加工ヘッド１０を被加工物に向けて位置決め保持するロボット装置１２０と、ロボット装置１２０を制御するロボット制御装置１３０と、ロボット制御装置１３０に接続されたティーチペンダント１４０などを備えている。

ロボット装置１２０は、複数のリンク１２１がそれぞれジョイント１２２を介して回動可能に結合された多関節型アームでなるマニピュレータ１２３を備える。マニピュレータ１２３の先端部には、レーザ加工ヘッド１０が取り付けられている。

ロボット制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＣＰＵで実行される制御プログラムなどが格納されたメモリ及び入出力回路などで構成された電子制御回路を備える。当該電子制御回路により、マニピュレータ１２３を制御するマニピュレータ制御部１３１や、レーザ発振器１１０を制御するレーザ発振器制御部１３２などの機能ブロックが構成されている。

レーザ加工ヘッド１０は、ブラケットを介してマニピュレータ１２３の先端に取り付けられたケーシング１２と、ケーシング１２に収容された光学系１３（１３Ａ，１３Ｂ）及び保護ガラス１４などを備えて構成されている。

レーザ発振器１１０から光ファイバ１１を介してレーザ加工ヘッド１０に伝送されたレーザビームは、光学系１３Ａ，１３Ｂで集光されて、ワークテーブルＷＴに設置された溶接対象物となる被加工物Ｗの溶接部位に照射される。

当該ケーシング１２には、溶接個所に向けて溶接ワイヤを供給するとともに溶接ワイヤの周囲からシールドガスを供給するシールドガスノズルを備えたワイヤ供給機構４０が設けられている。ワイヤ供給機構４０から供給される溶接ワイヤが、レーザビームにより溶融して被加工物Ｗが溶接される。そして、溶接時に溶融した金属が周囲の空気による酸化で劣化しないように、アルゴンガスなどのシールドガス４２が溶接部位に供給される。

なお、図１には、ワイヤ供給機構４０のシールドガスノズルしか示されていないが、実際には、シールドガスノズルの先端が溶接部位に延びるようにワイヤ供給機構４０の本体がケーシング１２の側壁に取付けられていてよい。

また、図示していないが、ワイヤ供給機構４０は、ケーシング１２の側壁に取付けられている部分が、別置きのワイヤ収納部と、ワイヤ送給駆動部とに接続されていてよい。そして、ワイヤ供給機構４０は、ワイヤを供給せずに、シールドガスのみを供給することができる。

レーザ加工ヘッド１０は、さらに保護ガラス１４と被加工物Ｗとの間に、レーザビームの光軸Ｌと交差する方向から防汚ガスを噴射して保護ガラス１４を防汚する第１の防汚ガス供給装置２０Ａ（２０）及び第２の防汚ガス供給装置２０Ｂ（２０）を備える。第２の防汚ガス供給装置２０Ｂは、被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいてガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えている。

ティーチペンダント１４０は、ロボット制御装置１３０との通信インタフェース回路、各種の情報を表示するための表示部１４１、溶接条件の設定等を行うためのデータ設定部１４２などを備えて構成されている。

教示者は、ティーチペンダント１４０のデータ設定部１４２を操作して、マニピュレータ１２３に対する動作パラメータや、レーザ加工ヘッド１０及びレーザ発振器１１０に対する溶接パラメータなどの教示データの入力作業を行なう。入力された教示データの集合体つまりティーチング情報は、通信インタフェース回路を介してティーチペンダント１４０からロボット制御装置１３０に送信され、ロボット制御装置１３０のメモリに記憶される。

ロボット制御装置１３０は、溶接作業の開始に際してメモリから読み出したティーチング情報に基づいて演算部で必要な演算処理を実行し、マニピュレータ１２３に必要な動作指令を出力するとともに、レーザ発振器１１０にレーザビームの発振指令などを出力する。ロボット制御装置１３０が溶接作業の進捗に伴ってマニピュレータ１２３、レーザ発振器１１０及びレーザ加工ヘッド１０に必要な指令を更新出力することにより、教示データ通りにマニピュレータ１２３とレーザ発振器１１０及びレーザ加工ヘッド１０が制御される。レーザ加工ヘッド１０に出力される指令には噴射態様調整機構に対する指令が含まれる。

ロボット制御装置１３０からマニピュレータ１２３に出力される動作指令には、レーザ加工ヘッド１０を所定の移動経路及び速度で移動させるために必要な各ジョイントに対する回転方向及び回転速度が含まれる。レーザ発振器１１０に出力される発信指令には、レーザビームのパワー、発振指令、停止指令、連続駆動かパルス駆動かの選択指令、パルス駆動の場合には繰返し周波などが含まれる。噴射態様調整機構に対する指令には、噴射角度などが含まれる。

［防汚ガス供給装置及び噴射態様調整機構の説明］
図２に示すように、レーザ加工ヘッド１０のケーシング１２の底部に第１の保護ガラス１４Ａが封止され、さらに下方に第２の保護ガラス１４Ｂが配置されている。第２の保護ガラス１４Ｂは、ガラス保持部１５に着脱可能に取り付けられ、当該ガラス保持部１５がケーシング１２の下部にネジ止めされている。なお、ケーシング１２に対するガラス保持部１５の取り付け態様は例示に過ぎず、ネジ止めに限るものではない。

保護ガラス１４（１４Ａ，１４Ｂ）は、溶接時に発生するヒュームやスパッタが光学系１３Ａ，１３Ｂに付着して劣化することがないように設けられている。第１の保護ガラス１４Ａがケーシング１２に封止され、着脱不能であるため、第２の保護ガラス１４Ｂがヒュームやスパッタの付着による汚れの程度に応じて交換可能に構成されている。

第２の保護ガラス１４Ｂの直下に第１の防汚ガス供給装置２０Ａが設けられ、さらにその下方に第２の防汚ガス供給装置２０Ｂが設けられている。
第１の防汚ガス供給装置２０Ａは、ケーシング１２に取付けられた第１防汚ガス供給路２１と、第１防汚ガス供給路２１に備えた第１防汚ガスノズル２２を備えている。第１防汚ガス供給路２１は、ケーシング１２の側壁に沿って下方に流れる縦流路２１Ａと、縦流路２１Ａの下端で横に折れ曲がる横流路２１Ｂとで構成される断面Ｌ字状の流路である。当該横流路２１Ｂの基端部に第１防汚ガスノズル２２が設けられている。

横流路２１Ｂを構成する上下の扁平流路壁には、レーザビームを遮ることがないように、光軸Ｌを中心とする円形の開口が形成されている。第１防汚ガスノズル２２から噴射された防汚ガスは、光軸Ｌと直交する方向に横流路２１Ｂを通り、円形の開口から保護ガラス１４Ｂに向って流れるヒュームやスパッタが保護ガラス１４Ｂに当たらないように、横流路２１Ｂの端部開口から排出される。

第２の防汚ガス供給装置２０Ｂは、第１防汚ガス供給路２１の縦流路２１Ａに隣接して設けられた第２防汚ガス供給路２３と、第２防汚ガス供給路２３に備えた第２防汚ガスノズル２４とを備えている。第２防汚ガス供給路２３は、ケーシング１２の側壁に沿って下方に流れる縦流路２３Ａと、縦流路２３Ａの下端で横に折れ曲がる横流路２３Ｂとで構成される断面Ｌ字状の流路である。当該横流路２３Ｂの先端部に第２防汚ガスノズル２４が設けられている。

第２の防汚ガス供給装置２０Ｂには、第２防汚ガスノズル２４による防汚ガスの噴出方向を偏向させる噴射態様調整機構が設けられている。当該噴射態様調整機構により、第２防汚ガスノズル２４から噴出される防汚ガスの噴出方向が、レーザビームの光軸Ｌに直交する方向を中心に上下方向に偏向可能に構成されている。図２の二点鎖線は防汚ガスの流れ方向を示している。
図２では、第１防汚ガス供給路２１（２１Ａ）と第２防汚ガス供給路２３（２３Ａ）は同一の防汚ガス（圧縮空気）から分岐されて防汚ガスが供給されるよう描かれているが、この２つの防汚ガス供給路を分離して設置し、防汚ガスがそれぞれ独立に供給されてもよい。

防汚ガスの噴出方向が上下方向に偏向可能に構成されているのは、被加工物Ｗの設置環境もしくは設置条件によって、第２防汚ガスノズル２４から噴出される防汚ガスが被加工物やその治具で偏流され、溶接ワイヤ供給機構４０に備えたシールドガスノズルから供給されるシールドガス４２によるシールド状態を乱すことがないようにするためである。なお、防汚ガスの噴出方向の調整は噴出態様の調整の一例である。

図３（ａ），（ｂ）には、噴射態様調整機構３０が例示されている。当該噴射態様調整機構（噴射角度調節機構）３０は、第２防汚ガス供給路２３のうち縦流路２３Ａを構成する一対の側壁に第２防汚ガスノズル２４を回動自在に支持する一対の軸受部３１，３１と、軸受部３１，３１で支持された第２防汚ガスノズル２４を回動するモータ３２及びギア機構３３で構成されている。

第２防汚ガスノズル２４は、横流路２３Ｂの左右開口幅と略同幅に形成されたスリット状の防汚ガス噴射口２４Ａと、断面視で当該防汚ガス噴射口２４Ａを挟んで上下方向に延出形成された一対の弧状案内壁２４Ｂと、一対の弧状案内壁２４Ｂの上下端部に開口された防汚ガス導入部２４Ｃを備え、弧状案内壁２４Ｂの左右側壁に備えた支軸３４，３４が軸受部３１，３１で支持されている。

モータ３２を正転させるとギア機構３３により防汚ガス噴射口２４Ａが下方に回動するように駆動され、モータ３２を逆転させるとギア機構３３により防汚ガス噴射口２４Ａが上方に回動するように駆動される。つまり、噴射態様調整機構３０は、レーザビームの光軸と直交する平面に対して、ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整機構となる。なお、噴射態様調整機構３０は、ギア機構３３を設けることなく第２防汚ガスノズル２４をモータ３２によって直接駆動するように構成されていてもよい。

図４（ａ），（ｂ）には、噴射態様調整機構３０の別実施形態が例示されている。当該噴射態様調整機構３０は、上述と同様のスリット状の防汚ガス噴射口２４Ａが形成された断面円形の案内筒２４Ｄを、左右一対の側壁２３Ｂに軸受部３１，３１を介して回転可能に軸支し、モータ３２及びギア機構３３を介して防汚ガス噴射口２４Ａの向きを上下に調整可能に構成されている。そして、縦流路２３Ａに替えて案内筒２４Ｄの壁部に第２防汚ガス供給路となるフレキシブルチューブ２３Ｄが接続されている。

図５（ａ），（ｂ）には、噴射態様調整機構３０のさらに別の実施形態が例示されている。当該噴射態様調整機構（ガスノズル移動機構）３０は、第１防汚ガス供給路２１の縦流路２１Ａを構成する後壁部２１Ｃに設けられた一対のレール３８，３８と、第２防汚ガス供給路２３の縦流路２３Ａを構成する前壁部２３Ｃに設けられ、レール３８，３８に沿って摺動する一対の摺動溝３９，３９と、後壁部２１Ｃに設けられたモータ３５及びピニオンギア３６と、前壁部２３Ｃに設けられたラックギヤ３７で構成されている。

モータ３５を正転させるとピニオンギア３６が回転して及びラックギヤ３７が上方に移動し、レール３８，３８に沿って第２防汚ガス供給路２３が上昇、つまり第２の防汚ガス供給装置２０Ｂが上昇するように駆動される。モータ３５を逆転させるとピニオンギア３６が回転して及びラックギヤ３７が下方に移動し、レール３８，３８に沿って第２防汚ガス供給路２３が下降、つまり第２の防汚ガス供給装置２０Ｂが下降するように駆動される。

第２の防汚ガス供給装置２０Ｂが上昇すると、第２防汚ガスノズル２４の位置が第２の保護ガラス１４Ｂ側に移動し、第２の防汚ガス供給装置２０Ｂが下降すると、第２防汚ガスノズル２４の位置が被加工物側に移動する。つまり、当該噴射態様調整機構３０は、レーザビームの光軸に沿う方向にガスノズルの位置を調整するガスノズル移動機構となる。

噴射態様調整機構３０は、上述した図３（ａ），（ｂ）もしくは図４（ａ），（ｂ）または図５（ａ），（ｂ）に示した構造の何れか一方の構造を備えていればよく、双方の構造を備えていてもよい。

なお、噴射態様調整機構３０の具体的な構造は、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に例示した構造に限るものではなく、少なくとも第２防汚ガスノズル２４の噴射角度や噴射位置を調整できるような構造であれば他の構造であってもよい。また、第２防汚ガスノズル２４の構造も、上述したスリット形状に限るものではなく、適宜公知の形状のノズルを採用すればよい。例えば、スリット形状の代わりにスリットの横幅方向に沿って一列に単段または上下複数段に微小ノズルとして機能する複数の孔を配列形成したノズル群を備えた構造としてもよい。

［レーザ加工ヘッドの防汚方法の詳細説明］
上述した第２の防汚ガス供給装置２０Ｂを用いたレーザ加工ヘッドの防汚方法について説明する。
図６（ａ）は、被加工物Ｗにレーザビームを照射して加工している間に、溶接ワイヤ供給機構４０に備えたシールドガスノズルから供給されるシールドガス４２によるシールド状態に防汚ガスが影響を与える虞がない場合を示す。この場合、保護ガラス１４Ｂ（図２参照）から離隔した位置で、第２防汚ガスノズル２４（図２参照）から、光軸Ｌに直交する向きに防汚ガスを噴射する基準位置噴射ステップが実行される。

保護ガラスから離れた領域で防汚ガスを噴射することによって、溶接に伴って発生するヒュームやスパッタを効果的に除去することができる。また、仮に第２の防汚ガス供給装置２０Ｂから噴射された防汚ガスによって除去しきれなかった僅かなヒュームやスパッタは、第１の防汚ガス供給装置２０Ａによって除去される。

図６（ｂ）は、被加工物Ｗの溶接位置を固定するために固定治具４３を用いて被加工物Ｗを固定する場合など、被加工物の設置環境によって第２の防汚ガス供給装置２０Ｂから噴射された防汚ガスの流れが被加工物Ｗや固定治具４３によって偏流される場合を示す。この場合、シールドガス４２によるシールド状態に防汚ガスが影響を与える虞がある。つまり、溶接部位に空気が流れ込んで溶接金属が酸化される虞がある。このような場合、基準位置噴射ステップに替えて噴射態様調整ステップが実行される。

噴射態様調整ステップでは、第２防汚ガスノズル２４から噴射される防汚ガスが、シールドガス４２によるシールド状態に影響を与えないように、第２防汚ガスノズル２４の向き或いは位置が調整される（図２参照）。

例えば、図６（ｃ）では、第２防汚ガスノズル２４から噴射される防汚ガスが、被加工物Ｗや固定治具４３によって偏流されないように、第２防汚ガスノズル２４の向きが上方に変更される。

例えば、図６（ｄ）では、第２防汚ガスノズル２４から噴射される防汚ガスが、被加工物Ｗや固定治具４３によって偏流されないように、第２防汚ガスノズル２４の位置が上方に変更される。

第２防汚ガスノズル２４から噴射される防汚ガスが、被加工物Ｗや固定治具４３によって偏流されないように、第２防汚ガスノズル２４の向き及び位置の双方が上方に変更されてもよい。

なお、第２防汚ガスノズル２４は、被加工物Ｗや固定治具４３によって防汚ガスが偏流されて、シールドガス４２によるシールド状態に影響を与えるようなことがないように、向き及び／または位置が調整されればよい。向き及び／または位置が下方に調整されてもよい。

また、被加工物Ｗや固定治具４３によって偏流された防汚ガスの流れが、シールドガス４２によるシールド状態に影響を与えない場合でも、保護ガラスに向って流れるヒュームやスパッタを効果的に阻止できないような場合には、基準位置噴射ステップに替えて噴射態様調整ステップが実行され得る。

即ち、噴射態様調整ステップは、被加工物の設置環境もしくは設置条件に基づいてガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせるステップであって、レーザビームの光軸に沿う方向に第２防汚ガスノズルの位置を調整するガスノズル移動ステップ、及び／または、レーザビームの光軸と直交する平面に対して、第２防汚ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整ステップを備えている。

上述した例では、レーザビームの光軸Ｌが垂直姿勢である場合を説明した。ただし、被加工物Ｗの形状及び溶接部位によってレーザビームの光軸Ｌの被加工物に対する角度が変動する場合も本発明を適用できることはいうまでもない。

噴射態様調整ステップは、オペレータが、噴射態様調整機構３０を手動操作することで実現するように構成してもよい。また、図６（ｅ）に示すように、オペレータが、ロボット制御装置１３０の操作部を介して噴射態様調整機構３０を制御することによって遠隔操作してもよい。このとき、ロボット制御装置１３０の操作部は、モータ３２（図３、図４）またはモータ３５（図５）を制御する。モータ３２またはモータ３５は、ロボット制御装置１３０の外部軸として制御してよい。

ティーチペンダント１４０を介して溶接手順を入力する場合、同時に噴射態様調整機構３０の作動条件を入力してもよい。この場合、ロボット制御装置１３０が、溶接作業の開始に際してメモリから読み出したティーチング情報に基づいて演算部で必要な演算処理を実行し、マニピュレータ１２３に必要な動作指令を出力し、レーザ発振器１１０にレーザビームの発振指令などを出力するとともに、レーザ加工ヘッドに備えた噴射態様調整機構３０に噴射態様調整指令を出力するように構成してもよい。

第２防汚ガスノズル２４の横幅に沿う方向の軸を第１軸、第１軸に直交し光軸Ｌに平行な軸を第２軸、第１軸及び第２軸に直交する軸を第３軸として、上述した実施形態では、噴射態様調整機構（噴射角度調節機構）によって第１軸周りの回転角（ピッチ角）を変えることにより防汚ガス噴射口２４Ａの向きを調整する例を説明した。ただし、第２軸周りの回転角（ヨー角）を変えることにより防汚ガス噴射口２４Ａの向きを調整してもよく、第３軸周りの回転角（ロール角）を変えることにより防汚ガス噴射口２４Ａの向きを調整してもよく、それらの各角度調整を組み合わせてもよい。さらに、第２防汚ガスノズル２４から噴射される防汚ガスの流量または圧力を調整してもよい。

上述した実施形態では、第１の防汚ガス供給装置２０Ａが一段で構成された例を説明した。ただし、第１の防汚ガス供給装置２０Ａがレーザビームの光軸Ｌに沿って多段に構成されていてもよい。

上述した実施の形態では、シールドガスとしてアルゴンガスを用いる例を説明した。ただし、シールドガスは、アルゴンガス以外に、ヘリウムガスなどの不活性ガスや、被加工物の材質に応じて炭酸ガスなどを用いてもよい。

上述した実施形態は本発明の一例に過ぎず、各部の具体的な構成は上述した具体例に限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

本発明によれば、ヒュームやスパッタの保護ガラスへの付着を効果的に防止し、しかも高い加工品質が得られる防汚ガス供給装置が、レーザ加工ヘッドに好適に組み込まれるようになる。
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

１０：レーザ加工ヘッド
１１：光ファイバ
１２：ケーシング
１３Ａ，１３Ｂ：光学系
１４：保護ガラス
１４Ａ：第１の保護ガラス
１４Ｂ：第２の保護ガラス
２０：防汚ガス供給装置
３０：噴射態様調整機構
Ｌ：光軸
Ｗ：被加工物

Claims

光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えており、
前記噴射態様調整機構は、前記レーザビームの光軸に沿う方向に前記ガスノズルの位置を調整するガスノズル移動機構を備えている、防汚ガス供給装置。
光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えており、
前記噴射態様調整機構は、前記レーザビームの光軸と直交する平面に対して、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整機構を備えている、防汚ガス供給装置。
光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えており、
前記被加工物の溶接位置及び／または前記被加工物を保持する位置決め治具の配置位置に基づいて前記噴射態様が変更される、防汚ガス供給装置。
光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整機構を備えており、
前記ガスノズルは、前記レーザビームの光軸に沿う方向に沿って複数段設けられ、前記噴射態様調整機構は被加工物に最も近い側の前記ガスノズルに設けられている、防汚ガス供給装置。
光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置を用いたレーザ加工ヘッドの防汚方法であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整ステップを備えており、
前記噴射態様調整ステップは、前記レーザビームの光軸に沿う方向に前記ガスノズルの位置を調整するガスノズル移動ステップを備えている、レーザ加工ヘッドの防汚方法。
光ファイバで伝送されたレーザビームをケーシング内部に収容された光学系で集光し、保護ガラスを介して被加工物に向けて出射するレーザ加工ヘッドに設けられ、前記保護ガラスと被加工物との間に、レーザビームの光軸と交差する方向から防汚ガスを噴射するガスノズルを備えた防汚ガス供給装置を用いたレーザ加工ヘッドの防汚方法であって、
前記被加工物の加工中に、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射態様を異ならせる噴射態様調整ステップを備えており、
前記噴射態様調整ステップは、前記レーザビームの光軸と直交する平面に対して、前記ガスノズルから噴射される防汚ガスの噴射方向を調整する噴射角度調整ステップを備えている、レーザ加工ヘッドの防汚方法。