JPH11156573A - レーザ加工ヘッド - Google Patents
レーザ加工ヘッドInfo
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- JPH11156573A JPH11156573A JP10159022A JP15902298A JPH11156573A JP H11156573 A JPH11156573 A JP H11156573A JP 10159022 A JP10159022 A JP 10159022A JP 15902298 A JP15902298 A JP 15902298A JP H11156573 A JPH11156573 A JP H11156573A
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- laser beam
- laser
- filler wire
- divided
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３次元形状等の複雑な形状であっても良好に
その溶接を行うことができ、同時に照射するレーザビー
ムの損失を生起することなく効率の良い溶接を実現する
ことができるレーザ加工ヘッドを提供する。 【解決手段】 フィラワイヤ７とレーザビーム６の光軸
を同軸化するとき、凸型ルーフミラー２及び凹型ルーフ
ミラー３を２枚組合せることにより、レーザビーム６を
２分割し、フィラワイヤ送給管８にレーザビーム６が照
射されないようにしたものである。また、レーザビーム
６の間隔内にあってレーザビーム外側よりフィラワイヤ
案内体１７を介してフィラワイヤ７を集光位置に送給し
たり、通水管１８や電極保持管１１に支持された電極１
０を集光位置に近づけたものである。
その溶接を行うことができ、同時に照射するレーザビー
ムの損失を生起することなく効率の良い溶接を実現する
ことができるレーザ加工ヘッドを提供する。 【解決手段】 フィラワイヤ７とレーザビーム６の光軸
を同軸化するとき、凸型ルーフミラー２及び凹型ルーフ
ミラー３を２枚組合せることにより、レーザビーム６を
２分割し、フィラワイヤ送給管８にレーザビーム６が照
射されないようにしたものである。また、レーザビーム
６の間隔内にあってレーザビーム外側よりフィラワイヤ
案内体１７を介してフィラワイヤ７を集光位置に送給し
たり、通水管１８や電極保持管１１に支持された電極１
０を集光位置に近づけたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工ヘッドに
関し、特にフィラワイヤを送給したりティグ、マグ、プ
ラズマ等の各種アーク溶接用電極を備えたレーザ加工ヘ
ッドであり、レーザ加工の先端加工光学系として有用な
ものである。
関し、特にフィラワイヤを送給したりティグ、マグ、プ
ラズマ等の各種アーク溶接用電極を備えたレーザ加工ヘ
ッドであり、レーザ加工の先端加工光学系として有用な
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図９は従来技術に係る複合溶接ヘッドを
概念的に示す説明図である。同図に示すように、この複
合溶接ヘッド２３は、レーザ溶接とティグ溶接とを行う
もので、レーザ溶接ヘッド２４とティグ溶接ヘッド２５
との２つの溶接ヘッドを有している。かかる複合溶接ヘ
ッド２３では、同一溶接部位をレーザ光とティグアーク
とで加工しており、両方の溶接ヘッド２４，２５を母材
１６に対して垂直に設定する事ができないので、いずれ
か一方の溶接ヘッド２４若しくは２５を前方又は後方に
傾け、つまり前進角又は後進角をつけて溶接している。
図９では、ティグ溶接ヘッド２５先端のダングステン電
極１０を前方に傾けレーザビーム６の集光部６ａにアー
ク１３が届くよう配慮している。
概念的に示す説明図である。同図に示すように、この複
合溶接ヘッド２３は、レーザ溶接とティグ溶接とを行う
もので、レーザ溶接ヘッド２４とティグ溶接ヘッド２５
との２つの溶接ヘッドを有している。かかる複合溶接ヘ
ッド２３では、同一溶接部位をレーザ光とティグアーク
とで加工しており、両方の溶接ヘッド２４，２５を母材
１６に対して垂直に設定する事ができないので、いずれ
か一方の溶接ヘッド２４若しくは２５を前方又は後方に
傾け、つまり前進角又は後進角をつけて溶接している。
図９では、ティグ溶接ヘッド２５先端のダングステン電
極１０を前方に傾けレーザビーム６の集光部６ａにアー
ク１３が届くよう配慮している。
【０００３】図１０は従来技術に係るフィラワイヤ同軸
化レーザ溶接ヘッド２６を概念的に示す説明図である。
同図に示すように、このフィラワイヤ同軸化レーザ溶接
ヘッド２６は、全反射ミラー１４及び結像レンズ系４中
央に穴をあけてフィラワイヤを通した構造であり、フィ
ラワイヤ７とレーザビーム光軸とを同軸化し、フィラワ
イヤ送給管８を介してフィラワイヤ７を送給しながら溶
接するようにしたものである。このフィラワイヤ同軸化
レーザ溶接ヘッド２６では光ファイバ１から出射された
レーザビーム６が全反射ミラー１４で反射され、結像レ
ンズ系４で集光されて母材１６及びフィラワイヤ７の溶
融に用いられる。フィラワイヤ７はフィラワイヤ送給装
置９から送給される。
化レーザ溶接ヘッド２６を概念的に示す説明図である。
同図に示すように、このフィラワイヤ同軸化レーザ溶接
ヘッド２６は、全反射ミラー１４及び結像レンズ系４中
央に穴をあけてフィラワイヤを通した構造であり、フィ
ラワイヤ７とレーザビーム光軸とを同軸化し、フィラワ
イヤ送給管８を介してフィラワイヤ７を送給しながら溶
接するようにしたものである。このフィラワイヤ同軸化
レーザ溶接ヘッド２６では光ファイバ１から出射された
レーザビーム６が全反射ミラー１４で反射され、結像レ
ンズ系４で集光されて母材１６及びフィラワイヤ７の溶
融に用いられる。フィラワイヤ７はフィラワイヤ送給装
置９から送給される。
【０００４】図１１は従来技術に係るティグアーク同軸
化レーザ溶接ヘッド２７を概念的に示す説明図である。
同図に示すように、このティグアーク同軸化レーザ溶接
ヘッド２７はティグ溶接の電極１０とレーザビーム光軸
とを同軸化して、ティグ溶接とレーザ溶接を同時に行う
ようにしたものであり、その基本構成は、図１０に示す
フィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッド２６と同様であ
り、電極１０、これを保持する電極保持管１１及び溶接
電源１２などが異なっているだけである。
化レーザ溶接ヘッド２７を概念的に示す説明図である。
同図に示すように、このティグアーク同軸化レーザ溶接
ヘッド２７はティグ溶接の電極１０とレーザビーム光軸
とを同軸化して、ティグ溶接とレーザ溶接を同時に行う
ようにしたものであり、その基本構成は、図１０に示す
フィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッド２６と同様であ
り、電極１０、これを保持する電極保持管１１及び溶接
電源１２などが異なっているだけである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術の
うち、図９に示す複合溶接ヘッド２３では、レーザ溶接
ヘッド２４とティグ溶接ヘッド２５という２つの溶接ヘ
ッドを有するので、この溶接ヘッドが大きくなり、溶接
方向も２つの溶接ヘッドの前後が決められているので、
自由に選択できない。したがって、３次元形状の溶接に
は不向きであるという問題を有する。図１０に示すフィ
ラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッド２６では、光ファイバ
１から出射されるレーザビーム６の中央が光の強度分布
の最も強い所であるが、その部分は丁度フィラワイヤ送
給管８が位置しているため、フィラワイヤ送給管８に照
射されたレーザビーム６は乱反射されビーム伝送損失と
なってしまい目的によっては有効に用いられないという
問題がある。図１１に示すティグアーク同軸化レーザ溶
接ヘッド２７は、図１０に示すフィラワイヤ同軸化レー
ザ溶接ヘッド２６と同様にレーザビーム６が電極保持管
１１に乱反射されビーム出力の損失を生起するという問
題がある。
うち、図９に示す複合溶接ヘッド２３では、レーザ溶接
ヘッド２４とティグ溶接ヘッド２５という２つの溶接ヘ
ッドを有するので、この溶接ヘッドが大きくなり、溶接
方向も２つの溶接ヘッドの前後が決められているので、
自由に選択できない。したがって、３次元形状の溶接に
は不向きであるという問題を有する。図１０に示すフィ
ラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッド２６では、光ファイバ
１から出射されるレーザビーム６の中央が光の強度分布
の最も強い所であるが、その部分は丁度フィラワイヤ送
給管８が位置しているため、フィラワイヤ送給管８に照
射されたレーザビーム６は乱反射されビーム伝送損失と
なってしまい目的によっては有効に用いられないという
問題がある。図１１に示すティグアーク同軸化レーザ溶
接ヘッド２７は、図１０に示すフィラワイヤ同軸化レー
ザ溶接ヘッド２６と同様にレーザビーム６が電極保持管
１１に乱反射されビーム出力の損失を生起するという問
題がある。
【０００６】本願発明は、上記従来技術の問題点に鑑
み、３次元形状等の複雑な形状であっても良好にその溶
接を行うことができ、同時に照射するレーザビームの損
失を生起することなく効率の良い溶接を実現することが
できるレーザ加工ヘッドを提供することを目的とする。
み、３次元形状等の複雑な形状であっても良好にその溶
接を行うことができ、同時に照射するレーザビームの損
失を生起することなく効率の良い溶接を実現することが
できるレーザ加工ヘッドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特定事項は次の点を特徴とする。
明の特定事項は次の点を特徴とする。
【０００８】１）凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラ
ーを組合せることにより、レーザビームを２分割して２
つの集光レーザビームを作ること。
ーを組合せることにより、レーザビームを２分割して２
つの集光レーザビームを作ること。
【０００９】２）フィラワイヤ若しくはティグ、マグ、
プラズマ等の各種アーク電極とレーザビームの光軸とを
同軸化したフィラワイヤ若しくはティグ、マグ、プラズ
マ等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、凸型ル
ーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せることに
より、レーザビームを２分割して２つの集光レーザビー
ムを作り、フィラワイヤ送給管若しくは電極保持管にレ
ーザビームが照射されないようにしたこと。
プラズマ等の各種アーク電極とレーザビームの光軸とを
同軸化したフィラワイヤ若しくはティグ、マグ、プラズ
マ等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、凸型ル
ーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せることに
より、レーザビームを２分割して２つの集光レーザビー
ムを作り、フィラワイヤ送給管若しくは電極保持管にレ
ーザビームが照射されないようにしたこと。
【００１０】３）フィラワイヤとレーザビームの光軸と
からなるフィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッドにおい
て、凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合
せることにより、レーザビームを間隔を有して２分割し
て２つの集光レーザビームを作り、上記レーザビーム外
側に配置されたフィラワイヤ送給管より上記レーザビー
ムの間隔内のフィラワイヤ案内体を介して集光位置にフ
ィラワイヤを送給するようにしたこと。
からなるフィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッドにおい
て、凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合
せることにより、レーザビームを間隔を有して２分割し
て２つの集光レーザビームを作り、上記レーザビーム外
側に配置されたフィラワイヤ送給管より上記レーザビー
ムの間隔内のフィラワイヤ案内体を介して集光位置にフ
ィラワイヤを送給するようにしたこと。
【００１１】４）ティグ、マグ、プラズマ等の各種アー
ク電極とレーザビームの光軸とからなるティグ、マグ、
プラズマ等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、
凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せる
ことにより、レーザビームを間隔を有して２分割して２
つの集光レーザビームを作り、上記レーザビームの間隔
内を通る通水管もしくは電極保持管にて支持されて集光
位置上方に電極先端を保持すること。
ク電極とレーザビームの光軸とからなるティグ、マグ、
プラズマ等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、
凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せる
ことにより、レーザビームを間隔を有して２分割して２
つの集光レーザビームを作り、上記レーザビームの間隔
内を通る通水管もしくは電極保持管にて支持されて集光
位置上方に電極先端を保持すること。
【００１２】５）上記１），２），３）又は４）に記載
するレーザ加工ヘッドにおいて、レーザビーム伝送用光
ファイバの位置、又は凸型ルーフミラー及び凹型ルーフ
ミラーをレンズ中心に対し、光軸に垂直な平面で垂直２
方向に可動可能とすることにより、２分割されたレーザ
ビームの強度比あるいはレーザビーム位置を変化させる
ようにしたこと。
するレーザ加工ヘッドにおいて、レーザビーム伝送用光
ファイバの位置、又は凸型ルーフミラー及び凹型ルーフ
ミラーをレンズ中心に対し、光軸に垂直な平面で垂直２
方向に可動可能とすることにより、２分割されたレーザ
ビームの強度比あるいはレーザビーム位置を変化させる
ようにしたこと。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。なお、図９〜図１１に示す従来
技術と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省
略する。
基づき詳細に説明する。なお、図９〜図１１に示す従来
技術と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省
略する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態に係るフ
ィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図であ
る。同図に示すように、このフィラワイヤ同軸化レーザ
溶接ヘッド２１は凸型ルーフミラー２及び穴あき凹型ル
ーフミラー３を有しており、光ファイバ１から出射され
たレーザビーム６を凸型ルーフミラー２で反射して２分
割するとともに、このように２分割したレーザビーム６
を穴あき凹型ルーフミラー３で反射して結像レンズ系４
に導くように構成してある。穴あき凹型ルーフミラー３
はその中央部にフィラワイヤ送給管８を通すための穴を
あけたミラーである。この場合、レーザビーム６の２分
割により図３にて後述するようレーザビーム６はその中
央部がフィラワイヤ送給管８に当たることがなく、結像
レンズ系４を通過して母材１６の表面の結像面で収束
し、フィラワイヤ７と母材１６を溶融したキーホール溶
接を実現する。
ィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図であ
る。同図に示すように、このフィラワイヤ同軸化レーザ
溶接ヘッド２１は凸型ルーフミラー２及び穴あき凹型ル
ーフミラー３を有しており、光ファイバ１から出射され
たレーザビーム６を凸型ルーフミラー２で反射して２分
割するとともに、このように２分割したレーザビーム６
を穴あき凹型ルーフミラー３で反射して結像レンズ系４
に導くように構成してある。穴あき凹型ルーフミラー３
はその中央部にフィラワイヤ送給管８を通すための穴を
あけたミラーである。この場合、レーザビーム６の２分
割により図３にて後述するようレーザビーム６はその中
央部がフィラワイヤ送給管８に当たることがなく、結像
レンズ系４を通過して母材１６の表面の結像面で収束
し、フィラワイヤ７と母材１６を溶融したキーホール溶
接を実現する。
【００１５】図２は本発明の第２の実施の形態に係るテ
ィグアーク同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図であ
る。同図に示すように、このティグアーク同軸化レーザ
溶接ヘッド２２も、凸型ルーフミラー２及び穴あき凹型
ルーフミラー３を有しており、光ファイバ１から出射さ
れたレーザビーム６を凸型ルーフミラー２で反射して２
分割するとともに、このように２分割したレーザビーム
６を、電極保持管１１を通すための穴をあけた穴あき凹
型ルーフミラー３で反射して結像レンズ系４に導くよう
に構成してある。そして、この場合もレーザビーム６
は、レーザビーム６の中央部が電極保持管１１に当たる
ことなく結像レンズ系４を通過して母材１６の表面の結
像面で収束し、このように収束したレーザビーム６とテ
ィグ溶接の電極１０によるアーク熱によって母材１６を
溶融してキーホール溶接を実現する。また、このとき光
ファイバ１の位置は、光ファイバ駆動軸１５によってレ
ーザビーム６の光軸に垂直な面で自由に変えることがで
きる。
ィグアーク同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図であ
る。同図に示すように、このティグアーク同軸化レーザ
溶接ヘッド２２も、凸型ルーフミラー２及び穴あき凹型
ルーフミラー３を有しており、光ファイバ１から出射さ
れたレーザビーム６を凸型ルーフミラー２で反射して２
分割するとともに、このように２分割したレーザビーム
６を、電極保持管１１を通すための穴をあけた穴あき凹
型ルーフミラー３で反射して結像レンズ系４に導くよう
に構成してある。そして、この場合もレーザビーム６
は、レーザビーム６の中央部が電極保持管１１に当たる
ことなく結像レンズ系４を通過して母材１６の表面の結
像面で収束し、このように収束したレーザビーム６とテ
ィグ溶接の電極１０によるアーク熱によって母材１６を
溶融してキーホール溶接を実現する。また、このとき光
ファイバ１の位置は、光ファイバ駆動軸１５によってレ
ーザビーム６の光軸に垂直な面で自由に変えることがで
きる。
【００１６】図３は上記第１及び第２の実施の形態にお
ける凹凸ルーフミラーの組合せによるレーザビーム６の
２分割を説明するための説明図である。同図に示すよう
に、光ファイバ１から出射されたレーザビーム６は、中
央で山形に出っ張った２枚のミラーからなる凸型ルーフ
ミラー２により中心から２分割され半円形の２つのレー
ザビーム６となって反射される。つまり、光ファイバ１
から出射されたレーザビーム６が円形であるのに対して
凸型ルーフミラー２で分割されたレーザビーム６は半円
形の２つのレーザビーム６となり凹型ルーフミラー３へ
向って反射される。このレーザビーム６は、その後中央
で谷形に落ち込んだ２枚のミラーからなる凹型ルーフミ
ラー３で反射されて複数の穴あきレンズで構成される結
像レンズ系４に入射する。ここで、凸型ルーフミラー２
の反射により、円形のレーザビーム６が半円となるが、
半円同士の距離を光学系であるミラー２，３の配置と凸
型ルーフミラー２及び凹型ルーフミラー３の頂角（山
形、谷形）の角度により変えることができ、その間にフ
ィラワイヤ送給管８又は電極保持管１１が位置している
ので、フィラワイヤ送給管８又は電極保持管１１にレー
ザビーム６が照射されることはない。
ける凹凸ルーフミラーの組合せによるレーザビーム６の
２分割を説明するための説明図である。同図に示すよう
に、光ファイバ１から出射されたレーザビーム６は、中
央で山形に出っ張った２枚のミラーからなる凸型ルーフ
ミラー２により中心から２分割され半円形の２つのレー
ザビーム６となって反射される。つまり、光ファイバ１
から出射されたレーザビーム６が円形であるのに対して
凸型ルーフミラー２で分割されたレーザビーム６は半円
形の２つのレーザビーム６となり凹型ルーフミラー３へ
向って反射される。このレーザビーム６は、その後中央
で谷形に落ち込んだ２枚のミラーからなる凹型ルーフミ
ラー３で反射されて複数の穴あきレンズで構成される結
像レンズ系４に入射する。ここで、凸型ルーフミラー２
の反射により、円形のレーザビーム６が半円となるが、
半円同士の距離を光学系であるミラー２，３の配置と凸
型ルーフミラー２及び凹型ルーフミラー３の頂角（山
形、谷形）の角度により変えることができ、その間にフ
ィラワイヤ送給管８又は電極保持管１１が位置している
ので、フィラワイヤ送給管８又は電極保持管１１にレー
ザビーム６が照射されることはない。
【００１７】図４は上記第１及び第２の実施の形態にお
ける凹凸ルーフミラーの組合せによるレーザ加工ヘッド
における集光過程の結像面よりレンズ側５ｍｍの位置及
び１０ｍｍの位置でのレーザビーム６のビーム強度分布
を示す説明図である。同図に示すように、凸型ルーフミ
ラー２及び凹型ルーフミラー３の組合せにより結像面近
傍までレーザビーム６は２分割されており、このため中
央のフィラワイヤ送給管８及び電極保持管１１の位置に
レーザビーム６の高強度分布が位置することはない。
ける凹凸ルーフミラーの組合せによるレーザ加工ヘッド
における集光過程の結像面よりレンズ側５ｍｍの位置及
び１０ｍｍの位置でのレーザビーム６のビーム強度分布
を示す説明図である。同図に示すように、凸型ルーフミ
ラー２及び凹型ルーフミラー３の組合せにより結像面近
傍までレーザビーム６は２分割されており、このため中
央のフィラワイヤ送給管８及び電極保持管１１の位置に
レーザビーム６の高強度分布が位置することはない。
【００１８】さらに、レーザビーム６の集光を多少ディ
フォーカスすることにより、図５に示すように、強度を
変えたツインビームを創り出すことができる。そして、
このビーム強度分布は、光ファイバ駆動軸１５（図２参
照、なお図示はしないが図１の場合も同様に構成してあ
る。）で光ファイバ１の位置を調整することにより、ま
た、凸型ル−フミラ−２や凹型ル−フミラ−３を光軸に
垂直な平面で垂直２方向に動くようにすれば、集光部に
おける２つの集光ビーム６のビーム強度を比較的自由に
変えることができる。
フォーカスすることにより、図５に示すように、強度を
変えたツインビームを創り出すことができる。そして、
このビーム強度分布は、光ファイバ駆動軸１５（図２参
照、なお図示はしないが図１の場合も同様に構成してあ
る。）で光ファイバ１の位置を調整することにより、ま
た、凸型ル−フミラ−２や凹型ル−フミラ−３を光軸に
垂直な平面で垂直２方向に動くようにすれば、集光部に
おける２つの集光ビーム６のビーム強度を比較的自由に
変えることができる。
【００１９】図１〜図３に示す構造は、凸型ルーフミラ
ー２及び凹型ルーフミラー３を用いてレーザビーム６を
半円形に２分割し、フィラワイヤ送給管８や電極保持管
１１へのビーム照射を抑制し防止するものである。しか
し、凹型ルーフミラー３の中央に穴をあけ、結像レンズ
系４の中央にも穴をあける光学系の構造は、製造工数等
の理由から高価なものとなり、また、フィラワイヤ送給
管８や電極保持管１１によって光学系に損傷を生じやす
いという問題があるため、できれば普通の（穴のあいて
いない）凹型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いる
のが良い。
ー２及び凹型ルーフミラー３を用いてレーザビーム６を
半円形に２分割し、フィラワイヤ送給管８や電極保持管
１１へのビーム照射を抑制し防止するものである。しか
し、凹型ルーフミラー３の中央に穴をあけ、結像レンズ
系４の中央にも穴をあける光学系の構造は、製造工数等
の理由から高価なものとなり、また、フィラワイヤ送給
管８や電極保持管１１によって光学系に損傷を生じやす
いという問題があるため、できれば普通の（穴のあいて
いない）凹型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いる
のが良い。
【００２０】このため本発明者らは、普通の凹型ルーフ
ミラー３や結像レンズ系４を用いて、レーザビーム光軸
とフィラワイヤ７や電極１０を同軸として３次元形状等
の複雑な形状の溶接を良好に行ない、またフィラワイヤ
送給管や電極保持管へのレーザビームの照射がなく効率
良い溶接を行なう改良を行なった。
ミラー３や結像レンズ系４を用いて、レーザビーム光軸
とフィラワイヤ７や電極１０を同軸として３次元形状等
の複雑な形状の溶接を良好に行ない、またフィラワイヤ
送給管や電極保持管へのレーザビームの照射がなく効率
良い溶接を行なう改良を行なった。
【００２１】図６（ａ）は、普通の（穴あきでない）凹
型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いてフィラワイ
ヤ７とレーザビーム６の光軸とをビーム集光位置にて同
軸化させたものを示す簡略図てある。すなわち、光ファ
イバ１から出射されたレーザビームは、凸型ルーフミラ
ー２及び凹型ルーフミラー３にて半円形の２分割された
レーザビーム６とされ、しかも半円のレーザビームどお
しは相互にある距離離れたビーム形状となる。そして、
この凹型ルーフミラー３のレーザビーム６は、結像レン
ズ系４を介して集光される。この場合、凹型ルーフミラ
ー３及び結像レンズ系４は穴のない普通の光学部品であ
る。
型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いてフィラワイ
ヤ７とレーザビーム６の光軸とをビーム集光位置にて同
軸化させたものを示す簡略図てある。すなわち、光ファ
イバ１から出射されたレーザビームは、凸型ルーフミラ
ー２及び凹型ルーフミラー３にて半円形の２分割された
レーザビーム６とされ、しかも半円のレーザビームどお
しは相互にある距離離れたビーム形状となる。そして、
この凹型ルーフミラー３のレーザビーム６は、結像レン
ズ系４を介して集光される。この場合、凹型ルーフミラ
ー３及び結像レンズ系４は穴のない普通の光学部品であ
る。
【００２２】他方、結像レンズ系４に沿うように隣接し
てフィラワイヤ送給管８が配置される。そして、このフ
ィラワイヤ送給管８内をレーザビーム６の光軸と平行と
なるようにフィラワイヤ７が送給される。フィラワイヤ
送給管８の下端には、フィラワイヤ案内体１７が備えら
れている。このフィラワイヤ案内体１７は、結像レンズ
系４の下方にあってフィラワイヤ７を、レーザビーム６
の光軸と同軸となるように案内するもので、図６（ｂ）
（ｃ）に示す如く細長い直方体形状を有し、片方の端上
部から他の片方の端下部までフィラワイヤを案内する孔
が形成されている。
てフィラワイヤ送給管８が配置される。そして、このフ
ィラワイヤ送給管８内をレーザビーム６の光軸と平行と
なるようにフィラワイヤ７が送給される。フィラワイヤ
送給管８の下端には、フィラワイヤ案内体１７が備えら
れている。このフィラワイヤ案内体１７は、結像レンズ
系４の下方にあってフィラワイヤ７を、レーザビーム６
の光軸と同軸となるように案内するもので、図６（ｂ）
（ｃ）に示す如く細長い直方体形状を有し、片方の端上
部から他の片方の端下部までフィラワイヤを案内する孔
が形成されている。
【００２３】フィラワイヤ案内体１７の形状は、結像レ
ンズ系４を出た２つの半円形レーザビーム６間に位置す
るように細長く形成され、レーザビーム６の照射を受け
ないようになっている。もっとも、レーザビーム６は母
材に向って集光されすぼまるような光束となるので、フ
ィラワイヤ案内体１７を集光位置に密接して配置はでき
ず、集光位置より上方に配置される。また、レーザビー
ム６の集光具合に従ってフィラワイヤ案内体１７の下部
をテーパをつけて全体としてくさび形状としてもよい。
いずれにしても、フィラワイヤ案内体１７のレーザビー
ムの直接照射は避けられる。
ンズ系４を出た２つの半円形レーザビーム６間に位置す
るように細長く形成され、レーザビーム６の照射を受け
ないようになっている。もっとも、レーザビーム６は母
材に向って集光されすぼまるような光束となるので、フ
ィラワイヤ案内体１７を集光位置に密接して配置はでき
ず、集光位置より上方に配置される。また、レーザビー
ム６の集光具合に従ってフィラワイヤ案内体１７の下部
をテーパをつけて全体としてくさび形状としてもよい。
いずれにしても、フィラワイヤ案内体１７のレーザビー
ムの直接照射は避けられる。
【００２４】また、フィラワイヤ案内体１７は、その内
部にてフィラワイヤ７の向きが変えられる。このため、
フィラワイヤ７の通過孔の形成に当り、図６（ｃ）に示
すように上下方向にフィラワイヤ案内体１７を複数分割
し、各分割片１７ａ，１７ｂ，１７ｃに直線の孔を形成
し、その孔をつなぎ合わせるようにすれば、孔を容易に
形成することができる。なお、各分割片１７ａ，１７
ｂ，１７ｃは図６（ｃ）では３分割しているが、更に多
くすればフィラワイヤ７の更になめらかな案内が可能と
なる。また、フィラワイヤ案内体１７の分割片１７ａ，
１７ｂ，１７ｃは、図６（ｃ）の如く縦に分割する他、
横（長さ）方向に分割することもできる。更に、フィラ
ワイヤ案内体１７は、レーザビーム６が照射されないよ
うに形成され置かれるのであるが直接光以外にも他から
の反射光が照射されることも考えられるので、外面には
高反射率の金コートを施すのがよい。
部にてフィラワイヤ７の向きが変えられる。このため、
フィラワイヤ７の通過孔の形成に当り、図６（ｃ）に示
すように上下方向にフィラワイヤ案内体１７を複数分割
し、各分割片１７ａ，１７ｂ，１７ｃに直線の孔を形成
し、その孔をつなぎ合わせるようにすれば、孔を容易に
形成することができる。なお、各分割片１７ａ，１７
ｂ，１７ｃは図６（ｃ）では３分割しているが、更に多
くすればフィラワイヤ７の更になめらかな案内が可能と
なる。また、フィラワイヤ案内体１７の分割片１７ａ，
１７ｂ，１７ｃは、図６（ｃ）の如く縦に分割する他、
横（長さ）方向に分割することもできる。更に、フィラ
ワイヤ案内体１７は、レーザビーム６が照射されないよ
うに形成され置かれるのであるが直接光以外にも他から
の反射光が照射されることも考えられるので、外面には
高反射率の金コートを施すのがよい。
【００２５】図６は、フィラワイヤ案内体１７における
改良例を示したものであるが、図７はティグ溶接の電極
１０の改良例を示している。すなわち、普通の（穴あき
でない）凹型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いて
タングステンの電極１０とレーザビーム６の光軸とを同
軸化させたものである。光ファイバ１から出射されたレ
ーザビームは、図６と同様、半円形で相互に離間した２
分割のレーザビーム６とされ、母材１６上に集光され
る。他方、結像レンズ系４の下方にあってレーザビーム
６の直接照射を受けない２分割のビーム間でレーザビー
ム６の光軸上には電極１０が母材１６に向って配置され
ている。そして、この電極１０は２分割のレーザビーム
６間を通るレンズ面と平行な通水管１８にて支持され、
電圧が印加される。なお、電極１０の先端は、レーザビ
ーム１０の集光程度に応じて先細に形成されることにな
るが、電極１０の先端はアーク発生のため母材１６に密
接させないので、母材１６との離間の程度を考慮して決
めることができる。
改良例を示したものであるが、図７はティグ溶接の電極
１０の改良例を示している。すなわち、普通の（穴あき
でない）凹型ルーフミラー３や結像レンズ系４を用いて
タングステンの電極１０とレーザビーム６の光軸とを同
軸化させたものである。光ファイバ１から出射されたレ
ーザビームは、図６と同様、半円形で相互に離間した２
分割のレーザビーム６とされ、母材１６上に集光され
る。他方、結像レンズ系４の下方にあってレーザビーム
６の直接照射を受けない２分割のビーム間でレーザビー
ム６の光軸上には電極１０が母材１６に向って配置され
ている。そして、この電極１０は２分割のレーザビーム
６間を通るレンズ面と平行な通水管１８にて支持され、
電圧が印加される。なお、電極１０の先端は、レーザビ
ーム１０の集光程度に応じて先細に形成されることにな
るが、電極１０の先端はアーク発生のため母材１６に密
接させないので、母材１６との離間の程度を考慮して決
めることができる。
【００２６】図８（ａ）は、電極１０を結像レンズ系４
脇から斜めに保持する構造を示しており、電極保持管１
１が通水管１８を途中まで兼ねており、途中から通水管
１８がレンズ面と平行となるよう分岐される。また、電
極１０は、その先端がレーザビーム６の光軸上に位置さ
れ、しかも図８（ｂ）の如く電極１０は電極保持管１１
を含めて２分割したレーザビーム６間に位置される。な
お、上述の図６、７、８に示す例でも前述の図２に示す
光ファイバ駆動軸１５による位置調整や凸型ル−フミラ
−、凹型ル−フミラの移動にて集光ビ−ム強度を変える
ことができる。
脇から斜めに保持する構造を示しており、電極保持管１
１が通水管１８を途中まで兼ねており、途中から通水管
１８がレンズ面と平行となるよう分岐される。また、電
極１０は、その先端がレーザビーム６の光軸上に位置さ
れ、しかも図８（ｂ）の如く電極１０は電極保持管１１
を含めて２分割したレーザビーム６間に位置される。な
お、上述の図６、７、８に示す例でも前述の図２に示す
光ファイバ駆動軸１５による位置調整や凸型ル−フミラ
−、凹型ル−フミラの移動にて集光ビ−ム強度を変える
ことができる。
【００２７】
【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、［請求項１］に記載する発明によれば凸型ルーフ
ミラー及び凹型ルーフミラーを組合せることにより、レ
ーザビームを２分割するようにしたので、集光部のレー
ザビームを２分割することができる。また、［請求項
２］に記載する発明によれば、レーザビームを２分割
し、フィラワイヤ送給管又はティグ、マグ、プラズマ等
の各種アーク電極保持管にレーザビームが照射されない
ようにしたので、レーザビームを効率良く溶接のための
母材に集中して照射することができる。また、フィラワ
イヤ送給管又はティグ、マグ、プラズマ等の各種アーク
電極保持管はレーザビームと同軸であるため、３次元形
状等の複雑な形状であっても作業性が阻害されることな
く良好な溶接を行うことができる。［請求項３］及び
［請求項４］に記載する発明によればレーザビーム間隔
内にあってレーザビーム外側よりフィラワイヤ案内体に
てフィラワイヤをビーム集光位置に送給したり、通水管
や電極保持管にて電極をビーム集光位置に近づけたの
で、光学系に穴あき光学系を用いる必要もなく、安価な
ものとなった。［請求項５］に記載する発明によればレ
ーザビーム伝送用光ファイバの位置、又は凸型ルーフミ
ラー及び凹型ルーフミラーをレンズ中心に対し、光軸に
垂直な平面で垂直２方向に可動可能とするようにしたの
で２分割されたレーザビームの強度比あるいはレーザビ
ームの位置を適宜変化させることができる。
通り、［請求項１］に記載する発明によれば凸型ルーフ
ミラー及び凹型ルーフミラーを組合せることにより、レ
ーザビームを２分割するようにしたので、集光部のレー
ザビームを２分割することができる。また、［請求項
２］に記載する発明によれば、レーザビームを２分割
し、フィラワイヤ送給管又はティグ、マグ、プラズマ等
の各種アーク電極保持管にレーザビームが照射されない
ようにしたので、レーザビームを効率良く溶接のための
母材に集中して照射することができる。また、フィラワ
イヤ送給管又はティグ、マグ、プラズマ等の各種アーク
電極保持管はレーザビームと同軸であるため、３次元形
状等の複雑な形状であっても作業性が阻害されることな
く良好な溶接を行うことができる。［請求項３］及び
［請求項４］に記載する発明によればレーザビーム間隔
内にあってレーザビーム外側よりフィラワイヤ案内体に
てフィラワイヤをビーム集光位置に送給したり、通水管
や電極保持管にて電極をビーム集光位置に近づけたの
で、光学系に穴あき光学系を用いる必要もなく、安価な
ものとなった。［請求項５］に記載する発明によればレ
ーザビーム伝送用光ファイバの位置、又は凸型ルーフミ
ラー及び凹型ルーフミラーをレンズ中心に対し、光軸に
垂直な平面で垂直２方向に可動可能とするようにしたの
で２分割されたレーザビームの強度比あるいはレーザビ
ームの位置を適宜変化させることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフィラワイヤ
同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図。
同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るティグアーク
同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図。
同軸化レーザ溶接ヘッドを示す断面図。
【図３】上記第１及び第２の実施の形態における凹凸ル
ーフミラーの組合せによる作用を説明するための説明
図。
ーフミラーの組合せによる作用を説明するための説明
図。
【図４】上記第１及び第２の実施の形態における集光過
程の結像面よりレンズ側位置でのビーム強度分布を示す
説明図。
程の結像面よりレンズ側位置でのビーム強度分布を示す
説明図。
【図５】上記第１及び第２の実施の形態における穴あき
レンズの整形ビーム強度分布を示す説明図。
レンズの整形ビーム強度分布を示す説明図。
【図６】第３の実施の形態を例示した簡略構成図。
【図７】第４の実施の形態を例示した簡略構成図。
【図８】第４の実施の形態の電極の変形例を示した構成
図。
図。
【図９】従来技術に係る複合溶接ヘッドを概念的に示す
説明図。
説明図。
【図１０】従来技術に係るフィラワイヤ同軸化レーザ溶
接ヘッドを概念的に示す説明図。
接ヘッドを概念的に示す説明図。
【図１１】従来技術に係るティグアーク同軸化レーザ溶
接ヘッドを概念的に示す説明図。
接ヘッドを概念的に示す説明図。
１ 光ファイバ ２ 凸型ルーフミラー ３ 凹型ルーフミラー ４ 結像レンズ系 ６ レーザビーム ７ フィラワイヤ ８ フィラワイヤ送給管 １０ 電極 １１ 電極保持管 １４ 全反射ミラー １５ 光ファイバ駆動軸 １６ 母材 １７ フィラワイヤ案内体 １８ 通水管 ２１ フィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッド ２２ ティグアーク同軸化レーザ溶接ヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 10/00 ５０４ Ｂ２３Ｋ 10/00 ５０４ (72)発明者 渡辺 眞生 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 赤羽 崇 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 清水 克祐 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラー
を組合せることにより、レーザビームを２分割して２つ
の集光レーザビームを作ることを特徴とするレーザ加工
ヘッド。 - 【請求項２】 フィラワイヤ若しくはティグ、マグ、プ
ラズマ等の各種アーク電極とレーザビームの光軸とを同
軸化したフィラワイヤ若しくはティグ、マグ、プラズマ
等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、 凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せる
ことにより、レーザビームを２分割して２つの集光レー
ザビームを作り、フィラワイヤ送給管若しくは電極保持
管にレーザビームが照射されないようにしたことを特徴
とするレーザ加工ヘッド。 - 【請求項３】 フィラワイヤとレーザビームの光軸とか
らなるフィラワイヤ同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、 凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せる
ことにより、レーザビームを間隔を有して２分割して２
つの集光レーザビームを作り、上記レーザビーム外側に
配置されたフィラワイヤ送給管より上記レーザビームの
間隔内のフィラワイヤ案内体を介して集光位置にフィラ
ワイヤを送給するようにしたことを特徴とするレーザ加
工ヘッド。 - 【請求項４】 ティグ、マグ、プラズマ等の各種アーク
電極とレーザビームの光軸とからなるティグ、マグ、プ
ラズマ等のアーク同軸化レーザ溶接ヘッドにおいて、 凸型ルーフミラー及び凹型ルーフミラーを２枚組合せる
ことにより、レーザビームを間隔を有して２分割して２
つの集光レーザビームを作り、上記レーザビームの間隔
内を通る通水管もしくは電極保持管にて支持されて集光
位置上方に電極先端を保持することを特徴とするレーザ
加工ヘッド。 - 【請求項５】 上記［請求項１］、［請求項２］、［請
求項３］又は［請求項４］に記載するレーザ加工ヘッド
において、 レーザビーム伝送用光ファイバの位置、又は凸型ルーフ
ミラー及び凹型ルーフミラーをレンズ中心に対し、光軸
に垂直な平面で垂直２方向に可動可能とすることによ
り、２分割されたレーザビームの強度比あるいはレーザ
ビーム位置を変化させるようにしたことを特徴とするレ
ーザ加工ヘッド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15902298A JP3868116B2 (ja) | 1997-09-26 | 1998-06-08 | レーザ加工ヘッド |
| US09/920,823 US6417487B2 (en) | 1998-06-08 | 2001-08-03 | Laser beam machining head |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-261537 | 1997-09-26 | ||
| JP26153797 | 1997-09-26 | ||
| JP15902298A JP3868116B2 (ja) | 1997-09-26 | 1998-06-08 | レーザ加工ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11156573A true JPH11156573A (ja) | 1999-06-15 |
| JP3868116B2 JP3868116B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=26485952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15902298A Expired - Lifetime JP3868116B2 (ja) | 1997-09-26 | 1998-06-08 | レーザ加工ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3868116B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1020249A3 (en) * | 1999-01-14 | 2001-08-22 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining head |
| JP2002018584A (ja) * | 2000-05-31 | 2002-01-22 | L'air Liquide | ハイブリッドアーク／レーザー方法のパイプ溶接への応用 |
| JP2002059286A (ja) * | 2000-08-10 | 2002-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置 |
| EP1199128A1 (en) * | 2000-03-30 | 2002-04-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser machining apparatus |
| DE102014104936A1 (de) * | 2014-04-08 | 2015-10-22 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg | Schweißeinrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff |
-
1998
- 1998-06-08 JP JP15902298A patent/JP3868116B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1020249A3 (en) * | 1999-01-14 | 2001-08-22 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining head |
| EP1199128A1 (en) * | 2000-03-30 | 2002-04-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser machining apparatus |
| EP1574279A2 (en) | 2000-03-30 | 2005-09-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining apparatus |
| EP1199128A4 (en) * | 2000-03-30 | 2007-06-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | LASER PROCESSING DEVICE |
| EP1574279A3 (en) * | 2000-03-30 | 2007-06-20 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining apparatus |
| EP2062677A1 (en) | 2000-03-30 | 2009-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining apparatus |
| EP2062678A1 (en) | 2000-03-30 | 2009-05-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser beam machining apparatus |
| JP2002018584A (ja) * | 2000-05-31 | 2002-01-22 | L'air Liquide | ハイブリッドアーク／レーザー方法のパイプ溶接への応用 |
| JP2002059286A (ja) * | 2000-08-10 | 2002-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | レーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工装置 |
| DE102014104936A1 (de) * | 2014-04-08 | 2015-10-22 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg | Schweißeinrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff |
| DE102014104936B4 (de) * | 2014-04-08 | 2016-06-23 | Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg | Schweißeinrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels Schweißung und Verwendung einer Elektrode aus Schweißzusatzwerkstoff |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3868116B2 (ja) | 2007-01-17 |
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