JPH04319086A - レーザ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接に先立ち被加工
物の表面の付着物等を除去するレーザ溶接装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光により被加工物に溶接加工を行
う場合、通常溶接に先立ち被加工物の溶接加工部の周囲
に付着している溶接に悪影響を及ぼす付着物を除去する
前工程が必要である。この前工程として、付着物を機械
的にグラインダー等の装置で、除去する方法があるが、
このような方法によれば、グラインダー等の装置を別に
必要とする他、段取時間がかかることにより全体作業と
しての加工時間もかかることになる。

【０００３】また別の方法として、例えば、レンズによ
り焦点を合わせない状態、即ちデフォーカス状態に集光
されたレーザ光を溶接に先立ち被加工物の溶接加工部と
その周囲の表面に照射する方法がある。図５は、この従
来の方法を説明するための加工ヘッド５００１と被加工
物１とを、それぞれの相対位置関係とともに示した側面
の部分断面図である。

【０００４】図５において、１は被加工物、２は円筒状
の加工ヘッド本体、３は加工ヘッド本体１に延在するノ
ズルである。４はノズル３に配設されたレーザ光を集光
する集光手段、例えばレンズである。５、６はＯリング
、７はレンズ４をノズル３にＯリング５、６を介して固
定するレンズ押えである。なお、このＯリング５、６は
レンズ４が遊びのない状態でノズル３に固定するために
設けられている。８はレーザ光発生部（図示せず）によ
り発生したレーザ光の光路を示すレーザ装置である。 なお、レーザ光はレーザ光発生部で発生した後加工ヘッ
ド本体２を通過し、レンズ４で集光され、ノズル３の下
部に設けられた穴３ａより被加工物１の表面にデフォー
カス状態で放出される。９はレーザ溶接において悪影響
のあるプラズマの発生を防止するプラズマ除去ガス、例
えばヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスをノズ
ル３に供給する第１のガス管である。なお、第１のガス
管９によりノズル３に供給されたプラズマ除去ガスはノ
ズル３の穴３ａより被加工物１に向けて放出される。１
０はノズル３の外側にノズル３と所定間隔離隔し、ノズ
ル３と同心に配設された外側ノズル、１１は外側ノズル
１０とノズル３との間にシールドガスである不活性ガス
、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、等を供給する
第２のガス管である。なお、第２のガス管１１によりノ
ズル３と外側ノズル１０の間に供給されたシールドガス
は、ノズル３の先端部と外側ノズル１０の先端部の間１
２より被加工物１に向けて放出され、被加工物１のレー
ザ光により加工される部分を大気より遮蔽し酸化を防止
している。１３は被加工物１の表面に付着した付着物、
例えば、被加工物１の材質が鉄である場合における亜鉛
メッキ等である。

【０００５】図６は、図５に示されるデフォーカス状態
に集光されたレーザ光により表面の付着物が除去された
状態の被加工物１の部分上面図である。図において、６
００１は被加工物１の表面の付着物１３が加工軌跡６０
０６に沿ってデフォォーカス状態のレーザ光により除去
された部分、６００２は被加工物１に対する加工ヘッド
５００１の相対移動方向を示す矢印である。なお、部分
６００１は加工ヘッド５００１の相対移動方向に長い帯
状の形状をなし、６００３はその幅を示している。

【０００６】図７は、被加工物１との相対位置が図５に
示される状態の加工ヘッド５００１をレーザ光の光路方
向に被加工物１に対して相対移動させ、被加工物１にレ
ーザ光の焦点が結ばれるようにした場合の加工ヘッド５
００１と被加工物１との相対位置関係の側面を示す部分
断面図である。なお、この図７に示される状態で被加工
物１の溶接が行われる。

【０００７】図８は図６に示されるように表面の付着物
が取除かれた状態の被加工物１に、さらに、加工ヘッド
５００１によりレーザ光を照射するとともに、加工軌跡
６００６に沿って、被加工物１と加工ヘッド５００１と
を相対移動させ被加工物１を溶接した場合の被加工物１
を示す部分上面図である。図８において、６００４は被
加工物１の溶接部、６００５はこの溶接部の幅である。 この溶接部の幅６００５は被加工物１の表面の付着物１
３が除去された部分の幅６００３と等しいか、または、
それより狭くなっている。

【０００８】なお、図７、図８において、図５、図６と
同一符号が付されている部分は図５、図６と同様なので
説明を省略する。

【０００９】次に、図５〜図８に示される従来例の動作
について説明する。被加工物１の溶接を行うにあたり、
まず、被加工物１の表面における加工軌跡６００６付近
の付着物１３の除去を行う。このため、加工ヘッド５０
０１と被加工物１との相対位置を図５に示されるように
設置し、レーザ光路８のレーザ光をレンズ４により被加
工物１の表面にデフオーカス状態に集光し、加工ヘッド
５００１と被加工物１とを加工軌跡６００６に沿って相
対移動させ、図６に示されるように、被加工物１の表面
の付着物１３を加工軌跡６００６に沿って、加工軌跡６
００６を中心に幅６００３だけ除去する。

【００１０】次に、加工ヘッド５００１と被加工物１と
をレーザ光路８方向に相対移動させ、即ち加工ヘッド５
００１と被加工物１とを接近又は離隔移動させ、図７に
示されるようにレーザ光を被加工物１の加工軌跡上に焦
点を結ばせる。次に、加工ヘッド５００１と被加工物１
とを加工軌跡６００６に沿って相対移動させ、図８に示
されるように幅６００３と等しいか、又は、それより狭
い幅６００５で被加工物１を溶接する。

【００１１】この図５〜図８に示される従来例によれば
、被加工物１の表面の付着物１３を除去する前工程と、
被加工物１を溶接する工程の２工程が必要であり、加工
に時間を要するという問題点がある。

【００１２】また、実開昭６４−１５６８９号公報に示
される従来のレーザ溶接装置では、レーザ光を被加工物
１の表面の法線方向から僅かに傾斜した角度で照射し、
被加工物１より反射したレーザ光を凹面鏡で加工進行方
向前方に集光し、この加工進行方向前方に集光されたレ
ーザ光により被加工物１の表面の付着物１３を除去する
ようにしている、この従来例によれば加工軌跡が例えば
直線状でなく急激に曲がる曲り角では付着物１３が除去
されないので部分的に前工程で予め付着物を除去しなけ
ればならず、溶接加工は、やはり、２工程を必要とし、
加工時間がかかるという問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のレ
ーザ溶接装置では、被加工物１の表面の付着物１３の除
去と溶接とを任意形状の加工パスの溶接について１工程
で行うことはできず、加工時間がかかるという問題点が
あった。

【００１４】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
、任意形状の加工軌跡の溶接について１工程で被加工物
の表面の付着物の除去と溶接ができ、加工時間の短縮が
図れるレーザ溶接装置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ溶
接装置は、レーザ光の光路に配設され、レーザ光を被加
工物の所定の狭い範囲に集光する第１集光手段と、この
第１集光手段と同心かつ一体にレーザ光の光路に配設さ
れ、第１集光手段により集光された被加工物の所定の狭
い範囲の所定距離外側を外周とする広い範囲にレーザ光
を集光する第２集光手段とを備えるようにしたものであ
る。

【００１６】

【作用】上述のように構成したレーザ溶接装置は、同心
一体にレーザ光の光路に配設された第１、第２集光手段
を有し、第１集光手段により集光されたレーザ光により
被加工物の溶接を行うとともに、第１集光手段により集
光されたレーザ光が照射する被加工物の表面の周囲を、
第２集光手段により集光されたレーザ光が照射する。

【００１７】

【実施例】 実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１は、この発明の一実施例を示す加工ヘッド１０
０１と被加工物１との相対位置関係の側面を示す部分断
面図である。

【００１８】図において、１〜３、５〜１１及び１３は
従来例を示す図５と同様なので説明を省略する。１００
２はレーザ光の光路８に配設された第１集光手段、例え
ば、内側レンズである。また、１００３はレーザ光の光
路８に配設され、第１集光手段１００２と同心かつ一体
の第２集光手段、例えば、外側レンズである。なお、内
側レンズ１００２及び外側レンズ１００３より複合レン
ズ１００４が構成される。また、内側レンズ１００２は
レーザ光を焦点、又は、ほぼ焦点である被加工物１の狭
い範囲に集光し、外側レンズ１００３は、内側レンズ１
００２により集光され範囲の所定距離外側までにわたる
広い範囲にレーザ光をデフォーカス状態で集光する。

【００１９】次に、図１に示される加工ヘッド１００１
の動作について説明する。レーザ光発生部（図示せず）
により発生し、レーザ光路８に沿って筒状の加工ヘツド
本体２の内部を通り送られてきたレーザ光は、ノズル３
の上部の加工ヘッド本体２の近くに配設された複合レン
ズ１００４に入射する。この複合レンズ１００４に入射
したレーザ光のうち、内側レンズ１００２に入射したレ
ーザ光は被加工物１の加工軌跡上に焦点、又は、ほぼを
結び、被加工物１を溶接し、外側レンズ１００３に入射
したレーザ光は、内側レンズ１００２による被加工物１
の加工軌跡上の焦点の周囲にデフォーカス状態で集光さ
れる。このデフォーカス状態で集光されたレーザ光によ
り被加工物１の表面の付着物１３を除去し、内側レンズ
１００２により集光されたレーザ光により被加工物１の
溶接を行うので、１工程で被加工物１の表面の付着物１
３の除去と、被加工物１の溶接を行うことができる。ま
た、この発明の一実施例によれば加工軌跡形状によらず
溶接前に被加工物１の表面の付着物１３を除去できる。

【００２０】図２は、図１にに示される加工ヘッド１０
０１と被加工物１とを加工軌跡２００３に沿って相対移
動させた場合の被加工物１の表面の状態を示す被加工物
１の部分上面図である。図において、２００４は加工ヘ
ッド１００１と被加工物１の相対移動の方向、２００２
は内側レンズ１００２により被加工物１を溶接した溶接
部、２００１は外側レンズ１００３により被加工物１の
表面の付着物１３を除去した部分である。図２に示され
るように溶接部２００２は常に被加工物１の表面の付着
物１３が除去された部分２００１と等しいか、又は、そ
の内側になっている。

【００２１】実施例２．図３は、この発明の他の実施例
による加工ヘッドと被加工物１の相対位置関係の側面を
示した側面の部分断面図である。

【００２２】図において、１、８、９、１０、１１、１
３は従来例を示す図５と同様なので説明を省略する。３
００１は加工ヘッド、３００２は一端からレーザ光発生
部（図示せず）により発生したレーザ光がレーザ光の光
路８に沿って内部を通過する円筒形の加工ヘッド本体で
ある。３００３はこの加工ヘッド本体３００２の他端よ
り加工ヘッド本体３００２の軸に直角方向に延在するノ
ズルである。なお、このノズル３００３には、図１に示
されるような複合レンズ１００４等のレーザ光を集合す
るレンズは設けられていない。また、３００４は加工ヘ
ッド本体３００２の他端に設けられ、加工ヘッド本体３
００２内のレーザ光をノズル３００３の方向に反射集光
する複合凹面鏡である。３００５、３００６は、それぞ
れ複合凹面鏡３００４を構成する同心かつ一体第１集光
手段及び第２集光手段、例えば、内側及び外側の放物面
鏡である。なお、内側の放物面鏡３００５は入射したレ
ーザ光を入射方向と直角に反射し、ノズル３００３を通
過させ、被加工物１上に焦点、又は、ほぼ焦点を結ばせ
る。また、外側の放物面鏡３００６は入射したレーザ光
を入射方向と直角に反射し、ノズル３００３を通過させ
、被加工物１上にデフォーカス状態で集光する。なお、
このデフォーカス状態で集光されたレーザ光は内側の放
物面鏡３００５の焦点の周囲を照射する。

【００２３】図４は、図３に示される加工ヘッド３００
１と被加工物１を加工軌跡２００３に沿って相対移動さ
せた場合の被加工物１の表面の状態を示す被加工物１の
部分上面図である。この図４は、上述の実施例１におけ
る図２と同様なので説明を省略する。

【００２４】

【発明の効果】この発明によるレーザ溶接装置は以上説
明したように構成されており、同心一体に構成された第
１、第２集光手段のうち、第１集光手段により集光され
たレーザ光により被加工物の溶接を行うとともに、第１
集光手段により集光されたレーザ光が照射する被加工物
の表面の周囲を第２集光手段に集光されたレーザ光が照
射し被加工物表面の付着物を除去するので、どのような
加工軌跡であっても、被加工物の表面の付着物の除去と
被加工物の溶接を１工程で行うことができ、加工時間を
短縮できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による加工ヘッドと被加工
物の側面を示す部分断面図である。

【図２】図１に示される加工ヘッドにより加工された被
加工物の部分上面図である。

【図３】この発明の実施例２による加工ヘッドと被加工
物の側面を示す部分断面図である。

【図４】図３に示される加工ヘッドにより加工された被
加工物の表面状態を示す被加工物の部分上面図である。

【図５】従来の加工ヘッドにより、被加工物の表面の付
着物を除去する際の従来の加工ヘッドと被加工物の側面
を示す部分断面図である。

【図６】図５に示される状態に設定した従来の加工ヘッ
ドにより、被加工物１の付着物を除去する状態を示す部
分上面図である。

【図７】従来の加工ヘッドにより被加工物を溶接する際
の従来の加工ヘツドと被加工物の側面を示す部分断面図
である。

【図８】図５に示される状態に設定した従来の加工ヘッ
ドにより被加工物の表面の付着物を除去した後、図７に
示される状態に設定した従来の加工ヘッドにより溶接さ
れた被加工物の部分上面図である。

【符号の説明】

１００２　　内側レンズ ３００５　　内側の放物面鏡 １００３　　外側レンズ ３００６　　外側の放物面鏡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ光の光路に配設され、上記レー
   ザ光を被加工物の所定の狭い範囲に集光する第１の集光
   手段と、この第１の集光手段と同心かつ一体に上記レー
   ザ光の光路に配設され、上記第１集光手段により集光さ
   れた上記被加工物の所定の狭い範囲の所定距離外側を外
   周とする広い範囲に上記レーザ光を集光する第２１の集
   光手段とを備えたレーザ溶接装置。