JPS623893A - 金属加工作業用シ−ルド装置 - Google Patents
金属加工作業用シ−ルド装置Info
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- JPS623893A JPS623893A JP61149320A JP14932086A JPS623893A JP S623893 A JPS623893 A JP S623893A JP 61149320 A JP61149320 A JP 61149320A JP 14932086 A JP14932086 A JP 14932086A JP S623893 A JPS623893 A JP S623893A
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- shield
- inert gas
- gas
- metal
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- 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
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
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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
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special environment or atmosphere, e.g. in an enclosure
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- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
- B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
- B23K26/147—Features outside the nozzle for feeding the fluid stream towards the workpiece
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属加工に際して使用する汎用シールドに係り
、特にレーザや真空外電子ビームのような高パワー密度
プロセスまたはＧＭＡＷ％ＧＴＡＷ、プラズマ溶接及び
／または被覆プロセスのようなアーク利用プロセスを利
用する作業と併用できる汎用シールドに係る。
、特にレーザや真空外電子ビームのような高パワー密度
プロセスまたはＧＭＡＷ％ＧＴＡＷ、プラズマ溶接及び
／または被覆プロセスのようなアーク利用プロセスを利
用する作業と併用できる汎用シールドに係る。
熱を加え、関連の合金を檀融させることによって行われ
る溶接、表面処理及び被覆作業では、多くの場合、熱励
起される部分を特殊な組成のガスでシールドすることが
必須条件である。アーク処理の場合、シールド・ガスの
選択はガスの電離ポテンシャル、密度、熱伝導率、及び
溶融及び凝固状態の合金との化学反応性に基づいて行わ
れる。溶接部位、アーク及び溶融池の周りにこのガスを
制御下に導入することにより、予期通りの安定した働き
をするアークを得て、容積的に適当な、寸法的にばらつ
きのない適正な組成の溶着部を形成することができる。
る溶接、表面処理及び被覆作業では、多くの場合、熱励
起される部分を特殊な組成のガスでシールドすることが
必須条件である。アーク処理の場合、シールド・ガスの
選択はガスの電離ポテンシャル、密度、熱伝導率、及び
溶融及び凝固状態の合金との化学反応性に基づいて行わ
れる。溶接部位、アーク及び溶融池の周りにこのガスを
制御下に導入することにより、予期通りの安定した働き
をするアークを得て、容積的に適当な、寸法的にばらつ
きのない適正な組成の溶着部を形成することができる。
これにより、アークによる酸化作用下に起こる合金の損
失が著しく減る。同様にレーザを利用する溶接、表面処
理及び被覆作業も、多くの場合、ガス・シールディング
の買に影響される。例えば、チタンのような反応性の金
属は大気中の酸素及び窒素との反応で脆くなるから、あ
らかじめ真空化するか、または不活性ガスでパージした
チェンバ内で溶接することが多い。
失が著しく減る。同様にレーザを利用する溶接、表面処
理及び被覆作業も、多くの場合、ガス・シールディング
の買に影響される。例えば、チタンのような反応性の金
属は大気中の酸素及び窒素との反応で脆くなるから、あ
らかじめ真空化するか、または不活性ガスでパージした
チェンバ内で溶接することが多い。
加工方法によっては、不活性ガスによる充分なシールデ
ィングがなければ、過熱成分の一部が空気中の酸素と反
応して、たちまち、加工に悪影響を及ぼす強い反応を発
生させることがある。この問題は純度の高いアルゴンで
パージされた密閉チェンバ内で接合作業を行うことによ
って解決されることが多い。しかし、パージ・チェンバ
の使用は自動化プロセスにおいては実用的ではない。特
に作業セルが大きく、パージが事実上困難な場合には実
用的ではない。
ィングがなければ、過熱成分の一部が空気中の酸素と反
応して、たちまち、加工に悪影響を及ぼす強い反応を発
生させることがある。この問題は純度の高いアルゴンで
パージされた密閉チェンバ内で接合作業を行うことによ
って解決されることが多い。しかし、パージ・チェンバ
の使用は自動化プロセスにおいては実用的ではない。特
に作業セルが大きく、パージが事実上困難な場合には実
用的ではない。
本発明の主要目的は特にロボットの関節式アームに適し
、機械的にもこれに適合する接合作業のための汎用シー
ルドを提供することにある。
、機械的にもこれに適合する接合作業のための汎用シー
ルドを提供することにある。
この目的に鑑み、本発明は金属加工すべき工作物の任意
の位置に熱励起源を作用させるための導管を画定する中
心に通孔を設けた閉鎖上部を有する筐体を含む金属加工
作業用シールド装置において、筐体が任意の位置を囲む
領域に充満させるべく不活性ガスを導入するための少な
くとも第１チェンバと、第１チェンバによって画定され
る周面の周りに配置され、金属加工作業に起因する煙及
び放出ガスを除去するための負圧ゾーンを画定する第２
チェンバと、中心通孔を囲むように第１チェンバに配置
された冷却手段を含むことを特徴とする金属加工作業用
シールド装置に係る。
の位置に熱励起源を作用させるための導管を画定する中
心に通孔を設けた閉鎖上部を有する筐体を含む金属加工
作業用シールド装置において、筐体が任意の位置を囲む
領域に充満させるべく不活性ガスを導入するための少な
くとも第１チェンバと、第１チェンバによって画定され
る周面の周りに配置され、金属加工作業に起因する煙及
び放出ガスを除去するための負圧ゾーンを画定する第２
チェンバと、中心通孔を囲むように第１チェンバに配置
された冷却手段を含むことを特徴とする金属加工作業用
シールド装置に係る。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
する。
本発明は溶接、表面処理及び被覆作業に利用できる汎用
シールドを提供する。これらの作業はレーザや真空外電
子ビームのような高パワー密度プロセスまたはＧＭＡＷ
（ＭＩＧ）またはＧＴＡＷ （Ｔ Ｉ Ｇ）やプラズ
マ溶接及び／または被覆プロセスのようなアーク利用プ
ロセスで行うことができる。第１図には、高出力レーザ
によって金属加工を行うロボット作業セルにおける本発
明の汎用シールドを示した。
シールドを提供する。これらの作業はレーザや真空外電
子ビームのような高パワー密度プロセスまたはＧＭＡＷ
（ＭＩＧ）またはＧＴＡＷ （Ｔ Ｉ Ｇ）やプラズ
マ溶接及び／または被覆プロセスのようなアーク利用プ
ロセスで行うことができる。第１図には、高出力レーザ
によって金属加工を行うロボット作業セルにおける本発
明の汎用シールドを示した。
完全に一体化されたロボット／レーザ作業セル１１を第
１図において斜視図で示した。
１図において斜視図で示した。
このロボット／レーザ作業セル１１はレーザ・ビーム供
給システム１７を介してレーザ・システムと結合された
直交軸マニピュレータ・システム１３を含む。作業セル
１１はまた、排気系１９、安全囲壁手段２１及び精密テ
ーブル２３をも含む。レーザ・ビーム供給システムに使
用される光学系及び汎用シールドのための冷却装置２５
をも設ける。２７は直交軸マニピュレータを制御するプ
ログラム可能制御装置である。マニピュレータ・システ
ム１３はＸ＠集合体、Ｙ軸集合体及びＺ軸集合体から成
る３つの直交軸集合体を含む。
給システム１７を介してレーザ・システムと結合された
直交軸マニピュレータ・システム１３を含む。作業セル
１１はまた、排気系１９、安全囲壁手段２１及び精密テ
ーブル２３をも含む。レーザ・ビーム供給システムに使
用される光学系及び汎用シールドのための冷却装置２５
をも設ける。２７は直交軸マニピュレータを制御するプ
ログラム可能制御装置である。マニピュレータ・システ
ム１３はＸ＠集合体、Ｙ軸集合体及びＺ軸集合体から成
る３つの直交軸集合体を含む。
リスト機構３９はＺ軸集合体と機械的に連結してアーム
端工具セツティング円形コンベア２９と協働する。アー
ム端工具セツティング円形コンベア２９はレーザ・ビー
ム供給システム１７との組合わせで行われる各種の金属
加工に必要な光学系を含む。
端工具セツティング円形コンベア２９と協働する。アー
ム端工具セツティング円形コンベア２９はレーザ・ビー
ム供給システム１７との組合わせで行われる各種の金属
加工に必要な光学系を含む。
どのロボットと併用されるレーザ・ビーム供給システム
はその最も簡単な形では、マニピュレータ・システム１
３の１つの運動軸を画定する支持部材またはアームに取
り付ける一連の継手を含む。本発明の出願人に譲渡され
ているダニエル・ジェイ・プランケンホーンの許可され
た米国特許出願第４６０，３４６号「ロボット用レーザ
・ビーム供給装置」は、レーザなどのような光の反射ビ
ームを複数の直線セグメント、から成る通路に沿って進
めることのできる光ビーム誘導装置を開示しており、そ
の内容は本願明細書中にも引用されている。各ビーム・
セグメントをロボット装置の軸の１つのセグメントと一
定の空間関係に連携させる。
はその最も簡単な形では、マニピュレータ・システム１
３の１つの運動軸を画定する支持部材またはアームに取
り付ける一連の継手を含む。本発明の出願人に譲渡され
ているダニエル・ジェイ・プランケンホーンの許可され
た米国特許出願第４６０，３４６号「ロボット用レーザ
・ビーム供給装置」は、レーザなどのような光の反射ビ
ームを複数の直線セグメント、から成る通路に沿って進
めることのできる光ビーム誘導装置を開示しており、そ
の内容は本願明細書中にも引用されている。各ビーム・
セグメントをロボット装置の軸の１つのセグメントと一
定の空間関係に連携させる。
本発明の最初の試作装置ではコヒーレント・インコーホ
レーテッドの製品Ｅｖｅｒｌａｓｔ ＥＦＡ５１ＣＯ□
レーザを使用したが、このシステムには数多いレーザの
うち任意の製品を使用することができる。また、第１図
に示した作業セルは空気ろか乾燥／循環システム２ｏを
用いる。適当なシステムとしてパルストローム・フィル
タ・プロダクツから市販されているｒＡｉｒ Ｄｒｙｅ
ｒ Ｍｏｄｅｌ ７５Ｊがある。排気系１９はマニピュ
レータ１３のレーザ・ビーム供給点３０の近傍にまで達
する導管系１９′を含む。ここに述べるシステムは広範
な材料加工を行うものであるから、材料によフてはレー
ザ加工中に有毒な煙を放出する。従って、排気系１９は
リストの近傍に配置され、煙発生源に向けられたピック
アップノズルを含む。
レーテッドの製品Ｅｖｅｒｌａｓｔ ＥＦＡ５１ＣＯ□
レーザを使用したが、このシステムには数多いレーザの
うち任意の製品を使用することができる。また、第１図
に示した作業セルは空気ろか乾燥／循環システム２ｏを
用いる。適当なシステムとしてパルストローム・フィル
タ・プロダクツから市販されているｒＡｉｒ Ｄｒｙｅ
ｒ Ｍｏｄｅｌ ７５Ｊがある。排気系１９はマニピュ
レータ１３のレーザ・ビーム供給点３０の近傍にまで達
する導管系１９′を含む。ここに述べるシステムは広範
な材料加工を行うものであるから、材料によフてはレー
ザ加工中に有毒な煙を放出する。従って、排気系１９は
リストの近傍に配置され、煙発生源に向けられたピック
アップノズルを含む。
ピックアップノズルと連携して、作業ゾーンから吸引し
て放出及び／またはるかするのに必要な負圧を発生させ
る手段を設ける。
て放出及び／またはるかするのに必要な負圧を発生させ
る手段を設ける。
第１図に示した作業セルは作業中の安全率を高めるため
作業域を囲むプレキシガラス囲壁を含む。たとえば、１
０．６ミクロンＣ０２レーザがプレキシガラスに衝突す
ると、焼き切れる前に煙が放出され、作業セルの近くに
いるオペレータに警告する役割りを果たす。プレキシガ
ラスはまた、オペレータが比較的安全にシステムの動作
を観察することを可能にすると共に、関係者以外の者が
作業空間に入るのを防止することをも可能にする。これ
らのプレキシガラス・パネル１７３はフレームワーク部
材１７５によって支持される。
作業域を囲むプレキシガラス囲壁を含む。たとえば、１
０．６ミクロンＣ０２レーザがプレキシガラスに衝突す
ると、焼き切れる前に煙が放出され、作業セルの近くに
いるオペレータに警告する役割りを果たす。プレキシガ
ラスはまた、オペレータが比較的安全にシステムの動作
を観察することを可能にすると共に、関係者以外の者が
作業空間に入るのを防止することをも可能にする。これ
らのプレキシガラス・パネル１７３はフレームワーク部
材１７５によって支持される。
本発明の汎用シールド装置はアーム端工具セツティング
円形コンベア２９に取り付けられている。多くの場合、
円形コンベアに少なくとも２つの別々の工具セツティン
グ部を設ける。しかし、円形コンベアに設けることので
きる個々の工具セツティング部の数はシステムの用途に
よってのみ制限される。第２図及び第３図に示すように
、汎用シールドはレーザ・ビーム供給システムの一体的
な部分であり、工具セツティング部の１つに使用される
光学系を支持する機能を果たす。
円形コンベア２９に取り付けられている。多くの場合、
円形コンベアに少なくとも２つの別々の工具セツティン
グ部を設ける。しかし、円形コンベアに設けることので
きる個々の工具セツティング部の数はシステムの用途に
よってのみ制限される。第２図及び第３図に示すように
、汎用シールドはレーザ・ビーム供給システムの一体的
な部分であり、工具セツティング部の１つに使用される
光学系を支持する機能を果たす。
第２図及び第３図から明らかなように、本発明の汎用シ
ールド３１１は４分円３１５．３１７．３１９．３２１
に仕切られたチェンバを画定する筐体３１３を含む。筺
体３１３は金属加工を受ける工作物または基材３２５の
任意の個所に熱励起源を作用させるための導管を画定す
る中心通孔３２３を具備する。
ールド３１１は４分円３１５．３１７．３１９．３２１
に仕切られたチェンバを画定する筐体３１３を含む。筺
体３１３は金属加工を受ける工作物または基材３２５の
任意の個所に熱励起源を作用させるための導管を画定す
る中心通孔３２３を具備する。
筐体３１３の孔３２３にはレーザ・ビーム３３１の所要
の焦点を得るための適当なレンズ３２９を含むレーザ伝
達チェンバ３２７が支持されている。筐体３１３の周り
には円周方向に除煙フード３３３を配置し、筐体３１３
の外縁周りに負圧ゾーンを発生させる排気ダクト３３５
．３３７と連通させる。１２０゜間隔に配置した３個の
蛛ナツト３３８を介して筐体３１３にフード３３３を着
脱自在に固定する。筺体３１３の周りに円周方向にスカ
ート３３９を設け、筺体３１３の４分円チェンバ下方の
不活性ガス・ゾーン３４１をこれによって隔離する。ス
カート３３９は比較的非可撓性の部材で形成してもよい
し、比較的可撓性の耐熱材料で形成してもよい。
の焦点を得るための適当なレンズ３２９を含むレーザ伝
達チェンバ３２７が支持されている。筐体３１３の周り
には円周方向に除煙フード３３３を配置し、筐体３１３
の外縁周りに負圧ゾーンを発生させる排気ダクト３３５
．３３７と連通させる。１２０゜間隔に配置した３個の
蛛ナツト３３８を介して筐体３１３にフード３３３を着
脱自在に固定する。筺体３１３の周りに円周方向にスカ
ート３３９を設け、筺体３１３の４分円チェンバ下方の
不活性ガス・ゾーン３４１をこれによって隔離する。ス
カート３３９は比較的非可撓性の部材で形成してもよい
し、比較的可撓性の耐熱材料で形成してもよい。
シールド・ガスの配分を制御できるように、４つの独立
に制御されるガス放出チェンバ３１５．３１７．３１９
．３２１を構成する上記４分円に筺体３１３を仕切る。
に制御されるガス放出チェンバ３１５．３１７．３１９
．３２１を構成する上記４分円に筺体３１３を仕切る。
このように構成すれば、シールド／基材間距離及び両者
の相対配向の変化に対応できるという特殊な能力がシー
ルド筐体に与えられる。
の相対配向の変化に対応できるという特殊な能力がシー
ルド筐体に与えられる。
不活性ガスはデフレクタ３４５内へガスを放出するノズ
ル３４３によってチェンバに導入される。デフレクタは
個々の４分円チェンバの天井を３４７にむかってガスを
放出する。その結果、デフレクタから出たガス流は方向
性の低いガス流となる。ガスは好ましくはニッケル・ウ
ールから成るガス拡散体３４９にむかって流動しながら
比較的均等にチェンバ内に「充満する」ように強制され
る。方向を変換したガスをこのように均等に「充満」さ
せることによって、チェンバ内にエアポケットがトラッ
プし難くなり、拡散スクリーン３５１に達するまでにガ
ス流の乱れが減る。ニッケル・ウールは第１段ガス拡散
体として使用され、これを通過するガス流の方向性を崩
し、流速を低下させる。フィルタ・スクリーン層３５１
はシールドのガス・レンズを構成する。このガス拡散ス
クリーン層は断面積が一様のガス流を形成すると共に、
スクリーン層を出て基材３２５にむかうシールド・ガス
に積層状の流れパターンを与える。その結果、スクリー
ン層を挟んで一様の圧力勾配が発生する。好ましい実施
例では、３乃至５層の２００メッシュ・フィルタ・スク
リーンがフィルタ・スクリーン層３５１を画定する。ス
クリーンは例えばステンレススチール、銅または真鍮で
形成すればよい。拡散スフ！Ｊ−：／３５１は、２次及
び／または散乱レーザ・ビームまたはアークによる融解
、スパッタ及び煙の堆積がスクリーンの目を限度以上に
詰まらせるから、周期的に交換される。
ル３４３によってチェンバに導入される。デフレクタは
個々の４分円チェンバの天井を３４７にむかってガスを
放出する。その結果、デフレクタから出たガス流は方向
性の低いガス流となる。ガスは好ましくはニッケル・ウ
ールから成るガス拡散体３４９にむかって流動しながら
比較的均等にチェンバ内に「充満する」ように強制され
る。方向を変換したガスをこのように均等に「充満」さ
せることによって、チェンバ内にエアポケットがトラッ
プし難くなり、拡散スクリーン３５１に達するまでにガ
ス流の乱れが減る。ニッケル・ウールは第１段ガス拡散
体として使用され、これを通過するガス流の方向性を崩
し、流速を低下させる。フィルタ・スクリーン層３５１
はシールドのガス・レンズを構成する。このガス拡散ス
クリーン層は断面積が一様のガス流を形成すると共に、
スクリーン層を出て基材３２５にむかうシールド・ガス
に積層状の流れパターンを与える。その結果、スクリー
ン層を挟んで一様の圧力勾配が発生する。好ましい実施
例では、３乃至５層の２００メッシュ・フィルタ・スク
リーンがフィルタ・スクリーン層３５１を画定する。ス
クリーンは例えばステンレススチール、銅または真鍮で
形成すればよい。拡散スフ！Ｊ−：／３５１は、２次及
び／または散乱レーザ・ビームまたはアークによる融解
、スパッタ及び煙の堆積がスクリーンの目を限度以上に
詰まらせるから、周期的に交換される。
これらのスクリーンは外側及び内側リング３５３．３５
４によってシールド内に固定される。ニッケル・ウール
を支持するため、スクリーンの上方に穴あきフィルタ・
プレート３５５を取り付ける。このニッケル・ウール支
持プレートはステンレススチール・ソケットに螺入した
平頭ねじによってシールドに固定する。このソケットは
シールドの構造体に強制挿入する。
４によってシールド内に固定される。ニッケル・ウール
を支持するため、スクリーンの上方に穴あきフィルタ・
プレート３５５を取り付ける。このニッケル・ウール支
持プレートはステンレススチール・ソケットに螺入した
平頭ねじによってシールドに固定する。このソケットは
シールドの構造体に強制挿入する。
シールド域３４１の周りに配置されるスカート３３９は
ワイヤ・クランプ３５７によって固定する。ワイヤ・ク
ランプの代わりに大口径のホース・クランプを利用して
もよい。
ワイヤ・クランプ３５７によって固定する。ワイヤ・ク
ランプの代わりに大口径のホース・クランプを利用して
もよい。
スカートとシールド本体との摩擦嵌合を強化すると共に
、ワイヤ・クランプ３５７のずれを防止するためには、
クランプによってスカートを圧接させられるシールド本
体部分に溝を切り込めばよい。好ましくは、シールド３
１１の筺体３１３をアルミニウムのような熱伝導率の高
い材料で構成する。シールドからの熱消散は水冷ループ
３５９を組み込むことによって容易になる。筐体上部に
人口３６１及び出口３６３を設ける。ループ３５９を構
成するチューブはアルミニウムで形成し、これをシール
ドにろう接、はんだ付け、溶接またはアルミ・プラズマ
・スプレーすればよい。水冷ループを組み込むことと、
シールドを構成するのにアルミニウムを使用することが
相俟って、シールドにおける局部的な熱蓄積も軽量構成
であるための慣性の悪影響が著しく軽減される。
、ワイヤ・クランプ３５７のずれを防止するためには、
クランプによってスカートを圧接させられるシールド本
体部分に溝を切り込めばよい。好ましくは、シールド３
１１の筺体３１３をアルミニウムのような熱伝導率の高
い材料で構成する。シールドからの熱消散は水冷ループ
３５９を組み込むことによって容易になる。筐体上部に
人口３６１及び出口３６３を設ける。ループ３５９を構
成するチューブはアルミニウムで形成し、これをシール
ドにろう接、はんだ付け、溶接またはアルミ・プラズマ
・スプレーすればよい。水冷ループを組み込むことと、
シールドを構成するのにアルミニウムを使用することが
相俟って、シールドにおける局部的な熱蓄積も軽量構成
であるための慣性の悪影響が著しく軽減される。
図面ではシールド３１１をレーザ導管３２７との組合わ
せで示した。レーザを利用する場合、レーザ焦点の近傍
にプラズマ抑制ノズル３６５を配置するのが本発明の好
ましい構成要件である。ノズル３６５は軸から外れた高
速の不活性ガス噴流を形成して溶接部位から放出される
過熱蒸気を強制的に吹き払う。
せで示した。レーザを利用する場合、レーザ焦点の近傍
にプラズマ抑制ノズル３６５を配置するのが本発明の好
ましい構成要件である。ノズル３６５は軸から外れた高
速の不活性ガス噴流を形成して溶接部位から放出される
過熱蒸気を強制的に吹き払う。
プラズマと呼ばれるこの蒸気は溶接中の基材からレーザ
・ビームを光学的に「減結合」する傾向がある。筐体３
１３に孔３６７を形成し、これに導管３６９を配設する
。この導管３６９がノズル３６５を画定する。ノズル３
６５の位置は締付けねじ３７０によりプラズマに対して
調整される。
・ビームを光学的に「減結合」する傾向がある。筐体３
１３に孔３６７を形成し、これに導管３６９を配設する
。この導管３６９がノズル３６５を画定する。ノズル３
６５の位置は締付けねじ３７０によりプラズマに対して
調整される。
排気フード３３３と併用される排気ダクトまたは煙出し
口３３５．３３７は真空掃除機または集中除塵ダクトと
協働してフード付近から煙を排除する。排気吸引率はシ
ールドを通過する不活性ガスの必要流量、スカート端か
ら基盤までの距離及び妥当なシールディング・レベルに
応じて調整する。排気フード３３３とシールド本体また
はスカート域３３９との間にバッフル３７１．３７３が
介在し、排気ダクト３３５．３３７の隣接域からのシー
ルド・ガス吸引を防止する。バッフル３７１．３７３は
これら排気口周辺の吸引を抑制し、吸引が比較的均等に
シールド周りで起こるようにする。
口３３５．３３７は真空掃除機または集中除塵ダクトと
協働してフード付近から煙を排除する。排気吸引率はシ
ールドを通過する不活性ガスの必要流量、スカート端か
ら基盤までの距離及び妥当なシールディング・レベルに
応じて調整する。排気フード３３３とシールド本体また
はスカート域３３９との間にバッフル３７１．３７３が
介在し、排気ダクト３３５．３３７の隣接域からのシー
ルド・ガス吸引を防止する。バッフル３７１．３７３は
これら排気口周辺の吸引を抑制し、吸引が比較的均等に
シールド周りで起こるようにする。
レーザ伝達チェンバに不活性ガスを導入するため導管３
２７にホース取り付は具３７５そ設ける。このガスはチ
ェンバを貫流し、抑制ノズル３６５の近傍に位置する端
部から流出してレーザ・レンズを煙から保護する。防煙
によってレンズの耐用寿命が延び、定常的に確実なレー
ザ性能が得られる。チェンバ３２７はねじ付きナツト３
７９によって上端をレンズ・ヒート・シンク３７７に圧
接させられることでレンズホルダの回転を防止するダボ
・ピン３８５を含む。レンズから基材まで及び／または
シールドから基材までの距離を変化させるには、ナツト
３７９をゆるめてから所期の位置にロックすることによ
り、レンズホルダに沿ってシールドを摺動させればよい
。
２７にホース取り付は具３７５そ設ける。このガスはチ
ェンバを貫流し、抑制ノズル３６５の近傍に位置する端
部から流出してレーザ・レンズを煙から保護する。防煙
によってレンズの耐用寿命が延び、定常的に確実なレー
ザ性能が得られる。チェンバ３２７はねじ付きナツト３
７９によって上端をレンズ・ヒート・シンク３７７に圧
接させられることでレンズホルダの回転を防止するダボ
・ピン３８５を含む。レンズから基材まで及び／または
シールドから基材までの距離を変化させるには、ナツト
３７９をゆるめてから所期の位置にロックすることによ
り、レンズホルダに沿ってシールドを摺動させればよい
。
第４図はレーザで加熱されたゾーンの周りにバイパス・
フロー状態を発生させるためにこのシールドを利用する
態様を略伝する。制御下にシールド・ガスを配分するこ
とができるようにするため、シールドを個別に制御され
る４つのがス放出チェンバまたは４分円で構成する。こ
のように構成することでシールド／基材間距離の変化、
及び両者間の相対配向の変化に対応できるという特殊な
能力がシールドに与えられる。また、不活性ガスの流動
方向を第４図に示すように向けることができる。これら
は各チェンバを流れるガスの流量を調節することによフ
て達成される。シールドのこのような特徴を利用するこ
とにより、シールド下に発生する煙を被加熱ゾーン及び
／またはこれに隣接するゾーンを光学的に観察できるよ
うに方向制御することができる。即ち、第４図で見て左
から右へのガス流動方向を得るために、チェンバ１への
不活性ガス流量をチェンバ２へのガス流量よりも大きく
し、逆に右から左への流動方向が必要なら、上記流量の
関係は逆となる。
フロー状態を発生させるためにこのシールドを利用する
態様を略伝する。制御下にシールド・ガスを配分するこ
とができるようにするため、シールドを個別に制御され
る４つのがス放出チェンバまたは４分円で構成する。こ
のように構成することでシールド／基材間距離の変化、
及び両者間の相対配向の変化に対応できるという特殊な
能力がシールドに与えられる。また、不活性ガスの流動
方向を第４図に示すように向けることができる。これら
は各チェンバを流れるガスの流量を調節することによフ
て達成される。シールドのこのような特徴を利用するこ
とにより、シールド下に発生する煙を被加熱ゾーン及び
／またはこれに隣接するゾーンを光学的に観察できるよ
うに方向制御することができる。即ち、第４図で見て左
から右へのガス流動方向を得るために、チェンバ１への
不活性ガス流量をチェンバ２へのガス流量よりも大きく
し、逆に右から左への流動方向が必要なら、上記流量の
関係は逆となる。
第５Ａ、５Ｂ及び５０図は基材または工作物に対するシ
ールドの相対距離及び相対配向の変化に対応するシール
ドの能力を略伝する。第５Ａ図には、工作物に対するシ
ールドの移動方向を矢印３８１で示す。第５Ａ図では、
シールドは基材から一定距離を保ち、かつこれとほぼ平
行である。この場合、チェンバ１及び２における不活性
ガスの流量はほぼ等しく、第４図に示したようなバイパ
ス・フロー状態を必要とする場合だけは例外であること
はいうまでもない。第５Ｂ図では、基材はチェンバ１よ
りもチェンバ２い近い位置を占める。従って、汎用シー
ルドと基材との間に比較的一定の環境を維持するために
は、チェンバ１を流動するガス流量がチェンバ２を流動
する流量よりも大きくなければならない。位置及び配向
の変化に対応し易くするため、第５Ｂ図では可撓スカー
ト３３９を使用している。第５Ｃ図は不規則表面を有す
る基材における汎用シールド３１１の使用を示す。ここ
でも不規則な作業表面に対処するため、スカート３３９
は可撓性である。チェンバ１及びチェンバ２の下方の容
積が不規則な領域に対処するため、チェンバ１を貫流す
る流量を、チェンバ２を貫流する流量よりもはるかに大
きく設定する。シールド３１１はスカートで囲むことに
より、シールド・ゾーンをその周りの環境から物理的に
隔離する。この方法により、シールドは基材上を移動す
る作用チェンバを提供する。
ールドの相対距離及び相対配向の変化に対応するシール
ドの能力を略伝する。第５Ａ図には、工作物に対するシ
ールドの移動方向を矢印３８１で示す。第５Ａ図では、
シールドは基材から一定距離を保ち、かつこれとほぼ平
行である。この場合、チェンバ１及び２における不活性
ガスの流量はほぼ等しく、第４図に示したようなバイパ
ス・フロー状態を必要とする場合だけは例外であること
はいうまでもない。第５Ｂ図では、基材はチェンバ１よ
りもチェンバ２い近い位置を占める。従って、汎用シー
ルドと基材との間に比較的一定の環境を維持するために
は、チェンバ１を流動するガス流量がチェンバ２を流動
する流量よりも大きくなければならない。位置及び配向
の変化に対応し易くするため、第５Ｂ図では可撓スカー
ト３３９を使用している。第５Ｃ図は不規則表面を有す
る基材における汎用シールド３１１の使用を示す。ここ
でも不規則な作業表面に対処するため、スカート３３９
は可撓性である。チェンバ１及びチェンバ２の下方の容
積が不規則な領域に対処するため、チェンバ１を貫流す
る流量を、チェンバ２を貫流する流量よりもはるかに大
きく設定する。シールド３１１はスカートで囲むことに
より、シールド・ゾーンをその周りの環境から物理的に
隔離する。この方法により、シールドは基材上を移動す
る作用チェンバを提供する。
以上に述べたように、本発明は超高パワー密度、即ち、
レーザ及びアークによる溶接に用いる汎用シールドを提
供する。このシールドは溶接、表面処理、被覆のような
各種の用途に使用できる。シールド性能が高いから、こ
のシールドは従来ならコストの高い固定不活性ガス・チ
ェンバを使用しなければならないような材料の接合及び
熱処理に利用できる。この装置は比較的コンパクトであ
り、しかもシールド性能がすぐれているから、不活性ガ
スの流量は極めて低くてよく、従って、金属加工におい
て目ざましいコストの削減となる。このシールドの構成
上、シールド／基材高さ及びシールド／基材配向の変化
に対処できる。このシールドは自動化システムに使用さ
れる工業用マニピュレータとコンパチブルである。さら
にまた、この装置はシールド性能が高いから、チタン、
ジルコン、タンタルなどのような耐火金属の接合にも使
用できる。
レーザ及びアークによる溶接に用いる汎用シールドを提
供する。このシールドは溶接、表面処理、被覆のような
各種の用途に使用できる。シールド性能が高いから、こ
のシールドは従来ならコストの高い固定不活性ガス・チ
ェンバを使用しなければならないような材料の接合及び
熱処理に利用できる。この装置は比較的コンパクトであ
り、しかもシールド性能がすぐれているから、不活性ガ
スの流量は極めて低くてよく、従って、金属加工におい
て目ざましいコストの削減となる。このシールドの構成
上、シールド／基材高さ及びシールド／基材配向の変化
に対処できる。このシールドは自動化システムに使用さ
れる工業用マニピュレータとコンパチブルである。さら
にまた、この装置はシールド性能が高いから、チタン、
ジルコン、タンタルなどのような耐火金属の接合にも使
用できる。
第１図は、レーザ・ビーム供給システム及び本発明独自
の汎用シールド装置を組み込んだ直交軸マニピュレータ
・システムの斜視図。 第２図は、本発明の汎用シールド装置の縦断面図。 第３図は、本発明の汎用シールド装置を、個別に不活性
ガスを供給されるチェンバと共に示す平面図。 第４図は、本発明の汎用シールド装置を、金属加工焦点
の周りにおける不活性ガスのバイパス流状態と共に略伝
する縦断面図。 第５Ａ、５Ｂ及び５０図は基材または工作物に対するシ
ールド装置の相対距離及び相対配向の変化に対処できる
汎用シールド装置の能力を略字する部分縦断面図である
。 １１・・・・作業セル Ｉ３・・・・直交軸マニピュレータシステム１５・・・
・レーザシステム １９・・・・排気系 ２５・・・・冷却装置 ２９・・・・アーム端工具セツティング円形コンベア３
ｆ１・・・・汎用シールド ３１３・・・・筐体 ３２５・・・・基材 ３２９・・・・レンズ ３３１・・・・レーザビーム ３３５．３３７・・・・排気ダクト ３３９・・・・スカート
の汎用シールド装置を組み込んだ直交軸マニピュレータ
・システムの斜視図。 第２図は、本発明の汎用シールド装置の縦断面図。 第３図は、本発明の汎用シールド装置を、個別に不活性
ガスを供給されるチェンバと共に示す平面図。 第４図は、本発明の汎用シールド装置を、金属加工焦点
の周りにおける不活性ガスのバイパス流状態と共に略伝
する縦断面図。 第５Ａ、５Ｂ及び５０図は基材または工作物に対するシ
ールド装置の相対距離及び相対配向の変化に対処できる
汎用シールド装置の能力を略字する部分縦断面図である
。 １１・・・・作業セル Ｉ３・・・・直交軸マニピュレータシステム１５・・・
・レーザシステム １９・・・・排気系 ２５・・・・冷却装置 ２９・・・・アーム端工具セツティング円形コンベア３
ｆ１・・・・汎用シールド ３１３・・・・筐体 ３２５・・・・基材 ３２９・・・・レンズ ３３１・・・・レーザビーム ３３５．３３７・・・・排気ダクト ３３９・・・・スカート
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、金属加工すべき工作物の任意の位置に熱励起源を作
用させるための導管を画定する中心に通孔を設けた閉鎖
上部を有する筐体を含む金属加工作業用シールド装置に
おいて、筐体が任意の位置を囲む領域に充満させるべく
不活性ガスを導入するための少なくとも第１チェンバと
、第１チェンバによって画定される周面の周りに配置さ
れ、金属加工作業に起因する煙及び放出ガスを除去する
ための負圧ゾーンを画定する第２チェンバと、中心通孔
を囲むように第１チェンバに配置された冷却手段を含む
ことを特徴とする金属加工作業用シールド装置。 ２、筐体が制御された不活性ガス流を導入する４つのチ
ェンバを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の金属加工作業用シールド装置。 ３、第１チェンバによって画定される周面に沿って、第
１チェンバを第２チェンバから物理的に隔離するスカー
トを設けたことをも特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の金属加工作業用シールド装置。 ４、制御された不活性ガス流を導入する各チェンバが、
シールド・ガスを制御下に配分するための金属ウール材
料を内蔵・支持するフィルタ・スクリーン手段を有する
ことをも特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属
加工作業用シールド装置。 ５、スクリーン手段が３乃至５層の２００メッシュ・フ
ィルタ・スクリーンを積層して成ることをも特徴とする
特許請求の範囲第４項に記載の金属加工作業用シールド
装置。 ６、ニッケル・ウール、銅、真鍮、ステンレススチール
及びアルミニウムから成るグループから金属ウール材料
を選択することをも特徴とする特許請求の範囲第５項に
記載の金属加工作業用シールド装置。 ７、不活性ガス流を筐体の閉鎖上部に向けるノズル手段
によって不活性ガスをチェンバ内に注入し、拡散させる
ことをも特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属
加工作業用シールド装置。 ８、少なくとも第１チェンバと連通してこれに不活性ガ
スを導入するノズル手段と、少なくとも第１チェンバへ
のガス流を制御することにより、任意の位置の周りのガ
ス流方向を制御する手段をも特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の金属加工作業用シールド装 置。 ９、任意の位置から過熱蒸気及びガスを強制的に吹き払
うため、軸方向から外れた高速不活性ガスを提供するプ
ラズマ抑制ノズルを中心通孔の近傍に配置したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属加工作業用
シールド装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US750721 | 1985-06-28 | ||
| US06/750,721 US4642445A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Shielding apparatus for metal processing operations |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS623893A true JPS623893A (ja) | 1987-01-09 |
Family
ID=25018922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61149320A Pending JPS623893A (ja) | 1985-06-28 | 1986-06-24 | 金属加工作業用シ−ルド装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4642445A (ja) |
| EP (1) | EP0206080B1 (ja) |
| JP (1) | JPS623893A (ja) |
| CA (1) | CA1261925A (ja) |
| DE (1) | DE3681205D1 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1985
- 1985-06-28 US US06/750,721 patent/US4642445A/en not_active Expired - Fee Related
-
1986
- 1986-06-09 EP EP86107849A patent/EP0206080B1/en not_active Expired
- 1986-06-09 DE DE8686107849T patent/DE3681205D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-10 CA CA000511215A patent/CA1261925A/en not_active Expired
- 1986-06-24 JP JP61149320A patent/JPS623893A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1261925A (en) | 1989-09-26 |
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| EP0206080B1 (en) | 1991-09-04 |
| US4642445A (en) | 1987-02-10 |
| DE3681205D1 (de) | 1991-10-10 |
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