(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器で発生したレーザ光をレーザ加工ヘッドヘ導く光ファイバーの出射端をレーザ加工ヘッド内に設け、該出射端から出射されるレーザ光を平行光線にするコリメートレンズと該コリメートレンズで平行光線にコリメートされたレーザ光を被加工材に集光する集光レンズとを設けたレーザ加工ヘッドにおいて、前記被加工材の加工部を直接撮像するＣＣＤカメラを集光レンズ保持筒に設けると共に、該集光レンズ保持筒下端の内径部に摺動自在に嵌合するシリンダーを備えた導電性のシールドガス供給ノズルを進退自在に設け、該シールドガス供給ノズルと導電性被加工材との接触を検出する接触検出装置を設けると共に、該シールドガス供給ノズルに前記集光レンズを保護する保護ウインドを設け、前記集光レンズ側から前記シリンダーに供給されるシールドガスを前記保護ウインドを迂回して被加工材側に流通させる迂回流路を設け、前記集光レンズ保持筒に前記シールドガス供給ノズルの上部に当接して上方への移動範囲を規制するストッパーを設け、前記接触検出装置が前記シールドガス供給ノズルと導電性被加工材との接触を検出後に、前記レーザ発振器が発振させられてレーザー光が出射されることを特徴とする手持ちレーザ加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は手持ちレーザ加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ加工機において、例えば溶接を行う場合、レーザ加工機本体のレーザ加工ヘッドを使用せずに、付属の手持ちレーザ加工ヘッドを手に持って本溶接を行う前の仮止め溶接を行うことがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、上述の小形のレーザ加工ヘッドを手に持って仮止め溶接を実施する場合、溶接位置の確認は作業者の肉眼で行っている。しかし、被加工材とレーザ加工ヘッドとはある程度の間隔が空いており、溶接位置に対して正確にレーザの焦点を合わせることは困難である。また、被加工材とレーザ加工ヘッドとの間隙からのＹＡＧレーザの散乱反射光が作業者の目に入る危険性もある。
【０００４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題はレーザ加工部の状態を肉眼に代えて間接的な観察を可能にし、安全かつ正確にレーザの焦点を被加工材に合わせることができるコンパクトな手持ちレーザ加工ヘッドを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の手持ちレーザ加工ヘッドは、レーザ発振器で発生したレーザ光をレーザ加工ヘッドヘ導く光ファイバーの出射端をレーザ加工ヘッド内に設け、該出射端から出射されるレーザ光を平行光線にするコリメートレンズと該コリメートレンズで平行光線にコリメートされたレーザ光を被加工材に集光する集光レンズとを設けたレーザ加工ヘッドにおいて、前記被加工材の加工部を直接撮像するＣＣＤカメラを集光レンズ保持筒に設けると共に、該集光レンズ保持筒下端の内径部に摺動自在に嵌合するシリンダーを備えた導電性のシールドガス供給ノズルを進退自在に設け、該シールドガス供給ノズルと導電性被加工材との接触を検出する接触検出装置を設けると共に、該シールドガス供給ノズルに前記集光レンズを保護する保護ウインドを設け、前記集光レンズ側から前記シリンダーに供給されるシールドガスを前記保護ウインドを迂回して被加工材側に流通させる迂回流路を設け、前記集光レンズ保持筒に前記シールドガス供給ノズルの上部に当接して上方への移動範囲を規制するストッパーを設け、前記接触検出装置が前記シールドガス供給ノズルと導電性被加工材との接触を検出後に、前記レーザ発振器が発振させられてレーザー光が出射されることを要旨とするものである。
【０００６】
従って、レーザ加工部の状態を肉眼に代えて間接的な観察を可能にし、レーザ加工ヘッドの先端に設けたシールドガス供給ノズルと被加工材とが接触しないうちは、ＹＡＧレーザ光が出射されないので、作業者以外の人に危険なＹＡＧレーザ光が当たることがなく安全である。また、シールドガス供給ノズルの移動範囲を適宜に規制することができるので、集光されたレーザービームの焦点位置を被加工材の適宜な位置に正確に合わせることができる。また、被加工材から発生するスパッターを保護ウインドで完全に遮断できると同時に、保護ウインド上部のシリンダに供給されるシールドガスの一部は迂回流路を経由してシールドガス供給ノズルに供給することができる。また、撮像装置がＣＣＤカメラであるのでレーザ加工ヘッドがコンパクトになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の手持ちレーザ加工ヘッドの実施の形態について図面によって説明する。
【００１３】
図１を参照するに、手持ちレーザ加工ヘッド１にはＹＡＧレーザ発振器（図示省略）からのレーザ光ＬＢを集光レンズ保持筒３に設けた集光レンズ５に導くために、集光レンズ保持筒３の上方（図１において）に光ファイバー７の出射端９が設けてある。この出射端９は出射端保持筒１１内部に設けてあり、そしてこの出射端保持筒１１の下端部の雄ねじ部１３が前記集光レンズ保持筒３の上方の雌ねじ部１５に着脱可能に螺着してある。
【００１４】
出射端保持筒１１には前記出射端９からでたレーザ光ＬＢを平行光線にして前記集光レンズ５に入射するコリメートレンズ１７が設けてある。また、前記集光レンズ保持筒３の下端の内径部には、アルゴン、窒素、ヘリウム等のシールドガスを被加工材の加工部表面に供給するシールドガス供給ノズル１９が進退自在に設けてある。
【００１５】
このシールドガス供給ノズル１９の上端には、このシールドガス供給ノズル１９の外径より少し直径の大きい小径部と大径部からなる外径を有する逆凸字形状のシリンダー２１が取付けてある。また、シールドガス供給ノズル１９の下端部にはシールドガス供給ノズル１９が被加工材Ｗに当接したときに、シールドガスをシールドガス供給ノズル１９内部から外部に排出するための排出口２０が設けてある。
【００１６】
そして、このシリンダー２１の大径部は前記集光レンズ保持筒３の下端のシリンダー案内孔２３に摺動自在に嵌合してある。また、前記シリンダー２１が集光レンズ保持筒３から抜け落ちない様にシリンダー２１の外径の段部に係合する環状のシリンダーキャップ２５が前記集光レンズ保持筒３の端部のねじ部に着脱自在に設けてある。また、シールドガス供給ノズル１９の上端にはレーザ加工時に被加工材Ｗから発生するスパッターから前記集光レンズ５を保護し、ＹＡＧレーザは通過可能な保護ウインド２７が設けてある。さらに、シールドガス供給ノズル１９の上方（図１において）への移動範囲を規制するストッパー２９が集光レンズ保持筒３に設けてある。
【００１７】
なお、前記シリンダー２１とシールドガス供給ノズル１９との結合方法は実施の形態では、シールドガス供給ノズル１９の上端の外径部に設けた雄ねじ部にシリンダー２１の小径部に設けた雌ねじ部を螺合して設けてあるが、シリンダー２１とシールドガス供給ノズル１９とを一体的に形成しても構まわない。
【００１８】
上記構成において、光ファイバー７の出射端９から出たレーザ光ＬＢは、コリメートレンズ１７で平行光線となり集光レンズ５に入射されて集光されることになる。また、供給ノズル内はシールドガスの圧力により、集光レンズ保持筒から突出した状態になっている。この集光されたレーザービームは、前記ストッパー２９の位置を適宜に調節することにより被加工材Ｗの表面に正確に集光させることができる。すなわち、レーザ加工ヘッド１を手に持って、シールドガス供給ノズル１９と被加工材Ｗとを当接させた後、前記ストッパー２９とシールドガス供給ノズル１９とが係合当接する位置までレーザ加工ヘッド１を押し下げれば、集光されたレーザービームが被加工材の表面に正確に位置することになる。なお、このストッパー２９の位置を適宜に調節すれば集光されたレーザービームの焦点の位置を被加工材の適宜な位置に合わせることができる。
【００１９】
さて、前記集光レンズ保持筒３の外径部にはシールドガス供給源（図示省略）に接続されたシールドガス供給口３１が設けてあり、このシールドガス供給口３１と前記シリンダー案内孔２３とを連通する連通孔３３が設けてある。また、前記シールドガス供給ノズル１９の上端の周囲には、複数のシールドガス通過孔３５が設けてあると共に、このシールドガス通過孔３５の周囲に位置する前記シリンダー２１の小径部の内側には環状溝３７が設けてある。さらにまた、シールドガス供給ノズル１９には前記環状溝３７に連通する複数の連通孔３９が設けてある。すなわち、連通孔３９、環状溝３７、およびシールドガス通過孔３５とは、前記集光レンズ側から供給されるシールドガスを保護ウインド２７を迂回して被加工材側に流通させる迂回流路を形成している。
【００２０】
上記構成により、シールドガス供給源からのシールドガスは、シリンダー案内孔２３に連通する連通孔３３、集光レンズ保持筒３の複数の連通孔３９および環状溝３７、シールドガス供給ノズル１９のシールドガス通過孔３５を経由してシールドガス供給ノズル１９内に供給されることになる。従って、ＹＡＧレーザ光は保護ウインド２７を透過して被加工材Ｗの表面に集光可能にすると同時に被加工材Ｗから発生するスパッターから前記集光レンズ５を保護することができる。
【００２１】
さらに、被加工材Ｗの表面を観察するための撮像装置として、ＣＣＤカメラ４１が前記集光レンズ保持筒３に設けてある。このＣＣＤカメラ４１は被加工材Ｗの表面の加工中心部にピントが合う様に、かつ集光レンズ５で集光されるレーザ光に干渉しない様にレーザービームの軸心から若干傾斜させて設けてある。また、ＣＣＤカメラ４１は集光レンズ保持筒３の側壁を貫通させて設けてあり、集光レンズ保持筒３の側壁外部に設けたＣＣＤカメラ支持体４３に固定してある。
【００２２】
そして、ＣＣＤカメラ４１で直接撮影した被加工材Ｗの表面の映像は、作業者が見易い位置に設置された図示省略のＣＲＴまたはＬＣＤ（液晶表示装置）モニターに表示されるようになっている。また、シールドガス供給ノズル１９が導電性を持つ被加工材Ｗに接触したことを検出するための接触検出スイッチ４５が集光レンズ保持筒３に設けてある。この、接触検出スイッチは前記シリンダー案内孔２３に摺動自在に嵌合した前記シリンダー２１の外径部に当接するように前記集光レンズ保持筒３に設けてある。
【００２３】
なお、前記シールドガス供給ノズル１９とシリンダー２１は、金属等の導電性を有する材質で製作してあり、シールドガス供給ノズル１９が導電性を持つ被加工材Ｗに接触した場合、図示省略の接触検出装置と被加工材Ｗとの間に電気回路が形成され、シールドガス供給ノズル１９が被加工材Ｗと接触したことが前記接触検出装置により検出されるようになっている。
【００２４】
上記構成により、例えば仮止め溶接を実施する場合には、作業者がレーザ加工ヘッド１を手に持ち、レーザ加工ヘッド１の先端のシールドガス供給ノズル１９を仮止め溶接部に接触させると、前記接触検出装置が被加工材Ｗとシールドガス供給ノズル１９とが接触したことを検出し、図示省略の制御装置によりＹＡＧレーザ発振器が発振させられてレーザー光が光ファイバー７を経由してレーザ加工ヘッド１に導かれ、コリメートレンズ１７、集光レンズ５を経て被加工材Ｗに照射される。ＣＣＤカメラ４１が撮影した溶接加工部の状況は、作業者の見やすい位置に設けたＣＲＴまたはＬＣＤモニターに表示されるので、作業者はこのモニターを見ることにより溶接加工部の状況を間接的に観察することができる。従って、ＹＡＧレーザの散乱反射光が作業者の目に入る危険性もなく溶接作業を安全かつ正確に実施することができる。また、レーザ加工ヘッド１の先端のシールドガス供給ノズル１９と被加工材Ｗとが接触しないうちは危険なＹＡＧレーザ光が出射されないので作業者以外の人にＹＡＧレーザ光が当たることを防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、レーザ加工部の状態を肉眼に代えて間接的な観察を可能にし、レーザ加工ヘッドの先端に設けたシールドガス供給ノズルと被加工材とが接触しないうちは、ＹＡＧレーザ光が出射されないので、作業者以外の人に危険なＹＡＧレーザ光が当たることがなく安全である。また、シールドガス供給ノズルの移動範囲を適宜に規制することができるので、集光されたレーザービームの焦点位置を被加工材の適宜な位置に正確に合わせることができる。また、被加工材から発生するスパッターを保護ウインドで完全に遮断できると同時に、保護ウインド上部のシリンダに供給されるシールドガスの一部は迂回流路を経由してシールドガス供給ノズルに供給することができる。また、撮像装置がＣＣＤカメラであるのでレーザ加工ヘッドがコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の手持ちレーザ加工ヘッドの実施の形態を示した部分断面図。
【符号の説明】
１  手持ちレーザ加工ヘッド
３  集光レンズ保持筒
５  集光レンズ
７  光ファイバー
９  出射端
１１  出射端保持筒
１７  コリメートレンズ
１９  シールドガス供給ノズル
２１  シリンダー
２３  シリンダー案内孔
２５  シリンダーキャップ
２７  保護ウインド
３１  シールドガス供給口
４１  ＣＣＤカメラ
４５  接触検出スイッチ
ＬＢ  レーザ光
Ｗ  被加工材
【図１】
0003592821.tif 000002