(57)【要約】【課題】真空チャンバの入射窓の汚れを十分に回避できるようにした入射光学装置、レーザ溶接ヘッド、及び真空チャンバを備えたレーザ溶接装置を提案する。【解決手段】真空チャンバ（５）内の被加工物（６）を加工処理するレーザ溶接ヘッド（１，１′，１″）用の入射光学装置（２，２′）において、被加工物近傍側に一方の端部（１８）を備えたビーム導管（１０，１０′）と、ビーム導管（１０，１０′）内に配置され、レーザビームを被加工物表面に集束させる集束レンズ（１１）とが設けられており、集束レンズ（１１）とビーム導管（１０，１０′）の被加工物近傍側端部（１８）との間に、保護ガラス（１２，１２′）が配置されている。レーザビームに対し透過性のコンポーネント（１１，１２′）がビーム導管（１０，１０′）内に圧力密閉状態で取り付けられている。【選択図】図２
2015229195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ（５）内の被加工物（６）を加工処理するレーザ溶接ヘッド（１，１′，１″）のための入射光学装置（２，２′）であって、
被加工物近傍側に一方の端部（１８）を備えたビーム導管（１０，１０′）と、該ビーム導管（１０，１０′）内に配置され、レーザビームを被加工物表面に集束させる集束レンズ（１１）とが設けられており、
前記集束レンズ（１１）と、前記ビーム導管（１０，１０′）の被加工物近傍側端部（１８）との間に、保護ガラス（１２，１２′）が配置されている、
入射光学装置（２，２′）において、
前記レーザビームに対し透過性のコンポーネント（１１，１２′）が、前記ビーム導管（１０，１０′）内に圧力密閉状態で取り付けられていることを特徴とする、
入射光学装置（２，２′）。
【請求項２】
前記集束レンズ（１１）と、前記ビーム導管（１０，１０′）の被加工物近傍側端部（１８）との間に、前記被加工物（６）に向かうガス流を発生させるためのガス供給用の少なくとも１つの注入口（１５）が設けられている、
請求項１に記載の入射光学装置（２，２′）。
【請求項３】
供給された前記ガスは、前記保護ガラス（１２）を取り囲んで両側に流れる、
請求項２に記載の入射光学装置（２）。
【請求項４】
ガス供給用の少なくとも１つの前記注入口（１５）は、前記保護ガラス（１２′）に向かって傾斜した孔（２６）を有しており、前記ガス供給により前記保護ガラス（１２′）に接してガスが流れる、
請求項２又は３に記載の入射光学装置（２′）。
【請求項５】
前記ビーム導管（１０，１０′）内に圧力密閉状態で取り付けられる前記透過性のコンポーネントは、前記集束レンズ（１１）である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の入射光学装置（２）。
【請求項６】
前記保護ガラス（１２）は、交換可能な保護ガラスカセット（１３）の一部分である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の入射光学装置（２）。
【請求項７】
前記保護ガラスカセット（１３）は、前記保護ガラス（１２）の汚れの度合いを監視する装置を備えている、
請求項６に記載の入射光学装置（２）。
【請求項８】
前記保護ガラスカセット（１３）は真空密閉状態で封止されている、
請求項６又は７に記載の入射光学装置（２′）。
【請求項９】
前記ビーム導管（１０，１０′）内に圧力密閉状態で取り付けられる前記透過性のコンポーネントは、前記保護ガラス（１２′）である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の入射光学装置（２）。
【請求項１０】
前記保護ガラス（１２′）の温度を監視する温度監視装置用の監視端子（２８）が設けられている、
請求項９に記載の入射光学装置（２′）。
【請求項１１】
前記保護ガラス（１２′）と、前記ビーム導管（１０，１０′）の被加工物近傍側端部（１８）との間に、周囲をガス流が流れる使い捨て保護ガラス（２７）が設けられている、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の入射光学装置（２′）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の入射光学装置（２，２′）と、該入射光学装置（２，２′）をフランジを介して真空チャンバ（５）に取り付けるためのフランジ機構（３）とが設けられている、
レーザ溶接ヘッド（１，１′，１″）。
【請求項１３】
レーザビームを真空チャンバに入射するための入射窓を備えた真空チャンバ（５）と、
請求項１２に記載のレーザ溶接ヘッド（１，１′，１″）と、
が設けられており、
前記入射窓は、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネント（１１，１２′）により形成される、
レーザ溶接装置。
【請求項１４】
前記レーザ溶接装置は交換可能なノズル（１９）を含む、
請求項１３に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１５】
前記レーザ溶接装置は、ビームの焦線に整合された直径推移を有するノズル（１９）を含む、
請求項１３又は１４に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１６】
前記レーザ溶接装置は、被加工物表面からの間隔を調節可能なノズルを備えている、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
【請求項１７】
被加工物（６）の加工処理スポットにおいて発生する金属蒸気を吸引するための吸引装置（２２）が設けられている、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内の被加工物を加工処理するレーザ溶接ヘッドのための入射光学装置に関する。この場合、被加工物近傍側に一方の端部を備えたビーム導管と、このビーム導管内に配置され、レーザビームを被加工物表面に集束させる集束レンズとが設けられており、集束レンズと、ビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、保護ガラスが配置されている。さらに本発明は、レーザ溶接ヘッド、及び上述のような入射光学装置を備えたレーザ溶接装置にも関する
【背景技術】
【０００２】
固体レーザによるレーザ溶接の場合、大気中ではスプラッシュや滴下などのような溶接欠陥が発生し、これによって継ぎ目及び表面の品質が劣化してしまう。その結果、利用可能なパラメータ範囲の制約及び／又は継ぎ目の強度特性の劣化が引き起こされるおそれがある。被加工物の後処理をしなければならないことも多々ある。このことにより多数の用途にレーザ溶接を適用するのが難しくなり、もしくはそれが不可能になる。
【０００３】
レーザ溶接の際に周囲圧力が低下すると、被加工物に入射されるエネルギーに作用が強く及ぼされ、このことはさらに、金属蒸気の発生にも影響を与えるし、溶接継ぎ目における毛管力の大きさにも流動特性にも影響を与える。このため、溶接プロセスを真空中で実行し、有利には低真空（１〜１００ｍｂａｒ）で実行する。このようにすれば、大気圧でのレーザ溶接と比較して数多くのプロセス技術的な利点が得られる。例えば、溶接継ぎ目の品質が改善される（電子ビームで溶接された継ぎ目と同等）、金属蒸気炎及び溶接ヒュームの発生が格段に減少する、溶接深さの安定性が増大する、溶接深さが拡大する、被加工物下側における滴の形成（滴下の問題点）が格段に減少する、プロセスウィンドウが拡げられる、生産性が向上する、レーザ溶接法を新たな用途に適用できる、継ぎ目の厚さが低減する、熱負荷が低下する、部品のゆがみが小さくなる、圧力によって継ぎ目の形状を制御可能、などである。
【０００４】
従来技術から公知の真空溶接装置（U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum - A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)及びY. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)）の場合、レーザ溶接ヘッドは真空チャンバの入射窓上方に配置されるので、レーザ溶接ヘッドから出射するレーザビームは入力窓を通って、処理対象の被加工物が存在する真空チャンバ内へ入射される。この種の装置を負圧レーザ溶接のために工業用として実装する際に問題となるのは、レーザビームを入射させる真空チャンバの入射窓が汚れる場合があることである。入射窓は光学的インタフェースの役割を果たしており、貫通して照射されるレーザビームの光学的パラメータに影響を及ぼす。吸収及び反射のほか、光学収差も発生する。このような収差は、入射窓の汚れがひどくなるにつれて増大していく。溶接スプラッシュ及び／又は金属蒸気が入射窓に付着すると（これは真空中でも例えば溝削りプロセスなどで発生する可能性がある）、入射窓が著しく加熱し、結果として生じるレンズ作用によって、レーザビームの焦点が大きくずれてしまい、それによって溶接プロセスをもはや安定させて維持することが不可能になるおそれがある。
【０００５】
http://www.de.trumpf.com/de/produkte/lasertechnik/produkte/festkoerperlaser/strahlfuehrung/fokussieroptiken/beo.htmlから、保護ガラスが設けられたレーザ溶接装置用の入射光学装置（ＢＥＯ）が公知であり、この場合、保護ガラスの周囲をガスが流れる。この入射光学装置も、密閉された圧力チャンバの外側に配置される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】U. Reisgen, S. Olschok, S. Longerich: Laser Beam Welding in Vacuum - A Process Variation in Comparison with Electron Beam Welding, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)
【非特許文献２】Y. Abe, M. Mizutani, Y. Kawahito, S. Katayama: Deep Penetration Welding with High Power Laser Under Vacuum, Proc. of 29th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、真空チャンバの入射窓の汚れを十分に回避できるようにした入射光学装置、レーザ溶接ヘッド、及び真空チャンバを備えたレーザ溶接装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によればこの課題は、請求項１に記載された入射光学装置、請求項１２に記載されたレーザ溶接ヘッド、及び請求項１３に記載されたレーザ溶接装置によって解決される。
【０００９】
本発明による入射光学装置によれば、レーザビームを透過させるコンポーネントがビーム導管内に気密に、即ち圧力密閉状態で、取り付けられている。
【００１０】
圧力密閉状態でビーム導管内に取り付けられたコンポーネントは、真空チャンバの入射窓の役割を果たすことができるので、一部分が真空チャンバ内部に、一部分が真空チャンバ外部に配置されるように、レーザ溶接ヘッドを真空チャンバに取り付けることができる。このようにすれば、入射窓を加工処理ゾーンからかなり隔てて配置することができるので、汚れのリスクが下がる一方、ビーム導管の被加工物近傍側の端部及び場合によってはこの端部に設けられるノズル収容部を、被加工物表面に近づけてポジショニングすることができる。
【００１１】
有利な構成によれば、集束レンズと、ビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、被加工物に向かうガス流を発生させるためのガス供給用の少なくとも１つの注入口が設けられている。このようにして、ガス（濾過された周囲空気又はシールドガス）を注入口からレーザ溶接ヘッドの入射光学装置側壁へと案内することができる。次いでこのガスは、注入口からビーム導管の被加工物近傍側端部の方向へと流れ、つまり溶接処理スポットへ向かって流れ、そこにおいて真空ポンプ（例えばロータリースライドバルブ）によりガスを吸引することができる。このようにして、上昇する金属蒸気がビーム導管内もしくはビーム導管の被加工物側端部と接続されたノズル内に侵入してしまうことが阻止される。このことに加え、ノズル開口部内もしくはビーム導管開口部内に到達するスプラッシュが抑制される。
【００１２】
本発明による入射光学装置の１つの特別な実施形態によれば、供給されたガスは保護ガラスを取り囲んでその両側に流される。この目的で、保護ガラスの下側にも上側にも、即ち保護ガラスの、被加工物に向いた側にも被加工物とは反対側にも、注入開口部が設けられる。このことが殊に有利になるのは、薄い保護ガラス特に最大でも厚さ１．５ｍｍの保護ガラスが用いられる場合である。その理由は、両方の側にガスが流れるので、保護ガラスに圧力が加わらない状態に保持できるからである。
【００１３】
殊に有利であるのは、ガス供給用の少なくとも１つの注入口は、保護ガラスに向かって傾斜した孔を有しており、それによってガス供給により保護ガラスに接してガスが流れるようにすることである。このようにすれば、保護ガラスに汚れが堆積してしまうのを回避することができる。
【００１４】
１つの有利な実施形態によれば、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントは、集束レンズである。つまりこの場合、集束レンズは圧力封止部材として用いられる。この実施形態によれば、保護ガラスの簡単な交換が可能となる。この実施形態の場合には、集束レンズの近くに保護ガラスを配置することができる。
【００１５】
保護ガラスを、交換可能な保護ガラスカセットの一部分とすれば、保護ガラスの交換を特に簡単に行うことができる。保護ガラスカセットを、例えば引き上げボルトを用いることでビーム導管から取り外すことができる。
【００１６】
保護ガラスカセット交換の最適な時期を求めるために有利であるのは、保護ガラスの汚れの度合いを監視する装置を保護ガラスカセットに設けることである。
【００１７】
保護ガラスカセットが真空チャンバ外部で取り扱えるように配置されていると、有利である。このようにすれば、真空チャンバを開けることなく、保護ガラスを交換することができる。
【００１８】
格別有利であるのは、保護ガラスカセットが真空密閉状態で封止されていることである。
【００１９】
１つの択一的な実施形態によれば、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントは、保護ガラスである。圧力差に耐えるためには、保護ガラスの厚さを最小でも５ｍｍとしなければならない。この実施形態の場合、保護ガラスが固定的に設置されることから、交換可能な保護ガラスカセットを備えた既述の実施形態の場合よりも、構造上のコストが著しく小さくなる。
【００２０】
保護ガラスの温度を監視する温度監視装置のための監視端子が設けられていると、有利である。
【００２１】
付加的な保護手段として、保護ガラスとビーム導管の被加工物近傍側端部との間に、使い捨て保護ガラスを設けることができ、この使い捨て保護ガラスの周囲にガス流が流れる。このケースでは、ガスは保護ガラスから（安価な）使い捨て保護ガラスの周囲を通って、溶接処理スポットへとさらに流れ、そこにおいて真空ポンプによりガスを吸引することができる。
【００２２】
本発明は、レーザ溶接ヘッドにも関する。このレーザ溶接ヘッドには、これまで述べてきた入射光学装置と、この入射光学装置を真空チャンバにフランジを介して取り付けるためのフランジ機構とが設けられている。フランジ機構を、フランジプレートとして設計することができる。
【００２３】
さらに本発明は、レーザ溶接装置にも関する。このレーザ溶接装置には、レーザビームを真空チャンバに入射するための入射窓を備えた真空チャンバと、既述のレーザ溶接ヘッドとが設けられており、入射窓は、ビーム導管内に圧力密閉状態で取り付けられる透過性のコンポーネントにより形成される。つまりこの場合、入射窓はレーザ溶接ヘッドの一部であり、レーザ溶接ヘッドの内部に配置されている。本発明によれば入射光学装置によって、真空チャンバの真空密閉封止部が形成される。このようにすれば、すべての光学コンポーネントを取り付け終えた状態の入射光学装置全体を、フランジ機構を介して真空チャンバに接続することができる。
【００２４】
有利な構成によれば、本発明によるレーザ溶接装置にはノズルが含まれている。さらに有利な構成によれば、このノズルは、ビーム導管に設けられたノズル収容部に固定されている。
【００２５】
溶接スプラッシュないしは溶接スパッタは、とりわけノズル開口部に付着しやすいので、レーザ溶接装置が交換可能なノズルを備えていると有利である。有利な構成によれば、このノズルは、標準的なカッティングノズルのような使い捨ての消耗部品として形成されている。ガス注入口において圧力測定を行うことによって、溶接スプラッシュの付着に起因してノズル開口部の横断面積が場合によっては狭くなることを、圧力上昇からただちに検出することができる。圧力上昇が所定値よりも小さく維持されていれば、溶接終了後、所定の圧力を加えることで、ノズル開口部を再洗浄することができる。容易な洗浄と溶接スプラッシュの僅かな付着を保証する目的で、この種のノズルの材料として銅が適している。圧力上昇が所定値を上回ったならば、レーザビームによりスプラッシュが新たに溶解するのを回避するために、レーザビームを遮断して、ノズルを交換することができる。
【００２６】
有利な構成によれば、レーザ溶接装置は、直径推移がビームの焦線に整合されたノズルを備えている。ノズル開口部が最小化されると、殊に有利である。このことによって、洗浄ガス量を低減することができ、ひいてはチャンバ内の圧力を低くすることができる。他方、開口部直径が最小化されると、ノズル開口部を通り抜けるスプラッシュがほとんどなくなり、それによりスプラッシュの問題点が大幅に小さくなり、もしくはそのような問題点が回避されるようになる。
【００２７】
殊に有利であるのは、被加工物表面からノズルまでの間隔を調節できることである。有利な構成によれば、この間隔は、機械的に又はモータによりコリメーションレンズを光軸に沿ってシフトさせることによって、可変に調整可能である。被加工物表面からノズルまでの間隔について必要とされる変化をより大きなものとするために、アダプタ部材を種々の長さで設計することができる。別の選択肢として、アダプタに雄ねじを設け、可変の高さでビーム導管と螺合させることができる。アダプタのポジションを、例えばロックナットにより固定することができる。
【００２８】
本発明による入射光学装置を、プログラミング可能な集束光学系（ＰＦＯ）として設計することもできる。ＰＦＯは、ノズルとともに、又はノズルなしで、駆動することができる。ＰＦＯは、ビーム導管内部の可動ミラーを用いて、ビーム軸に対し垂直な平面内でビームを動かす。したがってビーム導管のサイズを、例えばその直径を、ビーム作業領域のサイズに整合させる必要がある。同様にＰＦＯの焦点距離も、ビーム作業領域のサイズに整合させる必要がある。ＰＦＯを使用するためには通常、ビーム導管の出射開口部がいっそう大きくなければならないので、ＰＦＯによるビームポジショニングの利点を活用しようという場合に、慣用のノズルでは一般にＰＦＯと組み合わせることはできない。光学装置を保護するためにビーム導管の出射開口部に、必要に応じて「マスク」を設けることも考えられる。
【００２９】
本発明によるレーザ溶接装置の１つの格別有利な実施形態によれば、被加工物の加工処理スポット（例えば溶接スポット）で発生する金属蒸気を吸引するために、吸引装置が設けられている。この吸引装置は、被加工物上面側にも下面側にも、吸入開口部を有することができる。このようにして、溶接プロセスにおいて発生する金属蒸気を、発生直後に吸引することができる。これを例えば、真空ポンプに至るバイパスを利用して行うことができる。ノズルに加え、サイドジェット又はクロスジェットの形態で付加的な補助ガスを加工処理ゾーンに供給可能な機構を設けることができる。このような補助ガスによって、吸引装置に向かう速度成分が金属蒸気に与えられることになる。このようにして、金属蒸気の大半が吸引装置に向かって流れ、チャンバから効率的に吸い出されるようになる。
【００３０】
特許請求の範囲、明細書及び図面には、本発明のその他の利点が示されている。また、これまでに挙げた特徴並びにさらに以下で説明する特徴を、単独で適用することもできるし、或いは複数を任意に組み合わせて適用することもできる。なお、以下に説明して図示した実施形態は、網羅的に記されたものではなく、むしろ本発明を説明するための例示的特徴である。
【００３１】
次に、実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるレーザ溶接ヘッドを示す斜視図
【図２】集束レンズが入射窓として形成された、本発明によるレーザ溶接装置の第１実施形態を示す断面図
【図３】保護ガラスが入射窓として形成された、本発明によるレーザ溶接装置の第２実施形態を示す図
【図４】ＰＦＯレーザ溶接ヘッドを本発明によるレーザ溶接装置とともに示す図
【００３３】
図１には、入射光学装置２を備えた本発明によるレーザ溶接ヘッド１が示されており、これはフランジプレート３を介して真空チャンバ５（図２参照）のプレート４の上に固定されている。フランジプレート３は、ガスケット２９により真空密閉されて真空チャンバ５のプレート４上に取り付けられており、真空チャンバ５に対するインタフェースを成している。
【００３４】
図２には、真空チャンバ５の上に取り付けられたレーザ溶接ヘッド１の断面図が示されている。真空チャンバ５の内部には処理対象となる被加工物６があり、これは回転軸７を中心に回転可能な被加工物載置台８の上に配置されている。
【００３５】
様々な高さの部材を処理できるようにする目的で、被加工物載置台８の高さを調整可能であり、又は種々の高さのグリッドに取り付け可能である。真空チャンバ５のプレート４は、有利な構成によれば、真空チャンバ５に対し相対的に変位させることができるように取り付けられている。このようにすることで、被加工物６を回転軸７を中心にして回転させる場合、加工処理直径を調節することができる。
【００３６】
レーザ溶接ヘッド１の入射光学装置２には、コリメーションレンズ９、ビーム導管１０、及び集束レンズ１１が含まれている。図２に示した実施形態によれば、集束レンズ１１はビーム導管１０に気密に、即ち圧力密閉状態で取り付けられており、真空チャンバ５に対する入射窓を成している。加工処理が行われる側で金属蒸気及び溶接スプラッシュによる汚れから集束レンズ１１を保護する目的で、集束レンズ１１と溶接処理スポットとの間において集束レンズ１１の近くに、交換可能な保護ガラス１２が取り付けられている。
【００３７】
図示されている実施形態によれば、保護ガラス１２は、交換可能な保護ガラスカセット１３の一部分であり、この保護ガラスカセット１３は、ガスケット２９により真空密閉されてビーム導管１０との境界面に設けられており、引き上げボルト１４を用いることで入射光学装置２から取り外し可能である。保護ガラス１２の交換は真空チャンバ５の外側でわれるので、速やかに実施することができる。
【００３８】
注入口１５を介してガスをビーム導管１０内へ案内し、保護ガラス１２の周囲に流すことができる。これにより、保護ガラス１２と被加工物６との間のスペースがいくらか加圧状態になって、溶接処理スポットに向かうガス流１６が発生し、このガス流は真空ポンプ１７により吸引される。このことによって、金属蒸気が上昇してノズル１９に侵入することが阻止され、つまりは金属蒸気が保護ガラス１２に凝縮／堆積することが阻止され、或いは少なくとも低減される。これに加え、ノズル開口部内に到達するスプラッシュが抑制される。パージガスとして例えば周囲空気を利用することができ、このようにすれば余分なプロセスコストがかからない。別の選択肢として、シールドガスを利用することも可能であり、これによって溶解物の「酸化度」を所期のように制御することができ、もしくは溶解物の酸化を防止することができる。
【００３９】
溶接プロセスおいて発生する金属蒸気を、被加工物上面側にも被加工物下面側にも吸入開口部２３，２４を備えた吸引装置２２によって、発生直後に既に吸引することができ、これは例えばバイパス２５を介して真空ポンプに向かって吸引される。
【００４０】
保護ガラス１２の汚れの度合いを監視するために監視装置２１が設けられており、これをプロセス監視にも利用することができる。つまり、安定したプロセスであれば、保護ガラスの汚れ即ち保護ガラス監視の信号値が連続的にただし僅かに上昇していく。しかしながら信号が跳躍的に上昇したならば、そのことは不安定なプロセスを示唆するものである。
【００４１】
ビーム導管１０は、被加工物近傍側の一方の端部１８でノズル収容部と連通しており、そこには交換可能なノズル１９が取り付けられている。アダプタ部材２０を用いることで、ノズル１９と被加工物６との間隔を変えることができる。ノズル１９と被加工物６とのの間隔をごく僅かに変えるだけでよいならば、このような間隔変更を、コリメーションレンズ９の機械的な調節又はモータによる調節によって行ってもよい。
【００４２】
様々な焦点距離を利用できるようにする目的で、フランジプレート３の厚さをそれぞれ異なるように設計することができ、これによって入射窓とフランジプレートとの間隔を変更することができる。長い焦点距離は、溶接領域から保護ガラスまでの間隔が長いことから、保護ガラス１２の汚れをできるかぎり僅かにするために有利である。これに対し、短い焦点距離であると、ビーム括れ部分の直径が小さくなることから、被加工物６におけるレーザ強度が高まり、このことはアルミニウムや銅の被加工物の場合に特に有利である。しかも、可変の間隔調節によって、用いられる焦点距離に依存することなく、保護ガラス１２を集束レンズにできるかぎり接近させることができ、このようにすることで、できるかぎり広い面積を照射できるようになり、出力密度が最小化され、それによって結果として生じる熱による焦点位置のずれを小さくすることができる。
【００４３】
図３には、入射光学装置２′を備えた本発明によるレーザ溶接装置１′の択一的な実施形態が示されており、この場合、保護ガラス１２′が真空チャンバ５に対する入射窓として用いられる。この実施形態では、保護ガラス１２′に圧力が加わるので、これは前述の実施形態の保護ガラス１２よりも厚く設計されている。保護ガラス１２′の下方で、注入口１５を介してビーム導管１０へガスが案内される。注入口１５は、保護ガラス１２′に対し傾斜して配向された孔２６を有している。ガスは、斜め上に向かう孔２６を介して、厚い保護ガラス１２′の下方に流入し、これによって保護ガラスに接して流れる。その後、保護ガラス１２′とノズル１９との間に配置されたオプションとしての使い捨て保護ガラス２７の周囲を流れ、溶接処理スポットへ向かってさらに流れていく。そして溶接処理スポットのところで、真空ポンプ１７によりガスが吸引される。監視端子２８を介して、圧力窓の温度を監視することができる。
【００４４】
図３に示した実施形態の場合、保護ガラス１２′は、真空チャンバ５外部から取り扱うことはできないけれども、それと引き替えにこの実施形態では設計の手間が大幅に減り、それによって製造コストを低く抑えることができる。
【００４５】
これまで述べてきた２つの実施形態によれば、入射窓（図２の集束レンズ、もしくは図３の保護ガラス）は、入射光学装置の一部分であり、したがって加工処理ゾーンからかなり離れて配置されているので、従来技術により知られている配置構成に比べて、汚れのリスクが小さくなる。
【００４６】
図４には、プログラミング可能な入射光学装置（ＰＦＯ）２″を備えた本発明によるレーザ溶接ヘッド１″に関するさらに別の実施形態が示されている。この場合、プログラミング可能な入射光学装置２″はスキャン光学装置である。２つのミラー（図示せず）を介してレーザビーム３０の向きを変えることによって、加工処理フィールド又は加工処理スペース内の予め定められた任意の位置に、レーザビーム３０をポジショニングすることができる。この実施形態が既述の２つの実施形態と異なる点は、被加工物６上の作業領域が拡がることである。この場合、制限が与えられた作業領域（例えば６０×６０ｍｍ）を利用しながら、既述の入射光学装置２，２″の場合と同じ原理を適用することができる。ただし、利用すべき作業領域のサイズに応じて、既述の入射光学装置２，２′の場合よりも、ＰＦＯビーム導管１０″の終端が被加工物６から離れて位置するようにし、その直径をレーザビーム３０の作業領域に応じて整合させる必要がある。したがって６０×６０ｍｍの作業領域であれば、ビーム導管１０′の終端が例えば６０ｍｍよりも離れた位置になるようにする。
【００４７】
プログラミング可能な入射光学装置２″のコリメーション焦点距離は短く（例えばｆ＝９０）、また、ｘ−ｙ作業領域には制限が与えられていることから、入射光学装置２，２′における他のすべての既述のコンポーネント、例えばフランジ機構３、保護ガラスカセット１３等を、プログラミング可能な入射光学装置２″においても利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１′，１″  レーザ溶接ヘッド
２，２′，２″  入射光学装置
３  フランジプレート
４  プレート
５  真空チャンバ
６  被加工物
７  回転軸
８  被加工物載置台
９  コリメーションレンズ
１０，１０′  ビーム導管
１１  集束レンズ
１２，１２′  保護ガラス
１３  保護ガラスカセット
１４  引き上げボルト
１５  注入口
１６  ガス流
１７  真空ポンプ
１８  ビーム導管の被加工物近傍側の端部
１９  ノズル
２０  アダプタ部材
２１  監視装置
２２  吸引装置
２３  吸入開口部
２４  吸入開口部
２５  バイパス
２６  孔
２７  使い捨て保護ガラス
２８  監視端子
２９  ガスケット
３０  レーザビーム
【図１】
2015229195.tif 000003
【図２】
2015229195.tif 000004
【図３】
2015229195.tif 000005
【図４】
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