(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器によって発振されたレーザビームを、光ファイバを介してヘッド本体に備えた集光系に導き、レーザビームをワークの溶接点に集光させて溶接を行うレーザ溶接用複合ヘッドであって、レーザ発振器により発振された連続レーザを伝送するための連続レーザ用光ファイバ（３）と、パルスレーザを伝送するためのパルスレーザ用光ファイバ（５）とを前記ヘッド本体（２）に接続して設け、前記連続レーザ用光ファイバ（３）に接続されている連続レーザ用集光系（９）と前記パルスレーザ用光ファイバ（５）に接続されているパルスレーザ用集光系（１１）とを前記ヘッド本体（２）内に別個に設けると共に前記連続レーザ用集光系（１９）と前記パルスレーザ用集光系（１１）のスポット径、スポット位置を任意に設定可能に構成してあることを特徴とするレーザ溶接用複合ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体（２）の中心に、溶接用のフィラー（１３）を前記溶接点（ＹＰ）へ供給するためのフィラー供給ノズル（１５）を備え、前記ワーク（Ｗ）上の前記溶接点（ＹＰ）を撮像する撮像手段（２７）と前記連続レーザ用集光系（９）及び前記パルスレーザ用集光系（１１）は、前記フィラー供給ノズル（１５）の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするレーザ溶接用複合ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載のレーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体（２）の中心に、溶接用のフィラー（１３）を前記溶接点（ＹＰ）へ供給するためのフィラー供給ノズル（１５）を備えると共に前記ワーク（Ｗ）上の前記溶接点（ＹＰ）を撮像する撮像手段（２７）を備え、複数の前記連続レーザ用集光系（１９）を前記ヘッド本体（２）の中心を中心として対称位置に配置して備えると共に前記撮像手段（２７）と前記パルスレーザ用集光系（１１）とを対称位置に備え、かつ前記複数の連続レーザ用集光系（１９）、前記パルスレーザ用集光系（１１）及び前記撮像手段（２７）は、前記フィラー供給ノズル（１５）の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするレーザ溶接用複合ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、溶接を行うためのレーザビームを導く複数のファイバーとレーザビームをワークに照射する複数の集光系をヘッド本体の内部に備えたレーザ溶接用複合ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９を参照するに、従来よりレーザ溶接ヘッド１０１には光伝送用ファイバー１０３と集光系１０５が一対設けられている。このため、パルスレーザＰＬと連続レーザＣＬを重畳して材料に照射する溶接アプリケーション１０７においては、パルスレーザＰＬと連続レーザＣＬをレーザ発振器１０９内あるいは外部で予め一本の光伝送用ファイバー１０３に入射している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の技術では、パルスレーザＰＬと連続レーザＣＬを予め一本の光伝送用ファイバー１０３に入射させねばならないため、複雑な入射ユニット１１１を設けなければならず、構造が複雑になると共にコスト面でも問題がある。
【０００４】
また、集光系光学部品１０５がパルスレーザＰＬと連続レーザＣＬ用で共通に使用されるため、焦点スポット径や溶接線に対する位置を各レーザごとに変更する等のアプリケーションに重要な条件を任意に設定できないという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、スポット径やスポット位置を任意に設定すると共に正確な溶接を行うことのできるレーザ溶接用複合ヘッドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器によって発振されたレーザビームを、光ファイバを介してヘッド本体に備えた集光系に導き、レーザビームをワークの溶接点に集光させて溶接を行うレーザ溶接用複合ヘッドであって、レーザ発振器により発振された連続レーザを伝送するための連続レーザ用光ファイバ（３）と、パルスレーザを伝送するためのパルスレーザ用光ファイバ（５）とを前記ヘッド本体（２）に接続して設け、前記連続レーザ用光ファイバ（３）に接続されている連続レーザ用集光系（９）と前記パルスレーザ用光ファイバ（５）に接続されているパルスレーザ用集光系（１１）とを前記ヘッド本体（２）内に別個に設けると共に前記連続レーザ用集光系（１９）と前記パルスレーザ用集光系（１１）のスポット径、スポット位置を任意に設定可能に構成してあることを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記レーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体（２）の中心に、溶接用のフィラー（１３）を前記溶接点（ＹＰ）へ供給するためのフィラー供給ノズル（１５）を備え、前記ワーク（Ｗ）上の前記溶接点（ＹＰ）を撮像する撮像手段（２７）と前記連続レーザ用集光系（９）及び前記パルスレーザ用集光系（１１）は、前記フィラー供給ノズル（１５）の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記レーザ溶接用複合ヘッドにおいて、前記ヘッド本体（２）の中心に、溶接用のフィラー（１３）を前記溶接点（ＹＰ）へ供給するためのフィラー供給ノズル（１５）を備えると共に前記ワーク（Ｗ）上の前記溶接点（ＹＰ）を撮像する撮像手段（２７）を備え、複数の前記連続レーザ用集光系（１９）を前記ヘッド本体（２）の中心を中心として対称位置に配置して備えると共に前記撮像手段（２７）と前記パルスレーザ用集光系（１１）とを対称位置に備え、かつ前記複数の連続レーザ用集光系（１９）、前記パルスレーザ用集光系（１１）及び前記撮像手段（２７）は、前記フィラー供給ノズル（１５）の周囲にそれぞれ等間隔に配置してあることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１には、この発明に係るレーザ溶接用複合ヘッド１が示されている。このレーザ溶接用複合ヘッド１のヘッド本体２には、図示省略のレーザ発振器により発振された連続レーザを伝送するための連続レーザ用光ファイバ３とパルスレーザを伝送するためのパルスレーザ用光ファイバ５が接続されている。また、溶接時にヘッド本体２へシールドガスＧを供給する供給口７が設けられている。
【００１８】
ヘッド本体２の内部には、連続レーザ用光ファイバ３に接続されている連続レーザ用集光系９とパルスレーザ用光ファイバ５に接続されているパルスレーザ用集光系１１が設けられており、ヘッド本体２の中心にはフィラー１３を溶接点ＹＰに供給するためのフィラー供給ノズル１５が設けられている。
【００１９】
前記連続レーザ用集光系９およびパルスレーザ用集光系１１においては、ホルダ１７の内部にコリメートレンズ１９、２１と集光レンズ２３、２５が各々設けられており、集光レンズ２３、２５は図示省略の焦点調整機構によりホルダ１７に沿って各々独立して上下移動自在となっている。
【００２０】
なお、ヘッド本体２の内部には、レーザビームＬＢとほぼ同軸位置においてワークＷ上の溶接点ＹＰを撮像する撮像手段の一例であるＣＣＤカメラユニット２７（図２参照）が設けられている。
【００２１】
従って、連続レーザ用光ファイバ３またはパルスレーザ用光ファイバ５により伝送されてきたレーザビームＬＢはコリメートレンズ１９、２１により平行化され、さらに集光レンズ２３、２５によりワークＷの溶接点ＹＰに集光されて、フィラー供給ノズル１５により供給されるフィラー１３を溶かして溶接を行う。このとき、連続レーザＣＬとパルスレーザＰＬは、各々集光レンズ２３、２５により別個に焦点を調整されて照射される。
【００２２】
次に、レーザ溶接用複合ヘッド１のヘッド本体２内部におけるレイアウト例を示す。
【００２３】
図２を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド２９では、中央にフィラー供給ノズル１５を配し、その周囲に１２０度間隔で連続レーザ用集光系９、パルスレーザ用集光系１１、ＣＣＤカメラユニット２７を配している。
【００２４】
また、図３を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド３１では、中央にフィラー供給ノズル１５を配し、このフィラー供給ノズル１５に対して対称位置に一対の連続レーザ用集光系９を配し、両連続レーザ用集光系９、９の間にパルスレーザ用集光系１１とＣＣＤカメラユニット２７を配している。
【００２５】
また、図４を参照するに、このレーザ溶接用複合ヘッド３３では、中央にフィラー供給ノズル１５を配し、このフィラー供給ノズル１５の周囲を６等分する位置に連続レーザ用集光系９、パルスレーザ用集光系１１およびＣＣＤカメラユニット２７を適宜配している。
【００２６】
次に、レーザ溶接用複合ヘッド１、２９、３１、３３によるレーザビームＬＢの照射方法について説明する。
【００２７】
図５を参照するに、ワークＷの溶接点ＹＰ位置に小さな径でパルスレーザＰＬを照射し、このパルスレーザＰＬを中心に含んだ大きな径で連続レーザＣＬを照射する。あるいは、逆に、ワークＷの溶接点位置に小さな径で連続レーザＣＬを照射し、この連続レーザＣＬを中心に含んだ大きな径でパルスレーザＰＬを照射するようにすることもできる。
【００２８】
また、図６を参照するに、パルスレーザＰＬと連続レーザＣＬを同じ径で同じ位置である溶接点ＹＰ位置に照射することもできる。
【００２９】
あるいは、図７に示されているように、溶接方向に向かってプレヒート用の連続レーザＣＬ１、溶け込み用のパルスレーザＰＬ、アフターヒート用の連続レーザＣＬ２を同径で順に照射するようにしても良い。
【００３０】
さらに、図８に示されているように、溶接点ＹＰにパルスレーザＰＬを照射し、その周囲に連続レーザＣＬを４個照射することにより、溶接隙間が大きい場合に対応することもできる。
【００３１】
以上の結果から、ヘッド本体２の内部に光ファイバー３、５と集光系９、１１を対にして独立に組み込むことにより、パルスレーザＰＬと連続レーザＣＬを各々任意の位置に任意のスポット径で集光させることができる。これに伴い、複数の独立したレーザ出力を利用することができる。
【００３２】
また、フィラー供給ノズル１５を中心に設けることにより、フィラー供給溶接において、溶接進行方向の制約ならびに溶接姿勢が緩和されるので、作業性を改善することができる。
【００３３】
また、ヘッド本体２にＣＣＤカメラユニット２７を設けることにより、溶接点ＹＰをレーザビームＬＢのほぼ照射位置からの映像としてとらえることができるので、ティーチングや溶接線の確認を極めて正確に行うことができる。
【００３４】
なお、この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザパルスと連続レーザがそれぞれ独立してワークに照射されるので、スポット径の大きさを任意に設定することができ、溶接機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るレーザ溶接用複合ヘッドを示す断面図である。
【図２】連続レーザ、パルスレーザ、ＣＣＤカメラユニットのレイアウトの一例を示す平面図である。
【図３】連続レーザ、パルスレーザ、ＣＣＤカメラユニットのレイアウトの別の例を示す平面図である。
【図４】連続レーザ、パルスレーザ、ＣＣＤカメラユニットのレイアウトのさらに別の例を示す平面図である。
【図５】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションの一例を示す平面図である。
【図６】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションの別の例を示す平面図である。
【図７】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションのさらに別の例を示す平面図である。
【図８】連続レーザおよびパルスレーザの照射アプリケーションのさらに別の例を示す平面図である。
【図９】従来のレーザ加工ヘッドを示す概略図である。
【符号の説明】
１、２９、３１、３３  レーザ溶接用複合ヘッド
２  ヘッド本体
３、５  ファイバー
９、１１  集光系
１５  フィラー供給ノズル（フィラー供給手段）
２７  ＣＣＤカメラユニット（撮像手段）
Ｗ  ワーク
ＬＢ  レーザビーム
ＹＰ  溶接点
【図１】
0004395217.tif 000002
【図２】
0004395217.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004395217.tif 000005
【図５】
0004395217.tif 000006
【図６】
0004395217.tif 000007
【図７】
0004395217.tif 000008
【図８】
0004395217.tif 000009
【図９】
0004395217.tif 000010