(57)【要約】  可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドは、例えばウォブルパターン、および／またはシームの発見／トラッキングおよび追随などを用いて溶接作業を実施するために使用され得る。これらの可動ミラーは、例えば約１°〜２°の走査角などにより画定される比較的狭い視野内における１つまたは複数のビームのウォブリング移動を提供する。可動ミラーは、ガルバノコントローラを備える制御システムにより制御可能であるガルバノミラーであってもよい。また、レーザ溶接ヘッドは、移動中の１つ以上のビームを成形するために回折光学素子を備え得る。また、制御システムは、例えば加工物に対するビームの位置および／またはミラーの一方の近傍における熱状態などの溶接ヘッドで感知される状態などに応答してファイバレーザを制御するために使用され得る。
2018520007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、
前記コリメータから平行レーザビームを受け、約１°〜２°の走査角により画定される限定された視野内のみにおいて第１の軸および第２の軸に沿って前記平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、
前記平行レーザビームが移動される間に加工物に対して前記平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズと、
を備える、レーザ溶接ヘッド。
【請求項２】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーはほぼ同一サイズである、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項３】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーはガルバノミラーである、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項４】
前記焦点レンズは走査レンズではない、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項５】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーは、３０ｍｍ×３０ｍｍ未満の寸法を有する限定された視野内のみで前記平行レーザビームを移動させるように構成される、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項６】
溶接中に溶接部位にガスを送達するために前記焦点レンズの近傍にガスアシスト付属品をさらに備える、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項７】
前記焦点レンズの後に保護ウィンドウをさらに備える、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項８】
前記保護ウィンドウの近傍にエアナイフをさらに備える、請求項７に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項９】
前記第１の可動ミラーおよび前記第２の可動ミラーの近傍に少なくとも第１の熱センサおよび第２の熱センサをそれぞれさらに備える、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１０】
溶接すべきシームを検出するための検出器をさらに備える、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１１】
前記コリメータから前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーの近傍までの範囲に及ぶ安全インターロック経路をさらに備える、請求項１に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１２】
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、
前記コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って前記平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、
前記第１の可動ミラーおよび前記第２の可動ミラーの近傍にそれぞれ位置し、熱状態を検出するように構成された少なくとも第１の熱センサおよび第２の熱センサと、
前記平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズと、
を備える、レーザ溶接ヘッド。
【請求項１３】
前記コリメータから前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーまでの範囲に及ぶ安全インターロック経路をさらに備える、請求項１２に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１４】
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータを備えるコリメータモジュールと、
前記コリメータモジュールに結合されたウォブラモジュールであって、前記コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って前記平行レーザビームを移動させるように構成された少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーを備える、ウォブラモジュールと、
前記平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズを少なくとも備える、前記ウォブラモジュールに結合されたコアブロックモジュールと、
を備える、レーザ溶接ヘッド。
【請求項１５】
平行ビームを受け成形するように構成された回折光学系を備えた、前記コリメータモジュールに結合されたビーム成形モジュールをさらに備える、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１６】
前記ウォブラモジュールは、前記第１の可動ミラーおよび前記第２の可動ミラーの近傍に少なくとも第１の熱センサおよび第２の熱センサをそれぞれ備える、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１７】
前記ウォブラモジュールは、ガルバノミラーを備える第１のガルバノモジュールおよび第２のガルバノモジュールを備え、前記第１のガルバノモジュール及び前記第２のガルバノモジュールは、ガルバノコントローラに接続されるように構成される、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１８】
前記コアブロックモジュールに結合されたカメラモジュールをさらに備え、前記カメラモジュールは、溶接すべきシームを検出するためのカメラまたは検出器を少なくとも備える、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項１９】
前記コアブロックモジュールは、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーから前記焦点レンズに前記平行レーザビームを反射するように構成された固定ミラーを備える、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項２０】
前記コリメータモジュールは、出力ファイバコネクタ上の対となるインターロックコネクタに接続するためのファイバインターロックコネクタを備え、それにより、前記出力ファイバコネクタが前記コリメータモジュールに接続されていない場合に安全インターロック状態が提供され、前記コリメータモジュールおよび前記ウォブラモジュールは、前記ウォブラモジュール内のセンサに応答して前記安全インターロック状態を提供するように構成されたファイバインターロック接続部を備える、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項２１】
前記ウォブラモジュールは、前記第１の可動ミラーおよび前記第２の可動ミラーの近傍に少なくとも第１の熱センサおよび第２の熱センサをそれぞれ備え、前記安全インターロック状態は、前記第１の熱センサ及び前記第２の熱センサに応答して提供される、請求項２０に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項２２】
前記ウォブラモジュールは、ガルバノミラーを備える第１のガルバノモジュールおよび第２のガルバノモジュールを備え、前記第１のガルバノモジュール及び前記第２のガルバノモジュールは、ガルバノコントローラに接続されるように構成され、前記ウォブラモジュールは、前記ガルバノコントローラに接続されるように構成されたファイバインターロックコネクタを備える、請求項２０に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項２３】
前記ウォブラモジュールは、約１°〜２°の走査角により画定される限定された視野内のみにおいて前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーを移動させるように構成される、請求項１４に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項２４】
出力ファイバを備えるファイバレーザと、
前記ファイバレーザの前記出力ファイバに結合された溶接ヘッドであって、
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータ、
前記コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って前記平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラー、ならびに
前記平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズ
を備える、溶接ヘッドと、
少なくとも前記ファイバレーザと前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーの位置とを制御するための制御システムと、
を備える、レーザ溶接システム。
【請求項２５】
前記ファイバレーザは、イッテルビウムファイバレーザを備える、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項２６】
前記ファイバレーザは、複数のレーザビームを送達するための複数の出力ファイバを備える、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項２７】
前記制御システムは、ウォブルパターンを提供するために前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーの少なくとも一方を制御するように構成される、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項２８】
溶接すべきシームを検出するための検出器をさらに備え、前記制御システムは、前記シームを発見および／または追随するために前記平行レーザビームを移動させるように前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーの少なくとも一方を制御するように構成される、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項２９】
前記溶接ヘッドは、センサを備え、前記制御システムは、前記センサに応答して前記ファイバレーザを停止させるように構成される、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項３０】
前記センサは、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーそれぞれの近傍に熱センサを備える、請求項２９に記載のレーザ溶接システム。
【請求項３１】
前記コリメータは、前記出力ファイバの出力ファイバコネクタに結合されたファイバインターロックコネクタを備え、それにより、前記出力ファイバコネクタの接続解除によって前記ファイバレーザを停止させる安全インターロック状態が結果としてもたらされ、前記制御システムは、前記熱センサにより感知された所定の熱状態に応答して前記安全インターロック状態を作動させる、請求項３０に記載のレーザ溶接システム。
【請求項３２】
前記制御システムは、前記平行レーザビームの移動および／または位置に応答してレーザ出力を調節するために前記ファイバレーザを制御するように構成される、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項３３】
前記レーザ溶接ヘッドは、前記平行レーザビームを成形するために前記コリメータと前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーとの間に少なくとも１つの回折光学素子をさらに備える、請求項２４に記載のレーザ溶接システム。
【請求項３４】
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、
前記コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って前記平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、
前記平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズと、
溶接を支援するために前記焦点レンズの近傍に位置するガスアシスト付属品およびエアナイフ付属品の少なくとも一方と、
を備える、レーザ溶接ヘッド。
【請求項３５】
ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、
前記コリメータから平行レーザビームを受け、前記平行レーザビームを成形するように構成された、少なくとも１つの回折光学素子と、
前記回折光学素子から成形レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って前記成形レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、
前記成形レーザビームが移動される間に加工物に対して前記成形レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズと、
を備える、レーザ溶接ヘッド。
【請求項３６】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーは、約１°〜２°の走査角により画定される限定された視野内のみにおいて前記成形レーザビームを移動させるように構成される、請求項３５に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項３７】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーは、３０ｍｍ×３０ｍｍ未満の寸法を有する限定された視野内のみにおいて前記成形レーザビームを移動させるように構成される、請求項３５に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項３８】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーは、約１５ｍｍ×５ｍｍの寸法を有する限定された視野内のみにおいて前記成形レーザビームを移動させるように構成される、請求項３５に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項３９】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーはガルバノミラーである、請求項３５に記載のレーザ溶接ヘッド。
【請求項４０】
前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーはほぼ同一サイズである、請求項３５に記載のレーザ溶接ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１５年６月１９日に出願された米国特許仮出願第６２／１８２，２１１号および２０１６年２月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／２９４，７３１号に基づく利益を主張するものである。これらの両仮出願は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、レーザ溶接に関し、より詳細にはビームの移動を可能にするデュアル可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドと、それを使用したレーザ溶接システムおよび方法とに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／４５０３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバレーザなどのレーザは、溶接などの材料加工用途にしばしば利用される。従来のレーザ溶接ヘッドは、レーザ光を平行にするためのコリメータと、溶接すべき標的エリアにレーザ光を合焦するための焦点レンズとを備える。ビームは、例えば撹拌溶接技術を利用して、シームに沿って２つの構造物を溶接するのを容易にするために様々なパターンで移動され得る。撹拌溶接のためにビームを移動させる１つの方法は、プリズム光学系の回転を利用してビームを回転させて回転パターンまたは螺旋パターンを形成するものである。溶接のためにビームを移動させる別の方法は、Ｘ−Ｙステージ上で溶接ヘッド全体を回動または移動させてジグザグパターンを形成するものである。溶接パターンを提供するためにビームを移動させるこれらの従来の方法は、ビームの迅速な移動および正確な移動を可能にするものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、レーザ溶接ヘッドが、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、コリメータから平行レーザビームを受け、約１°〜２°の走査角により画定される限定された視野内のみにおいて第１の軸および第２の軸に沿って平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーとを備える。また、レーザ溶接ヘッドは、平行レーザビームが移動される間に加工物に対して平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズを備える。
【０００６】
別の実施形態によれば、レーザ溶接ヘッドが、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーの近傍にそれぞれ位置し、熱状態を検出するように構成された少なくとも第１の熱センサおよび第２の熱センサとを備える。また、レーザ溶接ヘッドは、平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズを備える。
【０００７】
さらなる一実施形態によれば、レーザ溶接ヘッドが、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータを備えるコリメータモジュールと、コリメータモジュールに結合されたウォブラモジュールとを備える。ウォブラモジュールは、コリメータから平行レーザビームを受け第１の軸および第２の軸に沿って平行レーザビームを移動させるように構成された少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーを備える。また、レーザ溶接ヘッドは、ウォブラモジュールに結合されたコアブロックモジュールを備える。コアブロックモジュールは、平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズを少なくとも備える。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、レーザ溶接システムが、出力ファイバを備えるファイバレーザと、ファイバレーザの出力ファイバに結合された溶接ヘッドとを備える。溶接ヘッドは、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズとを備える。また、レーザ溶接システムは、少なくともファイバレーザと第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーの位置とを制御するための制御システムを備える。
【０００９】
さらに別の実施形態によれば、レーザ溶接ヘッドが、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、コリメータから平行レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って平行レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーと、平行レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズとを備える。また、レーザ溶接ヘッドは、溶接を支援するために焦点レンズの近傍に位置するガスアシスト付属品およびエアナイフ付属品の少なくとも一方を備える。
【００１０】
さらに別の実施形態によれば、レーザ溶接ヘッドが、ファイバレーザの出力ファイバに結合されるように構成されたコリメータと、コリメータから平行レーザビームを受け、平行レーザビームを成形するように構成された、少なくとも１つの回折光学素子と、回折光学素子から成形レーザビームを受け、第１の軸および第２の軸に沿って成形レーザビームを移動させるように構成された、少なくとも第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーとを備える。また、レーザ溶接ヘッドは、成形レーザビームが移動される間に加工物に対して成形レーザビームを合焦するように構成された焦点レンズを備える。
【００１１】
これらのおよび他の特徴ならびに利点が、図面と共に以下の詳細な説明を読むことによりさらによく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態によるデュアル可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドを備えるシステムの概略ブロック図である。
【図１Ａ】本開示の一実施形態による、シーム発見および／またはウォブリングを目的としたデュアルミラーにより提供される比較的小さな移動範囲を有する合焦レーザビームの概略図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態による、ビーム移動用のデュアルミラーを備える溶接ヘッドにより生成され得る１つのウォブルパターンを示す概略図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態による、ビーム移動用のデュアルミラーを備える溶接ヘッドにより生成され得る１つのウォブルパターンを示す概略図である。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態による、ビーム移動用のデュアルミラーを備える溶接ヘッドにより生成され得る１つのウォブルパターンを示す概略図である。
【図２Ｄ】本開示の一実施形態による、ビーム移動用のデュアルミラーを備える溶接ヘッドにより生成され得る１つのウォブルパターンを示す概略図である。
【図３Ａ】本開示の一実施形態による図８のウォブルパターンを用いた撹拌溶接を利用したレーザにより形成される溶接ビードを有する溶接加工物の顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す溶接加工物および溶接ビードの断面の顕微鏡写真である。
【図３Ｃ】ウォブルパターンを用いないレーザにより形成された溶接ビードを有する溶接加工物の顕微鏡写真である。
【図３Ｄ】図３Ｃに示す溶接加工物および溶接ビードの断面の顕微鏡写真である。
【図４】本開示の一実施形態によるビーム移動用のデュアル可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドの分解図である。
【図５】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用されるコリメータモジュールの斜視図である。
【図６】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用されるコリメータモジュールの斜視図である。
【図７】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用されるウォブラモジュールの斜視図である。
【図８】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用されるウォブラモジュールの分解図である。
【図９】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用されるウォブラモジュールの部分断面側面図である。
【図１０】水冷式開口絞りおよび熱センサを有するウォブラモジュールの内部の斜視図である。
【図１１】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用される合焦およびウィンドウハウジングを備えるコアブロックモジュールの分解図である。
【図１２】図４に示すレーザ溶接ヘッド内で使用される保護ウィンドウを有する合焦およびウィンドウハウジングの分解図である。
【図１３】コリメータモジュール、ウォブラモジュール、およびコアブロックモジュールが共に組み立てられ合焦ビームを発する、図４に示すレーザ溶接ヘッドの斜視図である。
【図１４】コリメータモジュール、ウォブラモジュール、およびコアブロックモジュールが共に組み立てられ合焦ビームを発する、図４に示すレーザ溶接ヘッドの斜視図である。
【図１５】図１３および図１４に示すレーザ溶接ヘッド内のビーム経路の概略図である。
【図１６】本開示の一実施形態によるデュアル可動ミラーおよび回折光学系を有するレーザ溶接ヘッドの概略ブロック図である。
【図１７Ａ】回折光学系により生成された円形ビームスポットを示す図である。
【図１７Ｂ】回折光学系により生成された成形された矩形ビームスポットを示す図である。
【図１７Ｃ】ビーム成形光学系により生成されたドーナツ形状ビームスポットを示す図である。
【図１８Ａ】ある回折光学系により生成されたあるサイズの矩形ビームスポットを示す図である。
【図１８Ｂ】ある回折光学系により生成されたあるサイズの矩形ビームスポットを示す図である。
【図１８Ｃ】ある回折光学系により生成されたあるサイズの矩形ビームスポットを示す図である。
【図１９】本開示の実施形態によるレーザ溶接ヘッドに結合されるマルチビームファイバレーザにより生成されたビームスポットパターンを示す図である。
【図２０】本開示の実施形態による回折光学系を備えるレーザ溶接ヘッドに結合されたマルチビームファイバレーザにより生成される成形ビームスポットパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の実施形態による可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドは、例えばウォブルパターン、および／またはシームの発見／トラッキングおよび追随などを用いて溶接作業を実施するために使用され得る。可動ミラーは、例えば１°〜２°の走査角などで画定された比較的狭い視野内における１つまたは複数のビームのウォブル移動を可能にする。可動ミラーは、ガルバノコントローラを備える制御システムにより制御可能であるガルバノミラーであってもよい。また、レーザ溶接ヘッドは、移動される１つ以上ビームを成形するために回折光学素子を備えてもよい。また、制御システムは、例えば加工物に対するビームの位置および／またはミラーのうち１つの近傍における熱状態などの溶接ヘッドで感知される状態などに応答してファイバレーザを制御するために使用され得る。
【００１４】
図１を参照すると、レーザ溶接システム１００が、（例えばコネクタ１１１ａで）ファイバレーザ１１２の出力ファイバ１１１に結合されたレーザ溶接ヘッド１１０を備える。レーザ溶接ヘッド１１０は、例えばシーム１０４を溶接して溶接ビード１０６を形成することなどにより、加工物１０２上で溶接を実施するために使用され得る。レーザ溶接ヘッド１１０および／または加工物１０２は、シーム１０４の方向に沿って相互に対して移動され得る。レーザ溶接ヘッド１１０は、例えばシーム１０４の長さ方向に沿ってなど少なくとも１つの軸に沿って加工物１０２に対して溶接ヘッド１１０を移動させるために移動ステージ１１４上に位置し得る。追加的にまたは代替的に、加工物１０２は、レーザ溶接ヘッド１１０に対して加工物１０２を移動させるために移動ステージ１０８上に位置し得る。
【００１５】
ファイバレーザ１１２は、近赤外スペクトル範囲（例えば１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍ）内でレーザを発生させることが可能なイッテルビウムファイバレーザを備えてもよい。イッテルビウムファイバレーザは、いくつかの実施形態では最大で１ｋＷまでの出力でおよび他の実施形態では最大で５０ｋＷまでのより高い出力でレーザビームを発生させることが可能なシングルモード連続波イッテルビウムファイバレーザまたはマルチモード連続波イッテルビウムファイバレーザであってもよい。ファイバレーザ１１２の例には、ＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販のＹＬＲ  ＳＭシリーズレーザまたはＹＬＲ  ＨＰシリーズレーザが含まれる。また、ファイバレーザ１１２は、複数のファイバを通して１つまたは複数のレーザビームを選択的に送達することが可能な、２０１５年８月１３日に出願された「Ｍｕｌｔｉｂｅａｍ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する特許文献１に開示されるタイプなどのマルチビームファイバレーザを備えてもよい。
【００１６】
レーザ溶接ヘッド１１０は一般的に、出力ファイバ１１１からのレーザビームを平行にするためのコリメータ１２２と、平行ビーム１１６を反射および移動させるための少なくとも第１の可動ミラー１３２および第２の可動ミラー１３４と、加工物１０２に合焦ビーム１１８を合焦および送達するための焦点レンズ１４２とを備える。また、図示する実施形態では、固定ミラー１４４が、平行レーザビーム１１６を第２の可動ミラー１３４から焦点レンズ１４２まで導くために使用される。コリメータ１２２、可動ミラー１３２、１３４、焦点レンズ１４２、および固定ミラー１４４は、以下で詳細に説明されるように共に結合され得る別個のモジュール１２０、１３０、１４０内に設けられ得る。また、レーザ溶接ヘッド１１０は、例えば第２のミラー１３４から焦点レンズ１４２に向かって光が反射されるようにミラー１３２、１３４が配置される場合などには、固定ミラー１４４を有さずに構成されてもよい。
【００１７】
可動ミラー１３２、１３４は、平行ビーム１１６を移動させ、したがって合焦ビーム１１８を少なくとも２つの異なる垂直軸２、４に沿って加工物１０２に対して移動させるために、個々の軸１３１、１３３周りに回動可能である。可動ミラー１３２、１３４は、迅速に方向反転し得る、ガルバノモータにより可動のガルバノミラーであってもよい。他の実施形態では、ステップモータなどの他の機構がミラーを移動させるために使用され得る。レーザ溶接ヘッド１１０において可動ミラー１３２、１３４を使用することにより、レーザビーム１１８は、溶接ヘッド１１０全体を移動させる必要性を伴わずにおよび回転プリズムを使用することなく、シーム発見およびシーム追随および／またはビームウォブリングのために正確に、制御可能に、かつ迅速に移動することが可能となる。
【００１８】
溶接ヘッド１１０の一実施形態では、可動ミラー１３２、１３４が、図１Ａに示すように１０°未満の走査角α内およびより具体的には約１°〜２°の走査角内でビーム１１８を回動させ、それによりビームをウォブリングさせることによって、比較的狭い視野（例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ未満）の範囲内のみでビーム１１８を移動させる。対照的に、従来のレーザ走査ヘッドは、一般的にははるかにより広い視野（例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ超および２５０ｍｍ×２５０ｍｍの大きさ）内におけるレーザビームの移動を提供し、より広い視野および走査角に対応するように設計される。したがって、可動ミラー１３２、１３４を使用することによりレーザ溶接ヘッド１１０において比較的狭い視野のみを提供することは、直感に反し、ガルバノスキャナを使用した場合により広い視野が提供されるという従来の知識と相容れない。視野および走査角を限定することにより、例えばさらなる高速化が可能となること、レンズなどのより安価な構成要素と共に使用することが可能となること、ならびにエアナイフ付属品および／またはガスアシスト付属品などの付属品と共に使用することが可能となることなどによって、溶接ヘッド１１０においてガルバノミラーを使用した場合の利点がもたらされる。
【００１９】
溶接ヘッド１１０のこの例の実施形態におけるより狭い視野および走査角により、第２のミラー１３４は、第１のミラー１３２と実質的に同一のサイズであってもよい。対照的に、従来のガルバノスキャナは、一般的にはより広い視野および走査角を可能にするためにより大きな第２のミラーを使用し、このより大きな第２のミラーは、少なくとも１つの軸における移動速度を限定し得る。したがって、溶接ヘッド１１０内におけるより小さなサイズの第２のミラー１３４（例えば第１のミラー１３２とほぼ同一サイズ）により、ミラー１３４は、大きな走査角をもたらす従来のガルバノスキャナ内のより大きなミラーと比較した場合に、より高速での移動が可能となる。
【００２０】
焦点レンズ１４２は、レーザ溶接ヘッドで使用することが知られ、例えば１００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲にわたる様々な焦点距離を有する焦点レンズを備え得る。従来のレーザ走査ヘッドは、より広い視野内でビームを合焦させるためにはるかにより大きな直径を有する（例えば３３ｍｍ直径ビームに対しては３００ｍｍ直径レンズ）、Ｆθレンズ、視野平坦化レンズ、またはテレセントリックレンズなどの多素子走査レンズを使用する。可動ミラー１３２、１３４が、比較的狭い視野内でビームを移動させることとなるため、より大きな多素子走査レンズ（例えばＦθレンズ）は、必要とされず使用されない。本開示による溶接ヘッド１１０の一例の実施形態では、５０ｍｍ直径平凸Ｆ３００焦点レンズが、約１５ｍｍ×５ｍｍの視野内で移動するように約４０ｍｍの直径を有するビームを合焦するために使用され得る。また、より小さな焦点レンズ１４２の使用により、エアナイフ付属品および／またはガスアシスト付属品などの追加の付属品を溶接ヘッド１１０の端部にて使用することが可能となる。従来のレーザ走査ヘッドに必要とされるより大きな走査レンズは、かかる付属品の使用を制限する。
【００２１】
また、溶接用の少なくとも２つのビームスポット（例えば溶接部の両側などに）を与えるためにレーザビームを分けるためのビームスプリッタなどの他の光学構成要素が、レーザ溶接ヘッド１１０において使用されてもよい。また、追加の光学構成要素が、回折光学系を備えてもよく、以下でさらに詳細に説明されるようにコリメータ１２２とミラー１３２、１３４との間に位置決めされてもよい。
【００２２】
保護ウィンドウ１４６が、溶接プロセスにより生成されるデブリからレンズおよび他の光学系を保護するために、レンズ１４２の正面に設けられ得る。また、レーザ溶接ヘッド１１０は、保護ウィンドウ１４６または焦点レンズ１４２の全体に高速空気流を供給してデブリを除去するためのエアナイフ、および／または溶接部位に対して同軸方向にもしくは軸外にシールドガスを送達して溶接プルームを抑えるためのガスアシスト付属品などの、溶接ヘッド付属品１１６を備えてもよい。したがって、可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッド１１０は、既存の溶接ヘッド付属品と共に使用することが可能である。
【００２３】
また、レーザ溶接システム１００の図示する実施形態は、例えばビーム１１８より前の位置などでシーム１０４を検出および位置特定するためにカメラなどの検出器１５０を備える。カメラ／検出器１５０は、溶接ヘッド１１０の一方の側に概略的に示されるが、カメラ／検出器１５０は、シーム１０４を検出および位置特定するために溶接ヘッド１１０を貫通するように方向付けられてもよい。
【００２４】
さらに、レーザ溶接システム１００の図示する実施形態は、例えば溶接ヘッド１１０において感知される状態、シーム１０４の検出位置、ならびに／またはレーザビーム１１８の移動および／もしくは位置などに応答して、ファイバレーザ１１２と、可動ミラー１３２、１３４および／または移動ステージ１０８、１１４の位置決めとを制御するための制御システム１６０を備える。レーザ溶接ヘッド１１０は、熱状態を感知するために、それぞれ第１の可動ミラー１３２および第２の可動ミラー１３４の近傍に第１の熱センサ１６２および第２の熱センサ１６４などのセンサを備えてもよい。制御システム１６０は、データを受信して可動ミラー１３２、１３４の近傍の熱状態をモニタリングするためにセンサ１６２、１６４に電気接続される。また、制御システム１６０は、例えばシーム１０４の検出位置などを表すカメラ／検出器１５０からのデータを受信することによって溶接動作をモニタリングし得る。
【００２５】
制御システム１６０は、例えばレーザを停止することにより、レーザパラメータ（例えばレーザ出力）を変更することにより、または任意の他の調節可能なレーザパラメータを調節することにより、ファイバレーザ１１２を制御してもよい。制御システム１６０は、レーザ溶接ヘッド１１０における感知された状態に応答してファイバレーザ１１２を停止させ得る。感知された状態は、センサ１６２、１６４の一方または両方により感知された熱状態であってもよく、高出力レーザにより引き起こされる高温または他の状態を結果として生じさせるミラー誤作動を示し得る。
【００２６】
制御システム１６０は、安全インターロックを作動させることによりファイバレーザ１１２を停止させ得る。安全インターロックは、出力ファイバ１１１がコリメータ１２２から接続解除された場合に安全インターロック状態が作動されレーザが停止されるように、出力ファイバ１１１とコリメータ１２２との間に構成される。図示する実施形態では、レーザ溶接ヘッド１１０は、安全インターロック特徴の範囲が可動ミラー１３２、１３４まで及ぶようにするインターロック経路１６６を備える。インターロック経路１６６は、出力ファイバ１１１と制御システム１６０との間の範囲に及び、それにより制御システム１６０は、レーザ溶接ヘッド１１０において検出された危険な可能性のある状態に応答して安全インターロック状態を作動させることが可能となる。この実施形態では、制御システム１６０は、センサ１６２、１６４の一方または両方により検出された所定の熱状態に応答してインターロック経路１６６を介して安全インターロック状態を作動させ得る。
【００２７】
また、制御システム１６０は、レーザ１１２をオフに切り替えることなくビーム１１８の移動または位置に応答してレーザパラメータ（例えばレーザ出力）を制御し得る。可動ミラー１３２、１３４の一方が、範囲外にまたは過度に低速でビーム１１８を移動させると、制御システム１６０は、レーザによる損傷を回避するためにビームスポットのエネルギーを動的に制御するようにレーザ出力を低下させ得る。制御システム１６０は、マルチビームファイバレーザにおけるレーザビームの選択をさらに制御し得る。
【００２８】
また、制御システム１６０は、例えばシーム１０４を発見、トラッキング、および／または追随するために合焦ビーム１１８の位置を補正するように、カメラ／検出器１５０からのシーム１０４の検出位置に応答して可動ミラー１３２、１３４の位置決めを制御し得る。制御システム１６０は、カメラ／検出器１５０からのデータを使用してシーム１０４の位置を識別し、次いでビーム１１８がシーム１０４に合致するまでミラー１３２、１３４の一方または両方を移動させることにより、シーム１０４を発見し得る。制御システム１６０は、ビーム１１８が溶接の実施のためにシームに沿って移動する場合にビームがシーム１０４に合致するように、ビーム１１８の位置を連続的に調節または補正するためにミラー１３２、１３４の一方または両方を移動させることによってシーム１０４を追随し得る。また、制御システム１６０は、以下でさらに詳細に説明するように、溶接中にウォブル移動を生じさせるために可動ミラー１３２、１３４の一方または両方を制御し得る。
【００２９】
したがって、制御システム１６０は、レーザおよびミラーの両方を共に制御するために共に機能するレーザ制御部およびミラー制御部の両方を含む。制御システム１６０は、例えばハードウェア（例えば汎用コンピュータ）と、ファイバレーザおよびガルバノミラーの制御において知られているソフトウェアとを備えてもよい。既存のガルバノ制御ソフトウェアが使用されてもよく、既存のガルバノ制御ソフトウェアは、例えば本明細書において説明されるようにガルバノミラーを制御することが可能となるように修正されてもよい。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｄは、シーム２０４の撹拌溶接を実施するために使用され得るウォブルパターンの例を示す。本明細書において、「ウォブル」は、１０°未満の走査角により画定された比較的狭い視野の範囲内におけるレーザビームの（例えば２軸における）往復移動を示す。図２Ａおよび図２Ｂは、シーム２０４に沿って逐次的に形成されつつある円形パターンおよび図８のパターンをそれぞれ示す。図２Ｃおよび図２Ｄは、シーム２０４に沿って形成されつつあるジグザグパターンおよび波状パターンをそれぞれ示す。特定のウォブルパターンが図示されるが、他のウォブルパターンもまた本開示の範囲内に含まれる。レーザ溶接ヘッド１１０において可動ミラーを使用する１つの利点は、様々な異なるウォブルパターンにしたがってビームを移動させることが可能となる点である。
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｄは、従来の無操縦ビーム（図３Ｃおよび図３Ｄ）と比較した場合の図８のウォブルパターン（図３Ａおよび図３Ｂ）により形成される溶接部の比較を示す。一例では（図３Ａおよび図３Ｂ）、２つのアルミニウム６０６１−Ｔ６合金片が、３００Ｈｚウォブル、２．７５ｋＷの出力、３．５ｍ／分の速度、および０．０１２インチの間隙を有する９０°の図８のパターンで移動する２ｍｍ直径ビームスポットで溶接される。他の例では（図３Ｃおよび図３Ｄ）、２つのアルミニウム６０６１−Ｔ６合金片が、ウォブル無し、２．０ｋＷの出力、３．５ｍ／分の速度、および０．０１２インチの間隙を有するビームスポットで溶接される。図示するように、図８のウォブルを用いた表面上における溶接品質は、無操縦ビームに比べて改善される。特に、溶接部全体にわたる均一性が、図３Ｃに比べて図３Ａで示されるように改善される。また、図３Ｂにおける断面は、溶接部にて（図３Ｄと比較した場合に）面積の縮小がより少ないことを示しており、これは、シーム２０４の間隙をより効果的に架橋する図８のウォブルパターンに起因する。また、本明細書において説明されるレーザ溶接システムおよび方法は、溶接が通例困難なチタンなどの材料を用いた溶接を改善させるためにも使用され得る。
【００３２】
図４〜図１５は、レーザ溶接ヘッド４１０の一実施形態をさらに詳細に示す。１つの特定の実施形態が図示されるが、本明細書において説明されるレーザ溶接ヘッドならびにシステムおよび方法の他の実施形態もまた本開示の範囲に含まれる。図４に示すように、レーザ溶接ヘッド４１０は、コリメータモジュール４２０、ウォブラモジュール４３０、およびコアブロックモジュール４４０を備える。ウォブラモジュール４３０は、上述のような第１の可動ミラーおよび第２の可動ミラーを備え、コリメータモジュール４２０とコアブロックモジュール４４０との間に結合される。
【００３３】
図５および図６は、コリメータモジュール４２０をさらに詳細に示す。図５に示すように、コリメータモジュール４２０の入力端部４２１が、出力ファイバコネクタに結合されるように構成され、出力ファイバが接続解除された場合に安全インターロックを与えるために出力ファイバコネクタ（図示せず）に接続したファイバインターロックコネクタ４２５を備える。図６に示すように、コリメータモジュール４２０の出力端部４２３は、ウォブラモジュール４３０に結合されるように構成され（図４を参照）、安全インターロック経路の範囲がウォブラモジュール４３０の中まで及ぶようにするためにファイバインターロックコネクタ４２７を備える。コリメータモジュール４２０は、レーザ溶接ヘッドでの使用が知られるタイプなどの固定されたコリメータレンズ対を有するコリメータ（図示せず）を備え得る。他の実施形態では、コリメータは、ビームスポットサイズおよび／または焦点の調節が可能な可動レンズなどの他のレンズ構成を備えてもよい。
【００３４】
図７〜図１０は、ウォブラモジュール４３０をさらに詳細に示す。ウォブラモジュール４３０の図示する実施形態は、コリメータモジュール４２０に結合するための入力アパーチャ４３１と、コアブロックモジュール４４０に結合するための出力アパーチャ４３３とを備える（図４を参照）。入力アパーチャ４３１は、水冷式開口絞りを備えてもよい。
【００３５】
また、図８に示すように、ウォブラモジュール４３０の図示する実施形態は、種々の垂直方向軸周りにガルバノミラー４３２、４３４を移動させるための第１のガルバノメータ４３６および第２のガルバノメータ４３８を備える。レーザ走査ヘッドでの使用で知られるガルバノメータが使用され得る。ガルバノメータ４３６、４３８は、ガルバノコントローラ（図示せず）に接続するための接続部４３７を備え得る。ガルバノコントローラは、ミラーの移動を、したがってレーザビームの移動および／または位置決めを制御するためにガルバノメータを制御するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアを備え得る。既知のガルバノ制御ソフトウェアが使用されてもよく、既知のガルバノ制御ソフトウェアは、例えばシーム発見、ウォブラパターン、およびレーザとの通信などの本明細書において説明される機能を提供するように修正されてもよい。
【００３６】
図７に示すように、ウォブラモジュール４３０は、コリメータファイバインターロックコネクタ４２７に接続するためのファイバインターロックコネクタ４３５を備える。また、ウォブラモジュール４３０は、ガルバノコントローラに接続するためのガルバノファイバインターロックコネクタ４３７を備える。したがって、安全インターロックは、ウォブラモジュール４３０およびガルバノコントローラまでの範囲に及ぶ。ガルバノコントローラは、例えばウォブラモジュール４３０内における感知される状態に応答してなど安全インターロック状態を作動させるように構成され得る。
【００３７】
図９および図１０に示すように、ウォブラモジュール４３０は、ミラー４３２、４３４のそれぞれの近傍に熱プローブ４６２、４６４を備える。熱プローブ４６２、４６４は、ウォブラモジュール４３０内のそれぞれの位置にて熱状態（例えば、温度）を感知し、ガルバノ接続部４３７を経由してガルバノコントローラに接続され得る。したがって、ガルバノコントローラは、ウォブラモジュール４３０内における危険状態の可能性を示唆する高温などの所定の状態が生じたか否かを判定するために熱プローブ４６２、４６４をモニタリングし得る。可動ミラー４３２、４３４の一方が誤作動すると、例えばウォブラモジュール４３０内に送られる高出力レーザは、適切に反射されず、危険状態を生じさせ得る。したがって、ガルバノコントローラは、危険状態に応答してレーザを停止するために安全インターロックを作動させ得る。熱プローブは、セラミック内部にバイメタルストリップなどの既知のセンサを備え得る。
【００３８】
図１１は、コアブロックモジュール４４０をさらに詳細に示す。コアブロックモジュール４４０は、ウォブラモジュール４３０から受けたビームを焦点レンズ４４２に、次いで加工物に方向転換する固定ミラー（図示せず）を備える。図示するように、コアブロックモジュール４４０は、コアブロックハウジング４４１と、コアブロックハウジング４４１の一方の側に結合された合焦およびウィンドウハウジング４４３とを備える。カメラモジュール（図示せず）が、合焦およびウィンドウハウジング４４３を介して与えられる視野内で合焦ビームおよび／または加工物をモニタリングするために、コアブロックハウジング４４１の反対側に結合され得る。
【００３９】
合焦およびウィンドウハウジング４４３は、焦点レンズ４４２および保護ウィンドウ４４６を含む。図１２に示すように、保護ウィンドウ４４６は、取外し可能かつ交換可能であってもよい。また、合焦およびウィンドウハウジング４４３は、保護ウィンドウ４４６の状態をモニタリングするために、サーミスタ４７２およびフォトダイオード４７４などのセンサを有するウィンドウ状態モニタリング回路４７０を含む。さらに、コアブロックハウジング４４１は、合焦およびウィンドウハウジング４４３内の状態モニタリング回路４７０に接続するための状態モニタリングコネクタ４７５と、溶接ヘッドモニタ（図示せず）に接続するための溶接モニタコネクタ４７７とを備える。
【００４０】
図１３および図１４は、モジュール４２０、４３０、４４０のそれぞれが共に結合され、合焦ビーム４１８を発する、組み立てられたレーザ溶接ヘッド４１０を示す。コリメータモジュール４２０に結合されるレーザビームが平行にされ、平行ビームは、ウォブラモジュール４３０に送られる。ウォブラモジュール４３０は、ミラーを使用して平行ビームを移動させ、この移動している平行ビームをコアブロックモジュール４４０に導く。次いで、コアブロックモジュール４４０は、移動ビームを合焦させ、合焦ビーム４１８は、加工物（図示せず）に送られる。
【００４１】
図１５は、共に結合された場合のウォブラモジュール４３０およびコアブロックモジュール４４０の内部における平行ビーム４１６の経路を示す。図示するように、ウォブラモジュールに入力された平行ビーム４１６は、第１のガルバノミラー４３２から第２のガルバノミラー４３４に反射され、次いでコアブロックモジュール内部の固定ミラー４４４から反射され、コアブロックモジュールから出力する。固定ミラー４４４は、ビーム４１６をモニタリングするためのカメラと共に使用することを可能にするように赤外線ミラーであってもよい。
【００４２】
図１６を参照すると、可動ミラーおよびレーザ溶接システムを有するレーザ溶接ヘッド１６１０のさらなる実施形態がさらに詳細に説明される。レーザ溶接ヘッド１６１０のこの実施形態は、ビームを成形するための少なくとも１つのビーム成形回折光学素子１６２６をさらに備える。ビーム成形回折光学素子１６２６は、溶接ヘッド１６１０内のコリメータ１６２２と可動ミラー１６３２、１６３４との間に位置する。ビーム成形回折光学素子１６２６は、平行ビームを成形し、次いで成形ビームは、例えば上述のようなミラー１６３２、１６３４により移動される。
【００４３】
ビーム成形回折光学素子１６８２の一例は、図１７Ａに示すようにガウスプロファイルおよび円形ビームスポットを有する入力ビームを受けるトップハットビーム成形素子を備え、図１７Ｂに示すように均一な正方形または「トップハット」プロファイルおよび矩形または正方形のビームスポットを有する成形ビームを生成する。他のビーム成形回折光学素子は、図１７Ｃに示すように入力ビームを１次元または２次元のビームレットアレイに変換する回折ビームスプリット要素と、入力ビームをリングまたは一連のリングへと成形するリングジェネレータ要素と、入力ビームをドーナツ形状リングへと成形する回折ボルテックスレンズとを備え得るが、それらに限定されない。
【００４４】
したがって、種々のビーム成形回折光学素子１６２６が使用されて、異なる形状および／またはサイズのビームを生成し得る。また、ドーナツ形状ビームスポットは、ビームの中心における高出力集中が解消されることによってより均一な出力分布を有し得る。図１８Ａ〜図１８Ｃに示すように、種々の回折光学素子により、それぞれ異なるサイズを有する矩形ビームが生成され、それにより溶接および他の用途のためのそれぞれ異なる「ブラッシングサイズ」および分解能が可能となる。より小さなビームスポットまたは「ブラッシングサイズ」が、例えばより高い分解能が望ましい小エリアまたはエッジ周囲などに対して使用されてもよい。
【００４５】
一実施形態では、ビーム成形回折光学素子１６２６は、ビーム成形モジュール１６２４内に位置し、このビーム成形モジュール１６２４は、例えば上述のようにコリメータモジュール１６２０とウォブラモジュール１６３０との間に取外し可能に位置決めされ得る。したがって、種々の回折光学系を有するビーム成形モジュール１６２４は、溶接ヘッド１６１０内において交換可能に使用され得る。また、ビーム成形モジュール１６２４は、上述のように安全インターロック経路１６６６を与え得る。
【００４６】
さらに別の実施形態では、溶接ヘッド１６１０は、複数のビームを選択的に送達することが可能なマルチビームファイバレーザ１６１２に結合され得る。マルチビームファイバレーザの一例は、２０１５年８月１３日に出願された「Ｍｕｌｔｉｂｅａｍ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する特許文献１にさらに詳細に記載されている。この特許文献１は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。複数のビームは、異なるモード、出力、エネルギー密度、プロファイル、および／またはサイズなどのそれぞれ異なる特徴を有し得る。例えば、図１９は、それぞれ異なるサイズを有する複数のビームを示す。複数のビームは、同時に送達されてもよく、または異なる特徴を有する個々のビームが、異なる動作を提供するために（例えば加熱、溶接、後処理など）異なる時点にて個別におよび選択的に送達されてもよい。また、複数のビームは、例えば図２０に示すように複数の成形ビームを生成するために回折光学系１６２６によって成形されてもよい。したがって、複数のビームの形状および／またはサイズは、マルチビームファイバレーザ１６１２および／または種々の回折光学素子１６２６を使用してそれぞれ異なる動作または用途に対して変更され得る。例えばいくつかの溶接用途の場合には、１つまたは複数のビームが、より均一な出力分布を提供するためにリング形状またはドーナツ形状に成形され得る。
【００４７】
したがって、本明細書において説明される実施形態による可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドにより、様々な溶接用途に対して使用されるレーザビームの移動、サイズ、および／または形状に対する制御の改善が可能となる。したがって、本明細書において説明される可動ミラーを有するレーザ溶接ヘッドならびに溶接システムおよび方法の実施形態は、より強力で、より平滑で、より均一な溶接部を形成するために使用され得る。
【００４８】
本明細書では本発明の原理を説明してきたが、本説明は、もっぱら例としてなされたものであり、本発明の範囲に関する限定としてなされたものではない点を当業者には理解されたい。本明細書において図示および説明される例示の実施形態に加えて、本発明の範囲内において他の実施形態が予期される。当業者による修正および代替は、添付の特許請求の範囲のみにより限定されるべき本発明の範囲内に含まれるものとみなされる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  レーザ溶接システム
１０２  加工物
１０４  シーム
１０６  溶接ビード
１０８  移動ステージ
１１０  レーザ溶接ヘッド
１１１  出力ファイバ
１１１ａ  コネクタ
１１２  ファイバレーザ
１１４  移動ステージ
１１６  平行ビーム
１１８  合焦ビーム
１２０  モジュール
１２２  コリメータ
１３０  モジュール
１３１  軸
１３２  第１の可動ミラー
１３３  軸
１３４  第２の可動ミラー
１４０  モジュール
１４２  焦点レンズ
１４４  固定ミラー
１４６  保護ウィンドウ
１５０  カメラ／検出器
１６０  制御システム
１６２  センサ
１６４  センサ
１６６  インターロック経路
２０４  シーム
４１０  レーザ溶接ヘッド
４１６  平行ビーム
４１８  合焦ビーム
４２０  コリメータモジュール
４２１  入力端部
４２３  出力端部
４２５  ファイバインターロックコネクタ
４２７  コリメータファイバインターロックコネクタ
４３０  ウォブラモジュール
４３１  入力アパーチャ
４３２  ガルバノミラー
４３３  出力アパーチャ
４３４  ガルバノミラー
４３５  ファイバインターロックコネクタ
４３６  第１のガルバノメータ
４３７  ガルバノファイバインターロックコネクタ、ガルバノ接続部
４３８  第２のガルバノメータ
４４０  コアブロックモジュール
４４１  コアブロックハウジング
４４２  焦点レンズ
４４３  合焦およびウィンドウハウジング
４４４  固定ミラー
４４６  保護ウィンドウ
４６２  熱プローブ
４６４  熱プローブ
４７０  ウィンドウ状態モニタリング回路
４７２  サーミスタ
４７４  フォトダイオード
４７５  状態モニタリングコネクタ
４７７  溶接モニタコネクタ
１６１０  レーザ溶接ヘッド
１６１２  マルチビームファイバレーザ
１６２０  コリメータモジュール
１６２２  コリメータ
１６２４  ビーム成形モジュール
１６２６  ビーム成形回折光学素子
１６３０  ウォブラモジュール
１６３２  可動ミラー
１６３４  可動ミラー
１６６６  安全インターロック経路
１６８２  ビーム成形回折光学素子
α  走査角
【図１】
2018520007.tif 000003
【図１Ａ】
2018520007.tif 000004
【図２Ａ】
2018520007.tif 000005
【図２Ｂ】
2018520007.tif 000006
【図２Ｃ】
2018520007.tif 000007
【図２Ｄ】
2018520007.tif 000008
【図３Ａ】
2018520007.tif 000009
【図３Ｂ】
2018520007.tif 000010
【図３Ｃ】
2018520007.tif 000011
【図３Ｄ】
2018520007.tif 000012
【図４】
2018520007.tif 000013
【図５】
2018520007.tif 000014
【図６】
2018520007.tif 000015
【図７】
2018520007.tif 000016
【図８】
2018520007.tif 000017
【図９】
2018520007.tif 000018
【図１０】
2018520007.tif 000019
【図１１】
2018520007.tif 000020
【図１２】
2018520007.tif 000021
【図１３】
2018520007.tif 000022
【図１４】
2018520007.tif 000023
【図１５】
2018520007.tif 000024
【図１６】
2018520007.tif 000025
【図１７Ａ】
2018520007.tif 000026
【図１７Ｂ】
2018520007.tif 000027
【図１７Ｃ】
2018520007.tif 000028
【図１８Ａ】
2018520007.tif 000029
【図１８Ｂ】
2018520007.tif 000030
【図１８Ｃ】
2018520007.tif 000031
【図１９】
2018520007.tif 000032
【図２０】
2018520007.tif 000033
【国際調査報告】
2018520007.tif 000034
2018520007.tif 000035
2018520007.tif 000036