JP4584683B2 - Condensing head for laser welding - Google Patents
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Description
本発明は、たとえばレーザ光源から発せられるレーザ光を、被溶接部材に集光させてレーザ溶接するためのレーザ溶接用集光ヘッドに関する。 The present invention relates to a laser welding condensing head for condensing laser light emitted from, for example, a laser light source on a member to be welded and performing laser welding.
本発明において、「略平行」は「平行」を含み、「略直交」は「直交」を含み、「略一致」は「一致」を含む。 In the present invention, “substantially parallel” includes “parallel”, “substantially orthogonal” includes “orthogonal”, and “substantially match” includes “match”.
従来、金属から成る被溶接部材にレーザ光を照射して溶接するためのレーザ加工機が実用に供されている。このレーザ加工機は、たとえばレーザ光を発するレーザ光源と、被溶接部材に臨む集光ヘッドと、レーザ光源から発せられるレーザ光を集光ヘッドまで導く光ファイバと、シールドガス供給手段などを有する。このようなレーザ加工機を用いてレーザ溶接するに際し、総板厚がたとえば8mm以上の材料をレーザ溶接すると、溶着金属中に生じる球状または略球状の空洞、いわゆるブローホールが発生しやすい。前記ブローホールを防止するための手段として、施工中に形成されるキーホールであって、溶融池の先端で熱源が母材裏側へ貫通して形成される孔であるキーホールを拡張することが挙げられる。このキーホールを拡張すべく次の(1)〜(4)の技術が提案されている(たとえば特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a laser beam machine for applying a laser beam to a member to be welded made of metal for welding has been put to practical use. This laser processing machine includes, for example, a laser light source that emits laser light, a condensing head that faces a member to be welded, an optical fiber that guides laser light emitted from the laser light source to the condensing head, a shield gas supply unit, and the like. When laser welding is performed using such a laser processing machine, if a material having a total plate thickness of, for example, 8 mm or more is laser-welded, spherical or substantially spherical cavities generated in the weld metal, so-called blow holes, are likely to occur. As a means for preventing the blowhole, it is possible to expand the keyhole formed during construction, which is a hole formed by penetrating the heat source to the back side of the base material at the tip of the molten pool. Can be mentioned. In order to extend this keyhole, the following techniques (1) to (4) have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
(1)被溶接部材に、複数の位置からレーザ光を照射する。(2)被溶接部材の厚み方向に対しレーザ光を傾斜させて発し、集光位置で楕円形となる楕円形ビームとする。(3)反射光学系を用いて、集光位置で楕円形となるビームを照射する。(4)レーザ光の光路途中に、1枚のシリンドリカルレンズを配設し、集光ビームを歪ませて楕円形ビームとする。 (1) A laser beam is irradiated to a member to be welded from a plurality of positions. (2) The laser beam is emitted while being tilted with respect to the thickness direction of the member to be welded, and is formed into an elliptical beam that becomes elliptical at the condensing position. (3) Irradiate an elliptical beam at the condensing position using a reflective optical system. (4) One cylindrical lens is arranged in the middle of the optical path of the laser beam, and the condensed beam is distorted to make an elliptical beam.
(1)の複数の位置からレーザ光を照射する技術では、光学系が複雑になり、かつ一般的に入手可能な光学部品のみで前記光学系を構成することは困難である。(2)のレーザ光を傾斜させる技術では、たとえば集光ヘッドを、被溶接部材の厚み方向に対し傾斜させなければならないので、装置の配置に制約が生じるうえ、レーザエネルギーの照射密度が不均一になる。(3)の反射光学系を用いる技術では、光学系が複雑になるだけでなく、組立時の光軸調整が難しい。(4)のシリンドリカルレンズを用いる技術では、デフォーカス位置での集光となるので、(2)と同様にレーザエネルギーの照射密度が不均一になる。 In the technique (1) of irradiating laser light from a plurality of positions, the optical system becomes complicated, and it is difficult to configure the optical system only with generally available optical components. In the technique (2) for tilting the laser beam, for example, the condensing head must be tilted with respect to the thickness direction of the member to be welded, so that the arrangement of the apparatus is restricted and the irradiation density of the laser energy is not uniform. become. In the technique using the reflection optical system of (3), not only the optical system becomes complicated, but also the optical axis adjustment at the time of assembly is difficult. In the technique using the cylindrical lens of (4), since the light is condensed at the defocus position, the irradiation density of the laser energy becomes non-uniform as in (2).
本発明の目的は、レーザエネルギーの照射密度の均一化を図るとともに、その構造を簡単化することができるレーザ溶接用集光ヘッドを提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser welding condensing head capable of making the irradiation density of laser energy uniform and simplifying its structure.
本発明は、レーザ光源から発せられるレーザ光を、レーザ溶接されるべき被溶接部材に集光させる光学部品を備えるレーザ溶接用集光ヘッドであって、
前記光学部品は、
レーザ光源から発せられるレーザ光を略平行化する第1のレンズと、
レーザ溶接されるべき被溶接部材の集光位置と第1のレンズとの光路間に配設され、光軸方向に略直交する第1方向だけに集光作用を有する第2のレンズと、
前記集光位置と第2のレンズとの光路間に配設され、前記光軸方向および第1方向に略直交する第2方向だけに集光作用を有する第3のレンズであって、この第3のレンズの焦点位置が第2のレンズの焦点位置に略一致するように配設される第3のレンズと、
集光位置と第3のレンズとの光路間に配設される第4のレンズであって、凹レンズ群と、この凹レンズ群よりも前記集光位置側に配置される凸レンズ群とを有し、この凸レンズ群のうち前記光軸方向最下流側に配置される凸レンズからこの第4のレンズによる集光位置までの距離が、第3のレンズの焦点位置と第3のレンズとの距離よりも長く設定される第4のレンズとを備えることを特徴とするレーザ溶接用集光ヘッドである。
The present invention is a condensing head for laser welding comprising an optical component that condenses laser light emitted from a laser light source onto a member to be welded to be laser welded,
The optical component is
A first lens that substantially parallelizes the laser light emitted from the laser light source;
A second lens disposed between the condensing position of the member to be welded to be laser-welded and the first lens and having a condensing action only in a first direction substantially orthogonal to the optical axis direction;
A third lens disposed between the optical path between the condensing position and the second lens and having a condensing function only in a second direction substantially orthogonal to the optical axis direction and the first direction, A third lens disposed so that a focal position of the third lens substantially coincides with a focal position of the second lens;
A fourth lens disposed between the condensing position and the optical path between the third lens, and a concave lens group, and a convex lens group disposed closer to the condensing position than the concave lens group; The distance from the convex lens arranged on the most downstream side in the optical axis direction to the condensing position by the fourth lens in the convex lens group is longer than the distance between the focal position of the third lens and the third lens. a laser welding condenser head, characterized in that it comprises a fourth lens that will be set.
本発明に従えば、レーザ光源から発せられるレーザ光は、光学部品を介してレーザ溶接されるべき被溶接部材に集光される。光学部品は、第1〜第3のレンズを備える。これらレンズのうち、第1のレンズは、レーザ光源から発せられるレーザ光を略平行化する。第2レンズは、レーザ溶接されるべき被溶接部材の集光位置と、第1のレンズとの光路間に配設される。この第2のレンズは、光軸方向に略直交する第1方向だけに集光作用を有する。第3のレンズは、前記集光位置と、第2のレンズとの光路間に配設される。この第3のレンズは、前記光軸方向および第1方向に略直交する第2方向だけに集光作用を有する。さらに第3のレンズは、この焦点位置と第2のレンズの焦点位置とが略一致するように配設される。第2のレンズは第1方向だけに集光作用を有し、かつ第3のレンズは第2方向だけに集光作用を有するうえ、第2および第3のレンズの焦点位置が略一致するので、レーザ光源から発せられたレーザ光は、焦点位置で概ね楕円形となる。 According to the present invention, the laser light emitted from the laser light source is focused on the member to be welded via the optical component. The optical component includes first to third lenses. Of these lenses, the first lens collimates the laser light emitted from the laser light source. The second lens is disposed between the condensing position of the member to be welded to be laser welded and the optical path between the first lens. The second lens has a condensing function only in a first direction substantially orthogonal to the optical axis direction. The third lens is disposed between the condensing position and the optical path between the second lens. The third lens has a light collecting function only in the second direction substantially orthogonal to the optical axis direction and the first direction. Further, the third lens is disposed so that the focal position of the third lens substantially coincides with the focal position of the second lens. The second lens has a condensing function only in the first direction, and the third lens has a condensing function only in the second direction, and the focal positions of the second and third lenses are substantially coincident. The laser light emitted from the laser light source is substantially elliptical at the focal position.
また、第4のレンズは、集光位置と第3のレンズとの光路間に配設される。この第4のレンズは、第2および第3のレンズの焦点距離を拡大する。 The fourth lens is disposed between the optical path between the focusing position and the third lens. This fourth lens expands the focal length of the second and third lenses.
また、凹レンズ群と凸レンズ群とを組み合わせて配設することで、第2および第3のレンズの焦点距離の拡大を図ることができる。したがって、ワークディスタンスを拡張することができる。 Further, by arranging a combination of a concave lens and a convex lens group, it is possible to increase the focal length of the second and third lens. Therefore, the work distance can be expanded.
また本発明は、前記凸レンズ群のうち、光軸方向上流側および下流側の凸レンズの集光比が変更可能に構成されることを特徴とする。 The present invention, prior of Kitotsu lens group, wherein the light collection ratio of the optical axis direction upstream and downstream of the convex lens is configured to be changed.
本発明に従えば、凹レンズ群および凸レンズ群のうち、凸レンズ群は発光方向最下流側に配設される。この凸レンズ群のうち、発光方向上流側および下流側の凸レンズの集光比を変更することで、集光サイズを相似に変更することができる。つまり焦点位置で概ね楕円形となるレーザ光の前記楕円形の長軸および短軸サイズを、容易に変更することができる。 According to the present invention, among the concave lens group and the convex lens group, the convex lens group is disposed on the most downstream side in the light emitting direction. The condensing size can be similarly changed by changing the condensing ratio of the convex lenses on the upstream side and the downstream side in the light emitting direction of the convex lens group. That is, it is possible to easily change the major and minor axis sizes of the elliptical laser beam that is substantially elliptical at the focal position.
本発明によれば、第2のレンズは第1方向だけに集光作用を有し、かつ第3のレンズは第2方向だけに集光作用を有するうえ、第2および第3のレンズの焦点位置が略一致するので、レーザ光源から発せられたレーザ光は、焦点位置で概ね楕円形となる。それ故、溶融池の先端で熱源が被溶接部材の母材裏側へ貫通して形成される孔、つまりキーホールを拡張することが可能となる。これによってレーザ溶接する際のブローホールを解消することができる。このように本発明によれば、従来のようにレーザ光を傾斜させて照射することなく、レーザ光を、焦点位置で楕円形にすることができる。したがってレーザエネルギーの照射密度の均一化を図るとともに、その構造を簡単化することができる。 According to the present invention, the second lens has a focusing function only in the first direction, and the third lens has a focusing function only in the second direction, and the focal points of the second and third lenses. Since the positions substantially coincide with each other, the laser light emitted from the laser light source is substantially elliptical at the focal position. Therefore, it is possible to expand a hole, that is, a keyhole formed by the heat source penetrating to the back side of the base material of the welded member at the tip of the molten pool. This can eliminate blowholes during laser welding. Thus, according to the present invention, it is possible to make the laser beam elliptical at the focal position without irradiating the laser beam with a tilt as in the prior art. Therefore, it is possible to make the irradiation density of the laser energy uniform and simplify the structure.
また、第4のレンズは、集光位置と第3のレンズとの光路間に配設される。この第4のレンズは、第2および第3のレンズの焦点距離を拡大する。これによって、集光ヘッドの先端部つまり被溶接部材に臨む先端部に配設されるレンズの汚損の低減を図ることができる。また輻射熱による影響を回避することができる。しかも溶接施工に必要な機器を配設し得る空間を確保することができる。
Also, the fourth lens is disposed between the optical path between the focusing position and the third lens. This fourth lens expands the focal length of the second and third lenses. As a result, it is possible to reduce the contamination of the lens disposed at the tip of the condensing head, that is, the tip facing the member to be welded. Moreover, the influence by radiant heat can be avoided. In addition, it is possible to secure a space in which equipment necessary for welding can be arranged.
また、凹レンズ群と凸レンズ群とを組み合わせて配設することで、第2および第3のレンズの焦点距離の拡大を図ることができる。したがって、ワークディスタンスを拡張することができる。 Also, by arranging a combination of a concave lens group and the lens group, it is possible to increase the focal length of the second and third lens. Therefore, the work distance can be expanded.
また本発明によれば、凸レンズ群のうち、発光方向上流側および下流側の凸レンズの集光比を変更することで、集光サイズを相似に変更することができる。つまり焦点位置で概ね楕円形となるレーザ光の前記楕円形の長軸および短軸サイズを、容易に変更することができる。これによって施工対象に応じた最適なレーザ光を得ることができる。 Further, according to the present invention, the condensing size can be changed similarly by changing the condensing ratio of the convex lenses on the upstream side and the downstream side in the light emitting direction in the convex lens group. That is, it is possible to easily change the major and minor axis sizes of the elliptical laser beam that is substantially elliptical at the focal position. As a result, it is possible to obtain an optimum laser beam according to the construction object.
図1は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機1の構成を概略示す系統図である。レーザ加工機1は、被溶接部材2にレーザ光を照射して溶接するためのものである。このレーザ加工機1は、たとえば、車両構体の台枠と側構との接合などに適用される。ただし本発明の適用対象は、車両すなわち鉄道車両だけに限定されるものではなく、たとえば自動車なども含む。レーザ加工機1は、主に、レーザ光源3と、レーザ溶接用集光ヘッド4と、光ファイバ5と、シールドガス供給手段6とを有する。レーザ光源3は、レーザ光を発することが可能である。本実施形態では、レーザ光源3には、たとえば固体レーザであるYAGレーザであって、たとえば発振器出力4000ワットのYAGレーザが用いられる。ただしレーザ光源3は、必ずしもYAGレーザに限定されるものではない。
FIG. 1 is a system diagram schematically showing a configuration of a
レーザ溶接用集光ヘッド4は、被溶接部材2に臨んで離隔して配設される。以後レーザ溶接用集光ヘッド4を、単に、集光ヘッド4という場合がある。集光ヘッド4は、レーザ光源3から発せられるレーザ光を、レーザ溶接されるべき被溶接部材2に集光させる機能を有する。光ファイバ5は、レーザ光源3から発光されるレーザ光を集光ヘッド4まで導く。光ファイバ5には、たとえばコア径0.6mmのものが適用される。シールドガス供給手段6は、被溶接部材2に形成される溶融部を大気から遮断するためのガスを供給する。被溶接部材2には、たとえば日本工業規格(JIS)G4305に規定されるSUS304ステンレス鋼板などが適用される。
The condensing
図2は、集光ヘッド4の楕円形集光光学系を示す斜視図である。図3は集光ヘッド4の楕円形集光光学系を示し、図3(a)は集光位置F1で形成すべき楕円形状の長軸方向に平行な方向から楕円形集光光学系を見た図、図3(b)は楕円形状の短軸方向に平行な方向から楕円形集光光学系を見た図である。図1も参照しつつ説明する。
FIG. 2 is a perspective view showing an elliptical condensing optical system of the condensing
集光ヘッド4は、ヘッド本体7と光学部品8とを備える。本集光ヘッド4は、溶接線方向に移動駆動可能に構成されている。具体的に、集光ヘッド4をたとえば図示外のマウントに装着し、このマウントに駆動手段を設ける。前記マウントを移動させることによって、集光ヘッド4の溶接線方向への移動を実現することができる。逆に被溶接部材2を、多軸方向に移動可能な図示外のテーブルの一表面部に載置支持し、このテーブルを移動させることによって、集光ヘッド4を相対的に溶接線方向へ移動させるようにしてもよい。
The condensing
ヘッド本体7は、後述する光学部品8および光ファイバ5の一端部5aを保持するものであり、たとえば金属製で有底略円筒状に形成される。ヘッド本体7には、光軸方向に沿って順次、光ファイバ5の一端部5aと、第1のレンズとしてのコリメートレンズ9と、第1円筒面レンズ10と、第2円筒面レンズ11とが保持される。円筒面レンズは、「円柱レンズ」と同義である。なお光ファイバ5の他端部は、レーザ光源3に保持される。第1円筒面レンズ10が第2のレンズに相当し、第2円筒面レンズ11が第3のレンズに相当する。本実施形態においてコリメートレンズ9は、たとえば焦点距離120mmでかつ直径寸法が50mmのものが適用される。このコリメートレンズ9は、ヘッド本体7に支持される光ファイバ5の一端部5aから発せられるレーザ光を略平行光にする。前記「略平行光」は「平行光」を含む。本実施形態においては、第1のレンズとして、コリメートレンズ9だけが適用されるが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり第1のレンズはレンズ群を含み、これらレンズ群によって、レーザ光を略平行光にし得る形態であってもよい。
The head
本実施形態において第1円筒面レンズ10は、たとえば焦点距離250mmでかつ30mm角のものが適用される。この第1円筒面レンズ10は、コリメートレンズ9よりも光軸方向にやや離隔して配設される。つまり第1円筒面レンズ10は、レーザ溶接されるべき被溶接部材2の集光位置F1とコリメートレンズ9との光路間に配設される。この第1円筒面レンズ10は、光軸方向に略直交する第1方向だけに集光作用を有する。図2および図3(b)において、前記第1方向を矢符xで表記する。第1円筒面レンズ10は少なくとも一つの円筒面10aを含む円筒面レンズであり、その円筒面10aがコリメートレンズ9に臨むように配設される。本実施形態においては、第2のレンズとして、第1円筒面レンズ10だけが適用されるが、必ずしもこの形態に限定されるものはない。つまり第2のレンズはレンズ群を含み、これらレンズ群によって、光軸方向に略直交する第1方向だけに集光作用を有する形態とすることも可能である。
In the present embodiment, the first
本実施形態において第2円筒面レンズ11は、たとえば焦点距離100mmでかつ30mm角のものが適用される。この第2円筒面レンズ11は、集光位置F1と第1円筒面レンズ10との光路間に配設される。この第2円筒面レンズ11は、光軸方向および第1方向に略直交する第2方向だけに集光作用を有する。図2および図3(a)において、前記第2方向を矢符yで表記する。第2円筒面レンズ11は少なくとも一つの円筒面11aを含む円筒面レンズであり、その円筒面11aが第1円筒面レンズ10に臨むように配設される。本実施形態においては、第3のレンズとして、第2円筒面レンズ11だけが適用されるが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり第3のレンズはレンズ群を含み、これらレンズ群によって、光軸方向におよび第1方向に略直交する第2方向だけに集光作用を有する形態とすることも可能である。
In the present embodiment, as the second
これら第1および第2円筒面レンズ10,11の焦点位置は略一致するように配設される。換言すれば第2円筒面レンズ11は、第1円筒面レンズ10よりも、第1円筒面レンズ10の焦点距離250mmからこの第2円筒面レンズ11の焦点距離100mmを減じた150mm間隔をあけて配設される。以上の構成によって図4に示すように、直径0.6mmの光ファイバ5から導光されたレーザ光を、前記焦点位置において、短軸方向長さα(αはたとえば0.5mm)、長軸方向長さβ(βはたとえば1.25mm)の楕円形に集光することができる。しかも本構成によれば、従来のようにレーザ光を傾斜させて照射することなく、レーザ光を焦点位置で楕円形にすることができる。
The focal positions of the first and second
図4は、レーザ溶接される被溶接部材2を厚み方向に見た平面図である。図5は、円形集光ビームによる施工ビードの試験結果と、楕円形集光ビームによる施工ビードの試験結果とを比較する図表である。本実施形態では、シールドガス供給手段6から供給されるシールドガスとしてArガスまたはN2ガスを用いる。シールドガスはたとえば1分間あたり30リットル供給される。またシールガスを用いない場合もある。被溶接部材2に対する集光ヘッド4の溶接線方向への相対移動速度は、たとえば30cm/min.または40cm/min.または50cm/min.に設定される。被溶接部材2として適用されるSUS304ステンレス鋼板には、たとえば板厚2mmのものと板厚4mmのものとが採用され、これら被溶接部材2が厚み方向に重ね合わされてレーザ溶接される。
FIG. 4 is a plan view of the
以上説明したレーザ加工機1によれば、第1円筒面レンズ10は第1方向だけに集光作用を有し、第2円筒面レンズ11は第2方向だけに集光作用を有するうえ、第1および第2円筒面レンズ10,11の焦点位置が略一致するので、レーザ光源3から発せられたレーザ光は、焦点位置F1で概ね楕円形となる。それ故、溶融池の先端で熱源が被溶接部材の母材を溶融して形成される孔、つまりキーホールを拡張することが可能となる。このように本実施形態のレーザ加工機1によれば、従来のようにレーザ光を傾斜させて照射することなく、レーザ光を焦点位置で楕円形にすることができる。したがってレーザエネルギーの照射密度の均一化を図るとともに、その構造を簡単化することができる。
According to the
図6は、ワークディスタンスを拡張するための楕円形集光光学系を示す斜視図である。図7は、ワークディスタンスを拡張するための楕円形集光光学系を示す図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。集光ヘッド4Aは、図示外のヘッド本体と、コリメートレンズ9と、第1円筒面レンズ10と、第2円筒面レンズ11とを有し、さらに球面平凹レンズ群12と、球面平凸レンズ群13とを有する。これらのうち球面平凹レンズ群12は、集光位置F2と第2円筒面レンズ11との光路間に配設される。
FIG. 6 is a perspective view showing an elliptical condensing optical system for extending the work distance. FIG. 7 is a diagram showing an elliptical condensing optical system for extending the work distance. However, the same reference numerals are given to the same members as those in the above embodiment, and the detailed description thereof is omitted. The condensing head 4A includes a head body (not shown), a
本実施形態においては、球面平凹レンズ群12は2つの球面平凹レンズ14から成る。各球面平凹レンズ14は、たとえば焦点距離100mmでかつ直径50mmのものが適用される。これら球面平凹レンズ14は、各凹面14aを対向させ、かつ対向する外周縁部14bが当接するように配設される。球面平凸レンズ群13は、集光位置F2と球面平凹レンズ群12との光路間に配設される。本実施形態においては、球面平凸レンズ群13は2つの球面平凸レンズ15から成る。各球面平凸レンズ15は、たとえば焦点距離200mmでかつ直径50mmのものが適用される。これら球面平凸レンズ15は、各凸面15aを対向させ、近接するように配設される。
In the present embodiment, the spherical plano-
以上の構成によって、直径0.6mmの光ファイバ5から導光されたレーザ光を、焦点位置F2において、たとえば短軸方向長さ0.5mm、長軸方向長さ1.25mmの楕円形に集光することができる。しかも本構成によれば、従来のようにレーザ光を傾斜させて照射することなく、レーザ光を、焦点位置で楕円形にすることができる。このとき発光方向最下流側のレンズ15から焦点位置F2までの距離(前記距離をワークディスタンスともいう)は、約170mmとなっている。
With the above configuration, the laser light guided from the
逆に言えば、第2円筒面レンズ11から焦点位置までの距離を拡張することができる。つまり球面平凹レンズ群12および球面平凸レンズ群13によって、第1および第2円筒面レンズ10,11の焦点距離を拡大することができる。これら球面平凹レンズ群12および球面平凸レンズ群13が、第4のレンズに相当する。これによって、集光ヘッド4Aの先端部つまり被溶接部材2に臨む先端部に配設されるレンズ15の汚損の低減を図ることができる。また輻射熱による影響を回避することができる。しかも溶接施工に必要な機器、具体的にはシールドガス供給ノズル、スパッタやヒュームが光学系を汚損することを防ぐエア噴出ノズルなどを配設し得る空間を確保することができる。なお球面平凹レンズ群12および球面平凸レンズ群13を用いることなく、ワークディスタンスを拡張しようとすれば、たとえば60mm角程度のレンズが必要となるが、このようなレンズは入手困難である。
In other words, the distance from the second
図8は、集光寸法を変更可能な楕円形集光光学系の図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。集光ヘッド4Bは、図示外のヘッド本体と、コリメートレンズ9と、第1円筒面レンズ10と、第2円筒面レンズ11とを有し、さらに球面平凹レンズ群12と、球面平凸レンズ群16とを有する。これらのうち前記球面平凸レンズ群16は発光方向最下流側に配設される。
FIG. 8 is a diagram of an elliptical condensing optical system capable of changing the condensing dimension. However, the same reference numerals are given to the same members as those in the above embodiment, and the detailed description thereof is omitted. The condensing head 4B includes a head body (not shown), a
球面平凸レンズ群16は2つの球面平凸レンズ15,17から成る。これら球面平凸レンズ15,17は、各凸面15a,17aを対向させて近接するように配設される。発光方向最下流側の球面平凸レンズ17は、たとえば焦点距離150mmでかつ直径50mmのものが適用される。本実施形態においては、特に球面平凸レンズ群16のうち、発光方向上流側および下流側の球面平凸レンズ15,17の集光比が変更可能に構成される。換言すれば、前述の図6および図7に示す光学系に対して、発光方向最下流側の球面平凸レンズ17を変更するだけで、楕円形寸法を変更可能である。具体的には、前述の構成によって、直径0.6mmの光ファイバから導光されたレーザ光を、焦点位置F3において、たとえば短軸方向長さ0.38mm、長軸方向長さ0.92mmの楕円形に集光することができる。このとき発光方向最下流側のレンズ17から焦点位置F3までの距離は、約130mmとなっている。したがって数種類の発光方向最下流側のレンズ17を用意しておき、発光方向最下流側のレンズ17から焦点位置F3までの距離を可変とすることができる。それ故、本集光ヘッド4Bを各種用途に適用でき、本集光ヘッド4Bの汎用性を高くすることができる。その他図6および図7に示す光学系と同様の効果を奏する。
The spherical plano-convex lens group 16 includes two spherical plano-
本実施形態においてレーザ光源には、固体レーザが適用されるが、たとえばレーザ光源に半導体レーザを適用することも可能である。レーザ加工機は、光ファイバを省略した構成も可能である。シールガス供給手段からシールガスを供給しない場合もあり得る。被溶接部材には、ステンレス鋼板以外の金属製材料を適用してもよい。 In the present embodiment, a solid-state laser is applied to the laser light source. However, for example, a semiconductor laser can be applied to the laser light source. The laser processing machine may have a configuration in which the optical fiber is omitted. There may be a case where the seal gas is not supplied from the seal gas supply means. You may apply metal materials other than a stainless steel plate to a to-be-welded member.
2 被溶接部材
3 レーザ光源
4,4A,4B 集光ヘッド
9 コリメートレンズ
10 第1円筒面レンズ
11 第2円筒面レンズ
12 球面平凹レンズ群
13 球面平凸レンズ群
15,17 球面平凸レンズ
F1〜F3 焦点位置
2 Welded
Claims (2)
前記光学部品は、
レーザ光源から発せられるレーザ光を略平行化する第1のレンズと、
レーザ溶接されるべき被溶接部材の集光位置と第1のレンズとの光路間に配設され、光軸方向に略直交する第1方向だけに集光作用を有する第2のレンズと、
前記集光位置と第2のレンズとの光路間に配設され、前記光軸方向および第1方向に略直交する第2方向だけに集光作用を有する第3のレンズであって、この第3のレンズの焦点位置が第2のレンズの焦点位置に略一致するように配設される第3のレンズと、
集光位置と第3のレンズとの光路間に配設される第4のレンズであって、凹レンズ群と、この凹レンズ群よりも前記集光位置側に配置される凸レンズ群とを有し、この凸レンズ群のうち前記光軸方向最下流側に配置される凸レンズからこの第4のレンズによる集光位置までの距離が、第3のレンズの焦点位置と第3のレンズとの距離よりも長く設定される第4のレンズとを備えることを特徴とするレーザ溶接用集光ヘッド。 A laser welding condensing head comprising an optical component for condensing laser light emitted from a laser light source on a member to be welded to be laser welded,
The optical component is
A first lens that substantially parallelizes the laser light emitted from the laser light source;
A second lens disposed between the condensing position of the member to be welded to be laser-welded and the first lens and having a condensing action only in a first direction substantially orthogonal to the optical axis direction;
A third lens disposed between the optical path between the condensing position and the second lens and having a condensing function only in a second direction substantially orthogonal to the optical axis direction and the first direction, A third lens disposed so that a focal position of the third lens substantially coincides with a focal position of the second lens;
A fourth lens disposed between the condensing position and the optical path between the third lens, and a concave lens group, and a convex lens group disposed closer to the condensing position than the concave lens group; The distance from the convex lens arranged on the most downstream side in the optical axis direction to the condensing position by the fourth lens in the convex lens group is longer than the distance between the focal position of the third lens and the third lens. laser welding condenser head, characterized in that it comprises a fourth lens that will be set.
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