JP7444854B2 - レーザー加工ヘッドで使用するためのガスシールド装置 - Google Patents
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Description
本出願は、参照により本明細書に完全に組み込まれる、「レーザー処理ヘッドで使用するためのガスシールド装置」と題された、2018年8月30日に出願された米国仮出願第62/725,028号の利益を主張するものである。
本開示は、レーザー加工、より具体的には、レーザー加工ヘッドと共に使用するためのガスシールド装置に関する。
102 ワークピース
104 シーム
106 溶接ビード
108 移動ステージ
110 溶接ヘッド
111 出力ファイバー
112 ファイバーレーザー
114 移動ステージ
116 平行ビーム
118 レーザービーム
122 コリメータ
132 第1の可動ミラー
134 第2の可動ミラー
142 焦点レンズ
144 固定ミラー
146 保護窓
150 ガスシールド装置
151 ガス源
152 ガス分配管
153 シールドガス
160 制御システム
162 第1の熱センサ
164 第2の熱センサ
166 インターロック経路
304 シーム
410 走査型レーザー溶接ヘッド
420 コリメータモジュール
430 ウォブラーモジュール
440 コアブロックモジュール
600 ガスシールド装置
602 ワークピース
610 ネック
611 第1の端部
612 中央開口部
613 第2の端部
616 下部ネック部分
620 シールドプレート
621 第1の表面
622 ガス入口
623 第2の表面
624 ガス出口
626 ガス拡散領域
630 ガス管
Claims (21)
- レーザー加工ヘッドで使用するためのガスシールド装置であって、
ネックの第1の端部から第2の端部に延在する中央開口部を画定するネックであって、前記中央開口部は、前記第1の端部から前記第2の端部を通りワークピースへ通過するレーザービームを受け入れるよう構成された、ネックと、
前記ネックがシールドプレートの第1の側から延在し、かつ前記シールドプレートが前記中央開口部の周囲に円周方向に延在するように前記第2の端部に近接する前記ネックに結合されるシールドプレートであって、前記第1の側の反対側の前記シールドプレートの第2の側に複数のガス出口を含むシールドプレートと、
を備え、
前記複数のガス出口は、前記シールドプレートの前記第1の側に配置されている少なくとも1つのガス入口に流体的に結合され、
前記複数のガス出口は、複数の位置で前記ワークピースの表面に向かう方向にガスの流れを導くよう構成され、前記ワークピースに向かって前記シールドプレートを通過する移動するレーザービームを囲むガスの層流を送達するように配置され、
前記シールドプレートは、前記少なくとも1つのガス入口を前記複数のガス出口に流体的に結合するガス拡散領域を画定し、前記ガス拡散領域は複数のガス出口にわたって延びる、ガスシールド装置。 - 前記少なくとも1つのガス入口が前記ネックの上部に配置されている、請求項1に記載のガスシールド装置。
- シールドガスを前記第2の側の前記複数のガス出口に分配するための、前記少なくとも1つのガス入口に結合された少なくとも1つのガス分配管をさらに含む、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記ネックは、少なくとも1つの冷却通路および前記冷却通路に連結された少なくとも1つの冷却入口/出口を含み、冷却液体が前記冷却通路を通り流れることができる、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記シールドプレートが円形形状である、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記シールドプレートの直径が100mm~150mmの範囲である、請求項5に記載のガスシールド装置。
- 前記シールドプレートは、前記ネックおよび前記中央開口部と同軸である、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記ネックは、レーザー加工ヘッドに結合するために、前記ネックの前記第1の端部に加工ヘッド結合機構を含む、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記複数のガス出口は、前記シールドプレートの中央部分から前記シールドプレートの外側部分に外向き延在する線状パターンを形成している、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記中央開口部の直径は、10mm~60mmの範囲である、請求項1に記載のガスシールド装置。
- 前記ガス拡散領域は、前記少なくとも1つのガス入口および前記ガス出口の間に多孔質材料を含む、請求項1に記載のガスシールド装置。
- シールドされたレーザー溶接ヘッドであって、
ファイバーレーザーの出力ファイバーに結合され、レーザービームを限られた視野内のみで移動させるよう構成された走査レーザー溶接ヘッド装置と、
前記レーザー溶接ヘッド装置に結合されたガスシールド装置と、
を備え、
前記ガスシールド装置は、
ネックの第1の端部から第2の端部に延在する中央開口部を画定するネックであって、前記中央開口部は、前記第1の端部から前記第2の端部を通りワークピースへ通過する移動レーザービームを受け入れるよう構成された、ネックと、
前記ネックがシールドプレートの第1の側から延在し、かつ前記シールドプレートが前記中央開口部の周囲に円周方向に延在するように前記ネックに結合されるシールドプレートであって、前記第1の側の反対側の前記シールドプレートの第2の側に複数のガス出口を含むシールドプレートと、
を備え、
前記複数のガス出口は、前記シールドプレートの前記第1の側に配置されている少なくとも1つのガス入口に流体的に結合され、
前記複数のガス出口は、複数の位置で前記ワークピースの表面に向かう方向にガスの流れを導くよう構成され、前記ワークピースに向かって前記シールドプレートを通過する移動するレーザービームを囲むガスの層流を送達するように配置され、
前記シールドプレートは、前記少なくとも1つのガス入口を前記複数のガス出口に流体的に結合するガス拡散領域を画定し、前記ガス拡散領域は複数のガス出口にわたって延びる、シールドされたレーザー溶接ヘッド。 - 前記限られた視野が、約1°~2°の走査角度によって画定される、請求項12に記載のレーザー溶接ヘッド。
- 前記レーザー溶接ヘッド装置が、
コリメータと、
前記コリメータからの平行レーザービームを受け入れ、かつ前記限られた視野内で第1および第2の軸にビームを移動するよう構成された少なくとも第1および第2可動ミラーと、
前記ビームが移動する間、前記ワークピースに対して前記レーザービームを集束するよう構成された焦点レンズと、
を備える、請求項12に記載のレーザー溶接ヘッド。 - 前記可動ミラーがガルバノメーターミラーである、請求項14に記載のレーザー溶接ヘッド。
- 前記可動ミラーが30mmx30mm未満の寸法の限られた視野内のみで前記平行レーザービームを移動させるよう構成されている、請求項14に記載のレーザー溶接ヘッド。
- レーザー溶接システムであって、
出力ファイバーを含むファイバーレーザーと、
前記ファイバーレーザーの出力ファイバーに結合され、レーザービームを限られた視野内のみで移動させるよう構成された走査レーザー溶接ヘッドと、
前記レーザー溶接ヘッドに結合されたガスシールド装置であって、
ネックの第1の端部から第2の端部に延在する中央開口部を画定するネックであって、前記中央開口部は、前記第1の端部から前記第2の端部を通りワークピースへ通過する移動レーザービームを受け入れるよう構成された、ネックと、
前記ネックがシールドプレートの第1の側から延在し、かつ前記シールドプレートが前記中央開口部の周囲に円周方向に延在するように前記ネックに結合されるシールドプレートであって、前記シールドプレートは、前記第1の側の反対側の前記シールドプレートの第2の側に複数のガス出口を含み、
前記複数のガス出口は、前記シールドプレートの前記第1の側に配置されている少なくとも1つのガス入口に流体的に結合され、
前記複数のガス出口は、複数の位置で前記ワークピースの表面に向かう方向にガスの流れを導くよう構成され、前記ワークピースに向かって前記シールドプレートを通過する移動するレーザービームを囲むガスの層流を送達するように配置された、シールドプレートと、
を備えるガスシールド装置と、
少なくとも前記ファイバーレーザーおよび限られた視野内での前記レーザービームの動きを制御するための制御システムと、
を備える、レーザー溶接システム。 - 前記ファイバーレーザーがイッテルビウムファイバーレーザーを含む、請求項17に記載のレーザー溶接システム。
- 前記ファイバーレーザーが複数のレーザービームを送達するための複数の出力ファイバーを含む、請求項17に記載のレーザー溶接システム。
- 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移動レーザービームの動きを前記限られた視野内で制御するよう構成されている、請求項17に記載のレーザー溶接システム。
- 前記複数のガス出口の数は、前記少なくとも1つのガス入口の数よりも多い、請求項1に記載のガスシールド装置。
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