手持ち式レーザー溶接機 は近年のレーザー応用市場における画期的なスター製品であり、グリーンレーザー業界の成長ポイントの一つとして急速に台頭しています。2018年以来、レーザーハンドヘルド溶接の年間複合成長率は100%を超え、2021年には各種ハンドヘルドレーザー装置の総合メーカーが500社に達すると予想されており、爆発的な成長を見せています。ハンディーレーザー溶接機にとって、使用シーンに接続してレーザーエネルギーを出力する溶接ヘッドは非常に重要な部品です。溶接ヘッドにおいて、光学部品は非常に重要な部品です。

ハンドヘルド溶接ヘッドの基本的な光学原理には、次の図に示すように、ビームコリメーション、ビームスイング、およびビームフォーカスの 3 つの部分が含まれます。QBHから出射されたレーザー光はコリメータで平行光となり、ガルバノメータで反射して集光ミラーに達し、最終的にワーク表面に集光されます。

ビームコリメーション

QBH ファイバーから出てくる光は、特定の発散角を持つ点光源です。伝播の過程では、暗闇の中で懐中電灯を点けたり、マッチに火をつけるなどして、円錐形に広がっていきます。

コリメータレンズの役割は、この発散光を平行光にして偏りなく直進させることです。同時に、ビームのビームウエスト半径を制御し、溶接ヘッドの狭いビーム経路に制限します。

ビームスイング

手持ち溶接では、ビームスイングの目的は溶接ギャップの適応性を向上させることです。集光点は小さな光点であるため、保持したまま溶接跡に沿って確実に歩行することが困難である。一方で、隙間が大きい溶接部を覆うことも困難です。ビームを幅 3.0 mm の直線に配置することで、オペレーターがレーザーの位置を合わせて溶接をカバーするのに便利です。

その実現は、モーターの駆動により振動レンズが高速で前後に偏向し、レーザー光線の経路を変更するという目的を達成することです。

基本原理を次の図に示します。 反射の基本法則によれば、反射角は入射角と等しくなります。検流計が 1 番の角度にある場合、光は 1 番の経路に沿って反射され、1 番の点に焦点を合わせます。検流計が 2 番の角度にある場合、光は 2 番の経路に沿って反射され、2 番の点に焦点を合わせます。

検流計が角度 1 と 2 の間で前後に偏向すると、集光スポットは 1 と 2 の間を移動します。移動速度が十分に速い場合は、直線とみなすことができます。この直線の長さを「スイング幅」といい、たわみ速度を「スイング周波数」といいます。

ビームフォーカス

ガルバノメーターから反射された平行光は、集光レンズを通過して小さな点に集光され、最終的にワーク表面に入射します。集束レンズの機能は、平行ビームを集めて小さなスポットを形成し、それによって超エネルギー密度を生成することです。

レンズを守る

手持ち溶接では、溶接プロセス中に一定量の煙や粉塵が発生し、焦点レンズを損傷する可能性があるため、焦点レンズを保護するための保護レンズが必要です。

保護レンズは消耗品ですので、一定期間ごとに良好な状態であるか確認する必要があります。使用期間は、機器の使用強度やシーンに応じて決定されます。