JP6325506B2 - 故障診断機能を有するレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザダイオードを発光源または励起光源として利用するレーザ装置に関する。

故障診断機能を有するレーザ装置が公知である（特許文献１および特許文献２参照）。また、レーザダイオード素子に供給される電流量を調整することによって、レーザ装置の長寿命化を図ることが公知である。（特許文献３参照）。

高出力が求められるレーザ装置は、発光源または励起光源として作用する多数のレーザダイオードモジュールを利用する。しかしながら、従来の方法では、故障診断の対象となるレーザダイオードの数が増大するのに応じて、故障診断に要する時間が長期化する傾向にある。

特開２００７−２１４１７０号公報 特開平６−１６０２３７号公報 特開２００５−３１７８４１号公報

複数のレーザダイオードの故障診断を短時間で実行できる故障診断機能を有するレーザ装置が求められている。

本願の１番目の発明によれば、複数のレーザ発振ユニットを備えていて、前記複数のレーザ発振ユニットから放出されるレーザ光を結合して外部に放出するように構成されたレーザ装置であって、各々の前記レーザ発振ユニットは、発光源または励起光源として作用する少なくとも１つのレーザダイオードモジュールから構成される複数のレーザダイオードモジュールグループと、前記複数のレーザダイオードモジュールグループから放出されるレーザ光を結合する第１の光結合部と、前記第１の光結合部によって結合されたレーザ光の出力を検出する少なくとも１つの第１の光検出部と、を備えており、前記レーザ装置は、前記複数のレーザ発振ユニットから放出されるレーザ光を結合する第２の光結合部と、前記第２の光結合部によって結合されたレーザ光の出力を検出する少なくとも１つの第２の光検出部と、前記複数のレーザダイオードモジュールグループに対して互いに独立して駆動電流を供給可能な電源部と、各々の前記レーザダイオードモジュールグループにおける、駆動電流とレーザ光の出力との間の関係を表す光出力特性を記録する記録部と、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに供給されるべき駆動電流を表す駆動条件を前記電源部に対して指令する制御部と、レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定する判定部と、前記駆動条件を設定するのに使用される操作部と、を備えており、前記判定部は、前記複数のレーザ発振ユニットのうちの少なくとも２つの前記レーザ発振ユニットについて同時に、各々の前記レーザ発振ユニットに含まれる前記複数のレーザダイオードモジュールグループを、互いの駆動時間が重なり合わないようにそれぞれ順次駆動させたときにおける、前記第１の光検出部および前記第２の光検出部の検出結果に基づいて、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成され、診断処理が開始されると、前記制御部からの指令に従って、前記電源部は前記複数のレーザダイオードモジュールグループに対して駆動電流を供給し、前記判定部は、最初に前記第２の光検出部の検出値が正常であるか否かを判断し、（ａ）前記第２の光検出部の検出値が正常であると判定した場合において、前記第１の光検出部の検出値が全て正常であるか否かを判断し、少なくとも１つの前記第１の光検出部の検出値が正常ではないと判定される場合は、正常ではないと判定された前記第１の光検出部が故障していると判定し、全ての前記第１の光検出部の検出値が正常であると判定される場合は、前記レーザ装置において故障は発生していないと判定し、（ｂ）前記第２の光検出部の検出値が正常でないと判定した場合において、全ての前記第１の光検出部の検出値が正常であるか否かを判定し、少なくとも１つの前記第１の光検出部の検出値が正常ではないと判定された場合は、該当するレーザ発振ユニット内の各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が全て異常であるか否かを判定し、少なくとも１つの前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が異常なしと判定された場合は、該検出値が異常であると判定された前記レーザダイオードモジュールグループが劣化していると判定し、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が全て異常であると判定された場合は、前記該当するレーザ発振ユニットまたは前記第１の光検出部が故障していると判定し、前記第１の光検出部の検出値が全て正常であると判定された場合は、前記第２の光結合部または前記第２の光検出部が故障していると判定するように構成される、レーザ装置が提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るレーザ装置において、前記制御部は、前記判定部による判定が実行される際に、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対して供給される前記駆動電流が、連続的または段階的に変化するように前記駆動条件を設定するように構成される。
本願の３番目の発明によれば、１番目の発明に係るレーザ装置において、前記制御部は、前記判定部による判定が実行される際に、各々の前記レーザ発振ユニットに含まれる前記複数のレーザダイオードモジュールグループを、互いの駆動時間が重なり合わないようにそれぞれ順次駆動させる駆動サイクルを、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対して供給される前記駆動電流を変化させて、複数回にわたって実行するように前記駆動条件を設定するように構成される。
本願の４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記判定部による判定が実行される際に、前記レーザ装置のレーザ光出射端が、前記レーザ装置から外部に放出されるレーザ光が光吸収部に吸収されるようになる退避位置まで移動するように構成される。
本願の５番目の発明によれば、４番目の発明に係るレーザ装置において、前記光吸収部が、当該光吸収部に入射するレーザ光の光出力を測定する第３の光検出部を備える。
本願の６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記レーザ発振ユニットが複数の前記第１の光検出部を備える。
本願の７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、少なくとも２つの前記第２の光検出部を備える。
本願の８番目の発明によれば、１番目から７番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、各々の前記レーザ発振ユニットが、前記少なくとも１つのレーザダイオードモジュールを冷却する冷却プレートと、前記冷却プレートの温度を検出する温度検出部と、をさらに備えており、前記判定部が、前記温度検出部の検出結果にさらに基づいて、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成される。
本願の９番目の発明によれば、１番目から８番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記判定部が、予め定められる時間に、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成される。
本願の１０番目の発明によれば、１番目から９番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記記録部は、前記記録部によって記録されている前記光出力特性が、前記判定部による判定が実行される際に新たに取得される前記光出力特性によって上書きされるように構成される。
本願の１１番目の発明によれば、１番目から９番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記記録部は、前記判定部による判定が実行される際に新たに取得される追加の前記光出力特性を記録するように構成される。
本願の１２番目の発明によれば、１１番目の発明に係るレーザ装置において、前記記録部は、前記追加の光出力特性を取得時間とともに記録するように構成される。
本願の１３番目の発明によれば、１番目から１２番目のいずれかの発明に係るレーザ装置において、前記判定部による判定の結果を表示する表示部を備える。

これら並びに他の本発明の目的、特徴および利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

本発明に係るレーザ装置によれば、故障診断工程を実行する際に、複数のレーザ発振ユニットのうちの少なくとも２つのレーザ発振ユニットについて同時に、各々のレーザ発振ユニット内の複数のレーザダイオードモジュールグループの駆動時間が重なり合わないように、駆動電流が供給される。それにより、故障診断工程を短時間で完了でき、結果的に故障診断工程をより頻繁に実行できるようになり、レーザ装置の状態を効果的に監視できるようになる。

第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 第１の実施形態において、１番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第１の実施形態において、１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第１の実施形態において、第１の光検出部および第２の光検出部の検出値を示す図である。 第１の実施形態に係るレーザ装置において実行される故障診断工程を示すフローチャートである。 別の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 別の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 第２の実施形態において、１番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第２の実施形態において、１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第２の実施形態において、第１の光検出部および第２の光検出部の検出値を示す図である。 第２の実施形態に係るレーザ装置において実行される故障診断工程を示すフローチャートである。 第３の実施形態において、１番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第３の実施形態において、１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループに対する出力指令を示す図である。 第３の実施形態において、第１の光検出部および第２の光検出部の検出値を示す図である。 第４の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 第４の実施形態の変形例に係るレーザ装置によって実行される故障診断工程を示すフローチャートである。 第５の実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 第５の実施形態に係るレーザ装置によって実行される故障診断工程を示すフローチャートである。 第６の実施形態に係るレーザ装置において実行される故障診断工程を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が適宜変更されている。同一または対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

図１は、第１の実施形態に係るレーザ装置１の構成を示すブロック図である。レーザ装置１は、駆動電流の供給を受けてレーザ光１９を外部に放出するように構成される。レーザ装置１は、例えば、板金切断または溶接のために使用される。

レーザ装置１は、４つのレーザ発振ユニット３を備えている。各々のレーザ発振ユニット３は、４つのレーザダイオードモジュールグループ２と、第１の光結合部４と、第１の光検出部５と、を備えている。

各々のレーザダイオードモジュールグループ２は、駆動電流の供給を受けてレーザ光を放出する少なくとも１つのレーザダイオードモジュールを備えている。

第１の光結合部４は、レーザ発振ユニット３の４つのレーザダイオードモジュールグループ２からそれぞれ放出されるレーザ光を結合するために設けられている。

第１の光検出部５は、レーザ発振ユニット３の光出力を検出するために設けられている。

第１の光結合部４と第１の光検出部５との間には、レーザ媒体２６が設けられている。レーザ媒体２６は、レーザ光によって励起されて誘導放出を起こす活性元素が添加された光学結晶である。

レーザ装置１は、第２の光結合部６と、第２の光検出部７と、電源部８と、記録部９と、制御部１０と、判定部１１と、操作部１２と、表示部１３と、をさらに備えている。

第２の光結合部６は、４つのレーザ発振ユニット３からそれぞれ放出されるレーザ光を結合するために設けられている。

第２の光検出部７は、レーザ装置１の光出力を検出するために設けられている。

電源部８は、制御部１０からの指令に従ってレーザダイオードモジュールグループ２を構成するレーザダイオードモジュールに駆動電流を供給する。電源部８は、各々のレーザダイオードモジュールグループ２に対して個別に設けられており、それにより、レーザダイオードモジュールグループ２は、互いに独立して駆動電流が供給され得るようになっている。

記録部９は、レーザダイオードモジュールグループ２に対して供給される駆動電流と、それに応じてレーザダイオードモジュールグループ２から放出されるレーザ光の光出力との間の関係（以下、「光出力特性」と称することがある。）を記録する。レーザダイオードモジュールグループ２の光出力特性には個体差があり、また、劣化の程度に応じても変化するので、記録部９には、各々のレーザダイオードモジュールグループ２の光出力特性がそれぞれ記録されている。

制御部１０は、予め定められる制御プログラム、および記録部９に予め記録されている光出力特性に従って電源部８に対する指令を作成する。それにより、レーザダイオードモジュールグループ２から所望の光出力が得られるようになっている。制御部１０によって決定される駆動電流を、対応するレーザダイオードモジュールグループの「駆動条件」と称することがある。

判定部１１は、レーザ装置１の構成要素の故障または劣化の有無を判定する。

操作部１２は、駆動条件を手動で設定するのに使用される。

表示部１３は、判定部１１による判定結果を表示する。判定結果は、例えば図示されない表示装置、例えば液晶ディスプレイに表示される。

図２および図３を参照して、本実施形態に従って実行される診断処理において利用される出力指令について説明する。図２は、各々のレーザ発振ユニット３の１番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１に対する出力指令のみを表している。図２に示されるように、制御部１０は、１番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１に対応する電源部８に対して、１０ｍｓ〜２０ｍｓの間に、３００Ｗの出力指令を付与する。

図３は、各々のレーザ発振ユニット３の１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４に対する出力指令を重ね合わせた状態で示している。図３に示されるように、制御部１０は、２番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ２に対応する電源部８に対して、２０ｍｓ〜３０ｍｓの間に、３００Ｗの出力指令を付与する。すなわち、２番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ２は、１番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１とは駆動時間がずらされている。

同様に、３番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ３および４番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ４に対しても、他のレーザダイオードモジュールグループとは駆動時間がずらされている。

図４は、図３のような出力指令が、各々のレーザ発振ユニット３のレーザダイオードモジュールグループ２に、各々のレーザ発振ユニット３に対して同時に付与された場合において、第１の光検出部５の検出値および第２の光検出部７の検出値をそれぞれ示している。図４における「１ｓｔＰＤ ＬＯＵ１」は、１番目のレーザ発振ユニット３の第１の光検出部５を意味する。また、「１ｓｔＰＤ ＬＯＵ２」、「１ｓｔＰＤ ＬＯＵ３」および「１ｓｔＰＤ ＬＯＵ４」は、２番目レーザ発振ユニット３、３番目のレーザ発振ユニットおよび４番目のレーザ発振ユニット３の第１の光検出部５をそれぞれ意味する。

図４に示される例では、時間３０ｍｓ〜４０ｍｓにおいて、１番目のレーザ発振ユニットＬＯＵ１の第１の光検出部５の検出値および第２の光検出部７の検出値がともに約１０％低下する。このことは、３番目に駆動された、すなわち時間３０ｍｓ〜４０ｍｓの間に駆動電流が供給された１番目のレーザ発振ユニットＬＯＵ１の３番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ３の故障の可能性を示唆している。

図５を参照して、本実施形態に従って実行される診断処理について説明する。診断処理が開始されると、制御部１０からの指令に従って、電源部８がレーザダイオードモジュールグループ２に駆動電流を供給する（ステップＳ５０１）。このとき、制御部１０が生成する出力指令は、図２および図３に関連して前述したように、各々のレーザ発振ユニットＬＯＵ１〜ＬＯＵ４に含まれる１番から４番までの番号が付与されたレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４に対して、異なるレーザ発振ユニットに含まれる同じ番号のレーザダイオードモジュールグループについては同じ時間に駆動され、異なる番号が付与されたレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４については、駆動時間が互いに重なり合わないようになっている。

ステップＳ５０２では、第２の光検出部７の検出値が正常である否かを判定する。第２の光検出部７の検出値が正常であるか否かは、記録部９に記録された光出力特性に従って判定される。

ステップＳ５０２の判定結果が否定である場合、すなわち、第２の光検出部７の検出値が正常でないと判定された場合、ステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０３では、すべての第１の光検出部５の検出値が正常であるか否かを判定する。

ステップＳ５０３の判定結果が否定である場合、すなわち、少なくともいずれか１つの第１の光検出部５の検出値が正常ではないと判定された場合、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０４では、すべてのレーザダイオードモジュールグループ２が異常であるか否かが判定される。

ステップＳ５０４の判定結果が否定である場合、すなわち、少なくともいずれか１つのレーザダイオードモジュールグループ２が正常であると判定された場合、ステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０５では、判定部１１によって、ステップＳ５０４において正常ではないと判定されたレーザダイオードモジュールグループ２が劣化していると判定される。

他方、ステップＳ５０４の判定結果が肯定である場合、すなわち、すべてのレーザダイオードモジュールグループ２が異常であると判定された場合、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６では、判定部１１によって、レーザ発振ユニット３または第１の光検出部５が故障していると判定される。

また、ステップＳ５０３における判定結果が肯定である場合、すなわち、第１の光検出部５の検出値がすべて正常であると判定された場合、ステップＳ５０７に進む。ステップＳ５０７では、判定部１１によって、第２の光結合部６または第２の光検出部７が故障していると判定される。

ステップＳ５０２における判定結果が肯定である場合、すなわち、第２の光検出部７の検出値が正常である場合、ステップＳ５０８に進み、第１の光検出部５の検出値がすべて正常であるか否かが判定される。

ステップＳ５０８における判定結果が否定である場合、すなわち、少なくとも１つの第１の光検出部５の検出値が正常ではないと判定された場合、ステップＳ５０９に進む。ステップＳ５０９では、判定部１１によって、正常ではないと判定された第１の光検出部５が故障していると判定される。

ステップＳ５０８における判定結果が肯定である場合、すなわち、すべての第１の光検出部５の検出値が正常であると判定された場合、判定部１１が、レーザ装置１において故障は発生していないと判定する。

判定部１１によるステップＳ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７、Ｓ５０９およびＳ５１０での判定結果が、表示部１３によって、表示装置に表示される（ステップＳ５１１）。

本実施形態に係るレーザ装置１によれば、レーザ装置１を構成するレーザダイオードモジュールグループ、光結合部および光検出部の故障判断を短時間で実行できる。例えば、レーザダイオードモジュールグループを個別に駆動して診断する比較例の場合、レーザ発振ユニットの数を「ｍ」、レーザ発振ユニット内のレーザダイオードモジュールグループの数を「ｎ」、１つのレーザダイオードモジュールグループを診断するのに要する時間を「ｔ」とすれば、故障診断を完了するのに「ｎ×ｍ×ｔ」の時間を要する。

それに対し、本実施形態によれば、「ｎ×ｔ」の時間で故障診断を完了できる。それによって、より頻繁に故障診断を実行できるようになる。したがって、突然の故障およびそれに対する対処が原因となってレーザ装置の稼働率が低下するのを防止できる。

図１に示されるレーザ装置１は、４つのレーザ発振ユニット３を備えており、各々のレーザ発振ユニット３は、４つのレーザダイオードモジュールグループ２を備えている。しかしながら、図示された例に限定されず、レーザ装置１は、２つ以上の任意の数のレーザ発振ユニット３を備えていてもよく、また、各々のレーザ発振ユニット３は、２つ以上の任意の数のレーザダイオードモジュールグループ２を備えていてもよい。

また、別の実施形態において、第３の光結合部が設けられており、それにより、第２の光結合部６によって集光された複数のレーザ光が、第３の光結合部によってさらに集光されるようになっていてもよい。その場合、第３の光結合部からの光出力を検出するために、第３の光検出部がさらに設けられてもよい。このように、追加の光結合部および光検出部がさらに増設されてもよい。

レーザ装置１は、レーザ光によって励起されて誘導放出を引き起こす活性元素を添加した光学結晶または光ファイバなどのレーザ媒体が必要であるものの、別の実施形態に係るレーザ装置１は、レーザダイオードモジュールグループ２から放出される光を直接光源として利用するように構成されてもよい。

図６は、レーザダイオードモジュール１４から放出されるレーザ光を直接利用する場合のレーザ装置１の構成例を示している。図示された実施形態では、各々のレーザダイオードモジュールグループ２は、２つのレーザダイオードモジュール１４をそれぞれ備えている。

図７に示されたレーザ装置１は、レーザダイオードモジュール１４から放出されるレーザ光を励起光源として利用するファイバレーザである。レーザ装置１は、活性元素が添加された光ファイバ１５と、高反射ファイバ・ブラッグ・グレーティング１６と、低反射ファイバ・ブラッグ・グレーティング１７と、をさらに備えている。図示された実施形態では、各々のレーザダイオードモジュールグループ２は、４つのレーザダイオードモジュール１４をそれぞれ備えている。図６および図７では、図１と対比すれば分かるように、電源部および制御部などが省略されており、光学系のみが示されている。

光検出部は、レーザ光の伝搬形態に応じて所望の構成を有する。例えば、レーザ光が空間を伝搬している場合、光検出部は、部分反射鏡によって取出されたレーザ光の一部が光検出部に入射されるように構成されてもよい。レーザ光がファイバの中を伝搬している場合、光検出部は、ファイバの被覆部を除去した箇所から漏れる光を光検出部で検出するように構成されてもよい。或いは、光検出部は、分波器によってレーザ光の一部を取出して検出するように構成されてもよい。

図８〜図１１を参照して、第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るレーザ装置は、前述した第１の実施形態に係るレーザ装置１と同様の構成を有している一方で、レーザダイオードモジュールグループ２の駆動方法が第１の実施形態とは相違する。

図８および図９は、図２および図３に対応する図である。図８および図９を参照すれば分かるように、制御部１０からの出力指令は、所定の駆動時間にわたって段階的に増大するようになっている。

図１０は、図９に示される出力指令が、各々のレーザ発振ユニット３の１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４に、各々のレーザ発振ユニット３に対して同時に付与された場合において、第１の光検出部５の検出値および第２の光検出部７の検出値をそれぞれ示している。

図１０に示される例では、３番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ３が駆動される時間約１３５ｍｓ〜約１８７ｍｓにおいて、１番目のレーザ発振ユニットＬＯＵ１の第１の光検出部５の検出値および第２の光検出部７の検出値がともに約１０％低下する。このことは、１番目のレーザ発振ユニットＬＯＵ１の３番目に駆動されたレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ３の光出力特性が劣化している可能性を示唆している。

図１１は、本実施形態に従って実行される診断処理のフローチャートである。図１１のステップＳ１１０１〜Ｓ１１１１は、図５のステップＳ５０１〜Ｓ５１１と同様であるので、追加されるステップＳ１１１２およびステップＳ１１１３の処理のみについて説明する。

ステップＳ１１０４において少なくとも１つのレーザダイオードモジュールグループが正常であると判定された場合、ステップＳ１１１２に進む。ステップＳ１１１２では、異常であると判定されたレーザダイオードモジュールグループの閾値電流が正常であるか否かが判定される。

ステップＳ１１１２での判定結果が否定である場合は、ステップＳ１１０５に進む。他方、ステップＳ１１２での判定結果が肯定である場合、ステップＳ１１１３に進み、判定部１１によって、第１の光結合部４が故障していると判定される。すなわち、光出力が低下している場合であっても、閾値電流が正常であれば、レーザダイオードモジュールグループの特性劣化が起きていないと推定される。

本実施形態によれば、閾値電流に関連する情報を利用して故障診断が実行されるので、より正確な故障診断を実行できる。

なお、別の実施形態において、出力指令を段階的に増大させる代わりに、出力指令を連続的に増大させてもよい。或いは、出力指令を徐々に増大させる代わりに、出力指令に応じて付与される駆動電流を徐々に増大させてもよい。

図１２〜図１４を参照して、第３の実施形態について説明する。本実施形態によれば、本実施形態に係るレーザ装置は、前述した第１の実施形態に係るレーザ装置１と同様の構成を有している一方で、レーザダイオードモジュールグループ２の駆動方法が第１の実施形態とは相違する。

図１２は、各々のレーザ発振ユニット３の１番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１に対して付与される出力指令を示している。図１２に示されるように、１番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１に付与される出力指令は、所定の時間間隔を空けて段階的に増大するようになっている。

図１３は、各々のレーザ発振ユニット３の１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４に対して付与される出力指令を重ね合わせた状態で示している。図示されるように、出力指令は、１番目から４番目のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４の駆動時間が互いにずらされるようになっている。

制御部１０は、記録部９に記録されている光出力特性に従って、電源部８に対して出力指令に対応する駆動電流を供給するよう駆動指令を付与する。

図１４は、図１３に示される出力指令が、各々のレーザ発振ユニット３の第１から第４のレーザダイオードモジュールグループＬＤＧ１〜ＬＤＧ４に、各々のレーザ発振ユニット３に対して同時に付与された場合において、第１の光検出部５の検出値および第２の光検出部７の検出値をそれぞれ示している。この場合、１番目のレーザ発振ユニットＬＯＵ１の第１の光検出部５の検出値、および第２の光検出部の検出値が、出力指令よりも約１０％小さくなっている。

図１４の例の場合、１番目のレーザ発振ユニットの３番目のレーザダイオードモジュールグループの特性劣化が予測される。しかしながら、他の原因、例えば光検出部または光結合部の特性劣化または異常などの可能性もある。そこで、本実施形態においては、図１１のフローチャートに従って故障診断を自動的に実行してもよい。

本実施形態では、光検出部の検出値における時間変化が比較的小さいので、光検出部の時定数によって検出精度が低下するのを防止できる。なお、光出力の時間変化が比較的大きくなる１番目のレーザダイオードモジュールの駆動時間が比較的長くなるように調整されてもよい。

前述した実施形態においては、簡単のため、第２の光結合部６におけるレーザ光のパワー損失を無視しているものの、実際には、レーザ光の入力端ごとに損失率が相違していることが多い。したがって、より故障診断の精度を向上させるために、各々の入力端の損失率のデータを記録部９に予め記録しておいて、損失率のデータに基づいて、電源部８からレーザダイオードモジュールグループ２に供給される駆動電流を補正したり、または第２の光検出部の検出値を補正してもよい。

図１５は、第４の実施形態に係るレーザ装置１の構成を示している。図１５の上方には、ワーク２３をレーザ光１９によって加工している状態のレーザ装置１が示されている。図１５の下方には、光ファイバ２１を介してレーザ装置１に接続されたレーザ光出射端である加工ヘッド１８が、光吸収部２０近傍の退避位置まで移動した状態のレーザ装置１が示されている。

加工ヘッド１８が退避位置に配置されているとき、加工ヘッド１８から放出されるレーザ光１９は、光吸収部２０によって吸収されるようになる。したがって、レーザ装置１が故障診断を実行しているときに、レーザ光１９が予期せぬ方向に照射され、遮光カバー２２の隙間から漏出するのを防止できる。また、加工ヘッド１８から放出されるレーザ光１９が反射して加工ヘッド１８に入射する戻り光によって光検出部の検出値の信頼性が低下するのを防止できる。

第４の実施形態の変形例において、レーザ装置１が、光吸収部２０に入射するレーザ光の光出力を測定する第３の光検出部を備えていてもよい。第３の光検出部を備えたレーザ装置１では、第２の光検出部７の検出値のみが低下している場合に、第２の光検出部７の検出値と、第３の光検出部の検出値とを比較することによって、特性劣化の原因が、第２の光結合部６であるのか、または第２の光検出部７であるのかを特定できる。

図１６は、本変形例に係るレーザ装置１によって実行される故障診断のフローチャートである。図１１のフローチャートと対比すると分かるように、破線で示されるステップＳ１６０９〜Ｓ１６１１およびステップＳ１６１３〜Ｓ１６１８が追加されている。本変形例によれば、第１の光検出部５の検出結果および第２の光検出部７の検出結果が互いに矛盾しているときに、第１の光検出部５と第２の光検出部７のうちのいずれが故障しているかを特定できる。

図１７は、第５の実施形態に係るレーザ装置１の構成を示している。本実施形態によれば、各々のレーザ発振ユニット３が、互いに対して直列に設けられる２つの第１の光検出部２４，２５、すなわち、「１ｓｔＰＤ−１」および「１ｓｔＰＤ−２」を備えている。

複数の第１の光検出部２４，２５を備えたレーザ装置によれば、レーザ発振ユニット３からの光出力が低下したときに、その原因が第１の光結合部４にあるのか、または第１の光検出部２４，２５にあるのかを特定できる。

２つの第１の光検出部２４，２５を備えたレーザ装置１について説明したものの、別の実施形態において、レーザ装置１は、３つ以上の第１の光検出部を備えていてもよい。

また、別の実施形態において、レーザ装置は、互いに直列に設けられる２つ以上の第２の光検出部を備えていてもよい。複数の第２の光検出部を備えたレーザ装置によれば、第３の光検出部を設けるのと同様の利点を享受できる。すなわち、第２の光検出部の検出値が低下した場合に、その原因が、第２の光結合部６にあるのか、または第２の光検出部にあるのかを特定できる。

図１８は、第５の実施形態に係るレーザ装置１において実行される診断処理のフローチャートを示している。ステップＳ１８０４において、一方の第１の光検出部２４の検出結果と他方の第１の光検出部２５の検出結果が不一致であると判定された場合、ステップＳ１８１０に進み、第１の光検出部２４，２５のいずれか一方が故障していると判定される。

図１９は、第６の実施形態に係るレーザ装置において実行される診断処理のフローチャートを示している。本実施形態に係るレーザ装置は、レーザダイオードモジュールが搭載されている冷却プレートの温度を検出する温度検出部をさらに備えている。

本実施形態によれば、温度検出部によって検出される冷却プレートの温度が異常であるか否かに応じて、光出力が低下したときの原因が冷却装置にあるか否かを特定できるようになる。

図１９は、本実施形態に係るレーザ装置によって実行される診断処理のフローチャートを示している。ステップＳ１９０９において、温度検出部によって検出された温度が異常であるか否かが判定される。そして、検出温度が異常である場合は、冷却装置が故障していると判定される。

別の実施形態において、レーザ装置が、診断処理を予め設定された時間に自動的に実行するように構成されてもよい。定期的に故障診断を実行することによって、構成要素の故障が原因でレーザ装置が急停止するのを防止できる。

別の実施形態において、第１の光検出部の検出結果に基づいて、記録部９が最新の光出力特性を記録するように構成されてもよい。光出力特性は、上書きされてもよいし、前のデータとは別途記録されてもよい。さらに、光出力特性の取得日時が一緒に記録されてもよい。

前述した実施形態によれば、各々のレーザダイオードモジュールグループの光出力特性を記録することによって、以前に診断を実行したときに比べて、レーザダイオードモジュールグループがどの程度劣化したかを容易に比較できるようになる。過去の記録を保存しておけば、劣化の進行状況に応じて、レーザ装置の構成要素が故障する前に必要に応じて保守工程を実行できるようになる。

前述した実施形態においては、レーザ装置の構成要素が故障していると判定されたときに、表示部１３によって故障情報が表示されるようになっている。しかしながら、レーザダイオードモジュールグループの特性劣化の程度が小さい場合、故障情報を使用者に通知する代わりに、当該レーザダイオードモジュールグループに対して供給される駆動電流を低下させてもよい。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除または置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的または暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１ レーザ装置
２ レーザダイオードモジュールグループ（ＬＤＧ）
３ レーザ発振ユニット（ＬＯＵ）
４ 第１の光結合手段（１ｓｔＢＣ）
５ 第１の光検出手段（１ｓｔＰＤ）
６ 第２の光結合手段（２ｎｄＢＣ）
７ 第２の光検出手段（２ｎｄＰＤ）
８ 電源部
９ 記録部
１０ 制御部
１１ 判定部
１２ 操作部
１３ 表示部
１４ レーザダイオードモジュール（ＬＤＭ）
１５ 光ファイバ
１６ 高反射ファイバ・ブラッグ・グレーティング
１７ 低反射ファイバ・ブラッグ・グレーティング
１８ 加工ヘッド（レーザ光出射端）
１９ レーザ光
２０ 光吸収部（第３光検出手段（３ｒｄＰＤ））
２１ 光ファイバ
２２ 遮光カバー
２３ ワーク
２４ １番目の第１光検出手段（１ｓｔＰＤ−１）
２５ ２番目の第１光検出手段（１ｓｔＰＤ−２）
２６ レーザ媒体

Claims (13)

1. 複数のレーザ発振ユニットを備えていて、前記複数のレーザ発振ユニットから放出されるレーザ光を結合して外部に放出するように構成されたレーザ装置であって、
   各々の前記レーザ発振ユニットは、
   発光源または励起光源として作用する少なくとも１つのレーザダイオードモジュールから構成される複数のレーザダイオードモジュールグループと、
   前記複数のレーザダイオードモジュールグループから放出されるレーザ光を結合する第１の光結合部と、
   前記第１の光結合部によって結合されたレーザ光の出力を検出する少なくとも１つの第１の光検出部と、
   を備えており、
   前記レーザ装置は、
   前記複数のレーザ発振ユニットから放出されるレーザ光を結合する第２の光結合部と、
   前記第２の光結合部によって結合されたレーザ光の出力を検出する少なくとも１つの第２の光検出部と、
   前記複数のレーザダイオードモジュールグループに対して互いに独立して駆動電流を供給可能な電源部と、
   各々の前記レーザダイオードモジュールグループにおける、駆動電流とレーザ光の出力との間の関係を表す光出力特性を記録する記録部と、
   各々の前記レーザダイオードモジュールグループに供給されるべき駆動電流を表す駆動条件を前記電源部に対して指令する制御部と、
   レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定する判定部と、
   前記駆動条件を設定するのに使用される操作部と、を備えており、
   前記判定部は、前記複数のレーザ発振ユニットのうちの少なくとも２つの前記レーザ発振ユニットについて同時に、各々の前記レーザ発振ユニットに含まれる前記複数のレーザダイオードモジュールグループを、互いの駆動時間が重なり合わないようにそれぞれ順次駆動させたときにおける、前記第１の光検出部および前記第２の光検出部の検出結果に基づいて、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成され、
   診断処理が開始されると、前記制御部からの指令に従って、前記電源部は前記複数のレーザダイオードモジュールグループに対して駆動電流を供給し、
   前記判定部は、
   最初に前記第２の光検出部の検出値が正常であるか否かを判断し、
   （ａ）前記第２の光検出部の検出値が正常であると判定した場合において、
   前記第１の光検出部の検出値が全て正常であるか否かを判断し、少なくとも１つの前記第１の光検出部の検出値が正常ではないと判定される場合は、正常ではないと判定された前記第１の光検出部が故障していると判定し、全ての前記第１の光検出部の検出値が正常であると判定される場合は、前記レーザ装置において故障は発生していないと判定し、
   （ｂ）前記第２の光検出部の検出値が正常でないと判定した場合において、
   全ての前記第１の光検出部の検出値が正常であるか否かを判定し、
   少なくとも１つの前記第１の光検出部の検出値が正常ではないと判定された場合は、該当するレーザ発振ユニット内の各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が全て異常であるか否かを判定し、
   少なくとも１つの前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が異常なしと判定された場合は、該検出値が異常であると判定された前記レーザダイオードモジュールグループが劣化していると判定し、
   各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対応する前記第１の光検出部の検出値が全て異常であると判定された場合は、前記該当するレーザ発振ユニットまたは前記第１の光検出部が故障していると判定し、
   前記第１の光検出部の検出値が全て正常であると判定された場合は、前記第２の光結合部または前記第２の光検出部が故障していると判定するように構成される、レーザ装置。
2. 前記制御部は、前記判定部による判定が実行される際に、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対して供給される前記駆動電流が、連続的または段階的に変化するように前記駆動条件を設定するように構成される、請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記制御部は、前記判定部による判定が実行される際に、各々の前記レーザ発振ユニットに含まれる前記複数のレーザダイオードモジュールグループを、互いの駆動時間が重なり合わないようにそれぞれ順次駆動させる駆動サイクルを、各々の前記レーザダイオードモジュールグループに対して供給される前記駆動電流を変化させて、複数回にわたって実行するように前記駆動条件を設定するように構成される、請求項１に記載のレーザ装置。
4. 前記判定部による判定が実行される際に、前記レーザ装置のレーザ光出射端が、前記レーザ装置から外部に放出されるレーザ光が光吸収部に吸収されるようになる退避位置まで移動するように構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
5. 前記光吸収部が、当該光吸収部に入射するレーザ光の光出力を測定する第３の光検出部を備える、請求項４に記載のレーザ装置。
6. 前記レーザ発振ユニットが複数の前記第１の光検出部を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
7. 少なくとも２つの前記第２の光検出部を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
8. 各々の前記レーザ発振ユニットが、
   前記少なくとも１つのレーザダイオードモジュールを冷却する冷却プレートと、
   前記冷却プレートの温度を検出する温度検出部と、
   をさらに備えており、
   前記判定部が、前記温度検出部の検出結果にさらに基づいて、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成される、請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ装置。
9. 前記判定部が、予め定められる時間に、前記レーザ装置の構成要素の故障または劣化の有無を判定するように構成される、請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ装置。
10. 前記記録部は、前記記録部によって記録されている前記光出力特性が、前記判定部による判定が実行される際に新たに取得される前記光出力特性によって上書きされるように構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
11. 前記記録部は、前記判定部による判定が実行される際に新たに取得される追加の前記光出力特性を記録するように構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ装置。
12. 前記記録部は、前記追加の光出力特性を取得時間とともに記録するように構成される、請求項１１に記載のレーザ装置。
13. 前記判定部による判定の結果を表示する表示部を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載のレーザ装置。

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