CN107431327A - 光衰减装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够利用简便的结构使测量对象的光的一部分充分地衰减的光衰减装置。光衰减装置(100)具有采样棱镜(101)、双凹透镜(102)以及吸收构件(103)。分束构件使激光束(L)分束。放大构件对分束出来的激光束(L1)的形状进行放大。吸收构件对放大后的激光束(L2)的能量进行吸收。吸收构件的受光部(103a)接收放大后的激光束。吸收构件的第1流通部(103b)与受光部相邻,使对由于激光束而在受光部产生的热进行吸收的介质(冷却水(W))自第1开口部(103d)导入或导出并使该介质流通。吸收构件的第2流通部(103c)使经由与第1流通部连通的连通部(103e)而移动的冷却水自第2开口部(103f)导出或导入并使该冷却水流通。
Description
技术领域
本发明涉及光衰减装置。
背景技术
以往以来,存在使激光束的强度衰减的装置(参照例如专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-326931号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献1那样的结构中,为了使激光束的一部分充分地衰减,除了设置光阻断部件、多个光分束部件等之外,还设置光吸收部件,使激光束的强度分散,因此,装置就变得大规模。
本发明是为了解决上述的问题而做成的,目的在于提供一种能够利用简便的结构使测量对象的光的一部分充分地衰减的光衰减装置。
用于解决问题的方案
达成上述目的的本发明的光衰减装置具有分束构件、放大构件以及吸收构件。分束构件对测量对象的光进行分束。放大构件对分束出来的光的形状进行放大。吸收构件对放大后的光的能量进行吸收。吸收构件具备受光部、第1流通部以及第2流通部。受光部接收放大后的光。第1流通部与受光部相邻,使对由于光而在受光部产生的热进行吸收的介质自第1开口部导入或导出并使该介质流通。第2流通部使经由与第1流通部连通的连通部而移动的介质自第2开口部导出或导入并使该介质流通。
附图说明
图1是表示装入有实施方式的光衰减装置的强度分布测定装置和激光振荡器的立体图。
图2是示意性地表示装入有光衰减装置的强度分布测定装置和激光振荡器的主要部分的图。
图3是表示装入有光衰减装置的强度分布测定装置和激光振荡器的框图。
图4是表示光衰减装置、强度分布测定装置的主要部分以及激光振荡器的框图。
图5是表示光衰减装置的立体图。
图6是以截面表示光衰减装置的立体图。
图7是表示光衰减装置中的光的衰减方法的示意图。
图8是以截面表示实施方式的变形例1的光衰减装置的侧视图,(A)是表示光衰减装置的一个例子的图,(B)是表示光衰减装置的另一个例子的图。
图9是表示实施方式的变形例2的光衰减装置的放大构件的示意图,(A)是表示第1例的放大构件的图,(B)是表示第2例的放大构件的图,(C)是表示第3例的放大构件的图,(D)是表示第4例的放大构件的图。
图10是表示实施方式的变形例3的光衰减装置的分束构件的示意图,(A)是表示第1例的分束构件的图,(B)是表示第2例的分束构件的图,(C)是表示第3例的分束构件的图。
图11是表示实施方式的变形例4的光衰减装置的吸收构件的示意图。
具体实施方式
以下,一边参照附图,一边对本发明的实施方式进行说明。在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记,省略重复的说明。附图中的构件的大小、比率出于说明的方便被夸张,存在与实际的大小、比率不同的情况。
(实施方式)
作为一形态,光衰减装置100以装入到强度分布测定装置200的状态使用,强度分布测定装置200对相当于测量对象的光的激光束L的强度分布进行测定。光衰减装置100使从激光振荡器300导出来的激光束L分束。光衰减装置100使分束出来的一方激光束L1(激光束L的大部分、例如90%~99%)衰减并使分束出来的另一方的激光束L3(激光束L的极其小的一部分、例如10%~1%)朝向强度分布测定装置200传播。强度分布测定装置200对由光衰减装置100分束出来的另一方的激光束L3的强度分布进行测定。因此,在实施方式中,除了光衰减装置100之外,还对强度分布测定装置200进行说明。
首先,参照图1~图7中的特别是图5~图7说明光衰减装置100的结构。
图1是表示装入有实施方式的光衰减装置100的强度分布测定装置200和激光振荡器300的立体图。图2是示意性地表示装入有光衰减装置100的强度分布测定装置200和激光振荡器300的主要部分的图。图3是表示装入有光衰减装置100的强度分布测定装置200和激光振荡器300的框图。图4是表示光衰减装置100、强度分布测定装置200的主要部分以及激光振荡器300的框图。图5是表示光衰减装置100的立体图。图6是以截面表示光衰减装置100的立体图。图7是表示光衰减装置100中的光(激光束L2)的衰减方法的示意图。
光衰减装置100使测量对象的激光束L(光)的一部分充分地衰减。例如,如图7所示,光衰减装置100除了包括分束构件(采样棱镜101)、放大构件(双凹透镜102)、吸收构件103之外,还包括第1支承构件104、第2支承构件105、恒温循环水槽106、导入管107以及导出管108。以下,依次说明光衰减装置100的结构。
采样棱镜101相当于分束构件,对作为测量对象的光的激光束L进行分束。
采样棱镜101由例如石英形成,形成为棱镜形状。采样棱镜101对从激光振荡器300导出来的激光束L进行分束。采样棱镜101使作为激光束L的大部分(例如90%)的激光束L1从界面101a透过并朝向双凹透镜102传播。另一方面,采样棱镜101使作为激光束L的极其小的一部分(例如10%)的激光束L3在界面101a处反射并朝向强度分布测定装置200传播。采样棱镜101以载置到第2支承构件105的状态固定。
双凹透镜102相当于放大构件,对分束出来的激光束L1的形状进行放大。
双凹透镜102对激光束L1的形状进行放大,使向吸收构件103的受光部103a照射的激光束L2的每单位面积的能量量减轻。放大构件对激光束L1的放大除了对激光束L1本身的形状进行放大的结构之外,还包括通过使激光束L1以斜入射向吸收构件103的受光部103a照射而增大照射面积那样的结构。
双凹透镜102由例如石英形成,在轴正交截面中形成为圆形状。双凹透镜102将入射面102a和出射面102b分别形成为凹状。双凹透镜102使防反射膜蒸镀于入射面102a和出射面102b而使透过率提高。双凹透镜102使从采样棱镜101传播过来的激光束L1从入射面102a入射并放大,从出射面102b射出并放大。
利用双凹透镜102也能够应对经由检流计反射镜311从斜方向入射的激光束L1。从双凹透镜102射出的激光束L2的形状、传播方向能够通过使激光束L1相对于入射面102a的入射角度、入射面102a的曲率半径、出射面102b的曲率半径以及材质(确定与激光束L的波长相对应的折射率)等最优化而任意地设定。双凹透镜102以安装到第1支承构件104的状态固定。
吸收构件103对放大后的激光束L2的能量进行吸收。
吸收构件103具备受光部103a、第1流通部103b以及第2流通部103c。受光部103a接收由双凹透镜102放大后的激光束L2。第1流通部103b与受光部103a相邻,使对由于激光束L2而在受光部103a产生的热进行吸收的介质(冷却水W)自第1开口部103d导入或导出并流通。第2流通部103c使经由与第1流通部103b连通的连通部103e而移动的冷却水W自第2开口部103f导出或导入并流通。
具体而言,吸收构件103由壳体103S、吸热板103T以及分离板103U构成。
壳体103S由导热性优异的铜或铝形成,形成为上部开口且下部封闭的圆筒形状。壳体103S的上部相对于水平方向倾斜。在壳体103S的上部形成有呈环状凹陷的第1支承部103Sa。第1支承部103Sa供吸热板103T安装固定。在壳体103S的内部形成有相对于水平方向倾斜而呈环状凹陷的第2支承部103Sb。第2支承部103Sb供分离板103U安装固定。
在壳体103S中,吸热板103T与分离板103U之间的空间相当于第1流通部103b。第1流通部103b由相对于水平方向倾斜的圆柱形状的空间构成。壳体103S在第1流通部103b的外缘开口有使冷却水W沿着第1流通部103b的内周面在周向上导入的第1开口部103d。
另一方面,在壳体103S中,比分离板103U靠下方的空间相当于第2流通部103c。若从上方视觉辨认,则第2流通部103c是圆形状,若从侧方视觉辨认则由三角形状的空间构成。壳体103S在第2流通部103c的外缘开口有使冷却水W沿着第2流通部103c的内周面在周向上导出的第2开口部103f。
吸热板103T用于对随着激光束L2的照射而产生的热进行吸收。吸热板103T相当于受光部103a。吸热板103T由导热性优异的铜或铝形成,并形成为圆盘形状。吸热板103T安装于壳体103S的第1支承部103Sa并利用粘接、焊接固定。吸热板103T相对于水平方向倾斜地配置。
分离板103U用于将第1流通部103b和第2流通部103c局部地隔开。通过利用分离板103U将壳体103S隔开,使例如第1流通部103b作为冷却部而发挥功能并使第2流通部103c作为排热部发挥功能。分离板103U由导热性优异的铜或铝形成,并形成为中央开口的圆盘形状。分离板103U的中央的开口的部分相当于连通部103e。对于连通部103e,连通部103e位于第1流通部103b和第2流通部103c彼此相邻的部分的中央。分离板103U相对于水平方向倾斜地配置。
第1支承构件104支承双凹透镜102和第2支承构件105。
第1支承构件104由导热性优异的铜或铝形成,并形成为上部104a的中央部分开口且下部104c的整体开口的圆筒形状。第1支承构件104的上部104a和下部104c相对于水平方向倾斜。在第1支承构件104的上部104a固定有第2支承构件105。使由双凹透镜102放大后的激光束L2在第1支承构件104的内方的空间部104b中传播。第1支承构件104的下部104c固定于吸收构件103的壳体103S。将双凹透镜102插入并固定于在第1支承构件104的上部104a的中央部分开口的安装孔104d。
第2支承构件105支承采样棱镜101。
第2支承构件105由导热性优异的铜或铝形成,并形成为将上部105a局部切除而成的圆筒形状。在第2支承构件105的上部105a固定有采样棱镜101。第2支承构件105的上部105a沿着水平方向配置。使由采样棱镜101分束出来的激光束L1在第2支承构件105的内方的空间部105b中传播。第2支承构件105的空间部105b由从上方朝向下方扩径的圆台状构成。采样棱镜101位于空间部105b的上方。双凹透镜102位于空间部105b的下方。第2支承构件105的下部105c相对于水平方向倾斜。第2支承构件105的下部105c固定于第1支承构件104的上部104a。
恒温循环水槽106、导入管107以及导出管108使冷却水W在吸收构件103的内部循环。
恒温循环水槽106是所谓的冷却器,将在吸收构件103的内部循环的冷却水W维持为恒定的温度并送水。导入管107由具备防锈性的金属形成,并形成为细长的圆管形状。导入管107的一端与恒温循环水槽106的喷出口连接,其另一端与吸收构件103的第1开口部103d连接。导出管108由具备防锈性的金属形成,并形成为细长的圆管形状。导出管108的一端与恒温循环水槽106的返回口连接,其另一端与吸收构件103的第2开口部103f连接。
接着,参照图7说明光衰减装置100中的光(激光束L2)的衰减方法。
图7是表示光衰减装置100中的光(激光束L2)的衰减方法的示意图。
在光衰减装置100中,采样棱镜101对从激光振荡器300射出后的激光束L进行分束。采样棱镜101使作为激光束L的大部分(例如90%)的激光束L1从界面101a透过并使其朝向双凹透镜102传播。另一方面,采样棱镜101使作为激光束L的极其小的一部分(例如10%)的激光束L3在界面101a处反射并使其朝向强度分布测定装置200传播。双凹透镜102对分束出来的激光束L1的形状进行放大且使激光束L1朝向吸收构件103的受光部103a传播。吸收构件103利用受光部103a接收激光束L2。吸收构件103使吸收了激光束L2的能量的冷却水W向经由连通部103e彼此连通的第1流通部103b和第2流通部103c流通并衰减。
如此光衰减装置100通过使用连通部103e而混合的冷却水W将与受光部103a接触而吸收来的激光束L2的热迅速地向不与受光部103a接触的部分传导并扩散而吸收。
而且,对于光衰减装置100,连通部103e的开口的面积与第1流通部103b和第2流通部103c相邻的部分的面积相比较,充分地小,因此,通过使冷却水W在连通部103e的部分暂时地压缩和膨胀,使冷却水W在吸收构件103内容易地搅拌并流通。
而且,光衰减装置100通过使冷却水W在吸收构件103的第1流通部103b与第2流通部103c之间流通,使吸收构件103内的与冷却水W接触的面积增大。即、吸收构件103也使由受光部103a吸收到的激光束L2的热向第1流通部103b和第2流通部103c传导,从而使该吸收构件103整体作为散热槽而发挥功能。
另外,光衰减装置100在吸收构件103的第1流通部103b的外缘与中央之间使冷却水W一边呈环状涡旋一边流通。即、激光束L2的能量被一边在第1流通部103b内呈环状涡旋一边流通的冷却水W没有遗漏地吸收。同样地,光衰减装置100在吸收构件103的第2流通部103c的中央与外缘之间使冷却水W一边呈环状涡旋一边流通。即、冷却水W一边在第2流通部103c内呈环状涡旋一边流通并没有遗漏地导出。
接着,参照图1~图4对装入有光衰减装置100的强度分布测定装置200进行说明。
强度分布测定装置200是对激光束L的强度分布进行测定的装置,其中,该激光束L对被加工构件(需要例如微细的加工的工件)的加工区域进行扫描而实施加工。强度分布测定装置200在生产线、实验室等中使用。强度分布测定装置200具有辅助衰减部210、调整部220、测量部230、显示部240、操作部250以及控制部260。
如图1、图3以及图4所示,辅助衰减部210沿着光轴C配设于比光衰减装置100靠下游侧的位置,并使由光衰减装置100分束出来的激光束L3的强度衰减。
辅助衰减部210用于辅助光衰减装置100对激光束L的衰减,不是必须的结构。
辅助衰减部210从光轴C的上游侧(光衰减装置100的一侧)朝向下游侧(测量部230的检测器231的一侧)以采样棱镜211、空冷阻尼器(日文:空冷ダンパ)212、第1反射镜213、第2反射镜214、第1减光滤镜215A、第2减光滤镜215B、第3减光滤镜215C以及第4减光滤镜215D的顺序配设有各构成构件。采样棱镜211~第4减光滤镜215D配设于调整部220的准直部220M与聚光器部220N之间的区域。
采样棱镜211用于使由光衰减装置100的采样棱镜101分束出来的激光束L3的强度衰减。采样棱镜211在沿着工件的加工区域(焊接区域)的方向上与光衰减装置100的采样棱镜101相对地配置。在光衰减装置100的采样棱镜101中反射后的激光束L3向采样棱镜211入射。采样棱镜211使激光束L3的一部分(例如90%)从界面向外部透过并向空冷阻尼器212传播,使激光束L3的一部分(例如10%)在界面处反射并朝向第1反射镜213传播。采样棱镜211与采样棱镜101同样地由棱镜形状的玻璃形成。其棱镜形状的斜面相当于界面。
空冷阻尼器212用于使从采样棱镜211的界面向外部透过的激光束向气体照射而衰减。空冷阻尼器212与采样棱镜211相邻。空冷阻尼器212由例如金属形成,并形成为在内部具备空腔的箱状。空冷阻尼器212能够由导热性特别优异的铜或铝、具有一定的强度的铜合金或铝合金形成。空冷阻尼器212利用与采样棱镜211之间的空腔使激光束多重反射并使该激光束衰减。
第1反射镜213用于使激光束反射而变更其光轴C。第1反射镜213在沿着工件的加工区域(焊接区域)的方向上与采样棱镜211相对地配置。第1反射镜213使从采样棱镜211传播过来的激光束朝向沿着工件的面的方向反射并使其朝向第2反射镜214传播。第1反射镜213使激光束的光轴C折回90°。第1反射镜213是使铝那样的金属蒸镀于例如棱镜形状的玻璃的一面而形成的。在第1反射镜213中,蒸镀了金属的一面成为激光束的反射面。第1反射镜213由棱镜形状构成,因此,与由板状构成的情况相比较,易于以其形状(3个角中的1个角是直角)为基准来调整角度。
第2反射镜214用于使激光束反射而变更其光轴C。第2反射镜214在沿着工件的加工区域(焊接区域)的方向上与第1减光滤镜215A相对地配置。第2反射镜214使从第1反射镜213传播过来的激光束朝向沿着工件的面的方向反射并使其朝向第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D传播。第2反射镜214使激光束的光轴C折回90°。第2反射镜214由与第1反射镜213同样的规格形成。
第1减光滤镜215A、第2减光滤镜215B、第3减光滤镜215C以及第4减光滤镜215D用于与检测器231的耐光特性相匹配地调整激光束的强度。第1减光滤镜215A在沿着工件的面内的方向上与第2反射镜214相对地配置。第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D以恒定的间隔配设于第2反射镜214与聚光器部220N之间。第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D对由光衰减装置100和采样棱镜211大幅度地衰减后的激光束的强度进行微调。
在第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D构成为所谓反射型的情况下,作为一个例子,使用将在激光束的波长的光的条件下反射率是几十%~几%的反射膜(由例如铬形成的薄膜)蒸镀于透明的板状的窗材而成的减光滤镜。另一方面,在第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D构成为所谓吸收型的情况下,作为一个例子,使用含有以恒定的比例对激光束的波长的光进行吸收的吸收材料的窗材。第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D使用例如像90%、50%、10%、1%那样减光率彼此不同的减光滤镜。第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D以与光轴C正交的方式与光轴C相对(正对)。减光滤镜既可以如实施方式那样使用多个,也可以仅使用1个。减光滤镜通过组合使用减光率不同的多个减光滤镜而易于将激光束减光成任意的强度。即、不变更光衰减装置100和采样棱镜211的结构,就能够利用第1减光滤镜215A~第4减光滤镜215D对激光束的强度进行微调。
如图1~图3所示,调整部220以使从光轴C偏向而传播的激光束朝向检测区域231a传播的方式将其与光轴C所成的夹角调整得相对地较小。
调整部220具备第1调整部(例如准直部220M)和第2调整部(例如聚光器部220N)。
准直部220M使激光束以沿着光轴C那样的平行光的状态或接近平行光的状态朝向检测器231传播。由准直部220M实现无限远校正区间。准直部220M由物镜构成,该物镜由透镜221、222、223以及224构成。这样的物镜能够适用显微镜等所使用的物镜。准直部220M装入例如生产线的较窄的空间,为了防止与工件之间的干涉,使激光束朝向沿着工件的加工区域(焊接区域)的方向传播。物镜通过选择其数值孔径是例如NA=0.3以上的物镜,能够充分地对由检流计反射镜311扫描的激光束进行聚光,并使其向检测区域231a传播。
聚光器部220N在使激光束接近光轴C同时聚光的状态下,使激光束朝向检测器231传播。聚光器部220N配设于比准直部220M靠沿着光轴C的下游侧的位置。聚光器部220N由成像透镜构成,该成像透镜由透镜225、226、227以及228构成。这样的成像透镜能够适用显微镜等所使用的成像透镜。聚光器部220N构成为能够利用成像透镜矫正激光束的角度。另外,以由透镜225、226、227以及228构成的成像透镜的焦距与在例如生产线中到载置于焊接台的工件的激光束的焦距相等的方式构成,从而能够以精度良好地再现激光焊接时的激光束的轮廓(日文:プロファイラ)的状态进行测量部230对激光束的测量。
如图1~图4所示,测量部230与激光束的光轴C相对地配设,并对照射到检测区域231a的激光束的强度分布进行测量。
测量部230具备检测器231。检测器231配设于沿着光轴C的最下游侧。检测器231的检测区域231a由CCD、CMOS形成,并以与光轴C正交的方式与光轴C相对(正对)。对于检测器231,能够使用照相机类型的检测器。另外,检测器231能够使用如下扫描仪类型的检测器:使用了刀口(日文:ナイフエッジ)方式的扫描仪类型、使用了狭缝方式的扫描仪类型、或使用了针孔方式的扫描仪类型。在检测器231使用了例如狭缝方式的扫描仪类型的检测器的情况下,在设置于光检测器的前方的狭缝旋转着的状态下使激光束入射。在检测器231中,若通过了狭缝的激光束下向检测器(日文:ディテクタ)入射,则产生电动势而将激光束的强度检测为电流值的大小。检测器231基于狭缝的位置检测激光束的分布。
在此,一般而言,检测器231的检测精度依赖于激光束的入射角。在激光束与检测区域231a垂直地入射的情况下,检测器231能够精度最良好地检测激光束的强度分布。即、利用调整部220将从光轴C偏向而传播的激光束与光轴C的夹角调整得相对地较小并使该激光束以与检测区域231a接近垂直的状态入射,从而能够精度良好地检测激光束的强度分布。
如图1和图3所示,显示部240显示由测量部230测量出的激光束的强度分布。
显示部240具备监视器241。监视器241与测量部230的检测器231连接。监视器241对由检测器231获得的激光束的强度分布的数据进行接收而显示。例如生产线的作业者一边利用监视器241目视观察激光束的强度分布一边进行光学调整。监视器241将例如激光束的强度表示于纵轴,将激光束的分布表示于横轴(两轴)的面内。监视器241使激光束的强度分布立体地显示、或从上方朝向下方如鸟瞰图那样地显示、或从侧方显示。
如图1和图3所示,操作部250基于由测量部230测量的激光束的强度分布的测量结果对激光振荡器300的变更部310进行调整,缩小激光束的直径。
操作部250具备控制电路251。控制电路251与激光振荡器300的变更部310的直行台电连接。在此,变更部310设置于激光振荡器300那一侧,并用于将使激光束反射的检流计反射镜311的沿着光轴C的位置向上游侧或下游侧变更。从激光振荡器300导出来的激光束在由检流计反射镜311反射之后,透过fθ透镜312而向光衰减装置100的采样棱镜101传播。fθ透镜312使基于检流计反射镜311的激光束的扫描速度恒定。控制电路251从测量部230接收激光束的强度分布的测量结果,基于接收到的测量结果来控制变更部310的直行台,以激光束的直径变得最小的方式对检流计反射镜311的沿着光轴C的位置进行调整。
如图1和图3所示,控制部260除了进行测量部230和显示部240的控制之外,还借助操作部250对激光振荡器300的变更部310进行控制。
控制部260具备控制器261。控制器261包括ROM、CPU以及RAM。ROM(Read OnlyMemory只读存储器)储存有强度分布测定装置200和激光振荡器300的变更部310的控制程序、成为激光束的基准的理想的强度分布的数据。控制程序在ROM储存有多个,是用于基于例如由测量部230测量的激光束的强度分布的测量结果,并以激光束的直径变小的方式对变更部310进行调整的程序。CPU(Central Processing Unit中央处理器)执行控制程序。RAM(Random Access Memory随机存取存储器)暂时存储由检测器231测量到的激光束的强度分布的数据等。
根据上述的实施方式的光衰减装置100,利用以下的结构起到作用效果。
光衰减装置100具有分束构件(采样棱镜101)、放大构件(双凹透镜102)以及吸收构件103。采样棱镜101对测量对象的光(激光束L)进行分束。双凹透镜102对分束出来的激光束L1的形状进行放大。吸收构件103对放大后的激光束L2的能量进行吸收。在此,吸收构件103具备受光部103a、第1流通部103b以及第2流通部103c。受光部103a接收放大后的激光束L2。第1流通部103b与受光部103a相邻,使对由于激光束L2而在受光部103a产生的热进行吸收的介质(冷却水W)自第1开口部103d导入或导出,同时使其流通。第2流通部103c使经由与第1流通部103b连通的连通部103e而移动的冷却水W自第2开口部103f导出或导入,同时使其流通。
根据如此地构成的光衰减装置100,使吸收了将测量对象的激光束L分束而放大后的激光束L2的能量的冷却水W向经由连通部103e彼此连通的第1流通部103b和第2流通部103c流通并衰减。即、光衰减装置100能够通过使用连通部103e而混合后的冷却水W将与受光部103a接触而吸收了的激光束L2的热向不与受光部103a接触的部分迅速地传导并扩散而吸收。由此,光衰减装置100能够使冷却水W的吸热效率大幅度地提高。因而,光衰减装置100能够利用简便的结构使测量对象的光的一部分充分地衰减。
另外,根据如此地构成的光衰减装置100,假设与第1流通部103b和第2流通部103c相邻的部分的面积相比较,连通部103e的开口的面积充分小的话,就能够使冷却水W在吸收构件103内容易地搅拌并流通。即、冷却水W在从第1流通部103b或第2流通部103c向连通部103e流入时以暂时被压缩了的状态移动且在从连通部103e向第2流通部103c或第1流通部103b流出时以暂时膨胀了的状态移动,因此,以连通部103e的附近为界而冷却水W被搅拌。因而,光衰减装置100能够使冷却水W在吸收构件103内没有遗漏地流通而吸热。而且,光衰减装置100能够利用被搅拌而流速局部地变化了的冷却水W充分地促进受光部103a中的吸热。
另外,根据如此地构成的光衰减装置100,通过使冷却水W在第1流通部103b与第2流通部103c之间流通,与使冷却水W仅在一个流通部流通的结构相比较,能够使吸收构件103内的与冷却水W接触的面积增大。即、通过使由受光部103a吸收了的激光束L2的热也向第1流通部103b和第2流通部103c传导,吸收构件103的整体能够作为散热槽而发挥功能。在具备相同的内容积的吸收构件的情况下,通过利用多个流通部将其内部分隔开,增大与冷却水W接触的面积,因此,能够促进来自冷却水W的散热。尤其是,在第1流通部103b和第2流通部103c彼此相邻的部分的两侧存在冷却水W,因此,能够提高来自冷却水W的散热效率。
另外,根据如此地构成的光衰减装置100,假设在使冷却水W从与受光部103a相邻的第1流通部103b朝向第2流通部103c流通的情况下,能够使在第1流通部103b内吸热后的冷却水W朝向相邻的第2流通部103c迅速地流通而进行排热。与实施方式不同,在构成为使冷却水W从一个流通部(第1流通部)直接地向外部排水(导出)的情况下,在其排水部(导出部)中产生压力损失而易于阻碍排水,因此,不容易进行排热。
另外,根据如此地构成的光衰减装置100,是简便的结构,因此,对于如例如对微细的工件进行激光焊接加工的生产线那样的、难以配置于比较窄的空间而放弃的领域,也能够充分地配置来使用。
而且,在光衰减装置100中,能够设为如下结构:在第1流通部103b的外缘形成第1开口部103d,连通部103e形成于第1流通部103b和第2流通部103c彼此相邻的部分的中央。
根据如此地构成的光衰减装置100,能够使冷却水W在第1流通部103b的外缘与中央之间传播并流通。即、激光束L2的能量被在第1流通部103b内的径向外方与径向内方之间流通的冷却水W吸收。因而,光衰减装置100能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
而且,在光衰减装置100中,能够设为如下结构:第1流通部103b形成为圆筒形状,第1开口部103d使冷却水W沿着第1流通部103b的内周面在周向上导入或导出。
根据如此地构成的光衰减装置100,能够使冷却水W在第1流通部103b的外缘与中央之间一边呈环状涡旋一边流通。即、激光束L2的能量被在第1流通部103b内一边呈环状涡旋一边流通的冷却水W没有遗漏地吸收。因而,光衰减装置100能够使测量对象的光的一部分非常高效地衰减。
而且,在光衰减装置100中,能够设为在第2流通部103c的外缘形成第2开口部103f的结构。
根据如此地构成的光衰减装置100,能够使冷却水W在第2流通部103c的中央与外缘之间传播并流通。即、使冷却水W在第2流通部103c内的径向外方与径向内方之间流通并被导出或导入。因而,光衰减装置100能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
而且,在光衰减装置100中,能够设为如下结构:第2流通部103c形成为圆筒形状,第2开口部103f使冷却水W沿着第2流通部103c的内周面在周向上导出或导入。
根据如此地构成的光衰减装置100,能够使冷却水W在第2流通部103c的中央与外缘之间一边呈环状涡旋一边流通。即、冷却水W在第2流通部103c内一边呈环状涡旋一边流通并被没有遗漏地导出或导入。因而,光衰减装置100能够使测量对象的光的一部分非常高效地衰减。
而且,在光衰减装置100中,能够设为使第1流通部103b和第2流通部103c相邻的部分以及受光部103a分别相对于水平方向倾斜的结构。
根据如此地构成的光衰减装置100,特别适于对沿着重力方向入射到受光部103a的激光束L进行接收的结构。即、与使激光束L沿着重力方向(例如从上方到下方)传播并进行加工那样的通用的光学系统相对应。在此,光衰减装置100通过使冷却水W在第1流通部103b和第2流通部103c相邻的部分处多重反射(多次碰撞),能够使冷却水W没有遗漏地流通。
尤其是,根据如此地构成的光衰减装置100,虽然在吸收构件103的内部产生倾斜而易于在构造上使冷却水W沉淀,但利用使用连通部103e而被混合的冷却水W使第1流通部103b(作为冷却部而发挥功能)和第2流通部103c(作为排热部而发挥功能)之间的流通变得顺利,因此,无需大规模的恒温循环水槽106。
(实施方式的变形例1)
参照图8对实施方式的变形例1的光衰减装置进行说明。实施方式的变形例1的光衰减装置使吸收构件113和114的结构与实施方式的光衰减装置100不同。在实施方式的变形例1的光衰减装置中,对由与前述的实施方式同样的结构构成的构件标注相同的附图标记,省略重复的说明。
参照图8对实施方式的变形例1的光衰减装置的吸收构件的结构和激光束L2的吸收方法进行说明。
图8是以截面表示实施方式的变形例1的光衰减装置的侧视图,图8的(A)是表示光衰减装置的一个例子的图,图8的(B)是表示光衰减装置的另一个例子的图。
在图8的(A)中示出作为一个例子的光衰减装置110。在光衰减装置110中,吸收构件113在受光部103a的与第1流通部113b面对的部分形成有朝向第1流通部113b突出的凸状部113g。受光部103a使用凸状部113g来使与第1流通部113b面对的表面积增加。凸状部113g由导热性优异的铜、铝形成,并在受光部103a以恒定的间隔形成有多个。凸状部113g也可以与受光部103a形成为一体(形成为一个构件)。也可以是,为了使冷却水W的流通顺利,凸状部沿着冷却水W的流路形成为环状、或形成为朝向第1流通部113b变尖的圆锥状。
在图8的(B)中示出作为另一个例子的光衰减装置120。在光衰减装置120中,吸收构件123在受光部123a的接收激光束L2的部分形成有朝向第1流通部123b凹陷的凹状部123h。吸热板123T相当于受光部123a。吸热板103T由导热性优异的铜或铝形成,在与双凹透镜102相对的一侧具有由使中央大幅度凹陷的圆锥形状构成的凹状部123h。受光部123a利用凹状部123h的部分使激光束L2多重反射,在该激光束L2的每次反射时将因激光束L2而产生的热向第1流通部123b内的冷却水W传导。
凹状部123g由导热性优异的铜、铝形成,并在受光部123a的与分离板103U相对的一侧以恒定的间隔形成有多个。凹状部123g与受光部123a形成为一体。也可以是,为了使冷却水W的流通顺利,凹状部123g沿着冷却水W的流路形成为环状、或形成为向内侧凹陷的圆弧状。
壳体123S是与壳体103S基本上同样的形状,但为了安装比吸热板103T大的吸热板123T,使其沿着上下方向伸长地构成。第1支承构件124是与第1支承构件104基本上同样的形状,但激光束L2的光程被吸热板123T所具备的凹状部123h弥补,因此,沿着上下方向缩小地构成。
根据上述的实施方式的变形例1的光衰减装置,利用以下的结构起到作用效果。
光衰减装置110的吸收构件113在受光部113a的与第1流通部113b面对的部分形成有朝向第1流通部113b突出的凸状部113g。
根据如此地构成的光衰减装置110,能够利用使用凸状部113g来增加了与第1流通部113b面对的表面积的受光部113a使因激光束L2而产生的热高效地向第1流通部113b内的冷却水W传导。因而,光衰减装置110能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
而且,在光衰减装置120中,吸收构件123能够设为在受光部123a的接收激光束L2的部分形成朝向第1流通部123b凹陷的凹状部123h的结构。
根据如此地构成的光衰减装置120,利用形成于受光部123a的凹状部123h的部分使激光束L2多重反射,能够在该激光束L2每次反射时使因激光束L2而产生的热高效地向第1流通部123b内的冷却水W传导。因而,光衰减装置120能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
(实施方式的变形例2)
参照图9对实施方式的变形例2的光衰减装置进行说明。实施方式的变形例2的光衰减装置使放大构件(单凹透镜121、凹弯月形透镜122、组合透镜123、以及衍射光栅124)的结构与实施方式的光衰减装置100不同。在实施方式的变形例2的光衰减装置中,仅说明放大构件。
参照图9对实施方式的变形例2的光衰减装置的放大构件的结构和激光束L1的放大方法进行说明。
图9是表示实施方式的变形例2的光衰减装置的放大构件的示意图,图9的(A)是表示第1例的单凹透镜121的图,图9的(B)是表示第2例的凹弯月形透镜122的图,图9的(C)是表示第3例的组合透镜123的图,图9的(D)是表示第4例的衍射光栅124的图。
在图9的(A)中示出相当于放大构件的第1例的单凹透镜121。单凹透镜121使从采样棱镜101传播过来的激光束L1从凹状的入射面121a入射并放大,从平面状的出射面121b射出。从单凹透镜121射出的激光束L2a的形状、传播方向能够通过使激光束L1相对于入射面121a的入射角度、入射面121a的曲率半径、激光束L1入射的位置(从透镜的光轴到外周缘之间)以及材质(确定与激光束L的波长相对应的折射率)等最优化而任意地设定。
在图9的(B)中示出相当于放大构件的第2例的凹弯月形透镜122。凹弯月形透镜122使从采样棱镜101传播过来的激光束L1从凸状的入射面122a入射而从凹状的出射面122b射出并放大。从凹弯月形透镜122射出的激光束L2b的形状、传播方向能够通过使激光束L1相对于入射面122a的入射角度、入射面122a的曲率半径、出射面122b的曲率半径、激光束L1入射的位置以及材质等最优化而任意地设定。
在图9的(C)中示出相当于放大构件的第3例的组合透镜123。组合透镜123是将双凸透镜123P、双凹透镜123Q以及双凸透镜123R这些透镜组合而成的透镜。从组合透镜123射出的激光束L2c的形状、传播方向能够通过组合透镜123的规格而任意地设定。尤其是,组合透镜123易于使激光束L2c朝向预定的位置射出。
在图9的(D)中示出相当于放大构件的第4例的衍射光栅124。衍射光栅124将从采样棱镜101传播来的激光束L1从平面状的入射面124a入射,并从周期性地形成有直线状的微细的槽的出射面124b射出并衍射。从衍射光栅124射出的激光束L2d的形状、传播方向能够通过使激光束L1相对于入射面124a的入射角度、出射面124b处的闪耀角等规格最优化而任意地设定。尤其是,衍射光栅124能够使分散了多次的激光束L2d朝向预定的位置射出。
根据上述的实施方式的变形例2的光衰减装置,利用以下的结构起到作用效果。
光衰减装置将放大构件(单凹透镜121、凹弯月形透镜122、组合透镜123、或衍射光栅124)所放大或衍射的激光束L2a~L2d向受光部103a照射。
根据如此地构成的光衰减装置,吸收构件103的受光部103a能够接收被放大构件射束放大成任意的形状的激光束L2a~L2d。即、受光部103a能够根据射束放大的比率以大范围接收激光束L2a~L2d,能够使每单位面积的激光束L2a~L2d的强度降低。即、受光部103a不因激光束L2a~L2d而过热,被相邻的第1流通部103b内的冷却水W充分地吸热而被冷却。因而,光衰减装置能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
(实施方式的变形例3)
参照图10对实施方式的变形例3的光衰减装置进行说明。实施方式的变形例3的光衰减装置的分束构件(衍射光栅131、窗板132以及镜133)的结构与实施方式的光衰减装置100不同。在实施方式的变形例3的光衰减装置中,仅说明分束构件。
参照图10对实施方式的变形例3的光衰减装置的分束构件的结构和激光束L的分束方法进行说明。
图10是表示实施方式的变形例3的光衰减装置的分束构件的示意图,图10的(A)是表示第1例的衍射光栅131的图,图10的(B)是表示第2例的窗板132的图,图10的(C)表示是第3例的镜133的图。
在图10的(A)中示出相当于分束构件的第1例的衍射光栅131。衍射光栅131使从激光振荡器300射出后的激光束L透过和反射(衍射)而分束。衍射光栅131在周期性地形成有直线状的微细的槽的入射面131a使激光束L中的相当于大部分的激光束L1a朝向受光部103a透过。另一方面,衍射光栅131在其入射面131a使激光束L中的相当于极其小的一部分的激光束L3a朝向强度分布测定装置200反射(衍射)。使衍射光栅131的入射面131a的闪耀角等规格最优化来设定朝向受光部103a的激光束L1a的传播方向和强度以及朝向强度分布测定装置200的激光束L3a的传播方向和强度。尤其是,只要使衍射光栅131由透过型构成而不使金属膜蒸镀于其入射面131a,就能够使所照射的激光束L的大部分透过而朝向受光部103a传播。
在图10的(B)中示出相当于分束构件的第2例的窗板132。窗板132使从激光振荡器300射出的激光束L透过和反射而分束。窗板132由例如板状的玻璃材料形成,在其入射面132a使激光束L中的相当于大部分的激光束L1b朝向受光部103a透过。另一方面,窗板132在其入射面132a使激光束L中的相当于极其小的一部分的激光束L3b朝向强度分布测定装置200反射。使窗板132的入射面132a的角度、材质等规格最优化来设定朝向受光部103a的激光束L1b的传播方向和强度以及朝向强度分布测定装置200的激光束L3b的传播方向和强度。
在图10的(C)中示出相当于分束构件的第3例的镜133。镜133使从激光振荡器300射出的激光束L散射而分束。镜133由使例如金属膜蒸镀于表面的棱镜状的玻璃材料形成。镜133使照射到其角部133a而散射的激光束L中的相当于大部分的激光束L1c朝向受光部103a透过。另一方面,镜133在其角部133a处使激光束L中的相当于极其小的一部分的激光束L3c朝向强度分布测定装置200反射。使镜133的角部133a的形状、角度最优化来设定朝向受光部103a的激光束L1c的传播方向和强度以及朝向强度分布测定装置200的激光束L3c的传播方向和强度。
根据上述的实施方式的变形例3的光衰减装置,利用以下的结构起到作用效果。
光衰减装置使照射到分束构件(衍射光栅131、窗板132、或镜133)的激光束L中的一激光束L1朝向受光部103a透过或反射,并使照射到分束构件的激光束L中的另一激光束L3朝向外部(强度分布测定装置200)反射或衍射。
根据如此地构成的光衰减装置,能够利用分束构件任意地设定朝向双凹透镜102传播而最终衰减的激光束L1的光量与朝向强度分布测定装置200传播而测定强度分布的激光束L3的光量的比例。因而,光衰减装置能够任意地设定测量对象的光的衰减率。
而且,根据如此地构成的光衰减装置,能够利用分束构件任意地设定朝向双凹透镜102传播的激光束L1a~L1c的角度。因而,光衰减装置能够与双凹透镜102的规格、配置到双凹透镜102的下游侧的受光部103a的规格相匹配地使由分束构件分束的激光束L1a~L1c沿着任意的方向传播。
此外,根据如此地构成的光衰减装置,能够利用分束构件任意地设定朝向强度分布测定装置200传播的激光束L3a~L3c的角度。因而,强度分布测定装置200中的激光束L3的测定变得容易。
(实施方式的变形例4)
参照图11对实施方式的变形例4的光衰减装置进行说明。实施方式的变形例4的光衰减装置的吸收构件141的流通部(141b、141c以及141d)的结构与实施方式的光衰减装置100不同。在实施方式的变形例4的光衰减装置中,仅说明吸收构件。
参照图11对实施方式的变形例4的光衰减装置的吸收构件的结构和激光束L2的吸收方法进行说明。
图11是表示实施方式的变形例4的光衰减装置的吸收构件141的示意图。
吸收构件141在受光部141a接收由双凹透镜102放大后的激光束L2。受光部141a与流通部141b相邻。流通部141b、流通部141c以及流通部141d分别划分成长方体形状,以彼此相邻的方式形成。
第1开口部141e沿着流通部141b的内周面在周向上开口,使对由于激光束L2而在受光部141a产生的热进行吸收的冷却水W导入或导出并使冷却水W流通。第1连通部141f形成于流通部141b和流通部141c相邻的部分的中央,使冷却水W流通。第2连通部141g形成于流通部141c和流通部141d相邻的部分的中央,使冷却水W流通。第2开口部141h沿着流通部141d的内周面在周向上开口,使冷却水W导出或导入并使冷却水W流通。
流通部141b、流通部141c以及流通部141d图示为彼此的内容积相同,但也可以以例如越靠近受光部141a、内容积相对越大的方式不同。吸收构件141由导热性优异的铜、铝一体地形成。
根据上述的实施方式的变形例4的光衰减装置,利用以下的结构成起到作用效果。
光衰减装置的吸收构件141具备3个以上彼此使冷却水W移动并流通的流通部(141b、141c以及141d)。
根据如此地构成的光衰减装置,通过根据激光束L2的强度等任意地设定流通部的数量,特别是能够调整冷却水W在与受光部相邻的流通部141b内的流通效率。因而,光衰减装置能够使测量对象的光的一部分高效地衰减。
此外,本发明能够基于权利要求书所记载的结构成进行各种改变,这些也是本发明的范畴。
例如,在本实施方式中,设为使冷却水W那样的液体在吸收构件103的内部循环的结构来进行了说明。然而,并不限定于这样的结构,也可以设为使例如吸热性优异的气体那样的气体在吸收构件103的内部循环的结构。
另外,在本在实施方式中,设为使用恒温循环水槽106而使冷却水W在吸收构件103的内部循环的结构来进行了说明。然而,并不限定于这样的结构,也可以设为使例如从自来水管供给的自来水在吸收构件103的内部循环的结构。
本申请基于2015年3月13日提出申请的日本特许出愿编号2015-050988号,该日本特许出愿的公开内容被参照,并被整体上编入。
附图标记说明
100、110、120、光衰减装置;101、采样棱镜(分束构件);101a、界面;102、双凹透镜(放大构件);102a、入射面;102b、出射面;103、吸收构件;103a、受光部;103b、第1流通部;103c、第2流通部;103d、第1开口部;103e、连通部;103f、第2开口部;103S、壳体;103Sa、第1支承部;103Sb、第2支承部;103T、吸热板;103U、分离板;104、第1支承构件;104a、上部;104b、空间部;104c、下部;104d、安装孔;105、第2支承构件;105a、上部;105b、空间部;105c、下部;106、恒温循环水槽;107、导入管;108、导出管;113、吸收构件;113b、第1流通部;113g、凸状部;123、吸收构件;123a、受光部;123、第1流通部;123g、凹状部;123h、凹状部;123S、壳体;123T、吸热板;124、第1支承构件;121、单凹透镜(放大构件);121a、入射面;121b、出射面;122、凹弯月形透镜(放大构件);122a、入射面;122b、出射面;123、组合透镜(放大构件);123P、双凸透镜;123Q、双凹透镜;123R、双凸透镜;124、衍射光栅(放大构件);124a、入射面;124b、出射面;131、衍射光栅(分束构件);131a、入射面;132、窗板(分束构件);132a、入射面;133、镜(分束构件);133a、角部;141、吸收构件;141a、受光部;141b、141c、141d、流通部;141e、第1开口部;141f、第1连通部;141g、第2连通部;141h、第2开口部;200、强度分布测定装置;210、辅助衰减部;220、调整部;230、测量部;240、显示部;250、操作部;260、控制部;300、激光振荡器;310、变更部;L、激光束(激光振荡器300从导出的光);L1、L1a、L1b、L1c、激光束(由分束构件分束而朝向放大构件传播的光);L2、L2a、L2b、L2c、L2d、激光束(由放大构件放大而朝向吸收构件的受光部传播的光);L3、L3a、L3b、L3c、激光束(由分束构件分束而朝向强度分布测定装置200传播的光);W、冷却水(介质);C、光轴。
Claims (11)
1.一种光衰减装置,其具有:
分束构件,其对测量对象的光进行分束;
放大构件,其对分束出来的光的形状进行放大;以及
吸收构件,其对放大后的光的能量进行吸收,
所述吸收构件具备:
受光部,其接收放大后的所述光;
第1流通部,其与所述受光部相邻,使对由于所述光而在所述受光部产生的热进行吸收的介质自第1开口部导入或导出并使该介质流通;以及
第2流通部,其使经由与所述第1流通部连通的连通部而移动的所述介质自第2开口部导出或导入并使所述介质流通。
2.根据权利要求1所述的光衰减装置,其中,
所述第1开口部形成于所述第1流通部的外缘,
所述连通部形成于所述第1流通部与所述第2流通部彼此相邻的部分的中央。
3.根据权利要求1或2所述的光衰减装置,其中,
所述第1流通部形成为圆筒形状,
所述第1开口部使所述介质沿着所述第1流通部的内周面在周向上导入或导出。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述第2开口部形成于所述第2流通部的外缘。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述第2流通部形成为圆筒形状,
所述第2开口部使所述介质沿着所述第2流通部的内周面在周向上导出或导入。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的光衰减装置,其中,
使所述第1流通部和所述第2流通部相邻的部分以及所述受光部分别相对于水平方向倾斜。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述吸收构件在所述受光部的与所述第1流通部面对的部分形成有朝向所述第1流通部突出的凸状部。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述吸收构件在所述受光部的接收所述光的部分形成有朝向所述第1流通部凹陷的凹状部。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述放大构件将放大或衍射后的所述光向所述受光部照射。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述分束构件使照射到所述分束构件的所述光中的一部分光朝向所述受光部透过或反射并使照射到所述分束构件的所述光中的另一部分光朝向外部反射或衍射。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的光衰减装置,其中,
所述吸收构件具备3个以上彼此使所述介质移动并流通的所述流通部。
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