CN108695681A - 具备多个激光模块的激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备多个激光模块的激光装置。该激光装置具备防止切换要驱动的激光模块的个数时的不良的功能。激光装置具备：多个激光模块；合波器，其将来自激光模块的激光进行合成；光输出指令部，其生成针对上述合成激光的第一光输出指令；激光模块选择/指令部，其根据第一光输出指令选择多个激光模块中应该驱动的激光模块，并且对选择出的激光模块分别生成第二光输出指令，激光模块选择/指令部将增加和减少要驱动的激光模块的个数时的第一光输出指令的阈值设定为相互不同。

Description

具备多个激光模块的激光装置
技术领域
本发明涉及一种具备多个激光模块的激光装置。
背景技术
目前知道一种将从多个激光模块(激光光源)输出的激光进行合成，照射所得到的合成激光的装置(例如参照日本特开2006-012888号公报)。
另外，也知道一种技术(例如参照日本特开2012-227353号公报、国际公开第2014/133013号)，在具有多个激光模块的激光加工机中，根据合成激光的输出或光斑直径来调整进行驱动的激光模块的个数。
在每个激光模块中有能够稳定激光并输出的光输出的下限，因此为了在具备多个激光模块的激光装置中确保较宽的光输出范围，谋求适当切换进行激光振荡的激光模块的个数。但是，光输出指令值大多在激光照射中发生变化，由此会频繁切换应该进行激光振荡的激光模块的个数，输出会变得不稳定。
发明内容
本发明的一个方式为，一种激光装置，具备：多个激光模块；激光电源部，其用于驱动各个上述激光模块；合波器，其将上述多个激光模块进行振荡的激光进行合成并作为合成激光来输出；光输出指令部，其生成针对上述合成激光的第一光输出指令；激光模块选择/指令部，其根据上述第一光输出指令从上述多个激光模块选择应该驱动的激光模块，并且生成针对选择出的激光模块的第二光输出指令；以及控制部，其根据上述第二光输出指令来控制上述激光模块以及上述激光电源部，关于与上述第一光输出指令的变化对应的、进行激光振荡的上述激光模块的个数切换，上述激光模块选择/指令部将进行激光振荡的激光模块的个数增加到N个时的上述第一光输出指令的第二阈值设定为比从上述N个减少进行激光振荡的激光模块的个数时成为基准的上述第一光输出指令的第一阈值高预定值的值或低预定值的值。
附图说明
通过说明与附图关联的以下的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。在该附图中：
图1是优选实施方式的激光装置的主要部分的功能框图。
图2是表示第一光输出指令的时间变化的一例的图表。
图3是表示本公开的第一光输出指令与进行激光振荡的激光模块的个数之间的关系的图表。
具体实施方式
图1是本发明的优选实施方式的激光装置的主要部分的功能框图。激光装置10例如是激光加工机，具有：多个激光振荡模块(激光模块)12；激光电源部14，其对激光模块12提供驱动电力(通常与激光模块12数量相同)；合波器16，其将从激光模块12输出(振荡)的激光进行合成，且作为合成激光输出到外部；光输出指令部18，其生成针对合成激光的第一光输出指令(值)；激光模块选择/指令部20，其根据第一光输出指令选择多个激光模块12中应该驱动(激光振荡)的激光模块，并且对选择出的激光模块分别生成第二光输出指令(值)；以及控制部22，其根据第二光输出指令来控制激光电源部14以及激光模块12。另外，根据激光装置10的使用目的等来适当决定激光模块12的个数，例如是2～30的范围的值，但是不限于此。
另外，激光装置10具有检测从合波器16输出的合成激光的实际强度的光传感器等第一光检测器24、检测从各个激光模块12振荡的激光的强度的光传感器等第二光检测器26。这些光传感器的检测值能够反馈给控制部22，这样控制部22能够基于检测出的合成激光的强度以及各个模块的激光强度进行反馈控制。
例如能够通过处理器的方式提供光输出指令部18、激光模块选择/指令部20以及控制部22，可以被合并到激光装置10或控制其的控制装置内，也可以作为与激光装置10(的外壳)外观上不同的个人计算机等来进行提供。另外，光输出指令部18、激光模块选择/指令部20以及控制部22中的至少一个也可以具备存储用于进行后述的运算处理的数据等的功能或存储器等存储部。
以下，说明激光装置10的应该驱动的激光模块的个数切换处理。一般针对合成激光的第一光输出部指令P大多如图2的图表所例示那样逐次进行变化，应该使用(驱动)的模块的个数或对各个模块的第二光输出指令(值)根据第一光输出指令P的变化而被逐次变更。
这里目前根据第一光输出指令唯一并且自动地决定应该驱动的模块的个数，例如图2的情况下，进行以下控制，即如果第一光输出指令P上升而达到阈值Pd(时刻t1)，则增加进行驱动的模块个数，相反如果第一光输出指令P下降而达到Pd(时刻t2)，则减少进行驱动的模块个数。但实际上如图2的从时刻t1到时刻t4之间那样，根据激光照射条件，第一光输出指令P有时会在短时间内在阈值Pd上下而频繁地发生变化，此时，实际的光输出重复使阈值略为上升或下降，所以在从时刻t1到时刻t4之间进行驱动的模块个数也频繁地切换，这会使光输出不稳定，在将激光装置10作为激光加工机进行使用时会有加工精度变差等。另外，在从时刻t2到时刻t3之间那样，当第一光输出指令为Pd且恒定时，也没有唯一地决定进行驱动的模块的个数就能够选择2个，担心进行驱动的模块的个数无意义且频繁地切换。这种情况下会导致光输出的不稳定化和加工精度变差。
因此，在本实施方式中，如图3所示，进行控制使得减少应该驱动的模块个数时成为基准的第一阈值与增加时成为基准的第二阈值有意地不同。这里作为一例，当第一光输出指令值P发生1000W→100W→10000W的变化时，根据激光模块12的规格等，在第一光输出指令值P为1000W时将进行驱动的激光模块12的个数设为3(N＝3)，为100W时将进行驱动的激光模块12的个数减少2个设为1(N-△N＝1)。因此在从100W到1000W之间需要对第一光输出指令设定切换个数时成为基准的阈值。
因此，当从N个减少进行驱动的激光模块12的个数时，例如将切换该个数的第一阈值Pd设为300W。即，当第一光输出指令值P从1000W减少而成为300W时，进行驱动的激光模块12的个数从3切换为1。另一方面，当进行驱动的激光模块12的个数增加到N个时，例如将切换该个数的第二阈值Pc设定为比300W大预定值(△P)的Pc(Pc＝Pd+△P)，这里△P被设定为50W。即，当第一光输出指令值P从100W增加变成350W时，进行驱动的激光模块12的个数从1被切换为3。
通过图3的处理，在阈值Pd附近，即使有时进行驱动的模块的个数减少也不会增加。另一方面，在阈值Pc附近，即使有时进行驱动的模块的个数增加也不会减少。因此无论在什么时候，进行驱动的模块的个数不会频繁地增减，合成激光的输出稳定。
上述预定值(△P)在切换应该驱动的激光模块的个数时成为基准的阈值(Pd、Pc)在第一光输出指令值减少时和增加时被有意地设定为不同。作为一例，预定值△P被设定为比第一光输出指令值固定时的实际(第一光检测器24测量到的)光输出的变动幅度大的值，例如能够设定为阈值(这里为300W)的3％以上、5％以上或者10％以上的值。另外，预定值△P能够设定为例如阈值(这里为300W)的15％以下、20％以下或者25％以下的值。另外，预定值△P也能够设定为50W等固定值。这样，进行驱动的激光模块的个数不会意外地频繁切换，能够得到稳定的光输出的合成激光。
另外，在上述实施例中，进行驱动的激光模块的个数从一个切换为3个(或者其相反)(即一次增减2个)，但是本发明不限于此。例如，如果第一光输出指令达到某个阈值，则可以使进行驱动的激光模块的个数增加一个或减少一个，也可以一次增加或减少3个以上。这种阈值与该阈值的个数变化量之间的关系能够预先决定。
在实际的激光装置中，在针对各个激光模块的第二输出指令与该激光模块的实际光输出之间有时会产生其调整精度和调整后的特性变化引起的差异，该差异在模块之间大多有波动。这种情况下，激光模块选择/指令部20在减少进行激光振荡(驱动)的激光模块12的个数时，可以优先地选择第二输出指令与实际(第二光检测器26检测出的)光输出之间的差最小或者在预定范围内的激光模块作为继续激光振荡的激光模块。或者，激光模块选择/指令部20在减少进行激光振荡(驱动)的激光模块12的个数时，可以优先地选择第二输出指令与实际(第二光检测器26检测出的)光输出之间的差最大或者在预定范围外的激光模块作为停止激光振荡的激光模块。
例如，当第一输出指令值为600W且3个激光模块的第二输出指令都为200W时，若第二光检测器26检测出的输出分别为230W、190W、180W，则在进行驱动的激光模块的个数减少2个时能够使输出190W的模块剩下。或者，上述预定范围被设定为20W且进行驱动的激光模块的个数减少1个时，能够停止输出为230W的(超过预定范围)模块的激光振荡。这样，将输出指令与实际光输出之间的差最小或比较小的激光模块作为继续激光振荡的激光模块而剩下，从而能够提高个数切换后的激光的输出精度，能够实现更稳定的光输出。
另外，在减少进行激光振荡的激光模块的个数时，激光模块选择/指令部20可以优先选择考虑了累积驱动时间或基于驱动条件的加速系数的有效累积驱动时间为最长、或者比预定时间长的激光模块、或者被推定为基于光输出特性的剩余寿命为最短或者比预定时间短的激光模块作为停止激光振荡的激光模块。通过这种处理，能够优先地使用被推定为剩余寿命长的激光模块，作为结果实现激光装置整体的长寿命化。
这里，例如能够使用对各个激光模块的总通电时间作为各个激光模块的累积驱动时间。另外，作为“考虑了基于驱动条件的加速系数的有效累积驱动时间”的例子，能够使用以时间将针对各个模块的输出指令所对应的标准输出指令的寿命负荷系数进行了积分的值和针对各个模块的实际光输出所对应的标准光输出的寿命负荷系数的时间积分值。另外，例如能够通过定期地测量各个模块的光输出且计算从初始的输出的输出下降(劣化)的程度来求出基于光输出特性的剩余寿命。
进一步，控制部22能够根据第二光检测器26的各个激光模块12的检测值并按照预定的日程来定期地求出各个模块的光输出特性，并将其发送给激光模块选择/指令部20。这里的光输出特性指例如第二光输出指令中包括的电流值与实际的光输出之间的关系。另一方面，激光模块选择/指令部20能够存储来自控制部22的光输出特性，能够根据定期从控制部22发送来的光输出特性数据来逐次更新所存储的光输出特性。这样，按照预定的日程定期地测量各个激光模块12的光输出特性，定期地更新存储在激光模块选择/指令部20中的光输出特性，从而激光模块选择/指令部20能够更高精度地对各个激光模块12输出第二光输出指令。进一步，能够从早期阶段识别表示被推定为剩余寿命变短的光输出特性的激光模块。
另外，在上述实施方式中，关于与来自光输出指令部18的第一光输出指令值P的变化对应的进行激光振荡(驱动)的激光模块12的个数切换，相对于从N个减少进行激光振荡的激光模块12的个数时的阈值Pd，将进行激光振荡的激光模块12的个数增加到N个时的阈值Pc设定为比Pd高预定值△P的光输出指令值(Pc＝Pd+△P)。但是，相反，相对于从N个减少进行激光振荡的激光模块12的个数时的阈值Pd，也能够将进行激光振荡的激光模块12的个数增加到N个时的阈值Pc设定为比Pd低预定值△P的光输出指令值(Pc＝Pd-△P)。此时，在阈值Pc附近，即使有时进行驱动的模块的个数增加也不会减少，另一方面，在阈值Pd附近即使有时进行驱动的模块的个数减少也不会增加。因此此时会得到以下效果，即合成激光的输出稳定，在将激光装置10作为激光加工机使用时会提高加工精度。
根据本公开，在具有多个激光模块的激光装置中，使得切换进行激光振荡的激光模块的个数时的第一光输出指令的阈值与增加和减少进行激光振荡的激光模块的个数时不同，从而能够提高激光输出的稳定性。

Claims (4)

1.一种激光装置，其特征在于，
该激光装置具备：
多个激光模块；
激光电源部，其用于驱动各个上述激光模块；
合波器，其将上述多个激光模块进行振荡的激光进行合成并作为合成激光来输出；
光输出指令部，其生成针对上述合成激光的第一光输出指令；
激光模块选择/指令部，其根据上述第一光输出指令从上述多个激光模块选择应该驱动的激光模块，并且生成针对选择出的激光模块的第二光输出指令；以及
控制部，其根据上述第二光输出指令来控制上述激光模块以及上述激光电源部，
关于与上述第一光输出指令的变化对应的、进行激光振荡的上述激光模块的个数切换，上述激光模块选择/指令部将进行激光振荡的激光模块的个数增加到N个时的上述第一光输出指令的第二阈值设定为比从上述N个减少进行激光振荡的激光模块的个数时成为基准的上述第一光输出指令的第一阈值高预定值的值或低预定值的值。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
在减少进行激光振荡的激个模块的个数时，上述激光模块选择/指令部优先选择第二光输出指令与实际光输出之间的差为最小或在预定范围内的激光模块作为继续激光振荡的激光模块。
3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
在减少进行激光振荡的激个模块的个数时，上述激光模块选择/指令部优先选择考虑了累积驱动时间或基于驱动条件的加速系数的有效的累积驱动时间为最长或者比预定值大的激光模块、或者被推定为基于光输出特性的剩余受命为最短或者比预定值小的激光模块作为停止激光振荡的激光模块。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的激光装置，其特征在于，
上述控制部按照预定的日程定期地求出上述激光模块的光输出特性并发送给上述激光模块选择/指令部，上述激光模块选择/指令部存储上述光输出特性，并且根据从上述控制部发送来的光输出特性数据来逐次更新光输出特性。
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