CN110544867A - 激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光振荡器，能够适当地进行保护使得免受反射光的损害。激光振荡器(1)具备：多个光检测传感器(40)，所述多个光检测传感器(40)针对来自用于射出激光的光纤(30)的泄漏光，借助特性各自不同的滤波器(41)来检测互不相同的波长的强度；以及控制部(50)，其在由多个光检测传感器(40)中的任一个光检测传感器检测到的泄漏光的强度超过按每个该光检测传感器(40)设定的阈值的情况下，停止激光的振荡。

Description

激光振荡器
技术领域
本发明涉及一种具有进行保护使得免受反射光的损害的保护功能的激光振荡器。
背景技术
以往，在金属或者塑料等的切割或焊接等中所使用的、使用了光纤的激光振荡器以超过1kW的激光输出来对对象物进行加工。这样的激光振荡器的激光输出高，因此，有时从对象物反射并返回激光振荡器的反射光会使激光振荡器损坏。
因此，在激光振荡器中设置了当探测到强度超过阈值的反射光时停止激光的振荡的功能(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-146752号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，根据激光加工的种类，反射光的强度和波长各种各样，因此，难以设定恰当的阈值。而且，产生了当阈值低时无法保护激光振荡器、当阈值高时激光振荡器不必要地停止而运转率降低等由阈值不恰当导致的不良状况。
本发明的目的在于提供一种能够恰当地进行保护使得免受反射光的损害的激光振荡器。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的激光振荡器(例如后述的激光振荡器1)具备：多个传感器(例如后述的光检测传感器40)，所述多个传感器针对来自用于射出激光的光纤(例如后述的光纤30)的泄漏光，借助特性各自不同的滤波器(例如后述的滤波器41)来检测互不相同的波长的强度；以及控制部(例如后述的控制部50)，其在由所述多个传感器中的任一个传感器检测到的泄漏光的强度超过按每个该传感器设定的阈值的情况下，停止激光的振荡。
(2)也可以是，在(1)所述的激光振荡器中，所述多个传感器彼此对每个波长的灵敏度不同。
(3)也可以是，(1)或(2)所述的激光振荡器具备将多个激光耦合的光束组合器(例如后述的光束组合器20)，所述多个传感器中的一部分传感器配置于所述光束组合器的入射侧的端口。
(4)也可以是，在(1)～(3)中的任一项所述的激光振荡器中，针对检测激光的振荡波长的传感器的阈值被设定为比针对检测与该振荡波长不同的波长的传感器的阈值低。
(5)也可以是，(1)～(4)中的任一项所述的激光振荡器具备存储部(例如后述的存储部60)，该存储部存储由与互不相同的波长对应的多个传感器检测到的多个时间序列数据，所述控制部判定所述多个时间序列数据的波形的相似度，将针对检测到相似的波形的传感器的阈值设定为比针对其它传感器的阈值高。
(6)也可以是，在(5)所述的激光振荡器中，所述控制部使所述时间序列数据中的规定期间的波形标准化，在以所述规定期间对强度之差进行积分所得到的值小于规定值的情况下，判定为波形相似。
(7)也可以是，在(1)～(6)中的任一项所述的激光振荡器中，所述控制部根据所输入的加工条件来变更所述阈值。
发明的效果
根据本发明，能够恰当地保护激光振荡器免受反射光的损害。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的激光振荡器的结构的图。
图2是表示第一实施方式所涉及的光检测传感器相对于光纤的配置例的图。
图3是表示第一实施方式所涉及的定义有加工条件与阈值的关系的加工条件表的图。
图4是表示第二实施方式所涉及的激光振荡器的结构的图。
附图标记说明
1：激光振荡器；10：激光腔；20：光束组合器；30：光纤；40：光检测传感器；41：滤波器；50：控制部；60：存储部。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式所涉及的激光振荡器1的结构的图。
激光振荡器1具备激光腔(LC)10、光束组合器(BC)20、光纤30、光检测传感器40、滤波器41、控制部50以及存储部60。
激光振荡器1通过BC 20使由LC 10产生的激光耦合后通过光纤30来进行传输。
激光被利用于加工或焊接等，除了来自对象物的反射光之外，有时光还会因散射、伴随加工点处的发热而产生的发光、等离子发光、2次谐波的产生等而返回至光纤30。当返回光的强度高时，有时会使BC 20或LC 10等损坏。
因此，在光纤30的熔接点等容易向外部泄漏光的部位配置多个光检测传感器40(例如光检测传感器40a及40b)。
光检测传感器40例如为光电二极管等，通过检测根据光强度而变化的电流值等来测定光强度。
图2是表示本实施方式所涉及的光检测传感器40相对于光纤30的配置例的图。
由激光振荡器1产生的激光(顺光)入射至光纤30的芯31，来自对象物的反射光等返回光入射至芯31和包层32。这些顺光和返回光容易从光纤30的熔接点33、特别是包层32的部分向外部泄漏。
因而，通过在该熔接点33配置光检测传感器40来检测与主要被返回光占据的包层32内的光强度相关的泄漏光的强度。
在此，所配置的多个光检测传感器40借助特性各自不同的滤波器来检测互不相同的波长的光强度。
另外，也可以是，多个光检测传感器40彼此对每个波长的灵敏度特性不同。
例如，对特定的波长的灵敏度根据光电二极管的种类而不同，因此，选择对所检测的波长的灵敏度良好的光检测传感器40。而且，通过插入高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器等适当的滤波器41(例如滤波器41a及41b)，光检测传感器40能够选择性地检测特定的波长的光强度。
在由多个光检测传感器40中的任一个光检测传感器检测到的泄漏光的强度超过按每个传感器设定的阈值的情况下，控制部50停止通过LC 10进行的激光的振荡。
在此，在返回光中，来自对象物的反射光不伴有转换因此强度最强，使激光振荡器1损坏的可能性高，因此，优先进行基于与激光相同的波长的检测值的控制。
具体地说，针对检测激光的振荡波长的光检测传感器40的阈值被设定为比针对检测与振荡波长不同的波长的光检测传感器40的阈值低。例如，在振荡波长为1070nm时，针对600nm、1150nm、1500nm的波长的阈值被设定为100μW，相对于此，针对1070nm的波长的阈值被设定为50μW。
另外，控制部50根据加工内容和激光的种类等所输入的加工条件来变更对各光检测传感器40设定的阈值。
存储部60存储用于实施由控制部50实现的控制方法的软件、以及各种数据。每个前述的光检测传感器40的阈值也被存储于存储部60，由控制部50来进行参照。
图3是表示本实施方式所涉及的定义有加工条件与阈值的关系的加工条件表的图。
在该例中，针对由加工对象物的材料和板厚、激光输出、频率、占空比、加工速度、聚光透镜的焦距、加工喷嘴的直径、辅助气体的种类和压力等表示的各个加工条件，设定了针对振荡波长的光强度的阈值。
在此，对于与振荡波长不同的波长的光强度，也可以与各光检测传感器40相关联地设定各个阈值，也可以通过规定的计算式来计算。
此外，用于停止激光的振荡的阈值是通过随着实际的加工而累积数据来求出的。另外，用户也能根据状况来适当地调整阈值。
根据本实施方式，激光振荡器1针对来自光纤的泄漏光借助特性各自不同的滤波器来检测互不相同的波长的强度，在由多个光检测传感器40中的任一个光检测传感器检测到的泄漏光的强度超过按每个光检测传感器40设定的阈值的情况下，停止激光的振荡。
因而，激光振荡器1能够检测多个波长的光强度，并分别设定针对激光的振荡波长等特定的波长的阈值以及针对其它波长的阈值，根据损坏的风险来恰当地停止激光的振荡。
其结果是，激光振荡器1能够恰当地进行保护使得免受反射光的损害，并且能够抑制由激光振荡的不必要的停止导致的运转率的降低，能够实现稳定运转。
光检测传感器40彼此对每个波长的灵敏度不同，因此，能够通过组合透过的波长不同的滤波器来分别检测特定的不同的波长。因而，激光振荡器1能够选择性地分别检测多个波长的光强度，并能够通过分别独立地设定阈值来恰当地判定激光振荡器1是否可以运转。
激光振荡器1将针对激光的振荡波长的阈值设定为比针对其它波长的阈值低，因此，对返回光中最强的反射光敏感，能够恰当地停止激光的振荡，并且，对于其它波长的返回光，不会进行不必要的激光振荡的停止，能够稳定运转。
激光振荡器1根据加工条件来变更阈值，由此，能够使用适合激光的利用状况的各波长的阈值来恰当地判定是否可以运转。
[第二实施方式]
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。
在本实施方式中，与第一实施方式相比，光检测传感器40的配置不同。
图4是表示本实施方式所涉及的激光振荡器1的结构的图。
多个光检测传感器40中的至少用于检测振荡波长的光强度的光检测传感器40c配置于BC 20的入射侧的端口。
BC 20将由LC 10产生的激光耦合，因此，为最适合所产生的激光的波长的构造。因此，在BC 20中，激光的波长以外的波长的透过率低于激光的波长的透过率。
光检测传感器40c安装于BC 20的LC 10侧的端口中的一个端口，由此，能够检测除波长与所产生的激光的波长相同的反射光以外的成分发生了衰减后的返回光。
另外，光检测传感器40c与LC 10并联地配置，由此，返回光由于被分支而发生衰减，因此，能够抑制向光检测传感器40c的输入变得过大的风险。并且，也可以通过设置ND(Neutral Density：中性密度)滤波器等来使向光检测传感器40c的输入衰减。
根据本实施方式，激光振荡器1将光检测传感器40配置于BC 20的LC 10侧的端口，由此，除激光的振荡波长以外的成分发生衰减，因此，能够高精度地检测反射光单独的强度，能够恰当地判定是否可以运转。
[第三实施方式]
以下，对本发明的第三实施方式进行说明。
在本实施方式中，利用由光检测传感器40得到的检测值的规定期间的时间序列数据，来设定阈值。
存储部60存储由与互不相同的波长对应的多个光检测传感器40检测到的多个时间序列数据。
控制部50判定所存储的多个时间序列数据的波形的相似度，将针对检测到相似的波形的光检测传感器40的阈值设定为比针对其它光检测传感器40的阈值高。
具体地说，控制部50将时间序列数据中的规定期间的波形标准化，在以规定期间对强度之差进行积分所得到的值小于规定值的情况下，判定为波形相似。
例如，关于a(t)和b(t)这两个时间序列数据，以时刻t来进行标准化后的值分别为a(t)/Σa(t)和b(t)/Σb(t)。当对两者之差的绝对值进行积分时，为Σ|a(t)/Σa(t)-b(t)/Σb(t)|。
在波形相似的情况下，检测到波段宽的返回光，能够判断为该返回光不是与激光相同波长的光为主体的反射光。在这种情况下，激光振荡器1损坏的风险低，因此，控制部50将判定的阈值设定得相对较高。另一方面，在波形不相似的情况下，检测到特定的波长的返回光，激光振荡器1损坏的风险高，因此，将判定的阈值设定得相对较低。
根据本实施方式，激光振荡器1按每个光检测传感器40即按每个波长来存储所检测到的光强度的时间序列数据。然后，对时间序列数据的波形彼此进行比较，在比较的结果为相似的情况下，为包含宽范围的波长的返回光，能够判断为不是仅由使激光振荡器1损坏的特定的波长形成的返回光，因此，激光振荡器1将阈值设定得较高。由此，激光振荡器1能够抑制不必要的运转停止。
激光振荡器1使时间序列数据的波形标准化，并通过以规定期间来对差进行积分所得到的值来判定波形的相似度。因而，激光振荡器1能够使用规定期间的检测数据来容易且连续地判定返回光的危险度，且能够将判定结果反映于阈值。其结果是，激光振荡器1能够更恰当地判定是否可以运转。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于前述的实施方式。另外，本实施方式中所记载的效果只不过列举出了由本发明所产生的最优的效果，由本发明实现的效果不限定于本实施方式中所记载的效果。

Claims (7)

1.一种激光振荡器，具备：
多个传感器，所述多个传感器针对来自用于射出激光的光纤的泄漏光，借助特性各自不同的滤波器来检测互不相同的波长的强度；以及
控制部，其在由所述多个传感器中的任一个传感器检测到的泄漏光的强度超过按每个该传感器设定的阈值的情况下，停止激光的振荡。
2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，
所述多个传感器彼此对每个波长的灵敏度不同。
3.根据权利要求1或2所述的激光振荡器，其特征在于，
具备将多个激光耦合的光束组合器，
所述多个传感器中的一部分传感器配置于所述光束组合器的入射侧的端口。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的激光振荡器，其特征在于，
针对检测激光的振荡波长的传感器的阈值被设定为比针对检测与该振荡波长不同的波长的传感器的阈值低。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的激光振荡器，其特征在于，
具备存储部，该存储部存储由与互不相同的波长对应的多个传感器检测到的多个时间序列数据，
所述控制部判定所述多个时间序列数据的波形的相似度，将针对检测到相似的波形的传感器的阈值设定为比针对其它传感器的阈值高。
6.根据权利要求5所述的激光振荡器，其特征在于，
所述控制部使所述时间序列数据中的规定期间的波形标准化，在以所述规定期间对强度之差进行积分所得到的值小于规定值的情况下，判定为波形相似。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的激光振荡器，其特征在于，
所述控制部根据所输入的加工条件来变更所述阈值。
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