CN1235886A - 激光处理设备 - Google Patents

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CN1235886A
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佐佐木晴树
川村浩二
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Miyachi Technos Corp
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Miyachi Technos Corp
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

一种激光处理设备,其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场,它包含:光纤设定装置,用于设定光纤的种类和直径;激光输出上限值寻找装置,根据光纤设定装置设定的光纤种类和直径寻找激光束的激光输出上限值;激光输出设定装置,用于设定激光束的激光输出;以及判断装置,把激光输出设定装置设定的激光输出值与激光输出上限值寻找装置找到的激光输出上限值相比较,以判断所述激光输出设定值是否超过激光输出上限值。

Description

激光处理设备
本发明涉及一种光纤传输型激光处理设备。
在利用YAG激光器一类的激光处理设备在远离设备本体的地点进行激光处理的情况下，设备本体内的输入单元经由一光纤与远处(处理地点)的输出单元连接。在设备本体中产生的激光束通过光纤从输入单元传送到输出单元，在输出单元处激光束被射到工件上。
近来流行一种多位处理，其中将在设备本体内振荡的激光束分为多个激光束，然后经由光纤将这些激光束引向不同位置。
至今，产生脉冲激光束以进行激光处理的激光处理设备利用了一种脉冲激光束激光输出的或者与之相应的预定电子参数的变化控制波形技术，以适应各种处理要求。
按照这种波形控制系统，波形控制所需的基准波形是预先设定的并将其输入激光处理设备中。在激光处理设备中，从激光电源单元为激光振荡单元提供电源，以振荡地输出激光束，一个激光控制部件以开环控制系统或闭环(反馈)控制系统控制激光电源单元，以允许波形、亦即从激光振荡单元振荡输出的激光束的激光输出随时间的变化或激光电源单元的预定电子参数随时间的变化与基准波形一致。
在利用脉冲激光束进行激光处理的情况下，通常以一预定重复频率将串脉冲激光束照射到工件上。
在如上所述的光纤传输型激光处理设备中，激光束必须正确地照射到在设备本体输入单元中的光纤的一端面上(换言之，它必须集中在该端面的中心部分上)。激光束在光纤上的不准确入射导致激光输出的较大损失或光纤端面的燃烧。因此，在输入单元中，当安装或装配设备或交换光纤时，在光轴方向(Z方向)上调节(聚焦)聚光透镜的位置，同时以垂直于光轴的方向(XY方向)调节(光轴较准)光纤的连接位置。
然而，在这种种类的激光处理设备中，如果激光输出超过一定值，激光介质(YAG棒)的热透镜效应等可能引起如图22所示的放大光束直径或输出角，如从激光振荡单元200振荡的激光束LB的虚线LB’所表示的，其结果是即使用输入单元中的聚光透镜202对其聚光，激光束仍满出光纤204的入射端面，从而导致光纤204的可能燃烧或欠缺的处理。造成这种缺陷的激光输出的极限值取决于光纤的种类和直径。
为此，在多位处理系统中，由于替换光纤带来的光纤种类或直径上的任何变化可能导致光纤的激光输出的上限变化。因此，即使至此它一直是正常的，在交换后该上限可能被超过，从而使光纤损坏。
此外，在波形控制的激光处理设备中，用户(操作者)可将脉冲波形和脉冲激光束的脉冲重复频率设置为任何值。因此，有可能进行这样的设置，使之超过光纤的激光输出极限值。
本发明考虑到了现有技术中所存在的上述问题。因此本发明的目的是提供一种能够自动管理激光束在光纤上的入射(注入)功率的激光处理设备，无需用户的劳动和负担，从而获得光纤保护、激光处理效率、工艺质量上的改进。
为了达到上述目的，按照本发明的第一方面，提供一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含光纤设定装置，用于设定所述光纤的种类和直径；激光输出上限寻找装置，用于根据所述光纤设定装置设定的所述光纤的种类和直径寻找所述激光束的激光输出上限；激光输出设定装置，用于设定所述激光束的激光输出；以及判断装置，用于把所述激光输出设定装置设定的所述激光输出值与所述激光输出上限寻找装置找到的所述激光输出上限相比较，以判断所述激光输出设定值是否超过所述激光输出上限。
激光输出上限寻找装置可包括用于以表格式存储可用于所述设备的多个光纤的种类和直径以及对应于每一种类和直径的激光输出上限的存储装置。
激光输出设定装置最好包括：
基准波形设定装置，用于相应于作为脉冲激光束产生的所述激光束设定激光输出基准波形的基准波形；重复频率设定装置，用于相应于所述激光束设定重复频率；以及激光输出平均值运算装置，用于在已设定的所述基准波形和已设定的所述重复频率的基础上，算出每一确定时间的所述脉冲激光束的激光输出平均值，作为所述激光输出设定值。
激光输出设定装置可包括激光输出设定值运算装置，用于在已作为脉冲激光束产生的所述激光束的脉冲宽度、输出峰值和重复频率的基础上算出所述激光输出设定值。
激光处理设备最好还包含报警装置，用于在所述判断装置判断所述激光输出设定值超过所述激光输出上限时产生报警。
激光处理设备最好还包含当所述判断装置判断所述激光输出设定值超过所述激光输出上限时禁止所述激光输出设定装置进行设定的装置。
按照本发明的第二方面，提供一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含：激光输出上限寻找装置，用于根据所述光纤的种类和直径寻找所述激光束的激光输出上限；激光输出平均值运算装置，用于检测从所述激光振荡单元振荡输出的所述激光束的激光输出，以便以一定间隔算出激光输出平均值；以及中断装置，用于在所述激光输出平均值超过所述激光输出上限时中断所述激光束对所述光纤的照射。
按照本发明的第三方面，提供一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含：一激光电源单元，用于为所述激光振荡单元提供激光振荡的电源；电源上限寻找装置，用于根据所述光纤的种类和直径寻找对应于所述激光束的所述激光输出上限的所述激光电源单元的电源上限；电源平均值运算装置，用于检测所述激光电源单元提供给所述激光振荡单元的电源，以便以一定间隔算出电源平均值；以及中断装置，用于在所述电源平均值超过所述电源上限时中断所述激光电源单元。
按照本发明的激光处理设备，根据设定的(使用的)光纤的种类和直径，得出光纤的激光输出上限，将设定的激光输出值或实际的激光输出值与该激光输出上限值相比较，以判断激光输出值对于该光纤是否适当，从而能够实现光纤保护、激光处理效率、工艺质量上的改进，而无需用户的劳动和负担。
从下列参照附图的详细描述，本发明的上述的及其他的目的、方面、特征和优点将变得更为显而易见，附图中：
图1是表示按照本发明实施例的激光处理设备的外观的透视图；
图2是以放大的比例表示该实施例的激光处理设备的操作板的外观的部分放大的正视图；
图3是表示该实施例的激光处理设备的配置的方框图；
图4是表示用该实施例的激光处理设备的CPU和存储器实现的操作装置的配置的方框图；
图5是表示该实施例的设备中的激光分支单元的配置的平面图；
图6是表示按照该实施例的设备的多位处理的透视图；
图7表示用该实施例的设备显示的若干主屏幕以及它们相互切换的关系；
图8表示该实施例中“状态”屏的显示实例；
图9示意性地表示出了在该实施例的“状态”屏上设定的设定值数据的存储布局的实例；
图10表示该实施例的设备中登记的激光输出上限值的列表；
图11表示该实施例的设备中登记的指示灯功率上限值的列表；
图12表示该实施例中的“功率监控”屏的显示实例；
图13表示该实施例中在FIX模式下“调度(schedule)”屏的显示实例
图14是表示在该实施例的调度模式下CPU执行的主处理过程的流程图；
图15是表示在该实施例的调度模式(FIX模式)下键输入执行处理的过程的流程图；
图16示意性地示出了在该实施例的FIX模式下设定值数据的存储布局的实例；
图17示出了在该实施例的FIX模式下基准波形的波形格式的实例；
图18示出了该实施例中依据该设定输入的“出错信息”屏；
图19示出了该实施例中依据激光中断的“出错信息”屏；
图20是表示在该实施例中的激光振荡作用期间监视处理过程的流程图；
图21示出了在该实施例中的FLEX模式下“调度”屏的显示实例；以及
图22是现有技术中所存在的问题的图示说明。
下面参照图1到21描述本发明的优选实施例。
首先参见图1和2，其中示出了按照本发明实施例的激光处理设备的外部结构。图1是整个设备的透视图，图2是该设备的操作板的部分放大的正视图。
在图1中，激光处理设备包含一个上部外壳10和一个下部外壳12，它们从整体上相互组合在一起。上部外壳10中容纳有一个激光振荡单元，一个控制单元，一个用于多位处理的激光分支单元等。在上部外壳10的正面配备有例如以14标明的操作板，该操作板包括各种键开关和用于设定各种设定值、测量值等的输入/显示输出的显示器，还配备有一组LED15，用于发光显示高压电源状态，充电完成状态等。在上部外壳10的顶面具有例如一些孔(开口)16，通过它们伸出多个用于多位处理的光纤112，还具有一个供连接光纤用的可打开/可关闭的盖18。
下部外壳12中容纳有动力部分，外部连接端子和构成电源单元的断路器，以及一个槽路，一个泵，一个热交换器，一个离子交换树脂，一个过滤器和一个构成冷却单元的外部管道系统连接端口。下部外壳12具有一铰链门形式的前面板20。
如可从图2中见到的，操作板14的中央部分具有一个平板显示器，例如，一液晶显示器22，在其之下设置有各种功能键24至38。在该实施例中，这些键包括光标键24a到24d，一个加(+)键26，一个减(-)键28，一个回车键30，一个菜单键32，一个起动按纽34，一个复位按纽36和一个紧急停止按纽38。
光标键24a至24d是用于在屏幕上在垂直方向和水平方向移动光标的键。当按下键24a至24d之一时，光标可在由该键所指示的箭头方向移动。
加(+)键26和减(-)键28是数据输入键，如后所述，用于输入数字项的数字值(十进制数)，选择通/断项的“通”或“断”，选择控制项的“激光输出”，“指示灯功率”，或“电流”，选择“光纤”项的SI或GI，选择FIX/FLEX项的FIX或FIEX，等等。
回车键30是用于在光标位置输入显示数据作为设定数据的键。菜单键32是用于选择设备的屏幕模式的键。起动按纽34是用于激活该设备发出脉冲激光束的键。复位按纽36用于消去在发生任何故障时出现在显示器22上的“出错信息”屏(图18和图19)。紧急停止按纽38是在紧急情况下操作的按纽。当按下该按纽时，高压被切断，因此冷却单元停下来。
图3是表示激光处理设备的配置的方框图。在该实施例中，激光处理设备包含一个激光振荡单元40，一个激光电源单元42，一个激光冷却单元44，一个控制单元46和一个输入/输出接口单元48。
激光振荡单元40包括一个光源，用于激励例如激励灯52和激光介质，例如YAG棒54，运二者均设置在腔50内，以及一对光谐振镜56和58，它们设置在腔50外的YAG棒54的光轴上。
当激励灯52亮时，其光能激励YAG棒54，从而沿光轴离开YAG棒54的两个端面的光束在光谐振镜56与58之间反复反射放大，然后作为脉冲激光束LB通过输出镜56。在通过输出镜56之后，脉冲激光束LB传送到稍后将描述的激光分支单元(图5)，在其中将它分为多个分支脉冲激光束。
激光电源单元42包括一个电容器60，用于为激光振荡存储将提供给激光振荡单元40的电能，一个充电电路62，用于将例如三相交流电源电压(U,V,W)的工业交流电变为直流，以将电容器60充电到预定直流电压，一个开关元件，例如连接在电容器60与激光振荡单元40的激励灯52之间的晶体管64，和一个驱动电路66，用于以高频(例如，10kHz)切换晶体管64。
激光冷却单元44用于将激励灯52和激光振荡单元40的YAG棒54产生的热发射到激光振荡单元40的外部，并为激光振荡单元40提供冷却介质，例如，温度已控制为预定温度的冷却水CW。
控制单元46包括CPU(微处理器)70，用于控制整个设备或每个部分的动作，存储器72，用于保存各种程序和各种设定值或使CPU70执行预定处理的计算数据，以及各种测量装置74至82，用于测量脉冲激光束LB的激光输出或与之相应的激光电源单元42的电参数。
在这些测量装置中，以74标明的激光输出测量单元具有光传感器，用于接收光学谐振镜58后漏的激光束LB’，和一测量电路，用于根据自光传感器输出的电信号定义脉冲激光束LB的激光输出，将这样得到的激光输入测量值SL馈送到CPU70。
以76标明的电压测量电路经电压检测线路78电连接到激励灯52的两端。电压测量电路76以有效值测量例如由电源单元42施加到激励灯52的电压(灯电压)，并将如此获得的灯测量值SV馈送到CPU70。以80标明的电流测量电路从电流传感器、例如连接到电源单元42的灯电流源电路Hall CT82接收电流检测信号。电流测量电路80以有效值测量提供给激励灯52的电流(灯电流)I，并将这样得到的灯电流测量值SI馈送到CPU70。
对于电源单元42,CPU70为充电电路62提供一充电控制信号CF，用于将电容器60充电至设定电压，同时为驱动电路66提供用于波形控制的开关控制信号SW。
在该实施例的波形控制中，CPU70将来自激光输出测量单元74的激光输出测量值SL、来自电压测量电路76的灯电压测量值SV或来自电流测量电路80的灯电流测量值SI，或从灯电压测量值SV和灯电流测量值SI获得的灯功率测量值SP(SV·SI)与作波形控制的预定基准波形相比较，从而找出比较误差。然后CPU70以例如脉冲宽度控制信号的形式产生开关控制信号SW，以取消比较误差。
这种反馈控制系统提供一控制，使从激光振荡单元40振荡输出的脉冲激光束LB的激光输出或与之相对应的激光电源单元42的电参数(灯电流，灯功率，灯电压)与用于波形控制的相应基准波形相一致。
输入/输出接口单元48包括一个输入单元84，一个显示单元86和一个通信接口电路(I/F)88。输入单元84由操作板14的键开关组成，显示单元86由LED组和设置在该设备的正面的显示器22组成。I/F88用于与外部设备或单元通信。
注意操作板14可作为与设备本体可分离的一个单元(程序单元)提供。在这种情况下，程序单元配备有CPU70、存储器72、输入单元84和显示单元86，并经由一通信电缆电连接到设备本体。
图4是表示该实施例中由CPU70和存储器72实现的功能装置的配置的方框图。如图所示，CPU70和存储器72实现输入缓冲单元90、控制信号发生单元92、运算单元94、数据管理单元96、测量值存储单元98、设定值存储单元100、图像格式存储单元102和显示输出单元104。
输入缓冲单元90取出并暂时保存输入到CPU70的数据，例如，来自输入单元84的设定数据，来自通信接口电路88的外部数据，和来自冷却单元44或来自测量电路74、76和80的测量值数据。
运算单元94执行CPU70需要完成的所有运算处理过程。控制信号发生单元92产生给予外部的所有控制信号。数据管理单元96管理CPU70和存储器72内数据的所有保存和移动。
测量值存储单元94保存输入到CPU70的测量值数据，设定值存储单元100保存输入到CPU70的设定值数据或CPU70内的运算单元获得的设定值数据。
图像格式存储单元102中存储表示有格式部分的图像的图像数据，有格式部分的显示内容固定在显示器上出现的各种图像中。显示输出单元104将来自数据管理单元96的设定值一类的变量的图像叠加在图像格式存储单元102提供的有格式图像上，以形成一组合屏，从而将组合屏的图像数据输出到显示单元86。
图5示出激光分支单元的一种配置实例。该激光分支单元允许选择一到四个分支中的任何一个，并提供有四组(A到D)各包含半透明反射镜或全反射镜106的分支光学系统，一个遮光器(shutter)108和一个输入单元110。
在四分支模式下，例如，用三个关透明反射镜106A、106B及106C将上述从激光振荡单元40振荡输出的脉冲激光束LB分为四个25％r分支脉冲激光束LBA、LBB、LBC。第四反射镜106D是全反射镜。
这些分支脉冲激光束LBA至LBD分别通过遮光器108A至108D，并同时分别注入输入单元110A至110D中，在这些输入单元中用聚光镜将它们聚光，以同时地分别击打在光纤112A到112D的一个端面上。遮光器108A到108D用于按需要有选择地或单独地隔开每一分支激光束LBA至LBD。只要遮光器108A到108D是打开的，分支激光束LBA至LBD可无衰减地完整通过那里。
如图6所示，在如上所述照射在光纤112A至112D的一个端面上之后，分支激光束LBA至LBD分别通过光纤112A至112D的内部传输到输出单元114A到114D，从那里将它们同时照射和聚焦在各自的工件W上。
然后参见图7至21来描述该实施例的激光处理设备中的屏幕输入和显示功能。
图7示出了出现在该实施例中的显示器22上的主屏，以及这些屏之间的相互切换关系。
该实施例具有三个主屏，亦即，一个用于按调度(schedule)设定和显示用于激光处理的脉冲激光束上的各种状态的“调度(schedule)”屏①，一个用于设定和显示该设备内光学系统的各种状态的“状态(status)”屏②，以及一个用于显示最近发射的脉冲激光束LB的激光输出测量值的“功率监控(powermomtor)”屏③。如图所示，这三个屏①,②和③可通过菜单键32的操作来相互切换。
图8示出了“状态”屏显示内容的实例。在图8中，为易于理解，能够在该屏上设定和输入的项用虚线圈起。这些虚线不出现在实际屏幕上。用于空心文字或粗体字显示的数字值是各种测量值，不能由键输入设定或改变。图12,13和21也采用类似的图示说明。
在“状态”屏上设定和输入的是相对于多位处理的多个例如四个分支脉冲激光束LBA到LBD(BEAM-1到BEAM-4)，关于遮光器108A到108D的通/断状态的状态信息，在激光输出波形控制中当前选择的反馈参数(激光功率/灯功率/灯电流)，使用中的光纤112的种类和纤心直径(φ)，等等。
用户操作光标键24以移动光标到能够设定输入的每个项。然后用户操作加(+)键26或减(-)键28直到显示所需数据，并按下回车键30。根据这些键操作，CPU70执行输入显示处理和设定处理，并如图9所示在设定值存储单元100内的预定存储地址存储输入的设定值数据。
另一方面在存储器72中，以例如图10和11所示的表格式存储激光输出的上限P和对应光纤的种类和纤心直径的供电电源。在这里，上限P是能够输入到光纤端面烧毁光纤的激光束的激光输出的上限值，而上限Q是对应激光输出上限P的灯功率的上限值，这两个上限均按一个光纤的每单元时间的平均值给出。
光纤种类包括一个突变折射率(SI)类型和一个渐变折射率(GI)类型。对于同样的纤心直径，SI类的上限一般等于或略大于GI类的上限。
当以上述方式在“状态”屏上输入使用中的光纤112的类型(SI或GI)数据和纤心直径时，CPU70参照上述表格找出对应于该光纤112的类型和纤心直径的上限P和Q。然后CPU70将这样获得的上限P和Q与分支数(N)相乘，以得到[NP]和[NQ]，将它们定义为为从激光振荡单元40振荡输出的原始脉冲激光束LB设定的上限并存储在如图9所示的设定值存储单元100内的预定存储地址中。
在这里，分支数(N)是分支脉冲激光束LBA,LBB,…，的数目，这些分支激光束是通过在激光分支单元内分裂原始脉冲激光束LB获得的，分支数(N)取决于所采用的半透明反射镜的数目(N-1)。分支数(N)并非必须与光纤实际上要传输的分支脉冲激光束的数目相一致。
例如，在图5的情况下，分支数N是四，得到四个分支脉冲激光束LBA、LBB、LBC和LBD。如果仅将它们中的两个(例如，LBC和LBD)输入到光纤112C和112D中，剩下的(LBA和LBB)用遮光器108A和108B隔开，则产生并行二分支模式但分支数N保持为4。然而，如果用除去半透明反射镜106A和106B来获得与以上所述相类似的并行二分支模式，分支数N则为2，因为原始脉冲激光束LB仅被单个半透明反射镜106C分裂(为二)了一次。
图12示出“功率监控”屏的显示内容的实例。如图所示，在“功率监控”屏上，例如出现了最新发射的脉冲激光束LB的能量(J)和平均功率(W)的测量值。
参见图13到17描述涉及“调度”屏的设备功能和操作。
图13示出了“调度”屏的显示内容。图14示出了在“调度”屏模式下CPU70执行的主处理过程。图15示出了主处理的键输入执行处理(FIX模式)的过程。
该实施例的“调度”屏包括两个设定屏模式，亦即，图13所示的FIX模式和图21所示的FLEX模式。
当如上所述显示“功率监控”屏而按下菜单键32时，CPU70输入图14所示的调度模式。
一旦输入了调度模式，CPU70首先在显示器22上提供在完成最后一个调度模式(步骤B1)之前立即显示的“调度”屏。在所显示的这一调度屏上用户可利用操作板14上的键按纽24到38通过键输入进行所需设定值的输入并指令设备动作(步骤B2)。
更具体地说，将光标移动到每一项的数据输入位置(步骤B6)，操作加(+)键26或减(-)键直到达到所需数值(步骤B3和B4)，之后按下回车键30。
响应回车键30的键输入，CPU70依照在光标表示的数据输入位置的输入显示数据类型执行键输入执行处理(步骤B2)。图15示出键输入执行处理的详细过程(步骤B2)。
在FIX模式下，为设定和输入用于波形控制的基准波形，将所需数字数据加以设定并输入到包括激光输出基准值PEAK和波形元素↑SLOPE,FLASH1,FLASH2,FLASH3，及↓SLOPE的项中。
可以以kW为单位设定任何激光输出值并输入到这些项的激光输出基准值PEAK中。然而，通常可选择一个值(例如，10,20,50,100,1000等)。该值适于作为比例运算基准，并在需给予在该调度编号发射的脉冲激光束LB的激光输出最大值附近。
仅在上升期间↑SLOPE和下降期间↓SLOPE设定并输入时间。对于闪现期间FLASH1,FLASH2和FLASH3，以相对于激光输出基准值PEAK以及每一期间的时间的比值的形式设定和输入每一期间的激光输出值。
尽管可将每一期间的时间和激光输出比率设定为任何任意值，考虑到实际应用在可设定范围内可以提供一定极限。例如，整个波形的时间(脉冲宽度)可以是0.05(ms)到30.3(ms)，相应比率为0(％)到200(％)。
将数字值输入用于设定基准波形的每个项中。用户将光标移动到每个项的数据输入位置并作用在加(+)键26和减(-)键28上直到达到所期望的数字值。然后用户按下回车键30。响应这样的键操作，CPU70执行数字值输入显示处理(步骤B3和B4)和设定处理(步骤B5)，之后它将输入的设定值数据存储在设定值存储单元100中的预定存储地址(图16)。
在图13所示设定实例中，将激光输出基准值PEAK设定为10.0(kW)，闪现期间FLASH1,FLASH2和FLASH3的激光输出比率则分别设定为100.0(％),25.0(％)和50.0(％)。按照kW变换值，闪现期间FLASH1,FLASH2和FLASH3的激光输出值(kW)分别设定为10.0(kW),2.5(kW)和5.0(kW)。
在上述波形元素项的数字值设定处理(步骤E7)中，CPU70产生用于波形控制的基准波形以及供显示的基准波形图形。
如图17所示，FIX模式下的基准波形包括对应于上升期间↑SLOPE的上斜坡波形部分Ls和分别对应于第一闪现期间FLASH1、第二闪现期间FLASH2和第三闪现期间FLASH3的第一、第二和第三平坦波形部分L1、L2和L3，以及对应于下降期间↓SLOPE的下斜坡波形部分Le。
根据从↑SLOPE开始接次序FLASH1,FLASH2,…，输入的波形元素项的设定值，顺序定义基准波形的波形部分Ls,L1,L2,…。然后可在屏幕上在产生中途显现基准波形图形。
在设定值存储单元100的预定存储区中存储这样得到的基准波形图形数据。
通过把如此产生的基准波形图形的每一部分的激光输出比(r)与激光输出基准值PEAK相乘(变换)获得用于波形控制的原始基准波形。
表示用作波形控制的基准波形的基准波形数据也存储在设定值存储单元的预定存储区中。然后，当发射脉冲激光束LB时，在运行控制信号发生单元92或运算单元94时CPU70利用用作波形控制的基准波形数据作为反馈波形控制的基准值。
在“调度”屏上，不仅执行上述基准波形的设定输入，还执行重复频率REPEAT和脉冲激光束LB的发射计数SHOT的设定输入。如这里所采用的，发射计数是响应单个起动信号的一系列脉冲激光束LB射束的总数。
用户操作光标键24将光标移动到REPEAT和SHOT项(步骤B6)。然后用户操作加(+)键26或减(-)键28，直到所需数字值出现(步骤B3和B4)，并按下回车键30。根据这些键操作，CPU70执行数字值输入显示处理(步骤B3和B4)和设定处理(步骤B5)，然后在设定值存储单元100内的预定存储地址存储设定值数据(图16)。
在该实施例中，每当执行数字值设定处理(步骤E7)，以将所需数字数据设置到上述“调度”屏上的基准波形的波形元素↑SLOPE,FLASH1,…和重复频率REPEAT的项中时，判定此时获得的设定激光输出平均值PM是否超过上限值[PN](步骤E8)。
在该判定处理过程(步骤E8)中，从当前基准波形元素↑SLOPE,FLASH1,FLASH2,…,REPEAT的设定值计算为部分或整个基准波形定义的每脉冲激光能量，将所得激光能量运算值乘以当前重复频率REPEAT，以获得每单位时间的能量，即，激光输出平均值PM。
然后将这一设定激光输出平均值PM与已在设定值存储单元100中记录的上限值PN相比较，对这二者之间幅度关系作出判断。如果PM≤PN，则判定为“正常”，换言之，当前基准波形设定值和重复频率设定值是有效的，允许这些设定值原封不动地保存在设定值存储单元100中。反之，如果PM＞PN，则判定为“异常”，换言之，当前基准波形设定值和重复频率设定值是无效的，拒绝该设定(设定值)，同时提供警告画面，例如，图18所示的“出错信息”屏(步骤E9)。
当按下复位按纽36时，取消“出错信息”画面，允许返回到原始调度屏(图13)。在这样恢复的调度屏上，完整地保留正好在切换到“出错信息”之前显示的设定值。由于识别出相对于这一显示内容的设定值，设定激光输出平均值PM将超过设定上限值PN，用户可将基准波形设定值或重复频率设定值减小为适当值而符合判断准则。
以下将说明在该激光处理设备的激光振荡期间的操作功能。
当在上述调度模式下按下起动信号按纽34(步骤B7)时，或者当从未示出的外部设备经由I/F88提供起动信号时，CPU70起动脉冲激光束LB的发射。附带地讲，来自外部设备的起动信号提供调度号码的指定以及起动激光发射的指令。
在CPU70中，数据管理单元96首先读各种状态的设定值或与当前选择的调度号相关联的项和来自设定值存储单元100内预定存储单元的状态信息的各种设定值，以将它们设定在每部分的预定寄存器、计数器等中。
然后，按照“状态”屏所指定的反馈控制系统，输入缓冲单元90、控制信号发生单元92、运算单元94等以预定高频产生用于激光输出波形控制的开关控制信号SW，以经由驱动电路66将开关控制信号提供给晶体管64。
与这种波形控制并行，在图20所示过程中，CPU70允许运算单元94、数据管理单元96、测量值存储单元98等执行对激光输出平均值或灯功率平均值的监视。
在这一监视过程中，在激光振荡单元40振荡地发射脉冲激光束LB时的时间期间，CPU70从激光输出测量单元74取出激光输出测量值SL，从电压测量电路76取出灯电压测量值SV，从电流测量电路80取出灯电流测量值SI(步骤F1)，并在激光输出测量值SL或灯功率(SV·SI)的基础上找出每脉冲的能量(步骤F2)。
然后，以一定时间Ta、例如1秒的间隔，从每脉冲能量的累积值算出激光输出平均值PM或灯功率平均值QM(步骤F4)。
然后，将如此获得的激光输出平均值PM或灯功率平均值QM与设定上限值PN或QN相比较，以判定二者之间的大小关系(步骤F5)。
如果该比较的结果为PM≤N或QM≤QN，则判定为“正常”，换言之，当前时间的每单位时间脉冲激光束LB的激光输出平均值位于所使用的光纤112的安全范围内，使电源单元42中的切换控制或振荡单元40中的激光振荡动作能够按原样继续。
相反，如果PM＞PN或QM＞QN，则判定为“异常”，换言之，当前时间的每单位时间脉冲激光束LB的激光输出平均值太高，且对于使用中的光纤112是危险的，中断提供切换信号SW以停止电源42和振荡单元40的工作(步骤F7)。然后，例如在显示器22的屏上出现图19中所示的出错信息(步骤F8)。
也可通过关闭激光分支单元中的遮光器108来隔开分支脉冲激光束LBA,LBB,…，而不停止电源单元42和振荡单元40的工作。
即使它是正常的，但如果脉冲激光束LB的中断时间超过一定时间期间TK，该监视过程一次结束(步骤F6)。然后，当下次发射脉冲激光束LB时，重新起动该监视过程。
因此，即使完成了一个调度，该监视过程仍继续，除非中断时间超过上述一定时间期间TK。
即使上述“调度”屏上的基准波形和重复频率的设定值未超过设定上限值，如果响应以任意时序提供的外部起动信号，在一短区间上执行具有较少发射计数的调度，实际激光输出平均值PM或灯功率平均值QM可能超过设定上限值PN或QN。在这种情况下，该监视过程以一种有效的方式运行。
因此，在该实施例中，根据该设定输入，从用于波形控制的基准波形设定值和脉冲重复频率设定值算出每单位时间的激光输出平均值，将所得到的激光输出平均值与对应于使用中(设定中)的光纤的设定激光输出上限值相比较。根据比较结果，判定基准波形设定值有效性或重复频率设定值的有效性，如果判定无效，则禁止该设定，同时发出并显示出错信息，以要求用户改变(变更)设定值。
借助于此，用户可轻松地输入所需的设定值而无需任何过多时间或注意对光纤112的保护。
而且，在该实施例中，在脉冲激光束的重复发射期间，以一定间隔求出激光输出平均值或灯功率平均值，将所得激光输出平均值或灯功率平均值与对应于使用中的光纤的设定激光输出上限值相比较。当前者(平均值)超过后者(上限值)时，立即停止激光振荡工作。
依靠这一点，可用外部设备在任何时间进行起动，即使实际激光输出平均值或灯功率平均值已超过设定激光输出上限值，可安全地防止光纤烧毁。
而且，防止光纤烧毁将有助于较高的激光加工产量和改进的加工质量。
可以理解也能按移动平均值获得激光输出平均值PM或灯功率平均值QM。
此外，尽管该实施例通过监视过程，作为异常时的措施停止了激光振荡工作，也可通过适当校正基准波形或重复频率的设定值等使激光振荡能够继续。另一方面，也可提供适当的反馈控制，从而实际激光输出平均值PM或灯功率平均值QM不超过设定上限PN或QN。
图21示出FLEX模式下“调度”屏的显示实例。在FLEX模式下，为设定和输入用于波形控制的基准波形，如图21所示，除了激光输出基准值PEAK的设定，还为多个波形通过点POINT1,POINT2,POINT3,POINT4,…，的项目设定时间t和激光输出比率r。
可设定波形通过点POINT的数目可以是例如大约为20的相当大的数目。尽管在某一时间该屏仅可有五个点，该屏幕滚动系统保证观看所有小型通过点。当需要向下滚动屏幕时，光标移至位置并按压向下移动光标键24c。反之，当需要向上滚动屏幕时，光标移至▲位置，并按压向上移动光标键24a。设备侧在光标移动处理(步骤B6)中执行屏幕滚动。
同样在FLEX模式下，将所需数字值输入基准波形的波形单元POINT1,POINT2,…，脉冲重复频率REPEAT等的项目。用户将光标移到每一项的数据输入位置，并操作加(+)键或减(-)键直到显示所需数字值，然后按下回车键30。响应这些键操作，CPU70执行数字值输入显示和类似于上述FIX模式的情形的设定处理过程，并在设定值存储单元100中的预定存储地址存储输入的设定值数据。
在具有代表时间的X轴和代表％值的Y轴的坐标系上，把FLEX模式下的基准波形定义为已设定和输入的多个波形通过点POINT1,POINT2,…的接合各点的线图形。
同样在FLEX模式下的键输入执行处理的情况下，以与FIX模式的情形相同的方式，在设定数字值(步骤E7)之后马上判定激光输出平均值或灯功率平均值(步骤E8)。
虽然已描述并图示说明了优选实施例，本发明不限于上述实施例，在本发明技术构思的范围内能够进行各种变更和修改。
例如，在上述实施例中，用于激光输出波形控制的基准波形(图)是在模式屏上(“调度”屏)设定的，激光输出设定值是在该基准波形的基础上获取的。然而，在矩形波的情况下，也可从例如脉冲宽度、峰值和重复频率的设定值获取激光输出设定值，而对设定基准波形(图)无特殊要求。
也可用鼠标、图形输入卡等作为设定值输入装置。也可用半导体激光器等作为激光振荡单元中的激励装置代替激光灯。
上述多位置处理系统仅是一个实例，因此来自激光振荡单元的激光束可直接照射到光纤上而不被转移。尽管上述实施例是相关于脉冲激光处理设备，本发明可应用于连续振荡CW激光处理设备或无任何波形控制特征的激光处理设备。

Claims (8)

1．一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含：
光纤设定装置，用于设定所述光纤的种类和直径；
激光输出上限值寻找装置，用于根据所述光纤设定装置设定的所述光纤的种类和直径寻找所述激光束的激光输出上限值；
激光输出设定装置，用于设定所述激光束的激光输出；以及
判断装置，用于把所述激光输出设定装置设定的所述激光输出值与所述激光输出上限值寻找装置找到的所述激光输出上限值相比较，以判断所述激光输出设定值是否超过所述激光输出上限值。
2．如权利要求1所述的激光处理设备，其中所述激光输出上限值寻找装置包括用于以表格式存储可用于所述设备的多个光纤的种类和直径以及对应于每一种类和直径的激光输出上限值的存储装置。
3．如权利要求1所述的激光处理设备，其中所述激光输出设定装置包括：
基准波形设定装置，用于相应于作为脉冲激光束产生的所述激光束设定激光输出基准波形的基准波形；
重复频率设定装置，用于相应于所述激光束设定重复频率；以及
激光输出平均值运算装置，用于在已设定的所述基准波形和已设定的所述重复频率的基础上，算出每一确定时间的所述脉冲激光束的激光输出平均值，作为所述激光输出设定值。
4．如权利要求1所述的激光处理设备，其中所述激光输出设定装置包括激光输出设定值运算装置，用于在已作为脉冲激光束产生的所述激光束的脉冲宽度、输出峰值和重复频率的基础上算出所述激光输出设定值。
5．如权利要求1至4中任何一项所述的激光处理设备，其中还包含报警装置，用于在所述判断装置判断所述激光输出设定值超过所述激光输出上限值时产生报警。
6．如权利要求1至5中任何一项所述的激光处理设备，其中还包含当所述判断装置判断所述激光输出设定值超过所述激光输出上限值时禁止所述激光输出设定装置进行设定的装置。
7．一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含：
激光输出上限值寻找装置，用于根据所述光纤的种类和直径寻找所述激光束的激光输出上限值；
激光输出平均值运算装置，用于检测从所述激光振荡单元振荡输出的所述激光束的激光输出，以便以一定间隔算出激光输出平均值；以及
中断装置，用于在所述激光输出平均值超过所述激光输出上限值时中断所述激光束对所述光纤的照射。
8．一种激光处理设备，其中从激光振荡单元振荡输出的激光束通过光纤传输到一遥远的激光处理现场，所述激光处理设备包含：
一激光电源单元，用于为所述激光振荡单元提供激光振荡的电源；
电源上限值寻找装置，用于根据所述光纤的种类和直径寻找对应于所述激光束的所述激光输出上限值的所述激光电源单元的电源上限值；
电源平均值运算装置，用于检测所述激光电源单元提供给所述激光振荡单元的电源，以便以一定间隔算出电源平均值；以及
中断装置，用于在所述电源平均值超过所述电源上限值时中断所述激光电源单元。
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