CN1767282A - 半导体激光激励固体激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体激光激励固体激光装置，在通过用半导体激光器(2)激励固体激光介质(1)，进行激光振荡的半导体激光激励固体激光装置(11)中，具有用来自外部的控制信号，将上述半导体激光器的动作电流切换成以该半导体激光器的振荡阈值(L－LD)或阈值以上的电流值通电的状态、和以小于上述半导体激光器的振荡阈值的电流值通电的状态的驱动电流切换单元(71)，因此，即使在固体激光器的振荡停止中，也能通过从外部控制装置控制激光器振荡控制部，降低激光加工系统的消费电力，而且能使半导体激光器长寿命化。

Description

半导体激光激励固体激光装置
技术领域
本发明涉及半导体激光激励固体激光装置，特别涉及用控制激光加工系统的来自外部控制装置的信号能控制半导体激光器驱动电流的半导体激光激励固体激光装置。
背景技术
在材料和零件的切断、焊接、表面改良、打标记、修整等各式各样领域导入激光加工系统。在激光加工系统中使用的激光装置涉及多方面，但半导体激光激励固体激光装置，作为固体激光介质激励光源采用半导体激光器，一般被利用来发挥单一波长振荡和长寿命的半导体激光器的特征。半导体激光激励固体激光装置与以前的灯光激励固体激光装置比较，实现了省能、维修时间的减少、加工品质的提高。
图5是表示以前半导体激光激励固体激光装置构成例的方块图。在该图中，半导体激光激励固体激光装置11，具有：固体激光介质1、半导体激光器2、后部镜3、输出镜4、激光输出检测部5、半导体激光器电源6、固体激光介质1的振荡专用的激光振荡控制部7。8是从外部控制半导体激光激励固体激光装置11的外部控制装置，9是XY工作台、机器人等的加工工位。
接着，说明动作。用来自半导体激光器2的激励光2’激励固体激光介质1。半导体激光器2由从半导体激光器电源6输出的电流驱动。半导体激光器电源6由从激光振荡控制部7输出的电源控制信号控制。激光振荡控制部7，根据从激光输出检测部5来的反馈信号、和由固体激光装置专用的个人计算机等的用户接口(未图示)设定的各种输出条件，进行反馈控制，控制激光输出。激光振荡控制部7检测半导体激光激励固体激光装置的异常，由用户接口进行报警输出等。
在激光加工系统中，将根据加工工位的XY工作台和机器人手等的各种加工工位9的加工状态的信号提供给外部控制装置8，外部控制装置8对激光振荡控制部7输出起动信号和停止信号。即，外部控制装置8具有在加工工序必要时，对激光器振荡控制部7输出激光起动信号，具有起动激光加工的作用。
图6是表示使用图5所示的半导体激光激励固体激光装置11的激光加工系统的半导体激光驱动电流、和从外部控制装置8来的激光起动信号的时间图。在从外部控制装置8来的激光起动信号断开时不进行激光激励。这时半导体激光器的驱动电流(I-LD)，如特开平10-321933号公报记载的那样，由于激光激励的上升时间变短，一般情况预先用振荡器控制部7设定为半导体激光器的振荡阈值(LD-TH)或阈值以上、固体激光振荡器的振荡阈值(L-TH)或阈值以下。另外，在外部控制装置8的激光起动信号接通时，外部控制装置8内的程序起动，控制振荡器控制部7，在半导体激光器电源6实行输出指令，使固体激光振荡器的振荡阈值(L-TH)或阈值以上的电流通过半导体激光器，直至激光器振荡。上述特开平10-321933号公报公开的技术是控制脉冲激光的上升，就其消费电力的削减和半导体激光器的长寿命化来说，有相反效果。
在实际的激光加工系统中，存在激光装置进行激光振荡并对被加工物进行加工的时间、和被加工物的交换和工序安排变更等激光不振荡的时间。在激光不振荡的时间从外部控制装置来的激光器起动信号是断开的。以前，在从外部控制装置来的激光起动信号断开时，即使不实行激光加工时，如图6所示，由于让半导体激光器2通过LD-TH＜I-LD＜L-TH的驱动电流I-LD，所以在不实行激光加工的时间也消费电力。另外，半导体激光器的寿命一般是用驱动电流的施加时间所规定的，所以，在不实行激光加工的时间，在半导体激光器中也通过驱动电流，其寿命会缩短通电时间那么多，是不经济的。
以前，如上述所示，外部控制装置8是将起动信号和停止信号提供给了激光振荡控制部7，但在加工物9的交换和工序安排变更等激光器不振荡的时间，外部控制装置8是不控制激光振荡控制部7，因而，即使在固体激光器的振荡停止中，根据激光振荡控制部7内的程序，L-TH和LD-TH之间的驱动电流I-LD也流动，所以有消费电力大的课题和半导体激光器2的寿命缩短的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在固体激光器振荡停止中，也能通过从外部控制装置控制激光器振荡控制部来降低激光加工系统的消费电力，而且能使半导体激光器长寿命化的半导体激光激励固体激光装置。
为了达到上述目的，由本发明第1形态提供的半导体激光激励固体激光装置，其特征是，具有用外部来的控制信号，将半导体激光器的驱动电流切换成以半导体激光器的振荡阈值或阈值以上的电流值通电的状态、和以小于半导体激光器的振荡阈值的电流值通电的状态的驱动电流切换单元。
在本发明第2形态，上述驱动电流切换单元，在不进行激光加工的待机状态进行半导体激光器的驱动电流切换。
在本发明第3形态，上述驱动电流切换单元，作为从外部来的控制信号，在激光加工系统发生了异常时，使用与用于使该激光加工系统的动作停止的联锁信号同步的信号。
在本发明第4形态，上述驱动电流切换单元，通过信号线接收从外部来的控制信号。
在本发明第5形态，上述驱动电流切换单元，通过无线通信线路接收从外部来的控制信号。
在本发明第6形态，上述驱动电流切换单元，具有选择单元，其选择由外部控制装置进行半导体激光器的驱动电流切换的方式、和维持预先由用户接口等设定的电流值、即一般来说维持半导体激光器的振荡阈值或阈值以上的电流值的方式的任一个。
若依据本发明的第1形态，由于能以简单的结构实现激光加工系统的消费电力减少和半导体激光器长寿命化，所以可以得到能提高使用了半导体激光激励固体激光器的激光加工系统可靠性的效果。更详细地说，不管有无激光加工，用外部控制信号能切换上述驱动电流的断开/接通，而使在断开时的半导体激光器中所消费的消费电力是零或极少，能得到降低消费能量的效果。
若依据本发明的第2形态，由于在不进行激光加工的待机形态下进行半导体激光器的驱动电流切换，所以，能得到可不影响激光加工来切换驱动电流的效果。
若依据本发明的第3形态，作为从外部来的控制信号，由于使用与联锁信号同步的信号，能得到可安全进行驱动电流切换的效果。
若依据本发明的第4形态，由于通过有线信号线将从外部控制装置来的控制信号输入到激光振荡控制部，可得到能可靠将控制信号提供给激光振荡控制部的效果。
若依据本发明的第5形态，由于通过无线通信线路将从外部控制装置来的控制信号输入到激光振荡控制部，可得到能可靠将控制信号提供给激光振荡控制部的效果。
若依据本发明的第6形态，由于能选择可由外部控制装置进行在待机状态的半导体激光器的驱动电流切换的方式、和维持半导体激光器的预先已设定的振荡阈值或阈值以上的电流值的方式的任一个，所以可得到能根据半导体激光激励固体激光装置的使用环境灵活地对应的效果。
附图说明
通过阅读实施边参照附图边进行说明的以下发明用的最佳形态能进一步明了地理解本发明。
图1是表示本发明实施形态1的半导体激光激励固体激光装置结构的方块图；
图2是说明图1所示的半导体激光激励固体激光装置11a动作的第1实施例的时间图；
图3是说明图1所示的半导体激光激励固体激光装置11a动作的第2实施例的时间图；
图4是表示本发明实施形态2的半导体激光激励固体激光装置结构的方块图；
图5是表示以前半导体激光激励固体激光装置结构的方块图；
图6是表示使用图5所示的半导体激光激励固体激光装置11的激光加工系统的半导体激光器驱动电流、和从外部控制装置8来的起动控制信号的时间图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的半导体激光激励固体激光的实施形态。
图1是表示本发明实施形态1的半导体激光激励固体激光装置结构的方块图。在该图中，半导体激光激励固体激光装置11a的结构，基本上是与图5所示的半导体激光激励固体激光装置11的结构相同的，对于相同部分附以相同的参照号码。在本发明中，激光振荡控制部7a的结构和外部控制装置8的结构与以前的不同。
本实施形态的半导体激光激励固体激光装置，具有：根据从外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号，输出接通/断开指令信号的电流接通/断开控制部71；指令激光信号的输出波形的激光输出波形指令部72；根据激光输出波形指令部72的输出和从激光输出检测部5来的输出反馈信号，输出驱动电流指令信号的输出反馈控制部73；和选择电路74。
图2是说明图1所示的半导体激光激励固体激光装置11a动作的第1实施例的时间图。在该图中，(a)是输出反馈控制部73输出的驱动电流指令的波形，在该状态下始终输出一定电平的驱动电流指令。因而，在加工工位9始终为射出激光光的状态。(b)是从外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号的波形。在该例中，在时刻t1为接通，在时刻t2为断开，在时刻t3为接通，在时刻t4(c)为断开。该接通/断开控制信号对应于被加工物的加工状态。(c)是根据(b)表示的接通/断开控制信号从激光振荡控制部7a内的电流接通/断开控制部71输出的驱动电流波形。接通/断开控制信号接通时，驱动电流为追踪来自输出反馈控制部的信号的电流值，断开时的驱动电流为半导体激光器振荡阈值或阈值以下的电流值。
在本发明的实施形态中，通过激光输出波形指令部72和输出反馈控制部73，给半导体激光器电源6输出和以前同样的驱动电流指令，同时，从电源接通/断开控制部71给半导体激光器电源6输出本发明实施形态的接通/断开指令信号。从输出反馈控制部73输出的驱动电流指令，和以前相同，是激光器振荡中(I-LD＞L-TH)的状态和激光器振荡停止中(L-TH＞I-LD＞LD-TH)的状态的2个状态。选择电路74被构成为使电源接通/断开控制部71的断开输出比输出反馈控制部73的输出优先输出。
因而，在断开状态下将从外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号输入到电源接通/断开控制部71时，将接通/断开指令信号提供给半导体激光电源6，半导体激光器2的驱动电流I-LD，不依存于来自输出反馈控制部73的输出，是零或微弱电流。其结果，驱动电流成为零或微弱电流的激光器休止状态(LD-TH＞I-LD)和激光器振荡中(I-LD＞LD-TH)状态的新的2个状态。
例如，由于用极限开关和接近传感器等的接通/断开的接点信号检测加工工位的工件的位置信息，使其检测输出与外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号联动，这样，即使工件多少有点变形和位置偏移时，也可以与传感器联动输出，所以，能正确地在相同位置进行加工。而且，在不进行加工期间，由于半导体激光器驱动电流I-LD是比半导体振荡阈值LD-TH低的几乎为零的电流，所以，也可能节约消费的电力。
在该例中，作为外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号，假定为与接通/断开的接点信号联动，但若是不规定与接通/断开控制信号联动的信号种类，而能认识接通/断开切换的方法，则用什麽样的信号都可以。另外，激光振荡器控制装置7a和外部控制装置8的结合，除用有线的信号线结合外，用无线通信线路的结合也可以。
通常激光加工，对1个工件有数个加工点，从现在的加工点到下个加工点的移动距离移动时间不需要1秒那么小的也不少见。以下，说明加工点间的移动距离和移动时间短的情况。图3是说明图1所示的半导体激光激励固体激光装置11a动作的第2实施例的时间图。在该图，(a)是输出反馈控制部73输出的驱动电流指令信号的波形，在该例中，在最初的工件控制信号从输出反馈控制部73输出3个驱动电流指令，在下个工件控制信号从输出反馈控制部73也输出3个驱动电流指令。(b)是从外部控制装置8a输出的接通/断开控制信号的波形例。在该例中，在时刻t1接通，在t2断开，在t3接通，在t4断开。该接通/断开控制信号对应于被加工物9的加工状态。(c)是根据(a)所示的驱动电流指令和(b)所示的接通/断开控制信号从激光振荡控制部7a内的电源接通/断开控制部71输出的驱动电流波形。
从图3(c)可知，在本实施例中，在1个工件内的加工由选择电路74仅进行图3(a)所示的激光振荡器内部的控制(基于输出反馈控制部73输出的控制)，仅在工件交换时等的比较长时间激光器振荡停止状态时，如图3(b)所示，选择电路74选择接收外部控制装置8a来的信号后，形成激光器休止状态。再者，若完成工件的准备，由外部控制信号解除激光器休止状态，实行加工。若在开始下次工件加工的稍微以前，事先设定激光器休止状态解除的定时，在激光器振荡前会通过半导体激光器驱动电流，所以能缩短上升的时间。另外，还能在不牺牲激光振荡器性能的情况下降低不进行加工的时间的消费电力。
图4是表示发明实施形态2的半导体激光激励固体激光装置结构的方块图。在该图中，与图1不同的部分是，在半导体激光激励固体激光装置11b内，在电源接通/断开控制部71和外部控制装置8b之间设置了联锁电路75。联锁电路75，从被加工物9接收通知激光加工系统异常的信号。
在本实施的形态中，作为从外部来的控制信号，使用与用于在激光加工系统发生了异常时、停止该激光加工系统动作用的外部联锁信号同步的信号。但是，和通常的联锁功能不同，在联锁解除后，由于从由激光振荡器控制部11b控制的输出反馈控制部73输出的以前驱动电流被通电，而从激光输出检测部5输出激光光，所以，操作者必须注意不要进入照射激光光的危险区域等。
本发明的半导体激光激励固体激光装置，由于用来自外部控制装置的信号就能进行控制，所以，能降低半导体激光激励固体激光装置的消费电力，而且能长寿命化。

Claims (6)

1.一种半导体激光激励固体激光装置，其通过用半导体激光器激励固体激光介质，进行激光振荡，其特征在于：
具有驱动电流切换单元，该驱动电流切换单元，用来自外部的控制信号，将上述半导体激光器的驱动电流，切换成以该半导体激光器的振荡阈值或阈值以上的电流值通电的状态、和以小于上述半导体激光器的振荡阈值的电流值通电的状态。
2.如权利要求1所述的半导体激光激励固体激光装置，其特征在于：
上述驱动电流切换单元，在不进行激光加工的待机状态进行上述半导体激光器驱动电流的上述切换。
3.如权利要求1所述的半导体激光激励固体激光装置，其特征在于：
上述驱动电流切换单元，作为来自外部的控制信号，在激光加工系统发生了异常时，使用与用来使该激光加工系统动作停止的联锁信号同步的信号。
4.如权利要求1所述的半导体激光激励固体激光装置，其特征在于：
上述驱动电流切换单元，通过信号线接收来自上述外部的控制信号。
5.如权利要求1所述的半导体激光激励固体激光装置，其特征在于：
上述驱动电流切换单元，通过通信线路接收来自上述外部的控制信号。
6.如权利要求1所述的半导体激光激励固体激光装置，其特征在于：
上述驱动电流切换单元，做成了可以选择从上述外部控制装置能进行上述半导体激光器的驱动电流的上述切换的方式、和维持于半导体激光器的预先已被设定的振荡阈值或阈值以上的电流值的方式的任一种。
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