DE102018205800A1

DE102018205800A1 - Optische-leistung-überwachungseinrichtung und laservorrichtung

Info

Publication number: DE102018205800A1
Application number: DE102018205800.8A
Authority: DE
Inventors: Hisatada Machida; Hiroshi Takigawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: US10404032B2; JP6564418B2; CN108736297B; US20180309262A1; JP2018180449A; DE102018205800B4; CN108736297A

Abstract

Eine höchst zuverlässige Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung bereitzustellen, die an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser installierbar ist, zum Durchführen eines Laserausgangstrahls mit geringem Verlust imstande ist, und imstande ist, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Kern ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, zu erfassen, und eine Laservorrichtung mit der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung bereitzustellen. Eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erfasst eine optische Leistung, die sich durch eine Lichtleitfaser mit zumindest einem Kern 21 oder 31 und einem Mantel 22 oder 32 ausbreitet. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 umfasst: eine erste Lichtleitfaser 2; eine zweite Lichtleitfaser 3 mit einem größeren Kerndurchmesser als die erste Lichtleitfaser 2; einen Verbindungsteil 4, wo eine Endoberfläche der ersten Lichtleitfaser 2 und eine Endoberfläche der zweiten Lichtleitfaser 3 gespleißt sind; einen ersten Leckageteil 23 zur Leckage eines Strahls von der ersten Lichtleitfaser 2 zu der Außenseite; einen zweiten Leckageteil 33 zur Leckage eines Strahls von der zweiten Lichtleitfaser 3 zu der Außenseite; einen ersten Photodetektor 5, welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem ersten Leckageteil 23 austritt; und einen zweiten Photodetektor 6, welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem zweiten Leckageteil 33 austritt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, die an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser zur Ausbreitung eines Laserstrahls installiert ist, die zum Durchführen einer Strahlausgabe von einem Laser-Oszillator mit geringem Verlust imstande ist, und imstande ist, einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Kern ausgebreitet hat, und einen reflektieren Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, unterscheidbar zu erfassen, welche sich in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Ausgangsrichtung ausbreiten und unterschiedliche Effekte haben, den Laser-Oszillator usw. zu beschädigen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Hochleistungs- und höchst zuverlässige Laservorrichtung mit der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, die imstande ist, einen reflektierten Strahl mit hoher Genauigkeit zu erfassen und den erfassten reflektierten Strahl zurückzuführen, um die Laserstrahlausgabe genau zu steuern, und unanfällig für eine Beschädigung durch einen reflektierten Strahl ist, während sie eine hohe Laserbearbeitungsleistung beibehält.
Verwandte Technik
Wenn verursacht wird, dass sich ein Laserausgangstrahl von einem Laser-Oszillator durch eine Lichtleitfaser ausbreitet, zu einem Laserstrahlausgangsende, wie beispielsweise ein mit der Lichtleitfaser verbundener Bearbeitungskopf, geführt wird, und dann auf ein Laserbearbeitungsziel (Werkstück) aufgebracht wird, kehrt ein reflektierter Strahl des von einer Oberfläche des Werkstücks reflektierten Laserstrahls zu dem Laserstrahlausgangsende an der Lichtleitfaser zurück, breitet sich durch das Innere der Lichtleitfaser in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Laserausgangstrahls aus, und kehrt dann zu dem Laser-Oszillator zurück. Falls dieser reflektierte Strahl eine große Energie aufweist, kann der reflektierte Strahl die Lichtleitfaser oder den Laser-Oszillator beschädigen. Dies ist durch Erfassen der optischen Energie bzw. Leistung des reflektierten Strahls gehandhabt worden. Falls sich der reflektierte Strahl durch einen Mantel der Lichtleitfaser ausgebreitet hat, verursacht der reflektierte Strahl einen Temperaturanstieg oder ein Verbrennen einer Schutzbeschichtung der Lichtleitfaser. Falls sich der reflektierte Strahl hingegen durch einen Kern der Lichtleitfaser ausgebreitet hat, kehrt der reflektierte Strahl zu dem Laser-Oszillator zurück, um eine Beschädigung an dem Laser-Oszillator usw. zu verursachen. Auf diese Weise üben der reflektierte Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, und der reflektierte Strahl, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, auf unterschiedliche Arten Einfluss aus. Deshalb sollten die entsprechenden Energien des reflektierten Strahls, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, und des reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, unterscheidbar erfasst werden. Eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, die an einem Punkt entlang der Lichtleitfaser installierbar ist, die den Laser-Oszillator und das Laserstrahlausgangsende verbindet, hatte jedoch Schwierigkeiten insbesondere beim Erfassen mit hoher Genauigkeit des reflektierten Strahls, der sich durch den Kern ausgebreitet hat. Eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, die nicht an einem Punkt entlang der Lichtleitfaser installierbar ist, die den Laser-Oszillator und das Laserstrahlausgangsende verbindet, ist nicht imstande einen reflektierten Strahl zu erfassen, bevor der reflektierte Strahl den durch den reflektierten Strahl zu beschädigenden Laser-Oszillator erreicht. Dies hat ein Problem des Versagens, einen Schaden an dem Laser-Oszillator ausreichend zu verhindern, verursacht.
Ein Entfernen einer Schutzbeschichtung von einer Lichtleitfaser und Erfassen eines Strahls, der von einem Teil ohne die Schutzbeschichtung austritt, ist herkömmlich zum Erfassen einer optischen Leistung, die sich durch die Lichtleitfaser ausbreitet, durchgeführt worden. Ein sich durch einen Kern der Lichtleitfaser ausbreitender Strahl tritt im Allgemeinen jedoch in einem kleinen Betrag aus. Deshalb ist es schwierig gewesen einen reflektierten Strahl mit hoher Genauigkeit zu erfassen, der sich durch den Kern ausbreitet, so dass verschiedene Handlungen unternommen wurden.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, wo Kerne verschmolzen werden, während sie axial voneinander verschoben sind, um eine axial verschobene, verschmolzene Faser auszubilden, und ein Strahl, der von dem Kern an einer verschmolzenen Position austritt, wird zu der Außenseite der Faser ausgegeben, wodurch eine optische Leistung empfangen wird, die sich durch den Kern ausgebreitet hat. In diesem Fall treten jedoch Strahlen, die sich durch den Kern in beide Richtungen ausgebreitet haben, in dem im Wesentlichen gleichen Anteil von dem Kern zu einem Mantel aus. Diese Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ist nutzbar für Zwecke wie beispielsweise eine Kommunikation, wo eine optische Leistung, die sich durch eine Lichtleitfaser ausbreitet, klein ist. Falls diese Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung jedoch für den Zweck der Laserbearbeitung verwendet wird, die eine enorm große optische Leistung, die sich durch eine Lichtleitfaser ausbreitet, bedingt, wird ein Anteil einer Leckage nicht nur für einen reflektierten Strahl erhöht, der sich durch den Kern ausbreitet, sondern auch für einen Laserausgangstrahl, der sich durch den Kern ausbreitet. Dies verursacht nicht nur das Problem des Erhöhens eines Verlusts des Laserausgangstrahls, sondern auch das Problem des übermäßigen Erhöhens der Temperatur eines Leckageteils oder derjenigen einer Schutzbeschichtung der Lichtleitfaser usw. aufgrund des austretenden Strahls. Umgekehrt, falls der Anteil einer optischen Leistung, die von dem Kern an der verschmolzenen Position austritt, durch ein Verfahren, wie beispielsweise Verringern der axialen Verschiebung, verringert wird, wird das Verhältnis von Leckage eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Laserausgangstrahls ausbreitet, verringert. Dies macht es schwierig, die optische Leistung des austretenden Strahls von dem reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausbreitet, mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Diese Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung hat auch Schwierigkeiten, einen reflektierten Strahl, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, getrennt voneinander zu erfassen.
Patentdokument 2 offenbart einen Photodetektor, wo eine Leckage-Lichtleitfaser mit einem unterschiedlichen Brechungsindex an einem Kern mit einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser verbunden ist, um einen Strahl zu erfassen, der von einem Teil der Verbindung zwischen den Lichtleitfasern austritt. Dieser Photodetektor weist jedoch das gleiche Problem wie die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik auf, da Strahlen, die sich durch den Kern in beide Richtungen ausbreiten, in dem im Wesentlichen gleichen Anteil von dem Kern zu einem Mantel austreten.
Patentdokument 3 offenbart eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, wo ein Teil einer Verbindung zwischen einer ersten Lichtleitfaser und einer zweiten Lichtleitfaser und einem Gebiet eines vorbestimmten Bereichs der zweiten Lichtleitfaser von dem Verbindungsteil mit einer Niedriger-Brechungsindex-Harzschicht, mit einem niedrigeren Brechungsindex als ein Mantel der zweiten Lichtleitfaser, bedeckt sind. Ein Bereich, ausgenommen des mit der Niedriger-Brechungsindex-Harzschicht bedeckten Bereichs, ist mit einer Hoher-Brechungsindex-Harzschicht bedeckt, mit einem Brechungsindex, der gleich demjenigen oder höher als derjenige des Mantels der zweiten Lichtleitfaser ist. Diese Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung enthält eine optische Erfassungseinrichtung, die einen durch die Hoher-Brechungsindex-Harzschicht durchgehenden Strahl erfasst. Gemäß Patentdokument 3, durch das Vorhandensein der Niedriger-Brechungsindex-Harzschicht, wird diese Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung fähig, einen von dem Verbindungsteil austretenden Strahl mit hoher Empfindlichkeit zu erfassen, sogar mit der optischen Erfassungseinrichtung getrennt von dem Verbindungsteil angeordnet. Ein Trennen der optischen Erfassungseinrichtung von dem Verbindungsteil ermöglicht es, einen Einfluss durch einen streuenden Strahl zu verringern, der von dem Verbindungsteil austritt und von einer Schutzbeschichtung usw. reflektiert wird. Auf diese Weise können eine Reflektierter-Strahl-Leistung und eine Ausgangsstrahlleistung richtig gemessen werden. Patentdokument 3 stellt jedoch keine Lösung des Problems bereit, dass Strahlen, die sich durch einen Kern in beide Richtungen ausbreiten, in dem im Wesentlichen gleichen Anteil von dem Kern zu einem Mantel an dem Verbindungsteil austreten. Ferner offenbart Patentdokument 3 keine Technik, einen reflektierten Strahl, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, getrennt voneinander zu erfassen.
Patentdokument 4 offenbart eine Faserlaservorrichtung mit einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung und einer arithmetischen Einheit. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung enthält: einen ersten Photodetektor, der näher an einer Ausgangsseite eines Ausgangsstrahls angeordnet ist als ein Punkt einer Verbindung zwischen einer ersten Lichtleitfaser und einer zweiten Lichtleitfaser; und einen zweiten Photodetektor, der näher an einer Eingangsseite des Ausgangsstrahls als der Verbindungspunkt angeordnet ist und zum Erfassen eines reflektierten Strahls verwendet wird, der von dem Verbindungspunkt austritt. Die arithmetische Einheit führt eine arithmetische Rechenoperation zum Berechnen einer Reflektierter-Strahl-Leistung aus, durch Beseitigen eines Einflusses durch den Ausgangsstrahl von einem Ergebnis einer von dem zweiten Photodetektor erhaltenen Erfassung unter Verwendung eines Erfassungsergebnisses, das im Voraus von der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung in einer Situation ohne einen reflektierten Strahl erhalten wird. Patentdokument 4 stellt jedoch auch keine Lösung des Problems bereit, dass Strahlen, die sich durch einen Kern in beide Richtungen ausbreiten, an dem Verbindungspunkt in dem im Wesentlichen gleichen Anteil von dem Kern zu einem Mantel austreten. Ferner offenbart Patentdokument 4 auch keine Technik um einen reflektierten Strahl, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, getrennt voneinander zu erfassen.
Patendokument 5 offenbart eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung mit einem Mantelstrahl-Entfernter-Teil, einem Leckageteil zum Verursachen, dass ein Teil eines sich durch einen Kern ausbreitenden Strahls von dem Kern zu einem Mantel austritt, und einem lichtempfangenden Teil zum Empfangen eines von dem Mantel austretenden Strahls, in dieser Reihenfolge angeordnet, betrachtet in einer Bewegungsrichtung eines Strahls in einer Lichtleitfaser. Patendokument 5 offenbart einen gebogenen Abschnitt, wo die Lichtleitfaser in einen Bogen als eine spezifische Form des Leckageteils gebogen ist. Bei dieser Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ist der Mantelstrahl-Entfernter-Teil vor dem Leckageteil vorgesehen, um eine Erfassung eines Strahls, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, unterscheidbar von einem Strahl zu gestatten, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat. Wie der vorangehende Leckageteil, der von dem Teil der Verbindung zwischen den Lichtleitfasern ausgebildet ist, verursacht dieser Leckageteil, dass Strahlen, die sich durch das Innere des Kerns in beide Richtungen ausbreiten, in dem im Wesentlichen gleichen Anteil austreten. Um eine übermäßige Leckage eines Laserausgangstrahls zu verhindern, sollte deshalb der Anteil (Verhältnis) einer Austretender-Strahl-Leistung, die von dem Kern zu dem Mantel austritt, auf einem niedrigen Niveau relativ zu einer sich ausbreitenden optischen Leistung gesteuert werden. Dies erzwingt eine Verringerung bei der Austretender-Strahl-Leistung eines reflektierten Strahls, der sich bei dieser Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung durch den Kern in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung des Laserausgangstrahls ausbreitet, so dass die Schwierigkeit beim Erfassen eines reflektierten Strahls mit hoher Genauigkeit, der sich durch den Kern ausbreitet, ungelöst bleibt.

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2005-148180
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2014-211516
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2015-159195
Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2016-76598
Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2017-21099

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, bei einer Laservorrichtung, wo ein Laserausgangstrahl von einem Laser-Oszillator dazu gebracht wird, sich durch eine Lichtleitfaser auszubreiten, zu einem Laserstrahlausgangsende, wie beispielsweise ein mit der Lichtleitfaser verbundener Bearbeitungskopf, geführt wird, und dann auf ein Werkstück aufgebracht bzw. angewandt wird, können die Lichtleitfaser, der Laser-Oszillator usw. beschädigt werden, falls ein reflektierter Strahl, der von einer Oberfläche des Werkstücks reflektiert wird und sich durch das Innere der Lichtleitfaser in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Laserausgangstrahls ausbreitet, eine große Leistung aufweist. Ein reflektierter Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, verursacht einen Temperaturanstieg oder ein Verbrennen usw. einer Schutzbeschichtung der Lichtleitfaser. Indes kehrt ein reflektierter Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, zu dem Laser-Oszillator zurück und beschädigt den Laser-Oszillator usw. Auf diese Weise üben der reflektierte Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, und der reflektierte Strahl, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, Einfluss auf unterschiedliche Arten aus. Deshalb ist es erforderlich, dass eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung imstande ist, die Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, und die Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel ausgebreitet hat, getrennt voneinander mit hoher Genauigkeit oder hoher Empfindlichkeit zu erfassen.
Zur gleichen Zeit ist es erforderlich, dass die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung die wesentlichen Voraussetzungen des Verringerns des Verlusts eines Laserausgangsstrahls, der durch einen Durchgang durch die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung verursacht wird, und Sicherstellens einer Ausfallsicherheit, die für eine Laserausgangstrahlleistung von zehn Kilowatt oder mehr ausreichend ist, erfüllt. Um zu verhindern, dass sich ein reflektierter Strahl ausbreitet, um den Laser-Oszillator zu erreichen, und den Laser-Oszillator beschädigt, wird die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung auch wünschenswerterweise an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser installiert, der näher zu einem Laserstrahlausgangsende als der Laser-Oszillator ist, und imstande ist, die optische Leistung des reflektierten Strahls zu erfassen. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ist auch wünschenswerterweise imstande, nicht nur einen reflektierten Strahl zu erfassen, sondern auch einen Laserausgangstrahl mit hoher Genauigkeit in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls zu erfassen. Außerdem weist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung sicherlich wünschenswerterweise eine hohe Beständigkeit gegenüber der Umwelt, wie beispielsweise Vibration, auf, mit einer einfachen und preiswerten Ausgestaltung.
Somit ist ein erstes, durch die vorliegende Erfindung zu lösendes Problem eine höchst zuverlässige Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung bereitzustellen, die an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser zur Ausbreitung eines Laserausgangstrahls mit großer optischer Leistung installierbar ist, imstande ist, einen Laserausgangstrahl, der sich durch einen Kern der Lichtleitfaser ausbreitet, bei geringem Verlust durchzuführen, und imstande ist, mit hoher Genauigkeit (hohe Empfindlichkeit) und unterscheidbar einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, zu erfassen, welche sich durch die Lichtleitfaser in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Ausbreitungsrichtung des Laserausgangstrahls ausbreiten.
Ein zweites, durch die vorliegende Erfindung zu lösendes Problem ist eine Hochleistungs- und höchst zuverlässige Laservorrichtung bereitzustellen, die bewirkt, dass sich ein Laserausgangstrahl von einem Laser-Oszillator durch das Innere einer Lichtleitfaser ausbreitet und den Laserausgangstrahl zu einem Laserstrahlausgangsende führt, und die vorangehende Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung enthält, um zum Produzieren eines hohen Ausgangs bzw. einer hohen Ausgabe imstande zu sein, zum Emittieren eines Laserausgangstrahls von dem Laser-Oszillator bei geringem Verlust imstande zu sein, zum Überwachen der Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern ausbreitet, und der Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel ausbreitet, mit hoher Genauigkeit und getrennt voneinander während einer Laserbearbeitung imstande zu sein, zum Rückkoppeln eines Ergebnisses des Überwachens imstande zu sein, um einen Laserstrahlausgang genau zu steuern, und unempfänglich für eine Beschädigung durch einen reflektierten Strahl ist, während eine hohe Laserbearbeitungsleistung beibehalten wird.
Wie oben beschrieben, ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung eine höchst zuverlässige Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung bereitstellt, die an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser installierbar ist, imstande ist, einen Laserausgangstrahl bei geringem Verlust durchzuführen, und imstande ist, einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Kern ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit und getrennt voneinander zu erfassen. Es ist auch beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung eine Hochleistungs- und höchst zuverlässige Laservorrichtung bereitstellt, die ein Ergebnis einer Optische-Leistung-Überwachung rückkoppelt, um einen Laserstrahlausgang genau zu steuern, und unempfänglich für eine Beschädigung durch einen reflektierten Strahl ist, während eine hohe Laserbearbeitungsleistung beibehalten wird.

(1) Eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (zum Beispiel später beschriebene Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1), welche eine optische Leistung erfasst, die sich durch eine Lichtleitfaser mit zumindest einem Kern (zum Beispiel später beschriebener Kern 21, 31) und einem Mantel (zum Beispiel später beschriebner Mantel 22, 32) ausbreitet. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung weist auf: eine erste Lichtleitfaser bzw. optische Faser (zum Beispiel später beschriebene erste Lichtleitfaser 2); eine zweite Lichtleitfaser (zum Beispiel später beschriebene zweite Lichtleitfaser 3) mit einem größeren Kerndurchmesser als die erste Lichtleitfaser; einen Verbindungsteil (zum Beispiel später beschriebener Verbindungsteil 4), wo eine Endoberfläche der ersten Lichtleitfaser und eine Endoberfläche der zweiten Lichtleitfaser verbunden sind; einen ersten Leckageteil (zum Beispiel später beschriebener erster Leckageteil 23) zur Leckage bzw. zum Austreten eines Strahls von der ersten Lichtleitfaser zu der Außenseite; einen zweiten Leckageteil (zum Beispiel später beschriebener zweiter Leckageteil 33) zur Leckage eines Strahls von der zweiten Lichtleitfaser zu der Außenseite; einen ersten Photodetektor (zum Beispiel später beschriebener erster Photodetektor 5), welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem ersten Leckageteil austritt bzw. leckt; und einen zweiten Photodetektor (zum Beispiel später beschriebener zweiter Photodetektor 6), welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem zweiten Leckageteil austritt.
(2) Bei der in (1) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung können der erste Leckageteil und der zweite Leckageteil jeweils einen Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil (zum Beispiel später beschriebener Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 25, 35) enthalten, wo eine Oberfläche des Mantels durch Entfernen einer Schutzbeschichtung von der ersten Lichtleitfaser und der zweiten Lichtleitfaser freiliegt.
(3) Bei der in (2) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung können jeder des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors eine lichtempfangende Oberfläche aufweisen, die an einer dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil zugewandten Position vorgesehen ist.
(4) Bei der in (2) oder (3) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann die Oberfläche des Mantels, die von dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil freiliegt, zumindest teilweise einem Mantelstrahlentfernungsprozess ausgesetzt sein, um einen sich durch den Mantel ausbreitenden Strahl aus dem Mantel zu lassen.
(5) Bei der in einem von (1) bis (4) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann zumindest einer des ersten Leckageteils und des zweiten Leckageteils einen gebogenen Abschnitt (zum Beispiel später beschriebener gebogener Abschnitt 26) enthalten.
(6) Bei der in einem von (1) bis (5) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann zumindest einer des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors mehrere Photodetektoren enthalten.
(7) Bei der in (6) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung können die mehreren Photodetektoren Photodetektoren mit unterschiedlichen Wellenlängenempfindlichkeiten enthalten.
(8) Bei der in einem von (1) bis (7) beschriebenen Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann zumindest einer des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors eine Photodiode sein.
(9) Die in einem von (1) bis (8) beschriebene Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann ferner ein Wärmeableitungselement (zum Beispiel später beschriebenes Wärmeableitungselement 7) aufweisen. Zumindest eines der ersten Lichtleitfaser, der zweiten Lichtleitfaser, des Verbindungsteils, des ersten Leckageteils, des zweiten Leckageteils, des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors kann mit dem Wärmeableitungselement thermisch verbunden sein.
(10) Die in einem von (1) bis (9) beschriebene Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann ferner einen oder mehr Temperaturmessfühler (zum Beispiel später beschriebene Temperaturmessfühler 8) aufweisen. Zumindest einer des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors kann mit dem Temperaturmessfühler thermisch verbunden sein.
(11) Eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (zum Beispiel später beschriebene Laservorrichtung 100) weist auf: die in einem von (1) bis (10) beschriebene Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung; einen Laser-Oszillator; eine Ausgangslichtleitfaser (zum Beispiel später beschriebene Ausgangslichtleitfaser 102) zur Ausbreitung eines Laserausgangstrahlausgangs von dem Laser-Oszillator zu einem Laserstrahlausgangsende hin; eine Laser-Energieversorgung bzw. -Stromversorgung (zum Beispiel später beschriebene Laser-Energieversorgung 103), die eine Antriebsleistung an den Laser-Oszillator zuführt; und eine Steuereinheit (zum Beispiel später beschriebene Steuereinheit 104), die einen Erfassungssignalausgang von jedem des ersten Photodetektors und des zweiten Photodetektors in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung empfängt, und einen Ausgangsbefehlswert an die Laser-Energieversorgung ausgibt, der eine Zufuhr von Antriebsleistung bzw. Antriebsenergie an den Laser-Oszillator anweist. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ist an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser installiert, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Laser-Oszillator in eine Richtung von der ersten Lichtleitfaser zu der zweiten Lichtleitfaser hin ausbreitet bzw. überträgt.
(12) Die in (11) beschriebene Laservorrichtung (zum Beispiel später beschriebene Laservorrichtung 200) kann ferner eine Aufzeichnungseinheit (zum Beispiel später beschriebene Aufzeichnungseinheit 107) und eine Berechnungseinheit (zum Beispiel später beschriebene Berechnungseinheit 108) aufweisen. Die Aufzeichnungseinheit kann eine erste Erfassungscharakteristik und eine zweite Erfassungscharakteristik enthalten, die im Voraus aufgezeichnet sind. Die erste Erfassungscharakteristik bzw. -kennlinie zeigt eine Beziehung eines von dem ersten Photodetektor erhaltenen Erfassungswerts mit einem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von einem Werkstück als ein Laserbearbeitungsziel. Die zweite Erfassungscharakteristik zeigt eine Beziehung eines von dem zweiten Photodetektor erhaltenen Erfassungswerts mit dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von dem Werkstück. Die Berechnungseinheit kann eine erste Reflektierter-Strahl-Leistung während einer Laserbearbeitung basierend auf einem von dem ersten Photodetektor erhaltenen Erfassungswert relativ zu dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit und der ersten Erfassungscharakteristik berechnen, und eine zweite Reflektierter-Strahl-Leistung während der Laserbearbeitung basierend auf einem von dem zweiten Photodetektor erhaltenen Erfassungswert relativ zu dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit und der zweiten Erfassungscharakteristik. Zumindest eine Schwelle bzw. ein Schwellenwert kann individuell für jede der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung, die durch die Berechnungseinheit berechnet sind, festgelegt sein. Falls die Schwelle überschritten wird, kann die Steuereinheit eine Unterbrechung eines Strahlausgangs bzw. einer Strahlausgabe anweisen oder betrieben werden, um den Ausgangsbefehlswert durch Folgen eines vorbestimmten Standards zu ändern.
(13) Bei der in (11) oder (12) beschriebenen Laservorrichtung kann der Laser-Oszillator mehrere Laser-Oszillatoren enthalten. Die Laservorrichtung kann einen Strahlkombinierer (zum Beispiel später beschriebener Strahlkombinierer 109) aufweisen, welcher mehrere Laserausgangstrahlen koppelt, die von Entsprechenden der mehreren Laser-Oszillatoren optisch ausgegeben werden. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung kann an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser installiert sein, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Strahlkombinierer zu dem Laserstrahlausgangsende hin in die Richtung von der ersten Lichtleitfaser zu der zweiten Lichtleitfaser hin ausbreitet.

Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ist eine höchst zuverlässige Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung, die an einem Punkt entlang einer Lichtleitfaser installierbar ist, imstande ist, einen Laserausgangstrahl bei geringem Verlust durchzuführen bzw. durchzuleiten, und imstande ist, einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Kern ausgebreitet hat, und einen reflektierten Strahl, der sich durch einen Mantel ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar zu erfassen. Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Laservorrichtung ist eine Hochleistungs- und höchst zuverlässige Laservorrichtung, die ein Ergebnis einer Optische-Leistung-Überwachung rückkoppelt, um einen Laserstrahlausgang genau zu steuern, um unempfänglich für eine Beschädigung durch einen reflektierten Strahl zu werden, während eine hohe Laserbearbeitungsleistung beibehalten wird.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch einen Kern in eine Richtung von einer ersten Lichtleitfaser zu einer zweiten Lichtleitfaser hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist;
3 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch den Kern in eine Richtung von der zweiten Lichtleitfaser zu der ersten Lichtleitfaser hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist;
4 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch einen Mantel in die Richtung von der zweiten Lichtleitfaser zu der ersten Lichtleitfaser hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist;
5 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung eines Teils einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Normalisierungsstrahlintensität und einer Wellenlänge zeigt, zum Erläutern eines Stokes-Strahls, der aus einer herbeigeführten Raman-Streuung in einem Faserlaser resultiert; 8 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 zeigt wie sich ein Laserausgangstrahl und ein reflektierter Strahl durch die erste Lichtleitfaser und die zweite Lichtleitfaser in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung ausbreiten, während die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung an einem Punkt entlang einer Ausgangslichtleitfaser installiert ist;
12 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der in 13 gezeigten Laservorrichtung zeigt;
14B ist ein Flussdiagramm, welches das Beispiel des Betriebs der in 13 gezeigten Laservorrichtung zeigt;
15 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem von einem Photodetektor erhaltenen Erfassungswert und einem Ausgangsbefehlswert P_c, der an eine Laser-Energieversorgung ausgegeben ist, zeigt;
16A ist ein Flussdiagramm, das eine Modifikation des Betriebs der in 13 gezeigten Laservorrichtung zeigt;
16B ist ein Flussdiagramm, das die Modifikation des Betriebs der in 13 gezeigten Laservorrichtung zeigt; und 17 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung und eine Ausführungsform einer Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Elemente, die gemeinsam unter den Zeichnungen sind, werden durch das gleiche Bezugszeichen identifiziert. Komponenten, die in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt und durch das gleiche Bezugszeichen identifiziert sind, sollen die gleiche Funktion erfüllen. Um Darstellungen in den Zeichnungen zu erleichtern, werden Maßstäbe angemessen geändert.
1 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Lichtleitfaserabschnitt wird in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Eine Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 enthält eine erste Lichtleitfaser 2 mit zumindest einem Kern 21 und einem Mantel 22, der den äußeren Umfang des Kerns 21 bedeckt, und eine zweite Lichtleitfaser 3 mit zumindest einem Kern 31 und einem Mantel 32, der den äußeren Umfang des Kerns 31 bedeckt. Die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 sind an entsprechenden Endoberflächen gespleißt, um einen Verbindungsteil (Spleißung) 4 auszubilden. Die erste Lichtleitfaser 2 weist einen ersten Leckageteil 23 auf, der nahe dem Verbindungsteil 4 vorgesehen ist, zur Leckage eines Strahls zu der Außenseite des Mantels 22 der ersten Lichtleitfaser 2. Die zweite Lichtleitfaser 3 weist einen zweiten Leckageteil 33 auf, der nahe dem Verbindungsteil 4 vorgesehen ist, zur Leckage eines Strahls zu der Außenseite des Mantels 32 der zweiten Lichtleitfaser 3. Ein erster Photodetektor 5 ist an dem ersten Leckageteil 23 angeordnet. Der erste Photodetektor 5 empfängt und erfasst eine optische Leistung, die von dem ersten Leckageteil 23 austritt, und gibt ein Ergebnis der Erfassung aus. Ein zweiter Photodetektor 6 ist an dem zweiten Leckageteil 33 angeordnet. Der zweite Photodetektor 6 empfängt und erfasst eine optische Leistung, die von dem zweiten Leckageteil 33 austritt, und gibt ein Ergebnis der Erfassung aus. Sämtliche dieser Teile können gänzlich in einem Gehäuse untergebracht sein, zum Verhindern einer Leckage eines Laserstrahls zu der Außenseite oder zum Blockieren eines Eintritts eines Strahls von der Außenseite.
Die zweite Lichtleitfaser 3 weist einen größeren Kerndurchmesser als die erste Lichtleitfaser 2 auf. Somit ist die Verbindung an dem Verbindungsteil 4 derart, dass zumindest ein Teil einer inneren Umfangsseite der Endoberfläche des Mantels 22 von der ersten Lichtleitfaser 2 die Endoberfläche des Kerns 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 berührt. Der Kerndurchmesser der zweiten Lichtleitfaser 3 kann in einem Bereich von mehrmals bis zehn oder mehrere Male der Kerndurchmesser der ersten Lichtleitfaser 2 sein. Dies ist jedoch nicht der einzige Bereich des Kerndurchmessers der zweiten Lichtleitfaser 3. Wie in den Zeichnungen gezeigt, können die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 den im Wesentlichen gleichen Außendurchmesser aufweisen. Die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 weisen jedoch nicht immer den im Wesentlichen gleichen Außendurchmesser auf. Indes ist der Kerndurchmesser der zweiten Lichtleitfaser 3 kleiner als der Außendurchmesser des Mantels 22 der ersten Lichtleitfaser 2. Somit ist die Verbindung an dem Verbindungsteil 4 derart, dass zumindest ein Teil einer inneren Umfangsseite der Endoberfläche des Mantels 32 von der zweiten Lichtleitfaser 3 die Endoberfläche des Mantels 22 der ersten Lichtleitfaser 2 berührt. Der Verbindungsteil 4 kann durch Herstellen eines angrenzenden bzw. anstoßenden Kontakts zwischen den entsprechenden Endoberflächen der ersten Lichtleitfaser 2 und der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebildet werden. In Hinblick auf ein Verringern eines Verlusts einer Ausbreitung von einem Strahl an dem Verbindungsteil 4, wird der Verbindungsteil 4 vorzugsweise durch Spleißen der entsprechenden Endoberflächen der ersten Lichtleitfaser 2 und der zweiten Lichtleitfaser 3 durch Verschmelzen bzw. Verschweißen ausgebildet.
2 bis 4 zeigen wie sich ein Strahl durch die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausbreitet. 2 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 in eine Richtung zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist. Ein Kerndurchmesser nimmt an dem Verbindungsteil 4 zu. Wie in 2 gezeigt, breitet sich somit der Strahl, der sich durch den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 in die Richtung zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausgebreitet hat, von dem Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 zu dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 aus. Wenn der Strahl durch den Verbindungsteil 4 durchgeht, ist ein Anteil einer optischen Leistung, die von dem Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 zu dem Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 austritt, gering. Als eine Folge wird die optische Leistung des Strahls, der sich in die Richtung von dem Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausgebreitet hat, nicht viel an dem Verbindungsteil 4 verloren, und ihr wird gestattet, durch Ausbreitung durch die Kerne 21 und 31 durch die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 durchzugehen. Falls der Strahl, der sich durch den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 in die Richtung zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausgebreitet hat, ein Laserausgangstrahl von zum Beispiel einer Laservorrichtung ist, wird somit dem Laserausgangstrahl gestattet, durch die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 mit geringem Verlust durchzugehen.
3 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in eine Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist. In 3 zeigt ein hohler Pfeil schematisch einen Strahl, der von dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite der ersten Lichtleitfaser 2 austritt und in den ersten Photodetektor 5 eintritt. Ein Kerndurchmesser ist an dem Verbindungsteil 4 verringert. Wie in 3 gezeigt, tritt somit der Strahl, der sich in die Richtung von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 aus, und dieses austretende Strahl weist einen beachtlich hohen Optische-Leistung-Anteil auf. Der Strahl, der an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 ausgetreten ist, breitet sich durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 aus, und tritt dann von dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite des Mantels 22 aus, um durch den ersten Photodetektor 5 erfasst zu werden. Der Strahl, der an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 austritt, weist einen beachtlich hohen Optische-Leistung-Anteil auf. Somit kann der Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit durch den ersten Photodetektor 5 erfasst werden.
4 zeigt einen beispielhaften Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in eine Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, angedeutet durch eine gestrichelte Linie, die zu der Ausgestaltung von 1 hinzugefügt ist. In 4 zeigen hohle Pfeile schematisch einen Strahl, der von dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite der ersten Lichtleitfaser 2 austritt und in den ersten Photodetektor 5 eintritt, und einen Strahl, der von dem zweiten Leckageteil 33 zu der Außenseite der zweiten Lichtleitfaser 3 austritt und in den zweiten Photodetektor 6 eintritt. Wie in 4 gezeigt, tritt der Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, leicht bzw. einfach an dem zweiten Leckageteil 33 der zweiten Lichtleitfaser 3 von dem Mantel 32 zu der Außenseite der zweiten Lichtleitfaser 3 aus, und wird mit hoher Genauigkeit durch den zweiten Photodetektor 6 erfasst. Hinsichtlich eines Strahls, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, tritt im Wesentlichen keine Leckage dieses Strahls von dem Kern 31 zu dem Mantel 32 an der Position des zweiten Leckageteils 33 auf. Somit tritt der Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, kaum von dem zweiten Leckageteil 33 aus. Als eine Folge wird der Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, durch den zweiten Photodetektor 6 kaum erfasst. Indes kann sich der Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, teilweise durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 ausbreiten, und aus dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite des Mantels 22 austreten. Der erste Photodetektor 5 kann auch diesen austretenden Strahl erfassen. Wie oben beschrieben, erfasst der zweite Photodetektor 6 jedoch kaum den Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat. Sogar falls ein Ergebnis der Erfassung durch den ersten Photodetektor 5 einen nicht unerheblichen Betrag des Beitrags durch den Strahl enthält, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 und dann durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 ausgebreitet hat, kann dieser Beitrag somit einfach berechnet werden und ein Einfluss durch diesen Beitrag kann beseitigt werden.
Somit ist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 imstande beide, eine optische Leistung, die sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, und eine optische Leistung, die sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in die Richtung zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar zu erfassen. Falls ein Strahl, der sich in die Richtung von der zweiten Lichtleitfaser 3 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, ein reflektierter Strahl von einem Werkstück usw. ist, der sich in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung eines Laserausgangstrahls von zum Beispiel einer Laservorrichtung ausbreitet, ist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 somit imstande, die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, und die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar zu erfassen.
Wie in 1 bis 4 gezeigt, weisen die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 eine Schutzbeschichtung 24 beziehungsweise eine Schutzbeschichtung 34 auf, die auf den entsprechenden äußeren Umfangsoberflächen der ersten Lichtleitfaser 2 und der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebildet sind, zum Blockieren oder wesentlichen Blockieren einer Ausbreitung von Strahlen durch das Innere der ersten Lichtleitfaser 2 und das Innere der zweiten Lichtleitfaser 3. Die spezifischen Ausgestaltungen des ersten Leckageteils 23 und des zweiten Leckageteils 33 sind nicht besonders beschränkt, solange wie diese Ausgestaltungen eine Leckage von Strahlen zu der Außenseite der Schutzbeschichtungen 24 und 34 gestatten. Zum Beispiel können der erste Leckageteil 23 und der zweite Leckageteil 33 Teile enthalten, die aus einem Material wie beispielsweise Harz hergestellt sind, das einen Durchgang eines Strahls gestattet und an Positionen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 ausgebildet ist, die dem ersten Leckageteil 23 beziehungsweise dem zweiten Leckageteil 33 entsprechen. Der erste Leckageteil 23 und der zweite Leckageteil 33 weisen jedoch vorzugsweise einen Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 25 beziehungsweise einen Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 35 auf, wo Oberflächen der Mäntel 22 und 32 durch Entfernen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 an dem Teil freigelegt sind, der dem ersten Leckageteil 23 beziehungsweise dem zweiten Leckageteil 33 entspricht. Dies ermöglicht es einfach den Effekt zu erzielen zu gestatten, dass Strahlen, die zu den Mänteln 22 und 32 ausgetreten sind, einfach weiter zu der Außenseite der ersten Lichtleitfaser 2 und der zweiten Lichtleitfaser 3 austreten, um eine Erfassung dieser Strahlen durch den ersten Photodetektor 5 und den zweiten Photodetektor 6 zu gestatten. Falls die Strahlen, die zu den Mänteln 22 und 32 ausgetreten sind, reflektierte Strahlen von einem Werkstück sind, um sich in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung eines Laserausgangstrahls von einer Laservorrichtung auszubreiten, werden die Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35 funktional, um das Auftreten von Problemen zu verhindern, wie beispielsweise Überhitzen und Verbrennen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 mit den Strahlen, die zu den Mänteln 22 und 32 ausgetreten sind. In diesem Fall, wie in 1 bis 4 gezeigt, um zum Beispiel das Auftreten von Problemen wie beispielsweise Überhitzen und Verbrennen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 mit den Strahlen zu verhindern, die an dem Verbindungsteil 4 zu den Mänteln 22 und 32 ausgetreten sind, weist ein vorbestimmter Bereich, der den Verbindungsteil 4 enthält, auch vorzugsweise einen Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil auf, der durch Entfernen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 ausgebildet ist.
Wie in 1 bis 4 gezeigt, falls der erste Leckageteil 23 und der zweite Leckageteil 33 ausgestaltet sind, die Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35 zu enthalten, weisen der erste Photodetektor 5 und der zweite Photodetektor 6 vorzugsweise lichtempfangende Oberflächen auf, die an Positionen ausgebildet sind, welche den Schutzbeschichtung-Entfernten-Teilen 25 beziehungsweise 35 zugewandt sind. Dies gestattet, dass der erste Photodetektor 5 und der zweite Photodetektor 6 Strahlen effizient erfassen, die von den Schutzbeschichtung-Entfernten-Teilen 25 beziehungsweise 35 austreten. Damit der von dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 25 oder 35 austretende Strahl effizient fokussiert wird auf oder geführt wird zu der lichtempfangenden Oberfläche des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6, kann ein optisches Teil, das nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, für die Fokussierung oder Führung des Strahls zwischen dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 25 und dem ersten Photodetektor 5, oder zwischen dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil 35 und dem zweiten Photodetektor 6, angeordnet sein. Das optische Teil für die Fokussierung oder Führung des Strahls kann auch als ein Strahl-durchlassendes Fenster funktionieren, das für die lichtempfangende Oberfläche des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 vorgesehen ist.
Die Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35, die durch Entfernen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 ausgebildet sind, müssen zumindest an Positionen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 angeordnet sein, die den Positionen des ersten Photodetektors 5 beziehungsweise des zweiten Photodetektors 6 entsprechen, um zu gestatten, dass der erste Photodetektor 5 und der zweite Photodetektor 6 Strahlen erfassen, die von der ersten Lichtleitfaser 2 beziehungsweise der zweiten Lichtleitfaser 3 austreten. Indes werden die in 1 bis 4 gezeigten Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35 durch Entfernen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 der ersten Lichtleitfaser 2 und der zweiten Lichtleitfaser 3 entlang den gesamten Umfangsoberflächen ausgebildet. In diesem Fall können Spiegelreflektoren, die nicht in den Zeichnungen gezeigt sind, auf der gegenüberliegenden Seite zu dem ersten Photodetektor 5 und dem zweiten Photodetektor 6 (quer) über die Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35 angeordnet sein. Dies gestattet, dass ein Strahl, der von dem Schutzbeschichtung-Entfernten-Teil 25 oder 35 austritt und sich zu der gegenüberliegenden Seite zu dem ersten Photodetektor 5 oder dem zweiten Photodetektor 6 hin bewegt, effizient in die lichtempfangende Oberfläche des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 eintritt. Als eine Folge wird dem ersten Photodetektor 5 und dem zweiten Photodetektor 6 gestattet, eine Erfassung mit höherer Genauigkeit zu erreichen. Dieser Spiegelreflektor kann eine gebogene Spiegeloberfläche aufweisen, damit ein Strahl, der von dem Schutzbeschichtung-Entfernten-Teil 25 oder 35 austritt, effizienter auf die lichtempfangende Oberfläche des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 fokussiert wird.
Während es nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, ist es auch bevorzugt, dass eine Oberfläche des Mantels 22 oder 32, die von dem Schutzbeschichtung-Entfernten-Teil 25 oder 35 freiliegt, einem zumindest teilweise ausgeführten Mantelstrahlentfernungsprozess ausgesetzt wird, um einen Strahl sich effektiv durch den Mantel 22 oder 32 aus dem Mantel 22 oder 32 heraus ausbreiten zu lassen. Als eine Folge der Implementierung des Mantelstrahlentfernungsprozesses wird ein sich durch den Mantel 22 oder 32 ausbreitender Strahl einfach aus der Lichtleitfaser herausgelassen, um die Genauigkeit einer Erfassung des sich durch den Mantel 22 oder 32 ausbreitenden Strahls zu erhöhen. Falls ein sich durch den Mantel 22 oder 32 ausbreitender Strahl zum Beispiel ein Strahl ist, der ein Überhitzen und resultierendes Verbrennen der Schutzbeschichtung 24 oder 34 verursachen könnte, wird der Strahl einfacher aus der Lichtleitfaser herausgelassen, um den Effekt des Verhinderns einer Beschädigung an der Schutzbeschichtung 24 oder 34 zu erzielen. Zum Beispiel umfassen spezifische Verfahren, die für den Mantelstrahlentfernungsprozess anwendbar sind, ein Oberflächenaufrauverfahren des Erzeugens eines etwas aufgerauten Zustands auf der äußeren Oberfläche des Mantels 22 oder 32, ein Verfahren des Ausbildens feiner Muster auf der äußeren Oberfläche des Mantels 22 oder 32, und ein Verfahren des Beschichtens der äußeren Oberfläche des Mantels 22 oder 32 mit Harz usw. mit einem höheren Brechungsindex als der Mantel 22 oder 32, zum Bewirken, dass ein austretender Strahl durchgeht.
5 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung eines Teils einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Lichtleitfaserabschnitt wird in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. In 5 zeigt ein hohler Pfeil schematisch einen Strahl, der von dem ersten Leckageteil 23 austritt und in den ersten Photodetektor 5 eintritt. Zumindest einer des vorangehenden ersten Leckageteils 23 und zweiten Leckageteils 33 enthält vorzugsweise einen gebogenen Abschnitt. 5 zeigt einen entsprechenden Abschnitt in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung mit dem ersten Leckageteil 23 und dem zweiten Leckageteil 33, und wo der erste Leckageteil 23 einen gebogenen Abschnitt 26 enthält. Durch das Vorsehen des gebogenen Abschnitts 26 wird einem Strahl, der sich durch das Innere des Mantels 22 ausbreitet, gestattet, einfach zu der Außenseite auszutreten, ohne ein Ausführen des vorangehenden Mantelstrahlentfernungsprozesses auf der Oberfläche des Mantels 22, wodurch die Genauigkeit einer Erfassung durch den ersten Photodetektor 5 erhöht wird. Der Mantelstrahlentfernungsprozess kann natürlich ferner an dem gebogenen Abschnitt 26 ausgeführt werden. Ein derartiger gebogener Abschnitt kann auch an dem zweiten Leckageteil 33 vorgesehen sein.
Der in 5 gezeigte gebogene Abschnitt 26 wird durch Biegen der ersten Lichtleitfaser 2 um ungefähr 180 Grad in eine bogenartige Form um den ersten Leckageteil 23 ausgebildet. Dies ist jedoch nicht der einzige Fall. Es ist lediglich erforderlich, dass der gebogene Abschnitt ein Abschnitt der Lichtleitfaser ist, der an der Position des ersten Leckageteils 23 oder des zweiten Leckageteils 33 in einen Bogen gebogen ist. Während es nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, kann der gebogene Abschnitt somit zum Beispiel durch Biegen des ersten Leckageteils 23 oder des zweiten Leckageteils 33 gänzlich in einen Kreis ausgebildet sein. In der Gegenwart des gebogenen Abschnitts, wie die Position des ersten Photodetektors 5 und diejenige des gebogenen Abschnitts 26 der ersten Lichtleitfaser 2 relativ zueinander, in 5 gezeigt, ist der Photodetektor zumindest vorzugsweise angrenzend an die vorstehende Seite (äußere Umfangsseite) des gebogenen Abschnitts angeordnet, um einen von dem Mantel 22 oder 32 austretenden Strahl effektiver zu erfassen.
Um einen Strahl an dem ersten Leckageteil 23 oder dem zweiten Leckageteil 32, der zu der Außenseite der Lichtleitfaser austritt, zu erhöhen, kann ein in den Zeichnungen nicht gezeigter, zweiter Verbindungsteil separat von dem Verbindungsteil 4 vorgesehen sein. Der zweite Verbindungsteil wird zum Beispiel an dem ersten Leckageteil 23 oder dem zweiten Leckageteil 32 durch Spleißen der entsprechenden Endoberflächen der Lichtleitfasern durch Verschmelzen ausgebildet. Es ist nicht immer erforderlich, dass der zweite Verbindungsteil durch Spleißen von Lichtleitfasern mit unterschiedlichen Kerndurchmessern ausgebildet wird.
6 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Lichtleitfaser-Abschnitt wird in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. In 6 zeigen hohle Pfeile schematisch Strahlen, die von dem ersten Leckageteil 23 und dem zweiten Leckageteil 33 austreten und in den ersten Photodetektor 5 und den zweiten Photodetektor 6 eintreten. Bei dieser Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 werden mehrere Photodetektoren verwendet, um jeden des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 auszubilden. Ein Verwenden der mehreren Photodetektoren zum Ausbilden des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 ermöglicht es, das Auftreten eines ungenauen Erfassungsergebnisses aufgrund einer Verschlechterung bzw. Schädigung oder eines Betriebsausfalls eines Photodetektors, oder verschiedene Probleme zu verhindern, die durch eine unzulängliche Strahlausgangssteuerung basierend auf dem ungenauen Erfassungsergebnis verursacht werden. Dies kann zu einem Zuverlässigkeitsanstieg eines Erfassungsergebnisses beitragen. Falls mehrere Photodetektoren zum Ausbilden des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 verwendet werden, umfasst vorzugsweise jeder des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 mehrere Photodetektoren, wie in 6 gezeigt, in Hinblick auf ein weiteres Erhöhen der Zuverlässigkeit eines Erfassungsergebnisses. Indes kann lediglich einer des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 durch mehrere Photodetektoren ausgebildet sein.
Der erste Leckageteil 23 und der zweite Leckageteil 33, in 6 gezeigt, enthalten die Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35, die sich die gesamten Umfänge der ersten Lichtleitfaser 2 beziehungsweise der zweiten Lichtleitfaser 3 erstrecken. Zwei erste Photodetektoren 5 sind angeordnet, um einander (quer) über die Lichtleitfaser zugewandt zu sein, und zwei zweite Photodetektoren 6 sind angeordnet, um einander (quer) über die Lichtleitfaser zugewandt zu sein. Indes können in der Gegenwart der Schutzbeschichtung-Entfernten-Teile 25 und 35, die sich die gesamten Umfänge erstrecken, zum Beispiel drei oder mehr Photodetektoren, nicht in den Zeichnungen gezeigt, für einen Leckageteil vorgesehen und in der Umfangsrichtung um die Lichtleitfaser herum angeordnet sein. Aus der Lichtleitfaser austretende Strahlen werden nicht immer isotrop um die Lichtleitfaser herum ausgegeben. In dieser Hinsicht erzielt ein Anordnen mehrerer Photodetektoren in der Umfangsrichtung um die Lichtleitfaser herum den Effekt des Erhöhens der Genauigkeit einer Erfassung eines austretenden Strahls. Die Anordnung von mehreren Photodetektoren ist nicht auf eine derartige Anordnung in einer Umfangsrichtung um die Lichtleitfaser herum beschränkt. Mehrere Photodetektoren können auch in der Achsenrichtung der Lichtleitfaser ausgerichtet sein oder können in beide, die Umfangsrichtung und die Achsenrichtung der Lichtleitfaser angeordnet sein.
Falls mehrere Photodetektoren für einen Leckageteil vorgesehen sind, enthalten diese Photodetektoren vorzugsweise Photodetektoren mit unterschiedlichen Wellenlängenempfindlichkeiten. Wie in 6 gezeigt, falls zwei Photodetektoren für einen Leckageteil vorgesehen sind (die ersten Photodetektoren 5 für den ersten Leckageteil 23 oder die zweiten Photodetektoren 6 für den zweiten Leckageteil 33), kann zum Beispiel eine Wellenlängenempfindlichkeit festgelegt sein, sich zwischen diesen zwei Photodetektoren (zwischen den ersten Photodetektoren 5 oder zwischen den zweiten Photodetektoren 6) unterscheidet, um Photodetektoren mit unterschiedlichen Wellenlängenempfindlichkeiten, die zu den mehreren Photodetektoren gehören, bereitzustellen. Unterschiedliche Wellenlängenempfindlichkeiten können zum Beispiel durch die Verwendung eines optischen Bandpassfilters, Tiefpassfilters oder eines Hochpassfilters festgelegt werden. Auf diese Weise kann lediglich ein Strahl in einem bestimmten Wellenlängenbereich mit hoher Empfindlichkeit erfasst werden. Wie ein Stokes-Strahl, der aus herbeigeführter Raman-Streuung in einem Faserlaser resultiert, in 7 gezeigt, gibt es zum Beispiel einen Strahl, der nachteiliger bzw. schädlicher als ein reflektierter Strahl eines Laserausgangstrahls von dem Faserlaser ist, wie beispielsweise ein Strahl, um zu einem Anregungshalbleiterlaser zurückzukehren, ohne durch ein Faser-Bragg-Gitter („fiber bragg grating“, FBG) an dem Faserlaser reflektiert zu werden, als eine Folge einer Wellenlängenverschiebung, und um an dem Anregungshalbleiterlaser usw. Schaden zu verursachen. Ein derartiger schädlicher Strahl kann getrennt von einem Laserausgangstrahl oder einem normalen reflektierten Strahl erfasst werden, um eine angemessenere Strahlausgangssteuerung zu erzielen.
Die spezifischen Ausgestaltungen des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 sind nicht besonders beschränkt, solange wie diese Ausgestaltungen einen Empfang und eine Erfassung von Strahlen, die von dem ersten Leckageteil 23 und dem zweiten Leckageteil 33 austreten, und eine Ausgabe von Ergebnissen der Erfassungen gestatten. Indes ist zumindest einer des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 vorzugsweise eine Photodiode. Die Photodiode weist eine höhere optische Ansprechgeschwindigkeit auf als ein Photodetektor eines Typs des Erfassens eines Strahls nach einem Umwandeln des Strahls in Wärme. Eine hohe optische Ansprechgeschwindigkeit gestattet eine Erfassung einer Änderung bei einer Reflektierter-Strahl-Leistung mit hoher Geschwindigkeit, so dass die erfasste Änderung rückgekoppelt werden kann, um einen Strahlausgang mit hoher Geschwindigkeit zu steuern. Falls ein reflektierter Strahl von einem Werkstück kommt, um sich in eine Richtung entgegengesetzt der Richtung eines Laserausgangstrahls von einer Laservorrichtung auszubreiten, kann somit eine Beschädigung an einem Laser-Oszillator oder einer Lichtleitfaser verhindert werden, bevor sie sich ereignet.
8 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Lichtleitfaser-Abschnitt wird in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Wie in 8 gezeigt, ist es bevorzugt, dass die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ein Wärmeableitungselement 7 enthält, und zumindest eines der ersten Lichtleitfaser 2, der zweiten Lichtleitfaser 3, des Verbindungsteils 4, des ersten Leckageteils 23, des zweiten Leckageteils 33, des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 angeordnet ist, um mit dem Wärmeableitungselement 7 thermisch verbunden zu sein. Ein thermisches Verbinden jedes Teils mit dem Wärmeableitungselement 7 verringert einen Temperaturanstieg dieses Teils, der zum Beispiel durch einen austretenden Strahl oder einen Strahl von dem Mantel 22 oder 32, der an die Schutzbeschichtung 24 oder 34 anzuwenden ist, verursacht wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erhöht wird. Ein thermisches Verbinden des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 mit dem Wärmeableitungselement 7 stabilisiert die Temperatur des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6. Dies verringert eine Änderung bei der Strahlerfassungsempfindlichkeit, eine Abweichung eines Ausgangswerts usw., die durch die Temperaturänderung verursacht werden, um eine Strahlerfassungsgenauigkeit zu erhöhen. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 wird fähig zum Erfassen des Auftretens von Problemen, wie beispielsweise eine Wärmeerzeugung aufgrund eines Versagens bzw. Fehlers, durch Überwachen der Temperatur des Wärmeableitungselements 7, das mit jedem Teil der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 thermisch verbunden ist.
8 zeigt die thermische Verbindung zwischen jedem Teil und einem Wärmeableitungselement 7. Das Wärmeableitungselement 7 ist jedoch nicht auf ein Wärmeableitungselement beschränkt, sondern kann in mehrere Wärmeableitungselemente unterteilt sein. In 8 wird das Wärmeableitungselement 7 gezeigt, in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 angeordnet zu sein, und als ein der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 zugewiesenes Wärmeableitungselement gezeigt. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Wärmeableitungselement 7 ausschließlich für die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 verwendet wird, sondern kann auch als ein Wärmeableitungselement zum Ableiten von Wärme von einem anderen Wärmeerzeugungsteil verwendet werden. Zum Beispiel kann da Wärmeableitungselement insbesondere eine wassergekühlte Wärmesenke sein.
9 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Lichtleitfaser-Abschnitt wird in einer schematischen Schnittansicht gezeigt. Wie in 9 gezeigt, ist es bevorzugt, dass die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ferner einen oder mehr Temperaturmessfühler 8 enthält, wobei zumindest einer des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 mit dem Temperaturmussfühler 8 thermisch verbunden sei, und der Temperaturmessfühler 8 platziert sei, um eine Erfassung der Temperatur einer vorbestimmten Position des ersten Photodetektors 5 oder des zweiten Photodetektors 6 zu gestatten. Dies gestattet eine Kalibrierung einer Änderung bei der Empfindlichkeit oder Abweichung eines Ausgangswerts aufgrund einer Temperaturänderung an einem Photodetektor, so dass ein austretender Strahl mit höherer Genauigkeit erfasst werden kann. Der erste Photodetektor 5 oder der zweite Photodetektor 6 können zum Beispiel ausgestaltet sein, um mit dem Temperaturmessfühler 8 thermisch verbunden zu sein, und ferner mit dem Wärmeableitungselement 7 thermisch verbunden zu sein, wie in 8 gezeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine in 10 gezeigte Laservorrichtung 100 enthält die vorangehende Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1, einen Laser-Oszillator 101, eine Ausgangslichtleitfaser 102, eine Laser-Energieversorgung 103 und eine Steuereinheit 104. Die Ausgangslichtleitfaser 102 ist für eine Ausbreitung eines Laserausgangstrahlausgangs von dem Laser-Oszillator 101 zu einem Laserstrahlausgangsendes (in 10 nicht gezeigt) hin. Die Laser-Energieversorgung 103 führt Antriebsleistung an den Laser-Oszillator 101 zu. Die Steuereinheit 104 empfängt einen Erfassungssignalausgang von jedem des ersten Photodetektors 5 und des zweiten Photodetektors 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 (siehe zum Beispiel 1). Die Steuereinheit 104 ist imstande zum Ausgeben eines Ausgangsbefehlswerts an die Laser-Energieversorgung 103, der eine Zufuhr von Antriebsleistung an den Laser-Oszillator 101 basierend auf dem empfangenen Erfassungssignal anweist. Die spezifische Ausgestaltung des Laserstrahlausgangsendes in der Laservorrichtung 100 ist nicht besonders beschränkt.
Die in 10 gezeigt Ausgangslichtleitfaser 102 enthält eine Eingangsseite-Lichtleitfaser 102a, betrachtet von der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1, zur Ausbreitung eines Laserausgangstrahlausgangs von dem Laser-Oszillator 101, und eine Ausgangsseite-Lichtleitfaser 102b, betrachtet von der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1, zur Ausbreitung des Laserausgangstrahls von der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 zu dem Laserstrahlausgangsende hin. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ist an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser 102 installiert, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Laser-Oszillator 101 in eine Richtung von der ersten Lichtleitfaser 2 zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausbreitet.
Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 kann an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser 102 installiert sein, durch eine spezifische Ausgestaltung zum Beispiel des Spleißens der Eingangsseite-Lichtleitfaser 102a der Ausgangslichtleitfaser 102 und der ersten Lichtleitfaser 2 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 durch Verschmelzen, und zum Beispiel des Spleißens der Ausgangsseite-Lichtleitfaser 102b und der zweiten Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 durch Verschmelzen. Alternativ können die Eingangsseite-Lichtleitfaser 102a und die Ausgangsseite-Lichtleitfaser 102b zum Ausbilden der ersten Lichtleitfaser 2 beziehungsweise der zweiten Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 verwendet werden.
11 zeigt wie sich ein Laserausgangstrahl und ein reflektierter Strahl durch die erste Lichtleitfaser 2 und die zweite Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausbreiten, während die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser 102 installiert ist. Ein Kerndurchmesser verändert sich beträchtlich an dem Verbindungsteil 4 in der Ausgangsrichtung des Laserstrahls. Wie in 11 gezeigt, bezüglich eines Laserausgangstrahls (Strahl A), der sich von dem Laser-Oszillator 101 durch den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 ausgebreitet hat, ist somit der Anteil einer optischen Leistung, die an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 zu dem Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 austritt, gering. Als eine Folge wird dem Laserausgangstrahlausgang von dem Laser-Oszillator 101 gestattet, durch die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 bei geringem Verlust durchzugehen.
Bezüglich eines reflektierten Strahls, der von dem Laserstrahlausgangsende zu der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 zurückkehrt, nach einem Ausbreiten durch die Ausgangsseite-Lichtleitfaser 102b, und sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 (Strahl B) ausgebreitet hat, wird dieser reflektierte Strahl in dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 eingeschlossen. Somit tritt im Wesentlichen keine Leckage dieses reflektierten Strahls von dem zweiten Leckageteil 33 zu der Außenseite der zweiten Lichtleitfaser 3 auf. Indes ist ein Kerndurchmesser an dem Verbindungsteil 4 in der Ausbreitungsrichtung des reflektierten Strahls verringert. Wenn sich dieser reflektierte Strahl weiter ausbreitet, um den Verbindungsteil 4 zu erreichen, tritt somit ein Teil des reflektierten Strahls, dem es nicht gelungen war von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 einzutreten, an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 aus. Falls die zweite Lichtleitfaser 3 ein großes Kerndurchmesserverhältnis zu dem Kerndurchmesser der ersten Lichtleitfaser 2 aufweist, tritt der reflektierte Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, in einem erhöhten Anteil einer optischen Leistung von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 aus. Auf diese Weise wird einem signifikanten Anteil des reflektierten Strahls gestattet, zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 auszutreten.
Ein Teil eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausbreitet, wird durch den Kern 21 der ersten Lichtleitfaser 2 absorbiert, während sich dieser reflektierte Strahl weiter zu dem Laser-Oszillator 101 hin ausbreitet. Indes breitet sich viel von einem reflektierten Strahl, der an dem Verbindungsteil 4 von dem Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 austritt, durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 aus, um den ersten Leckageteil 23 zu erreichen, weil der erste Leckageteil 23 nahe dem Verbindungsteil 4 ist. Somit tritt der reflektierte Strahl, der zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 ausgetreten ist, von dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite der ersten Lichtleitfaser 2 aus und wird dann durch den ersten Photodetektor 5 erfasst. Ein Ergebnis dieser Erfassung wird an die Steuereinheit 104 ausgegeben. In einer normalen Ausgestaltung ist der Anteil der optischen Leistung eines reflektierten Strahls, der von einem Kern zu einem Mantel austritt, gering. Dies macht es schwierig, einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern ausbreitet, mit hoher Genauigkeit in einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung zu erfassen, die an der Ausgangslichtleitfaser vorgesehen ist. Im Gegensatz dazu, gemäß der vorliegenden Erfindung, kann der Anteil einer optischen Leistung, die von dem Kern zu dem Mantel austritt, für einen reflektierten Strahl erhöht werden, so dass ein reflektierter Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Unter Bezugnahme auf einen reflektierten Strahl (Strahl C), der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, als eine Folge der Ausbreitung durch den Mantel 32, tritt dieser reflektierte Strahl einfach von dem zweiten Leckageteil 33 zu der Außenseite der zweiten Lichtleitfaser 3 aus, und kann durch den zweiten Photodetektor 6 mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Ein Ergebnis dieser Erfassung wird an die Steuereinheit 104 ausgegeben. Der reflektierte Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, tritt nicht vollständig an dem zweiten Leckageteil 33 zu der Außenseite der zweiten Lichtleitfaser 3 aus, sondern ein Teil dieses reflektierten Strahls geht durch den Verbindungsteil 4 durch, um sich weiter zu dem Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 auszubreiten. Dann kann dieser reflektierte Strahl von dem ersten Leckageteil 23 zu der Außenseite der ersten Lichtleitfaser 2 austreten, und kann durch den ersten Photodetektor 5 erfasst werden. Wie oben beschrieben, erfasst der zweite Photodetektor 6 jedoch kaum einen Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in eine Richtung von dem Kern 32 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat. Sogar falls ein Ergebnis der Erfassung durch den ersten Photodetektor 5 einen nicht-vernachlässigbaren Betrag eines Beitrags durch den Strahl enthält, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 und dann durch den Mantel 22 der ersten Lichtleitfaser 2 ausgebreitet hat, kann somit dieser Beitrag einfach berechnet werden und ein Einfluss durch diesen Beitrag kann beseitigt werden. Somit ist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 imstande die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in eine Richtung von dem Kern 31 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, und die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in eine Richtung von dem Mantel 32 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar zu erfassen.
Als eine Folge, während ein Laserausgangstrahl von dem Laserstrahlausgangsende ausgegeben wird, speist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 einen Erfassungssignalausgang von dem ersten Photodetektor 5 oder dem zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 zurück an die Steuereinheit 104. Die Steuereinheit 104 steuert eine Antriebsleistung adäquat, um von der Laser-Energieversorgung 103 an den Laser-Oszillator 101 zugeführt zu werden. Auf diese Weise kann eine hohe Laserausgangsleistung beibehalten werden, während eine Beschädigung an dem Laser-Oszillator 101, der Ausgangslichtleitfaser 102 usw., die durch einen reflektierten Strahl verursacht wird, verhindert werden kann, bevor sie sich ereignet. Wie oben beschrieben, ist die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 imstande eine Reflektierter-Strahl-Leistung, die sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, und eine Reflektierter-Strahl-Leistung, die sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar zu überwachen. Somit gestattet ein Speisen von Ergebnissen des Überwachens zurück, um einen Laserstrahlausgang genau zu steuern, eine Ausgabe eines Hochqualitäts-Laserausgangsstrahls und erzielt eine Hochleistungs- und höchst zuverlässige Ausgestaltung für eine Laservorrichtung, die unanfällig für eine Beschädigung durch einen reflektierten Strahl ist.
Wie oben beschrieben, ist die Laservorrichtung imstande einen Laserausgangstrahl bei geringem Verlust auszugeben. Ferner, hinsichtlich eines reflektierten Strahls, der sich in eine Richtung von der zweiten Lichtleitfaser 3 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, entgegengesetzt der Richtung des Laserausgangstrahls, erfasst die Laservorrichtung mit hoher Genauigkeit und unterscheidbar die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, der den Laser-Oszillator 101 usw. beschädigt, und die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, der ein Überhitzen oder Verbrennen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 der Lichtleitfasern verursacht. Auf diese Weise wird die Laservorrichtung fähig zum adäquaten Steuern des Laserausgangstrahls, während sie eine Beschädigung durch die reflektierten Strahlen verhindert, unter Berücksichtigung der Arten, auf welche diese reflektierten Strahlen Einflüsse ausüben und der Ausmaße bzw. Niveaus der Einflüsse, wodurch die hohe Zuverlässigkeit und hohe Leistung der Laservorrichtung erzielt werden. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 kann einen reflektierten Strahl erfassen, bevor der reflektierte Strahl den Laser-Oszillator 101 erreicht. Dies gestattet eine Kontrolle bzw. Steuerung, um zum Beispiel den reflektierten Strahl durch Verringern einer optischen Ausgabe unverzüglicher zu verringern. Dies kann das Risiko einer Beschädigung an dem Laser-Oszillator 101 verringern, die durch den reflektierten Strahl zu verursachen ist, der sich ausgebreitet hat, um den Laser-Oszillator 101 zu erreichen.
12 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 12 gezeigte Laservorrichtung 100 ist ein Beispiel einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen Bearbeitungskopf 105 enthält, als ein Beispiel eines Laserstrahlausgangsendes, das an der Ausgangslichtleitfaser 102 vorgesehen ist und eine Laserbearbeitung an einem Werkstück 106 ausführt. Ein Bereitstellen der vorangehenden Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 in dieser Laserbearbeitungsvorrichtung gestattet eine Ausgabe eines Laserausgangstrahls bei geringem Verlust. Hinsichtlich eines reflektierten Strahls, der sich in eine Richtung von der zweiten Lichtleitfaser 3 zu der ersten Lichtleitfaser 2 hin ausgebreitet hat, entgegengesetzt der Richtung des Laserausgangstrahls, werden die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, der den Laser-Oszillator 101 usw. beschädigt, und die optische Leistung eines reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, der ein Überhitzen oder Verbrennen der Schutzbeschichtungen 24 und 34 der Lichtleitfasern verursacht, mit hoher Genauigkeit unterscheidbar erfasst. Während eine Beschädigung durch die reflektierten Strahlen verhindert wird, unter Berücksichtigung der Arten, auf welche diese reflektierten Strahlen Einflüsse ausüben und die Ausmaße der Einflüsse, wird die Steuereinheit 104 somit fähig zum adäquaten Steuern eines Laserausgangstrahls, um nicht fehlerhafte Teile zu verursachen, aufgrund von mehr Verringerung bei einer Laserausgabe als notwendig. Als eine Folge kann die Laservorrichtung ausgestaltet sein, eine hohe Zuverlässigkeit und hohe Leistung aufzuweisen. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 kann einen reflektierten Strahl erfassen, der von einer Oberfläche des Werkstücks 106 reflektiert wird, bevor der reflektierte Strahl den Laser-Oszillator 101 erreicht. Dies gestattet der Laservorrichtung 100, eine Kontrolle bzw. Steuerung auszuüben, um zum Beispiel den reflektierten Strahl durch Verringern einer optischen Ausgabe unverzüglicher zu verringern. Dies kann das Risiko einer Beschädigung an dem Laser-Oszillator 101 verringern, die durch den reflektierten Strahl zu verursachen ist, der sich ausgebreitet hat, um den Laser-Oszillator 101 zu erreichen.
In 12 zeigt ein hohler Pfeil L1 schematisch einen Laserausgangstrahl, und ein hohler Pfeil L2 zeigt schematisch einen reflektierten Strahl. Der Laserausgangstrahl wird im Allgemeinen ausgegeben, um an einer Position nahe der Oberfläche des Werkstücks 106 fokussiert zu sein, durch eine Fokussieroptik in dem Bearbeitungskopf 105. In diesem Zusammenhang zeigt der hohle Pfeil L1 schematisch die Richtung des Laserausgangstrahlausgangs von dem Bearbeitungskopf 105. Indes ist der hohle Pfeil L2 der Einfachheit halber an einer Position außerhalb der Ausgangslichtleitfaser 102 dargestellt, um die Richtung des reflektierten Strahls zu zeigen, der sich durch das Innere der Ausgangslichtleitfaser 102 ausbreitet. Der hohle Pfeil L2 zeigt lediglich schematisch die Richtung des reflektierten Strahls.
Der Laser-Oszillator 101 ist nicht besonders beschränkt, sondern kann ein beliebiger Laser-Oszillator sein, der imstande ist einen Laserausgangstrahl mit einer Wellenlänge auszugeben, die eine Ausbreitung durch eine Lichtleitfaser gestattet. Beispiele eines Laser-Oszillators, der auf den Laser-Oszillator 101 anwendbar ist, umfassen einen direkten Diodenlaser-Oszillator, der einen Laserausgangstrahl von einem Laserstrahlausgang von einem Halbleiterlaser erzeugt, einen Faserlaser-Oszillator, der aus Faser hergestellt ist und einen Laserstrahl von einem Anregungsstrahlausgang von einem Halbleiterlaser erzeugt, und einen Festkörperlaser-Oszillator, wie beispielsweise ein Nd:YAG-Laser-Oszillator, der einen Laserstrahl von einem Anregungsstrahlausgang von einem Halbleiterlaser erzeugt, usw. Mit Ausnahme eines Faserlaseroszillators, der aus Faser hergestellt ist, erfordert ein Laser-Oszillator ein optisches System bzw. eine Optik zum Führen eines Laserstrahlausgangs von dem Laseroszillator zu einer Lichtleitfaser. Bei der vorliegenden Erfindung, hinsichtlich eines Laser-Oszillators, der ein optisches System zum Führen eines Strahls zu einer Lichtleitfaser erfordert, sollte ein Block für einen derartigen Laser-Oszillator so verstanden werden, dass er das optische System zum Führen eines Strahls zu einer Lichtleitfaser enthält.
13 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine in 13 gezeigte Laservorrichtung 200 enthält, zusätzlich zu den Einheiten der in 12 gezeigten Laservorrichtung 100, eine Aufzeichnungseinheit 107 und eine Berechnungseinheit 108. Die Aufzeichnungseinheit 107 enthält eine erste Erfassungscharakteristik und eine zweite Erfassungscharakteristik, die im Voraus aufgenommen bzw. aufgezeichnet sind. Die erste Erfassungscharakteristik zeigt eine Beziehung eines Erfassungswerts, der von dem ersten Photodetektor 5 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erhalten wird, mit einer Ausgangsbefehlswertausgabe von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von dem Werkstück 106 als ein Laserbearbeitungsziel. Die zweite Erfassungscharakteristik zeigt eine Beziehung eines Erfassungswerts, der von dem zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erhalten wird, mit dem Ausgangsbefehlswertausgang von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von dem Werkstück 106. Die Berechnungseinheit 108 berechnet eine erste Reflektierter-Strahl-Leistung während einer Laserbearbeitung basierend auf einem Erfassungswert, der von dem ersten Photodetektor 5 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 relativ zu der Ausgangsbefehlswertausgabe von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 erhalten wird, und der ersten Erfassungscharakteristik, die im Voraus in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet wird. Ferner berechnet die Berechnungseinheit 108 eine zweite Reflektierter-Strahl-Leistung während der Laserbearbeitung basierend auf einem Erfassungswert, der von dem zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 relativ zu der Ausgangsbefehlswertausgabe von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 erhalten wird, und der zweiten Erfassungscharakteristik, die im Voraus in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet wird. Die Berechnungseinheit 108 gibt die berechnete erste Reflektierter-Strahl-Leistung und zweite Reflektierter-Strahl-Leistung an die Steuereinheit 104 aus.
Bei der in 13 gezeigten Laservorrichtung 200 ist zumindest eine Schwelle individuell für jede der Reflektierter-Strahl-Leistungen festgelegt, die durch die Berechnungseinheit 108 berechnet sind, einschließlich der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung. Falls die Werte der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung ihre Schwellen überschreiten, weist die Steuereinheit 104 eine Unterbrechung eines Strahlausgangs als ein Ausgangsbefehlswert an, oder wird betrieben, um den Ausgangsbefehlswert durch Folgen eines vorbestimmten Standards zu ändern. Die Schwellen werden im Voraus an der Steuereinheit 104 festgelegt.
14A und 14B zeigen ein Flussdiagramm über ein Beispiel des Betriebs der in 13 gezeigten Laservorrichtung 200. Das Beispiel des Betriebs der Laservorrichtung 200 wird basierend auf dem Flussdiagramm in 14A und 14B beschrieben, während auf 13 Bezug genommen wird. Die Komponenten der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 können aus 1 verstanden werden. Wenn die Laservorrichtung 200 gestartet wird, bestimmt die Steuereinheit 104 zuerst, ob die Aufzeichnungseinheit 107 eine erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und eine zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) enthält (Schritt S101). Die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) zeigt eine Beziehung eines Erfassungswerts d₁, der von dem ersten Photodetektor 5 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erhalten wird, mit einem Ausgangsbefehlswert P_c, der von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 in der Laservorrichtung 200 ausgegeben wird, als Reaktion auf eine Ausgabe eines Laserstrahls in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls. Die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) zeigt eine Beziehung eines Erfassungswerts d₂, der von dem zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erhalten wird, mit dem gleichen Ausgangsbefehlswert P_c.
Falls bestimmt wird, dass die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) nicht aufgezeichnet sind, erzeugt die Steuereinheit 104 einen Zustand ohne einen reflektierten Strahl durch ein Verfahren wie beispielsweise eine Beschaffung eines Schwarzkörperabsorbers, um im Wesentlichen keinen reflektierten Strahl zu verursachen, anstelle des Werkstücks 106. Dann führt die Steuereinheit 104 eine Messung aus, um die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) zu erlangen, die eine Beziehung zwischen dem Ausgangsbefehlswert P_c und dem Erfassungswert d₁ zeigt, der von dem ersten Photodetektor 5 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausgegeben wird, und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c), die eine Beziehung zwischen dem Ausgangsbefehlswert P_c und dem Erfassungswert d₂ zeigt, der von dem zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausgegeben wird (Schritt S102). Dann zeichnet die Steuereinheit 104 Daten über die erlangte erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) in die Aufzeichnungseinheit 107 auf (Schritt S103). Dann schreitet der Fluss zu Schritt S104 fort.
Die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c), die in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet ist, sind charakteristische Daten, die angeben wie sich die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) als Reaktion auf eine Änderung beim Ausgangsbefehlswert P_c ändern. Somit können die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) als Näherungsformeln unter Verwendung von d₁(P_c) und d₂(P_c) als die Funktionen der Variablen P_c aufgezeichnet werden, oder können in einem Datentabellenformat aufgezeichnet werden. 15 zeigt d₁(P_c) und d₂(P_c) als die einfachen linearen Funktionen von P_c.
Wie auch von 15 verstanden wird, bei der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, ist der erste Photodetektor 5 oder der zweite Photodetektor 6 als eine Optische-Leistung-Überwachung für einen Laserausgangstrahl verfügbar, falls der Betrag eines reflektierten Strahls klein ist. Ein Laserausgangstrahl, der sich durch eine Lichtleitfaser mit einem kleinen Kerndurchmesser auszubreiten hat, ist in einem stabilen Modus ähnlich einem Einzelmodus. Somit ist der erste Photodetektor 5, der zu der Lichtleitfaser 2 mit einem kleinen Kerndurchmesser gehört, besonders nützlich als ein Optische-Leistung-Detektor für einen Laserausgangsstrahl. Während der vorangehenden Messung, um zu gestatten, dass eine Ausgabe einer Laserstrahlleistung korrekter gesteuert wird, kann der Absorber durch einen optischen Leistungsmesser ersetzt werden, der auch eine geringe Reflexion verursacht, und eine Laserstrahlleistung, die in Reaktion auf den Ausgangsbefehl tatsächlich auszugeben ist, kann gleichzeitig gemessen werden.
Als nächstes, in Schritt S104, bestimmt die Steuereinheit 104 ob die Zeit zum Aktualisieren der ersten Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und der zweiten Erfassungscharakteristik d₂(P_c) nicht gekommen ist. Falls der Laser-Oszillator 101 für einen langen Zeitraum angetrieben wird, kann sich eine Strahlausgangscharakteristik geändert haben. Somit werden Daten über die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) wünschenswerterweise durch Folgen eines vorbestimmten Ablaufplans bzw. Schemas aktualisiert. Jedoch ist Schritt S104 nicht eine unbedingte Notwendigkeit bei der vorliegenden Erfindung.
Das Schema zum Aktualisieren bzw. Updaten von Daten über die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) kann bestimmt werden, mit dem Timing vom Aktualisieren von Daten zusammenzupassen, die eine Beziehung zwischen einem Ausgangsbefehl und einer Laserstrahlleistung angeben, die als Reaktion auf den Ausgangsbefehl tatsächlich auszugeben ist, und diese Updates bzw. Aktualisierungen können gleichzeitig ausgeführt werden. Falls in Schritt S104 bestimmt wird, dass die Zeit für das Daten-Update gekommen ist, wie in Schritt S102, erzeugt die Steuereinheit 104 einen Zustand ohne einen reflektierten Strahl und erlangt dann die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) durch eine Messung (Schritt S105). Ferner aktualisiert die Steuereinheit 104 die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c), die im Voraus in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet sind, mit der ersten Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und der zweiten Erfassungscharakteristik d₂(P_c), die neu erlangt sind (Schritt S106). Dann schreitet der Fluss zu Schritt S107 fort. Falls die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) als bereits in dem zuerst ausgeführten Schritt S101 aufgezeichnet befunden werden, schreitet der Fluss direkt zu Schritt S104 fort. Falls in Schritt S104 bestimmt wird, dass die Zeit für ein Aktualisieren von Daten über die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c) und die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c) nicht gekommen ist, schreitet der Fluss direkt zu Schritt S107 fort.
In Schritt S107 bestimmt die Steuereinheit 104, ob ein Befehl für eine Laserausgabe von einer Einheit in der Laservorrichtung 200, die nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, wie beispielsweise eine Eingabeeinheit, erteilt worden ist. Falls ein Befehl für eine Laserausgabe erteilt worden ist, gibt die Laservorrichtung 200 einen Laserstrahl als Reaktion auf einen Ausgangsbefehlswert P_c aus (Schritt S108). Während der Ausgangsbefehlswert P_c eine Variable bedeutet, wird eine Ausgangsbefehlswertausgabe von der Steuereinheit 104 an die Laser-Energieversorgung 103 durch P_c angedeutet, mit unterstrichenem P zum Zweck der Unterscheidung von dem Ausgangsbefehlswert P_c als eine Variable. Der Ausgangsbefehlswert P_c ist nicht auf einen konstanten Wert beschränkt, sondern kann ein Wert sein, der sich mit der Zeit ändert, oder kann ein Impulsstrahlausgangsbefehlswert sein.
Wenn eine Laserbearbeitung gestartet wird, fängt ein reflektierter Strahl, der von dem Werkstück 106 reflektiert wird, an durch den ersten Photodetektor 5 und den zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erfasst zu werden. Dann gibt die Steuereinheit 104 einen Erfassungswert D₁(P_c), der an dem ersten Photodetektor 5 erhalten wird, von dem ersten Photodetektor 5 an die Berechnungseinheit 108 aus (Schritt S109). Ferner gibt die Steuereinheit 104 einen Erfassungswert D₂(P_c), der an dem zweiten Photodetektor 6 erhalten wird, von dem zweiten Photodetektor 6 an die Berechnungseinheit 108 aus (Schritt S110). Als nächstes bezieht sich die Berechnungseinheit 108 auf die erste Erfassungscharakteristik d₁(P_c), die im Voraus in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet ist, um die erste Reflektierter-Strahl-Leistung durch Berechnen eines Unterschieds von dem Erfassungswert, der von dem ersten Photodetektor 5 erhalten wurde, wie folgt zu bestimmen (Schritt S111) : ΔD₁(P _c) = D₁(P _c) - d₁(P _c). Gleichermaßen bezieht sich die Berechnungseinheit 108 auf die zweite Erfassungscharakteristik d₂(P_c), die im Voraus in der Aufzeichnungseinheit 107 aufgezeichnet ist, um die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung durch Berechnen eines Unterschieds von dem Erfassungswert, der von dem zweiten Photodetektor 6 erhalten wurde, wie folgt zu bestimmen (Schritt S112) : ΔD₂ (P _c) = D₂(P _c) - d₂(P _c).
Wie in 15 gezeigt, entsprechen die erste Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₁(P _c) = D₁(P _c) - d₁(P _c) und die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₂(P _c) = D₂(P _c) - d₂(P _c) entsprechend einer Zunahme beim Erfassungswert, der von dem ersten Photodetektor 5, durch den reflektierten Strahl erzeugt, erhalten wurde, und eine Zunahme beim Erfassungswert, der von dem zweiten Photodetektor 6, durch den reflektierten Strahl, erhalten wurde, und zeigen quantitativ Ergebnisses des Erfassens des reflektierten Strahl. Wie oben beschrieben, wird die erste Reflektierter-Strahl-Leistung durch Erfassen des reflektierten Strahls bestimmt, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausgebreitet hat. Die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung wird durch Erfassen des reflektierten Strahls bestimmt, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ausgebreitet hat.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 104, ob oder nicht die erste Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₁(P _c) gleich ist einer oder höher ist als eine erste Schwelle (Schritt S113). Falls die erste Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₁(P _c) befunden wird gleich der oder höher als die erste Schwelle zu sein, ändert die Steuereinheit 104 den Ausgangsbefehlswert durch Folgen des vorbestimmten Standards als Reaktion auf den Betrag bzw. die Größenordnung von ΔD₁(P _c) (Schritt S114). Nachdem die Steuereinheit 104 den Ausgangsbefehlswert für einen vorbestimmten Zeitraum durch Folgen des vorbestimmten Standards ändert, bestimmt die Steuereinheit 104 ob oder nicht eine Ausführung des Ausgangsbefehls beendet worden ist (Schritt S115). Falls eine Ausführung des Ausgangsbefehls nicht beendet worden ist, kehrt die Laservorrichtung 200 zu Schritt S108 zurück und setzt die Laserbearbeitung fort.
Falls die erste Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₁(P _c) befunden wird, nicht gleich der oder höher als die erste Schwelle in Schritt S113 zu sein, bestimmt die Steuereinheit 104, ob oder nicht die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₂(P _c) gleich einer oder höher als eine zweite Schwelle ist (Schritt S116). Falls die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₂(P _c) befunden wird gleich der oder höher als die zweite Schwelle zu sein, ändert die Steuereinheit 104 den Ausgangsbefehlswert durch Folgen des vorbestimmten Standards als Reaktion auf die Größenordnung von ΔD₂(P _c) (Schritt S117). Dann schreitet der Fluss zu Schritt S115 fort. Falls die zweite Reflektierter-Strahl-Leistung ΔD₂(P _c) befunden wird nicht gleich der oder höher als die zweite Schwelle in Schritt S116 zu sein, schreitet der Fluss direkt zu Schritt S115 fort. In Schritt S115, falls bestimmt wird, dass eine Ausführung des Ausgangsbefehls beendet worden ist, bestimmt die Steuereinheit 104 ob oder nicht ein neuer Befehl für eine Laserausgabe erteilt worden ist (Schritt S118). Falls ein neuer Befehl für eine Laserausgabe erteilt worden ist, kehrt der Fluss zu Schritt S104 zurück. Falls ein neuer Befehl für eine Laserausgabe nicht erteilt worden ist, hält die Laservorrichtung 200 an.
Wie oben beschrieben, bei der in 13 gezeigten Laservorrichtung 200, werden Schwellen(-werte) individuell festgelegt für einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, welcher wahrscheinlich eine Beschädigung an dem Laser-Oszillator 101 verursachen wird, und einen reflektierten Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, welcher keinen ernstzunehmenden Einfluss auf den Laser-Oszillator 101 ausübt, während er einen Einfluss auf ein externes optisches System ausübt, wie beispielsweise die Schutzbeschichtungen 24 und 34 der Lichtleitfasern. Somit ermöglicht ein Betreiben der Laservorrichtung 200 durch Folgen des vorangehenden Flussdiagramms von den Schritten S101 bis S118 das Auftreten einer Situation angemessen zu verhindern, wie beispielsweise ein Versäumen eine Hochqualitätslaserbearbeitung an dem Werkstück 106 durchzuführen, aufgrund einer Verringerung einer Strahlausgabe, welche exzessiv oder mehr als notwendig ist, oder umgekehrt, aufgrund einer ungenügenden Reaktion auf einen reflektierten Strahl eine Beschädigung an der Laservorrichtung 200 verursachend. Hinsichtlich des Flusses von Schritt S108 zu Schritt S117, können die Schritte in einer geänderten Reihenfolge ausgeführt werden. Zum Beispiel können eine Berechnung der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung, eine Bestimmung basierend auf einem Ergebnis der Berechnung, und eine auszuführende Handlung basierend auf der Bestimmung, vor einer Berechnung der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung beendet werden.
Der vorangehende Betrieb der Laservorrichtung 200 kann wie folgt modifiziert werden.
<Erste Modifikation>
Hinsichtlich einer Erfassung eines reflektierten Strahls in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1, erfasst der zweite Photodetektor 6 einen reflektierten Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet hat, und erfasst kaum einen reflektierten Strahl, der sich durch den Kern 31 ausgebreitet hat. Indes erfasst der erste Photodetektor 5 hauptsächlich den reflektierten Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat. Der reflektierte Strahl, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausgebreitet hat, kann auch durch den ersten Photodetektor 5 erfasst werden. Um einen Beitrag durch den reflektierten Strahl zu beseitigen, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 von der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung ausgebreitet hat, kann die Berechnungseinheit 108 somit die erste Reflektierter-Strahl-Leistung wie folgt berechnen: ΔD₁(P _c) = D₁(P _c) - d₁(P _c)-k × {D₂(P _c) - d₂(P _c)} In dieser Formel ist k eine positive Zahl von im Allgemeinen eins oder weniger, und kann basierend auf einem Verhältnis zwischen einem Erfassungswert, der von dem ersten Photodetektor 5 erhalten wird, und einem Erfassungswert erhalten werden, der von dem zweiten Photodetektor 6 erhalten wird, bestimmt als Reaktion auf einen Eintritt eines Laserstrahls von einer anderen Laservorrichtung in einen Mantel durch ein Ausgangsende.
<Zweite Modifikation>
Ein reflektierter Strahl, der durch den ersten Photodetektor 5 oder den zweiten Photodetektor 6 in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 erfasst wird, ist ein Teil eines gesamten reflektierten Strahls. In diesem Zusammenhang kann die Laservorrichtung 200 einen von dem ersten Photodetektor 5 erhaltenen Erfassungswert und einen von dem zweiten Photodetektor 6 erhaltenen Erfassungswert messen, die als Reaktion auf einen Eintritt eines Laserstrahls von einer anderen Laservorrichtung mit einer bekannten Leistung, in den Kern 31 und den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 durch ein Ausgangsende, bestimmt werden. Die Laservorrichtung 200 kann die Leistung eines gesamten reflektierten Strahls bestimmen, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, und diejenige eines gesamten reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, durch Umwandlung bzw. Konversion von den entsprechenden Erfassungswerten, die von dem ersten Photodetektor 5 und dem zweiten Photodetektor 6 erhalten werden. Dann kann die Laservorrichtung 200 eine Schwelle für jede der Leistung des gesamten reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 ausbreitet, und derjenigen des gesamten reflektierten Strahls, der sich durch den Mantel 32 ausbreitet, festlegen.
<Dritte Modifikation>
Eine Schwelle für jede der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung ist nicht auf einen numerischen Wert beschränkt. Mehrere Schwellen können für eine Reflektierter-Strahl-Leistung festgelegt werden. Dies gestattet, dass die Laservorrichtung 200 zum Beispiel betrieben wird, um eine Laserstrahlausgabe zu verringern, falls eine erste Schwelle überschritten wird, und eine Laserstrahlausgabe zu unterbrechen, falls eine zweite Schwelle überschritten wird.
<Vierte Modifikation>
Eine festzulegende Schwelle ist nicht auf einen festen numerischen Wert beschränkt. Falls ein Zeitraum, wo eine Reflektierter-Strahl-Leistung eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, gleich einem vorbestimmten Zeitraum wird oder ihn überschreitet, kann ein Ausgangsbefehl geändert werden. Alternativ, falls ein Durchschnitt der Reflektierter-Strahl-Leistung in einer vorbestimmten Zeitdauer eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann ein Ausgangsbefehl geändert werden.
<Fünfte Modifikation>
Eine Schwelle kann für eine Funktion F (ΔD₁(P_c), ΔD₂(P_c)), unter Verwendung beider, der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung als Variable, festgelegt werden. Falls diese Funktion die Schwelle übersteigt, kann die Steuereinheit 104 einen Ausgangsbefehlswert durch Folgen eines vorbestimmten Standards ändern. Zum Beispiel, falls ein reflektierter Strahl, der sich durch den Kern 31 der zweiten Lichtleitfaser 3 ausbreitet, einen nachteiligeren Einfluss auf die Laservorrichtung 200 haben wird, und eine Zunahme bei der Leistung des reflektierten Strahls, der sich durch den Kern 31 ausbreitet, den nachteiligen Einfluss progressiv erhöht, kann eine Schwelle für die folgende Funktion festgelegt werden, um die Größenordnung der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung einflussreicher zu machen: F (ΔD₁(P_c), ΔD₂(P_c)) = {ΔD₁(P_c) - k × ΔD₂(P_c) }² + m × ΔD₂ (P_c).
In diesem Fall sollte das in 14A und 14B gezeigte Flussdiagramm etwas zu dem Flussdiagramm in 16A und 16B modifiziert werden. Das Flussdiagramm in 16A und 16B unterscheidet sich von dem Flussdiagramm in 14A und 14B darin, dass der Fluss von Schritt S113 zu Schritt S117 in dem Flussdiagramm von 14B durch Schritt S213 und Schritt S214 in dem Flussdiagramm von 16B ersetzt ist. Insbesondere bestimmt die Steuereinheit 104, ob oder nicht eine Funktion F (ΔD₁(P _c), ΔD₂ (P _c)), die beide der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung als Variablen verwendet, gleich einer oder höher als eine dritte Schwelle ist (Schritt S213). Falls die Funktion F (ΔD₁(P _c), ΔD₂(P _c)) gleich der oder höher als die dritte Schwelle ist, ändert die Steuereinheit 104 einen Ausgangsbefehl durch Folgen eines vorbestimmten Standards als Reaktion auf die Größenordnung von F (ΔD₁(P _c), ΔD₂(P _c)) (Schritt S214). Dann schreitet der Fluss zu Schritt S215 fort. Falls F (ΔD₁(P _c), ΔD₂(P _c)) bestimmt wird, nicht gleich der oder höher als die Schwelle zu sein, als eine Folge der Bestimmung in Schritt S213, schreitet die Laservorrichtung 200 direkt zu Schritt S215 fort.
17 ist ein Blockdiagramm, das die konzeptionelle Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Komponenten der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 können von 1 verstanden werden. Eine in 17 gezeigte Laservorrichtung 300 enthält mehrere Laser-Oszillatoren 101. Die Laser-Energieversorgung 103 zum Zuführen von Antriebsleistung an den Laser-Oszillator 101 enthält auch mehrere Laser-Energieversorgungen 103, die für Entsprechende der Laser-Oszillatoren 101 vorgesehen sind. Die Laservorrichtung 300 enthält einen Strahlkombinierer 109 zum optischen Koppeln mehrerer Laserstrahlen. Laserausgangstrahlausgänge von den entsprechenden Laser-Oszillatoren 101 breiten sich durch individuelle Lichtleitfasern 102c aus. Dann werden diese Laserausgangstrahlen von den entsprechenden Laser-Oszillatoren 101 durch den Strahlkombinierer 109 gekoppelt. Ein Laserausgangstrahl, der aus dem optischen Koppeln durch den Strahlkombinierer 109 resultiert, breitet sich zu einem Laserstrahlausgangsende, wie beispielsweise ein nicht in der Zeichnung gezeigter Bearbeitungskopf, hin aus, durch die Eingangsseite-Lichtleitfaser 102a und die Ausgangsseite-Lichtleitfaser 102b in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1. Auf diese Weise wird ein Laserstrahl mit hoher Ausgangsleistung ausgegeben. Die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 ist an einem Punkt entlang einer Stelle der Ausgangslichtleitfaser 102 installiert, die den Strahlkombinierer 109 und das Laserstrahlausgangsende verbindet, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Strahlkombinierer 109 zu dem Laserstrahlausgangsende hin in eine Richtung von der ersten Lichtleitfaser 2 zu der zweiten Lichtleitfaser 3 hin ausbreitet. In diesem Fall ist eine spezifische Ausgestaltung ähnlich der Ausgestaltung für die in 10 gezeigte Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 anwendbar zum Installieren der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser 102.
Wie oben beschrieben, ist bei der Hochleistungs-Laservorrichtung mit mehreren Laser-Oszillatoren 101 die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 an einer Position näher an dem Laserstrahlausgangsende als dem Strahlkombinierer 109 installiert. Sogar mit der Verwendung von einer Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung 1 kann dadurch immer noch eine Beschädigung an dem Strahlkombinierer 109 oder an den mehreren Laser-Oszillatoren 101 durch einen reflektierten Strahl verhindert werden.
Wie die in 13 gezeigte Laservorrichtung 200, kann die in 17 gezeigte Laservorrichtung 300, wo der Strahlkombinierer 109 mehrere Laserausgangstrahlen von den mehreren Laser-Oszillatoren 101 optisch koppelt, die Aufzeichnungseinheit 107 und die Berechnungseinheit 108 aufweisen, und kann durch Folgen eines Flussdiagramms, vergleichbar mit dem in 14A und 14B gezeigten Flussdiagramm, oder dem in 16A und 16B gezeigten Flussdiagramm, betrieben werden.
Bezugszeichenliste

1: Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung
2: Erste Lichtleitfaser
21: Kern
22: Mantel
23: Erster Leckageteil
24: Schutzbeschichtung
25: Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil
26: Gebogener Abschnitt
3: Zweite Lichtleitfaser
31: Kern
32: Mantel
33: Zweiter Leckageteil
34: Schutzbeschichtung
35: Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil
4: Verbindungsteil
5: Erster Photodetektor
6: Zweiter Photodetektor
7: Wärmeableitungselement
8: Temperaturmessfühler
100, 200, 300: Laservorrichtung
101: Laser-Oszillator
102: Ausgangslichtleitfaser
103: Laser-Energieversorgung
104: Steuereinheit
107: Aufzeichnungseinheit
108: Berechnungseinheit
109: Strahlkombinierer

Claims

Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (1), welche eine optische Leistung erfasst, die sich durch eine Lichtleitfaser mit zumindest einem Kern (21, 31) und einem Mantel (22, 32) ausbreitet, mit: einer ersten Lichtleitfaser (2); einer zweiten Lichtleitfaser (3) mit einem größeren Kerndurchmesser als die erste Lichtleitfaser (2); einem Verbindungsteil (4), wo eine Endoberfläche der ersten Lichtleitfaser (2) und eine Endoberfläche der zweiten Lichtleitfaser (3) gespleißt sind; einem ersten Leckageteil (23) zur Leckage eines Strahls von der ersten Lichtleitfaser (2) zu der Außenseite; einem zweiten Leckageteil (33) zur Leckage eines Strahls von der zweiten Lichtleitfaser (3) zu der Außenseite; einem ersten Photodetektor (5), welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem ersten Leckageteil (23) austritt; und einem zweiten Photodetektor (6), welcher eine optische Leistung erfasst, die von dem zweiten Leckageteil (33) austritt.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Leckageteil (23) und der zweite Leckageteil (33) jeweils einen Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil (25, 35) enthalten, wo eine Oberfläche des Mantels durch Entfernen einer Schutzbeschichtung von der ersten Lichtleitfaser (2) und der zweiten Lichtleitfaser (3) freiliegt.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) eine lichtempfangende Oberfläche aufweist, die an einer dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil (25, 35) zugewandten Position vorgesehen ist.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Oberfläche des Mantels (22, 32), die von dem Schutzbeschichtung-Entfernter-Teil (25, 35) freiliegt, zumindest teilweise einem Mantelstrahlentfernungsprozess ausgesetzt ist, um einen sich durch den Mantel (22, 32) ausbreitenden Strahl aus dem Mantel (22, 32) zu lassen.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest einer des ersten Leckageteils (23) und des zweiten Leckageteils (33) einen gebogenen Abschnitt (26) enthält.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest einer des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) mehrere Photodetektoren enthält.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die mehreren Photodetektoren Photodetektoren mit unterschiedlichen Wellenlängenempfindlichkeiten enthalten.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest einer des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) eine Photodiode ist.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einem Wärmeableitungselement (7), wobei zumindest eines der ersten Lichtleitfaser (2), der zweiten Lichtleitfaser (3), des Verbindungsteils (4), des ersten Leckageteils (23), des zweiten Leckageteils (33), des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) mit dem Wärmeableitungselement (7) thermisch verbunden ist.
Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einem oder mehr Temperaturmessfühlern (8), wobei zumindest einer des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) mit dem Temperaturmessfühler (8) thermisch verbunden ist.
Laservorrichtung (100, 200, 300) mit: der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; einem Laser-Oszillator (101); einer Ausgangslichtleitfaser (102) zur Ausbreitung eines Laserausgangstrahlausgangs von dem Laser-Oszillator (101) zu einem Laserstrahlausgangsende hin; einer Laser-Energieversorgung (103), die eine Antriebsleistung an den Laser-Oszillator (101) zuführt; und einer Steuereinheit (104), die einen Erfassungssignalausgang von jedem des ersten Photodetektors (5) und des zweiten Photodetektors (6) in der Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (1) empfängt, und einen Ausgangsbefehlswert an die Laser-Energieversorgung (103) ausgibt, der eine Zufuhr von Antriebsleistung an den Laser-Oszillator (101) anweist, wobei die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (1) an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser (102) installiert ist, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Laser-Oszillator (101) in eine Richtung von der ersten Lichtleitfaser (2) zu der zweiten Lichtleitfaser (3) hin ausbreitet.
Laservorrichtung (200) nach Anspruch 11, ferner mit einer Aufzeichnungseinheit (107) und einer Berechnungseinheit (108), wobei die Aufzeichnungseinheit (107) eine erste Erfassungscharakteristik und eine zweite Erfassungscharakteristik enthält, die im Voraus aufgezeichnet sind, wobei die erste Erfassungscharakteristik eine Beziehung eines von dem ersten Photodetektor (5) erhaltenen Erfassungswerts mit einem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit (104) in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von einem Werkstück (106) als ein Laserbearbeitungsziel zeigt, wobei die zweite Erfassungscharakteristik eine Beziehung eines von dem zweiten Photodetektor (6) erhaltenen Erfassungswerts mit dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit (104) in der Abwesenheit eines reflektierten Strahls von dem Werkstück (106) zeigt, die Berechnungseinheit (108) eine erste Reflektierter-Strahl-Leistung während einer Laserbearbeitung basierend auf einem von dem ersten Photodetektor (5) erhaltenen Erfassungswert relativ zu dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit (104) und der ersten Erfassungscharakteristik berechnet, und eine zweite Reflektierter-Strahl-Leistung während der Laserbearbeitung basierend auf einem von dem zweiten Photodetektor (6) erhaltenen Erfassungswert relativ zu dem Ausgangsbefehlswert von der Steuereinheit (104) und der zweiten Erfassungscharakteristik, zumindest eine Schwelle individuell für jede der ersten Reflektierter-Strahl-Leistung und der zweiten Reflektierter-Strahl-Leistung, die durch die Berechnungseinheit (108) berechnet sind, festgelegt ist, und falls die Schwelle überschritten wird, die Steuereinheit (104) eine Unterbrechung einer Strahlausgabe anweist oder betrieben wird, um den Ausgangsbefehlswert durch Folgen eines vorbestimmten Standards zu ändern.
Laservorrichtung (300) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Laser-Oszillator (101) mehrere Laser-Oszillatoren enthält, die Laservorrichtung einen Strahlkombinierer (109) aufweist, welcher mehrere Laserausgangstrahlen koppelt, die von Entsprechenden der mehreren Laser-Oszillatoren (101) optisch ausgegeben werden, und die Optische-Leistung-Überwachungseinrichtung (1) an einem Punkt entlang der Ausgangslichtleitfaser (102) installiert ist, damit sich ein Laserausgangstrahlausgang von dem Strahlkombinierer (109) zu dem Laserstrahlausgangsende hin in die Richtung von der ersten Lichtleitfaser (2) zu der zweiten Lichtleitfaser (3) hin ausbreitet.