DE102020203481A1

DE102020203481A1 - Lasereinrichtung

Info

Publication number: DE102020203481A1
Application number: DE102020203481.8A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takigawa; Hiroyuki Yoshida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2020-10-15
Also published as: US11177625B2; US20200328571A1; CN111834886A; JP2020177945A; JP6989557B2

Abstract

Durch Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zum angemessenen Zeitpunkt wird die Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen effektiv reduziert, selbst wenn sich die Antriebsbedingung des LD-Moduls ändert. Eine Lasereinrichtung 6, die eine LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5 umfasst, in der eine Vielzahl von LD-Modulen 1, welchen ein Antriebsstrom in Reihe zugeführt wird, auf der Oberfläche einer Kühlplatte 2 angeordnet ist, umfassen: eine Laserstromquelle 8; Schaltventile 9a bis 9d, 23a, 23b, 27 zum Umschalten einer Fließrichtung einer Kühlflüssigkeit durch einen Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3; eine Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch Referenzieren von Temperatur-Zeitreihendaten von zumindest irgendeinem Temperaturvariationsteil in der LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5 mit Temperaturvariationen aufgrund von in einem Wärmeerzeugungsteil des Laserdiodenmoduls 1 erzeugter Wärme; und eine Steuerschaltung 11 zum Ausgeben eines Antriebsstrom-Ausgabebefehls an die Laserstromquelle 8 und Ausgeben eines Ventilschaltbefehls an die Schaltventile durch Referenzieren des Bestimmungsergebnisses der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lasereinrichtung, in der eine Vielzahl von Laserdioden-Modulen (nachfolgend LD-Module genannt), die als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle der Lasereinrichtung verwendet werden, gekühlt werden, indem die Vielzahl von Laserdioden-Modulen auf der Oberfläche einer Kühlplatte angeordnet werden, die durch Zirkulieren einer Kühlflüssigkeit hindurch gekühlt wird.
Stand der Technik
In heutigen Hochleistungs-Lasereinrichtungen zu Laserbearbeitung ist das Bereitstellen hoher Leistung für solche Einrichtungen zunehmend mit dem Ziel fortentwickelt worden, den Bereich (der Dicke, Materialien und dergleichen beispielsweise) für ein bearbeitbares Werkstück (ein Werk) zu expandieren, was die Bearbeitungsgeschwindigkeit etc. erleichtert. Insbesondere ist der Trend hin zu höheren Leistungs-Lasereinrichtungen beachtlich, in denen ein LD-Modul, das zumindest eine Laserdiode (nachfolgend eine LD genannt) umfasst, als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle für die Lasereinrichtung verwendet wird. Um höhere Leistung für die Lasereinrichtung bereitzustellen, in der eine Vielzahl von LD-Modulen als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle verwendet wird, ist das Erhöhen der verwendeten Anzahl von LD-Modulen zusammen mit dem Bereitstellen höherer optischer Abgabe jedes LD-Moduls erforderlich.
Da die Menge an erzeugter Wärme mit der Bereitstellung höherer Abgabe für die LD-Module und steigender Anzahl der LD-Module steigt, ist in vielen Fällen die Vielzahl von LD-Modulen auf der Oberfläche einer Kühlplatte angeordnet, die gekühlt wird, indem eine Kühlflüssigkeit darin fließt, um den Anstieg bei der Temperatur der LD-Module zu unterdrücken. Zusätzlich ist ein Kühlflüssigkeit-Flusspfad 3 zum Fließen lassen der Kühlflüssigkeit darin, welche durch eine gestrichelte Linie repräsentiert ist, wie in 1 gezeigt, innerhalb der Kühlplatte 2 oder auf ihrer Oberfläche ausgelegt, um die Kühlplatte durch Zirkulieren der Kühlflüssigkeit zu kühlen. Es ist üblich, dass der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der unmittelbaren Nähe jedes LD-Moduls 1 eine Kühlstruktur aufweist, durch welche die Kühlflüssigkeit in Reihe zirkuliert.
Derweil zeigt in 1 ein unterbrochener Linienpfeil die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit. Weiter ist der Grund, warum ein Teil des LD-Moduls 1 durch eine konvexe Form gebildet ist, dass in vielen Fällen das aus der Vielzahl von LDs innerhalb des LD-Moduls 1 emittierte Laserlicht auf eine Linse oder einen Spiegel fokussiert wird, in ein Ende einer optischen Faser eintritt, sich in der optischen Faser ausbreitet und extern als Laserlicht extrahiert wird, und daher ist eine Struktur, in der der Lichtleiter aus der konvexförmigen Spitze des LD-Moduls 1 vorragt, schematisch gezeigt. Zusätzlich ist der Grund, warum das LD-Modul 1 in einer längs gekippten Richtung gegenüber dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 angeordnet ist, dass der aus der konvexförmigen Spitze des LD-Moduls 1 vorragende Lichtleiter daran gehindert wird, mit dem angrenzenden LD-Modulen 1 zu interferieren. Die Kühlflüssigkeit fließt aus einer Kühlflüssigkeits-Zuführeinrichtung und dergleichen in den Kühlflüssigkeit-Flusspfad 3 der Kühlplatte 2 über ein Kühlflüssigkeitsrohr 4.
Wie in 1 gezeigt, wird eine Baugruppe, in welcher die Vielzahl von LD-Modulen auf der Oberfläche der Kühlplatte angeordnet ist, hier als eine LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe bezeichnet. In einer in 1 gezeigten LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5 steigt die Temperatur der Kühlflüssigkeit aufgrund der Absorption von in der Vielzahl von LD-Modulen 1 erzeugter Wärme an. Aufgrund dessen tritt ein Problem auf, dass die Temperatur des in einer Position nahe der stromabwärtigen Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 angeordneten LD-Moduls 1 dazu tendiert, im Vergleich zu dem an einer Position nahe der stromaufwärtigen Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 angeordneten LD-Moduls 1 höher zu sein, wenn die Kühlflüssigkeit zirkuliert.
Unter der Annahme, dass thermischer Widerstand von der Kühlflüssigkeit zu einem wärmeerzeugenden Teil jedes LD-Moduls, nämlich dem P-N-Übergang des p-n-Übergang der LD der gleiche ist, steigt die Temperatur des wärmeerzeugenden Teils des LD-Moduls um den Betrag des Anstiegs bei der Temperatur der durch den unmittelbar nahen Kühlflüssigkeits-Flusspfad fließenden Kühlflüssigkeit an. Mit dem Anstieg bei der Temperatur des wärmeerzeugenden Teils des LD-Moduls steigt die Lebensdauerverbrauch-Belastung des LD-Moduls entsprechend, was zu einer verkürzten Lebensdauer des LD-Moduls oder einem Anstieg bei der Durchschnitts-Ausfallrate führt. Dies ist nicht so problematisch, solange der Gesamtbetrag an in der Vielzahl von LD-Modulen erzeugter Wärme nicht zu groß ist. Jedoch ist dies zunehmend ein nicht vernachlässigbares Problem geworden, weil die erzeugte Wärmemenge mit der Bereitstellung einer höheren Abgabe für das LD-Modul und mit steigender Anzahl der LD-Module ansteigt, wie oben beschrieben. Derweil, um komplizierte Verdrahtung zum Zuführen des Antriebsstroms an die Vielzahl von LD-Modulen zu verhindern und einen Anstieg beim Antriebsstrom zu vermeiden, wird der Antriebsstrom üblicher Weise der Vielzahl von LD-Modulen nacheinander zugeführt. Deshalb ist nicht realistisch, die Temperatur des LD-Moduls gleichförmig zu machen, indem der Antriebsstrom in jedem LD-Modul variiert wird.
Beispielsweise, annehmend, dass die Elektrizitäts-zu-Lichtumwandlungs-Effizienz des LD-Moduls 60% beträgt, um eine Gesamtoptikausgabe von 5 kW zu erhalten, unter Verwendung der Vielzahl von LD-Modulen, kommt man auf die Gesamtmenge an Wärme, der in der Vielzahl von LD-Modulen erzeugt wird, von etwa 3,3 kW. Aus diesem Grund, unter der Annahme, dass die Kühlflüssigkeit gekühltes Wasser ist und die Flussrate 10 L/min (= 1,67 × 10^-4 m³/s) beträgt, wird der Anstieg bei der Temperatur der Kühlflüssigkeit: Gesamtmenge an erzeugter Wärme/(Flussrate × spezifische Wärme von Wasser × Dichte von Wasser) = 3.33 × 10³(W)/(1.67 × 10^-4(m³/s) × 4.183 × 10³(J/(kg · K)) × 9.982 × 10² (kg/m³)) = 4.8(K).
Es erübrigt sich zu sagen, wenn in anderen wärmeerzeugenden Quellen wie etwa wünschenswerter Weise einem Verstärkungs-Lichtleiter in einem Faserlaser erzeugte Wärme auch durch dieselbe Kühlplatte abgestrahlt wird, der Anstieg bei der Temperatur der Kühlflüssigkeit weiter erhöht wird, abhängig von der Wärmemenge, die in den anderen wärmeerzeugenden Quellen erzeugt wird. Um abzuschätzen, wie Lebensdauer und Durchschnitts-Ausfallrate durch die Temperaturdifferenz von 4,8 K variieren, unter der Annahme, dass die Temperatur des wärmeerzeugenden Teils des in einer Position nahe an der stromaufwärtigen Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads angeordneten LD-Moduls 50 °C beträgt, wenn die Kühlflüssigkeit zirkuliert, und annehmend, dass wie üblicherweise gesagt wird, die Lebensdauer auf 50% mit einem 10 °C-Anstieg bei der Temperatur fällt, sinkt die Lebensdauer des in der Position nahe der stromabwärtigen Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads angeordneten LD-Moduls auf so niedrig wie 71% des an einer Position nahe der stromaufwärtigen Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads angeordneten LD-Module, aufgrund des 4,8 K Anstiegs. Die Durchschnitts-Ausfallrate wächst invers auf das etwa 1,4-fache. Mit anderen Worten, in dem Fall, bei dem eine LD-Moduleinheit, in der eine Vielzahl von LD-Modulen auf der Oberfläche einer Kühlplatte angeordnet ist, als eine Austauscheinheit definiert ist, wird die Lebensdauer der gesamten LD-Moduleinheit durch die Lebensdauer des LD-Moduls mit der kürzesten Lebensdauer bestimmt. Daher ist das Problem, dass die Lebensdauer der LD-Moduleinheit durch den Betrag an Temperaturanstieg in der oben erwähnten Kühlflüssigkeit verkürzt wird.
Als eine Technik zum Lösen oder Abschwächen dieses Problems ist beispielsweise eine Kühlstruktur bekannt, die in Patentdokument 1 beschrieben ist, wie in 2 gezeigt. In Patentdokument 1 wird ein Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 unmittelbar nahe jedem LD-Modul 1 als ein Kühleinheits-Flusspfad beschrieben. In dieser Kühlstruktur zirkuliert gekühltes Wasser durch den Kühleinheits-Flusspfad parallel, statt in Reihe. Diese Kühlstruktur weist, um die notwendige Kühlleistung zu realisieren, eine Struktur auf, die zumindest eine Bedingung erfüllt von: eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe des Kühleinheits-Flusspfads 1/20 oder kleiner der Flusspfadlänge und der der Flusspfadbreite ist; und eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 0,5 mm oder weniger ist, und den Druckverlust aufgrund von Rohrreibung der Kühlmediums, welches durch den Kühleinheits-Flusspfad fließt, größer ist als derjenige des Kühlmediums, welches durch den gemeinsamen Zufuhrflusspfad und den gemeinsamen Abgabe-Flusspfad fließt.
Auch ist in 2 der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 durch eine unterbrochene Linie gezeigt und ist die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch einen unterbrochenen Linienpfeil gezeigt, wie in 1. Der Kühleinheits-Flusspfad ist so, dass der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 unmittelbar unterhalb jedes LD-Moduls 1 zumindest eine Bedingung erfüllt von: eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 1/20 oder weniger der Flusspfadlänge und der Flusspfadbreite beträgt; und eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 0,5 mm oder weniger ist. Wie in 2, wenn die Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Nähe jedes LD-Moduls 1 parallel zirkuliert, ist die exzellenteste Kühlleistung realisierbar, weil es kein Konzept von stromauf und stromab gibt und das Problem der Temperaturdifferenz zwischen den LD-Modulen 1, 1 fundamental gelöst ist. Jedoch, da dies die Struktur des Flusspfads kompliziert macht und die Form des Flusspfads strengere Präzision erfordert, hat es Raum für Verbesserungen im Hinblick auf ein geringes Anwachsen bei den Herstellkosten der Kühlplatte 2 gegeben. Als Grund, warum die Form des Kommunikationspfades exaktere Präzision erfordert, beinhaltet dies einen Punkt, dass, wenn es eine Differenz beim Druckverlust zwischen den Flusspfaden gibt, durch welche die Kühlflüssigkeit parallel zirkuliert, sich die ungleichförmige Flussrate der durch die jeweiligen Flusspfade fließenden Kühlflüssigkeit ergibt und ein Punkt, dass aufgrund der außerordentlichen Reduktion bei der Flussrate der durch die jeweiligen Flusspfade fließenden Kühlflüssigkeit das LD-Modul 1 nicht effizient gekühlt wird, wenn nicht der Flusspfad signifikant eingeengt wird, um die Flussrate zu erhöhen. Daher ist es notwendig, einen recht schmalen Flusspfad mit großer Präzision herzustellen.
Zusätzlich ist als ein anderes Verfahren das Steigern der Flussrate durch die Verwendung einer Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung mit einer großen Kühlflüssigkeitszufuhr-Kapazität, beispielsweise einer zirkulären Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (einem Kühler) vorstellbar. Beispielsweise wenn die Flussrate der Kühlflüssigkeit auf das Doppelte steigt, kann der Anstieg bei der Temperatur der Kühlflüssigkeit, der oben beschrieben wird, auf die Hälfte reduziert werden. Jedoch ist natürlicherweise ein solcher Kühler mit einer großen maximalen Flussrate teuer und wiederum ist ein Anstieg bei den Kosten problematisch. Weiter, wenn die Querschnittsfläche des Flusspfades erweitert wird, um die Flussrate der Kühlflüssigkeit auf das Doppelte zu erhöhen, gibt es ein Problem, dass eine Notwendigkeit, die Dicke der Kühlplatte zu vergrößern, auftritt. Andererseits, in dem Fall, bei dem die Querschnittsfläche der Flusspfade gleichförmig gemacht wird, wird sich der Druckverlust in den Flusspfaden vervierfachen, wenn die Flussrate der Kühlflüssigkeit auf das Doppelte vergrößert wird. In diesem Fall erfordert der Kühler die Verwendung einer Kühlflüssigkeits-Zufuhrpumpe mit einem hohen Abgabedruck. Falls die Kühlflüssigkeits-Zufuhrpumpe mit einem hohen Abgabedruck verwendet wird, werden Anforderungen an Rohrteile, wie etwa Kühlflüssigkeitsrohr, eine Rohrverbindung und ein Elektromagnetventil härter werden und das Risiko eines Lecks der Kühlflüssigkeit wird hoch.
Zusätzlich ist als ein anderes Verfahren auch ein Kompromiss zwischen den oben erwähnten zwei Verfahren vorstellbar. Mit anderen Worten ist die Kühlstruktur derart, dass die Vielzahl von LD-Modulen 1 beispielsweise in zwei Gruppen unterteilt ist, das Kühlflüssigkeitsrohr 4 auch in zwei Parallele verzweigt und die Vielzahl von LD-Modulen 1 in jeder Gruppe in Reihe mit der Kühlflüssigkeit gekühlt wird, welche durch das verzweigte jeweilige Kühlflüssigkeitsrohr 4 zirkuliert, wie in 3 gezeigt. Auch zeigt in 3 eine gestrichelte Linie den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 und zeigt ein gestrichelter Linienpfeil die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit. Falls jedes abgezweigte Kühlflüssigkeitsrohr 4 konfiguriert ist, um dieselbe Menge an Flussrate wie diejenige des Falls, bei dem alle LD-Module 1 in Reihe gekühlt werden, zu zirkulieren, obwohl der Fall der Notwendigkeit des doppelten Flusses derselbe wie beim oben beschriebenen Verfahren ist, wird das Problem, dass der Druckverlust durch den Anstieg bei der Fließgeschwindigkeit erhöht wird, eliminiert. Jedoch, um gekühltes Wasser durch jedes verzweigte Kühlflüssigkeitsrohr 4 bei derselben Flussrate zuverlässig zu zirkulieren, wird es notwendig, eine Struktur zum Vergrößern des Druckverlustes in jedem verzweigten Kühlflüssigkeitsrohr 4 absichtlich bereitzustellen, einen Mechanismus zum Rückkoppeln des Messergebnisses der Flussrate der durch jedes Kühlflüssigkeitsrohr 4 fließenden Kühlflüssigkeit zum Steuern der Flussraten-Steuerventile, um so die Flussrate der durch jedes Kühlflüssigkeitsrohr 4 fließenden Kühlflüssigkeit gleichförmig zu machen, oder dergleichen. Mit anderen Worten, während dieser Kompromiss einige der jeweiligen Probleme der obigen Verfahren löst, führt dies umgekehrt zum Teilen einiger der jeweiligen Probleme der obigen zwei Verfahren.
Als ein Verfahren zum Abschwächen der Nicht-Uniformität bei der Lebensdauer-Verbrauchsbelastung zwischen LD-Modulen, ohne irgendwie die Herstellkosten im Vergleich mit dem Stand der Technik zu erhöhen, wie oben erwähnt, ist das folgende Verfahren vorstellbar. Spezifischer ist ein solches Verfahren in einer Kühlplattenstruktur, in welcher die Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad unmittelbar nahe jedem LD-Modul nacheinander zirkuliert, wie in der in 1 gezeigten Kühlstruktur, die Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen dem LD-Modul, das auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und dem LD-Modul, das auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, abzuschwächen, wenn die Kühlflüssigkeit aus einer Richtung zirkuliert, indem die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird. Jedoch, in diesem Fall, falls der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit unangemessen ist, wird der Effekt des Linderns der Differenz der Lebensdauer-Belastung zwischen den LD-Modulen gesenkt.
Hinsichtlich des Kühlens der Vielzahl von LD-Modulen wird keine Lasereinrichtung, in welcher die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, aufgefunden. Patentdokument 2 offenbart eine Kühleinrichtung, die umfasst: einen zirkulären Kühlflusspfad, durch welchen ein Kühlmedium zum Kühlen einer Vielzahl von Objekten, die zu kühlen sind, zirkuliert; eine Wärmeabstrahlungseinheit zum Abkühlen des Kühlmediums durch Wärmeabstrahlung, die im Kühlflusspfad angeordnet ist; eine Pumpe zum Übertragen des Kühlmediums an die Vielzahl von zu kühlenden Objekten, die in dem Kühlflusspfad angeordnet ist; einen Übertragungsrichtungs-Umschaltmechanismus, der zum Umschalten der Übertragungsrichtung des an die Vielzahl von zu kühlenden Objekten übertragenen Kühlmediums in der Lage ist, zu entweder einer Vorwärtsrichtung oder einen entgegengesetzten Richtung, die entgegengesetzt der Vorwärtsrichtung ist; und eine Steuereinheit zum Steuern des Übertragungsrichtungs-Umschaltmechanismus. Jedoch wird hinsichtlich des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit dieser basierend auf der Größenbeziehung zwischen den jeweiligen Temperaturen der Vielzahl von zu kühlenden Objekten und zwischen Werten, die die Belastungsbedingung angeben, bestimmt. Daher, falls dieser Zeitpunkt auf das Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen angewendet wird, wie in der vorliegenden Anmeldung, wird die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit oft umgeschaltet, selbst während des Antreibens der LD-Module, so dass die Differenz bei der Temperatur und der Belastungsbedingung der Vielzahl von LD-Modulen nicht erweitert wird. Häufiges Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit veranlasst die Temperatur des LD-Moduls, instabil zu sein und veranlasst einen raschen Verschleißausfall des Umschaltmechanismus und daher ist dieses Timing definitiv kein Umschalt-Timing, welches auf das Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen, wie in der vorliegenden Anmeldung, anwendbar ist. Falls eine Bestimmungsbedingung eingestellt wird, um den Zustand, in welchem eine Differenz bei der Temperatur und Lastbedingung zwischen der Vielzahl von LD-Modulen existiert, zu gestatten, um die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht häufig umzuschalten, selbst während des Antreibens der LD-Module, wird die Differenz fixiert, was dazu führt, dass einem der Effekts der Abschwächung der Differenz bei der Lebensdauerbelastung zwischen LD-Modulen reduziert oder fast eliminiert.
Weiter offenbart Patentdokument 3 ein PVD-Behandlungsverfahren und eine PVD-Behandlungsvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die PVD-Behandlungsvorrichtung umfasst: eine Vakuumkammer, die intern unter Vakuum gehalten wird, und eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind, wobei beim Durchführen einer PVD-Behandlung durch Erzeugen einer Bogenentladung zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode, um die negative Elektrode zu verdampfen, ein Kühlkanal zum Kühlen der Elektroden durch Zirkulieren eines Kühlmediums hindurch in zumindest entweder der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode vorgesehen ist, und während die Zirkulationsrichtung des Kühlmediums in dem, in der Elektrode vorgesehenen Kühlkanal abwechselnd von einer zur anderen revertiert wird, und umgekehrt, wird die Elektrode gekühlt, um die PVD-Behandlung durchzuführen. Jedoch, hinsichtlich des Timings des Umschaltens der Zirkulationsrichtung des Kühlmediums bezieht es sich nur auf ein Verfahren zum abwechselnden Umschalten der Zirkulationsrichtung für jede Batch-Behandlung der PVD-Behandlung und ein Verfahren zum abwechselnden Umschalten der Zirkulationsrichtung des Kühlmediums im Kühlkanal für jede unterteilte Periode durch Unterteilen der Service-Lebensdauer der negativen Elektrode in eine Vielzahl von Perioden. Wie in der vorliegenden Anmeldung, hinsichtlich der Vielzahl von LD-Modulen, die als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle einer Lasereinrichtung verwendet werden, wie unten beschrieben, kann die transiente Temperaturänderung der LD-Module, welche die Lebensdauer beeinträchtigen, oft nicht außer Achte gelassen werden, und weiter mag es sein, dass das LD-Modul nicht konstant unter derselben Antriebsbedingung betrieben wird und auch oft unter einer Bedingung betrieben wird, wo der Antriebsstrom und die Temperatur des LD-Moduls sich unterscheiden oder variieren. Deshalb, beim Verfahren zum abwechselnden Umschalten der Zirkulationsrichtung des Kühlmediums jedes Mal, wenn eine vorgegebene Zeit oder vorgegebene Antriebszeit verstreicht, gibt es das Problem, dass der Effekt des Linderns der Differenz bei der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen klein ist.

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2019-16757 A
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2017-212851 A
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2014-77185 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, wird in einer Hochleistungslasereinrichtung, die eine Vielzahl von LD-Modulen als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle umfasst, der Anstieg bei der Temperatur des LD-Moduls aufgrund der in dem LD-Modul erzeugten Hitze unterdrückt, indem die Vielzahl von LD-Modulen auf der Oberfläche einer Kühlplatte angeordnet sind, auf welcher ein Rohr vorgesehen ist, um eine Kühlflüssigkeit zu zirkulieren. Jedoch, da die Temperatur der Kühlflüssigkeit selbst durch Absorbieren von in dem LD-Modul erzeugter Wärme steigt, wenn die Kühlflüssigkeit durch einen Kühlflüssigkeits-Flusspfad zirkuliert, steigt die Temperatur des LD-Moduls, das in der Nähe des stromabwärtsseitigen Rohrs angeordnet ist, im Vergleich zu dem in der Nähe des stromaufwärtsseitigen Rohrs angeordneten LD-Modul. Aus diesem Grund ist die Lebensdauer des in der Nähe des stromabwärtsseitigen Rohrs angeordneten LD-Moduls verkürzt, oder steigt seine Durchschnittsfehlerrate an, im Vergleich mit dem in der Umgebung des stromaufwärtsseitigen Rohrs angeordneten LD-Modul. Es tritt dadurch ein Problem auf, dass die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der gesamten Vielzahl von LD-Modulen durch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des LD-Moduls beschränkt sind, das in der Nähe des stromabwärtsseitigen Rohrs angeordnet ist.
Die oben beschriebene Technik zum parallelen Zirkulieren der Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad in der Nähe jedes LD-Moduls eliminiert das Konzept der stromaufwärtsseitigen Seite und der stromabwärtsseitigen Seite und ist im Prinzip eine ideale Lösung. Jedoch, in der Praxis, falls die Kühlflüssigkeit, welche dieselbe Flussrate aufweist, durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad in der Nähe jedes LD-Moduls fließt, und falls die Realisierung der Kühlleistung mit einer Kühlflüssigkeits-Flussrate äquivalent zu oder größer als die Kühlleistung, wo die Kühlflüssigkeit durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad in der Nähe jedes LD-Moduls in Reihe fließt, gesucht wird, wird die Struktur des Flusspfads kompliziert und erfordert die Form des Flusspfads eine genauere Präzision. Darum hat es Raum für eine Verbesserung im Hinblick auf einen geringen Anstieg der Herstellkosten der Kühlplatte gegeben. Zusätzlich ist als anderes Verfahren ein Verfahren zum Steigern der Flussrate der Kühlflüssigkeit als eine wünschenswerte Lösung nicht ausreichend, weil diese die Kosten einschließlich der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung steigert.
Als ein Verfahren zum Reduzieren der Differenz der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit zwischen der Vielzahl von LD-Modulen, ohne kaum die Kosten zu erhöhen, ist ein Verfahren zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit vorstellbar. Jedoch, bei diesem Verfahren, falls der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit ungeeignet ist, wird der Effekt des Abschwächens der Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen sinken. In dem Fall, bei dem der oben beschriebene Stand der Technik zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit auf die Lasereinrichtung angewendet wird, die eine Vielzahl von LD-Modulen umfasst, gibt es Probleme damit, dass das Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit oft durchgeführt wird, selbst während des Antriebs der LD-Module, und der Effekt des Abschwächens der Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen aufgrund der Unfähigkeit, verschiedene Änderungen in den Antriebsbedingungen des LD-Moduls zu handhaben, klein ist.
Daher stellt sich auf dem Gebiet der, die Vielzahl von LD-Modulen umfassenden Lasereinrichtung die Herausforderung, es zu ermöglichen, die Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen effektiv zu reduzieren, ohne kaum die Kosten zu erhöhen, und selbst sich wenn die Antriebsbedingung des LD-Moduls unterschiedlich ändert. Spezifischer, auf dem Gebiet der Lasereinrichtung, welche die Vielzahl von LD-Modulen umfasst, wird das Bereitstellen einer Lasereinrichtung antizipiert, welche die Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen effektiv selbst dann reduzieren kann, wenn die Antriebsbedingung des LD-Moduls sich unterschiedlich ändert, durch Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen mit einem angemessenen Timing.
Eine Lasereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Lasereinrichtung (beispielsweise eine Lasereinrichtung 6, 6A bis 6F, die später beschrieben wird), die eine LD-Modul/Kühlplatten-Baugruppe (beispielsweise eine später zu beschriebene LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5), in der eine Vielzahl von LD-Modulen (beispielsweise die später beschriebenen LD-Module 1), denen Strom zugeführt wird, in Reihe auf der Oberfläche der Kühlplatte (beispielsweise einer später beschriebenen Kühlplatte 2) angeordnet ist, die gekühlt wird, indem eine Kühlflüssigkeit, die aus einer Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (beispielsweise einer später beschriebenen Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7) zugeführte Kühlflüssigkeit durch einen Kühlflüssigkeits-Flusspfad (beispielsweise einen später beschriebenen Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3), der darin gebildet ist, fließen gelassen wird, wobei die Vielzahl von LD-Modulen thermisch mit der Kühlplatte verbunden sind, umfassend: eine Laserstromquelle (beispielsweise eine später beschriebene Laserstromquelle 8) zum Zuführen des Antriebsstroms an die Vielzahl von LD-Modulen; Schaltventile (beispielsweise später beschriebene Schaltventile 9a bis 9d, 23a, 23b, 27) zum Umschalten der Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad fließenden Flüssigkeit, die in einem Kühlflüssigkeitsrohr (beispielsweise ein später beschriebenes Kühlflüssigkeitsrohr 4) vorgesehen sind, das den Kühlflüssigkeits-Flusspfad verbindet; eine Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10) zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad fließenden Kühlflüssigkeit, durch Referenzieren von Temperaturzeit-Seriendaten zumindest eines Temperaturvariationsteils in der Laserdiode-Modul/Kühlplattenbaugruppe, die Temperaturvariationen aufgrund von in einem wärmeerzeugenden Teil des LD-Moduls erzeugter Wärme aufweist, welche die Vielzahl von LD-Modulen bildet; und eine Steuerschaltung (beispielsweise eine später beschriebene Steuerschaltung 11) zum Ausgeben eines Antriebsstrom-Ausgabebefehls an die Laserstromquelle und Ausgeben eines Ventilschaltbefehls an die Schaltventile zum Umschalten der Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad fließenden Kühlflüssigkeit durch Bezugnahme auf das Bestimmungsergebnis der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung.
Da es Zeit erfordert, bis die Temperatur des LD-Moduls einen thermischen Gleichgewichtszustand erreicht, nicht nur, wenn die Temperatur der aus der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung zugeführten Kühlflüssigkeit geändert worden ist, sondern auch, wenn die Temperatur der aus der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung zugeführten Kühlflüssigkeit stabil ist, ändert sich die Temperatur des LD-Moduls während des Antriebs des LD-Moduls und beeinträchtigt die Lebensdauer des LD-Moduls. Daher wird gemäß der obigen Konfiguration, durch Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch Bezugnahme auf Temperatur-Zeitreihendaten des Temperatur-Variationsteils, das die Temperatur abhängig von der Temperaturänderung in LD-Modul ? variiert, das Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zu dem Zeitpunkt gestattet, der effektive Reduktion der Differenz der Lebensdauerbelastung zwischen den LD-Modulen gestattet, und die längere Lebensdauer kann über die gesamten LD-Module unterstützt werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung umfasst die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung: eine erste Aufzeichnungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene erste Aufzeichnungseinheit 20) zum Aufzeichnen zumindest von Beschleunigungsfaktordaten von ersten Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Beschleunigungsfaktor ist, der von der optischen Abgabe und der Temperatur des Temperaturvariationsteils des LD-Moduls abhängt, und zweiten Beschleunigungsfaktor-Daten, welche ein Beschleunigungsfaktor ist, der von dem Antriebsstrom und der Temperatur des Temperaturvariationsteils des Laserdioden-Moduls abhängt, wobei die Beschleunigungsfaktoren auf Basis der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit, wenn das LD-Modul in einer Standard-Antriebsbedingung betrieben wird, ein Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeitsfaktor sind, welcher das Verhältnis der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit präsentiert, wenn das LD-Modul unter einer Antriebsbedingung angetrieben wird, welche sich von der Standard-Antriebsbedingung unterscheidet; eine Berechnungsschaltung (beispielsweise eine später beschriebene Berechnungsschaltung 21) zum Berechnen effektiver kumulativer Antriebszeit durch Bezugnahme auf Zeitreihendaten der optischen Abgabe-Zeitreihendaten vom LD-Modul oder/und der Antriebsstrom-Zeitreihendaten des LD-Moduls, zusätzlich zu den Temperatur-Zeitreihendaten des Temperaturvariationsteils, und Durchführen von Zeitintegration des aus der ersten Aufzeichnungseinheit gelesenen Beschleunigungsfaktors, ab dem ersten Antriebsstartpunkt des Laserdioden-Moduls bis zum jüngsten Punkt; und eine zweite Aufzugszeichnungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene zweite Aufzeichnungseinheit 22) zum Aufzeichnen der berechneten effektiven kumulativen Antriebszeit zu zumindest einem LD-Modul aus der Vielzahl von LD-Modulen, und die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung kann konfiguriert sein, den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zu bestimmen, basierend auf effektiver kumulativer Antriebszeit, die in der zweiten Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet ist.
Gemäß der obigen Konfiguration, selbst wenn es notwendig ist, die Lasereinrichtung unter einer Bedingung anzutreiben, wo die optische Abgabe und der Antriebsstrom geändert werden, statt der Antriebsbedingung des Steuerns nur von EIN/AUS mit der optischen Nennabgabe und dem Antriebsnennstrom, bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit, basierend auf der berechneten effektiven kumulativen Antriebszeit des LD-Moduls, indem die Änderung bei der Lebensdauerverbrauch-Geschwindigkeit aufgrund der Größe der optischen Abgabe und der Antriebsstrom berücksichtigt wird. Dies gestattet, dass die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit, das heißt, die Differenz des Lebensdauerverbrauchs zwischen der Vielzahl von LD-Modulen reduziert wird und die Variationen beim Lebensdauerende-Zeitpunkt zwischen der Vielzahl von LD-Modulen reduziert werden kann.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung ist zumindest einer der Temperaturvariationsteile ein p-n-Übergang einer LD, die ein Wärmeerzeugungsteil zumindest eines LD-Moduls der Vielzahl von LD-Modulen ist, sind zumindest eine der Temperatur-Zeitreihendaten Temperatur-Zeitreihendaten des p-n-Übergangs der LD, werden Beschleunigungsdaten der ersten Beschleunigungsfaktordaten oder/und der zweiten Beschleunigungsfaktordaten, aufgezeichnet in der ersten Aufzeichnungseinheit, jeweils aufgezeichnet als optische Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten, die ein optischer Ausgabe-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf die optische Standardabgabe des LD-Moduls ist, und Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor des Wärmeerzeugungsteils des LD-Moduls sind, und Strom-Beschleunigungsfaktordaten, die ein Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf den Standard-Antriebsstrom des LD-Moduls sind, und die Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor des Wärmeerzeugungsteils des LD-Moduls sind, und die Berechnungsschaltung kann die effektive kumulative Antriebszeit durch Durchführen einer Zeitintegration des Produkts des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors und des Temperatur-Beschleunigungsfaktors, oder des Produkts des Strom-Beschleunigungsfaktor und des Temperatur-Beschleunigungsfaktors berechnen, ab dem ersten Antriebsstartpunkts des LD-Moduls bis zum jüngsten Punkt.
Gemäß der obigen Konfiguration, wenn die Abhängigkeit der Lebensdauer-Degradierungsgeschwindigkeit der LDs von der Temperatur als Abhängigkeit der Lebensdauer-Degradierungsgeschwindigkeit der LDs an dem p-n-Übergang der Temperatur der LDs definiert wird, kann die Auswirkung der Temperaturänderung am p-n-Übergang der LD auf die Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit, die mit der Änderung bei der optischen Abgabe und dem Antriebsstrom einhergeht, so inkorporiert werden, dass die optische Abgabe oder der Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor, und der Temperatur-Beschleunigungsfaktor getrennt werden können. Durch Trennen der optischen Abgabe oder des Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktors und des Temperatur-Beschleunigungsfaktors kann die Menge an Beschleunigungsfaktordaten, die notwendig sind, durch Experimente oder dergleichen erhalten zu werden, und durch die erste Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet sind, stark reduziert werden und kann der Mannstundenwert bewahrt werden, im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Beschleunigungsfaktordaten als eine zweidimensionale Datentabelle aufgezeichnet werden, in welcher die optische Abgabe und die Temperatur als Variablen definiert sind, oder einer zweidimensionalen Datentabelle, in welcher der Antriebsstrom und die Temperatur als Variablen definiert sind.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung können Beschleunigungsfaktordaten der Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, die optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder/und die Strom-Beschleunigungsfaktordaten, die in der ersten Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet werden, in einem mathematischen Gleichungsformat zum Berechnen eines Beschleunigungsfaktors aufgezeichnet werden, statt der numerischen Daten, welche direkt den Beschleunigungsfaktor repräsentieren.
Gemäß der obigen Konfiguration werden die Beschleunigungsfaktordaten als mathematische Gleichungsformatdaten statt der numerischen Daten aufgezeichnet, was die Berechnung der effektiven kumulativen Antriebszeit mit weniger Daten gestattet, und weitere Reduktion bei den Mannstunden, die für die Datenerfassung verbraucht werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung können die Beschleunigungsfaktordaten der optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder/und der Strom-Beschleunigungsfaktordaten in der ersten Aufzeichnungseinheit als Daten aufgezeichnet werden, die von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängen.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration, selbst wenn der optische Aktivierung-Beschleunigungsfaktor und der Strom-Beschleunigungsfaktor dazu tendieren, graduell zu steigen, wenn das LD-Modul die spätere Lebensdauer unter einer Bedingung erreicht, in der die optische Abgabegröße größer als die optische Standardabgabe ist, das heißt der optische Abgabe-Beschleunigungsfaktor < 1 ist, oder unter einer Bedingung, wo der Antriebsstrom größer als der Standard-Antriebsstrom ist, nämlich der Strom-Beschleunigungsfaktor > 1 ist, wird die Berechnung der effektiven kumulativen Antriebszeit mit größerer Präzision erlaubt.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung können die optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder der Strom-Beschleunigungsfaktor, der von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängt, jeweils optische Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder Strom-Beschleunigungsfaktordaten sein, welche durch eine Beschleunigungsfaktor-Ableitungseinrichtung oder ein Beschleunigungsfaktor-Ableitungsverfahren zum Ableiten des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors oder des Strombeschleunigungsfaktors bestimmt werden, welcher von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängt, durch Antreiben des LD-Moduls mit einer gewissen optischen Abgabe, die sich von der optischen Standardabgabe unterscheidet, die in der Standard-Antriebsbedingung enthalten ist, nur eine vorbestimmte gewisse Periode in der gesamten Lebensdauer des LD-Moduls lang, oder durch Antreiben des LD-Moduls mit einem gewissen Antriebsstrom, der sich vom Standard-Antriebsstrom unterscheidet, der in der Standard-Antriebsbedingung enthalten ist, nur eine vorbestimmte gewisse Periode in der gesamten Lebensdauer des LD-Moduls lang.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration kann die Abhängigkeit des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors oder des StromBeschleunigungsfaktors von der effektiven kumulativen Antriebszeit rationeller und relativ einfach abgeleitet werden, und kann die effektive kumulative Antriebszeit genauer berechnet werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung kann die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung als den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit einen Punkt bestimmen, wenn eine erste Zeitdifferenz, welche die Zeitdifferenz zwischen einer ersten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die effektive kumulative Antriebszeit eines ersten LD-Moduls (beispielsweise ein später beschriebenes erstes LD-Modul 24) ist, der Vielzahl von LD-Modulen, und einer zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit, welches die effektive kumulative Antriebszeit eines zweiten LD-Moduls (beispielsweise eines später beschriebenen zweiten LD-Moduls 25) ist, der Vielzahl von LD-Modulen, ist, eine erste Einstellzeit übersteigt.
Gemäß der obigen Konfiguration kann das Ausweiten der Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen LD-Modulen, die eine andere angeordnete Position haben, direkt verhindert werden, und können die Variationen beim Lebensende-Zeitpunkt zwischen den LD-Modulen zuverlässig reduziert werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung ist die erste Einstellzeit eine erste Funktion, in der eines von der ersten effektiven kumulativen Antriebszeit, der zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit, und der Summe der ersten effektiven kumulativen Antriebszeit und der zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit als eine erste Variable definiert ist, und kann die erste Funktion eine Funktion sein, bei der die erste Variable in einem positiven Bereich ist und eine schwach monoton sinkende Funktion ist, und ihr Minimalwert als eine positive erste Konstante definiert ist.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration kann für eine Periode der kleinen effektiven kumulativen Antriebszeit, während welcher es nicht notwendig ist, die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit häufig umzuschalten, die Abnutzung in den Schaltventilen und dergleichen reduziert werden, indem die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht häufig umgeschaltet wird. Weiter kann das Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit so eingestellt werden, dass die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht so häufig umgeschaltet wird, wie die positive erste konstante Zeit, selbst wenn die effektive kumulative Antriebszeit länger wird und das LD-Modul das Ende seiner Lebensdauer erreicht.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung, annehmend, dass von der Vielzahl der LD-Module ein LD-Modul mit der geringsten Temperaturänderung am wärmeerzeugenden Teil der LD-Moduls oder einer vorbestimmten Position des LD-Moduls, welche thermisch mit dem wärmeerzeugenden Teil verbunden ist, als ein drittes LD-Modul (beispielsweise ein später beschriebenes drittes LD-Modul 26) definiert ist, vorausgesetzt, dass, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, der Antriebsstrom unverändert ist, kann die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung, als den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit, einen Punkt bestimmen, wenn eine zweite Zeitdifferenz, welche die Zeitdifferenz zwischen einer dritten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die letzte effektive kumulative Antriebszeit des dritten LD-Moduls ist, und der effektiven kumulativen Antriebszeit des dritten LD-Moduls am letzten Punkt, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wurde, ist, eine zweite Einstellzeit übersteigt.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration ist das einzige LD-Modul, für welches die effektive kumulative Antriebszeit berechnet wird, das dritte LD-Modul, und kann die Rechenlast in der Berechnungsschaltung reduziert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung ist die zweite Einstellzeit eine zweite Funktion, bei der die dritte kumulative Antriebszeit als eine zweite Variable definiert ist, und kann die zweite Funktion eine Funktion sein, bei der die zweite Variable in einem positiven Bereich ist und eine schwach monoton sinkende Funktion ist, und ist ihr Minimalwert als eine positive zweite Konstante definiert.
Gemäß der obigen Konfiguration kann für eine Periode der kleinen effektiven kumulativen Antriebszeit, während welcher es nicht notwendig ist, die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit häufig umzuschalten, die Abnutzung an den Schaltventilen und dergleichen reduziert werden, indem die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht häufig umgeschaltet wird. Weiter kann das Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit eingestellt sein, nicht so oft umgeschaltet zu werden wie die positive zweite konstante Zeit, selbst wenn die effektive kumulative Antriebszeit länger wird und das LD-Modul das Ende seiner Lebensdauer erreicht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung misst die Lasereinrichtung durch einen Befehl aus der Steuerschaltung die optische Abgabeeigenschaft des Laser-Oszillators, in welcher die Vielzahl von LD-Modulen als eine Lichtemittierende Quelle oder eine Anregungslichtquelle in einer vorbestimmten Antriebsbedingung und längs einem vorbestimmten Plan verwendet wird, und umfasst eine dritte Aufzeichnungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene dritte Aufzeichnungseinheit 29), welche den Verlauf des gemessenen Ergebnisses für die optische Abgabe-Eigenschaft mit der effektiven kumulativen Antriebszeit, die in der ersten Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet ist, assoziiert und sie aufzeichnet, und die Steuerschaltung kann unter Verwendung des gemessenen Ergebnisses für die optische Abgabe-Eigenschaft, welche mit der effektiven kumulativen Antriebszeit assoziiert ist, die in der dritten Aufzeichnungseinheit aufgezeichnet ist, zumindest eins ausgeben von: die Abhängigkeit einer tatsächlichen optischen Abgabe oder eines tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; die Degradierungsbreite oder die Degradierungsrate der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms zwischen einem gewissen optischen Abgabe-Eigenschaften-Messpunkt und dem vorherigen optischen Abgabe-Eigenschaften-Messpunkt; und die Degradierungs-Geschwindigkeit, in welcher die Degradierungsbreite durch die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen den beiden Punkten geteilt wird, wobei die tatsächliche optische Abgabe eine optische Abgabe ist, welche durch einen vorbestimmten Antriebsstrom abgegeben wird, der aus der optischen Abgabe-Eigenschaft abgeleitet ist, und der tatsächliche Antriebsstrom ein Antriebsstrom ist, der notwendig ist, um eine vorbestimmte optische Abgabe zu erhalten.
Gemäß der obigen Konfiguration können der Degradierungsstatus und die Rest-Lebensdauer der Vielzahl von LD-Modulen insgesamt erfasst werden und kann eine Vorbereitung für eine LD-Modul-Einheit zum Austausch und Wartungsoperation systematisch durchgeführt werden und daher kann die Stillstandszeit der Lasereinrichtung minimiert werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung ist die Lasereinrichtung eine Lasereinrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Lasereinrichtung 6F), in welcher die LD-Modul-Gruppen (beispielsweise eine Vielzahl von später beschriebenen LD-Modul-Gruppen 100), die aus einer Vielzahl von LD-Modulen aufgebaut sind, welchen der Antriebsstrom in Reihe zugeführt wird, vorliegt, und der Antriebsstrom kann jeder LD-Modul-Gruppe 100 unabhängig zugeführt werden, und die Steuerschaltung, um einen vorbestimmten optischen Abgabebefehl auszugeben, kann einen Antriebsstrom-Ausgabebefehl so ausgeben, dass der Antriebsstrom vorzugsweise einer LD-Modulgruppe, welche die relativ kürzere kumulative Antriebszeit aufweist, oder einer LD-Modulgruppe, welche die relativ kleinere Verschleiß-Geschwindigkeit aufweist, aus der Vielzahl von LD-Modulgruppen zugewiesen wird, wenn der Antriebsstrom-Ausgabebefehl für jede LD-Modulgruppe an die Laserstromquelle ausgegeben wird.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration kann in Bezug auf einen vorbestimmten optischen Abgabebefehl der Lebensdauerverbrauch für die LD-Modulgruppe mit der relativ längeren effektiven kumulativen Antriebszeit oder der LD-Modulgruppe mit dem relativ größeren charakteristischen Verschleiß durch vorzugsweises Zuweisen des Antriebsstroms zu der LD-Modulgruppe mit der relativ kürzeren effektiven kumulativen Antriebszeit, oder der LD-Modulgruppe mit dem relativ kleineren charakteristischen Verschleiß aus den LD-Modulgruppen unterdrückt werden. Dies kann die Wartungsanzahl und die Wartungskosten der Lasereinrichtung reduzieren, weil die Austauschzeit für jede LD-Modulgruppe gleichförmig gemacht werden kann.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung kann die Steuerschaltung konfiguriert sein, auszugeben zumindest eines von: der effektiven kumulativen Antriebszeit; der Abhängigkeit der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; und der Verschleißrate, über ein Netzwerk (beispielsweise ein später beschriebenes Netzwerk 200) an einen Cloud-Server (beispielsweise einen später beschriebenen Cloud-Server 201) oder einen Fog-Server (beispielsweise einen später beschriebenen Fog-Server 202).
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration können in jeder LD-Modulgruppe, in welcher die Zufuhr des Antriebsstroms unabhängig steuerbar ist, der Antriebsstatus, der Verschleißstatus und die Rest-Lebensdauer kollektiv durch den Cloud-Server oder den Fog-Server verwaltet werden und daher wird eine entworfene Wartung gestattet und kann die Stillstandszeit der Lasereinrichtung aufgrund von Austausch und Wartungs-Operation des LD-Moduls reduziert werden.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung können die Schaltventile aus Dreiwegeventilen aufgebaut sein, die produziert werden durch einen Satz von zwei: einem einlassseitigen Dreiwegeventil (beispielsweise ein später beschriebenes Schaltventil 23a), in welchem drei Kühlflüssigkeitsrohre (beispielsweise später beschriebene Kühlflüssigkeitsrohre 42a, 42b, 42f) zum Fließen lassen der aus der Kühlflüssigkeitszufuhr-Einrichtung zum Kühlflüssigkeits-Flusspfad zugeführten Kühlflüssigkeit verbunden sind; und einem auslassseitigen Dreiwegeventil (beispielsweise einem später beschriebenen Schaltventil 23b), in welchem drei Kühlflüssigkeitsrohre (beispielsweise später beschriebene Kühlflüssigkeitsrohr 42c, 42d, 42e) zum fließen lassen der aus dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad herausfließenden Kühlflüssigkeit verbunden sind.
Gemäß der oben erwähnten Konfiguration, während die Anzahl von Rohrbauteilen reduziert wird, kann der Anstieg bei der Temperatur der einlassseitigen Kühlflüssigkeit aufgrund von Wärmeaustausch zwischen der einlassseitigen Kühlflüssigkeit und der auslassseitigen Kühlflüssigkeit, die resultiert aus der Wärmeleitung über die Schaltventile, mehr unterdrückt werden als im Fall, in welchem das Zweiwegeventil, das nur eine Öffnungs- und Schließfunktion aufweist, verwendet wird.
In einem anderen Aspekt der Lasereinrichtung ist das Schaltventil ein Vierwegeventil (beispielsweise ein später beschriebenes Schaltventil 27), in welchem vier Kühlflüssigkeitsrohre verbunden sind, und zumindest ein Hauptteil des Vierwegeventils aus einem Fluorid-Polymer hergestellt ist, und kann die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad fließenden Kühlflüssigkeit durch das Vierwegeventil geändert werden kann.
Gemäß der obigen Konfiguration kann die Anzahl der Rohrbauteile reduziert werden, und dies ist für Verkleinerung, Kostenreduktion und Verbesserung der Zuverlässigkeit vorteilhaft. Zusätzlich, wenn das Material des Hauptbereichs des Vierwegeventils aus dem Fluorid-Polymer, wie etwa Polychlortrifluorethylen hergestellt wird, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, kann der Anstieg bei der Temperatur der einlassseitigen Kühlflüssigkeit aufgrund von Wärmeaustausch zwischen der einlassseitigen Kühlflüssigkeit und der auslassseitigen Kühlflüssigkeit unterdrückt werden, obwohl dies dazu führt, dass die einlassseitige Kühlflüssigkeit und die auslassseitige Kühlflüssigkeit durch dasselbe Vierwegeventil fließen.
Gemäß einem Aspekt der Lasereinrichtung kann die Differenz der Lebensdauer-Belastung zwischen den LD-Modulen effektiv reduziert werden, indem die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Mehrzahl von LD-Modulen mit einem angemessenen Timing umgeschaltet wird, selbst wenn die Antriebsbedingung des LD-Moduls sich anders ändert.
Figurenliste

Fig. list eine Aufsicht, welche schematisch eine Vielzahl von LD-Modulen und eine konventionelle Kühlstruktur zum Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen illustriert.
2 ist eine Aufsicht, welche schematisch eine Vielzahl von LD-Modulen und eine andere konventionelle Kühlstruktur zum Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen illustriert.
3 ist eine Aufsicht, die schematisch eine Vielzahl von LD-Modulen und weiter eine andere konventionelle Kühlstruktur zum Kühlen der Vielzahl von LD-Modulen illustriert.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert, in welcher ein Bereich, der sich auf das Kühlen des LD-Moduls bezieht, in einer Aufsicht, welche eine schematische Struktur illustriert, repräsentiert ist.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Änderung beim Antriebsstrom, der dem LD-Modul zugeführt wird, über die Zeit illustriert, und Temperatur-Zeitreihendaten, die durch einen Temperatursensor gemessen werden, der in einer vorbestimmten Position in den zwei LD-Modulen montiert ist, was einhergeht mit der Änderung bei dem Antriebsstrom über die Zeit.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der durch den an einer vorbestimmten Position im LD-Modul montierten Temperatursensor gemessenen Temperatur und einer Zählerzähl-Geschwindigkeit des LD-Moduls illustriert.
7 ist ein Graph, der die Änderung bei der Timer-Zählgeschwindigkeit eines Timers zum Berechnen der Lebensdauer-Verbrauchszeit des LD-Moduls über die Zeit illustriert, welche aus der Beziehung zwischen der durch den an einer vorbestimmten Position im LD-Modul montierten Temperatursensor gemessenen Temperatur und der Timer-Zählgeschwindigkeit des LD-Moduls, gezeigt in 6, in Relation auf die Temperatur-Zeitreihendaten, die in 5 gezeigt sind, bestimmt wird.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit in der Lasereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert, in welcher ein sich auf das Kühlen des LD-Moduls beziehender Bereich in einer, eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert wird.
10 ist ein Graph, der ein Einstellbeispiel der Abhängigkeit einer ersten Einstellzeit auf die effektive kumulative Antriebszeit bei Bestimmungskriterien zum Bestimmen des Timings zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit illustriert, wenn die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen den zwei LD-Modulen die erste Einstellzeit übersteigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit in der Lasereinrichtung der zweiten Ausführungsform illustriert.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform illustriert, in welcher ein sich auf das Kühlen des LD-Moduls beziehender Bereich in einer eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert wird.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform illustriert, in der ein sich auf das Kühlen des LD-Moduls beziehender Bereich in einer, eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert wird.
14 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum experimentellen Bestimmen der Abhängigkeit eines Strombeschleunigungsfaktors auf die effektive kumulative Antriebszeit illustriert.
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, in welcher ein sich auf das Kühlen des LD-Moduls beziehender Bereich in einer, eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert wird.
16 ist ein Graph, der Abhängigkeit des Antriebsstroms, der notwendig ist, um eine vorbestimmte optische Abgabe zu erhalten, von der effektiven kumulativen Antriebszeit illustriert, und ein Diagramm, welches die Degradierungsbreite, Degradierungsrate und Degradierungs-Geschwindigkeit in dem Antriebsstrom exemplifiziert, der nötig ist, um eine vorbestimmte optische Abgabe zu erhalten.
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform illustriert, in der ein sich auf das Kühlen des LD-Moduls beziehender Bereich in einer, eine schematische Struktur repräsentierenden Aufsicht repräsentiert ist.
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform illustriert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Lasereinrichtung, die eine Kühlstruktur zum Kühlen einer Vielzahl von LD-Modulen in der vorliegenden Offenbarung umfasst, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung wird dasselbe Bezugszeichen auf dasselbe Bauteil angewendet. Weiter sollen Komponenten, welchen dasselbe Bezugszeichen in den unterschiedlichen Zeichnungen zugewiesen ist, die Komponenten mit derselben Funktion bedeuten. ? Derweil wird der Maßstab dieser Zeichnungen angemessen geändert, um leicht sichtbar zu sein. Zusätzlich ist eine in den Zeichnungen gezeigte Form ein Beispiel für das Ausführen der vorliegenden Erfindung und ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigte Form beschränkt.
<Erste Ausführungsform>
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert, bei welcher eine LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe, die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen des LD-Moduls bezieht, in einer eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert ist. Eine Lasereinrichtung 6A umfasst eine Vielzahl von Laserdioden-Modulen (LD-Modulen) 1 auf der Oberfläche einer Kühlplatte 2 einer LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5. Die Vielzahl von LD-Modulen 1 ist mit der Kühlplatte 2 thermisch verbunden angeordnet. Ein Antriebsstrom wird der Vielzahl von LD-Modulen 1 in Reihe zugeführt.
Innerhalb der Kühlplatte 2 ist ein durch eine unterbrochene Linie in 4 gezeigter Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 gebildet. Dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 wird eine Kühlflüssigkeit aus einer Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 zugeführt. Die Kühlflüssigkeit fließt aus der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 zum Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3, der in der Kühlplatte 2 gebildet ist, über ein Kühlflüssigkeitsrohr 4. Die aus dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 ausfließende Kühlflüssigkeit ist auch konfiguriert, über das Kühlflüssigkeitsrohr 4 zur Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 zurückzukehren. In der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 ist in dieser Ausführungsform eine zirkulierende Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung, die allgemein ein Kühler genannt wird, verwendet. Die Vielzahl von LD-Modulen 1 ist längs des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 angeordnet und der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 wird durch Strömen der Kühlflüssigkeit hindurch gekühlt.
Die Lasereinrichtung 6A umfasst eine Laserstromquelle 8, die einen Antriebsstrom der Vielzahl von LD-Modulen 1 zuführt; vier Schaltventile 9a bis 9d, die in den mit dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 verbundenen Kühlflüssigkeitsrohren 4 vorgesehen sind; eine Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10, die einen Zeitpunkt zum Umschalten einer Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Schaltventile 9a bis 93 bestimmt; und eine Steuerschaltung 11 zum Ausgeben eines Antriebsstroms-Ausgabebefehls an die Laserstromquelle 8, und Ausgeben eines Ventilschaltbefehls an die Schaltventile 9a bis 9d unter Bezugnahme auf das Bestimmungsergebnis der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10. Die Schaltventile 9a bis 9d werden aus einem Zweiwegeventil zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit hergestellt, welche durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das zwischen der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und der Kühlplatte 2 vorgesehene Kühlflüssigkeitsrohr 4 aus einem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 41a, einem zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 41b, einem dritten Kühlflüssigkeitsrohr 41c und einem vierten Kühlflüssigkeitsrohr 41d aufgebaut. Das erste Kühlflüssigkeitsrohr 41a verbindet zwischen einem Kühlflüssigkeitsauslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und einem ersten Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3, gebildet in der Kühlplatte 2. Das Schaltventil 9a ist in der Mitte des ersten Kühlflüssigkeitsrohrs 41a vorgesehen. Das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 41b verbindet zwischen einem Kühlflüssigkeitseinlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und einem zweiten Verbindungsteil 3b des in der Kühlplatte 2 gebildeten Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3. Das Schaltventil 9b ist in der Mitte des zweiten Kühlflüssigkeitsrohrs 41b vorgesehen.
Das dritte Kühlflüssigkeitsrohr 41c und das vierte Kühlflüssigkeitsrohr 41d verbinden zwischen dem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 41a und dem zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 41b, so dass die Kühlflüssigkeit dazwischen zirkulieren kann. Im Detail ist ein Ende des dritten Kühlflüssigkeitsrohrs 41c zwischen einem Schaltventil 9a in dem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 41a und dem ersten Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 verbunden. Das andere Ende des dritten Kühlflüssigkeitsrohrs 41c ist zwischen dem Schaltventil 9b im zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 41b und dem Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 verbunden. Das Schaltventil 9c ist in der Mitte des dritten Kühlflüssigkeitsrohrs 41c vorgesehen. Ein Ende des vierten Kühlflüssigkeitsrohrs 41d ist zwischen dem Schaltventil 9a im ersten Kühlflüssigkeitsrohr 41a und dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 verbunden. Das andere Ende des vierten Kühlflüssigkeitsrohrs 41d ist zwischen dem Schaltventil 9b im zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 41b und dem zweiten Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 verbunden. Das Schaltventil 9d ist in der Mitte des vierten Kühlflüssigkeitsrohrs 41d vorgesehen.
Da die Schaltventile 9a bis 9d aus einem Zweiwegeventil aufgebaut sind, wenn die Schaltventile 9a, 9b im Öffnungszustand sind und die Schaltventile 9c, 9d im Schließzustand sind, wie in 4 gezeigt, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 ausgeflossene Kühlflüssigkeit durch, in der Reihenfolge von: erstes Kühlflüssigkeitsrohr 41a; erster Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3; zweiter Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; und zweites Kühlflüssigkeitsrohr 41b, und in den Einlass der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Wenn die Schaltventile 9a, 9b zum Schließzustand geschaltet sind und die Schaltventile 9c und 9d zum Öffnungszustand geschaltet sind, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 ausfließende Kühloberfläche in das vierte Kühlflüssigkeitsrohr 41d in der Mitte des ersten Kühlflüssigkeitsrohrs 41a durch das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 41b und in den zweiten Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3. Die durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließende und aus dem Auslass 3a ausgeflossene Kühlflüssigkeit fließt in das dritte Kühlflüssigkeitsrohr 4c in der Mitte des ersten Kühlflüssigkeitsrohr 41a durch das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 41b und in den Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Daher kann die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 Flussdiagrammen Kühlflüssigkeit zur reversen Richtung umgeschaltet werden, durch Umschaltsteuerung des Öffnens und Schließens der Schaltventile 9a, 9b und der Schaltventile 9c, 9b.
Derweil besteht der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 der vorliegenden Ausführungsform aus einer Vielzahl von parallel linearen Flusspfaden 301 quer in der Kühlplatte 2. Angrenzende Linearflusspfade 301, 301 sind mit der Außenseite der Kühlplatte 2 durch eine Vielzahl von U-förmigen Röhren 40 so verbunden, dass die Kühlflüssigkeit hindurch zirkulieren kann. Der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 ist dadurch aus einem Flusspfad aufgebaut, der unmittelbar unter der Vielzahl von LD-Modulen 1 in Reihe zwischen dem ersten Verbindungsteil 3a und dem zweiten Verbindungsteil 3b fließt.
Die Steuerschaltung 11 ist aufgebaut aus einer Arithmetik-Schaltung, wie etwa einer CPU, zum Ausführen von arithmetischer Verarbeitung, die sich auf verschiedene Arten von Steuerung für die Lasereinrichtung 6A beziehen; eine Speicherschaltung zum Speichern von Programmen, Daten und dergleichen, die für verschiedene Arten von Steuerung für die Lasereinrichtung 6A notwendig sind; eine Antriebsschaltung zum Antreiben der Laserstromquelle 8; und eine Kommunikationsschaltung und dergleichen zum Kommunizieren jeder Einheit der Bildverarbeitungseinheit 6A, wie etwa der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 und den Schaltventilen 9a bis 9d (die alle nicht gezeigt sind).
In 4 zeigt ein dicker durchgezogener Linienpfeil, der zwischen den jeweiligen Funktionsblöcken und dergleichen verbindet, eine Ausgaberichtung bei der Kommunikation, eine Zuführrichtung des Antriebsstroms und dergleichen an. Jedoch, um das komplexe Diagramm zu vermeiden, zeigt ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 an die Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur einen Pfeil von der Laserstromquelle 8 zu einem LD-Modul 1, das an der entferntesten Kante angeordnet ist, und eine Linie oder dergleichen, die die Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, wird weggelassen. Weiter, während vier aus Zweiwegeventilen aufgebaute Schaltventile in dieser Ausführungsform vorgesehen sind, wird als ein Pfeil von der Steuerschaltung 11 zu den Schaltventilen 9a bis 9d nur ein Pfeil von der Steuerschaltung 11 zu dem einen Schaltventil 9b gezeigt und der Pfeil zu den anderen Schaltventilen 9a, 9c, 9d wird weggelassen.
Das aus der Vielzahl von LD-Modulen 1 emittierte Laserlicht wird durch einen optischen Koppler und dergleichen gekoppelt, um ein Werkstück aus einem Bearbeitungskopf als einer Lichtquelle in ihrem ursprünglichen Zustand zu bestrahlen, oder das Laserlicht wird als eine Anregungslichtquelle für einen Faserlaser verwendet, um ein Werkstück aus einem Bearbeitungskopf zu bestrahlen, nach Passieren aus dem Faserlaser durch eine Zufuhrfaser, um Laserbearbeitung auszuführen. Jedoch sind in 4 diesen LD-Modulen 1 subsequente optische Laserkomponenten weggelassen, einschließlich Lichtleitern in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren des Laserlichts daraus.
Obwohl die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 auch die Arithmetik-Schaltung zum Ausführen von Arithmetik-Bearbeitung umfasst, die zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Schaltventile 9a bis 9d notwendig ist, und eine Speicherschaltung zum Aufzeichnen von Programmen, Daten und dergleichen, die zum Durchführen der Arithmetik Verarbeitung notwendig sind, wird jegliche Repräsentation weggelassen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 zwei Timer: einen ersten Timer 12; und einen zweiten Timer 13 darin, und umfasst weiter eine erste Timer-Steuerschaltung 14 und eine zweite Timer-Steuerschaltung 15 zum Steuern des Fortgangs der jeweiligen Timer. Zusätzlich umfasst die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 eine Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 als eine Arithmetik-Schaltung zum Empfangen eines Zeitmessergebnisses aus dem ersten Timer 12 und dem zweiten Timer 13 zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Schaltventile 9a bis 9d.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Kühlflüssigkeit aus dem ersten Verbindungsteil 3a zum zweiten Verbindungsteil 3d im Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließt, sind zwei Temperatursensoren 19a, 19b an den zwei LD-Modulen 1 montiert: das auf der stromaufwärtigsten Seite angeordnete LD-Modul 17 und das auf der stromabwärtigsten Seite angeordnete LD-Modul 18, aus der Vielzahl von LD-Modulen 1 auf der Kühlplatte 2. Diese Temperatursensoren 19a, 19b messen eine Temperatur auf einem Basisplattenbereich, der nahe an einer Position ist, wo ein COS (Chip auf Substrat, chip on subtrate), auf welchem ein LD-Chip auf dem Substrat montiert ist, angeordnet ist, in einem Gehäuse jedes LD-Moduls 17, 18. Der Basisplattenbereich in dem Gehäuse der LD-Module 17, 18 ist ein Temperaturvariationsteil, wo der Anstieg bei der Temperatur mit Hitze einhergeht, die im wärmeerzeugenden Teil des LD-Moduls 1 erzeugt wird.
Die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 bestimmt den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Schaltventile 9a bis 9d, basierend auf den aus den Temperatursensoren 19a, 19b ausgegebenen Temperatur-Zeitseriendaten, so dass die Differenz des Lebensdauerverbrauchs zwischen dem LD-Modul 17 und dem LD-Modul 18 reduziert wird.
Für die Lasereinrichtung 6A der vorliegenden Ausführungsform ist in ihrer einfachsten Ausführungsform eine optische Abgabe aus der gesamten Vielzahl von LD-Modulen 1 als eine optische Nennabgabe definiert, oder ist ein jedem LD-Modul 1 zugeführter Antriebsstrom als ein Antriebsnennstrom definiert. In Bezug auf die Laserstromquelle 8 wird nur eine EIN/AUS-Steuerung für den Antriebsstrom durch die Steuerschaltung 11 durchgeführt. Selbst bei einer solchen einfachen Steuerung, nachdem der konstante Antriebsnennstrom den LD-Modulen 1 zugeführt wird, erreicht die Temperatur der LD-Modulen 1 nicht immer die konstante Temperatur und erzielt Gleichgewicht aufgrund der Wärmekapazität der Kühlplatte 2 und dergleichen. Aus diesem Grund kann der Lebensdauerverbrauch nicht genau nur durch einfache Akkumulierung der tatsächlichen Antriebszeit abgeschätzt werden.
5 illustriert ein Beispiel von EIN und AUS des jedem LD-Modul 1 zugeführten Antriebsstroms, und Zeitreihendaten der Temperatur T_A, welche durch den auf dem LD-Modul 17 montierten Temperatursensor 19a gemessen wird, und der Temperatur T_B, welche durch den auf dem LD-Modul 18 montierten Temperatursensor 19d gemessen wird, in Bezug auf den Antriebsstrom. Die Zeitreihendaten in 5 zeigen ein Beispiel des Falls, bei dem eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, indem der Antriebsnennstrom jedem LD-Modul 30 Sekunden lang zugeführt wird, dann, nach 30 Sekunden ab der Laserbearbeitung wird eine nachfolgende Laserbearbeitung durch Zuführen des Antriebsnennstroms daran 60 Sekunden lang durchgeführt, und dann, ab 30 Sekunden ab der nachfolgenden Laserbearbeitung wird weiter eine nachfolgende Laserbearbeitung durch Zuführen des Antriebsnennstroms daran für 120 Sekunden durchgeführt. Der Hauptgrund, warum die Zeitreihendaten transiente Temperaturänderung zeigen, wie in 5 gezeigt, ist, dass die Kühlplatte 2 und das LD-Modul 1 signifikante Wärmekapazität aufweisen. Der Graph von 5 kann durch eine Simulation eines nicht konstanten thermischen Fluids erhalten werden.
Weiter ist der Grund, warum die Temperatur T_B höher als die Temperatur T_A ist, dass das LD-Modul 18 in der Nähe des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 auf der stromabwärtigeren Seite als das LD-Modul 17 angeordnet ist und die Temperatur der Kühlflüssigkeit steigt, wenn die in 5 gezeigten Zeitreihendaten ermittelt werden. Der Lebensdauerverbrauch jedes LD-Moduls 1 hängt von der Temperatur des p-n-Übergangs der LD, welche ein wärmeerzeugender Teil in der in jedem LD-Modul 1 enthaltenen LD ist, ab. Da jedoch die Wärmekapazität des LD-Chips, einschließlich des Substrats, auf welchem der LD-Chip montiert ist, im Vergleich zur Kühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Modulen 1 klein ist, wenn der Antriebsstrom dem LD-Modul 1 zugeführt wird, wird die Temperatur des p-n-Übergangs der LD abhängig von der Änderung bei der Temperatur eines Temperaturvariationsteils in den LD-Modulen 17, 18 geändert, auf welchen die Temperatursensoren 19a, 19b montiert sind. Wenn der Antriebsstrom konstant ist, ist die Differenz zwischen der Temperatur des p-n-Übergangs der LD und der durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessenen Temperatur nahezu konstant und daher kann der Lebensdauerverbrauchsgang unter Verwendung der durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessenen Temperatur evaluiert werden.
Es ist bekannt, dass der Lebensdauerverbrauchsgang einer Halbleitervorrichtung, wie etwa einer LED, exponentiell mit dem Umgekehrten der absoluten Temperatur ansteigt. Darum, beispielsweise annehmend, dass der Antriebsstrom lange Zeit eingehalten bleibt und eine Gleichgewichts-Temperatur, bei welcher die Temperatur, wo der Temperatursensor 19a des stromaufwärtsseitigen LD-Moduls 17 montiert ist, Gleichgewicht erreicht, als T_EQ (gleich 45,7 °C) eingestellt ist, und wenn es ein experimentelles Ergebnis gibt, dass der Lebensdauerverbrauchsgang sich verdoppelt, wenn die durch den Sensor 19a gemessene Temperatur 10 k höher ist als die von T_EQ, wird gefunden, dass die Beziehung zwischen der durch den Temperatursensor 19a gemessenen Temperatur und dem Lebensdauerverbrauchsgang, nämlich die Beziehung von Timer-Zählgeschwindigkeit, wenn die erste Timer-Steuerschaltung 14 und die zweite Timer-Steuerschaltung 15 jeweils den Fortgang des ersten Timers 12 und des zweiten Timers 13 steuern, eine in 6 gezeigte Beziehung aufweist.
Daher, wenn Temperatur-Zeitreihendaten, wie in 5 gezeigt, an der ersten Timer-Steuerschaltung 14 und der zweiten Timer-Steuerschaltung 15 eingegeben werden, geben die erste Timer-Steuerschaltung 14 und die zweite Timer-Steuerschaltung 15 Steuersignale, um den ersten Timer 12 und den zweiten Timer 13 dazu zu bringen, bei einer Timer-Zählgeschwindigkeit fortzuschreiten, wie in 7 gezeigt, durch Verwenden der Beziehung, die in 6 gezeigt ist, aus. Derweil, selbst wenn die Temperatur des LD-Moduls 1 steigt, ist die Degradierung des LD-Moduls 1, wenn der Antriebsstrom ihm nicht zugeführt wird, fast vernachlässigbar. Aufgrund dessen beträgt die Timer-Zählgeschwindigkeit 0, wenn der Antriebsstrom nicht dem LD-Modul 1 zugeführt wird und die Timer-Zählung angehalten ist. Ob der Antriebsstrom dem LD-Modul 1 zugeführt wird oder nicht, kann aus dem aus der Steuerschaltung 11 ausgegebenen Signal bestimmt werden.
Wie oben beschrieben, wenn der Fortgang des ersten Timers 12 und des zweiten Timers 13 gesteuert wird, das heißt, die Timer-Zählgeschwindigkeit 1, die dem ersten Timer 12 entspricht, und die Timer-Zählgeschwindigkeit 2, die dem zweiten Timer 13 entspricht, gesteuert werden, im in 7 gezeigten Beispiel, wenn eine erste Laserbearbeitung 30 Sekunden lang durchgeführt wird, die nächste Laserbearbeitung 60 Sekunden lang durchgeführt wird, und die letzte Laserbearbeitung 120 Sekunden lang durchgeführt wird, was zu 210 Sekunden Laserbearbeitung insgesamt führt, macht der erste Timer 12 einen Fortgang 19,2 Sekunden lang, 47,6 Sekunden lang und 106,3 Sekunden lang, was jeweils zum Fortgang von 173,1 Sekunden insgesamt führt. Andererseits macht der zweite Timer 13 Fortgang 22,1 Sekunden lang, 60,9 Sekunden lang und 143,7 Sekunden lang, was zu einem Fortgang von insgesamt 226,7 Sekunden führt. Derweil wird die Anzahl von Sekunden, bei welchen die Timer-Zählgeschwindigkeit Fortgang macht, durch den ersten Timer und den zweiten Timer, durch ein Zeitintegral der Timer-Zählgeschwindigkeit 1 und der Timer-Zählgeschwindigkeit 2 in dem Graphen ermittelt, der jeweils die Beziehung zwischen der Timer-Zählgeschwindigkeit und der Zeit zeigt, in 7.
Somit, wie durch eine abwechselnd Lang- und Kurz-Strichlinie in 7 gezeigt, im Vergleich mit der tatsächlichen Antriebszeit des LD-Moduls 1, welche bestimmt wird, indem die Timer-Zählung immer gleich 1 gesetzt wird, wenn der Antriebsnennstrom dem LD-Modul 1 zugeführt wird, unterscheidet sich die durch den Lebensdauer-Verbrauchszeitzähl-Timer gezählte Zeit beachtlich. Insbesondere steigt die Differenz des Verhältnisses, wenn die Laserbearbeitungszeit kurz ist. Wie aus 5 und 7 evident, wenn die EIN-Zeit und die AUS-Zeit des Antriebsstroms ausreichend lang sind, kann die in der Zeichnung gezeigte transiente Temperaturänderung außer Acht gelassen werden. Jedoch wird bei der praktischen Laserbearbeitung das EIN-AUS des Antriebsstroms oft im Zeitintervall von mehreren Sekunden bis mehreren 10 Sekunden wiederholt. Daher, falls eine solche transiente Temperaturänderung außer Acht bleibt, wird der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit bestimmt, ohne ein Phänomen der verkürzten Lebensdauer oder der erhöhten Durchschnitts-Ausfallrate mit dem Anstieg bei der Temperatur einer Halbleitervorrichtung die eine LD beinhaltet, zu berücksichtigen. Dies macht es schwierig, das Ziel des Umschaltens der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit mit dem Timing, zu welchem die Lebensdauerbelastungs-Differenz zwischen jeweiligen LD-Modulen 1 effektiv reduziert werden können, zu erzielen.
Derweil haben der Ausdruck der verkürzten Lebensdauer und der Ausdruck der erhöhten Durchschnitts-Ausfallrate physikalisch nicht dieselbe Bedeutung. Jedoch, um nachfolgend die Erläuterung zu vereinfachen, wird beispielsweise der Ausdruck einer verkürzten Lebensdauer um 1/2 so verwendet, dass die Bedeutung einer doppelten gesteigerten Durchschnitts-Ausfallrate beinhaltet ist.
Wenn durch den ersten Timer 12 gezählte Zeit und durch den zweiten Timer 12 gezählte Zeit jeweils als eine Zeit 1 und eine Zeit 2 definiert sind, bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit von Zeit 1 und Zeit 2. Beispielsweise bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit, wenn die Differenz zwischen der Zeit 1 und der Zeit 2 eine vorbestimmte Zeit übersteigt, und gibt das Bestimmungsergebnis an die Steuerschaltung 11 aus.
Beim Empfangen des Bestimmungsergebnisses gibt die Steuerschaltung 11 einen Befehl zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit an die Schaltventile 9a bis 9d aus, wenn der Antriebsstrom nicht dem LD-Modul 1 zugeführt wird oder wenn die Lasereinrichtung 6A nicht unmittelbar Laser-Oszillation durchführen kann. Dies veranlasst die Schaltventile 9a bis 9d, die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umzuschalten. Wenn der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit so bestimmt wird und die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, kann die Verbreiterung der Differenz der Lebensdauerverbrauchszeit zwischen dem LD-Modul 17 und dem LD-Modul 18 über eine vorbestimmte Zeit verhindert werden, andernfalls wird die größte Differenz bei der Lebensverbrauchszeit zwischen ihnen erzeugt.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit in der Lasereinrichtung 6A zeigt. Wenn die Stromquelle der Lasereinrichtung 6A eingeschaltet wird, überprüft die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 den Zustand der Lasereinrichtung 6A aus der Steuerschaltung 11 (Schritt S101), um zu bestimmen, ob die Lasereinrichtung 6A in einem Laser-Oszillations-freigegebenen Zustand ist oder nicht (Schritt S102). Wenn die Lasereinrichtung 6A als in dem Laser-Oszillations-freigegebenen Aktivierungszustand befindlich bestimmt wird, überprüft die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 den Antriebszustand des LD-Moduls 1 beispielsweise in 10 ms Intervallen, um zu bestimmen, ob der Antriebsstrom dem LD-Modul 1 zugeführt wird oder nicht (Schritt S104).
Wenn der Antriebsstrom als dem LD-Modul 1 zuzuführen bestimmt wird, befiehlt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16, die Ausgabe aus dem Temperatursensor 19a, 19b, die mit der ersten Timer-Steuerschaltung 14 bzw. der zweiten Timer-Steuerschaltung 15 verbunden sind, auszulesen (Schritt S105). Die erste Timer-Steuerschaltung 14 und die zweite Timer-Steuerschaltung 15 berechnen aus der gelesenen Ausgabe, das heißt der Temperatur aus den Temperatursensoren 19a, 19b, die Timer-Zählgeschwindigkeit durch Verwenden von Daten, welche die Beziehung zwischen der durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessenen Temperatur und der Timing-Zählgeschwindigkeit zeigen, wie in 6 gezeigt (Schritt S106). Dann befehlen die erste Timer-Steuerschaltung 14 und die zweite Timer-Steuerschaltung 15 dem ersten Timer 12 und dem zweiten Timer 13, die Zeit von 10 ms, jeweils multipliziert mit der Timer-Zählgeschwindigkeit, zu addieren. Dadurch werden die Zeit 1 und die Zeit 2 aktualisiert (Schritt S107).
Nachfolgend bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16, ob die Differenz zwischen der aktualisierten Zeit 1 und Zeit 2 größer als eine vorbestimmte Zeit ist oder nicht (Schritt S108). Wenn die Differenz zwischen der aktualisierten Zeit 1 und Zeit 2 als größer als die vorbestimmte Zeit bestimmt wird, gibt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 an die Steuerschaltung 11 das Bestimmungsergebnis aus, dass der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit gekommen ist (Schritt S109).
Beim Empfangen des Bestimmungsergebnisses bestimmt die Steuerschaltung 11, ob das LD-Modul 1 angetrieben ist oder nicht, durch die Zufuhr des Antriebsstroms an das LD-Modul 1 (Schritt S110). Wenn das LD-Modul 1 als nicht angetrieben bestimmt wird, wird ein Antriebsbefehl zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit an die Schaltventile 9a bis 9d ausgegeben (Schritt S111). Dies veranlasst die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 der Kühlplatte 2 fließenden Kühlflüssigkeit, umgeschaltet zu werden (Schritt S112).
In dieser Ausführungsform, in 4, beispielsweise durch Umschalten der Schaltventile 9a, 9b vom Öffnungszustand zum Schließzustand und simultanem Schalten der Schaltventile 9c, 9d vom Schließzustand zum Öffnungszustand, kann die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 der Kühlplatte 2 fließenden Kühlflüssigkeit zur reversen Richtung umgeschaltet werden.
Als Nächstes, in Schritt S113, wenn der Betriebs-Stoppbefehl durch die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 als nicht gegeben bestimmt wird, aufgrund des Austauschs der LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5 und dergleichen, wird der Zustand der Lasereinrichtung 6A durch Rücksprung zu Schritt S101 überprüft. Im Schritt S113, wenn der Betriebs-Stoppbefehl als an die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 zu geben bestimmt wird, beendet die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 ihren Betrieb. Im Schritt S102, wenn die Lasereinrichtung 6A als nicht im Laser-Oszillations-freigegebenen Aktivierungszustand bestimmt wird, wird der Zustand der Lasereinrichtung 6A wiederholt durch Rückkehr zu Schritt S101 überprüft. Im Schritt S104, wenn der Antriebsstrom als nicht dem LD-Modul 1 zugeführt bestimmt wird, im Schritt S108, wenn die Differenz zwischen der aktualisierten Zeit 1 und Zeit 2 als nicht größer als eine vorbestimmte Zeit bestimmt wird, oder im Schritt S110, wenn das LD-Modul 1 als angetrieben bestimmt wird, überprüft die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 kontinuierlich den Antriebszustand des LD-Moduls 1 in 10 ms Intervallen durch Rückkehren zu Schritt S103.
Somit kann in dieser Ausführungsform, indem Operationen ab Schritt S101 bis Schritt S113, die oben beschrieben sind, wiederholt werden, die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zum angemessenen Zeitpunkt umgeschaltet werden, um die Differenz der Lebensdauerverbrauchszeit zwischen den jeweiligen LD-Modulen 1 zu reduzieren. Dies kann das Problem lösen, dass der Austauschzeitpunkt für die LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5 beschleunigt wird, weil das Ende der Lebensdauer einiger der LD-Module 1 früher erreicht ist als das anderer LD-Module 1 aus der Vielzahl von LD-Modulen 1.
Wie oben diskutiert, kann gemäß der Lasereinrichtung 6A der vorliegenden Ausführungsform, wenn sie unter der optischen Abgabe-Nennbedingung, oder unter der Antriebsnennstrom-Bedingung angetrieben wird, die Differenz der Lebensverbrauchszeit zwischen einem der LD-Modulen 1 innerhalb einer vorbestimmten Zeit oder Zeit etwas über der vorbestimmten Zeit unterdrückt werden, selbst falls das LD-Modul 1 eine Temperaturänderung aufweist, einschließlich einer transienten Änderung. Ein detailliertes Verfahren zum Bestimmen einer oben beschriebenen vorbestimmten Zeit wird später erläutert.
In dieser Ausführungsform, obwohl die Temperatursensoren 19a, 19b auf dem Basis-Plattenbereich des Gehäuses des LD-Moduls 1 sowohl im LD-Modul 17 als auch dem LD-Modul 18 montiert sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Um die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des p-n-Übergangs der LD und der durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessenen Temperatur mit guter Präzision konstant zu halten, ist es wünschenswert, dass die montierte Position der Temperatursensoren 19a, 19b auf eine Position eingestellt wird, wo die Temperatur in der Nähe des Wärmepfads, in welchen die meiste Wärme im wärmeerzeugenden Teil (aus dem wärmeerzeugenden Teil in die Kühlplatte 2 fließende Wärme) fließt, gemessen werden kann. Jedoch kann die montierte Position der Temperatursensoren 19a, 19b im Prinzip eine Position sein, wo die Temperatur des wärmeerzeugenden Teils des LD-Moduls 1 aus der Temperatur der Position abgeschätzt werden kann, an welcher die Temperatursensoren 19a, 19b montiert sind. Daher kann die montierte Position der Temperatursensoren 19a, 19b in einer Position auf der Kühlplatte 2 nahe der stromaufwärtigen Seite und einer Position auf der Kühlplatte 2 nahe der stromabwärtigen Seite vorgesehen sein, wenn die Kühlflüssigkeit aus einer Richtung der Kühlplatte 2 fließt.
Zusätzlich, wenn die Flussrate der Kühlflüssigkeit bekannt ist, kann der Anstieg bei der Temperatur der Kühlflüssigkeit aufgrund von in dem LD-Modul 1 erzeugter Wärme durch Berechnung abgeschätzt werden. Deshalb kann der Temperatursensor in einem der LD-Module 17, 18 vorgesehen sein oder nur ein Teil auf der Kühlplatte 2. Weiter, wenn die Flussrate und die Temperatur der Kühlflüssigkeit aus der Einstellbedingung der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und dergleichen bekannt sind, und wenn die Wärmekapazität der Kühlplatte 2 und des LD-Moduls 1 bekannt ist, kann eine Änderung bei der Temperatur des in 5 gezeigten LD-Moduls 1 durch Berechnung abgeschätzt werden, selbst falls der Temperatursensor nicht auf der Lasereinrichtung 6A montiert ist. Somit ist das Montieren des Temperatursensors auf der Seite der Lasereinrichtung 6A keine essentielle Bedingung beim Durchführen der oben beschriebenen Funktionen.
In dem Fall, bei dem die Temperatur und Flussrate der in die Kühlplatte 2 fließenden Kühlflüssigkeit konstant sind, sind die EIN-Zeit und die AUS-Zeit für den Antriebsstrom ausreichend lang und kann die transiente Temperaturänderung des LD-Moduls 1 außer Betracht bleiben, wird der Temperatursensor nicht benötigt und kann es nur den einen Timer und nur die eine Timer-Steuerschaltung geben. Die Timer-Steuerschaltung kann den Timer so steuern, dass der Timer einen Fortgang macht, nur wenn der Nennstrom dem LD-Modul zugeführt wird. Die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 kann bestimmen, nur ob der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit gekommen ist oder nicht, jedes Mal nach dem Verstreichen einer durch den Timer gemessenen, vorbestimmten Zeit.
<Zweite Ausführungsform>
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 der ersten Ausführungsform, wird die LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5, die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen der LD-Modul 1 bezieht, in einer, eine schematische Struktur zeigenden Aufsicht repräsentiert. Wie in 4, wird der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Kühlplatte 2 durch eine unterbrochene Linie repräsentiert. Zusätzlich, obwohl ein zwischen den jeweiligen Funktionsblöcken und dergleichen verbindender, dicker, durchgezogenen Linienpfeil eine Ausgaberichtung in der Kommunikation, eine Zufuhrrichtung des Antriebsstroms und dergleichen zeigt, ist, um das komplexe Diagramm zu vermeiden, ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 an die Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur ein Pfeil von der Laserstromquelle 8 zu einem LD-Modul 1, das an der entferntesten Kante angeordnet ist, und wird eine Linie oder dergleichen, die Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, weggelassen. Auch wird die Repräsentation von diesen LD-Modulen 1 nachgeordneten Laseroptik-Komponenten weggelassen, einschließlich optischer Filter in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren des Laserlichts daraus.
Als ein erster unterschiedlicher Punkt unterscheidet sich die zweite Ausführungsform der in 9 gezeigten Lasereinrichtung 6B von derjenigen in 4 der ersten Ausführungsform darin, dass die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 eine erste Aufzeichnungseinheit 20, einen zweiten Aufzeichnungsteil 22 und eine Berechnungsschaltung 21 umfasst, statt der ersten Timer-Steuerschaltung 14, der zweiten Timer-Steuerschaltung 15, dem ersten Timer 12 und dem zweiten Timer 13 von 4.
Die erste Aufzeichnungseinheit 20 zeichnet Daten über einen Beschleunigungsfaktor eines ersten Beschleunigungsfaktors (k₁(P_o, T_v)) oder/und eines zweiten Beschleunigungsfaktors (k₂(I_d, T_v)) auf. Der erste Beschleunigungsfaktors (k₁(P_o, T_v)) zeigt Abhängigkeit von einer optischen Abgabe (P_o) und Temperatur eines Temperaturvariationsteils (T_v) des LD-Moduls 1. Der zweite Beschleunigungsfaktor (k₂(I_d, T_v)) zeigt Abhängigkeit von einem dem LD-Modul 1 zugeführten Antriebsstrom (I_d) und Temperatur eines Temperaturvariationsteils (T_v). Der erste Beschleunigungsfaktor (k₁(P_o, T_v)) und der zweite Beschleunigungsfaktor (k₂(I_d, T_v)) sind, auf Basis der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit, wenn das LD-Modul 1 in einer Standard-Antriebsbedingung angetrieben wird, Beschleunigungsfaktoren des Lebensdauerverbrauchs, welche das Verhältnis (ein Multiplikationsfaktor) der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit, wenn das LD-Modul 1 angetrieben wird unter einer Antriebsbedingung, die sich von der Standard-Antriebsbedingung unterscheidet, repräsentieren.
Die Berechnungsschaltung 21, wie später beschrieben wird, berechnet zusätzlich zu Temperatur-Zeitreihendaten des Temperatur-Reaktionsteils die effektive kumulative Antriebszeit durch Bezugnahme auf die Zeitreihendaten der optischen Abgabe-Zeitreihendaten des LD-Moduls 1 oder/und der Antriebsstrom-Zeitreihendaten des LD-Moduls 1, um ein Zeitintegral am Beschleunigungsfaktor durchzuführen, der aus der ersten Aufzeichnungseinheit 20 ausgelesen wird, ab dem ersten Antriebsstartpunkt des LD-Moduls 1 bis zum jüngsten Punkt.
Die zweite Aufzeichnungseinheit 22 zeichnet die effektive kumulative Antriebszeit zumindest eines LD-Moduls 1 von der Vielzahl von LD-Modulen 1 auf, welche durch die Berechnungsschaltung 21 berechnet wird. Derweil ist auch in der vorliegenden Ausführungsform der Temperaturvariationsteil ein Basisplattenbereich, der nahe an einer Position ist, wo ein COS, in welchem ein LD-Chip auf dem Substrat montiert ist, angeordnet ist, im Gehäuse jedes LD-Moduls 1, und sind die Temperatursensoren 19a, 19b auf der Basisplattenposition montiert, wie in der ersten Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Kühlflüssigkeit aus dem ersten Verbindungsteil 3a zum zweiten Verbindungsteil 3b über den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließt, sind zwei Temperatursensoren 19a, 19b auf dem an einer Position nahe der stromaufwärtigsten Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 angeordneten LD-Modul (nachfolgend als ein erstes LD-Modul 24 bezeichnet) und dem LD-Modul, das an einer Position nahe der stromabwärtigsten Seite angeordnet ist, nachfolgend als ein zweites LD-Modul 25 bezeichnet), aus der Vielzahl von LD-Modulen, montiert. Die zwei LD-Module 1, auf welchen die Temperatursensoren 19a, 19b montiert sind, können unterschiedliche LD-Module sein, und müssen nicht notwendigerweise das erste LD-Modul 24 und das zweite LD-Modul 25 sein, die in 9 dargestellt sind. Jedoch, wie später beschrieben, wenn die Distanz zwischen dem ersten LD-Modul 24 und dem zweiten LD-Modul 25 auf dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 nahe ist, verschlechtert sich die Genauigkeit zum Bestimmen des angemessenen Zeitpunkts. Daher ist es wünschenswert, dass die Distanz auf dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 relativ voneinander weg ist.
Als ein zweiter Punkt, der sich von demjenigen von 4 der ersten Ausführungsform unterscheidet, während die vier Schaltventile 9a bis 9d, die aus einem Zweiwegeventil aufgebaut sind, in der ersten Ausführungsform verwendet werden, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Dreiwegeventil, das durch einen Satz von zwei von: einem einlassseitigen Schaltventil 23a; und einem auslassseitigen Schaltventil 23b, hergestellt wird, verwendet. Im Detail ist das zwischen der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und der Kühlplatte 2 bereitgestellte Kühlflüssigkeitsrohr 4 aus einem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 42a, einem zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 42b, einem dritten Kühlflüssigkeitsrohr 42c und einem vierten Kühlflüssigkeitsrohr 42d, einem fünften Kühlflüssigkeitsrohr 42e und einem sechsten Kühlflüssigkeitsrohr 42f aufgebaut, wie in 9 gezeigt. Das erste Kühlflüssigkeitsrohr 42a verbindet zwischen dem Kühlflüssigkeitsauslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und einem Schaltventil 23a. Das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 42b verbindet zwischen dem Schaltventil 23a und einem ersten Verbindungsteil 3a des auf der Kühlplatte 2 gebildeten Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3. Das dritte Kühlflüssigkeitsrohr 42c verbindet zwischen einem zweiten Verbindungsteil 3b des in der Kühlplatte 2 gebildeten Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 und dem Schaltventil 23b. Das vierte Kühlflüssigkeitsrohr 42d verbindet zwischen dem Schaltventil 23b und dem Kühlflüssigkeitseinlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Das fünfte Kühlflüssigkeitsrohr 42e verbindet zwischen der Mitte des zweiten Kühlrohrs 42e und dem Schaltventil 23b. Das sechste Kühlflüssigkeitsrohr 42f verbindet zwischen der Mitte des dritten Kühlrohrs 42c und dem Schaltventil 23a.
Da entsprechende Schaltventile 23a, 23b aus einem Dreiwegeventil aufgebaut sind, wenn die Schaltventile 23a, 23b in einem in 9 gezeigten Zustand sind, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 herausgeflossene Kühlflüssigkeit hindurch in der Reihenfolge von: dem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 42a; dem Schaltventil 23a; dem zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 42b; dem ersten Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3, dem zweiten Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3, dem dritten Kühlflüssigkeitsrohr 42c; dem Schaltventil 23b; und dem vierten Kühlflüssigkeitsrohr 42d, in den Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Zusätzlich, wenn der Kern der Schaltventile 23a gegen den Uhrzeigersinn 90 Grad rotiert wird und der Kern der Schaltventile 23b im Uhrzeigersinn um 90 Grad rotiert wird, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 herausgeflossene Kühlflüssigkeit durch das erste Kühlflüssigkeitsrohr 42a, das Schaltventil 23a, das sechste Kühlflüssigkeitsrohr 42f in und durch die Mitte des dritten Kühlflüssigkeitsrohrs 42c und fließt in den zweiten Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3. Die durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließende und aus dem ersten Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 herausgeflossene Kühlflüssigkeit fließt durch das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 42b in das fünfte Kühlflüssigkeitsrohr 42e in der Mitte des zweiten Kühlflüssigkeitsrohrs 42b und fließt durch das vierte Kühlflüssigkeitsrohr 42d in den Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Daher kann die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 fließenden Kühlflüssigkeit zu der reversen Richtung umgeschaltet werden, durch Umschaltsteuerung des Flusspfads der entsprechenden Schaltventile 23a, 23b.
In der vorliegenden Ausführungsform, während die Anzahl von Rohrbauteilen reduziert wird, kann der Anstieg bei der Temperatur der einlassseitigen Kühlflüssigkeit aufgrund von Wärmeaustausch zwischen der einlassseitigen Kühlflüssigkeit und der auslassseitigen Kühlflüssigkeit, die herrührt von der Hitzeleitung über die Schaltventile 23a, 23b mehr unterdrückt werden als in einem Fall, bei dem das Zweiwegeventil (die Schaltventile 9a bis 9d) lediglich mit einer Öffnungsgrads-/Schließ-Funktion, wie in der ersten Ausführungsform aufweisen, verwendet wird.
An der Berechnungsschaltung 21 der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 in der Lasereinrichtung 6B der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, werden die Temperatur des Temperaturvariationsteils (T_v1(t)), gemessen durch den Temperatursensor 19a, der am ersten LD-Modul 24 montiert ist, die Temperatur des Temperaturvariationsteils (T_v2(t)), gemessen durch den Temperatursensor 19b, der auf dem zweiten LD-Modul 25 montiert ist, und die optische Abgabe (P_o(t)) oder der Antriebsstrom (I_d(t)) als Variablen eingegeben. Die Berechnungsschaltung 21 führt eine ZeitIntegration durch Einlesen eines ersten Beschleunigungsfaktors (k₁) oder eines zweiten Beschleunigungsfaktors (k₂) entsprechend jeweiligen Variablen aus der ersten Aufzeichnungseinheit 20 durch. Die Berechnungsschaltung 21 berechnet dadurch die effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls 24 und des zweiten LD-Moduls 25, wie in der nachfolgenden Gleichung, und zeichnet die jüngste effektive kumulative Antriebszeit im zweiten Aufzeichnungsteil 22 auf:
[Math. 1]
Effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls 24 $\int_{t_{s}}^{t_{p}} k_{1} (P_{o} (t), T_{v 1} (t)) dt$
Effektive kumulative Antriebszeit des zweiten LD-Moduls 25 $\int_{t_{s}}^{t_{p}} k_{1} (P_{o} (t), T_{v 2} (t)) dt$
Oder die effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls 24 $\int_{t_{s}}^{t_{p}} k_{2} (I_{d} (t), T_{v 1} (t)) dt$
Effektive kumulative Antriebszeit des zweiten LD-Moduls 25 $\int_{t_{s}}^{t_{p}} k_{2} (I_{d} (t), T_{v 1} (t)) dt$
t_s ist der erste Antriebsstartpunkt des LD-Moduls 1. Als t_s kann beispielsweise der Punkt, wenn der Auslieferungs-Test abgeschlossen ist oder der Punkt, wenn das LD-Modul 1 zum ersten Mal nach Auslieferung angetrieben wird, eingestellt werden. t_p ist der jüngste Punkt. t_p kann der letzte Punkt sein, wenn das LD-Modul 1 bislang angetrieben worden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Zeitdifferenz zwischen der ersten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls 24 ist, und der zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die effektive kumulative Antriebszeit führ das zweite LD-Modul 25 ist, als eine erste Zeitdifferenz definiert ist, bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 den Punkt, wenn die erste Zeitdifferenz die erste Einstellzeit übersteigt, um der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zu sein, und gibt das Bestimmungsergebnis an die Steuerschaltung 11 aus.
Indem so der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit bestimmt wird, kann die Erweiterungs-Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen LD-Modulen 1, die eine unterschiedliche Anordnungsposition aufweisen, direkt verhindert werden und können Variationen bei dem Lebensdauerende-Zeitpunkt zwischen LD-Modulen 1 zuverlässig reduziert werden. Derweil, wenn die Position zum Anordnen des ersten LD-Moduls 24 und des zweiten LD-Moduls 25 nahe bei einer Distanz auf dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 sind, wird die Differenz der Temperatur des Temperaturvariationsteils im ersten LD-Modul 24 und die Temperatur des Temperaturvariationsteils im zweiten LD-Modul 25 reduziert, und wird die erste Zeitdifferenz nicht gesteigert, selbst wenn die effektive kumulative Antriebszeit gesteigert wird. Aufgrund dessen verschlechtert sich die Genauigkeit zum Bestimmen der angemessenen Zeitpunktbestimmung. Daher ist es wünschenswert, dass die Distanz auf dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad zwischen dem ersten LD-Modul 24 und dem zweiten LD-Modul 25 relativ weit weg ist.
Obwohl die erste Einstellzeit auf eine gewisse Zeit eingestellt werden kann, kann die erste Einstellzeit auf eine erste Funktion eingestellt werden, in der die erste effektive kumulative Antriebszeit, die zweite effektive kumulative Antriebszeit oder die Summe der ersten kumulativen Antriebszeit und der zweiten kumulativen Antriebszeit als eine erste Variable definiert ist. Die erste Funktion ist, wie in 10 gezeigt, eine Funktion, bei der die erste Variable in einem positiven Bereich ist und ist eine schwach monoton sinkende Funktion und ihr Minimalwert wird als eine positive erste Konstante definiert.
Durch Einstellen der ersten Einstellzeit, wie in 10, mag es sein, dass die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht häufig umgeschaltet wird, für eine Periode der kleinen effektiven kumulativen Antriebszeit, während welcher es nicht notwendig ist, oft die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umzuschalten. Abnutzung in den Schaltventilen 23a, 23b und dergleichen kann reduziert werden, weil die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht häufig umgeschaltet wird. Weiter, in dem Fall, bei dem die effektive kumulative Antriebszeit steigt, so dass sie das Lebensdauerende des LD-Moduls 1 erreicht, wird es bevorzugt, dass die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, bevor die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen dem ersten LD-Modul 24 und dem zweiten LD-Modul 25 sich zu sehr verbreitert. Jedoch kann das Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit so eingestellt werden, dass die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit nicht so häufig wie eine positive erste konstante Zeit umgeschaltet wird.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsfluss zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit in der Lasereinrichtung 6B der vorliegenden Ausführungsform illustriert. Im Flussdiagramm von 11 sind sich von Schritten des Flussdiagramms in 8 unterscheidende Schritte nur Schritte S205 bis S208. Aus diesem Grund werden hier nur unterscheidende Schritte erläutert. Im Schritt S205 liest die Berechnungsschaltung 21 die Temperatur-Zeitreihendaten, die aus den zwei Temperatursensoren 19a, 19b ausgegebene Daten sind, und wenn die effektive kumulative Antriebszeit durch den ersten Beschleunigungsfaktor in einer synchronisierten Weise damit berechnet wird, liest sie die optischen Abgabe-Zeitreihendaten aus (Schritt S206). Für die optischen Abgabe-Zeitreihendaten kann der optische Abgabebefehl aus der Steuerschaltung 11 direkt gelesen werden, oder kann das Ergebnis der durch einen optischen Abgabe-Detektor (nicht gezeigt) gemessenen tatsächlichen Laserabgabe verwendet werden.
Derweil, wenn die effektive kumulative Antriebszeit mit dem zweiten Beschleunigungsfaktor berechnet wird, werden die Antriebsstrom-Zeitreihendaten gelesen, statt der optischen Abgabe-Zeitreihendaten. Dann berechnet die Berechnungsschaltung 21 in Bezug auf die gelesenen Temperatur-Zeitreihendaten und die gelesenen optischen Abgabe-Zeitreihendaten eine effektive kumulative Antriebszeit (t_ec1) des ersten LD-Moduls 24 und eine effektive kumulative Antriebszeit (t_ec2) des zweiten LD-Moduls unter Verwendung von Abhängigkeitsdaten des ersten Beschleunigungsfaktors über die Temperatur und der optischen Abgabe, die in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet ist, und zeichnet sie in der zweiten Aufzeichnungseinheit 22 auf (Schritt S207). Spezifisch addiert die Berechnungsschaltung 21 die neu berechnete effektive Antriebszeit zu der effektiven kumulativen Antriebszeit, die in der zweiten Aufzeichnungseinheit 22 aufgezeichnet ist, und stellt das addierte Ergebnis als eine neue effektive kumulative Antriebszeit ein. Die Berechnungsschaltung 21 aktualisiert die aufgezeichnete effektive kumulative Antriebszeit auf die neue effektive Antriebszeit. Als Nächstes bestimmt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16, ob die Differenz zwischen der effektiven kumulativen Antriebszeit (t_ec1) des ersten LD-Moduls 24 und der effektiven kumulativen Antriebszeit (t_ec2) größer ist als die erste eingestellte Zeit oder nicht (Schritt S20). Als Ergebnis, wenn die Differenz zwischen der effektiven kumulativen Antriebszeit (t_ec1) des ersten LD-Moduls 24 und der effektiven kumulativen Antriebszeit (t_ec2) des zweiten LD-Moduls 25 als größer als die erste eingestellte Zeit bestimmt wird, gibt die Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16 das Bestimmungsergebnis, dass der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit gekommen ist, an die Steuerschaltung 11 aus.
Wie oben beschrieben, selbst wenn die Antriebsbedingung der Lasereinrichtung 6B die Antriebsbedingung zum Ändern der optischen Abgabe und der Antriebsstroms des LD-Moduls 1 sind, statt der Antriebsbedingung der nur EIN/AUS-Steuerung mit der optischen Nennabgabe und dem Antriebs-Nennstrom, bestimmt die Lasereinrichtung 6B den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit durch die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10, basierend auf der effektiven kumulativen Antriebszeit des LD-Moduls 1, welche berechnet wird, indem die Änderung bei der LD-Lebensdauerdegradierungs-Geschwindigkeit aufgrund der Größe der optischen Abgabe und der Antriebsstrom berücksichtigt werden, das heißt, die effektive kumulative Antriebszeit, in der die echte Antriebszeit des LD-Moduls 1 in die Antriebszeit in dem Ereignis umgewandelt wird, bei dem das LD-Modul 1 durch die Standard-Antriebsbedingung angetrieben wird. Aufgrund dessen wird gemäß der Lasereinrichtung 6B der vorliegenden Ausführungsform das Sinken bei der Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen der Vielzahl von LD-Modulen 1, mit anderen Worten die Differenz zwischen der Lebensdauerverbrauchszeit gestattet, und können die Variationen bei dem Lebensdauerendzeitpunkt zwischen der Vielzahl von LD-Modulen 1 reduziert werden.
<Dritte Ausführungsform>
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 der ersten Ausführungsform und in 9 der zweiten Ausführungsform, wird die LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5, die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen der LD-Modul 1 bezieht, in einer eine schematische Struktur zeigenden Aufsicht repräsentiert. Auch wird wie in 4 und 9 der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Kühlplatte 2 durch eine unterbrochene Linie repräsentiert. Ein dicker durchgezogener Linienpfeil, der zwischen jeweiligen Funktionsblöcken und dergleichen verbindet, zeigt eine Ausgaberichtung bei der Kommunikation, eine Zufuhrrichtung der Antriebsstroms, und dergleichen. Jedoch, um komplexe Diagramme zu vermeiden, zeigt ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 zur Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur einen Pfeil von der Laserstromquelle 8 zu einem LD-Modul 1, welches an der entferntesten Kante angeordnet ist, und wird eine Linie oder dergleichen, die eine Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, weggelassen. Die Repräsentation von laser-optischen Komponenten, die diesen LD-Modulen 1 nachfolgend sind, werden weggelassen, einschließlich Lichtleitern in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren der Laserlichts daraus.
Als ein erster Punkt unterscheidet sich die Lasereinrichtung 6C der in 12 gezeigten dritten Ausführungsform von derjenigen von 9 der zweiten Ausführungsform darin, dass der Temperatursensor 19 nur an einem dritten LD-Modul 26 der Vielzahl von LD-Modulen 1 montiert ist. Das dritte LD-Modul 26 ist ein LD-Modul, das die kleinste Änderung bei der Temperatur am wärmeerzeugenden Teil des LD-Moduls 1 oder einer vorbestimmten Position des thermisch mit dem wärmeerzeugenden Teil verbundenen LD-Moduls aufweist, vorausgesetzt dass, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, der Antriebsstrom unverändert ist. Insbesondere bezieht sich das dritte LD-Modul 26 auf ein LD-Modul, das in der Reihe der LD-Module 1 zentral lokalisiert, die auf dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 angeordnet sind, wie in 12 gezeigt, annehmend, dass in der Reihe der LD-Modulen 1 das an einer Position nahe an der stromaufwärtigsten Seite des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 angeordnete LD-Modul 1 und das an einer Position nahe der stromabwärtigsten Seite angeordnete LD-Modul 1, wenn die Kühlflüssigkeit in einer Richtung hindurchfließt, als beide Enden der LD-Modulen 1 definiert sind. In der vorliegenden Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, ist als der Temperaturvariationsteil der Temperatursensor 19 auf einem Basisplattenbereich montiert, der nahe an einer Position ist, wo ein COS, in welchem ein LD-Chip auf dem Substrat montiert ist, angeordnet ist, im Gehäuse des dritten LD-Moduls 26.
Wenn die Zeitdifferenz zwischen der dritten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die jüngste effektive kumulative Antriebszeit des dritten LD-Moduls 26 ist, und der effektiven kumulativen Antriebszeit des dritten LD-Moduls 26 am letzten Punkt, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wurde, als eine zweite Zeitdifferenz definiert ist, wird ein Punkt, wenn die zweite Zeitdifferenz eine zweite Einstellzeit übersteigt, bestimmt, der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zu sein. Dadurch wird das einzige LD-Modul 1, in welchem die effektive kumulative Antriebszeit berechnet wird, das dritte LD-Modul 26. Daher kann die Rechenlast in der Berechnungsschaltung 21 reduziert werden. Zusätzlich, selbst wenn das LD-Modul 1 in einer anderen optischen Abgabe oder Antriebsstrom-Bedingung angetrieben wird, können die Variationen in dem Lebensdauerende-Zeitpunkt zwischen der Vielzahl von LD-Modulen 1 mit ungefähr derselben Bestimmungs-Genauigkeit wie in der zweiten Ausführungsform reduziert werden.
Weiter kann die zweite Einstellzeit auch auf eine zweite Funktion eingestellt werden, bei der die dritte effektive kumulative Antriebszeit als eine zweite Variable definiert ist, wie in der ersten Einstellzeit von 10. Die zweite Funktion ist eine Funktion, bei der die zweite Variable in einem positiven Bereich ist und ist eine schwach monoton sinkende Funktion, und ihr Minimalwert ist als eine positive zweite Konstante definiert. Dadurch kann ein Effekt ähnlich zu demjenigen des Falls, bei dem die erste Einstellzeit wie in 10 eingestellt wird, erhalten werden.
In der Lasereinrichtung 6C der vorliegenden Ausführungsform ist ein Betriebsablauf zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit fast der gleiche wie das Flussdiagramm von 11. Als ein unterschiedlicher Schritt ist die einzige Differenz, dass der Temperatursensor zum Auslesen der Ausgabe im Schritt S205 ein Sensor ist, dass die effektive kumulative Antriebszeit des einzigen LD-Moduls 1 (des dritten LD-Moduls 26) durch die Berechnungsschaltung 21 in Schritt S207 berechnet wird und dass die Bestimmungsformel zu zweite Zeitdifferenz > zweite Einstellzeit in Schritt S208 geändert wird.
Als ein zweiter Punkt unterscheidet sich die Lasereinrichtung 6C der in 12 gezeigten dritten Ausführungsform von derjenigen von 9 der zweiten Ausführungsform darin, dass, während zwei Schaltventile 23a, 23b, die aus einem Dreiwegeventil aufgebaut sind, in der zweiten Ausführungsform verwendet werden, ein Schaltventil 27, das aus einem Vierwegeventil aufgebaut ist, von dem zumindest ein Hauptteil aus einem Fluorid-Polymer hergestellt ist, verwendet wird, um die Anzahl von Rohrbauteilen in der vorliegenden Ausführungsform zu reduzieren. Im Detail ist das zwischen der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und der Kühlplatte 2 vorgesehene Kühlflüssigkeitsrohr 4 aus einem ersten Kühlflüssigkeitsrohr 43a, einem zweiten Kühlflüssigkeitsrohr 43b, einem dritten Kühlflüssigkeitsrohr 43c und einem vierten Kühlflüssigkeitsrohr 43d aufgebaut, wie in 12 gezeigt. Das erste Kühlflüssigkeitsrohr 43a verbindet zwischen einem Kühlflüssigkeitsauslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und dem Schaltventil 27, so dass die Kühlflüssigkeit dazwischen zirkulieren kann. Das zweite Kühlflüssigkeitsrohr 43b verbindet zwischen dem Schaltventil 27 und dem ersten Verbindungsteil 3a des in der Kühlplatte 2 gebildeten Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3, so dass die Kühlflüssigkeit dazwischen zirkulieren kann. Das dritte Kühlflüssigkeitsrohr 43c verbindet zwischen dem zweiten Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 und dem Schaltventil 27, so dass die Kühlflüssigkeit dazwischen zirkulieren kann. Das vierte Kühlflüssigkeitsrohr 43d verbindet zwischen dem Schaltventil 27 und dem Kühlflüssigkeitsauslass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7, so dass die Kühlflüssigkeit dazwischen zirkulieren kann.
Da das Schaltventil 27 aus einem Vierwegeventil aufgebaut ist, wenn das Schaltventil 27 in einem in 12 gezeigten Zustand ist, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 ausgeflossene Kühlflüssigkeit hindurch, in der Reihenfolge von: erstes Kühlflüssigkeitsrohr 43a; Schaltventil 27; zweites Kühlflüssigkeitsrohr 43b; erstes Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3; zweites Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; drittes Kühlflüssigkeitsrohr 43c; Schaltventil 27 und viertes Kühlflüssigkeitsrohr 43d, und fließt in den Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Weiter, wenn der Kern des Schaltventils 27 in 12 gegen den Uhrzeigersinn um 90 Grad rotiert wird, fließt die aus dem Auslass 7a der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 ausgeflossene Kühlflüssigkeit hindurch, in der Reihenfolge von: erstes Kühlflüssigkeitsrohr 43a; Schaltventil 27; drittes Kühlflüssigkeitsrohr 43c; zweiter Verbindungsteil 3b des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3; erster Verbindungsteil 3a des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3; zweites Kühlflüssigkeitsrohr 43b; Schaltventil 27 und viertes Kühlflüssigkeitsrohr 43d, und fließt in den Einlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7. Daher, indem der Flusspfad des Schaltventils 27 schaltgesteuert wird, kann die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 der Kühlplatte 2 fließenden Kühlflüssigkeit umgeschaltet werden.
Derweil tendieren für das aus einem Vierwegeventil aufgebaute Schaltventil 27 die einlassseitige Kühlflüssigkeit und die auslassseitige Kühlflüssigkeit dazu, durch dasselbe Ventil 27 zu fließen. Jedoch, wenn das Material zumindest des Hauptbereichs des Vierwegeventils aus einem Fluorid-Polymer hergestellt ist, wie etwa Polychlortrifluorethylen, was eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und hohe mechanische Festigkeit aufweist, kann der Anstieg bei der Temperatur der einlassseitigen Kühlflüssigkeit aufgrund des Wärmeaustauschs zwischen der einlassseitigen Kühlflüssigkeit und der auslassseitigen Kühlflüssigkeit unterdrückt werden. Der Hauptbereich beim Vierwegeventil bezieht sich auf einen Bereich, der direkt in Kontakt mit der Kühlflüssigkeit kommt und bezieht sich beispielsweise auf ihren Kern. Der Fallbereich, in welchem der Kern enthalten ist, kann auch aus einem Fluorid-Polymer hergestellt sein.
<Vierte Ausführungsform>
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 9 der zweiten Ausführungsform, wird eine LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5, die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen des LD-Moduls 2 bezieht, in einer eine schematische Struktur zeigenden Aufsicht repräsentiert. Wie in 9, wird der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Kühlplatte 2 durch eine unterbrochene Linie repräsentiert. Ein dicker durchgezogener Linienpfeil, der zwischen entsprechenden Funktionsblöcken und dergleichen verbindet, zeigt eine Ausgaberichtung bei der Kommunikation, eine Zufuhrrichtung des Antriebsstroms und dergleichen. Jedoch, um komplexe Diagramme zu vermeiden, zeigt ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 zur Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur einen Pfeil aus der Laserstromquelle 8 zu einem LD-Modul 1, welches an der entferntesten Kante angeordnet ist, und eine Linie oder dergleichen, welche die Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, wird weggelassen. Auch wird die Repräsentation von diesem LD-Modul 1 nachfolgenden laseroptischen Komponenten weggelassen, einschließlich von Lichtleitern in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren des Laserlichts daraus.
Die Lasereinrichtung 6D gemäß der vierten Ausführungsform, die in 13 gezeigt ist, unterscheidet sich von derjenigen von 9 der zweiten Ausführungsform darin, dass die Ausgabe aus den Temperatursensoren 19a, 19b an der Berechnungsschaltung 21 über die Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 eingegeben wird. In dieser Ausführungsform wird der Temperaturvariationsteil auf einen p-n-Übergang der LD eingestellt, die ein wärmeerzeugender Teil des LD-Moduls 1 ist. Mit anderen Worten sind zur Bestimmung des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit verwendete Temperatur-Zeitreihendaten Zeitreihendaten des p-n-Übergangs der LD in den zweiten LD-Modulen (dem ersten LD-Modul 24 und dem zweiten LD-Modul 25). Jedoch ist es schwierig, konstant die Temperatur des p-n-Übergangs der LD während Laserbearbeitung durch die Lasereinrichtung 6D zu messen. Für diesen Zweck wird in der Lasereinrichtung 6D die Temperatur des Pfadknotens, wo in der LD erzeugte Wärme durch die Kühlflüssigkeit 2 fließt, durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessen, um die Temperatur-Zeitreihendaten, welche durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessen werden, in Temperatur-Zeitreihendaten des p-n-Übergangs durch die Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 und unter Verwendung einer Formel wie etwa (Temperatur am p-n-Übergang der LD) = (durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessene Temperatur) + (Wärmebetrag, der an dem p-n-Übergang der LD erzeugt wird) × (thermischer Widerstand aus dem p-n-Übergang der LD zum Knoten, bei welchem die Temperatur durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessen wird) im schematischen thermischen Netzwerk des Zustands, in welchem in der LD erzeugte Wärme durch die Kühlplatte 2 fließt.
In der obigen Formel kann die an dem p-n-Übergang der LD erzeugte Wärmemenge durch Subtrahieren der optischen Abgabe pro LD von der elektrischen Antriebsleistung bestimmt werden, die ein Produkt des dem LD-Modul 1 zugeführten Antriebsstroms multipliziert mit der pro LD angelegten Spannung beim Fließenlassen des Antriebsstroms bestimmt werden. Da thermischer Widerstand aus dem p-n-Übergang der LD zum Knoten, in welchem die Temperatur durch die Temperatursensoren 19a, 19b gemessen wird, ein fester Wert ist, kann der thermische Widerstand vorab gemessen und bestimmt werden, indem die Abhängigkeit der Laserwellenlänge von der Temperatur des p-n-Übergangs verwendet wird, oder kann auch leicht durch thermische Fluid-Simulation abgeschätzt werden.
Durch Definieren der Abhängigkeit der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit von der Temperatur als Abhängigkeit der Lebensdauer-Geschwindigkeit von der Temperatur des p-n-Übergangs der LD wird die Einführung einer Beeinflussung der Temperaturänderung auf die Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit am p-n-Übergang der LD, welcher mit der Änderung bei der optischen Abgabe und dem Antriebsstrom einhergeht, gestattet. Deshalb wird für die ersten Beschleunigungsfaktordaten, die in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet sind, Aufzeichnen gestattet, wobei die Daten in die Daten über den optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktor (k_P(P_o)), der ein optischer Abgabe-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf die Standard-Optikabgabe des LD-Moduls 1 ist, und die Daten über den Temperatur-Beschleunigungsfaktor (k_t(T_j)), welcher ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor an einem wärmeerzeugenden Teil des LD-Moduls 1 ist, das heißt dem p-n-Übergang der LD im LD-Modul 1, unterteilt sind. Auch für die zweiten Beschleunigungsfaktordaten wird Aufzeichnung ähnlicher Weise gestattet, wobei die Daten in die Daten über dem Strom-Beschleunigungsfaktor (k_I(I_d)), der ein Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf den Standard-Antriebsstrom des LD-Moduls 1 ist, und die Daten über den Temperatur-Beschleunigungsfaktor (k_T(T_j)), welches ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor am p-n-Übergang der LD ist, unterteilt werden. Derweil, in Bezug auf den Temperatur-Beschleunigungsfaktor, der ein Beschleunigungsfaktor der Temperatur beim p-n-Übergang der LD ist, können dieselben Daten gemeinsam für den ersten Beschleunigungsfaktor und den zweiten Beschleunigungsfaktor verwendet werden.
Die Berechnungsschaltung 21 führt die Zeitintegration wie in der folgenden Formel durch, indem sie die obigen Beschleunigungsfaktordaten, die in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet sind, in Bezug auf die Temperatur-Zeitreihendaten am p-n-Übergang der LD, die aus der Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 ausgegeben werden, die optischen Abgabe-Zeitreihendaten des LD-Moduls 1, die aus der Steuerschaltung 11 erfasst werden, oder die Antriebsstrom-Zeitreihendaten des LD-Moduls 1 verwendet. Die Berechnungsschaltung 21 berechnet dadurch die effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls 24 und des zweiten LD-Moduls 25, um die jüngste effektive kumulative Antriebszeit des zweiten Aufzeichnungsteils 22 aufzuzeichnen:
[Math. 2]
Effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls $\int_{t_{s}}^{t_{p}} {k_{P} (P_{o} (t)) \cdot k_{T} (T_{j 1} (t))} dt$
Effektive kumulative Antriebszeit des zweiten LD-Moduls $\int_{t_{s}}^{t_{p}} {k_{P} (P_{o} (t)) \cdot k_{T} (T_{j 2} (t))} dt$
oder effektive kumulative Antriebszeit des ersten LD-Moduls $\int_{t_{s}}^{t_{p}} {k_{I} (I_{d} (t)) \cdot k_{T} (T_{j 1} (t))} dt$
Effektive kumulative Antriebszeit des zweiten LD-Moduls $\int_{t_{s}}^{t_{p}} {k_{I} (I_{d} (t)) \cdot k_{T} (T_{j 2} (t))} dt$
T_j1 ist eine Temperatur des p-n-Übergangs der LD im ersten LD-Modul 24 und T_j2 ist eine Temperatur des p-n-Übergangs der LD im zweiten LD 25.
Gemäß der Lasereinrichtung 6D in der vierten Ausführungsform ist die Trennung in eine optische Abgabe oder einen Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor, und einen Temperatur-Beschleunigungsfaktor gestattet. Als Ergebnis, im Vergleich mit dem Fall, bei dem Beschleunigungsfaktordaten als eine zweidimensionale Datentabelle aufgezeichnet werden, in welcher die optische Abgabe und die Temperatur als Variablen definiert sind, oder eine zweidimensionale Datentabelle, in welcher der Antriebsstrom und die Temperatur als Variablen definiert sind, kann die Menge an Beschleunigungsfaktordaten, die notwendig sind, durch Experimente oder dergleichen erhalten zu werden, und durch die erste Aufzeichnungseinheit 20 aufzuzeichnen sind, stark reduziert werden und können Mannstunden eingespart werden.
Von Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten und Strom-Beschleunigungsfaktordaten, die in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet werden, können zumindest einmal Beschleunigungsfaktordaten in einem mathematischen Gleichungsformat zum Berechnen des Beschleunigungsfaktors aufgezeichnet werden, statt numerischer Daten, die direkt den Beschleunigungsfaktor repräsentieren. Beispielsweise kann der Temperatur-Beschleunigungsfaktor in einer unten beschriebenen, bekannten Arrhenius-Reaktionsgleichung ausgedrückt werden und daher kann die mathematische Gleichung, die eine Aktivierungsenergie (E_a) und eine Boltzmann-Konstante (k_B = 8,63 × 10^-5 (eV/K)) einzig in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet werden. Die Aktivierungsenergie kann durch Experiment bestimmt werden oder kann einen Wert verwenden, der in Bezug auf die entsprechenden Halbleitervorrichtungen berichtet worden ist. $\begin{array}{l} Reaktionsgeschwindigdkeit = Konstante \cdot exp (- E_{a} {/k}_{B} T) \dots \\ (Arrhenius-Reaktions-Gleichung) \end{array}$
Daher, $\begin{array}{l} Temperatur-Beschleunigungsfaktor = exp (- {Ea/k}_{s} T_{j}) / exp (- \\ E_{a} {/k}_{B} T_{js}) \\ = exp {(1 {/T}_{Js} - 1 {/T}_{J}) \cdot {Ea/k}_{B}} \end{array}$
wobei T_j eine Temperatur am p-n-Übergang ist,
T_js eine Temperatur am p-n-Übergang ist, wenn das LD-Modul lange Zeit angetrieben wird, bis es thermisches Gleichgewicht in einer Standard-Antriebsbedingung erreicht.
Der optische Abgabe-Beschleunigungsfaktor und der Strom-Beschleunigungsfaktor können auch wie in der nachfolgenden mathematischen Gleichung beispielsweise ausgedrückt werden: $Optischer Abgabe - Beschleunigungsfaktor = {(P_{o} {/P}_{os})}^{m}$
Strom-Beschleunigungsfaktor = {(I_d - Ith) / (I_ds - I_th)}ⁿ, wobei Pos eine optische Abgabe ist, wenn das LD-Modul 1 in einer Standard-Antriebsbedingung angetrieben wird, das heißt einer optischen Standardabgabe, Ids ein Antriebsstrom ist, wenn das LD-Modul 1 in einer Standard-Antriebsbedingung angetrieben wird, nämlich einem Standard-Antriebsstrom. Ith ist ein Schwellenwertstrom der LD, m und n sind Konstanten.
Somit, indem die Beschleunigungsfaktordaten als die mathematischen Gleichungsformatdaten aufgezeichnet werden, statt der numerischen Daten, wird die Berechnung der effektiven kumulativen Antriebszeit mit weniger Daten gestattet und können die für die Datenerfassung verwendeten Mannstunden weiter reduziert werden.
Die Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder die Strom-Beschleunigungsfaktordaten können in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 als Daten aufgezeichnet werden, die von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängen. Beispielsweise, um Abhängigkeitsdaten des Strom-Beschleunigungsfaktors von der effektiven kumulativen Antriebszeit zu ermitteln, kann die Änderung bei der Lebensdauer durch Experiment, durch Betreiben des LD-Moduls 1 mit einem gewissen Antriebsstrom, der sich von einem Standard-Antriebsstrom unterscheidet, nur eine vorbestimmte Zeitperiode in der gesamten Lebensdauer des LD-Moduls 1 lang, wie in 14 gezeigt, studiert werden. Wenn das Ergebnis wie in 14 erhalten wird, kann der Beschleunigungs-Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor in der effektiven kumulativen Antriebszeit t₁ + t₂/2 bestimmt werden durch Korrigieren von t₂/t₃ um das Inkrement des Temperaturanstiegs des p-n-Übergangs, der von einem Anstieg beim Antriebsstrom herrührt. Um die Zeit zu verkürzen, die notwendig ist, um Abhängigkeitsdaten des Beschleunigungsfaktors von der effektiven kumulativen Antriebszeit zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Temperatur des p-n-Übergangs der LD, einschließlich während des Antriebs mit dem Standard-Antriebsstrom, mehr erhöht wird als die Temperatur des p-n-Übergangs der LD, wenn sie unter der Standard-Antriebsbedingung angetrieben wird, um das Experiment durchzuführen. Auch in dem Fall, bei dem Abhängigkeitsdaten des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors von der effektiven kumulativen Antriebszeit erfasst wird, kann ein ähnliches Verfahren wie oben angewendet werden.
Der Abgabe-Beschleunigungsfaktor oder der Strom-Beschleunigungsfaktor, der Abhängigkeit von der effektiven kumulativen Antriebszeit nimmt, kann durch die folgende Formel angegeben werden: Optischer Abgabe-Beschleunigungsfaktor = ((P_o/P_os) ^ (m+at_ec) Strom-Beschleunigungsfaktor = {(I_d-I_th) / (I_ds-I_th)} ^ (n+bt_ec), wobei t_ec die effektive kumulative Antriebszeit ist, a und b Koeffizienten (Konstanten) sind.
Somit, indem Abhängigkeit des Abgabe-Beschleunigungsfaktors oder des Strom-Beschleunigungsfaktors von der effektiven kumulativen Antriebszeit berücksichtigt wird, unter einer Bedingung, wo die optische Abgabe größer als die optische Standardabgabe ist (nämlich die Bedingung des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors > 1) oder unter einer Bedingung, wo der Antriebsstrom größer als der Standard-Antriebsstrom ist (nämlich die Bedingung des Strom-Beschleunigungsfaktors > 1), wird die Berechnung der effektiven kumulativen Antriebszeit mit größerer Präzision erlaubt, selbst wenn der optische Abgabe-Beschleunigungsfaktor und der Strom-Beschleunigungsfaktor dazu tendieren, graduell anzusteigen, wenn das LD-Modul die spätere Lebensdauer erreicht.
<Fünfte Ausführungsform>
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. Die LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5, die analog zu 12 der dritten Ausführungsform ist, und die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen des LD-Moduls 1 bezieht, wie in 12, wird in einer, eine schematische Struktur zeigenden Aufsicht repräsentiert. Wie in 12, ist der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Kühlplatte 2 durch eine unterbrochene Linie repräsentiert. Ein dicker durchgezogener Linienpfeil, der zwischen entsprechenden Funktionsblöcken und dergleichen verbindet, zeigt eine Ausgaberichtung bei der Kommunikation, eine Zuführrichtung des Antriebsstroms und dergleichen. Jedoch, um ein komplexes Diagramm zu vermeiden, zeigt ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 an die Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur einen Pfeil von der Laserstromquelle 8 zu einem LD-Modul 1, welches in der weitesten Kante angeordnet ist, und eine Linie oder dergleichen, die die Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, ist weggelassen. Auch ist die Repräsentation von Laseroptik-Komponenten, die diesen LD-Modulen 1 nachfolgen, weggelassen, einschließlich Lichtleitern in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren des Laserlichts daraus.
Die Lasereinrichtung 6E gemäß der fünften in 15 gezeigten Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in 12 darin, dass, wie in der vierten Ausführungsform, sie die Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 umfasst, und weiter eine dritte Aufzeichnungseinheit 29 und eine Anzeigeeinheit 30 umfasst. Die Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 dient, wie in der vierten Ausführungsform, zum Umwandeln der durch den Temperatursensor 19 gemessenen Temperatur in die Temperatur des p-n-Übergangs des LDs des dritten LD-Moduls 26. Obwohl die Basis weggelassen wird, wenn die Temperatur-Zeitreihendaten zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit als die Temperatur-Zeitreihendaten an dem p-n-Übergang der LD definiert ist, können die Beschleunigungsfaktordaten, die über Berechnung der effektiven kumulativen Antriebszeit erforderlich sind, wie oben erwähnt stark reduziert werden.
Die Lasereinrichtung 6E der vorliegenden Ausführungsform misst durch einen Befehl aus der Steuerschaltung 11 die optische Abgabeeigenschaft des Laser-Oszillators, bei welchem die Vielzahl von LD-Modulen 1 als eine Licht emittierende Quelle oder eine Anregungslichtquelle in einer vorbestimmten Antriebsbedingung und einem vorbestimmten Plan folgend verwendet wird. Die Lasereinrichtung 6E assoziiert den Verlauf des gemessenen Ergebnisses für die optische Abgabeeigenschaft mit der effektiven kumulativen Antriebszeit, die in der ersten Aufzeichnungseinheit 20 aufgezeichnet ist, und zeichnet sie in der dritten Aufzeichnungseinheit 29 auf.
Die Steuerschaltung 11, indem sie das gemessene Ergebnis für die mit der effektiven kumulativen Antriebszeit assoziierten optischen Abgabe-Eigenschaft verwendet, die in der dritten Aufzeichnungseinheit 29 aufgezeichnet ist, gibt an die Anzeigeeinrichtung 30 zumindest eines aus von: Abhängigkeit einer tatsächlichen optischen Abgabe oder eines tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; die Degradierungsbreite oder die Degradierungsrate der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms zwischen einem optischen Abgabeeigenschafts-Messpunkt und dem vorherigen optischen Abgabeeigenschafts-Messpunkt; und die Degradierungs-Geschwindigkeit, in welcher die Degradierungsbreite durch die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen den beiden Punkten unterteilt ist, wobei die tatsächliche optische Abgabe eine optische Abgabe ist, die durch einen vorbestimmten Antriebsstrom ausgegeben wird, der aus der optischen Abgabeeigenschaft abgeleitet ist, und wobei der tatsächliche Antriebsstrom ein Antriebsstrom ist, der notwendig ist, um eine vorbestimmte optische Abgabe zu erhalten. Somit zeigt die Anzeigeeinrichtung 30 die Abhängigkeit der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit, der Degradierungsbreite oder der Degradierungsrate der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms und der Degradierungs-Geschwindigkeit an.
16 illustriert einen Graphen, der Abhängigkeit des tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit zeigt. In der Zeichnung ist die Degradierungsbreite gezeigt und werden Formeln beschrieben, welche die Degradierungsrate und die Degradierungs-Geschwindigkeit repräsentieren. Durch Anzeigen der Abhängigkeit der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit, der Degradierungsbreite oder der Degradierungsrate der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms und der Degradierungs-Geschwindigkeit der Anzeigeeinrichtung 30 kann ein Anwender oder Manager der Lasereinrichtung 6E den Degradierungszustand und die restliche Lebensdauer der Vielzahl von LD-Modulen 1 (einer LD-Moduleinheit) insgesamt erfassen, und kann systematisch die Vorbereitung für eine LD-Moduleinheit zum Austausch oder Wartungsoperation durchführen. Somit kann die Stillstandszeit der Lasereinrichtung 6E minimiert werden. Die Anzeigeeinrichtung 30 kann auch konfiguriert sein, die effektive kumulative Antriebszeit anzuzeigen.
<Sechste Ausführungsform>
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt. Wie in den Blockdiagrammen, die eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß anderen Ausführungsformen zeigen, wird eine LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe 5, die ein Bereich ist, der sich auf das Kühlen des LD-Moduls 1 bezieht, in einer eine schematische Struktur illustrierenden Aufsicht repräsentiert. Der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 in der Kühlplatte 2 wird durch eine unterbrochene Linie gezeigt. Ein dicker durchgezogener Linienpfeil, der zwischen entsprechenden Funktionsblöcken und dergleichen verbindet, zeigt eine Ausgaberichtung bei der Kommunikation, eine Zuführrichtung des Antriebsstroms und dergleichen. Jedoch, um ein komplexes Diagramm zu vermeiden, zeigt ein Pfeil, der die Antriebsstromzufuhr aus der Laserstromquelle 8 an die Vielzahl von LD-Modulen 1 repräsentiert, nur einen Pfeil von der Laserstromquelle 8 zu den LD-Modulen 1, 1, die an der entferntesten Kante angeordnet sind, und eine Linie oder dergleichen, die eine Verkabelung zwischen den LD-Modulen 1 zeigt, wird weggelassen. Die Repräsentation von laseroptischen Komponenten nachfolgend diesen LD-Modulen 1 ist weggelassen, einschließlich Lichtleitern in jedem LD-Modul 1 zum Extrahieren des Laserlichts daraus.
Eine Lasereinrichtung 6F der vorliegenden Ausführungsform ist eine Lasereinrichtung, bei der zwei LD-Modulgruppen 100, 100, die aus einer Vielzahl von LD-Modulen 1 aufgebaut sind, an welche der Antriebsstrom in Reihe geliefert wird, vorhanden sind, und an jede von welchen der Antriebsstrom unabhängig zugeführt werden kann. Für die Kühloberfläche der vorliegenden Ausführungsform, um einen vorbestimmten optischen Abgabebefehl auszugeben, wird ein Antriebsstrom-Ausgabebefehl so ausgegeben, dass der Antriebsstrom vorzugsweise einer LD-Modul-Gruppe 100 zugewiesen wird, die eine relativ kürzere effektive kumulative Antriebszeit aufweist, oder einer LD-Modul-Gruppe 100, die eine relativ kürzere Abnutzungsgeschwindigkeit aufweist, aus der Vielzahl von LD-Modul-Gruppen 100, 100, wenn der Antriebsstrom-Ausgabebefehl in Bezug auf entsprechende LD-Modul-Gruppen 100, 100 an die Laserstromquelle 8 ausgegeben wird.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das zwischen der einen Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 und den zwei Kühlplatten 2, 2 vorgesehene Kühlflüssigkeitsrohr 4 dieselbe Struktur wie das Kühlflüssigkeitsrohr 4 in der in 12 gezeigten Lasereinrichtung 6C, in den jeweiligen Kühlplatten 2, 2. Ein Kühlflüssigkeitsrohr 43a, das mit dem Kühlflüssigkeitsauslass der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 verbunden ist, wird in der Mitte zu entsprechenden Schaltventilen 27, 27 in zwei abgezweigt. Kühlflüssigkeitsrohre 43d, 43d, die mit entsprechenden Schaltventilen 27, 27 verbunden sind, werden in der Mitte zu einem assembliert und mit dem Kühlflüssigkeitseinlass 7b der Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 verbunden.
In der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform kann der Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit, welche durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 der Kühlplatte 2 fließt, unabhängig für die jeweiligen LD-Modul-Gruppen 100, 100 bestimmt werden, das heißt die jeweiligen LD-Modul/Kühlplattenbaugruppen 5, 5. Die tatsächliche Zeit zum Umschalten eines Flusses der Kühlflüssigkeit kann unterschiedlich durch die jeweiligen LD-Modul/Kühlplattenbaugruppen 5, 5 eingestellt werden. Ein Flussmeter und ein Flussraten-Steuerventil, die nicht gezeigt sind, können in der Mitte jedes verzweigten Kühlflüssigkeitsrohr 4 montiert werden, um die Flussrate der durch die Kühlflüssigkeits-Flusspfade 3, 3 der entsprechenden Kühlplatten 2, 2 fließende Kühlflüssigkeit gleichförmig zu machen.
In der Lasereinrichtung 6F der vorliegenden Ausführungsform, in Bezug auf einen vorbestimmten optischen Abgabebefehl, kann der Lebensdauerverbrauch für eine LD-Modul-Gruppe 100, die eine relative längere effektive kumulative Antriebszeit aufweist, oder eine LD-Modul-Gruppe 100, die einen relativ größeren Verschleiß aufweist, unterdrückt werden, durch vorzugsweises Zuweisen des Antriebsstroms zu einer LD-Modul-Gruppe 100 mit einer relativ kürzeren effektiven kumulativen Antriebszeit oder einer LD-Modul-Gruppe 100 mit einem relativ kleineren charakteristischen Verschleiß, von dem LD-Modul-Gruppen 100, 100. Somit kann das Timing zum Austauschen ihrer jeweiligen LD-Modul-Gruppen 100, 100 gleichförmig gemacht werden. Dies kann eine Zählung von Wartung und Wartungskosten für die Lasereinrichtung 6F reduzieren. Die aus der Vielzahl von LD-Modulen 1 aufgebaute LD-Modul-Gruppe 100, denen ein Antriebsstrom in Reihe zugeführt wird, ist nicht auf die zwei Gruppen beschränkt, wie in 17, und kann drei oder mehr Gruppen betragen.
<Siebte Ausführungsform>
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptstruktur einer Lasereinrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt. Für die Lasereinrichtung 6 können jegliche der Lasereinrichtungen 6E oder 6F, die den dritten Aufzeichnungsteil 29 umfassen, von der oben beschriebenen Lasereinrichtung 6 verwendet werden. In jeder Lasereinrichtung 6 wird die Repräsentation von Funktionsblöcken und dergleichen, außer den Steuerschaltungen 11, weggelassen. Die Repräsentation einer Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung wird auch weggelassen. In der Lasereinrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform gibt die Steuerschaltung 11 zumindest eines aus von: der effektiven kumulativen Antriebszeit; der Abhängigkeit einer tatsächlichen optischen Abgabe oder eines tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; und der Verschleißgeschwindigkeit, über ein Netzwerk 200 an einen Cloud-Server 201 oder einen Fog-Server 202.
In der Lasereinrichtung 6 der vorliegenden Ausführungsform können in jeder LD-Modul-Gruppe, in der die Zufuhr des Antriebsstroms unabhängig steuerbar ist, der Antriebsstatus, der Verschleißstatus und die verbleibende Lebensdauer kollektiv durch den Cloud-Server 201 oder den Fog-Server 202 verwaltet werden. Daher wird Entwurfswartung gestattet und kann die Stillstandszeit der Lasereinrichtung 6 aufgrund von Austausch und Wartungsoperation des LD-Moduls 1 reduziert werden.
In den Beispielen der obigen jeweiligen Ausführungsformen oder Variationen sind jegliche der Steuerschaltung 11, der ersten Timer-Steuereinheit 14, der zweiten Timer-Steuereinheit 15, der Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung 16, der Berechnungsschaltung 21 und der Temperatur-Umwandlungsschaltung 28 hauptsächlich um einen Mikrocomputer herum konfiguriert, der eine CPU, ROM, RAM und dergleichen aufweist. Die CPU führt eine arithmetische Verarbeitung, die sich auf die für jede Schaltung erforderlichen Funktionen bezieht, durch. Obwohl diese Schaltungen beschrieben werden, als wären sie durch ihre Funktionen getrennt, kann eine CPU konfiguriert sein, eine Operation durchzuführen, die für die Vielzahl von Schaltungen erforderlich ist, oder kann eine CPU konfiguriert sein, eine Operationsverarbeitung durchzuführen, die sich auf Funktionen bezieht, die für alle obigen Schaltungen erforderlich sind. Zusätzlich können diese Schaltungen durch FPGA (feldprogrammierbare Gatter-Arrays) konfiguriert werden.
In den oben beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen oder Variationsbeispielen, während die erste Aufzeichnungseinheit 20, die zweite Aufzeichnungseinheit 22 und die dritte Aufzeichnungseinheit 29 auch als funktional getrennte Blöcke beschrieben werden, kann ein Speicher, wie etwa ein ROM, eine Funktion der Vielzahl von Aufzeichnungseinheiten 20, 22, 29 durchführen, oder kann ein Speicher die Funktion aller oben beschriebenen Aufzeichnungseinheiten 20, 22, 29 durchführen.
In den obigen jeweiligen Ausführungsformen oder Variationsbeispielen ist die Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung 7 nicht auf die zirkuläre Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung beschränkt und kann die Kühlflüssigkeit auch aus dem Fabrikrohr an die Lasereinrichtung 6 (6A bis 6F) geliefert werden. Die Kühlflüssigkeit kann zumindest gekühltes Wasser sein, deren Hauptkomponente Wasser ist oder ein Kühlmittel und dergleichen.
In den obigen jeweiligen Ausführungsformen oder Variationsbeispielen, obwohl der Ausdruck des Kühlflüssigkeits-Flusspfads 3 der Kühlplatte und der Ausdruck des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 getrennt verwendet werden, sind sie nicht auf die Strukturen beschränkt, die voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann ihre Struktur so sein, dass ein Kupferrohr zwischen zwei Aluminiumlegierungsplatten gesandwiched ist, die darin eine Rille ausgebildet haben. In diesem Fall sind die zwei Aluminiumlegierungen die Kühlplatten 2, wird das Innere des Kupferrohrs, das zwischen den zwei Aluminiumlegierungen gesandwiched ist, als der Kühlflüssigkeits-Flusspfad 3 bezeichnet, und wird der Bereich des Kupferrohrs, der nicht zwischen den zwei Aluminiumlegierungen gesandwiched ist, als das Kühlflüssigkeitsrohr 4 bezeichnet.
Die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 mit den Schaltventilen 9a bis 9d, die aus einem Zweiwegeventil in der Lasereinrichtung 6a gebildet sind, kann auch auf die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 in den Lasereinrichtungen 6b bis 6f angewendet werden. Weiter kann die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 mit den Schaltventilen 23a, 23b, die aus einem Dreiwegeventil in den Lasereinrichtungen 6b, 6d hergestellt sind, auch auf die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 in den Lasereinrichtungen 6A, 6C, 6E, 6F angewendet werden. Die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 mit dem Schaltventil 27, das aus einem Vierwegeventil aufgebaut ist, in den Lasereinrichtungen 6C, 6E, 6F, kann auch auf die Anordnung des Kühlflüssigkeitsrohrs 4 in den Lasereinrichtungen 6A, 6B, 6D angewendet werden.
Alle Beispiele und spezifischen Ausdrücke, die hierin zitiert sind, sollen Lesern helfen, die durch den vorliegenden Erfinder gegebenen Konzepte zu verstehen, um die vorliegende Erfindung und die Technik zu ermöglichen, mit dem Ziel des Lehrens, und diese sollte nicht als Beschränkung auf jegliche Beispielkonfigurationen, die spezifisch dieselben Beispiele und Bedingungen hierin hinsichtlich Gegenständen, die Superiorität und Unterlegenheit der vorliegenden Erfindung zeigen, angesehen werden. Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben sind, können verschiedene Änderungen, Austäusche und Modifikationen hinzugefügt werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: LD-Modul
2: Kühlplatte
3: Kühlflüssigkeits-Flusspfad
4: Kühlflüssigkeitsrohr
5: LD-Modul/Kühlplattenbaugruppe
6, 6A-6F: Lasereinrichtungen
6: Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung
8: Laserstromquelle
9a-9d, 23a, 23b, 27: Schaltventile
10: Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung
11: Steuerschaltung
16: Zeitpunkt-Bestimmungsschaltung
20: Erste Aufzeichnungseinheit
21: Berechnungsschaltung
22: Zweite Aufzeichnungseinheit
24: Erstes LD-Modul
25: Zweites LD-Modul
26: Drittes LD-Modul
28: Temperatur-Umwandlungsschaltung
29: Dritte Aufzeichnungseinheit
30: Anzeigeeinrichtung
100: LD-Modul-Gruppe
200: Netzwerk
201: Cloud-Server
202: Fog-Server

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019016757 A [0015]
JP 2017212851 A [0015]
JP 2014077185 A [0015]

Claims

Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F), umfassend eine Laserdioden-Modul/Kühlplatten-Baugruppe (5), in der eine Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1), denen Strom zugeführt wird, in Reihe auf der Oberfläche einer Kühlplatte (2) angeordnet ist, die gekühlt wird, indem eine Kühlflüssigkeit, die aus einer Kühlflüssigkeits-Zufuhreinrichtung (7) zugeführte Kühlflüssigkeit durch einen Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3), der darin gebildet ist, fließen gelassen wird, wobei die Vielzahl von Laserdioden-Modulen thermisch mit der Kühlplatte verbunden sind, umfassend: eine Laserstromquelle (8) zum Zuführen des Antriebsstroms an die Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1); Schaltventile (9a bis 9d, 23a, 23b, 27) zum Umschalten der der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) fließenden Flüssigkeit, die in einem Kühlflüssigkeitsrohr (4) vorgesehen sind, das mit dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) verbunden ist; eine Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10) zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Umschalten der Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) fließenden Kühlflüssigkeit, durch Referenzieren von Temperaturzeit-Reihendaten zumindest eines Temperaturvariationsteils in der Laserdiode-Modul/Kühlplattenbaugruppe (5), die Temperaturvariationen aufgrund von in einem wärmeerzeugenden Teil des Laserdioden-Moduls (1) erzeugter Wärme aufweist, welche die Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1) bildet; und eine Steuerschaltung (11) zum Ausgeben eines Antriebsstrom-Ausgabebefehls an die Laserstromquelle (8) und Ausgeben eines Ventilschaltbefehls an die Schaltventile (9a-9d, 23a, 23b, 27) zum Umschalten der Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) fließenden Kühlflüssigkeit durch Bezugnahme auf das Bestimmungsergebnis der Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10).
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 1, wobei die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10) umfasst: eine erste Aufzeichnungseinheit (20) zum Aufzeichnen von Beschleunigungsfaktordaten von ersten Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Beschleunigungsfaktor ist, der von der optischen Abgabe und der Temperatur des Temperaturvariationsteils des Laserdioden-Moduls (1) abhängt, oder/und zweiten Beschleunigungsfaktor-Daten, welche ein Beschleunigungsfaktor sind, der von dem Antriebsstrom und der Temperatur des Temperaturvariationsteils des Laserdioden-Moduls (1) abhängt, wobei die Beschleunigungsfaktoren auf Basis der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit, wenn das Laserdioden-Modul (1) unter einer Standard-Antriebsbedingung betrieben wird, ein Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeitsfaktor sind, welcher das Verhältnis der Lebensdauerverbrauchs-Geschwindigkeit präsentiert, wenn das Laserdioden-Modul (1) unter einer Antriebsbedingung angetrieben wird, welche sich von der Standard-Antriebsbedingung unterscheidet; eine Berechnungsschaltung (21) zum Berechnen effektiver kumulativer Antriebszeit durch Bezugnahme auf Zeitreihendaten der optischen Abgabe-Zeitreihendaten des Laserdioden-Moduls (1) oder/und der Antriebsstrom-Zeitreihendaten des Laserdioden-Moduls (1), zusätzlich zu den Temperatur-Zeitreihendaten des Temperaturvariationsteils, und Durchführen von Zeitintegration des aus der ersten Aufzeichnungseinheit (20) gelesenen Beschleunigungsfaktors, ab dem ersten Antriebsstartpunkt des Laserdioden-Moduls (1) bis zum jüngsten Punkt; und eine zweite Aufzugszeichnungseinheit (22) zum Aufzeichnen der berechneten effektiven kumulativen Antriebszeit zu zumindest einem Laserdioden-Modul (1) aus der Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1), wobei die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10) den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit zu bestimmt, basierend auf effektiver kumulativer Antriebszeit, die in der zweiten Aufzeichnungseinheit (22) aufgezeichnet ist.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 1, wobei zumindest einer der Temperaturvariationsteile ein p-n-Übergang einer Laserdiode, die ein Wärmeerzeugungsteil zumindest eines LD-Moduls (1) der Vielzahl von Laserdioden-Modulen ist, zumindest eine der Temperatur-Zeitreihendaten Temperatur-Zeitreihendaten des p-n-Übergangs der Laserdiode sind, Beschleunigungsdaten der ersten Beschleunigungsfaktordaten oder/und der zweiten Beschleunigungsfaktordaten, aufgezeichnet in der ersten Aufzeichnungseinheit (20), jeweils als optische Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten aufgezeichnet werden, die ein optischer Ausgabe-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf die optische Standardabgabe des Laserdioden-Moduls (1) ist, und Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor des Wärmeerzeugungsteils des Laserdioden-Moduls (1) sind, und Strom-Beschleunigungsfaktordaten, die ein Antriebsstrom-Beschleunigungsfaktor in Bezug auf einen Standard-Antriebsstrom des Laserdioden-Moduls (1) sind, und die Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, welche ein Temperatur-Beschleunigungsfaktor des Wärmeerzeugungsteils des Laserdioden-Moduls (1) sind, wobei die Berechnungsschaltung (21) die effektive kumulative Antriebszeit durch Durchführen einer Zeitintegration des Produkts des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors und des Temperatur-Beschleunigungsfaktors, oder des Produkts des Strom-Beschleunigungsfaktor und des Temperatur-Beschleunigungsfaktors berechnet, ab dem ersten Antriebsstartpunkts des Laserdioden-Moduls (1) bis zum jüngsten Punkt.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 3, wobei Beschleunigungsfaktordaten der Temperatur-Beschleunigungsfaktordaten, die optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder/und die Strom-Beschleunigungsfaktordaten, die in der ersten Aufzeichnungseinheit (20) aufgezeichnet werden, in einem mathematischen Gleichungsformat zum Berechnen eines Beschleunigungsfaktors aufgezeichnet werden, statt der numerischen Daten, welche direkt den Beschleunigungsfaktor repräsentieren.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 4, wobei die Beschleunigungsfaktordaten der optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder/und der Strom-Beschleunigungsfaktordaten in der ersten Aufzeichnungseinheit (20) als Daten aufgezeichnet werden, die von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängen.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 5, wobei die optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder der Strom-Beschleunigungsfaktor, der von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängt, jeweils optische Abgabe-Beschleunigungsfaktordaten oder Strom-Beschleunigungsfaktordaten sind, welche durch eine Beschleunigungsfaktor-Ableitungseinrichtung oder ein Beschleunigungsfaktor-Ableitungsverfahren zum Ableiten des optischen Abgabe-Beschleunigungsfaktors oder des Strombeschleunigungsfaktors bestimmt werden, welcher von der effektiven kumulativen Antriebszeit abhängt, durch Antreiben des Laserdioden-Moduls mit einer gewissen optischen Abgabe, die sich von der optischen Standardabgabe unterscheidet, die in der Standard-Antriebsbedingung enthalten ist, nur eine vorbestimmte gewisse Periode in der gesamten Lebensdauer des Laserdioden-Moduls (1) lang, oder durch Antreiben des Laserdioden-Moduls (1) mit einem gewissen Antriebsstrom, der sich vom Standard-Antriebsstrom unterscheidet, der in der Standard-Antriebsbedingung enthalten ist, nur eine vorbestimmte gewisse Periode in der gesamten Lebensdauer des Laserdioden-Moduls lang.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10) als den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit einen Punkt bestimmt, wenn eine erste Zeitdifferenz, welche die Zeitdifferenz zwischen einer ersten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die effektive kumulative Antriebszeit eines ersten Laserdioden-Moduls (24) ist, der Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1), und einer zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit, welches die effektive kumulative Antriebszeit eines zweiten Laserdioden-Moduls (25) ist, der Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1), ist, eine erste Einstellzeit übersteigt.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 7, wobei die erste Einstellzeit eine erste Funktion, in der eines von der ersten effektiven kumulativen Antriebszeit, der zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit, und der Summe der ersten effektiven kumulativen Antriebszeit und der zweiten effektiven kumulativen Antriebszeit als eine erste Variable definiert ist, wobei die erste Funktion eine Funktion ist, bei der die erste Variable in einem positiven Bereich ist und eine schwach monoton sinkende Funktion ist, und ihr Minimalwert als eine positive erste Konstante definiert ist.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei, annehmend, dass von der Vielzahl der Laserdioden-Module (1) ein Laserdioden-Modul (1) mit der geringsten Temperaturänderung am wärmeerzeugenden Teil der Laserdioden-Moduls (1) oder einer vorbestimmten Position des Laserdioden-Moduls (1), welche thermisch mit dem wärmeerzeugenden Teil verbunden ist, als ein drittes Laserdioden-Modul (26) definiert ist, vorausgesetzt, dass, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wird, der Antriebsstrom unverändert ist, die Zeitpunkt-Bestimmungseinrichtung (10) als den Zeitpunkt zum Umschalten der Fließrichtung der Kühlflüssigkeit, einen Punkt bestimmt, wenn eine zweite Zeitdifferenz, welche die Zeitdifferenz zwischen einer dritten effektiven kumulativen Antriebszeit, welche die letzte effektive kumulative Antriebszeit des dritten Laserdioden-Moduls (26) ist, und der effektiven kumulativen Antriebszeit des dritten Laserdioden-Moduls (26) am letzten Punkt, wenn die Fließrichtung der Kühlflüssigkeit umgeschaltet wurde, ist, eine zweite Einstellzeit übersteigt.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Einstellzeit eine zweite Funktion, bei der die dritte kumulative Antriebszeit als eine zweite Variable definiert ist, wobei die zweite Funktion eine Funktion ist, bei der die zweite Variable in einem positiven Bereich ist, und eine schwach monoton sinkende Funktion ist, und ihr Minimalwert als eine positive zweite Konstante definiert ist.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Lasereinrichtung durch einen Befehl aus der Steuerschaltung (11), die optische Abgabeeigenschaft eines Laser-Oszillators misst, in welchem die Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1) als eine Licht emittierende Quelle oder eine Anregungslichtquelle unter einer vorbestimmten Antriebsbedingung und längs einem vorbestimmten Plan verwendet wird, und eine dritte Aufzeichnungseinheit (29) umfasst, welche den Verlauf des gemessenen Ergebnisses für die optische Abgabe-Eigenschaft mit der effektiven kumulativen Antriebszeit, die in der ersten Aufzeichnungseinheit (20) aufgezeichnet ist, assoziiert und sie aufzeichnet, und die Steuerschaltung (11) unter Verwendung des gemessenen Ergebnisses für die optische Abgabe-Eigenschaft, welche mit der effektiven kumulativen Antriebszeit assoziiert ist, die in der dritten Aufzeichnungseinheit (29) aufgezeichnet ist, in der Lage ist, zumindest eins auszugeben von: einer Abhängigkeit einer tatsächlichen optischen Abgabe oder eines tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; einer Degradierungsbreite oder einer Degradierungsrate einer tatsächlichen optischen Abgabe oder eines tatsächlichen Antriebsstroms zwischen einem gewissen optischen Abgabe-Eigenschaften-Messpunkt und einem vorherigen optischen Abgabe-Eigenschaften-Messpunkt; und einer Degradierungs-Geschwindigkeit, in welcher die Degradierungsbreite durch die Differenz der effektiven kumulativen Antriebszeit zwischen den beiden Punkten geteilt wird, wobei die tatsächliche optische Abgabe eine optische Abgabe ist, welche durch einen vorbestimmten Antriebsstrom abgegeben wird, der aus der optischen Abgabe-Eigenschaft abgeleitet ist, und der tatsächliche Antriebsstrom ein Antriebsstrom ist, der notwendig ist, um eine vorbestimmte optische Abgabe zu erhalten.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß Anspruch 11, wobei die Lasereinrichtung eine Lasereinrichtung (6F), in welcher eine Vielzahl von Laserdioden-Modul-Gruppen (100), die aus einer Vielzahl von Laserdioden-Modulen (1) aufgebaut sind, welchen der Antriebsstrom in Reihe zugeführt wird, vorliegt, und der Antriebsstrom jeder Laserdioden-Modul-Gruppe (100) unabhängig zugeführt werden kann, und die Steuerschaltung (11), um einen vorbestimmten optischen Abgabebefehl auszugeben, einen Antriebsstrom-Ausgabebefehl so ausgibt, dass der Antriebsstrom vorzugsweise einer Laserdioden-Modulgruppe (100), welche die relativ kürzere kumulative Antriebszeit aufweist, oder einer Laserdioden-Modulgruppe (100), welche die relativ kleinere VerschleißGeschwindigkeit aufweist, aus der Vielzahl von Laserdioden-Modulgruppen (100) zugewiesen wird, wenn der Antriebsstrom-Ausgabebefehl für jede Laserdioden-Modulgruppe (100) an die Laserstromquelle (8) ausgegeben wird.
Lasereinrichtung (6F) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuerschaltung (11) ausgibt zumindest eines von: der effektiven kumulativen Antriebszeit; der Abhängigkeit der tatsächlichen optischen Abgabe oder des tatsächlichen Antriebsstroms von der effektiven kumulativen Antriebszeit; und der Verschleißgeschwindigkeit, über ein Netzwerk (200) an einen Cloud-Server (201) oder einen Fog-Server (202).
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Schaltventil aus Dreiwegeventilen aufgebaut ist, die produziert werden durch einen Satz von zwei: einem einlassseitigen Dreiwegeventil (23a), in welchem drei Kühlflüssigkeitsrohre (4) zum Fließenlassen der aus der Kühlflüssigkeitszufuhr-Einrichtung (7) zum Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) zugeführten Kühlflüssigkeit verbunden sind; und einem auslassseitigen Dreiwegeventil (23b), in welchem drei Kühlflüssigkeitsrohre (4) zum Fließenlassen der aus dem Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) herausfließenden Kühlflüssigkeit verbunden sind.
Lasereinrichtung (6, 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Schaltventil ein Vierwegeventil (27) ist, in welchem vier Kühlflüssigkeitsrohre (4) verbunden sind, und zumindest ein Hauptteil von welchem aus einem Fluorid-Polymer hergestellt ist, und durch welches die Fließrichtung der durch den Kühlflüssigkeits-Flusspfad (3) fließenden Kühlflüssigkeit geändert wird.