JP2014104479A - Fiber laser beam machining device, and fiber disconnection detection method - Google Patents
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本発明は、ファイバーレーザ発振器を備えたファイバーレーザ加工機及び当該ファイバーレーザ加工機における光ファイバーの断線を検出する断線検出方法に係り、さらに詳細には、レーザ光の発振を行う複数のレーザ発振器モジュールに、それぞれ断線検出用LDを備えると共に、上記断線検出用LDから発振された検出用レーザ光を検出するための断線検出用PDをレーザ加工ヘッドに備えたファイバーレーザ加工機及び前記断線検出用LD及び断線検出用PDを用いて光ファイバーの断線を検出する断線検出方法に関する。 The present invention relates to a fiber laser processing machine provided with a fiber laser oscillator and a disconnection detection method for detecting disconnection of an optical fiber in the fiber laser processing machine, and more specifically, to a plurality of laser oscillator modules that oscillate laser light. A fiber laser processing machine having a laser processing head including a disconnection detection PD for detecting a detection laser beam oscillated from the disconnection detection LD, and the disconnection detection LD, The present invention relates to a disconnection detection method for detecting disconnection of an optical fiber using a disconnection detection PD.
既知のように、ファイバーレーザ加工機は、ファイバーレーザ発振器とレーザ加工ヘッドとを備えた構成であり、前記ファイバーレーザ発振器にはフィーディングファイバーが接続してあり、前記レーザ加工ヘッドにはプロセスファイバーが接続してある。 As is known, a fiber laser processing machine has a configuration including a fiber laser oscillator and a laser processing head, a feeding fiber is connected to the fiber laser oscillator, and a process fiber is connected to the laser processing head. Connected.
そして、前記フィーディングファイバーとプロセスファイバーは、ファイバーカプラーを介して接続してある。前記ファイバーレーザ発振器は、複数のレーザ発振器モジュールを並列に接続して備えている。前記レーザ発振器モジュールは、複数の励起用LDを備えると共にファイバーレーザ共振器とを備えた構成である。 The feeding fiber and the process fiber are connected via a fiber coupler. The fiber laser oscillator includes a plurality of laser oscillator modules connected in parallel. The laser oscillator module includes a plurality of excitation LDs and a fiber laser resonator.
そして、前記各励起用LDからフィーディングファイバーに至る光学系はモノリシック(monolithic)に接続されているので、当該光学系において、光ファイバーの断線を検出するための構成を備えることは困難である。なお、レーザ加工機において、光ファイバーを使用した構成においては、上記光ファイバーの断線を検出する手段が講じられている(例えば特許文献1,2参照)。 And since the optical system from each said excitation LD to a feeding fiber is connected monolithically (monolithic), it is difficult to provide the structure for detecting the disconnection of an optical fiber in the said optical system. In a laser processing machine, in a configuration using an optical fiber, means for detecting disconnection of the optical fiber is provided (for example, see Patent Documents 1 and 2).
前記特許文献1,2に記載の構成は、レーザ発振器とレーザ加工ヘッドとの間に備えられた光ファイバーの断線を検出する構成であって、上記光ファイバーに断線検出用の別個の光ファイバー又は導線を備えた構成である。上記構成においては、レーザ発振器とレーザ加工ヘッドとの間に配置した光ファイバーの断線を検出することができる。しかし、ファイバーレーザ加工機においては、レーザ発振器に備えた複数の励起用LDからフィーディングファイバーに至る構成はモノリシックに接続してあるので、前記特許文献1,2に記載のごとき構成を採用することは難しいものである。 The configurations described in Patent Documents 1 and 2 are configured to detect disconnection of an optical fiber provided between a laser oscillator and a laser processing head, and the optical fiber includes a separate optical fiber or conductor for detecting disconnection. It is a configuration. In the above configuration, it is possible to detect disconnection of the optical fiber disposed between the laser oscillator and the laser processing head. However, in the fiber laser processing machine, the configuration from the plurality of pumping LDs to the feeding fiber provided in the laser oscillator is connected monolithically, so the configuration as described in Patent Documents 1 and 2 should be adopted. Is difficult.
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、複数の励起用LDを備えた複数の励起用LD群と、上記複数の励起用LD群を接続したファイバーレーザ共振器とを備えた複数のレーザ発振器モジュールと、上記各レーザ発振器モジュールを接続したフィーディングファイバーと、ファイバーカプラーを介して前記フィーディングファイバーと接続したプロセスファイバーと、前記プロセスファイバーと光学的に接続したレーザ加工ヘッドと、を備えたレーザ加工機であって、前記各励起用LD群に、断線検出用LDをそれぞれ備え、前記各断線検出用LDから発振された検出用レーザ光を検出するための断線検出用PDを前記レーザ加工ヘッドに備えていることを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a plurality of pumping LD groups each including a plurality of pumping LDs, and a fiber laser resonator connected to the plurality of pumping LD groups. A plurality of laser oscillator modules; a feeding fiber connected to each of the laser oscillator modules; a process fiber connected to the feeding fiber via a fiber coupler; a laser processing head optically connected to the process fiber; Each of the excitation LD groups is provided with a disconnection detection LD, and a disconnection detection PD for detecting the detection laser light oscillated from each of the disconnection detection LDs is provided. It is provided in the laser processing head.
また、前記ファイバーレーザ加工機において、前記各励起用LD群に備えた各断線検出用LDから発振される各検出用レーザ光はそれぞれ波長が異なることを特徴とするものである。 Further, in the fiber laser processing machine, each detection laser beam oscillated from each disconnection detection LD provided in each excitation LD group has a different wavelength.
また、前記ファイバーレーザ加工機において、前記プロセスファイバーから入力されたレーザ光を、前記レーザ加工ヘッドに備えた加工ノズル方向へ屈曲するベンドミラーを備え、当該ベンドミラーを透過した各検出用レーザ光の一部を回折する回折手段を備え、前記回折手段によって回折された各波長を検出する複数の断線検出用PDを備えていることを特徴とするものである。 In the fiber laser processing machine, a laser beam input from the process fiber is provided with a bend mirror that bends in a direction of a processing nozzle provided in the laser processing head, and each detection laser beam transmitted through the bend mirror is transmitted. It comprises a diffracting means for partially diffracting, and a plurality of disconnection detecting PDs for detecting each wavelength diffracted by the diffracting means.
また、前記ファイバーレーザ加工機を用いての断線検出方法であって、前記各励起用LD群に備えた各断線検出用LDを個別に励起して発振された検出用レーザ光を断線検出用PDによって検出することにより、各励起用LD群からレーザ加工ヘッドに至る光ファイバーの断線の有無を検出することを特徴とするものである。 Also, a disconnection detection method using the fiber laser processing machine, wherein the detection laser light generated by exciting each disconnection detection LD provided in each excitation LD group individually is detected as a disconnection detection PD. By detecting by the above, the presence or absence of disconnection of the optical fiber from each excitation LD group to the laser processing head is detected.
また、複数の励起用LDを備えた複数の励起用LD群と、上記複数の励起用LD群を接続したファイバーレーザ共振器とを備えた複数のレーザ発振器モジュールと、上記各レーザ発振器モジュールを接続したフィーディングファイバーと、ファイバーカプラーを介して前記フィーディングファイバーと接続したプロセスファイバーと、前記プロセスファイバーと光学的に接続したレーザ加工ヘッドと、を備えたレーザ加工機であって、前記各レーザ発振器モジュールから個別に発振されたレーザ光を検出するための断線検出用のパワーセンサを前記レーザ加工ヘッドに備えていることを特徴とするものである。 Further, a plurality of laser oscillator modules each including a plurality of excitation LD groups including a plurality of excitation LDs, and a fiber laser resonator connected to the plurality of excitation LD groups, and the laser oscillator modules are connected to each other. A laser processing machine comprising: a feeding fiber, a process fiber connected to the feeding fiber via a fiber coupler, and a laser processing head optically connected to the process fiber, each laser oscillator The laser processing head is provided with a power sensor for detecting disconnection for detecting laser light individually oscillated from the module.
本発明によれば、複数の励起用LDを備えた複数の励起用LD群にそれぞれ断線検出用LDを備え、加工ヘッドに断線検出用PDを備えた構成であるから、ファイバーレーザ加工機における励起用LD群からレーザ加工ヘッドに至る光学系において、光ファイバーに断線を生じると、その断線を容易に検出することができるものである。 According to the present invention, each of the plurality of excitation LD groups including the plurality of excitation LDs includes the disconnection detection LD, and the processing head includes the disconnection detection PD. In the optical system from the LD group for laser to the laser processing head, if a break occurs in the optical fiber, the break can be easily detected.
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工機の構成について説明するに、ファイバーレーザ発振器を備えたファイバーレーザ加工機の全体的構成は既によく知られた構成であるから、全体的構成については概念的、概略的に説明する。 Hereinafter, the configuration of the laser processing machine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The overall configuration of the fiber laser processing machine including the fiber laser oscillator is a well-known configuration. The configuration will be described conceptually and schematically.
図1を参照するに、本発明の実施形態に係るファイバーレーザ加工機1は、ファイバーレーザ発振器3とレーザ加工ヘッド5とを備えている。そして、前記ファイバーレーザ発振器3と前記レーザ加工ヘッド5は、フィーディングファイバー7とプロセスファイバー9とを介して光学的に接続してある。前記フィーディングファイバー7とプロセスファイバー9は、コリメーターレンズと集光レンズとを内装したファイバーカプラー11を介して光学的に接続してある。
Referring to FIG. 1, a fiber laser processing machine 1 according to an embodiment of the present invention includes a fiber laser oscillator 3 and a
前記ファイバーレーザ発振器3は、複数のレーザ発振器モジュール13A,13B,…13Nを備えている。上記各レーザ発振器モジュール13A,13B,…は、複数の励起用LD15A,15B,…を励起光コンバイナ17において光学的に並列に接続した励起用LD群19を備えている。そして、上記励起用LD群19にはファイバーレーザ共振器21が接続してある。すなわち、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…は、前記励起用LD群19及びファイバーレーザ共振器21を備えた構成である。そして、前記ファイバーレーザ発振器3は、ビームコンバイナ23においてそれぞれ光学的に並列に接続した構成である。
The fiber laser oscillator 3 includes a plurality of
前記フィーディングファイバー7の一端部は前記ビームコンバイナ23に接続してあり、他端部は前記ファイバーカプラー11に接続してある。前記プロセスファイバー9の一端部は前記ファイバーカプラー11に接続してあり、他端部は前記レーザ加工ヘッド5に接続してある。上記レーザ加工ヘッド5は、前記プロセスファイバー9の出射端から出射されたレーザ光を平行光線化するコリメーターレンズCLを備えると共に、上記レーザ光を集光してワークWへ照射する集光レンズFLを備えている。さらに、前記レーザ加工ヘッド5には、前記コリメーターレンズCLを透過したレーザ光を前記集光レンズFL方向へ屈曲するベンドミラー25を備えている。
One end of the feeding fiber 7 is connected to the beam combiner 23, and the other end is connected to the
前記構成において、ファイバーレーザ発振器3における各励起用LD群19から前記レーザ加工ヘッド5に至る光学系における光ファイバーの断線(損傷を含む)を検出するために、前記各励起用LD群19における励起用コンバイナ17には、断線検出用LD27が接続してある。この断線検出用LD27から発振されるレーザ光の波長は、前記励起用LD15A,15B,…から発振されるレーザ光の波長とは異なる波長である。そして、前記レーザ加工ヘッド5における前記ベンドミラー25の背面側には、前記各断線検出用LD27から発振された検出用レーザ光の一部の透過光を検出する受光素子としての断線検出用PD29が備えられている。
In the configuration described above, in order to detect disconnection (including damage) of the optical fiber in the optical system from each
前記構成により、各励起用LD群19に接続して備えた各断線検出用LD27を、個別に励起して発振された検出用レーザ光を断線検出用PDによって検出することにより、ファイバーレーザ発振器3とレーザ加工ヘッド5との間における光ファイバーの断線の有無を検出することができるものである。ここで、例えばレーザ発振器モジュール13Aにおける断線検出用LD27を励起して、当該断線検出用LDの検出用レーザ光を断線検出用PD29によって検出したときには、レーザ発振器モジュール13Aとレーザ加工ヘッド5の間における光ファイバーは正常であるものとして検出することができる。
With the above-described configuration, the
同様に、各レーザ発振器モジュール13B,13C,…における断線検出用LD27を順次励起して、断線検出用PD29によって検出用レーザ光を検出することにより、各レーザ発振器モジュール13B,13C,…とレーザ加工ヘッド5との間における光ファイバーの断線の有無を検出することができるものである。
Similarly, the
上記説明より既に理解されるように、例えばレーザ発振器モジュール13A,13Bとレーザ加工ヘッド5との間の光ファイバーに断線が生じていないことを検出したにも拘わらず、レーザ発振器モジュール13Cとレーザ加工ヘッド5との間の光ファイバーに断線が生じているものとして検出した場合には、レーザ発振器モジュール13Cに損傷を生じているものとして検出することができる。したがって、この場合には、レーザ発振器モジュール13Cを、新しいレーザ発振器モジュールと着脱交換することにより、ファイバーレーザ発振器3の修理を行い得ることとなるものである。
As already understood from the above description, the laser oscillator module 13C and the laser processing head are detected despite the fact that no disconnection has occurred in the optical fiber between the
全てのレーザ発振器モジュール13A,13B,…における全ての断線検出用LD27が同時に不良となる確率は極めて小さなものである。したがって、前記各レーザ発振器モジュール13A,13B,…における各断線検出用LD27を順次励起した場合であっても、断線用検出用PD29によって検出用レーザ光の検出を行うことができない場合には、フィーディングファイバー7、ファイバーカプラー11、プロセスファイバー9又はレーザ加工ヘッド5における一部又は全体の光学系に断線等の故障があるものとして検出することができるものである。
The probability that all the
図2は、本発明の第2の実施形態を示すものである。この第2の実施形態においては、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…における各断線検出用LDにおいて発振される検出用レーザ光の波長はそれぞれ異なる波長に設定してある。そして、前記レーザ加工ヘッド5におけるベンドミラー25を透過した各検出用レーザ光の一部を回折する回折手段31の1例としての回折格子又はプリズムが備えられている。さらに、前記回折手段31によって回折された各波長の検出用レーザ光を検出するために、フォトダイオードアレイ33が備えられている。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the wavelength of the detection laser light oscillated in each disconnection detection LD in each
上記構成により、フォトダイオードアレイ33において検出することのできない検出用レーザ光が存在する場合には、検出することのできない当該検出用レーザ光を発振する断線検出用LD27を備えたレーザ発振器モジュールに故障を生じているものとして検出することができる。また、フォトダイオードアレ33において検出用レーザ光を全く検出できない場合には、フィーディングファイバー7、ファイバーカプラー11、プロセスファイバー9又はレーザ加工ヘッド5の一部又は複数箇所に断線を生じているものとして検出することができるものである。
With the above configuration, when there is detection laser light that cannot be detected in the
ところで、本発明は、前記実施形態に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能なものである。例えば、前記断線検出用PD29に代えて、パワーセンサを備えた構成とすることも可能である。この場合、例えば各レーザ発振器モジュール13A,13B,…における励起用LD群19における各励起用LD15A,15B,…を励起してレーザ光の出力を検出することを、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…のレーザ発振毎に行うことにより、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…に故障を生じているか、又は例えばフィーディングファイバー7等に故障が生じているか否かを検出することができ、前記実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in other forms by making appropriate changes. For example, instead of the
また、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…によって個別にレーザ発振を行う毎にレーザ光の出力を前記パワーセンサによって検出する。そして、このパワーセンサによる検出値と予め実験等によって求めて設定値メモリに格納された設定値とを比較手段によって比較する。上述のように、比較手段によって比較した結果、検出値≦設定値の場合には、例えば励起用LD15A,15B,…が劣化したものとして検出することができる。したがって、この際には、該当するレーザ発振器モジュールを新しいレーザ発振器モジュールに交換することにより対応できることとなる。
The laser output is detected by the power sensor each time laser oscillation is individually performed by each
また、各レーザ発振器モジュール13A,13B,…における各励起用LD15A,15B,…を個別に励起可能な構成とすることにより、各励起用LD15A,15B,…を断線検出用LDを兼用することも可能である。この場合、各励起用LD15A,15B,…の故障をも検出可能になるものである。
In addition, each
1 ファイバーレーザ加工機
3 ファイバーレーザ発振器
5 レーザ加工ヘッド
7 フィーディングファイバー
9 プロセスファイバー
11 ファイバーカプラー
13A,13B,… レーザ発振器モジュール
15A,15B,… 励起用LD
19 励起用LD群
21 ファイバーレーザ共振器
25 ベンドミラー
27 断線検出用LD
29 断線検出用PD
31 回折手段
33 フォトダイオードアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber laser processing machine 3
19 LD group for
29 PD for disconnection detection
31 Diffraction means 33 Photodiode array
Claims (5)
上記各レーザ発振器モジュールを接続したフィーディングファイバーと、
ファイバーカプラーを介して前記フィーディングファイバーと接続したプロセスファイバーと、
前記プロセスファイバーと光学的に接続したレーザ加工ヘッドと、を備えたレーザ加工機であって、
前記各励起用LD群に、断線検出用LDをそれぞれ備え、前記各断線検出用LDから発振された検出用レーザ光を検出するための断線検出用PDを前記レーザ加工ヘッドに備えていることを特徴とするファイバーレーザ加工機。 A plurality of laser oscillator modules each including a plurality of pumping LD groups each including a plurality of pumping LDs, and a fiber laser resonator connected to the plurality of pumping LD groups;
A feeding fiber connected to each of the laser oscillator modules, and
A process fiber connected to the feeding fiber via a fiber coupler;
A laser processing machine comprising a laser processing head optically connected to the process fiber,
Each excitation LD group includes a disconnection detection LD, and the laser processing head includes a disconnection detection PD for detecting a detection laser beam oscillated from each disconnection detection LD. A featured fiber laser processing machine.
上記各レーザ発振器モジュールを接続したフィーディングファイバーと、
ファイバーカプラーを介して前記フィーディングファイバーと接続したプロセスファイバーと、
前記プロセスファイバーと光学的に接続したレーザ加工ヘッドと、を備えたレーザ加工機であって、
前記各レーザ発振器モジュールから個別に発振されたレーザ光を検出するための断線検出用のパワーセンサを前記レーザ加工ヘッドに備えていることを特徴とするファイバーレーザ加工機。 A plurality of laser oscillator modules each including a plurality of pumping LD groups each including a plurality of pumping LDs, and a fiber laser resonator connected to the plurality of pumping LD groups;
A feeding fiber connected to each of the laser oscillator modules, and
A process fiber connected to the feeding fiber via a fiber coupler;
A laser processing machine comprising a laser processing head optically connected to the process fiber,
A fiber laser processing machine, wherein the laser processing head includes a disconnection detection power sensor for detecting laser light individually oscillated from each laser oscillator module.
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