JP2016081994A - Direct diode laser oscillator - Google Patents

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稔 緒方
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct diode laser oscillator which allows for appropriate temperature control for an optical element on which a multiwavelength laser beam impinges, while stabilizing the output of the multiwavelength laser beam.SOLUTION: A direct diode laser oscillator includes a plurality of laser diodes, each outputting a multiwavelength laser beam, an optical element on which the multiwavelength laser beams, outputted from the plurality of laser diodes, impinge, a LD cooler for cooling at least one of the plurality of laser diodes, and an optical element cooler for cooling the optical element by a separate line from the LD cooler.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ダイレクトダイオードレーザ発振器に関する。   The present invention relates to a direct diode laser oscillator.

従来、板金加工用のレーザ加工装置として、炭酸(CO)レーザ発振器やYAGレーザ発振器、ファイバレーザ発振器をレーザ光源として用いたものが知られている。ファイバレーザ発振器は、YAGレーザ発振器よりも光品質に優れ、発振効率が極めて高い等の利点を有する。このため、ファイバレーザ発振器を用いたファイバレーザ加工装置は、産業用、特に板金加工用(切断又は溶接等)に利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a laser processing apparatus for processing a sheet metal, an apparatus using a carbon dioxide (CO 2 ) laser oscillator, a YAG laser oscillator, or a fiber laser oscillator as a laser light source is known. The fiber laser oscillator has advantages such as better light quality and extremely high oscillation efficiency than the YAG laser oscillator. For this reason, a fiber laser processing apparatus using a fiber laser oscillator is used for industrial purposes, particularly for sheet metal processing (cutting or welding).

更に近年では、ダイレクトダイオードレーザ(DDL:Direct Diode Laser)発振器をレーザ光源として用いるDDL加工装置が開発されている。DDL加工装置は、共振器内に回折格子等の複数の光学素子を配置し、当該光学素子を用いて複数のレーザダイオード(LD:Laser Diode)からの多波長(multiple-wavelength)のレーザ光を重畳し、伝送ファイバを用いて加工ヘッドまで伝送する。そして、伝送ファイバの端面から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ及び集光レンズ等により被加工材上に集光されて照射される。   In recent years, DDL processing apparatuses using a direct diode laser (DDL) oscillator as a laser light source have been developed. In a DDL processing apparatus, a plurality of optical elements such as diffraction gratings are arranged in a resonator, and multiple-wavelength laser beams from a plurality of laser diodes (LD) are used by using the optical elements. Superimpose and transmit to the processing head using a transmission fiber. Then, the laser light emitted from the end face of the transmission fiber is condensed and irradiated on the workpiece by a collimator lens and a condenser lens.

ところで、従来のLDを用いた装置においては、LDを冷却するための冷却装置が設けられている(特許文献1参照)。   Incidentally, a conventional apparatus using an LD is provided with a cooling device for cooling the LD (see Patent Document 1).

特開2002−314011号公報JP 2002-314011 A

しかしながら、DDL加工装置においては、特に共振器内に配置される回折格子等の光学素子に対して、LD用の冷却装置を流用して冷却すると、光学素子を十分に温度管理することができない。このため、共振等のための光学条件に影響が出て、レーザ出力の安定性が得られないという課題がある。   However, in the DDL processing apparatus, when the LD cooling device is diverted to cool the optical element such as a diffraction grating disposed in the resonator, the temperature of the optical element cannot be sufficiently controlled. For this reason, the optical conditions for resonance etc. are affected, and there is a problem that the stability of the laser output cannot be obtained.

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、多波長のレーザ光を入射する光学素子に対し十分に温度制御を行うことができ、多波長のレーザ光の出力の安定化を図ることができるダイレクトダイオードレーザ発振器を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to sufficiently control the temperature of an optical element that receives multi-wavelength laser light, and to stabilize the output of the multi-wavelength laser light. It is an object of the present invention to provide a direct diode laser oscillator that can be realized.

本発明の一態様によれば、多波長のレーザ光をそれぞれ出力する複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードにより出力された多波長のレーザ光を入射する光学素子と、複数のレーザダイオードのうちの少なくとも1つを冷却するLD用冷却装置と、LD用冷却装置とは別系統で光学素子を冷却する光学素子用冷却装置とを備えるダイレクトダイオードレーザ発振器が提供される。   According to one aspect of the present invention, among a plurality of laser diodes that respectively output multi-wavelength laser light, an optical element that receives multi-wavelength laser light output by a plurality of laser diodes, and a plurality of laser diodes There is provided a direct diode laser oscillator comprising: an LD cooling device that cools at least one of the optical element; and an optical element cooling device that cools the optical element in a separate system from the LD cooling device.

本発明によれば、多波長のレーザ光を入射する光学素子に対して適切に温度制御を行うことができ、多波長のレーザ光の出力の安定化を図ることができるダイレクトダイオードレーザ発振器を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a direct diode laser oscillator that can appropriately control the temperature of an optical element that receives multi-wavelength laser light and can stabilize the output of the multi-wavelength laser light. can do.

本発明の実施形態に係るDDL加工装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the DDL processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)は、本発明の実施形態に係るDDL発振器の一例を示す正面図である。図2(b)は、本発明の実施形態に係るDDL発振器の一例を示す側面図である。FIG. 2A is a front view showing an example of the DDL oscillator according to the embodiment of the present invention. FIG. 2B is a side view showing an example of the DDL oscillator according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るDDLモジュールの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the DDL module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るDDL発振器に設ける冷却装置の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of arrangement | positioning of the cooling device provided in the DDL oscillator which concerns on embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態に係るDDL発振器に設ける冷却装置の配置例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of arrangement | positioning of the cooling device provided in the DDL oscillator which concerns on other embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

図1を参照して、本発明の実施形態に係るダイレクトダイオードレーザ(以下、「DDL」という)加工装置の全体構成を説明する。本発明の実施形態に係るDDL加工装置は、図1に示すように、多波長のレーザ光LBを発振するレーザ発振器11と、レーザ発振器11により発振されたレーザ光LBを伝送する伝送ファイバ(プロセスファイバ)12と、伝送ファイバ12により伝送されたレーザ光LBを高エネルギー密度に集光させて被加工材(ワーク)Wに照射するレーザ加工機13とを備える。本発明の実施形態に係るDDL加工装置は更に、レーザ発振器11に接続されたLD用冷却装置70及び光学素子用冷却装置71,72,73を備える。   With reference to FIG. 1, an overall configuration of a direct diode laser (hereinafter referred to as “DDL”) processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, a DDL processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a laser oscillator 11 that oscillates multi-wavelength laser light LB, and a transmission fiber (process) that transmits the laser light LB oscillated by the laser oscillator 11. Fiber) 12 and a laser beam machine 13 for condensing the laser beam LB transmitted by the transmission fiber 12 to a high energy density and irradiating the workpiece (workpiece) W. The DDL processing apparatus according to the embodiment of the present invention further includes an LD cooling device 70 and optical element cooling devices 71, 72, 73 connected to the laser oscillator 11.

レーザ加工機13は、伝送ファイバ12から射出されたレーザ光LBをコリメータレンズ15で略平行光に変換するコリメータユニット14と、略平行光に変換されたレーザ光LBを、X軸及びY軸方向に垂直なZ軸方向下方に向けて回折する分散素子(回折格子)16と、分散素子16により回折されたレーザ光LBを集光レンズ18で集光する加工ヘッド17とを備える。なお、図1では図示を省略するが、コリメータユニット14内には、コリメータレンズ15を光軸に平行な方向(X軸方向)に駆動するレンズ駆動部が設置されている。また、DDL加工装置は、レンズ駆動部を制御する制御部を更に備える。   The laser processing machine 13 includes a collimator unit 14 that converts the laser light LB emitted from the transmission fiber 12 into substantially parallel light by the collimator lens 15, and the laser light LB converted to substantially parallel light in the X-axis and Y-axis directions. A dispersive element (diffraction grating) 16 that diffracts downward in the Z-axis direction perpendicular to the surface, and a processing head 17 that condenses the laser light LB diffracted by the dispersive element 16 by a condensing lens 18. Although not shown in FIG. 1, a lens driving unit that drives the collimator lens 15 in a direction parallel to the optical axis (X-axis direction) is installed in the collimator unit 14. The DDL processing apparatus further includes a control unit that controls the lens driving unit.

レーザ加工機13は更に、被加工材Wが載置される加工テーブル21と、加工テーブル21上においてX軸方向に移動する門型のX軸キャリッジ22と、X軸キャリッジ22上においてX軸方向に垂直なY軸方向に移動するY軸キャリッジ23とを備える。コリメータユニット14内のコリメータレンズ15、分散素子16、及び加工ヘッド17内の集光レンズ18は、予め光軸の調整が成された状態でY軸キャリッジ23に固定され、Y軸キャリッジ23と共にY軸方向に移動する。なおY軸キャリッジ23に対して上下方向へ移動可能なZ軸キャリッジを設け、当該Z軸キャリッジに集光レンズ18を設けることも出来る。   The laser processing machine 13 further includes a processing table 21 on which the workpiece W is placed, a portal X-axis carriage 22 that moves in the X-axis direction on the processing table 21, and an X-axis direction on the X-axis carriage 22. And a Y-axis carriage 23 that moves in the Y-axis direction perpendicular to the axis. The collimator lens 15 in the collimator unit 14, the dispersive element 16, and the condenser lens 18 in the processing head 17 are fixed to the Y-axis carriage 23 in a state where the optical axis is adjusted in advance. Move in the axial direction. It is also possible to provide a Z-axis carriage that can move in the vertical direction with respect to the Y-axis carriage 23 and to provide the condenser lens 18 on the Z-axis carriage.

本発明の実施形態に係るDDL加工装置は、集光レンズ18により集光されて最も小さい集光直径(最小集光直径)のレーザ光LBを被加工材Wに照射し、また同軸にアシストガスを噴射して溶融物を除去しながら、X軸キャリッジ22及びY軸キャリッジ23を移動させる。これにより、DDL加工装置は被加工材Wを切断加工することができる。被加工材Wとしては、ステンレス鋼、軟鋼、アルミニウム等の種々の材料が挙げられる。被加工材Wの板厚は、例えば0.1mm〜50mm程度である。   The DDL processing apparatus according to the embodiment of the present invention irradiates the workpiece W with the laser beam LB having the smallest condensing diameter (minimum condensing diameter) condensed by the condensing lens 18 and coaxially assist gas. The X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 are moved while the melt is removed by spraying. Thereby, the DDL processing apparatus can cut the workpiece W. Examples of the workpiece W include various materials such as stainless steel, mild steel, and aluminum. The plate thickness of the workpiece W is, for example, about 0.1 mm to 50 mm.

次に、図2及び図3を参照して、レーザ発振器11について説明する。レーザ発振器11は、図2(a)及び図2(b)に示すように、筐体60と、筐体60内に収容され、伝送ファイバ12に接続されているDDLモジュール10と、筐体60内に収容され、DDLモジュール10に電力を供給する電源部61と、筐体60内に収容され、DDLモジュール10の出力等を制御する制御モジュール62等が設けられている。また、筐体60の外側には、筐体60内の温度及び湿度を調整する空調機器63が設置されている。   Next, the laser oscillator 11 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B, the laser oscillator 11 includes a housing 60, the DDL module 10 housed in the housing 60 and connected to the transmission fiber 12, and the housing 60. A power supply unit 61 that is housed in the DDL module 10 and supplies power to the DDL module 10, a control module 62 that is housed in the housing 60 and controls the output of the DDL module 10, and the like are provided. An air conditioner 63 that adjusts the temperature and humidity in the housing 60 is installed outside the housing 60.

DDLモジュール10は、図3に示すように、多波長(multiple-wavelength)λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光を重畳して出力する。DDLモジュール10は、複数のレーザダイオード(以下、「LD」という)3,3,3,・・・3(nは4以上の整数)と、LD3,3,3,・・・3にファイバ4,4,4,・・・4を介して接続され、多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光に対してスペクトルビーム結合(spectral beam combine)を行うスペクトルビーム結合部50と、スペクトルビーム結合部50からのレーザ光を集光して伝送ファイバ12へ入射させる集光レンズ54とを備える。 As shown in FIG. 3, the DDL module 10 superimposes and outputs laser beams of multiple wavelengths (λ 1 , λ 2 , λ 3 ,..., Λ n ). The DDL module 10 includes a plurality of laser diodes (hereinafter referred to as “LD”) 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n (n is an integer of 4 or more), LD 3 1 , 3 2 , 3 3 , · · · 3 n to the fiber 4 1, 4 2, 4 3, is connected via a · · · 4 n, multiple wavelengths lambda 1, lambda 2, lambda 3, · · ·, to the laser beam of lambda n A spectral beam combining unit 50 that performs spectral beam combining and a condensing lens 54 that condenses the laser light from the spectral beam combining unit 50 and enters the transmission fiber 12 are provided.

複数のLD3,3,3,・・・3としては、各種の半導体レーザが採用可能である。LD3,3,3,・・・3の種類と数の組み合わせは特に限定されず、板金加工の目的に合わせて適宜選択可能である。LD3,3,3,・・・3の波長λ,λ,λ,・・・,λは、例えば1000nm未満で選択したり、800nm〜990nmの範囲で選択したり、910nm〜950nmの範囲で選択したりすることができる。 Multiple LD3 1, 3 2, 3 3 , as a · · · 3 n, various kinds of semiconductor lasers can be employed. The combination of the types and numbers of LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose of sheet metal processing. LD3 1, 3 2, 3 3 , ··· 3 wavelengths n λ 1, λ 2, λ 3, ···, λ n , you can select, for example, less than 1000 nm, or selected in the range of 800nm~990nm , In the range of 910 nm to 950 nm.

多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光は、例えば、波長帯域毎に群(ブロック)管理されて制御される。そして、波長帯域毎に個別に出力を可変調節することができる。また、全波長帯域の出力を吸収率が一定となるよう調整することができる。 The laser beams having multiple wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 ,..., Λ n are controlled by group (block) management for each wavelength band, for example. The output can be variably adjusted individually for each wavelength band. In addition, the output of the entire wavelength band can be adjusted so that the absorptance is constant.

切断加工に際しては、LD3,3,3,・・・3を同時に動作させると共に、酸素、窒素等の適宜のアシストガスを焦点位置近傍へ吹き付ける。これにより、LD3,3,3,・・・3からの各波長のレーザ光が、相互に協働すると共に、酸素等のアシストガスとも協働してワークを高速で溶融する。また当該溶融ワーク材料がアシストガスにより吹き飛ばされてワークが高速で切断される。 In the cutting process, LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are simultaneously operated, and an appropriate assist gas such as oxygen or nitrogen is blown near the focal position. As a result, the laser beams of the respective wavelengths from the LD 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n cooperate with each other and also with the assist gas such as oxygen to melt the workpiece at a high speed. Further, the molten work material is blown off by the assist gas, and the work is cut at a high speed.

スペクトルビーム結合部50は、ファイバ4,4,4,・・・4の射出端側を束ねて固定しファイバアレイ4とする固定部51と、ファイバ4,4,4,・・・4からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ52と、多波長λ,λ,λ,・・・,λのレーザ光を回折し光軸を一致させる回折格子(diffraction grating)53と、LD3,3,3,・・・3後端部に設けた反射面と共に共振器を構成する部分反射カプラ55を備える。なお、図3では一例として部分反射カプラ55を回折格子53の後段に配置したが、部分反射カプラ55の配置位置はこれに限定されるものではない。 The spectral beam combining unit 50 includes a fixing unit 51 that bundles and fixes the emission ends of the fibers 4 1 , 4 2 , 4 3 ,... 4 n to form a fiber array 4 and fibers 4 1 , 4 2 , 4 3 , a collimator lens 52 to the laser light into parallel light from · · · 4 n, multiple wavelengths λ 1, λ 2, λ 3 , ···, a diffraction grating for matching an optical axis diffracting a laser beam of lambda n (Diffraction grating) 53 and LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are provided with a partial reflection coupler 55 that constitutes a resonator together with a reflection surface provided at the rear end. In FIG. 3, the partial reflection coupler 55 is disposed at the subsequent stage of the diffraction grating 53 as an example, but the arrangement position of the partial reflection coupler 55 is not limited to this.

ここで、レーザ発振器11においては、LD3,3,3,・・・3に求められる温度管理と、コリメータレンズ52、回折格子53及び集光レンズ54等の光学素子に求められる温度管理との厳密さには差異がある。即ち、LD3,3,3,・・・3の冷却温度は、仕様温度内であれば電気−光変換効率に大きな変化はない。また低温であればあるほど寿命が長くなるので、露点の許容する範囲でできるだけ低温を選び、その値に固定して冷却すればよい。一方、コリメータレンズ52、回折格子53及び集光レンズ54等の光学素子は、共振に利用される部分も含まれており、回折現象などに顕著な影響が出るから、LD3,3,3,・・・3よりも厳密に温度管理をする必要がある。 Here, in the laser oscillator 11, temperature management required for the LDs 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n and temperatures required for optical elements such as the collimator lens 52, the diffraction grating 53, and the condenser lens 54. There is a difference in strictness with management. That is, if the cooling temperature of LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n is within the specified temperature, there is no significant change in the electro-optical conversion efficiency. Also, the lower the temperature, the longer the service life. Therefore, it is only necessary to select a low temperature as much as possible within the allowable range of the dew point, and to cool at a fixed value. On the other hand, the optical elements such as the collimator lens 52, the diffraction grating 53, and the condenser lens 54 also include a portion used for resonance, which significantly affects the diffraction phenomenon and the like, so that LD3 1 , 3 2 , 3 3, it is necessary to strictly temperature control than · · · 3 n.

そこで、本発明の実施形態では、図4に示すように、DDLモジュール10のLD群3にLD用冷却装置70を接続するとともに、これとは独立して、DDLモジュール10内の光学素子52,53,54に光学素子用冷却装置71,72,73を接続する。図4に示したLD群3は、図3に示したLD3,3,3,・・・3で構成される。なお、図3に示した部分反射カプラ55にも同様の光学素子用冷却装置が接続されていてもよい。 Therefore, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, an LD cooling device 70 is connected to the LD group 3 of the DDL module 10, and independently of this, the optical elements 52, Optical element cooling devices 71, 72, 73 are connected to 53, 54. The LD group 3 shown in FIG. 4 includes the LDs 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n shown in FIG. A similar optical element cooling device may be connected to the partial reflection coupler 55 shown in FIG.

LD用冷却装置70及び光学素子用冷却装置71,72,73としては、チラー式又はペルチェ式等の種々の冷却方式のものが使用可能である。LD用冷却装置70及び光学素子用冷却装置71,72,73は互いに同一の装置を使用してもよく、異なる装置を使用してもよい。光学素子用冷却装置71,72,73同士も、同一の装置を使用してもよく、異なる装置を使用してもよい。   As the LD cooling device 70 and the optical element cooling devices 71, 72, 73, various cooling methods such as a chiller type or a Peltier type can be used. The LD cooling device 70 and the optical element cooling devices 71, 72, and 73 may be the same device or different devices. The cooling devices 71, 72, 73 for optical elements may use the same device or different devices.

LD用冷却装置70は、冷却経路70aを介してLD群3に接続されている。LD群3には温度センサ70bが取り付けられている。なお、LD群3に対して2つ以上の温度センサが取り付けられていてもよい。温度センサ70bにより検出された温度データは、LD用冷却装置70の温調機能部にフィードバックされる。例えば、制御部62が、温度センサ70bにより検出された温度データに基づいて、LD群3の温度が所定の閾値以下となるようにLD用冷却装置70の設定温度を制御する。   The LD cooling device 70 is connected to the LD group 3 via a cooling path 70a. A temperature sensor 70 b is attached to the LD group 3. Two or more temperature sensors may be attached to the LD group 3. The temperature data detected by the temperature sensor 70 b is fed back to the temperature control function unit of the LD cooling device 70. For example, the control unit 62 controls the set temperature of the LD cooling device 70 based on the temperature data detected by the temperature sensor 70b so that the temperature of the LD group 3 is equal to or lower than a predetermined threshold.

なお、図4では、1つのLD用冷却装置70がLD群3を冷却する場合を示すが、LD用冷却装置70の冷却対象となるLDの数は特に限定されない。波長帯域毎の出力の精度を維持するために、群管理されている波長帯域毎にLD用冷却装置がそれぞれ設けられていてもよい。   4 shows a case where one LD cooling device 70 cools the LD group 3, but the number of LDs to be cooled by the LD cooling device 70 is not particularly limited. In order to maintain the accuracy of output for each wavelength band, an LD cooling device may be provided for each group-managed wavelength band.

一方、光学素子用冷却装置71,72,73は、LD用冷却装置70とは別系統で光学素子52,53,54を冷却する。光学素子用冷却装置71,72,73は、冷却経路71a,72a,73aを介して光学素子52,53,54に接続されている。光学素子用冷却装置71,72,73は、図示を省略した分配器等を用いて冷却水等を分配し、冷却経路71a,72a,73aを循環させる。   On the other hand, the optical element cooling devices 71, 72, and 73 cool the optical elements 52, 53, and 54 in a separate system from the LD cooling device 70. The optical element cooling devices 71, 72, 73 are connected to the optical elements 52, 53, 54 via cooling paths 71a, 72a, 73a. The optical element cooling devices 71, 72, 73 distribute cooling water and the like using a distributor (not shown) and circulate the cooling paths 71a, 72a, 73a.

冷却経路71a,72a,73aは、光学素子52,53,54の冷却に寄与するように、スペクトルビーム結合部50等の側壁や底面等の、光学素子52,53,54の近傍に配設されている。各光学素子52,53,54近傍には温度センサ71b,72b,73bが取り付けられている。なお、光学素子52,53,54毎に温度センサ71b,72b,73bを設けなくてもよく、例えば光学素子52,53,54に対して1つの温度センサを取り付けてもよい。   The cooling paths 71a, 72a, 73a are arranged in the vicinity of the optical elements 52, 53, 54, such as the side walls and the bottom surface of the spectral beam coupling unit 50, etc. so as to contribute to the cooling of the optical elements 52, 53, 54. ing. In the vicinity of each optical element 52, 53, 54, temperature sensors 71b, 72b, 73b are attached. The temperature sensors 71b, 72b, and 73b may not be provided for each of the optical elements 52, 53, and 54. For example, one temperature sensor may be attached to the optical elements 52, 53, and 54.

温度センサ71b,72b,73bにより検出された温度データは光学素子用冷却装置71,72,73の温調機能部にフィードバックされる。例えば、各光学素子52,53,54の温度と、伝送ファイバ12の射出端や加工点等の出力との関係のデータを実験等により事前に求めておき、そのデータを元に許容される温度範囲を各出力にて設定する。制御部62は、温度センサ71b,72b,73bにより測定された温度が許容される温度範囲を超えた場合、許容される温度範囲内に収まるように光学素子用冷却装置71,72,73の温度設定値をそれぞれ変更させる。   The temperature data detected by the temperature sensors 71b, 72b, and 73b is fed back to the temperature control function unit of the optical element cooling devices 71, 72, and 73. For example, data on the relationship between the temperature of each optical element 52, 53, 54 and the output of the exit end of the transmission fiber 12, the processing point, etc. is obtained in advance by experiments and the allowable temperature based on the data. Set the range for each output. When the temperature measured by the temperature sensors 71b, 72b, and 73b exceeds the allowable temperature range, the control unit 62 adjusts the temperature of the optical element cooling devices 71, 72, and 73 so that the temperature is within the allowable temperature range. Change each setting value.

光学素子用冷却装置71,72,73により制御される光学素子52,53,54の温度範囲は、LD用冷却装置70により制御されるLD3,3,3,・・・3の温度範囲よりも狭くてもよい。この場合、光学素子52,53,54の温度管理をLD群3の温度管理よりも厳密に行うことができる。例えば、LD用冷却装置70は、LD群3の温度をその設定温度(例えば25℃)の±5%に制御する。一方、光学素子用冷却装置71,72,73は、光学素子52,53,54の温度をその設定温度(例えば30℃)の±3%に制御する。 The temperature ranges of the optical elements 52, 53, 54 controlled by the optical element cooling devices 71, 72, 73 are LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n controlled by the LD cooling device 70. It may be narrower than the temperature range. In this case, the temperature management of the optical elements 52, 53, 54 can be performed more strictly than the temperature management of the LD group 3. For example, the LD cooling device 70 controls the temperature of the LD group 3 to ± 5% of the set temperature (for example, 25 ° C.). On the other hand, the optical element cooling devices 71, 72, 73 control the temperature of the optical elements 52, 53, 54 to ± 3% of the set temperature (for example, 30 ° C.).

本発明によれば、レーザ発振器11において、LD群3を冷却するため冷却経路70a及びLD用冷却装置70に加えて、光学素子52,53,54を冷却するための冷却経路71a,72a,73a及び光学素子用冷却装置71,72,73を独立して設けることにより、LD群3とは個別に光学素子の52,53,54温度制御が可能となる。したがって、外気温やLD群3の冷却水の温度が変動した場合でも、共振器間に配置される光学素子52,53(部分反射カプラ55が集光レンズ54の後方に配置される場合は、光学素子52,53、54)の温度を個別に制御することができる。したがって、光学素子52,53,54の信頼性が得られ、レーザ出力の安定化を図ることができる。   According to the present invention, in the laser oscillator 11, in addition to the cooling path 70a and the LD cooling device 70 for cooling the LD group 3, the cooling paths 71a, 72a and 73a for cooling the optical elements 52, 53 and 54 are provided. Also, by providing the optical element cooling devices 71, 72, 73 independently, the temperature of the optical elements 52, 53, 54 can be controlled separately from the LD group 3. Therefore, even when the outside air temperature or the temperature of the cooling water of the LD group 3 fluctuates, the optical elements 52 and 53 disposed between the resonators (when the partial reflection coupler 55 is disposed behind the condenser lens 54, The temperature of the optical elements 52, 53, 54) can be individually controlled. Therefore, the reliability of the optical elements 52, 53, and 54 can be obtained, and the laser output can be stabilized.

また、光学素子52,53,54に取り付けた温度センサ71b,72b,73bの値をフィードバックして光学素子用冷却装置71,72,73の設定温度を変更することにより、スペクトルビーム結合に最適な温度調節を行うことができる。また、光学素子52,53,54の温度を、出力変動が起きないように許容される温度範囲内に抑えることにより、レーザの出力を安定させることができる。   In addition, the values of the temperature sensors 71b, 72b, 73b attached to the optical elements 52, 53, 54 are fed back to change the set temperatures of the optical element cooling devices 71, 72, 73, which is optimal for spectral beam coupling. Temperature control can be performed. In addition, by suppressing the temperature of the optical elements 52, 53, and 54 within an allowable temperature range so that output fluctuation does not occur, the laser output can be stabilized.

(その他の実施形態)
本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described with reference to embodiments, it should not be understood that the description and drawings that form part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

図4では光学素子52,53,54毎に1つの光学素子用冷却装置71,72,73を備える場合を説明したが、光学素子用冷却装置の数や、1つの光学素子用冷却装置により冷却される光学素子の数は特に限定されない。例えば、複数の光学素子52,53,54が管理される温度範囲が同様の場合等には、図5に示すように、複数の光学素子52,53,54に対して1つの光学素子用冷却装置71を備えていてもよい。   In FIG. 4, the case where one optical element cooling device 71, 72, 73 is provided for each of the optical elements 52, 53, 54 has been described, but the number of optical element cooling devices and the cooling by one optical element cooling device The number of optical elements to be used is not particularly limited. For example, when the temperature ranges in which the plurality of optical elements 52, 53, and 54 are managed are the same, as shown in FIG. 5, one optical element cooling is performed for the plurality of optical elements 52, 53, and 54. A device 71 may be provided.

また、光学素子用冷却装置71,72,73による冷却対象となる光学素子としては、コリメータレンズ52、回折格子53及び集光レンズ54に特に限定されず、DDLモジュール10内の他の光学素子であってもよい。   The optical elements to be cooled by the optical element cooling devices 71, 72, 73 are not particularly limited to the collimator lens 52, the diffraction grating 53, and the condenser lens 54, and other optical elements in the DDL module 10 are used. There may be.

本発明の実施形態に係るDDL加工装置による板金加工としては、切断加工の他にも、レーザフォーミング加工、焼鈍、アニーリング及びアブレーション等の種々の板金加工に適用可能である。   The sheet metal processing by the DDL processing apparatus according to the embodiment of the present invention can be applied to various sheet metal processing such as laser forming processing, annealing, annealing, and ablation in addition to cutting processing.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

3…LD群
10…DDLモジュール
11…レーザ発振器
12…伝送ファイバ(プロセスファイバ)
13…レーザ加工機
14…コリメータユニット
15…コリメータレンズ
16…ベンドミラー
17…加工ヘッド
18…集光レンズ
21…加工テーブル
22…X軸キャリッジ
23…Y軸キャリッジ
,3,3,・・・3…レーザダイオード(LD)
,4,4,・・・4…ファイバ
50…スペクトルビーム結合部
51…固定部
52…コリメータレンズ(光学素子)
53…回折格子(光学素子)
54…集光レンズ(光学素子)
55…部分反射カプラ(光学素子)
60…筐体
61…電源部
62…制御モジュール
63…空調機器
70…LD用冷却装置
71,72,73…光学素子用冷却装置
71a,72a,73a…冷却経路
71b,72b,73b…温度センサ
70a…冷却経路
70b…温度センサ
3 ... LD group 10 ... DDL module 11 ... Laser oscillator 12 ... Transmission fiber (process fiber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Laser processing machine 14 ... Collimator unit 15 ... Collimator lens 16 ... Bend mirror 17 ... Processing head 18 ... Condensing lens 21 ... Processing table 22 ... X-axis carriage 23 ... Y-axis carriage 3 1 , 3 2 , 3 3 ,. .... 3 n Laser diode (LD)
4 1 , 4 2 , 4 3 ,... 4 n ... Fiber 50... Spectral beam coupling part 51... Fixed part 52.
53 ... Diffraction grating (optical element)
54 ... Condensing lens (optical element)
55. Partial reflection coupler (optical element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 60 ... Housing 61 ... Power supply part 62 ... Control module 63 ... Air conditioning equipment 70 ... LD cooling device 71, 72, 73 ... Optical element cooling device 71a, 72a, 73a ... Cooling path 71b, 72b, 73b ... Temperature sensor 70a ... Cooling path 70b ... Temperature sensor

Claims (5)

多波長のレーザ光をそれぞれ出力する複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードにより出力された多波長のレーザ光を入射する光学素子と、
前記複数のレーザダイオードのうちの少なくとも1つを冷却するLD用冷却装置と、
前記LD用冷却装置とは別系統で前記光学素子を冷却する光学素子用冷却装置
とを備えることを特徴とするダイレクトダイオードレーザ発振器。
A plurality of laser diodes each outputting multi-wavelength laser light;
An optical element for receiving multi-wavelength laser light output by the plurality of laser diodes;
A cooling device for LD that cools at least one of the plurality of laser diodes;
A direct diode laser oscillator comprising: an optical element cooling device that cools the optical element in a separate system from the LD cooling device.
前記光学素子用冷却装置により制御される前記光学素子の温度範囲が、前記LD用冷却装置により制御される前記レーザダイオードの温度範囲よりも狭いことを特徴とする請求項1に記載のダイレクトダイオードレーザ発振器。   2. The direct diode laser according to claim 1, wherein a temperature range of the optical element controlled by the cooling device for the optical element is narrower than a temperature range of the laser diode controlled by the cooling device for the LD. Oscillator. 前記LD用冷却装置が、前記レーザダイオードを設定温度の±5%で制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のダイレクトダイオードレーザ発振器。   The direct diode laser oscillator according to claim 1 or 2, wherein the LD cooling device controls the laser diode at ± 5% of a set temperature. 前記光学素子用冷却装置が、前記光学素子を設定温度の±3%で制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ発振器。   4. The direct diode laser oscillator according to claim 1, wherein the optical element cooling device controls the optical element at ± 3% of a set temperature. 5. 前記光学素子を複数個有し、
前記光学素子用冷却装置が、前記複数個の光学素子を冷却することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のダイレクトダイオードレーザ発振器。
A plurality of the optical elements;
The direct diode laser oscillator according to claim 1, wherein the optical element cooling device cools the plurality of optical elements.
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