JP2018181952A - 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置 - Google Patents

複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018181952A
JP2018181952A JP2017075837A JP2017075837A JP2018181952A JP 2018181952 A JP2018181952 A JP 2018181952A JP 2017075837 A JP2017075837 A JP 2017075837A JP 2017075837 A JP2017075837 A JP 2017075837A JP 2018181952 A JP2018181952 A JP 2018181952A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
light output
output command
modules
command
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017075837A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6502993B2 (ja
Inventor
龍介 宮田
Ryusuke Miyata
龍介 宮田
宏 瀧川
Hiroshi Takigawa
宏 瀧川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2017075837A priority Critical patent/JP6502993B2/ja
Priority to CN201810258225.5A priority patent/CN108695682B/zh
Priority to US15/940,350 priority patent/US10186830B2/en
Priority to DE102018107855.2A priority patent/DE102018107855B4/de
Publication of JP2018181952A publication Critical patent/JP2018181952A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6502993B2 publication Critical patent/JP6502993B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305Feedback control systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0071Beam steering, e.g. whereby a mirror outside the cavity is present to change the beam direction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1306Stabilisation of the amplitude

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】複数のレーザモジュールを有し、駆動するレーザモジュールの個数を切換える際の不具合を防止する機能を備えたレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザ装置10は、複数のレーザモジュール12と、合波器16からの合波レーザ光についての第1の光出力指令を生成する光出力指令部18と、第1の光出力指令に基づいて、複数のレーザモジュール12のうち駆動すべきレーザモジュールを選択し、レーザモジュールの各々について第2の光出力指令を生成するレーザモジュール選択・指令部20とを有し、レーザモジュール選択・指令部20は、個数を切換えた時点から所定の時間が経過するまでの間は、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールに対して、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールだけで第1の光出力指令に応じた出力の合波レーザ光が出力されるように第2の光出力指令を出力する。【選択図】図1

Description

本発明は、複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置に関する。
従来、複数のレーザモジュール(レーザ光源)から出力されたレーザ光を合波し、得られた合波レーザ光を照射する装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
また、複数のレーザモジュールを有するレーザ加工機において、合波レーザ光の出力やスポット径に基づいて、駆動するレーザモジュールの個数を調整する技術も知られている(例えば特許文献2、3参照)。
特開2006−012888号公報 特開2012−227353号公報 国際公開第2014/133013号
個々のレーザモジュールには、レーザ光を安定して出力できる光出力の下限があるため、複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置において広い光出力範囲を確保するためには、レーザ発振するレーザモジュールの個数を適宜切換えることが求められる。ここで、レーザ発振するレーザモジュールの個数を増やす場合、少なくとも1つのレーザモジュールに対しては電力供給が開始されることになるが、供給電力の立上りには一定の遅延時間があるため、個数の切換え直後は、合波レーザ光についての指令値に対し、実測値が大きく低下するという、いわゆるノッチという現象が発生する。
本開示の一態様は、複数のレーザモジュールと、前記レーザモジュールの各々を駆動するためのレーザ電源部と、前記複数のレーザモジュールが発振したレーザ光を合波して合波レーザ光として出力する合波器と、前記合波レーザ光についての第1の光出力指令を生成する光出力指令部と、前記第1の光出力指令に基づいて、前記複数のレーザモジュールから駆動すべきレーザモジュールを選択するとともに、前記複数のレーザモジュールの各々への第2の光出力指令を生成するレーザモジュール選択・指令部と、前記第2の光出力指令に基づいて、前記レーザモジュール及び前記レーザ電源部を制御する制御部と、を備え、レーザモジュール選択・指令部は、前記第1の光出力指令の変化に応じてレーザ発振する前記レーザモジュールの個数を切換えるときに、個数を切換えた時点から所定の時間が経過するまでの間は、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールに対して、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールだけで前記第1の光出力指令に応じた出力の合波レーザ光が出力されるように前記第2の光出力指令を出力する、レーザ装置である。
本開示によれば、複数のレーザモジュールを有するレーザ装置において、レーザ発振するレーザモジュールの個数を切換えるときのノッチの発生を防止でき、レーザ出力の安定性を向上させることができる。
好適な実施形態に係るレーザ装置の主要部の機能ブロック図である。 従来技術における、光出力指令の時間変化の一例を示すグラフである。 図1のレーザ装置における、光出力指令の時間変化の一例を示すグラフである。 レーザ装置の出力と発振するレーザモジュールの個数との対応関係を示す図であり、レーザ装置の出力可能範囲内での個数切換えの閾値が4つである例を示す。 レーザ装置の出力と発振するレーザモジュールの個数との対応関係を示す図であり、レーザ装置の出力可能範囲内での個数切換えの閾値が4つである他の例を示す。 レーザ装置の出力と発振するレーザモジュールの個数との対応関係を示す図であり、レーザ装置の出力可能範囲内での個数切換えの閾値が2つである例を示す。 レーザ装置の出力と発振するレーザモジュールの個数との対応関係を示す図であり、レーザ装置の出力可能範囲内での個数切換えの閾値が2つである他の例を示す。 図1のレーザ装置における、光出力指令の時間変化の一例を示すグラフであり、第2の光出力指令を徐々に変化させた場合を示す。
図1は、本発明の好適な実施形態に係るレーザ装置の主要部の機能ブロック図である。レーザ装置10は、例えばレーザ加工機であり、複数のレーザ発振モジュール(レーザモジュール)12と、レーザモジュール12に駆動電力を供給する(通常はレーザモジュール12と同数の)レーザ電源部14と、レーザモジュール12から出力(発振)されたレーザ光を合波し、合波レーザ光として外部に出力する合波器16と、合波レーザ光についての第1の光出力指令(値)を生成する光出力指令部18と、第1の光出力指令に基づいて、複数のレーザモジュール12のうち駆動(レーザ発振)すべきレーザモジュールを選択するとともに、選択したレーザモジュールの各々について第2の光出力指令(値)を生成するレーザモジュール選択・指令部20と、第2の光出力指令に基づいてレーザ電源部14及びレーザモジュール12を制御する制御部22とを有する。なおレーザモジュール12の個数は、レーザ装置10の使用目的等によって適宜決定され、例えば2〜30の範囲の値であるが、これに限定されるものではない。
またレーザ装置10は、合波器16から出力された合波レーザ光の実際の強度を検出する、光センサ等の第1の光検出器24と、各レーザモジュール12から発振されたレーザ光の強度を検出する、光センサ等の第2の光検出器26とを有する。これらの光センサの検出値は、制御部22にフィードバック可能であり、これにより制御部22は、検出された合波レーザ光の強度及び各モジュールのレーザ光の強度に基づいたフィードバック制御を行うことができる。
光出力指令部18、レーザモジュール選択・指令部20及び制御部22は、例えばプロセッサの形態で提供可能であり、レーザ装置10又はこれを制御する制御装置内に組み込まれてもよいし、レーザ装置10(の筐体)とは外観上異なるパーソナルコンピュータ等として提供されてもよい。また光出力指令部18、レーザモジュール選択・指令部20及び制御部22の少なくとも1つは、後述する演算処理を行うためのデータ等を格納する機能又はメモリ等の記憶部を具備してもよい。
以下、レーザ装置10における、駆動すべきレーザモジュールの切換え処理について説明する。図2は、本開示との比較のため、従来技術に係るレーザ装置における、合波レーザ光に対する光出力指令(Pa)と、各レーザモジュールに対する光出力指令(Pb)とを、同じ時間軸で示すグラフである。なおここでは、レーザ装置は2つのレーザモジュール(レーザモジュール1、2)を有し、レーザ発振(駆動)するモジュールの個数を2個→1個(モジュール1のみ駆動)→2個と切換える場合を説明する。また同図では、モジュール1への第2の光出力指令をPb1とし、モジュール2への第2の光出力指令をPb2と表す。これは後述する図3及び図8についても同様である。
光出力指令Paが徐々に減少して所定の閾値Pdに達したら(時刻t1)、レーザモジュール2の駆動(電力供給)が停止され、再び光出力指令Paが閾値Pdに達する時刻(t2)まで、レーザモジュール1のみが駆動される。ここで時刻t2では、レーザモジュール2への電力供給が開始されるが、供給電力の立上りには一定の遅延時間(Δt)があるため、時刻t2から該遅延時間が経過するまでの間(t2〜t3)は、レーザモジュール2の実際の光出力Pb2′は殆どゼロであり、故に合波レーザ光の実際の光出力も、時刻t2〜t3では光出力指令Paよりも大きく低下し(Pa′)、いわゆるノッチと呼ばれる現象が生じる。このノッチはレーザ出力を不安定にさせ、例えばレーザ装置をレーザ加工機として使用している場合は、加工面(切断面)に筋状の模様が形成されたり、切残しが発生したりする虞がある。
図3は、図2と対比すべく、本開示に係るレーザ装置10における、合波レーザ光に対する光出力指令(Pa)と、各レーザモジュールに対する光出力指令(Pb)とを、同じ時間軸で示すグラフである。レーザモジュール選択・指令部20は、レーザ発振するレーザモジュールの個数を増やすべきとき(t2)に、個数を切換えた時点(より具体的には、モジュール2への電力供給を開始する旨の指令が出力されたとき)から所定時間が経過するまで(t3)の間は、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュール1だけで、合波レーザ光が第1の光出力指令に応じた出力となるように、レーザモジュール1に対して第2の光出力指令Pb1を出力する。
より詳細には、時刻t2から上記遅延時間Δtに概ね等しい所定時間が経過するまで(t2〜t3)は、個数の切換え後にレーザ発振を開始するレーザモジュール2のレーザ電源部14に対しては、従来と同様の第2の光出力指令(値)Pb2(図示例では、時刻t2において発振停止状態から出力Pd/2にて発振を開始する旨の指令)が送られるが、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュール1に対しては、レーザモジュール1だけの出力によって第1の光出力指令(値)に相当する出力の合波レーザ光が合波器16から出力されるように、レーザモジュール1のレーザ電源部14に対して第2の光出力指令(値)Pb1が送られる。つまり図3の場合は、時刻t1からt3までは、レーザモジュール1に対する第2の光出力指令値Pb1は、第1の光出力指令値Paに等しい。さらに、所定時間が経過した時刻t3以降は、レーザモジュール1のレーザ電源部14に対しても、従来と同様の第2の光出力指令(値)Pb1(レーザモジュール1及び2の双方によって第1の光出力指令(値)に相当する出力の合波レーザ光を出力する旨の指令)が送られる。
レーザ装置10では上述の処理により、レーザモジュール2の実際の光出力Pb2′が第2の光出力指令Pb2の受信時から遅延時間に相当する時間だけ遅れても、レーザモジュール1がこれを補う出力のレーザを発振しているので、図3の上段グラフのように、光出力指令Paと実際の光出力Pa′はほぼ一致し、図2で示したようなノッチが生じない。従ってレーザ装置10では、合波レーザ光の出力が安定し、例えばレーザ装置10をレーザ加工機として使用した場合は、ノッチに伴う加工精度の悪化や加工不良の発生を、排除又は低減できる。
なお図2及び図3では、明瞭化のため、時刻t2からt3の間(遅延時間)は誇張表示している。実際の遅延時間Δtは、レーザモジュールの仕様等にもよるが、概ね5μs〜300μsの範囲であり、通常は既知の値である。従って上記所定時間を遅延時間と等しいか、いくらか大きい値(例えば遅延時間の100〜150%)に設定しておくことにより、上記ノッチの発生を防止することができる。但し、遅延時間にはレーザモジュール間での個体差がある場合もあるので、上記所定時間はパラメータ等の形態でオペレータが適当な入力手段(レーザ装置に設けたタッチパネル、キーボード等)を用いて設定・変更できるようにしておくことが好ましい。
また、同じレーザモジュールであっても、電力供給停止後から電力再供給までの時間が比較的短い場合は、長い場合に比べて立上りが速い(遅延時間が短い)ことがある。そこで各モジュールについて電力供給停止後から電力再供給までの時間を測定するタイマを設け、該タイマの測定内容に基づいて上記所定時間を自動的に調整することもできる。或いは、タイマの替わりに、電力供給停止後から電力再供給までの時間と相関のある部品(例えばレーザ電源部14のスイッチング部品)の温度を測定する温度センサを設け、該温度センサの測定内容に基づいて上記所定時間を自動的に調整することもできる。
上述のように本開示に係るレーザ装置10では、発振するレーザモジュールの個数を切換えるとき(上記実施例では増やすとき)のノッチの発生を大幅に抑制できるが、実際には、レーザ発振するレーザモジュールの個数の切換え前後での各レーザモジュールへの光出力指令値の変化が比較的大きいと、レーザ電源部の特性等の要因によっては、レーザモジュールからの光出力においてノッチが発生する場合がある。従って、個数の切換え前後での各レーザモジュールへの光出力指令値の変化量は小さいことが好ましい。また、各レーザモジュールへの光出力指令値の変化量が小さくても、個数の切換え時には小さなノッチが発生することがあり、故に個数の切換え頻度も小さいことが好ましい。
そこで図4〜図7を参照して、発振するレーザモジュールの個数の切換える際に発生し得るノッチの大きさ又は発生頻度を抑制するための実施例について説明する。以下の例では、レーザ装置10は16個のレーザモジュール12を有し、各モジュールの出力範囲は50W〜500Wであるとする。従ってこの場合のレーザ装置10の定格出力(最大出力可能範囲)は8000Wとなる。
先ずノッチの大きさを抑制するための処理として、レーザモジュール選択・指令部20は、第1の光出力指令値の変化に応じてレーザ発振するレーザモジュール12の個数を切換える場合に、切換えの基準となる第1の光出力指令値の閾値と、切換え前後でのレーザモジュールの個数(又は切換え前のレーザモジュールの個数及び増減数)とを、切換え前後での各モジュールに対する第2の光出力指令値の変化量ΔPiが所定の上限値以下となるように決定することができる。第2の光出力指令値の変化量を所定の上限値以下に制限することにより、大きなノッチの出現が防止できる。なおここでの所定の上限値は、例えば過去の実績に基づいて経験的に定めることができる。
第2の光出力指令値の変化量ΔPiが小さいほど、発生するノッチの大きさも小さくなる傾向があるので、ΔPiのみに着目すれば、発振するレーザモジュールの個数の切換えはできるだけ頻繁に行うことが望ましい。しかし、上述のように個数の切換え自体によってもノッチが発生することがあるので、レーザモジュール選択・指令部20は、ΔPiを所定の上限値以下に維持しつつ、個数の切換え頻度が最小となるようにΔPi、切換え前の発振するレーザモジュールの個数N、及び切り換え時の個数の変化量ΔN(又は切換え後の発振するレーザモジュールの個数)を決定することができる。
例えばΔPiの上限値を250Wに設定した場合、図4に示すように、第1の光出力指令値がレーザ装置10の出力可能範囲内での最大光出力指令値(ここでは8000W)から最小光出力指令値(ここでは50W)まで(或いはこの逆)変化するときの切換え回数は4回(すなわち出力可能範囲内に閾値が4つ)とすることができる。具体的には、Pd、N、ΔN及びΔPiの関係は、以下の表1のようになる。このようにΔPiを所定の上限値以下に維持しつつ、発振するレーザモジュールの個数の切換え頻度を最小化することにより、ノッチの大きさ及び発生頻度の双方を好適に最小化することができる。
Figure 2018181952
なお図4は、レーザ装置全体の出力可能範囲(50W〜8000W)を示すとともに、発振するレーザモジュールの個数に応じた出力可能範囲(例えば2個の場合は100W〜1000W)を示している。さらに、「3→16」等の表記は、その出力範囲で使用可能なレーザモジュールの個数を示している。例えば、1000W〜1500Wでは「3→16」と表記されていることから、この範囲で使用可能なモジュールの個数は3から16までとなる。これらの表記については、後述する図5〜図7についても同様である。
また図4の実施例は、さらに最適化することもできる。例えば図5に示すように、切換え頻度を4回に維持した上でさらにΔPiの上限値を下げることもでき、図5の実施例に相当するPd、N、ΔN及びΔPiの関係は、以下の表2のようになる。この場合、切換え頻度を4回(閾値を4つ)に維持しつつ、ΔPiを125Wまで低減できる。
Figure 2018181952
図4及び図5の実施例では、先ずΔPiの上限値の定めた上で切換え頻度の最小化を行ったが、先に切換え頻度の最小化を行うこともできる。つまりレーザモジュール選択・指令部20は、第1の光出力指令値をレーザ装置の最大光出力指令値(ここでは8000W)から最小光出力指令値(ここでは50W)まで(或いはこの逆)変える場合に、レーザ発振するレーザモジュールの個数を切換える頻度(すなわち出力可能範囲内の閾値の個数)が最も少なくなるように、Pd、N及びΔNを決定することができる。例えば、Pd、N、ΔN及びΔPiの関係を以下の表3のようにすれば、切換え回数は2回(閾値は2つ)となる。
Figure 2018181952
表3に示すように、閾値Pdが500Wでの切換え時のΔPiが450Wと比較的大きく、ここで比較的大きいノッチが発生する可能性がある。そこで表3の実施例において、ΔPiの上限値を設定することにより、切換え回数(閾値の個数)を維持しつつ、ΔPiを低減することができる。図6は、ΔPiの上限値を200Wと設定した場合の一実施例を示しており、このときのPd、N、ΔN及びΔPiの関係は以下の表4のようになる。
Figure 2018181952
なお図6の実施例は、さらに最適化することもできる。例えば図7に示すように、切換え頻度を2回に維持した上でさらにΔPiが最小化される条件を求めることができ、図7の実施例に相当するPd、N、ΔN及びΔPiの関係は、以下の表5のようになる。この場合、出力可能範囲内での閾値の個数を2つに維持しつつ、ΔPiを150Wまで低減できる。
Figure 2018181952
なお上述の実施例では、切換え前後での各モジュールに対する第2の光出力指令値の変化量ΔPiを用いた処理を説明したが、ΔPiの替わりに、各モジュールに供給される電力の変化量ΔEiを用いてもよい。ΔPiとΔEiは概ね比例関係にあるので、ΔEiを用いた場合でも、上述の例と同等の作用効果が得られる。
また上述の実施例において、レーザモジュール選択・指令部20が求めたPd、N、ΔN及びΔPiの関係は、予め所定のプログラムやメモリ等に記憶させておくことができる。また作業者が、Pd、N、ΔN及びΔPiの少なくとも1つを、レーザ装置に設けたタッチパネルやキーボード等の適当な入力手段を介して手動で設定・変更できるようにしてもよく、その場合レーザモジュール選択・指令部20は、設定・変更された内容に基づいてPd、N、ΔN及びΔPiの関係を再計算することもできる。
図8は、ノッチの発生又は大きさを抑制する他の実施例を説明する図である。レーザモジュール選択・指令部20は、レーザ発振するレーザモジュールの個数を切換えるときに、第2の光出力指令値を変化させるレーザモジュールの内、少なくとも1つのレーザモジュール(ここではモジュール1、2)に対する第2の光出力指令値を、時間的にステップ状(又は不連続)ではなく、勾配を付けて(所定の時間にわたり徐々に)変化させることができる。
具体的には、図3で説明した実施例では、レーザモジュール1に対しては時刻t1において第2の光出力指令値Pb1が2倍に変化する(図8では点線30で図示)が、実線32で示すように所定の時間Δt1にわたって徐々に第2の光出力指令値を増加させることができる。点線30のように第2の光出力指令値Pb1を変化させた場合、モジュール1の実際の光出力はオーバーシュートによって指令値より大きくなり、その結果ノッチが発生することがあるが、実線32のように勾配を付けることにより、オーバーシュートを防止してノッチの発生を抑制することができる。また図3の実施例では、レーザモジュール1に対しては時刻t3において第2の光出力指令値Pb1が1/2に変化する(図8では点線34で図示)が、実線36で示すように所定の時間Δt2にわたって徐々に第2の光出力指令値Pb1を減少させることができる。なおここでの所定の時間Δt1及びΔt2は、レーザモジュールの仕様等によって異なるが、概ね5μs〜50μsの範囲の値として設定可能である。
同様に、図3の実施例では、レーザモジュール2に対しては時刻t1において電力供給が停止する(図8では点線40で図示)が、実線42で示すように所定の時間Δt3にわたって徐々に第2の光出力指令値Pb2を減少させることができる。また図3の実施例では、レーザモジュール2に対しては時刻t2において電力供給が再開される(図8では点線44で図示)が、実線46で示すように所定の時間Δt4にわたって徐々に第2の光出力指令値Pb2を増加させることができる。従ってこの場合も、オーバーシュート等によるノッチの発生を抑制することができる。なおここでの所定の時間Δt3及びΔt4も、レーザモジュールの仕様等によって異なるが、概ね5μs〜50μsの範囲の値として設定可能である。さらに所定の時間Δt1〜Δt4は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
10 レーザ装置
12 レーザモジュール
14 レーザ電源部
16 合波器
18 光出力指令部
20 レーザモジュール選択・指令部
22 制御部
24 第1の光検出器
26 第2の光検出器

Claims (5)

  1. 複数のレーザモジュールと、
    前記レーザモジュールの各々を駆動するためのレーザ電源部と、
    前記複数のレーザモジュールが発振したレーザ光を合波して合波レーザ光として出力する合波器と、
    前記合波レーザ光についての第1の光出力指令を生成する光出力指令部と、
    前記第1の光出力指令に基づいて、前記複数のレーザモジュールから駆動すべきレーザモジュールを選択するとともに、前記複数のレーザモジュールの各々への第2の光出力指令を生成するレーザモジュール選択・指令部と、
    前記第2の光出力指令に基づいて、前記レーザモジュール及び前記レーザ電源部を制御する制御部と、を備え、
    レーザモジュール選択・指令部は、前記第1の光出力指令の変化に応じてレーザ発振する前記レーザモジュールの個数を切換えるときに、個数を切換えた時点から所定の時間が経過するまでの間は、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールに対して、個数を切換える前からレーザ発振していたレーザモジュールだけで前記第1の光出力指令に応じた出力の合波レーザ光が出力されるように前記第2の光出力指令を出力する、レーザ装置。
  2. 前記レーザモジュール選択・指令部は、前記第1の光出力指令の変化に応じてレーザ発振する前記レーザモジュールの個数を変化させるときに、該変化に伴う各レーザモジュールへの第2の光出力指令の変化量又は各レーザモジュールに供給される電力の変化量が所定の上限値以下となるように、レーザ発振するレーザモジュールの個数の切換えの基準となる前記第1の光出力指令の閾値と、切換え前後でのレーザモジュールの個数とを決定する、請求項1のレーザ装置。
  3. 前記レーザモジュール選択・指令部は、前記第1の光出力指令の変化に応じてレーザ発振する前記レーザモジュールの個数を変化させるときに、前記レーザ装置の出力可能範囲内でのレーザ発振するレーザモジュールの個数の切換えの基準となる前記第1の光出力指令の閾値の、前記レーザ装置の出力可能範囲内での個数が最小となるように、前記閾値と、切換え前後でのレーザモジュールの個数とを決定する、請求項1又は2に記載のレーザ装置。
  4. 前記レーザモジュール選択・指令部は、レーザ発振する前記レーザモジュールの個数の変化に伴う各レーザモジュールへの第2の光出力指令の変化量又は各レーザモジュールに供給される電力の変化量が最小又は所定の上限値以下となるように、レーザ発振するレーザモジュールの個数の切換えの基準となる前記第1の光出力指令の閾値と、切換え前後でのレーザモジュールの個数とを決定する、請求項3のレーザ装置。
  5. 前記レーザモジュール選択・指令部は、前記第1の光出力指令の変化に応じてレーザ発振する前記レーザモジュールの個数を変化させるときに、前記第2の光出力指令を変化させるレーザモジュールの内、少なくとも1つのレーザモジュールに対する第2の光出力指令値を、時間的に勾配を付けて変化させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ装置。
JP2017075837A 2017-04-06 2017-04-06 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置 Active JP6502993B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017075837A JP6502993B2 (ja) 2017-04-06 2017-04-06 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置
CN201810258225.5A CN108695682B (zh) 2017-04-06 2018-03-27 具备多个激光模块的激光装置
US15/940,350 US10186830B2 (en) 2017-04-06 2018-03-29 Laser apparatus including plurality of laser modules
DE102018107855.2A DE102018107855B4 (de) 2017-04-06 2018-04-03 Lasersystem mit mehreren Lasermodulen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017075837A JP6502993B2 (ja) 2017-04-06 2017-04-06 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018181952A true JP2018181952A (ja) 2018-11-15
JP6502993B2 JP6502993B2 (ja) 2019-04-17

Family

ID=63587702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017075837A Active JP6502993B2 (ja) 2017-04-06 2017-04-06 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10186830B2 (ja)
JP (1) JP6502993B2 (ja)
CN (1) CN108695682B (ja)
DE (1) DE102018107855B4 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017129790A1 (de) * 2017-12-13 2019-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Laservorrichtung und Laservorrichtung
WO2022235580A1 (en) * 2021-05-01 2022-11-10 Jfl Enterprises, Inc. Illuminating device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10321933A (ja) * 1997-05-15 1998-12-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体励起固体レーザ
JP2006150846A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Canon Inc 画像形成装置及び画像形成方法、プログラム
WO2016060933A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Lumentum Operations Llc Laser system and method of tuning the output power of the laser system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006012888A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Fuji Photo Film Co Ltd 合波レーザ光照射方法および装置
JP5729107B2 (ja) * 2011-04-20 2015-06-03 村田機械株式会社 レーザ発振器制御装置
JP5816370B2 (ja) * 2013-02-27 2015-11-18 コマツ産機株式会社 ファイバレーザ加工機の出力制御方法及びファイバレーザ加工機
JP6378901B2 (ja) * 2014-03-06 2018-08-22 オリンパス株式会社 光源装置、内視鏡装置及び光源制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10321933A (ja) * 1997-05-15 1998-12-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体励起固体レーザ
JP2006150846A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Canon Inc 画像形成装置及び画像形成方法、プログラム
WO2016060933A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Lumentum Operations Llc Laser system and method of tuning the output power of the laser system

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018107855A8 (de) 2018-12-13
US20180294618A1 (en) 2018-10-11
US10186830B2 (en) 2019-01-22
DE102018107855B4 (de) 2021-03-18
DE102018107855A1 (de) 2018-10-11
JP6502993B2 (ja) 2019-04-17
CN108695682B (zh) 2020-07-17
CN108695682A (zh) 2018-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170125976A1 (en) Laser oscillation device for multiplexing and outputting laser light
KR101906015B1 (ko) 단펄스 레이저의 임의 트리거링을 위한 이득 제어
JP5340545B2 (ja) パルスレーザ装置及びそのパルス出力制御方法
JP5851138B2 (ja) 高パワーパルス光発生装置
JP2018503966A (ja) レーザシステム、及び、レーザシステムの出力パワーを調整する方法
JP6568136B2 (ja) 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置
JP6502993B2 (ja) 複数のレーザモジュールを備えたレーザ装置
JP2009267937A (ja) 光送信器、及び、光送信器の制御方法
JP2012502487A (ja) 切換可能な出力モードを有するレーザシステム
KR20140115250A (ko) 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법
JP4742323B2 (ja) レーザ発振器およびレーザ発振器制御方法
KR102526923B1 (ko) 극자외 소스용 가변 반경 미러 이색성 빔 분할기 모듈
JP2019104046A5 (ja)
JP2005158984A (ja) レーザ発振器
JP6957113B2 (ja) レーザ制御装置
JP2008085103A (ja) 波長制御方法及び波長可変レーザ
JP2009006369A (ja) レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
JP6199224B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2000343256A (ja) レーザ同期パルスのディレイ装置と制御方法
JP2005268558A (ja) レーザ装置
JP2009176944A (ja) ファイバーレーザ装置及び制御方法
JP2009182193A (ja) レーザ加工装置
JP5361814B2 (ja) レーザ加工装置
JP2017188561A (ja) 発光装置及びその制御方法
JP2005219082A (ja) パルスレーザ照射パルスアーク溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181025

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190322

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6502993

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150