JP5260097B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物にレーザ光を照射して所望のレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs desired laser processing by irradiating a workpiece with laser light.
最近、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が実用化されてきている。その中で、ファイバMOPA(Master Oscillator _ Power Amplifier)方式のファイバレーザ加工装置も注目されている。 Recently, fiber laser processing apparatuses that perform desired laser processing by irradiating a workpiece with laser light generated by a fiber laser have been put into practical use. Among them, a fiber laser processing apparatus of a fiber MOPA (Master Oscillator_Power Amplifier) system is also attracting attention.
ファイバMOPA方式は、特許文献1に開示されるように、所定の希土類元素を含むコアを有する光ファイバをレーザ増幅用に使用し、シード(種)レーザ発振部で生成した低出力のシードレーザ光を一端から該光ファイバのコアに入れて他端まで伝播させながら、コアを励起することによって、コアの中でシードレーザ光を高出力の加工用レーザ光に増幅または変換するものであり、光/光変換効率が高くてビームモードが安定している等の特長を有している。 As disclosed in Patent Document 1, the fiber MOPA system uses an optical fiber having a core containing a predetermined rare earth element for laser amplification and generates a low-power seed laser beam generated by a seed (seed) laser oscillation unit. Is excited into the core of the optical fiber from one end and propagated to the other end while the core is excited to amplify or convert the seed laser beam into a high-power processing laser beam. / It has features such as high light conversion efficiency and stable beam mode.
ファイバMOPA方式において、シードレーザ発振部の活性媒質を光学的に励起するための励起光源は、半導体レーザつまりレーザダイオード(LD)が主流になっている。また、増幅用光ファイバのコアを光学的に励起するための励起光源にもレーザダイオードがよく使われている。
上記のようなファイバMOPA方式を採る従来のファイバレーザ加工装置は、加工用レーザ光の出力を所望の値または波形に制御するために、加工用レーザ光の出力を測定して、レーザ出力測定値をシードレーザ発振部にフィードバックし、活性媒質励起用のレーザダイオードに供給するLD駆動電流を可変制御するようにしている。シードレーザ発振部では、例えばQスイッチ等を用いて繰り返しパルスを発振出力している。そして、その繰り返しパルスの繰り返し周波数を変化させることがある。このように繰り返し周波数が変化する場合、シードレーザ発振部内のLD駆動電流をフィードバック制御によって可変制御する方式ではレーザ出力制御の応答速度や自由度が低くなるおそれがある。 The conventional fiber laser processing apparatus adopting the fiber MOPA method as described above measures the output of the processing laser beam and controls the laser output measurement value in order to control the output of the processing laser beam to a desired value or waveform. Is fed back to the seed laser oscillator, and the LD drive current supplied to the laser diode for exciting the active medium is variably controlled. The seed laser oscillation unit oscillates and outputs repetitive pulses using, for example, a Q switch. Then, the repetition frequency of the repetition pulse may be changed. When the repetition frequency changes in this manner, the response speed and the degree of freedom of laser output control may be lowered in the method of variably controlling the LD drive current in the seed laser oscillation unit by feedback control.
加えて、上記のように、従来のこの種のファイバレーザ加工装置では、シードレーザ発振部の活性媒質や増幅用光ファイバのコアを光学的に励起するために複数のレーザダイオードを使用し、各レーザダイオードの出力の管理ないし制御をLD電流で行っている。これらのレーザダイオードは経時変化または経年劣化により個々の出力を低下させる。そこで、人(作業員、保守員等)がレーザパワー測定器を用いて随時または定期的に各レーザダイオードのLD出力を測定し、所望のレーザ出力を保つようにLD電流の調整を行っている。また、加工用レーザ光の出力が異常に低下して加工不良が出た場合も、人的作業によって各部のLD出力を測定して原因調査を行っている。このような人的作業は、メンテナンスの効率性や精度が良くなく、生産性の低下を来たす。 In addition, as described above, this type of conventional fiber laser processing apparatus uses a plurality of laser diodes to optically excite the active medium of the seed laser oscillation unit and the core of the optical fiber for amplification. Management or control of the output of the laser diode is performed by the LD current. These laser diodes reduce their individual output due to aging or aging. Therefore, a person (worker, maintenance staff, etc.) measures the LD output of each laser diode using a laser power measuring device as needed or periodically, and adjusts the LD current so as to maintain a desired laser output. . Further, even when the processing laser light output is abnormally lowered and processing defects occur, the cause investigation is performed by measuring the LD output of each part by human work. Such human work is not efficient and accurate in maintenance, and decreases productivity.
さらに、励起用のレーザダイオードは消耗品であり、定格の出力が得られなくなる前に交換する必要がある。この点に関して、従来のファイバレーザ加工装置は、励起用レーザダイオードの寿命または交換時機を告知するモニタリング機能がない。このため、人的作業によって各レーザダイオードの寿命または交換時機を累積使用時間等から推定している。しかし、レーザダイオードの寿命は個体差や使用環境によってばらつきがあり、一律に累積使用時間から各レーザダイオードの寿命を推し量るのは的確性に欠けていた。 Furthermore, the laser diode for excitation is a consumable item and needs to be replaced before the rated output can be obtained. In this regard, the conventional fiber laser processing apparatus does not have a monitoring function for notifying the life of the excitation laser diode or the time for replacement. For this reason, the life or replacement time of each laser diode is estimated from the accumulated usage time etc. by human work. However, the lifespan of laser diodes varies depending on individual differences and usage environments, and it has not been accurate to estimate the lifespan of each laser diode from the cumulative usage time.
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、加工用レーザ出力の安定性および制御性を改善するファイバMOPA方式のレーザ加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a fiber MOPA laser processing apparatus that improves the stability and controllability of the processing laser output.
また、本発明は、レーザ発振部、レーザ増幅部、励起部等の各部の機能または状態(性能、安全性、劣化状況等)について人的作業を不要とする診断機能を備え、メンテナンス性および生産性を向上させるファイバMOPA方式のレーザ加工装置を提供することを目的とする。 In addition, the present invention is equipped with a diagnostic function that eliminates the need for human work on the function or state (performance, safety, deterioration status, etc.) of each unit such as the laser oscillation unit, laser amplification unit, excitation unit, etc. An object of the present invention is to provide a fiber MOPA-type laser processing apparatus that improves performance.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の観点におけるレーザ加工装置は、シードレーザ光を発振出力するシードレーザ発振部と、所定の希土類元素を含むコアを有し、前記シードレーザ発振部からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端から該増幅用光ファイバの中に入射して前記シードレーザ光を増幅させるためのコア励起用レーザ光を出力するファイバコア励起部と、前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、前記シードレーザ発振部より出射される前記シードレーザ光の出力を測定するシードレーザ出力測定部と、前記加工用レーザ光の出力を測定する加工用レーザ出力測定部と、前記加工用レーザ出力測定部より得られる加工用レーザ出力測定値が予め設定された指令値に一致するように前記ファイバコア励起部を制御する加工用レーザ出力制御部とを有する。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a seed laser oscillation unit that oscillates and outputs a seed laser beam, and a core that includes a predetermined rare earth element. The seed laser beam from one part is inserted into the core from one end, the seed laser beam is amplified and output from the other end, and the amplification optical fiber from one end of the amplification optical fiber A fiber core excitation unit that outputs a core excitation laser beam that is incident on and amplifies the seed laser beam, and a laser that emits a laser beam emitted from the other end of the amplification optical fiber as a processing laser beam and emitting unit, the seed laser output measuring unit that measures an output of the seed laser beam emitted from the seed laser oscillating unit, processing for measuring the output of the processing laser beam A laser output measuring unit, and a processing laser output control unit for controlling the fiber core exciting unit as the processing laser output measured value obtained from the processing laser output measuring unit becomes equal to a preset command value Have.
上記の装置構成においては、シードレーザ発振部で生成されるシードレーザ光の出力をシードレーザ出力測定部でモニタリングし、加工用レーザ出力の安定性および制御性を向上させることができる。たとえば、本発明の好適な一態様として、シードレーザ出力制御部によりシードレーザ発振部を制御して、シードレーザ出力測定値を予め設定された基準値に一致させることで、加工用レーザ出力の安定性を高めることができる。特に好適な一態様においては、シードレーザ発振部が、固体の活性媒質を含むレーザ共振器と、活性媒質を励起する活性媒質励起部とを有する。この場合、シードレーザ出力制御部は、シードレーザ出力測定値を基準値に一致させるように、活性媒質励起部を制御してよい。 In the above apparatus configuration, the output of the seed laser light generated by the seed laser oscillation unit can be monitored by the seed laser output measurement unit, and the stability and controllability of the processing laser output can be improved. For example, as a preferable aspect of the present invention, the seed laser output control unit controls the seed laser oscillation unit so that the seed laser output measurement value matches the preset reference value, thereby stabilizing the processing laser output. Can increase the sex. In a particularly preferred aspect, the seed laser oscillation unit includes a laser resonator including a solid active medium and an active medium excitation unit that excites the active medium. In this case, the seed laser output control unit may control the active medium excitation unit so that the seed laser output measurement value matches the reference value.
また、好適な一態様においては、シードレーザ発振部が、レーザ共振器内で活性媒質と同一の光路上に配置されたQスイッチと、Qスイッチパルスのレーザ光を所定の繰り返し周波数で生成するようにQスイッチを駆動するQスイッチ駆動部とを有する。 In a preferred aspect, the seed laser oscillation unit generates a Q switch disposed on the same optical path as the active medium in the laser resonator and a laser beam having a Q switch pulse at a predetermined repetition frequency. And a Q switch driving unit for driving the Q switch.
また、好ましくは、活性媒質励起部が、活性媒質を励起するための活性媒質励起用レーザ光を発振出力する第1レーザダイオードと、この第1レーザダイオードに第1LD駆動電流を供給する第1LD電源とを有する。この場合、シードレーザ出力制御部は、シードレーザ出力測定値を基準値に一致させるように、第1LD電源を通じて第1LD駆動電流を制御する。第1レーザダイオードは、第1伝送用光ファイバを介して活性媒質に光学的に結合されてもよい。こうすれば、第1レーザダイオードから出力された活性媒質励起用レーザ光をレーザ発振器へ確実に入射することができる。また、伝送用光ファイバはシードレーザ発振部内において自在に曲げた状態で配設できるので、シードレーザ発振部を構成する要素、特に第1レーザダイオードとレーザ共振器の配置に自由度をもたせることができる。 Preferably, the active medium excitation unit oscillates and outputs an active medium excitation laser beam for exciting the active medium, and a first LD power supply for supplying a first LD drive current to the first laser diode. And have. In this case, the seed laser output control unit controls the first LD drive current through the first LD power source so that the seed laser output measurement value matches the reference value. The first laser diode may be optically coupled to the active medium via the first transmission optical fiber. In this way, the active medium excitation laser beam output from the first laser diode can be reliably incident on the laser oscillator. In addition, since the transmission optical fiber can be arranged in a bent state in the seed laser oscillation unit, it is possible to give flexibility to the elements constituting the seed laser oscillation unit, particularly the arrangement of the first laser diode and the laser resonator. it can.
また、上記第1の観点の装置構成においては、加工用レーザ光の出力を測定する加工用レーザ出力測定部と、この加工用レーザ出力測定部より得られる加工用レーザ出力測定値が予め設定された指令値に一致するようにファイバコア励起部を制御する加工用レーザ出力制御部とが更に設けられる。この場合、好ましくは、ファイバコア励起部が、コア励起用レーザ光を発振出力する第2レーザダイオードと、この第2レーザダイオードに第2LD駆動電流を供給する第2LD電源とを有する。そして、加工用レーザ出力制御部が、加工用レーザ出力測定値を指令値に一致させるように、第2LD電源を通じて第2LD駆動電流を制御する。かかる構成によれば、上記のように、シードレーザ発振部と、シードレーザ出力測定部と、シードレーザ出力制御部とを含むシードレーザ・パワーフィードバック機構によりシードレーザ光の出力を安定かつ正確に基準値に一致させているので、ファイバコア励起部を通じて加工用レーザ光の出力を指令値に一致または追従させるパワーフィードバック制御をより安定に高速化することができる。
Further, the Oite the device configuration of the first aspect, the processing laser output measuring unit that measures the output of the processing laser beam, processing laser output measured value obtained from the processing laser output measuring unit in advance A processing laser output control unit that controls the fiber core excitation unit so as to coincide with the set command value is further provided. In this case, preferably, the fiber core pumping unit includes a second laser diode that oscillates and outputs a core pumping laser beam, and a second LD power source that supplies a second LD drive current to the second laser diode. Then, the processing laser output control unit controls the second LD drive current through the second LD power supply so that the processing laser output measurement value matches the command value. According to such a configuration, as described above, the seed laser power output including the seed laser oscillation unit, the seed laser output measurement unit, and the seed laser output control unit is used to stably and accurately reference the output of the seed laser beam. Therefore, the power feedback control for matching or following the output of the processing laser beam with the command value through the fiber core excitation unit can be speeded up more stably.
なお、第2レーザダイオードは、第2伝送用光ファイバを介して活性媒質に光学的に結合されてもよい。こうすれば、第2レーザダイオードから出力されたコア励起用レーザ光を増幅用光ファイバへ確実に入射することができる。また、第2伝送用光ファイバは自在に曲げた状態で配設できるので、ファイバコア励起部と増幅用光ファイバとの配置に自由度をもたせることができる。 The second laser diode may be optically coupled to the active medium via the second transmission optical fiber. By so doing, the core excitation laser beam output from the second laser diode can be reliably incident on the amplification optical fiber. In addition, since the second transmission optical fiber can be arranged in a freely bent state, the arrangement of the fiber core excitation unit and the amplification optical fiber can be given a degree of freedom.
本発明の第2の観点におけるレーザ加工装置は、シードレーザ光を発振出力するための固体の活性媒質を含むレーザ共振器と、前記活性媒質を励起するための活性媒質励起用レーザ光を発振出力するレーザダイオードと、前記レーザダイオードにLD駆動電流を供給するLD電源と、所定の希土類元素を含むコアを有し、前記レーザ共振器からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端から該増幅用光ファイバの中に入射して前記シードレーザ光を増幅させるためのコア励起用レーザ光を出力するファイバコア励起部と、前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、前記レーザダイオードより出射される前記活性媒質励起用レーザ光の出力を測定する活性媒質励起用レーザ出力測定部と、前記活性媒質励起用レーザ出力測定部より得られる活性媒質励起用レーザ出力測定値が予め設定された上限値を超えないように、前記LD電源を制御する活性媒質励起用レーザ出力制御部とを有する。
A laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention oscillates and outputs a laser resonator including a solid active medium for oscillating and outputting seed laser light, and an active medium excitation laser light for exciting the active medium. A laser diode, an LD power supply for supplying an LD drive current to the laser diode, and a core containing a predetermined rare earth element, and the seed laser light from the laser resonator is put into the core from one end, Amplifying optical fiber for amplifying the seed laser light to be output from the other end, and for core excitation for amplifying the seed laser light by entering the optical fiber for amplification from one end of the optical fiber for amplification A fiber core excitation unit that outputs laser light; a laser emission unit that emits laser light emitted from the other end of the amplification optical fiber as processing laser light; and the laser An active medium exciting laser output measuring unit for measuring an output of said active medium exciting laser light emitted from the diode, sets the active medium exciting active medium excitation laser output measured value obtained from the laser output measuring unit in advance And an active medium excitation laser output controller for controlling the LD power supply so as not to exceed the set upper limit value .
上記の装置構成においては、レーザ共振器の活性媒質を励起するためのレーザダイオードの出力をシードレーザ出力測定部でモニタリングし、レーザ共振器ないしこれを励起する機構(レーザダイオード、LD電源等)の保護または安定性能の維持を図ることができる。さらに、活性媒質励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値を励起用レーザ出力制御部にフィードバックし、励起用レーザ出力測定値が予め設定された上限値を超えないように、励起用レーザ出力制御部がLD電源を制御する。これにより、過大な励起エネルギーでレーザ共振器の活性媒質が破損するのを未然に防ぐことができる。 In the above apparatus configuration, the output of the laser diode for exciting the active medium of the laser resonator is monitored by the seed laser output measuring unit, and the laser resonator or a mechanism for exciting the laser resonator (laser diode, LD power supply, etc.) Protection or stable performance can be maintained. Furthermore , the excitation laser output measurement value obtained from the active medium excitation laser output measurement unit is fed back to the excitation laser output control unit, so that the excitation laser output measurement value does not exceed the preset upper limit value. The laser output control unit controls the LD power source. As a result, it is possible to prevent the active medium of the laser resonator from being damaged by excessive excitation energy.
また、好適な一態様として、励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値に基づいて、レーザダイオードの寿命または交換時機を告知するLD寿命告知部を備えてもよい。 Further, as a preferred embodiment, an LD life notification unit for notifying the life of the laser diode or the replacement timing may be provided based on the excitation laser output measurement value obtained from the excitation laser output measurement unit.
また、好適な一態様においては、レーザ共振器より出射されるシードレーザ光の出力を測定するシードレーザ出力測定部と、この励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値とシードレーザ出力測定部より得られるシードレーザ出力測定値とに基づいて、LD電源、レーザダイオードおよびレーザ共振器の少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する診断部とが更に設けられる。該レーザダイオードは、伝送用の光ファイバを介してレーザ共振器の活性媒質に光学的に結合されてもよい。この場合、診断部は、伝送用光ファイバの正常/異常を診断することもできる。 In a preferred embodiment, the seed laser output measurement unit that measures the output of the seed laser light emitted from the laser resonator, the excitation laser output measurement value obtained from the excitation laser output measurement unit, and the seed laser A diagnostic unit for diagnosing whether the function of at least one of the LD power supply, the laser diode, and the laser resonator is normal or abnormal based on the seed laser output measurement value obtained from the output measurement unit is further provided. It is done. The laser diode may be optically coupled to the active medium of the laser resonator via a transmission optical fiber. In this case, the diagnosis unit can also diagnose the normality / abnormality of the transmission optical fiber.
本発明の第3の観点におけるレーザ加工装置は、シードレーザ光を発振出力するシードレーザ発振部と、所定の希土類元素を含むコアを有し、前記シードレーザ発振部からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、前記増幅用光ファイバのコアの中で前記シードレーザ光を増幅するために、前記コアを励起するためのコア励起用レーザ光を発振出力するレーザダイオードと、前記レーザダイオードにLD駆動電流を供給するLD電源と、前記レーザダイオードより出射される前記コア励起用レーザ光の出力を測定するコア励起用レーザ出力測定部とを有する。 A laser processing apparatus according to a third aspect of the present invention includes a seed laser oscillation unit that oscillates and outputs a seed laser beam, and a core that includes a predetermined rare earth element, and the seed laser beam from the seed laser oscillation unit is one end. An optical fiber for amplification that enters the core and amplifies the seed laser light to be emitted from the other end, and laser emission that emits laser light emitted from the other end of the optical fiber for amplification as processing laser light A laser diode that oscillates and outputs a core excitation laser beam for exciting the core in order to amplify the seed laser light in the core of the amplification optical fiber, and an LD drive current to the laser diode And a core excitation laser output measuring unit for measuring the output of the core excitation laser light emitted from the laser diode.
上記の装置構成においては、増幅用光ファイバのコアを励起するためのレーザダイオードの出力を励起用レーザ出力測定部でモニタリングし、増幅用光ファイバ、レーザ共振器ないしこれを励起する機構(レーザダイオード、LD電源等)の保護または安定性能の維持を図ることができる。たとえば、好適な一態様として、励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値を励起用レーザ出力制御部にフィードバックし、励起用レーザ出力測定値が予め設定された上限値を超えないように、励起用レーザ出力制御部がLD電源を制御するようにしてよく、これによって過大な励起エネルギーでレーザ共振器の活性媒質が破損するのを未然に防ぐことができる。 In the above apparatus configuration, the output of the laser diode for exciting the core of the amplification optical fiber is monitored by the excitation laser output measuring unit, and the amplification optical fiber, the laser resonator or a mechanism for exciting the same (laser diode) , LD power supply, etc.) or stable performance can be maintained. For example, as a preferred embodiment, the excitation laser output measurement value obtained from the excitation laser output measurement unit is fed back to the excitation laser output control unit, and the excitation laser output measurement value does not exceed a preset upper limit value. As described above, the pumping laser output control unit may control the LD power source, thereby preventing the active medium of the laser resonator from being damaged by excessive pumping energy.
また、好適な一態様として、励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値に基づいて、レーザダイオードの寿命または交換時機を告知するLD寿命告知部を備えてもよい。 Further, as a preferred embodiment, an LD life notification unit for notifying the life of the laser diode or the replacement timing may be provided based on the excitation laser output measurement value obtained from the excitation laser output measurement unit.
また、好適な一態様においては、加工用レーザ光の出力を測定する加工用レーザ出力測定部と、この励起用レーザ出力測定部より得られる励起用レーザ出力測定値と加工用レーザ出力測定部より得られる加工用レーザ出力測定値とに基づいて、LD電源、レーザダイオードおよび増幅用光ファイバの少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する診断部とが更に備えられる。該レーザダイオードは、伝送用の光ファイバを介して増幅用光ファイバに光学的に結合されてよい。この場合、診断部は、伝送用光ファイバの正常/異常を診断することもできる。 In a preferred embodiment, the processing laser output measurement unit that measures the output of the processing laser beam, the excitation laser output measurement value obtained from the excitation laser output measurement unit, and the processing laser output measurement unit A diagnostic unit is further provided for diagnosing whether the function of at least one of the LD power source, the laser diode, and the amplification optical fiber is normal or abnormal based on the obtained processing laser output measurement value. The laser diode may be optically coupled to the amplification optical fiber via a transmission optical fiber. In this case, the diagnosis unit can also diagnose the normality / abnormality of the transmission optical fiber.
本発明のレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、ファイバMOPA方式における加工用レーザ出力の安定性および制御性を改善することができる。さらに、レーザ発振部、レーザ増幅部、励起部等の各部の機能または状態(性能、安全性、劣化状況等)を人的作業を必要とせずに装置側で自動的に診断することが可能であり、メンテナンス性および生産性を向上させることができる。 According to the laser processing apparatus of the present invention, the stability and controllability of the processing laser output in the fiber MOPA system can be improved by the configuration and operation as described above. Furthermore, it is possible to automatically diagnose the function or state (performance, safety, deterioration status, etc.) of each part such as the laser oscillation part, laser amplification part, excitation part, etc. on the device side without requiring human work. Yes, maintainability and productivity can be improved.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す。このレーザ加工装置は、ファイバMOPA方式のファイバレーザ加工装置として構成されており、増幅用の光ファイバ(以下「アンプファイバ」と称する。)10、シードレーザ発振部12、ファイバコア励起部14、レーザ出射部16、加工テーブル18、制御部20、レーザ出力測定部22,24、LD出力測定部26,28等を備えている。
In FIG. 1, the structure of the laser processing apparatus in one Embodiment of this invention is shown. This laser processing apparatus is configured as a fiber MOPA type fiber laser processing apparatus, and includes an amplification optical fiber (hereinafter referred to as “amplifier fiber”) 10, a seed
アンプファイバ10は、図示省略するが、希土類元素たとえばイッテルビウム(Yb)のイオンをドープしたたとえば石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、コアを後述するシードレーザ光SBの伝播光路とし、クラッドを後述するコア励起用レーザ光FBの伝播光路としている。このアンプファイバ10の長さは任意に、たとえば数mに選ばれてよい。
Although not shown, the
シードレーザ発振部12は、QスイッチパルスのYAGレーザ光(波長1064nm)を発振出力するレーザ共振器30を有している。このレーザ共振器30は、光学的に対向して配置された一対の共振器ミラー32,34の間に直線配列型でYAGロッド(活性媒質)36とQスイッチ38とを配置している。Qスイッチ38は、たとえば音響光学スイッチからなり、制御部20の制御の下でQスイッチドライバ40により所定の周波数でスイッチングされる。
The seed
シードレーザ発振部12は、YAGロッド36を励起するために端面励起方式の電気光学励起部42を有している。この電気光学励起部42は、ファイバカップリングLD44およびLD電源46等を備えている。ファイバカップングLD44は、制御部20の制御の下でLD電源46よりLD駆動電流I1を注入され、たとえば波長808nmのYAGロッド励起用レーザ光EBを連続発振で出力する。ファイバカップリングLD44で生成されたYAGロッド励起用レーザ光EBは、収束レンズ(図示せず)を介して伝送用の光ファイバ(以下、「伝送ファイバ」と称する。)48の一端面(入射端面)に入射し、伝送ファイバ48の中を伝搬してその他端面(出射端面)より放射状に出て、コリメートレンズおよび収束レンズ(図示せず)を通ってレーザ共振器30の中に入り、全反射ミラー32を裏側から透過してYAGロッド36の一端面に入射し、YAGロッド36を連続的または持続的にポンピングする。この連続ポンピングによりレーザ共振器30内にエネルギーを蓄積して(反転分布を生成して)Qスイッチ38をスイッチングさせると、ジャイアントパルス発振が起こって、ピークパワーのきわめて高いQスイッチパルスのYAGレーザ光がレーザ共振器30の出力ミラー34から出力される。なお、伝送ファイバ48は、たとえばSI(ステップインデックス)形ファイバであってよい。
The seed
この実施形態では、電気光学励起部42に付随して、ファイバカップリングLD44で生成されたYAGロッド励起用レーザ光EBのパワー(LD出力)を測定するために、ミラー50およびLD出力測定部26が設けられている。ミラー50は、伝送ファイバ48の入射端面の手前でYAGロッド励起用レーザ光EBのごく一部(たとえば1%)を反射する。LD出力測定部26は、光電変換素子および測定回路を有し、ミラー50からの反射光MEBを受光して電気信号に変換し、信号処理によってレーザ光EBのレーザ出力(LD出力)測定値を求める。LD出力測定部26で得られたLD出力測定値は、後述するモニタリングのために制御部20へ送られる。
In this embodiment, in order to measure the power (LD output) of the YAG rod excitation laser beam EB generated by the
上記のようにしてシードレーザ発振部12より発振出力されるQスイッチパルスのYAGレーザ光は、シードレーザ光SBとしてアンプファイバ10に導入される。図示省略するが、シードレーザ発振部12のレーザ出射口とアンプファイバ10の入射端面10aとの間に入射光学系のビームエクスパンダおよび収束レンズが配置されている。シードレーザ発振部12からのQスイッチパルスのシードレーザ光SBは、該ビームエクスパンダでビーム径を拡げてから該収束レンズを通ってアンプファイバ10の入射端面10a(より正確にはコアの入射端面)に集光入射するようになっている。
The Y switch laser beam of the Q switch pulse oscillated and output from the
このファイバレーザ加工装置においては、後述するようにアンプファイバ10内でシードレーザ光SBを増幅して被加工物W向けの加工用レーザ光MBを生成するので、シードレーザ光SBのレーザ出力(実効値)を非常に低い値(たとえば1W程度)に設定することが可能であり、それに関連してシードレーザ発振部12を小出力の固体レーザとして構成し、特に電気光学励起部42に小出力のファイバカップリングLDを使用することができる。このように、シードレーザ発振部12は小出力のYAGレーザであり、しかも端面励起方式を採るので、シングルモードのシードレーザ光SBを容易に得ることができる。
In this fiber laser processing apparatus, as will be described later, the seed laser beam SB is amplified in the
この実施形態では、シードレーザ発振部12より発振出力されるシードレーザ光SBのパワーまたはレーザ出力を測定するために、ミラー52およびレーザ出力測定部24が設けられている。ミラー52は、シードレーザ発振部12より出射されたシードレーザ光SBの大部分を透過させ、そのごく一部(たとえば1%)を反射する。LD出力測定部24は、光電変換素子および測定回路を有しており、ミラー52からの反射光MSBを受光して電気信号に変換し、信号処理によってシードレーザ光SBのレーザ出力測定値を求める。LD出力測定部26で得られたシードレーザ出力測定値は、後述するレーザ出力制御およびモニタリングのために制御部20へ送られる。
In this embodiment, a
ファイバコア励起部14は、ファイバカップリングLD54、LD電源56、伝送ファイバ58等を有している。ファイバカップリングLD54は、制御部20の制御の下でLD電源56よりLD駆動電流I2を注入され、たとえば波長980nmのコア励起用のレーザ光FBを連続発振で出力する。なお、ファイバカップリングLD54は、アンプファイバ10のコアをたとえば30〜80W程度の比較的高いパワーで励起できるように、LD素子を一次元または二次元に多数配列してなる比較的大規模なアレイ構造またはスタック構造を採るのが好ましい。
The fiber
ファイバカップリングLD54より出射されたコア励起用レーザ光FBは、収束レンズ(図示せず)を通って伝送ファイバ58の一端面(入射端面)に集光入射する。伝送ファイバ58は、たとえばSI形ファイバからなり、LD54から取り込んだコア励起用レーザ光FBをアンプファイバ10の入射面10a付近まで伝送する。
The core excitation laser beam FB emitted from the
伝送ファイバ58の他端面(出射端面)は、コリメートレンズ,収束レンズ(図示せず)および折り返しミラー60を介してアンプファイバ10の入射面10aに光学的に結合されている。折り返しミラー60は、伝送ファイバ58の出射側の光軸とアンプファイバ10の入射側の光軸とが交差する位置に所定の角度または向きで配置されており、コア励起光FBの波長に対して反射性の膜と加工用レーザ光MBの波長に対して非反射性の膜とをコーティングしている。伝送ファイバ58の出射端面から出射されたコア励起用レーザ光FBは、上記コリメートレンズで平行光にコリメートされ,上記収束レンズで集光させられ、折り返しミラー60で光路を直角に曲げてアンプファイバ10の入射端面10aに入射する。
The other end surface (outgoing end surface) of the
この実施形態では、ファイバコア励起部14に付随して、ファイバカップリングLD54で生成されたコア励起用レーザ光FBのパワー(LD出力)を測定するために、ミラー62およびLD出力測定部28が設けられている。ミラー62は、伝送ファイバ58の入射端面の手前でコア励起用レーザ光FBのごく一部(たとえば1%)を反射する。LD出力測定部28は、光電変換素子および測定回路を有し、ミラー62からの反射光MFBを受光して電気信号に変換し、信号処理によってコア励起用レーザ光FBのレーザ出力測定値を求める。LD出力測定部28で得られたレーザ出力測定値は、後述するモニタリングのために制御部20へ送られる。
In this embodiment, a
アンプファイバ10においては、上記のように、その入射端面10aに、シードレーザ発振部12からのQスイッチパルスのシードレーザ光SBとファイバコア励起部14からの連続発振のコア励起用レーザ光FBとが入射する。なお、後述するようにアンプファイバ10の反対側の端面10bにコア励起用レーザ光FBを入射させることも可能である。
In the
アンプファイバ10において、シードレーザ光SBは、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ他端面(出射端面10b)側に向って伝搬する。一方、コア励起用レーザ光FBは、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアンプファイバ10の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のYbイオンを光励起する。こうして、シードレーザ光SBは、アンプファイバ10を伝搬する間に活性状態のコアの中で指令値(たとえば30W)のレーザ出力を有するまでに増幅され、高出力の加工用レーザ光MBとしてアンプファイバ10の出射端面10bより外へ出る。この加工用レーザ光MBは、シードレーザ光SBと同じ波長(1064nm)のYAGレーザ光である。
In the
アンプファイバ10は、口径が10μm程度、長さが数メートル程度の細長いコアにシードレーザ光SBを閉じ込めて増幅するので、ビーム径が細くてビーム広がり角の小さな加工用レーザ光MBを取り出すことができる。しかも、アンプファイバ10の入射端面10aに入射したコア励起用レーザ光FBがアンプファイバ10の中で長い光路を伝搬する間に何度もコアを横切って励起エネルギーを使い果たすので、非常に高い効率で低出力(たとえば1W)のシードレーザ光SBを高出力(30W)の加工用レーザ光MBまで増幅することができる。
The
加えて、アンプファイバ10のコアは熱レンズ効果を起こさないため、ビームモードが非常に安定しており、特別な冷却は要らない。したがって、シードレーザ光SBのシングルモードをアンプファイバ10内でも安定に保ったまま増幅して、シングルモードの加工用レーザ光MBを得ることができる。
In addition, since the core of the
なお、コア励起用レーザ光FBは、アンプファイバ10内でそのレーザエネルギーを殆ど使い果たし、その光強度を相当減衰させた状態でアンプファイバ10の出射端面10bから外へ出る。アンプファイバ10を通り抜けたこの用済みの光FBを側方へ外すための折り返しミラー(図示せず)を配置してもよい。
It should be noted that the core excitation laser beam FB exits from the
上記のようにアンプファイバ10の出射端面10bより光軸上に出たQスイッチパルスの加工用レーザ光MBは、折り返しミラー64をまっすぐ透過し、たとえばベントミラー66で光路を変えて出射ユニット16に入る。
As described above, the Q-switched pulse processing laser beam MB that has emerged on the optical axis from the output end face 10 b of the
出射ユニット16には、ガルバノメータ・スキャナやfθレンズなどが収容されている。ガルバノメータ・スキャナは、直交する2方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部20の制御の下でシードレーザ発振部12のQスイッチング動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、アンプファイバ10からのQスイッチパルスの加工用レーザ光MBを加工テーブル18上の被加工物W表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Wの表面に施されるマーキング加工は、典型的には文字や図形等を描画するものであるが、トリミング等の表面除去加工等も可能である。
The
この実施形態では、Qスイッチパルスの加工用レーザ光MBのレーザ出力を測定するために、上記折り返しミラー64およびレーザ出力測定部22が設けられている。ミラー64は、アンプファイバ10より出射された加工用レーザ光MBの大部分を透過させ、そのごく一部(たとえば1%)を反射する。レーザ出力測定部22は、光電変換素子および測定回路を有しており、ミラー64からの反射光MMBを受光して電気信号に変換し、信号処理によって加工用レーザ光MBのレーザ出力測定値を求める。LD出力測定部22で得られた加工用レーザ出力測定値は、後述するレーザ出力制御およびモニタリングのために制御部20へ送られる。
In this embodiment, the
制御部20は、マイクロコンピュータで構成されてよく、入力・設定・演算等のデータ処理を行って装置全体ないし各部の制御を行い、キーボード等の入力部(図示せず)および液晶ディスプレイ等の表示部68からなるマン・マシン・インタフェースを介して人(作業員、保守員等)とデータまたは情報のやりとりを行う。
The
上記のように、このファイバレーザ加工装置は、加工用レーザ光MBのレーザ出力を測定するためのレーザ出力測定部22だけでなく、シードレーザ光SBのレーザ出力を測定するためのレーザ出力測定部24、YAGロッド励起用レーザ光EBのレーザ出力(LD出力)を測定するためのLD出力測定部26およびコア励起用レーザ光FBのレーザ出力(LD出力)を測定するためのLD出力測定部28も備えている。制御部20は、これら4つのレーザ出力(またはLD出力)測定部22,24,26,28で求められたレーザ出力(またはLD出力)測定値を所定のレーザ出力制御用またはモニタリング用のプログラムにかけて所定の演算処理を行い、演算結果にしたがって各部の動作の制御や所要のモニタ情報の表示出力を行う。
As described above, this fiber laser processing apparatus includes not only the laser
以下に、このファイバレーザ加工装置においてレーザ出力(またはLD出力)測定部22,24,26,28を用いる種種の機能について説明する。
Hereinafter, various functions using the laser output (or LD output) measuring
第1に、このファイバレーザ加工装置は、レーザ出力測定部24を用いてシードレーザ光SBのレーザ出力を基準値に保持する機能を有している。より詳細には、シードレーザ発振部12より出射されたシードレーザ光SBのレーザ出力がレーザ出力測定部24で測定され、そのレーザ出力測定値が制御部20にフィードバックされる。制御部20は、レーザ共振器30で発振出力されるQスイッチパルスのシードレーザ光SBについてその繰り返し周波数に応じたレーザ出力基準値を設定しており、レーザ出力測定部24からのレーザ出力測定値が該レーザ出力基準値に一致するように、LD電源46を通じて、ファイバカップリングLD44に供給されるLD駆動電流I1の電流値を制御する。
First, the fiber laser processing apparatus has a function of holding the laser output of the seed laser beam SB at a reference value using the laser
すなわち、LD駆動電流I1の電流値を可変することで、ファイバカップリングLD44で生成されるYAGロッド励起用レーザ光EBの出力を可変し、ひいてはレーザ共振器30内の反転分布生成速度を可変し、シードレーザ光SBの出力(実効値または平均値)を可変することができる。ここで、シードレーザ光SBの出力は主としてQスイッチパルスの繰り返し周波数によって左右されるので、反転分布生成速度の可変調整は微調整に留まるものである。しかし、シードレーザ光SBの出力を安定かつ正確に基準値に一致させるうえで、上記のようなレーザ出力測定部24を用いるパワーフィードバック制御機構は不可欠なものである。例えばレーザ共振器の周囲温度の変化によってシードレーザ光SBの出力が変動することがあり、そのような環境の変化や外乱等に基づく動的なレーザ出力変動を抑制するうえでレーザ出力測定部24を用いたパワーフィードバック制御機構はきわめて有効である。
That is, by changing the current value of the LD drive current I 1 , the output of the YAG rod excitation laser beam EB generated by the
第2に、このファイバレーザ加工装置は、レーザ出力測定部22を用いて加工用レーザ光MBのレーザ出力を指令値に一致させる機能を有している。より詳細には、アンプファイバ10より出射された加工用レーザ光MBのレーザ出力がレーザ出力測定部22で測定され、そのレーザ出力測定値が制御部20にフィードバックされる。制御部20は、入力部より入力するレーザ加工条件の1つとして加工用レーザ光MBに対するレーザ出力指令値を設定しており、レーザ出力測定部22からのレーザ出力測定値が該レーザ出力指令値に一致するように、ファイバカップリングLD54に供給されるLD駆動電流I2の電流値をLD電源56を通じて制御する。
Secondly, this fiber laser processing apparatus has a function of making the laser output of the processing laser beam MB coincide with the command value by using the laser
この場合、LD駆動電流I2の電流値を可変することで、ファイバカップリングLD54で生成されるコア励起用レーザ光FBの出力を可変し、ひいてはアンプファイバ10の中でシードレーザ光SBの出力(特にピークパワー)を増幅する度合い(増幅率)を可変し、加工用レーザ光MBの出力を可変することができる。このように、ピークパワーを可変して加工用レーザ光MBの出力を可変する方式は、レーザ出力制御の応答性に優れ、レーザ加工能力を向上させることができる。しかも、上記のようにシードレーザ・パワーフィードバック制御機構によりシードレーザ光SBの出力を安定かつ正確に基準値に一致させているので、ファイバコア励起部14を通じて加工用レーザ光MBの出力を指令値に一致または追従させるパワーフィードバック制御をより安定に高速化することができる。
In this case, by changing the current value of the LD drive current I 2 , the output of the core excitation laser beam FB generated by the
第3に、このファイバレーザ加工装置は、LD出力測定部26を用いてシードレーザ発振部12における光学部品、特にレーザ共振器30内のYAGロッド(活性媒質)36を保護する機能を有している。より詳細には、ファイバカップリングLD54で生成されたYAGロッド励起用レーザ光EBの出力がレーザ出力測定部26で測定され、そのレーザ出力測定値が制御部20に与えられる。制御部20は、YAGロッド36に損傷を与えないLD出力の最大許容値を設定しており、YAGロッド励起用レーザ光EBの出力が最大許容値を超えないように監視する。たとえば、上記のようなシードレーザ・パワーフィードバック制御の中でYAGロッド励起用レーザ光EBの出力が上昇して最大許容値を超えそうになったときは、それ以上上昇しないようにLD電源46を制御する。
Third, the fiber laser processing apparatus has a function of protecting the optical components in the seed
第4に、このファイバレーザ加工装置は、LD出力測定部26を用いてファイバカップリングLD44の寿命または交換時機を告知する機能を有している。より詳細には、制御部20は、LD電源46を通じてLD駆動電流I1を可変制御する際に、LD出力測定部26で得られるLD出力測定値をLD駆動電流指令値と対応させ、直線補間等を用いて図2に示すようなLD駆動電流−LD出力特性を求める。このLD駆動電流−LD出力特性の傾きKは、ファイバカップリングLD44の経時劣化が進むにつれてK1→K2→→K3・・と漸次的に小さくなる。そこで、経験値等に基づいてファイバカップリングLD44の寿命が尽きる直前の傾きKSを監視値として設定しておき、LD駆動電流−LD出力特性の傾きKがこの監視値KSまで低くなると、制御部20はこの時点でファイバカップリングLD44の寿命が間近いこと、つまり部品交換すべき時機に来ていることを表示出力(告知)する。このようなLD寿命告知機能によれば、ファイバカップリングLD44に個体差や使用環境の違いがあっても、的確な時機にLD部品交換を行うことができる。
Fourthly, this fiber laser processing apparatus has a function of notifying the service life or replacement time of the
第5に、このファイバレーザ加工装置は、レーザ出力測定部24およびLD出力測定部26を用いてシードレーザ発振部12におけるファイバカップリングLD44、LD電源46、レーザ共振器30の少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する機能を有している。より詳細には、レーザ出力測定部24より得られるシードレーザ測定値が異常に低下した場合、あるいは上記のようなシードレーザ・パワーフィードバック制御をかけても基準値になかなか達しない場合、制御部20は、LD電源46を通じてLD駆動電流I1の電流値を可変制御しつつ、LD出力測定部26で得られるLD出力測定値を検査する。検査の結果、LD出力測定値も異常に低下していたり、あるいは応答性がよくないときは、ファイバカップリングLD44またはLD電源46が性能劣化または故障していると判定する。LD出力測定値が正常または許容範囲内にあるときは、伝送ファイバ48ないしレーザ共振器30の何処かで不具合または不良があると判定する。そして、判定(診断)結果を表示部68を通じて表示出力する。
Fifth, the fiber laser processing apparatus uses at least one of the
第6に、このファイバレーザ加工装置は、LD出力測定部28を用いてアンプファイバ10のコアを保護する機能を有している。より詳細には、ファイバカップリングLD54で生成されたコア励起用レーザ光FBの出力がレーザ出力測定部28で測定され、そのレーザ出力測定値が制御部20に与えられる。制御部20は、アンプファイバ10のコアに損傷を与えないLD出力の最大許容値を設定しており、コア励起用レーザ光FBの出力が最大許容値を超えないように監視する。たとえば、上記のような加工用レーザ・パワーフィードバック制御の中でコア励起用レーザ光FBの出力が上昇して最大許容値を超えそうになったときは、それ以上上昇しないようにLD電源56を制御する。
Sixth, this fiber laser processing apparatus has a function of protecting the core of the
第7に、このファイバレーザ加工装置は、LD出力測定部28を用いてファイバカップリングLD54の寿命または交換時機を告知する機能を有している。より詳細には、制御部20は、LD電源56を通じてLD駆動電流I2を可変制御する際に、LD出力測定部28で得られるLD出力測定値をLD駆動電流指令値と対応させ、直線補間等を用いて図2に示すようなLD駆動電流−LD出力特性を求める。そして、電気光学励起部42におけるファイバカップリングLD44に対するのと全く同じ手法で、ファイバカップリングLD54の寿命が間近に迫っている時にその告知を行うことができる。
Seventh, this fiber laser processing apparatus has a function of notifying the service life or replacement time of the
最後に、このファイバレーザ加工装置は、レーザ出力測定部22およびLD出力測定部28を用いてシードレーザ発振部120におけるファイバカップリングLD54、LD電源56、伝送ファイバ58、アンプファイバ10の少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する機能を有している。より詳細には、レーザ出力測定部22より得られる加工用レーザ測定値が異常に低下した場合、あるいは上記のような加工用レーザに対してパワーフィードバック制御をかけても基準値になかなか達しない場合、制御部20は、LD電源56を通じてLD駆動電流I2の電流値を可変制御しつつ、LD出力測定部26で得られるLD出力測定値を検査する。検査の結果、LD出力測定値も異常に低下していたり、あるいは応答性がよくないときは、ファイバカップリングLD54またはLD電源56が性能劣化または故障していると判定する。LD出力測定値が正常または許容範囲内にあるときは、伝送ファイバ58ないしアンプファイバ10の何処かで不具合または不良があると判定する。そして、判定(診断)結果を表示部68を通じて表示出力する。
Finally, this fiber laser processing apparatus uses the laser
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above does not limit this invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.
たとえば、上記した実施形態はQスイッチング方式のレーザ加工装置に係るものであったが、本発明はQスイッチング方式に限定されるものではない。たとえば、シードレーザ発振部10のレーザ共振器30においてQスイッチ28を省く構成とし、制御部20の制御の下でLD電源46がファイバカップリングLD44に供給するLD駆動電流I1を任意のパルス波形に制御することで、シードレーザ発振部10にシードレーザ光SBとしてパルスレーザ光を生成させ、ひいてはアンプファイバ10からたとえばレーザ溶接用レーザ光MBとしてパルスレーザ光を取り出すことができる。
For example, although the above-described embodiment relates to a laser processing apparatus of Q switching system, the present invention is not limited to the Q switching system. For example, in the
また、レーザ出射部16を、ガルバノメータ・スキャナおよびfθレンズからなるスキャニング機構に代えて、コリメートレンズ、シャッタおよび収束レンズ(図示せず)からなる固定出射型(非スキャニング型)に構成することも可能である。さらに、加工テーブル18にXYテーブル機構、昇降機構、θ回転機構等を設ける構成も可能である。
Further, the
また、上記した実施形態はシードレーザ発振部12にYAGレーザを用いたが、他の形式または方式のレーザも使用可能であり、シードレーザ光および励起用レーザ光の波長も任意に選べる。伝送ファイバ48,58を省いて、ファイバカップリングLD44,54を普通のLDまたはLDアレイに置き換えることも可能である。
In the above-described embodiment, the YAG laser is used for the seed
また、図1の実施形態では、ファイバコア励起部14から出射された励起用レーザ光FBは、シードレーザ光SBと一緒にアンプファイバ10の端面10aからファイバ内に入射する構成となっている。これに代えて、励起用レーザ光FBを反対側の端面10bからアンプファイバ10内に入射する構成としても良い。
Further, in the embodiment of FIG. 1, the excitation laser beam FB emitted from the fiber
10 増幅用光ファイバ(アンプファイバ)
12 シードレーザ発振部
14 ファイバコア励起部
16 出射ユニット
20 制御部
22,24 レーザ出力測定部
26,28 LD出力測定部
30 レーザ共振器
42 電気光学励起部
44 ファイバカップリングLD
46 LD電源
48 伝送用光ファイバ(伝送ファイバ)
54 ファイバカップリングLD
56 LD電源
58 伝送用光ファイバ(伝送ファイバ)
68 表示部
10 Amplifying optical fiber (amplifier fiber)
DESCRIPTION OF
46
54 Fiber coupling LD
56
68 Display
Claims (19)
所定の希土類元素を含むコアを有し、前記シードレーザ発振部からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一端から該増幅用光ファイバの中に入射して前記シードレーザ光を増幅させるためのコア励起用レーザ光を出力するファイバコア励起部と、
前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、
前記シードレーザ発振部より出射される前記シードレーザ光の出力を測定するシードレーザ出力測定部と、
前記加工用レーザ光の出力を測定する加工用レーザ出力測定部と、
前記加工用レーザ出力測定部より得られる加工用レーザ出力測定値が予め設定された指令値に一致するように前記ファイバコア励起部を制御する加工用レーザ出力制御部と
を有するレーザ加工装置。 A seed laser oscillation unit that oscillates and outputs seed laser light;
An amplification optical fiber having a core containing a predetermined rare earth element, putting the seed laser light from the seed laser oscillation unit into the core from one end, amplifying the seed laser light, and emitting from the other end; ,
A fiber core pumping unit that outputs a core pumping laser beam that enters the amplification optical fiber from one end of the amplification optical fiber and amplifies the seed laser beam;
A laser emitting portion for emitting laser light emitted from the other end of the amplification optical fiber as processing laser light;
A seed laser output measuring unit for measuring the output of the seed laser light emitted from the seed laser oscillation unit ;
A laser output measurement unit for processing that measures the output of the laser beam for processing;
A laser processing apparatus comprising: a processing laser output control unit that controls the fiber core excitation unit so that a processing laser output measurement value obtained from the processing laser output measurement unit matches a preset command value .
前記シードレーザ出力制御部が、前記シードレーザ出力測定値を前記基準値に一致させるように、前記活性媒質励起部を制御する、
請求項2に記載のレーザ加工装置。 The seed laser oscillation unit includes a laser resonator including a solid active medium, and an active medium excitation unit that excites the active medium,
The seed laser output control unit controls the active medium excitation unit so that the seed laser output measurement value matches the reference value ;
The laser processing apparatus according to claim 2.
前記レーザ共振器内で前記活性媒質と同一の光路上に配置されたQスイッチと、
Qスイッチパルスのレーザ光を所定の繰り返し周波数で生成するように前記Qスイッチを駆動するQスイッチ駆動部と
を有する、請求項3に記載のレーザ加工装置。 The seed laser oscillation unit is
A Q switch disposed on the same optical path as the active medium in the laser resonator;
The laser beam of Q-switched pulse and a Q-switch driving unit that drives the Q-switch to produce a predetermined repetition frequency, laser machining apparatus according to claim 3.
前記シードレーザ出力制御部が、前記シードレーザ出力測定値を前記基準値に一致させるように、前記第1LD電源を通じて前記第1LD駆動電流を制御する、
請求項3または請求項4に記載のレーザ加工装置。 The active medium excitation unit includes a first laser diode that oscillates and outputs an active medium excitation laser beam for exciting the active medium, and a first LD power source that supplies a first LD drive current to the first laser diode. And
The seed laser output control unit controls the first LD driving current through the first LD power source so that the seed laser output measurement value matches the reference value ;
The laser processing apparatus according to claim 3 or 4.
前記加工用レーザ出力制御部が、前記加工用レーザ出力測定値を前記指令値に一致させるように、前記第2LD電源を通じて前記第2LD駆動電流を制御する、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 The fiber core pumping unit includes a second laser diode that oscillates and outputs the core pumping laser light, and a second LD power source that supplies a second LD drive current to the second laser diode,
The processing laser output control unit controls the second LD drive current through the second LD power source so that the processing laser output measurement value matches the command value .
The laser processing apparatus as described in any one of Claims 1-6 .
前記活性媒質を励起するための活性媒質励起用レーザ光を発振出力するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードにLD駆動電流を供給するLD電源と、
所定の希土類元素を含むコアを有し、前記レーザ共振器からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一端から該増幅用光ファイバの中に入射して前記シードレーザ光を増幅させるためのコア励起用レーザ光を出力するファイバコア励起部と、
前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、
前記レーザダイオードより出射される前記活性媒質励起用レーザ光の出力を測定する活性媒質励起用レーザ出力測定部と、
前記活性媒質励起用レーザ出力測定部より得られる活性媒質励起用レーザ出力測定値が予め設定された上限値を超えないように、前記LD電源を制御する活性媒質励起用レーザ出力制御部と
を有するレーザ加工装置。 A laser resonator including a solid active medium for oscillating and outputting seed laser light;
A laser diode that oscillates and outputs an active medium excitation laser beam for exciting the active medium;
An LD power supply for supplying an LD drive current to the laser diode;
An optical fiber for amplification that has a core containing a predetermined rare earth element, puts the seed laser light from the laser resonator into the core from one end, amplifies the seed laser light, and emits the seed laser light from the other end;
A fiber core pumping unit that outputs a core pumping laser beam that enters the amplification optical fiber from one end of the amplification optical fiber and amplifies the seed laser beam;
A laser emitting portion for emitting laser light emitted from the other end of the amplification optical fiber as processing laser light;
An active medium excitation laser output measuring unit for measuring an output of the active medium excitation laser light emitted from the laser diode ;
An active medium excitation laser output control unit for controlling the LD power supply so that an active medium excitation laser output measurement value obtained from the active medium excitation laser output measurement unit does not exceed a preset upper limit value; Laser processing equipment.
前記活性媒質励起用レーザ出力測定部より得られる活性媒質励起用レーザ出力測定値と前記シードレーザ出力測定部より得られるシードレーザ出力測定値とに基づいて、前記LD電源、前記レーザダイオードおよび前記レーザ共振器の少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する診断部と
を有する請求項9または請求項10に記載のレーザ加工装置。 A seed laser output measuring unit for measuring the output of the seed laser light emitted from the laser resonator;
Based on the measured laser output measurement value for excitation of the active medium obtained from the laser output measurement unit for excitation of the active medium and the seed laser output measurement value obtained from the seed laser output measurement unit, the LD power source, the laser diode, and the laser The laser processing apparatus according to claim 9 or 10 , further comprising: a diagnosis unit that diagnoses whether at least one of the resonators has a normal function or an abnormal function.
所定の希土類元素を含むコアを有し、前記シードレーザ発振部からの前記シードレーザ光を一端より前記コアの中に入れ、該シードレーザ光を増幅して他端より出す増幅用の光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの他端から出射したレーザ光を加工用レーザ光として出射するレーザ出射部と、
前記増幅用光ファイバのコアの中で前記シードレーザ光を増幅するために、前記コアを励起するためのコア励起用レーザ光を発振出力するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードにLD駆動電流を供給するLD電源と、
前記レーザダイオードより出射される前記コア励起用レーザ光の出力を測定するコア励起用レーザ出力測定部と
を有するレーザ加工装置。 A seed laser oscillation unit that oscillates and outputs seed laser light;
An amplification optical fiber having a core containing a predetermined rare earth element, putting the seed laser light from the seed laser oscillation unit into the core from one end, amplifying the seed laser light, and emitting from the other end; ,
A laser emitting portion for emitting laser light emitted from the other end of the amplification optical fiber as processing laser light;
A laser diode that oscillates and outputs a core excitation laser beam for exciting the core in order to amplify the seed laser light in the core of the amplification optical fiber;
An LD power supply for supplying an LD drive current to the laser diode;
A laser processing apparatus comprising: a core excitation laser output measurement unit that measures an output of the core excitation laser light emitted from the laser diode.
前記コア励起用レーザ出力測定部より得られるコア励起用レーザ出力測定値と前記加工用レーザ出力測定部より得られる加工用レーザ出力測定値とに基づいて、前記LD電源、前記レーザダイオードおよび前記増幅用光ファイバの少なくとも1つについてその機能が正常であるのか異常であるのかを診断する診断部と
を有する請求項14〜16のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 A laser output measurement unit for processing that measures the output of the laser beam for processing;
Based on the core excitation laser output measurement value obtained from the core excitation laser output measurement unit and the processing laser output measurement value obtained from the processing laser output measurement unit, the LD power source, the laser diode, and the amplification The laser processing apparatus according to any one of claims 14 to 16 , further comprising: a diagnosis unit that diagnoses whether at least one of the optical fibers for use is normal or abnormal.
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