JP7126192B2 - 集光光学ユニット及びそれを用いたレーザ発振器、レーザ加工装置、レーザ発振器の異常診断方法 - Google Patents
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Description
[レーザ加工装置及び集光光学ユニットの構成]
図1は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成の模式図を示し、図2は、集光光学ユニットの内部構成の模式図を示す。なお、以降の説明において、レーザ光LBが集光光学ユニット140に向かう進行方向をX方向、複数のレーザモジュール120の配列方向をY方向、X方向及びY方向と直交する方向をZ方向とそれぞれ呼ぶことがある。
図3は、本実施形態に係るアパーチャーの構成の模式図を示し、図4は、アパーチャーの操作の模式図を示す。なお、説明の便宜上、図3,4においてアパーチャー150の構造を簡略化して図示している。
図5は、本実施形態に係るレーザ発振器の異常診断手順を示す。
本実施形態の集光光学ユニット140は、レーザ光源である複数のレーザモジュール120から出射されたレーザ光LBを集光する集光レンズ142を筐体141内に有し、集光レンズ142で集光されたレーザ光LBをレーザ光出射部である石英ブロック144を介して伝送ファイバ200に入射させる。
図6は、本変形例に係るアパーチャーの構成の模式図を示す。本変形例に示すアパーチャー151の構成は、円板状の基部151aの周方向に沿って、それぞれ径の異なる開口151b~15dが設けられている点で実施形態1に示すアパーチャー150の構成と異なる。
図7は、本変形例に係るアパーチャーの構成の模式図を示す。本変形例に示すアパーチャー152は、高さが段階的に変化している本体部152aを有し、本体部152aの高さの異なる部分にそれぞれ開口152bが形成されている点で実施形態1に示すアパーチャー150の構成と異なる。
図8は、本変形例に係る集光光学ユニットの内部構成の模式図を示す。なお、伝送ファイバ200については図示を省略している。本変形例に示す集光光学ユニット140は、筐体141のうち、光案内路145が形成され、かつフォトダイオード147とアパーチャー150が取付けられた部分141aが着脱可能である点で、実施形態1に示す構成と異なる。
図9は、本実施形態に係る集光光学ユニットの内部構成を示し、図10は、アパーチャーの操作の模式図を示す。なお、説明の便宜上、図9,10においてアパーチャー153の構造を簡略化して図示している。また、伝送ファイバ200については図示を省略している。なお、なお、実施形態1と同様の部材等については、同じ符号を付して説明を省略する。また、図示しないが、配線基板148がそれぞれ制御部400に接続されている点は、実施形態1に示したのと同様である。
図11Aは、本変形例に係るアパーチャーの平面構成の模式図を、図11Bは、アパーチャーの断面構成の模式図をそれぞれ示す。本変形例に示すアパーチャー154は、位置調整部154bの一部が光案内路145に挿入されていることと、開口径変更部154aの開口が楕円形である点でと実施形態2に示すアパーチャー153と異なる。
図12は、本実施形態に係るアパーチャーの模式図を示し、図13は、アパーチャーの操作の模式図を示す。また、図14は、本実施形態に係る別のアパーチャーの模式図を示す。本実施形態に示すアパーチャー155は、開口径調整部155aの半分において、高さが周方向に連続的に変化している点で、実施形態2に示すアパーチャー153と異なる。また、開口径調整部155aは光入射口145aを通る軸の周りに回転可能に構成されている。
なお、変形例1~4を含む上記実施形態1~3において、複数のレーザモジュール120からそれぞれ出射されるレーザ光をビーム結合器130で結合してレーザ光LBを出射させる構成としたが、特にこれに限定されず、例えば、一つのレーザ光源からレーザ光LBが出射されるようにしてもよい。
120 レーザモジュール
130 ビーム結合器
140 集光光学ユニット
141 筐体
142 集光レンズ
143 コネクタ
144 石英ブロック(レーザ光出射部)
145,146a,146b 光案内路
145a 光入射口
147 フォトダイオード(受光部)
150~156 アパーチャー
200 伝送ファイバ
300 レーザ光出射ヘッド
400 制御部
410 記憶部
500 電源
600 表示部
1000 レーザ加工装置
W ワーク
Claims (15)
- レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズを筐体内に有し、前記集光レンズで集光された前記レーザ光をレーザ光出射部を介して伝送ファイバに入射させる集光光学ユニットであって、
前記筐体内に連通する光入射口を一端に有し、前記筐体に形成された光案内路と、前記光案内路の他端側に配設された受光部と、
前記光入射口の周囲に配設され、配設位置を調整可能に構成されたアパーチャーと、を有し、
前記アパーチャーの配設位置を調整することで、前記受光部における前記伝送ファイバ及び/または前記レーザ光出射部からの反射光の受光感度と前記集光レンズからの散乱光の受光感度とが可変となるように構成されていることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーは前記光入射口に対する開口の相対的大きさを調整可能に構成されており、
前記開口の相対的大きさを調整することで、前記光案内路内を伝搬する光が前記受光部で受光される受光感度が可変となるように構成されていることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1または2に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーは、前記光入射口に対する開口の相対的大きさを調整可能に構成された開口径調整部と、前記開口径調整部と独立して配設位置を調整可能に構成された位置調整部とが上下に積み重ねられてなることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項3に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記開口径調整部は、前記開口の周方向に沿って高さが変化する部分を有していることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーの一部が前記光案内路に挿入されるとともに、前記アパーチャーの開口中心と前記光入射口の中心とは所定の間隔をあけて設けられており、
前記アパーチャーを前記光入射口の中心を通る軸の周りに所定の角度で回転させることで、前記光案内路内を伝搬する光が前記受光部で受光される受光感度を可変にすることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項5に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーを前記光入射口の中心を通る軸の周りに所定の角度で回転させることで、前記受光部における前記伝送ファイバ及び/または前記レーザ光出射部からの反射光の受光感度と前記集光レンズからの散乱光の受光感度とが可変となるように構成されていることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1または2に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーは、それぞれ直径の異なる複数の開口を有し、
前記光入射口と前記複数の開口のうちの一の開口とが重なるように前記アパーチャーを移動させることで、前記光案内路内を伝搬する光が前記受光部で受光される受光感度が決定されることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1,2,7のいずれか1項に記載の集光光学ユニットにおいて、前記アパーチャーは、高さが段階的に変化している本体部を有し、
前記本体部の高さの異なる部分にそれぞれ開口が形成されており、
前記光入射口と前記本体部に設けられた一の開口とが重なるように前記アパーチャーを移動させることで、前記光案内路内を伝搬する光が前記受光部で受光される受光感度が決定されることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記アパーチャーは、虹彩絞り構造を有していることを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記筐体のうち、前記光案内路が形成され、かつ前記受光部と前記アパーチャーとが配設された部分は着脱可能に構成されていることを特徴とする集光光学ユニット。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を集光して伝送ファイバに入射させる請求項1ないし10のいずれか1項に記載の集光光学ユニットと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ発振器。 - 請求項11に記載のレーザ発振器において、
前記受光部で受光された受光信号に基づいて、前記レーザ発振器の異常の有無を判定する異常診断部をさらに備えたことを特徴とするレーザ発振器。 - 請求項11または12に記載のレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に接続され、前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を導光する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバの出射端に取付けられたレーザ光出射ヘッドと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 - レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集光する集光レンズを筐体内に有し、前記集光レンズで集光された前記レーザ光をレーザ光出射部を介して伝送ファイバに入射させる集光光学ユニットと、を備えたレーザ発振器の異常診断方法であって、
前記集光光学ユニットは、前記筐体内に連通する光入射口を一端に有し、前記筐体に形成された光案内路と、光案内路内を伝搬する光を受光する受光部と、前記光案内路の光入射口の周囲に配設され、配設位置を調整可能に構成されたアパーチャーと、を有し、前記受光部は、前記伝送ファイバ及び/または前記レーザ光出射部からの反射光と、前記集光レンズからの散乱光とを受光可能に構成されており、
前記レーザ光を出射させるレーザ光出射ステップと、
前記アパーチャーの位置を調整して、前記受光部で主に前記反射光を受光して受光信号を得る反射光受光ステップと、
前記アパーチャーの位置を調整して、前記受光部で主に前記散乱光を受光して受光信号 を得る散乱光受光ステップと、
前記反射光受光ステップで取得された受光信号と前記散乱光受光ステップで取得された受光信号とに基づいて、前記レーザ発振器における異常の有無を判定する異常診断ステップとを備えたことを特徴とするレーザ発振器の異常診断方法。 - 請求項14に記載のレーザ発振器の異常診断方法において、
前記異常診断ステップでは、前記反射光受光ステップで取得された受光信号が第2しきい値よりも大きい場合に、前記伝送ファイバ及び/または前記レーザ光出射部に異常があると判定し、前記散乱光受光ステップで取得された受光信号が第3しきい値よりも大きい場合に、前記集光レンズに異常があると判定することを特徴とするレーザ発振器の異常診断方法。
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