JPH05505250A - レーザー光の伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー光の伝送装！ この発明は、レーザーと、１つ或いは複数個の結合レンズと、光導体と、１つ或 いは複数個のコリメータレンズと、１つ或いは複数個の焦点レンズとを備えたレ ーザー光の伝送装置に関する。

レーザー光は多くの場合光導体によって伝送される０例えば工作物の機械加工を 行うような強度の大きいレーザー光も同様に光導体によって伝送される。

光導体或いは光ファイバを使用することにより、Ｎｄ　：　Ｙａ　ｇレーザーや 他のレーザー、例えば炭酸ガスレーザーも容易に生産システムの中に組み入れる ことが可能となり、しかもそれにも係わらず高度の自由度と融通性を得ることが できる。この自由度と融通性はその場合鏡やレンズを使用した固定の或いは剛体 の従来の光学システムの場合よりも遥かに高い、Ｂち、光ファイバを使用するこ とにより非常に狭い空間や限られた場所にも達することができるので、３次元の 製品を比較的簡単にかつコスト的に有利に加工することができる。

しかしながら高出力のレーザーエネルギーを伝送するために光ファイバを使用す る場合、固定の光学装置では起きることが無い種々の安全上の危険が起こる。

例えばファイバが折れたり或いは非常に大きく湾曲して、全反射が起こらないよ うになったとき、大きな問題が起きるおそれがある。即ち、その場合レーザーエ ネルギーが他の場所に到達してこの部分を破壊したり或いは損傷することがある 。

この問題を解決して、人或いは物がＮｄ　：　Ｙａ　ｇレーザーや炭酸ガスレー ザー或いはその他のレーザーのレーザー光に曝されないようにするために、種々 の方−法及び装！が公知である。これらの装置においては、通常、光ファイバの 終端で焦点装置に或いはその近くにレーザー光の主波長或いは二次波長を検出す る検出器を設ける。この検出器にレーザー光が入射しなければ、レーザー光を自 動的に遮断する。この種の装置はしかし次の欠点をもっている。

レーザーをパルス状に運転するとき、例えば光導体の破断等の故障がある場合そ れを確認する前に少なくとも１つの光パルスが光導体に入る。また検出器を設け ることによって熾点装！の近辺の所要空間が大きくなる。この結果当然のことな がら狭い空間や限られた場所でレーザー加工をするような場合レーザーの通用に 制約がある。さらにまた焦、苧レンズが欠けていたり、或いはそれが適切に設置 されていない場合、同様にこれらの故障が検出されない。

この発明の課題は、高い安全性と大きな融通性とを兼ね備えた上述のレーザー光 の伝送装！を提供することにある。さらにこのような特性を備えたレーザー光の 伝送システム並びに光学的監視方法を提供しようとするものである。

この発明によるこの課題の解決は、伝送装置が補助レーザーを存し、無点レンズ の最後のものがこの補助レーザーのレーザー光を反射する反射膜を備え、レーザ ー頭部にこの反射膜から反射されたレーザー光を偏向させる偏向鏡並びにこのレ ーザー光を検出するセンサを備え、かつこのセンサを第一のレーザーのレーザー 光の伝送路中に配夏された遮断袋！と作動結合することにある。

より一般的に言えば、この発明は光導体を備えた装置にとどまらず、一般的には 第一のレーザーと、伝送路の終端に１かれた少なくとも１つの焦点レンズとを備 えたレーザー光の伝送システムに関する。この発明による上述の課題の解決は、 より一般的に言えば、第一のレーザーの近くにこのレーザーの波長と異なる波長 を持ちかつそのレーザー光が第一のレーザーの光と重なる補助レーザーを備え、 焦点レンズの表面に前記補助レーザーのレーザー光を反射する膜を備え、第一の レーザーの近くに補助レーザーの反射されたレーザー光を横方向に偏向させる光 学素子並びにこのレーザー光を検知し第一のレーザーの光を遮断する遮断装置に 結合された検出器を備える。

第一のレーザーから出射された第一のレーザー光線の伝送路の光学的監視方法は 、この発明によれば、次の特徴を有する。即ち、ａ）第一のレーザー光の伝送路 にこのレーザー光の波長と異なる波長を持つ第二のレーザー光が入射される、 ｂ）第二のレーザー光は伝送路の終端で反射される、Ｃ）反射された第二のレー ザー光は伝送路から外される、ｄ）この外された第二のレーザー光の強度が計測 される、ｅ）この計測の結果に関連して第一のレーザー光の伝送路が開かれ或い は閉じられる。

レーザー光を伝送する伝送路は、それ故、例えば工作物の加工を行う第一のレー ザーのレーザー光を伝送するだけでなく、この同し伝送路を介して、その目的を 満たすためには比較的小さな工フルギーしか持つことを許されない第二のレーザ ーのレーザー光も伝送される。この第二の補助レーザーのレーザー光は第一の王 レーザー光とともに同し光学素子を通過するが、主レーザー光とは異なり焦点レ ンズにより反射されてレーザー頭部まで送り返され、そこで偏向され検出器に達 する。正常運転では検出器により常に補助レーザーのレーザー光が検知される。

光学伝送路が遮断されると、もはや補助レーザーのレーザー光は検出器に達しな い、この場合直ちに第一のレーザーのレーザー光が遮断される。この伝送路の遮 断は、好ましくは例えばシャッター等の遮断装置により行われる。第一のレーザ ーへの通！導体を断路することも考えられるが、しかしこれは、同一のレーザー から同時にレーザー光が送られている複数個の伝送路の１つだけが遮断される場 合には適当ではない、補助レーザーはその場合、レーザー光の伝送路が例えば光 導体の破断によって断路され、レーザー光が望んでいない場所に達したとしても 、人や物に対するいかなる種類の障害も生ずることがない程度に小さなエネルギ ーを持つものでなければならない。

この発明によるシステムは、光導体を備えた伝送路に対して特に好適ではあるが 、光導体を持たない伝送路においても適用可能である。

この発明による装置及びシステムにより次の欠陥が検出できる。即ち、・光導体 への入射レンズがレーザー頭部に取り付けられていない或いは誤って調整されて いること、 ・光導体がそれが設けられている場合−入射レンズに接続されていないこと、・ 光導体が断路しているか或いは非常に小さい曲率半径を示すために過度の損失を 生していること、 ・焦点レンズが光導体の終端に取り付けられていないこと、及び・焦点レンズが 焦点装置内に設！されていないこと。

合目的的には両レーザー、皿ち第一のレーザーと補助レーザーは共通のレーザー 頭部を持ち、そこに補助レーザーの反射されたレーザー光を偏向するための光学 素子並びに検出器が配置されるのがよい、このようにしてレーザーの光路はレー ザー頭部に戻るまで監視することができる。

この偏向光学素子は、第一のレーザーのレーザー光は透過するが、補助レーザー のレーザー光は反射する斜めに配置された板状体とするのが合目的的である。

補助レーザーとしては同様にパルスを発するレーザーを使用することも可能であ る。この場合補助レーザーはそのパルスをその都度主レーザーのパルスの直前に 発することになり、光学伝送路の正常な状態が主或いは出力レーザーの各パルス 直前に確かめられる。しかしこの補助レーザーが連続波レーザーであるときは、 連続監視も可能である。

王レーザーで工作物の加工を行う場合、主レーザーは通常赤外線範囲で作動する 。この場合補助レーザー４１可視光、特に赤色光を発するようにするのが特に目 的に適っている。この場合一方では、赤外光を透過するが赤色光を反射する膜を 見出すことが比較的容易であり、他方ではまた、反射が完全でない場合には、常 に補助レーザーの僅かのレーザー光が工作物加工位置にまで達し、ここに可視光 点を作ることになり、これにより出力レーザーを接続する前に調整が可能となる 。・既に述べたように、このシステムは、レーザーエネルギーが光導体により１ つの点から他の点に導かれるような場合に良好に適用される。しかし原理的には 、単に鏡とレンズとを備えた他の光学システムの監視も確実に行うことができる 。

全ての光学素子は第一のレーザーのレーザー光を反射しない非反射膜を備えるの がよい、もし第一のレーザーのレーザー光がほんの一部分でも反射するならば、 それは出力密度が高いので非常に危険な作用を及ぼすからである。同様にまた光 学素子は補助レーザーのレーザー光を反射しない非反射膜を備えるのがよい、し かしこれは当然のことながら、補助レーザーのレーザー光を反射する反射膜を備 えた焦点レンズの面に対しては通用されない。

補助レーザーは、障害や損傷の危険を回避するために、小さなエネルギーしか送 ることができないものでなければならない、従ってこの場合レーザーダイオード が特に適当である。

以下に図面についてこの発明の有利な実施例を説明する。

ら給電される。レーザー光はシャッター５を備えたレーザー頭部４から入射レン ズ６に導かれている。このレンズ６はさらにレーザー光を光導体７に導く、光導 体７の出口端にはコリメータレンズ８及び焦点レンズ９が設けられ、この焦点レ ンズにより出力レーザー２の破線で示されているレーザー光１０は点１１に集束 され、ここで例えば工作物の加工が行われる。

ケース１にはさらに連続的に運転される出力の小さい補助レーザー１２、特にレ ーザーダイオードが設置されている。この補助レーザー１２の一点鎖線で示され ているレーザー光１３は半透光性プレート１４に当たり、下方に向かって第一の レーザー２の前に置かれかつ斜めに配！されたプレート１５（偏向鏡）に導かれ ている。このプレート１５はレーザー２のレーザー光に対しては透過性があり、 レーザー１２のレーザー光に対しては反射性であるので、このプレート１５によ ってレーザー光１３は主レーザー光１０と同一の通路上を送られる。焦点レンズ ９は主レーザ−２のレーザー光１０に対しては透過性があるが、補助レーザー１ ２のレーザー光１３を反射する膜１６を備えているので、この焦点レンズに達し たレーザー光１３はこの反射膜１６で反射されて、今進んできた通路と同一の通 路を這って送り返される。レーザー頭部４に反射されて戻って来る補助レーザー １２のレーザー光は図では破線で示され、符号１７を有する。この反射レーザー 光はプレート１５で反射されて、プレート１４を通過してセンサ或いは検出器１ ８に入る。この検出器１８に入る反射レーザー光１７は検出器１８で計測され、 この反射レーザー光１７の強度が所定の目標値を下回ると、制御回路１９を介し て電気的にこれと作動結合しているシャッター５が閉しられ、レーザー２のレー ザー光がもはや外部には出ないことになる。

例えば反射板、レンズ及び光導体７の端面等の光学素子は全て第一のレーザー２ のレーザー光１０の反射を妨げ或いは少なくとも最小にする膜を備えているが、 これらの膜は図では示されていない。

出力レーザー２がパルス運転される場合第一のレーザー光１０の伝送路から外れ て検出器１８に到達する反射光１７の強度の計測は特にこの出力レーザー２のパ ルス休止期間に行われるようにするのがよい、この場合検出器１８から伝達され る計測信号の出力レーザー２の高出力パルスによる擾乱が回避される。

膜１６は健点レンズ９に設ける代わりに、レーザー光ｌＯの伝送路の終端領域に あってこのレーザー光に対して透過性がある他の光学素子、例えば図示されてな いが面平行なプレートに設けることもできる。

た２ 要約書 高出力のレーザー光を光導体（７）を通して伝送する場合、例えば光導体（７） の破断或いは大きな曲がりによってこのレーザー光が予定しない場所に到達し、 その部分を損傷することがある。それ故この発明による装置においては、第一の レーザー（２）に補助レーザー（１２）を付設し、この補助レーザーのレーザー 光を光導体（７）に入射し、反射膜（１６）を備えた焦点レンズ（９）で反射さ せてセンサ（１日）で受光するようにし、このセンサは第一のレーザー（２）Ｏ ・伝送路中に配置された遮断装置（５）に結合される。

第１図 国際調査報告 １＋＋６＋醪１６ＩＩａｌ＾Ｄｌｌｋ＃ｉ６ｎ　Ｎｏ、　ＰＩＴ’ｒ／ＤＥ９１ ／　００３５２国際調査報告 ’　ＤＥ−Ａ−３］４３４２２　１２−０８−８２　Ｎｏｎｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第一のレーザー（２）と、１つ或いは複数個の入射レンズ（６）と、光導体 （７）と、１つ或いは複数個のコリメータレンズ（８）と、１つ或いは複数個の 焦点レンズ（９）とを備えたレーザー光の伝送装置において、補助レーザー（１ ２）を有し、焦点レンズ（９）の最後のものが補助レーザー（１２）のレーザー 光（１３）を反射する反射膜（１６）を備えており、この反射膜（１６）によっ て反射されたレーザー光（１７）を偏向する偏向鏡（１５）並びにこのレーザー 光（１７）を検知する検出器（１８）が設けられ、かつこの検出器（１８）の作 動に関連して第一のレーザー（２）の伝送路に配置された遮断装置（５）が作動 するように構成されていることを特徴とするレーザー光の伝送装置。 ２．全てのレンズ（６，８，９）が第一のレーザー（２）のレーザー光（１０） を反射しない膜を備えていることを特徴とする請求の範囲１記載のレーザー光の 伝送装置。 ３．第一のレーザー（２）と、伝送路の終端に設けられた少なくとも１つの焦点 レンズ（９）とを備えたレーザー光の伝送システムにおいて、第一のレーザー（ ２）の近くにこの第一のレーザー（２）の波長と異なる波長を持ち、そのレーザ ー光（１３）が第一のレーザー（２）のレーザー光（１０）と重なる補助レーザ ー（１２）が配置され、伝送路中において特に焦点レンズ（９）の表面に補助レ ーザー（１２）のレーザー光を反射する反射膜（１６）を備えており、第一のレ ーザー（２）の近くに補助レーザー（１２）の反射されたレーザー光（１７）を 偏向させる光学素子（１５）並びにこのレーザー光（１７）を検知する検出器（ １８）が設けられ、この検出器（１８）の作動に関連して第一のレーザー（２） のレーザー光（１０）を遮断する遮断装置（５）が作動するように構成されてい ることを特徴とするレーザー光の伝送システム。 ４．ａ）伝送路に第一のレーザー光（１０）を出射するための第一のレーザー（ ２）と、 ｂ）その波長が第一のレーザー光（１０）の波長と異なる第二のレーザー光（１ ３）を生ずるための手段（１２）と、 ｃ）第二のレーザー光（１３）を伝送路に入射するための手段（１４，１５）と 、ｄ）伝送路に配置され、第二のレーザー光（１３）を選択的に反射するための 手段（１６）と、 ｅ）反射された第二のレーザー光（１７）を伝送路からその入射するための手段 （１５）と、 ｆ）反射された第二のレーザー光（１７）を検知する検出器（１８）と、ｇ）こ の検出器（１８）の作動に関連して作動して第一のレーザー光（１０）を遮断す る遮断装置（５）と、 を備えたことを特徴とするレーザー光の伝送及び制御システム。 ５．偏向光学素子（１５）は、第一のレーザー（２）のレーザー光（１０）を透 過し補助レーザー（１２）のレーザー光（１３）を反射する斜めに配設されたプ レートであることを特徴とする請求の範囲３又は４記載のシステム。 ６．補助レーザー（１２）は連続波レーザーであること特徴とする請求の範囲３ 乃至５の１つに記載のシステム。 ７．補助レーザー（１２）は可視光、特に赤色光を出射することを特徴とする請 求の範囲３乃至６の１つに記載のシステム。 ８．光導体（７）を備えたことを特徴とする請求の範囲３乃至７の１つに記載の システム。 ９．全ての光学素子（６，７，８，９，１５）は第一のレーザー（２）のレーザ ー光（１０）を反射しない非反射膜を備えたことを特徴とする請求の範囲３乃至 ８の１つに記載のシステム。 １０．少なくとも幾つかの光学素子（６，７，８）は、反射膜（１６）を備えた 面を除いて、第二のレーザー（１２）のレーザー光（１３）を反射しない非反射 膜を備えたことを特徴とする請求の範囲３乃至９の１つに記載のシステム。 １１．遮断装置（５）は閉塞装置、特に電気的に作動するシャッターであること を特徴とする請求の範囲３乃至１０の１つに記載のシステム。 １２．補助レーザー（１２）はレーザーダイオードであること特徴とする請求の 範囲３乃至１１の１つに記載のシステム。 １３．第一のレーザー（２）から出射された第一のレーザー光（１０）の伝送路 を光学的に監視するための方法において、ａ）第一のレーザー光（１０）の伝送 路にこの第一のレーザー光（１０）の波長と異なる波長を持つ第二のレーザー光 （１３）が人射され、ｂ）第二のレーザー光（１３）は伝送路の終端で反射され 、ｏ）反射されたレーザー光（１７）は伝送路から外され、ｄ）この伝送路から 外されたレーザー光（１７）の強度が計測され、かつｅ）この計測の結果に関連 して第一のレーザー光（１０）の伝送路が開かれ或いは閉じられる、 ことを特徴とするレーザー光伝送路の光学的監視方法。 １４．第一のレーザー光（１０）がパルス状のレーザー光であり、その伝送路か ら外されたレーザー光（１７）の強度が第一のレーザー光（１０）の２つの連続 するパルスの間の休止期間に計測されることを特徴とする請求の範囲１３記載の 方法。