KR20040058204A - 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20040058204A
KR20040058204A KR10-2004-7005651A KR20047005651A KR20040058204A KR 20040058204 A KR20040058204 A KR 20040058204A KR 20047005651 A KR20047005651 A KR 20047005651A KR 20040058204 A KR20040058204 A KR 20040058204A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
pulse
output value
value
light
Prior art date
Application number
KR10-2004-7005651A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100598248B1 (ko
Inventor
이에히사노부아키
Original Assignee
가부시키가이샤 가타오카 세이사쿠쇼
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 가부시키가이샤 가타오카 세이사쿠쇼 filed Critical 가부시키가이샤 가타오카 세이사쿠쇼
Publication of KR20040058204A publication Critical patent/KR20040058204A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100598248B1 publication Critical patent/KR100598248B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312—Stabilisation 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10069—Memorized or pre-programmed characteristics, e.g. look-up table [LUT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0428—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying pulses to the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0617—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium using memorised or pre-programmed laser characteristics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES 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
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Abstract

본원의 펄스 발진형 고체 레이저 장치는, 고체 레이저 활성 매체의 주된 에너지 흡수 대역에서 발광하는 레이저 다이오드를 여기원으로 한 레이저 장치 본체를 가지게 되고, 레이저 장치 본체 외부로 레이저광을 사출하기 전에, 펄스 레이저 출력치의 교정 동작으로서, 동 장치 내부에 있어 규정된 수종류의 구형 펄스 전류치를 레이저 다이오드에 통전하고, 레이저 장치 본체를 펄스 발진 동작시키어, 각 구형 펄스 전류치에 있어서 평균 레이저 출력치를 동 레이저 장치 본체 내부에 배치된 레이저 출력 측정기를 이용하여 계측하고, 평균 출력치 데이터를 취득한 후, 동 레이저 장치 본체 외부로 레이저 출력광을 사출하는 경우는, 취득한 평균 출력치 데이터를 기초로 선형 예측된 펄스 전류치를 레이저 다이오드에 통전함으로써, 원하는 펄스 레이저 출력치를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치 {PULSE OSCILLATION SOLID-STATE LASER APPARATUS AND LASER MACHINING APPARATUS}
근래, 레이저 다이오드(이하 「LD」라 한다) 여기(勵起) 고체 레이저 장치 본체의 고출력화, 고휘도화가 진전됨으로써, 종래의 가공 장치로는 해낼 수 없었던 정밀 용접이나 미세 제거 가공이, 레이저 장치에 의하여 고속인 동시에 고정밀도로 가능하게 되었다. 이 때문에, 레이저 장치는 전기·전자 부품의 점 용접이나 심 용접 가공에 사용되거나, 금속, 반도체, 세라믹 재료 등의 표면 마킹이나 스크라이빙 가공, 또 펀칭, 절단 가공에 활발하게 적용되게 되었다.
종래의 고체 레이저 장치의 대표예로서, 레이저 활성 매체가 로드형 Nd:YAG 결정이고, 평균 출력이 300W 급의 레이저 다이오드 여기 펄스형 Nd:YAG 레이저 장치 본체를 구비한 구성을 도 9에 도시하였다.
여기에서, 로드 직경 φ5mm, 길이 116mm의 Nd:YAG 결정(1)은, 중심 파장 808nm로 발진하는 평균 광출력 20W/바(bAr)의 LD를 60 바 탑재한 LD 여기 유닛(2)으로부터 사출된 LD광(3)에 의해 여기되고, 공진기 길이 400mm의 레이저 공진기(4)를 구성하는 전반사경(5)와 반사율 70%의 출력결합경(6) 사이에서 Nd:YAG 결정(l)으로부터 방사된 1.06㎛의 광이 선택적으로 증폭되며, 출력결합경(6)으로부터 Nd:YAG 레이저광(7)이 되어 사출된다. 또, LD 여기 유닛(2)은 직류 안정화 전원(8)에 의해 통전(通電)되며, 안정적인 Nd:YAG 레이저 출력을 유지하기 위해 Nd:YAG 결정(1) 및 LD 여기 유닛(2)은, 직접 혹은 그 주변부가 일정한 온도가 되도록 순수(純水) 냉각 장치(9)로부터 공급된 순수를 이용하여 온도가 관리되고 있다.
또, Nd:YAG 레이저광(7)의 일부는 빔 스플리터(10)에 의하여 모니터용 레이저광(l1)으로서 파워 감쇠기(12)를 투과하고 고속 파워 센서(13)에 안내된다. 그 밖의 레이저광(7)은 입사 집광 광학계(14)에 의하여 코어 지름 0.3mm, 길이 10m의 전송용 광섬유(15)의 전송 조건을 만족하도록 집광되고 있다. 광섬유(15)로부터 사출한 레이저광은, CNC 테이블(16)에 놓여진 피가공물(17) 상에서 가공에 적합한 빔 형상이 되도록 사출 집광 광학계(18)에 의하여 정형 또는 집광되어, 원하는 레이저 가공이 이루어진다.
본 구성에 있어, 레이저광(7)은 고속 파워 센서(13)에 의하여 모니터된 레이저 출력치와 지령 레이저 출력치가 일치하도록 직류 안정화 전원(8)으로부터 LD 여기 유닛(2)에 통전되는 전류가 피드백 제어되고 있다.
그렇지만 종래의 구성에 있어, 모니터용 레이저광의 고속 파워 센서로서 일반적으로 PIN형 Si 포토 다이오드를 이용하는 경우, 이하의 결점을 갖고 있다.
(1) 파워 센서로의 허용 입력광 레벨은 mW 레벨이기 때문에, 모니터용 레이저광은 고정밀도의 파워 분할 수단과 고 감쇠 수단을 병용하고, 실제의 Nd:YAG 레이저광을 약 100,000분의 일 정도까지 감쇠시키지 않으면 안된다. 그러나, 상기 수단으로서 이용하는 광학 부품의 파워 분할율 및 파워 감쇠율은, 습도 변화나 광학 부품에 분진이 부착됨 등에 의하여 쉽게 그러한 특성이 변화해 버리고, 모니터용 레이저 출력으로부터 고정밀도로 실제의 Nd:YAG 레이저 출력을 예측하는 것이 곤란하다.
(2)고속 파워 센서의 검출 감도의 온도 의존성이 0.2∼1.0%/℃보다 크기 때문에, 주위 온도 변화에 의해 쉽게 감도 변화가 생기고, 주위 온도가 일정하지 않은 환경하에 놓여진 레이저 장치 본체에 있어서는, 측정된 모니터용 레이저 출력으로부터 실제의 Nd:YAG 레이저광 출력을 안정하게 하고 정밀도가 좋게 예측하는 것이 곤란하다.
따라서, 이와 같은 고속 파워 센서로 측정된 모니터용 레이저 출력값을 피드백 신호로서 하여, LD 전류를 제어하는 Nd:YAG 레이저 장치에 있어서는, 상기한 고속 파워 센서의 제문제에 의하여, 절대 정밀도로서 2%이하의 안정된 Nd:YAG 레이저 출력을 얻을 수 없는 것이 실정이었다. 이 때문에, 동 구성의 레이저 장치 본체를 사용하는 레이저 가공에 있어 정밀도 불량, 강도 부족 등의 가공 불량이 불가피하게 수반된다고 하는 문제가 발생하고 있다.
또, 이런 종류의 펄스 발진형 고체 레이저 장치를 사용하는 레이저 가공 장치로는, 레이저 출력의 변동에 근거한 가공 불량이 발생하지 않도록 하는 것이 요구되고 있다. 이런 종류의 레이저 가공 장치로서는, 이하에 설명한 것이 알려져 있다.
종래예로서, 레이저 용접 가공을 주목적으로 한 레이저 활성 매체가 로드형 Nd:YAG 결정이고, 평균 출력이 300W 급의 LD 여기 펄스형 Nd:YAG 레이저 가공 장치의 구성을 도 10에 도시하였다.
여기에서, 로드 직경 φ5mm, 길이 116mm의 Nd:YAG 결정(101)은, 중심 파장 808nm로 발진하는 20W/바의 LD를 60 바 탑재한 LD 여기 유닛(102)으로부터 사출된 LD광(103)에 의해 여기되고, 공진기 길이 400mm의 레이저 공진기(104)를 구성하는 전반사경(105)과 반사율70%의 출력결합경(106) 사이에서 Nd:YAG 결정(1)으로부터 방사된 1.06㎛의 광이 선택적으로 증폭되어, 출력결합경(106)으로부터 Nd:YAG 레이저광(107)이 되어 사출된다. 또, Nd:YAG 결정(101) 및 LD 여기 유닛(102)은, 직접 혹은 그 주변부가 일정한 온도가 되도록 순수 냉각 장치(108)로부터 공급된 순수를 이용하여 온도가 관리되어, 안정적인 Nd:YAG 레이저 출력을 유지할 수 있도록 구성되고 있다.
Nd:YAG 레이저광(107)의 일부는 빔 스플리터(109)에 의해 반사되고 모니터광(110)으로서 취출되어, 열전(熱電) 변환형 모니터광 출력 측정기(111)에 안내되고 출력의 측정이 이루어지며, 빔 스플리터(109)를 투과한 Nd:YAG 레이저광(107)은, 빔 셔터(112)가 열린 상태에서 입사 집광 광학계(113)로 입사하고, 코어 지름 0.3mm, 길이 10m의 전송용 광섬유(114)에 집광되고 전송되고 있다. 빔 셔터(112)가 닫힘 상태에서는, Nd:YAG 레이저광(107)은 열전 변환형 레이저광 출력 측정기(115)에 입사되어 출력이 측정되는 구성으로 되어 있다.
Nd:YAG 레이저 출력의 제어 및 ON, OFF는, 직류 안정화 전원(116)에서 LD 전류를 제어함으로써 이루어지고, 일반적으로, 레이저광을 외부로 사출하기 전에 구했던 레이저 출력 특성으로부터 결정되는 LD 전류가 원하는 레이저 출력에 대응하여 통전되고 있다. 또, Nd:YAG 레이저광(107)의 출력 감시는, 모니터광(l10)의 출력치와 규정치를 비교함으로써 이루어지고 있다.
광섬유(114)로부터 사출된 레이저광은, CNC 테이블(117)에 놓여진 피가공물 (118) 상에 가공에 적합한 빔 형상이 되도록 사출 집광 광학계(119)에 의해 정형 또는 집광되어, 원하는 레이저 가공이 이루어진다.
그렇지만, 종래의 구성에 있어 탑재하고 있는 열전 변환형의 모니터광 출력 측정기(111)에서는, 응답 속도가 0.1∼3sec 정도 느리기 때문에, 측정이 정밀도 좋게 이루어지지만 이상을 검출하는 데 응답 속도와 동일한 정도의 시간이 필요하게 된다. 또, 이 시정수(時定數) 이하의 시간에서 레이저 발진 동작이 종료된 경우나 펄스 반복 주파수가 100Hz 이하인 펄스 발진 운전시에 있어서는, 도 11에 나타낸 것처럼 평균 레이저 출력의 측정이 충분한 정밀도로 이루어질 수 없기 때문에, 상기 짧은 펄스 발진 운전시나 상기 저주파수 이하의 펄스 발진 운전시에는 모니터광의 출력은 측정할 수 있지만, 사출 레이저 출력의 감시는 이루어질 수 없었다.
따라서 레이저 공진기(104)를 구성하는 전반사경(105)나 출력결합경(106)이, 먼지나 먼지의 부착에 의하여 손상을 입어 레이저 출력이 급격히 저하된 경우에 있어도, 이러한 출력 저하와 같은 이상 상태의 검출이 지연되거나 또는 검출이 불가능하거나 하여, 정상적인 레이저 가공이 이루어지지 않은 채 가공을 계속해 버리는문제가 발생하고 있다.
본 발명은, 가공의 불안정성의 문제를 매우 적합하게 해소한 펄스 발진형 고체 레이저 장치, 및 레이저 출력의 변동에 근거한 가공 불량이 발생하지 않도록 한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 모식적인 구성도.
도 2는, 동 실시 형태에 있어서 레이저 출력 교정 데이터 작성의 개념도.
도 3은, 동 실시 형태에 있어서 제어 수단의 기능 블록도.
도 4은, 동 제어 수단에 의한 처리의 개요를 나타내는 플로우 차트.
도 5은, 본 발명의 다른 실시 형태를 나타내는 모식적인 구성도.
도 6은, 동 실시 형태에 의한 모니터 레이저 출력의 개념도.
도 7은, 동 실시 형태의 기능 블록도.
도 8은, 동 실시 형태의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트.
도 9은, 종래예를 나타내는 모식적인 구성도.
도 10은, 종래예를 나타내는 도 5에 대응한 도.
도 11은, 동 종래예에 의한 모니터 레이저 출력의 개념도.
본 발명은, 레이저 출력의 고속 피드백 제어가 곤란한 펄스 발진형 LD 여기 고체 레이저 장치를 이용한 가공에 있어서 문제가 되는, 레이저 출력의 불안정성에 기인한 가공의 불안정성 문제를 해결하는 펄스 발진형 LD 여기 고체 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 모니터 레이저 출력을 피드백 신호로 한 LD 전류의 폐루프 제어 방식으로 바꾸고, 레이저 출력치에 대응하는 LD 전류치를 단순하게 통전하는 개루프 제어 방식으로 변경 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.
기본적으로는, 레이저광을 레이저 장치 본체 외부에 사출하기 전에, 레이저 장치 본체 내부에서 레이저 발진 동작을 행하고, 펄스 레이저 출력치와 펄스 LD 전류치의 정확한 상관 관계를 구한 후, 레이저광을 레이저 장치 본체 외부로 사출하는 경우에는, 사전에 구했던 펄스 레이저 출력치와 펄스 LD 전류치의 상관 관계에 따라, 원하는 펄스 레이저 출력치에 대응하는 펄스 LD 전류를 통전하게 하는 것이다.
이와 같이 하면, 원하는 펄스 레이저 출력치를 얻을 수 있는 펄스 LD 전류치의 통전 기술을 확립하는 것이 가능하기 때문에, 항상 안정된 레이저 출력을 얻을 수 있다. 이 결과, 동 레이저 장치 본체를 사용한 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 출력의 불안정성에 기인한 정밀도 불량, 강도 부족 등의 가공 불량이 발생하지 않게 되기 때문에, 가공 득률 비율이 향상되고 가공 비용이 절감된다. 또, 더욱이 가공재료 자원의 절감과 운전 비용의 절감을 통하여, 지구 환경에 대해 보다 친한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 본 발명은, 펄스형 LD 여기 고체 레이저 유닛으로부터 사출되는 펄스 레이저 출력을 상시 감시하고, 이상 출력치를 검출할 때에는 레이저 장치의 운전을 정지시킴으로써, 레이저 출력의 변동에 근거한 가공 불량이 발생하지 않도록 하는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 모니터광 출력의 측정 수단으로, 해당 모니터광 출력을 상시 계측할 수 있는 것을 채용한다. 예를 들면, 고체 레이저 장치의 발진 파장역에 있어 충분한 검출 감도를 가지고, 또한 수 nsec의 응답속도를 가지는 PIN형 Si 포토 다이오드를 이용한다.
그리고, 모니터광의 레이저 출력치의 정상치를 미리 계측하여 기록해 두고, 기록된 수치를 비교 기준으로 설정하여, 통상 운전중의 모니터광 출력의 감시 기간중에 계측되는 레이저 출력치와 비교하여, 규정 값 이상으로 계측치가 있으면 이상이라고 판단 처리한다.
레이저 출력치의 감시는, 설정된 감시 기간 내의 최대 레이저 출력치를 비교 기준치로 하여 행함으로써 비교 기준치를 최소 개수로 하여, 기억 메모리 양을 최소한으로 하고 동시에 비교 연산 처리의 고속화를 이룬다.
본 발명에 관계된 모니터광 출력의 감시 기술을 적용함으로써, 단시간의 발진 동작이라도 펄스 반복 주파수가 100Hz 이하의 경우에 있어서도, 그 펄스 레이저출력치의 계측과 이상 레이저 출력의 검출이 msec 오더로 가능해진다.
이 결과, 동 레이저 가공 장치를 사용한 레이저 가공에 있어서는, 레이저 출력의 불안정성에 기인한 정밀도 불량, 강도 부족 등의 가공 불량이 대폭 감소하기 때문에, 가공 득률 비율이 향상되고 가공 비용이 절감된다. 또, 더욱이 가공재료 자원의 절감과 운전 비용의 절감을 통하여, 지구 환경에 대해 보다 친한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시 형태로서, 레이저 용접 가공을 주목적으로 한 레이저 활성 매체가 로드형 Nd:YAG 결정이고, 평균 출력이 300W 급의 LD 여기 펄스형 Nd:YAG 레이저 장치 본체를 주체로 하는 고체 레이저 장치의 구성을 도 1에 도시하였다.
여기에서, 로드 직경 φ5mm, 길이 116mm의 Nd:YAG 결정(1)은, 중심 파장 808nm로 발진하는 20W/바의 LD를 60 바 탑재한 LD 여기 유닛(2)으로부터 사출된 LD광(3)에 의하여 여기되고, 공진기 길이 400mm의 레이저 공진기(4)를 구성하는 전반사경(5)와 반사율 70%의 출력결합경(6) 사이에서 Nd:YAG 결정(1)으로부터 방사한 1.06㎛의 광이 선택적으로 증폭되며, 출력 결합경(6)으로부터 Nd:YAG 레이저광(7)이 되어 사출된다. 또, LD(2)는 직류 안정화 전원(8)부터 통전되며, 안정적인 Nd:YAG 레이저 출력을 유지하기 위해 Nd:YAG 결정(1) 및 LD 여기 유닛(2)은, 직접 혹은 그 주변부가 일정한 온도가 되도록 순수 냉각 장치(9)로부터 공급된 순수를 이용하여 온도가 관리되고 있다.
또, 출력결합경(6)과 입사 집광 광학계(14)의 빔 전송 경로간에는 빔 셔터(10) 및 열전형 레이저 출력 측정기(13)가 배치되어 있고, 레이저광(7)은 빔 셔터(10)가 열린 상태에서는 입사 집광 광학계(14)에 입사되고, 코어 지름 0.3mm, 길이 10m의 전송용 광섬유(15)에 집광된다. 전송용 광섬유(15)로부터 사출된 레이저광은, CNC 테이블(16)에 놓여진 피가공물(17) 상에서 가공에 적합한 빔 형상이 되도록 사출 집광 광학계(18)에 의하여 정형 또는 집광되어, 원하는 레이저 가공이 이루어진다.
이와 같은 구성에 있어, Nd:YAG 레이저광(7)을 이용하여 레이저 가공을 행하기 전에, 정확한 레이저광 출력이 레이저 가공에 적용되는 것을 목적으로, 레이저 출력치의 교정을 실시한다. 그 때문에, 이 실시 형태의 고체 레이저 장치에 도 3에 도시된 제어 수단(20)을 준비해 둔다. 제어수단(20)은, 미리 규정된 구형(矩形) 펄스 전류치 및 각 구형 펄스 전류치에 대응하는 펄스 레이저 출력치를 기억하는 기억부(21)와, 이 기억부(21)에 기억된 구형 펄스 전류치 및 펄스 레이저 출력치로부터 필요로 하는 펄스 레이저 출력치에 대응하는 펄스 전류치를 선형 예측하는 연산부(22)와, 이 연산부(22)에서 선형 예측된 펄스 전류치를 레이저 다이오드에 통전하기 위한 출력부(23)를 구비한다. 기억부(21)에 기억되는 펄스 레이저 출력치 등 필요한 것에 관해서는, 이 실시 형태에 있어서는 미리 연산부(22)에서 연산해 둔다. 이들 기억부(21), 연산부(22) 및 출력부(23)로 이루어진 제어 수단(20)은, CPU, 메모리 및 인터페이스를 구비한 통상의 마이크로 컴퓨터를 이용하여 용이하게 구성할 수 있고, 전용기에 의한 것도 물론 실현하는 것이 가능하다.
이하, 상기 제어 수단을 이용한 교정의 순서를 나타낸다.
여기에서는, 레이저 출력의 교정 실시 샘플 점수를 5점으로 하고, 또 레이저 발진 반응을 일으키는 최소의 물리량(발진역치)을 주는 규정 펄스 전류치인 LD 전류 It는 25A로 하여 실시하였다(도 2 참조).
(1) 빔 셔터(10)를 닫힘 상태로 하고 Nd:YAG 레이저광(7)의 모든 레이저 출력이 열전형 레이저 출력 측정기(12)에 입사하도록 빔 전송 경로를 변경한다.
(2) 펄스 폭 τ, 펄스 반복 주파수 f의 조건으로, 구형 펄스 전류치인 제 １샘플 LD 전류치 I1에 있어서 레이저 발진 동작을 행하고, 열전형 레이저 출력 측정기(12)에 의해 평균 레이저 출력 Pa1을 측정한 후, 펄스 레이저 출력치 Pl을
Pn=Pan/(τ·f)…식①
을 사용하여 연산부(21)에서 구하고, 기억부(21)에 기억한다. 여기에서 τ=0.5msec, f=200Hz, I1=30A의 경우, Pa1=20W로 P1=200W이었다. 또, Pa1의 측정은 LD 전류를 통전 지령하고 3초 후의 값을 측정 데이터로 하였다.
(3) 펄스 폭, 펄스 반복 주파수는 동일하고, 샘플 LD 전류치만을 I2, I3, I4, I5의 순서로 증가시키어, 각 샘플 LD 전류치에 있어서 펄스 레이저 출력치 P2, P3, P4, P5를 연산부(22)에서 구하고, 기억부(21)에 기억한 후, 샘플 LD 전류치를 LD 전류 It이하로 하여 레이저 발진 동작을 중지시킨다.
여기에서, I2=50A, I3=70A, I4=90A, I5=110A일 때, P2=530W, P3=1260W, P4=2050W, P5=3160W이었다.
또, 각 평균 레이저 출력치 Pan(n=2∼5)의 측정은 샘플 LD 전류를 통전 지령하고 나서 전부 일정하게, 3초후의 값을 측정 데이터로 하였다.
(4) 각 샘플 LD 전류치와 펄스 레이저 출력치의 데이터를 기초로 하여, 측정된 최대 펄스 레이저 출력치 P5까지 임의의 펄스 레이저 출력치 Pp를 얻을 수 있는레이저 다이오드 통전 펄스 전류치 Ic를 예측하기 위해 이하의 선형식을 제작한다.
P1<Pp≤P2의 경우:
Ic=(I2-I1)/(P2-P1)·Pp+(P2I1-P1I2)/(P2-P1)……식②-l
P2<Pp≤P3의 경우:
Ic=(I3-I2)/(P3-P2)·Pp+(P3I2-P2I3)/(P3-P2)……식②-2
P3<Pp≤P4의 경우:
Ic=(I4-I3)/(P4-P3)·Pp+(P4I3-P3I4)/(P4-P3)……식②-3
P4<Pp≤P5의 경우:
Ic=(I5-I4)/(P5-P4)·Pp+(P5I4-P4I5)/(P5-P4)……식②-4
0<Pp≤P1의 경우에는,
Ic=(I1-It)/P1)·Pp+It……식③
여기에서, 식②-1 ∼ 식②-4를 일반 관계식으로 표현하면,
Pn-1<Pp≤Pn, (n≥2)의 경우는,
Ic=(In-In-1)/(Pn-Pn-1)·Pp+(PnIn-1-Pn-1In)/(Pn-Pn-1)…식②
가 된다.
펄스 레이저 출력치의 교정 동작을 마친 후에는, 이러한 관계식② 및 ③을사용하여, 연산부(22)가 원하는 펄스 레이저 출력에 대응하는 레이저 다이오드 통전 펄스 전류치를 연산하고, 출력부(23)를 통하여 LD에 통전한다. 그를 위한 프로그램은, 제어 수단(20)의 기억부(21)에 기억되어 있고, 연산부(22)는 적절히 그 프로그램을 취출하여 연산을 실행하며, 그 결과를 상기 기억부(21)에 기록한다. 도 4는 그 대략적인 플로우 차트이다.
이 결과, 펄스 레이저 출력치의 지령치가 150W인 경우, 펄스 LD 전류는 28.75A가 통전되고, 실제의 펄스 레이저 출력치는 l52W로, 약 1.3%의 절대 정밀도로 레이저 출력을 얻을 수 있다. 또, 펄스 레이저 출력치의 지령치가 2500W인 경우, 펄스 LD 전류는 98A가 통전되고, 실제의 펄스 레이저 출력치는 2485W로, 약 0.6%의 절대 정밀도로 레이저 출력을 얻을 수 있다.
더욱이, 제어 수단(20)은, 상기 레이저 장치 본체(A)의 펄스 레이저 출력치 교정시, 각 레이저 다이오드 통전 펄스 전류치에서 얻어지는 펄스 레이저 출력치를, 전회의 교정시에 얻어진 동일 전류치의 펄스 레이저 출력치와 비교하여, 규정된 증감율과 동일하거나 그 이하일 경우에 한해 취득 데이터로서 갱신하는 것이 가능한 기능을 구비하고 있다.
또, 제어 수단(20)은, 상기 레이저 장치 본체(A)의 펄스 레이저 출력치 교정시, 각 레이저 다이오드 통전 펄스 전류치에서 얻어지는 펄스 레이저 출력치를, 전회의 교정시에 얻어진 동일 전류치의 펄스 레이저 출력치와 비교하여, 규정된 증감율 이상일 경우에는, 신규 취득 데이터에 의한 데이터 갱신은 실시하지 않고, 레이저 장치 본체(A)의 이상으로 간주하여 이상 내용을 표시함과 함께 레이저 장치 본체의 교정 동작을 중지하는 기능도 구비하고 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관하여 설명하였지만, 각 부분의 구체적인 구성은, 상술한 실시 형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
이상과 같이, 고체 레이저 장치를 사용할 때, 사용 전에 레이저 장치 본체의 교정을 행함으로써, 레이저 출력의 불안정성에 기인한 가공의 불안정성의 문제를 해결하는 것이기 때문에, 이와 같은 구성을 레이저 가공 장치에 채용하는 것이 가능하다.
또, 레이저 가공 장치로서는, 이하 설명하는 구성을 채용함으로써, 또한 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
즉, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 레이저 용접 가공을 주목적으로 한 레이저 활성 매체가 로드형 Nd:YAG 결정이고, 평균 출력이 300W 급의 LD 여기 펄스형 Nd:YAG 레이저 유닛(A)을 주체로서 구성하는 레이저 가공 장치를 도 5에 도시하였다.
여기에서, 레이저 공진기 및 빔 전송계의 구성은 종래예와 동일하지만, 가장 큰 차이는 모니터광 출력 측정기(111)를 PIN형 Si 포토 다이오드로 변경하고, 빔 스플리터(109)의 사출 레이저광에 대한 반사율을 약 1%로 하여 모니터 레이저광(110)을 제작하고 있는 점에 있다.
Nd:YAG 레이저광(107)의 출력 감시는, PIN형 Si 포토 다이오드를 검출기로서 이용하는 것이고, LD 여기 펄스형 Nd:YAG 레이저 유닛(AA)로부터 사출 가능한 펄스레이저광 출력은, 모든 레이저 사출 기간에 있어 감시 가능해진다. 그렇지만, 일반적으로 도 6에 도시된 것처럼 레이저 가공을 실시하는 경우, 가공부위에 의해 다양한 레이저 출력치로 이루어지는 펄스 레이저광으로 가공이 이루어지기 때문에, 감시 기준치도 그것에 연동하는 설정치로 평상시 감시를 행하지 않으면 안된다. 여기서는, 도 6에 나타낸 가공 조건 #1과 같이　0.5msec의 펄스 폭을 가지는 펄스 레이저광이 100Hz의 반복 주파수로 운전되고 있는 경우, 감시 샘플링 간격은 적어도 0.05msec가 필요하며, 레이저 사출 시간의 모든 기간인 2.5sec의 기간 동안 감시를 행한다면, 약 5×104회의 비교 연산 처리가 필요하게 되고, 고속 처리 가능한 연산 장치와 대용량 메모리를 구비한 제어 장치가 필요하게 되어, 레이저 장치가 고가가 되어 버린다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는, 간편한 방법으로서 감시 기간을 어느 특정 단기간으로 한정하여 설정할 수 있고, 또한 그 기간 중 최대치만을 감시 대상으로 하였다.
그 때문에, 고체 레이저 유닛(AA)의 레이저광 사출부와 해당 레이저광 사출부로부터 사출된 레이저광이 도입되는 레이저광 전송계인 전송용 광섬유(114)의 입사 도광부(導光部)인 입사 집광 광학계(113) 사이에서, 레이저광의 일부를 분리하는 빔 스플리터(109)로부터 반사되는 사출 레이저광 출력을 출력 계측기인 모니터광 출력 측정기(111)에 도입되는 모니터광(110)으로 하고, 해당 모니터광 출력 측정기(l11)에서 직접광 혹은 확산 반사판을 이용하여 고속 광센서에 입사된 모니터광의 레이저 출력치를 계측하여, 빔 스플리터(109)의 사출 레이저광의 반사율로부터 전송용 광섬유(114)에 도광되는 레이저 출력치를 추정 계측하는 것이다.
구체적 구성으로서는, 도 7에 예시한 것처럼, 레이저광 사출 중 규정 감시 기간 내에서 계측되는 레이저광 출력치의 최대치인 실 최대 레이저 출력치를 구하는 최대치 판정 수단(120)과, 미리 정한 규정 감시 기간 경과 후에 그 최대치와 감시 레벨인 규정 레이저 출력치를 비교하고 그 최대치가 규정 범위 내인가 아닌가를 판정하는 이상 판정 수단(121)과, 이 이상 판정 수단이 규정 범위 밖이라고 판정한 경우에 알람 내용을 표시하는 동시에 상기 고체 레이저 유닛의 운전을 정지하는 이상 처리 수단(122)을 구비한다.
이 중, 적어도 상기 모니터광 출력 측정기(111)의 일부, 최대치 판정 수단(120), 이상 판정 수단(121) 및 이상 처리 수단(122)은, CPU, 메모리 및 인터페이스를 구비한 통상의 마이크로 컴퓨터 시스템 등에 의하여 용이하게 구성할 수 있다.
도 8은, 이 경우에 CPU가 실행해야 할 것으로서 메모리 안에 격납된 프로그램의 개요를 도시한 플로우 차트이고, 도 6은 레이저광 사출 중의 감시 기간을 구체적으로 도시한 것이다. 이러한 도면에 근거하여 설명하면, 레이저광이 사출됨과 동시에 모니터광 출력 측정기(111)가 모니터 레이저광 출력을 감시해야 하는 샘플링을 개시하고(S1, S2), 개시 후 100msec 후에 감시 종료한다(S5). 정상시에 있어서 감시 기간 중의 대표값으로서, 이 기간중의 최대 레이저 출력치를 취득한다(S3, S4). 이것은, 최대치가 가장 S/N 값이 크기 때문이다. 이 단계(S3, S4)는, 용이하게 피크 홀드 회로로 대체하여 구성할 수 있다. 정상시의 모니터 레이저광 출력을 감시 기준으로 하기 위한 상기 단계로는, 실가공(實加工)과 동일 조건으로 레이저 장치를 운전하고 기준 최대 레이저 출력치를 취득한다. 또 감시 기준폭으로서는, 센서 감도의 주위 환경에 대한 변화(일반적으로 0.5%/℃)나 레이저 가공품질의 허용 폭 등으로부터, 기준 최대 레이저 출력치에 대하여 ±3%의 값을 상한 규정 레이저 출력치 및 하한 규정 레이저 출력치로서 설정한다.
실가공시에는, 상술한 기준 최대 레이저 출력치의 취득 단계와 동일한 실 최대 레이저 출력치의 취득 단계(S1∼S5)를 실시하고, 이에 덧붙여, 실 최대 레이저 출력치를 상기 감시 기준폭에 입각한 상한 규정 레이저 출력치 및 하한 규정 레이저 출력치와 비교하는 비교 단계(S6)를 실시한다. 그리고, 실 최대 레이저 출력치가 하한 규정 레이저 출력치로부터 상한 규정 레이저 출력치까지의 범위를 벗어나는 경우는, 감시 기간 종료 직후에 알람으로서 레이저 장치의 표시기에 「레이저 출력 이상」을 표시함과 동시에, 레이저 장치 및 가공 기계의 운전을 중지하는 등의 이상 처리를 행한다(S7).
즉 본 다른 실시 형태에 의하여, 감시 기간 중 항상 레이저 출력의 최대치를 취득하고, 기간 종료와 동시에 감시 기준치와 최신의 최대치를 비교한다고 하면, 극히 단순한 구성으로 고정밀도의 레이저 출력의 감시가 실현될 수 있었다.
그리고, 종래 기술로는 불가능했던 단(短) 펄스 및 저(低) 펄스 주파수로 레이저 가공 중 이상 레이저 출력의 감시가 실현 가능함으로써, 이상시에는, 즉석에서 레이저 장치의 운전을 정지할 수 있게 되었다.
또한, 각 부분의 구체적인 구성은, 상술한 실시 형태만으로 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 상기 다른 실시 형태로는, 레이저 레이저광 사출 직후부터 1OOmsec의 기간을 모니터 레이저 출력의 감시 기간이라고 했지만, 레이저광이 사출되고 있을 시간 내라면, 임의의 시간 범위를 감시 기간으로 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 다른 실시 형태로는, 감시 기간을 레이저광 사출 직후부터 1OOmsec인 1 기간이라고 했지만, 레이저광이 사출되고 있을 시간내이라면, 복수의 감시 기간을 두는 것으로, 보다 고정밀도의 레이저 출력의 감시를 행할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태로는, 수 nsec의 응답 속도를 가지는 포토 다이오드를 사용했지만, 일반적으로 가공에 적용되는 레이저광의 펄스 폭은 1OOμsec이상이기 때문에, 검출기의 응답 속도는 수 1Oμsec의 응답 속도라도 충분한 기능과 효과를 기대할 수 있다.
게다가 또, 사출 레이저광의 전파 경로를 변경하는 반사경으로부터 나오는 투과 레이저광 혹은 레이저 공진기를 구성하는 전반사경으로부터 나오는 투과 레이저광을 상기 계측기에 있어서 모니터광으로 하고, 해당 계측기에서 직접광 혹은 확산 반사판을 이용하여 고속 광센서에 입사된 모니터광의 레이저 출력치를 계측하여, 투과 레이저광의 사출 레이저광에 대한 비율로부터 레이저광 전송계에 도광하도록 하여도 관계 없다.
또한, 상기한 각각의 실시 형태는, 단독으로 실시되는 것이어도 좋고, 또 양자를 조합시켜 실시되는 것이어도 좋다.
그 밖의 구성도, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.
상술한 것처럼, 본원의 펄스 발진형 고체 레이저 장치에 의하면, 안정적으로 2%이하의 절대 정밀도로 펄스 레이저 출력치를 사출하는 것이 가능해진다. 상기 실시 형태에 의한 레이저 가공기를 이용한 레이저 용접 가공에 있어서는, 프로 홀 등의 용접 결함이 감소되거나, 용접 심도의 고르지 않은 상태가 저감됨으로써, 용접 품질을 대폭적으로 개선하는 것이 가능하였다.
또, 본원의 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저 출력의 과부족에 기인한 정밀도 불량, 강도 부족 등의 가공 불량이 대폭적으로 감소하기 때문에, 가공 득률 비율이 향상되고 가공 비용이 저감된다. 또, 더욱이 가공재료 자원의 절감과 운전 비용의 저감을 통하여, 지구 환경에 대해 보다 친한 레이저 가공 장치를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 고체 레이저 활성 매체의 주된 에너지 흡수 대역에서 발광하는 레이저 다이오드를 여기원으로 한 레이저 장치 본체를 가지는 펄스 발진형 고체 레이저 장치에 있어서,
    레이저 장치 본체 외부로 레이저광을 사출하기 전에, 펄스 레이저 출력치의 교정 동작으로서, 동 장치 내부에 규정된 수 종류의 구형 펄스 전류치를 레이저 다이오드에 통전하고, 레이저 장치 본체를 펄스 발진 동작시키어, 각 구형 펄스 전류치에 있어서 평균 레이저 출력치를 동 레이저 장치 본체 내부에 배치한 레이저 출력 측정기를 이용하여 계측하고, 평균 출력치 데이터를 취득한 후,
    동 레이저 장치 본체 외부로 레이저 출력광을 사출하는 경우에는, 취득한 평균 출력치 데이터를 기초로 선형 예측된 펄스 전류치를 레이저 다이오드에 통전함으로써, 원하는 펄스 레이저 출력치를 얻을 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 장치 본체 내에 설치된 레이저 출력 측정기로서 열전 변환형 레이저 출력 측정기를 이용하여, 펄스 레이저 출력의 교정시 상기 레이저 출력 측정기에 레이저 장치 본체로부터 사출된 레이저광의 일부를 조사하고, 평균 레이저 출력치를 측정하는 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 장치 본체에 있어서 펄스 레이저 출력치의 교정 동작을 실시할 때, 레이저 다이오드에 통전하는 구형 펄스 전류치는 레이저 장치 본체의 발진 반응을 일으키는 최소의 물리량 이상의 규정 펄스 전류치로부터 개시되고, 펄스 주파수 및 펄스 폭은 동일한 조건으로 하며 순차적으로 구형 펄스 전류치만을 증가시키면서 각 구형 펄스 전류치에 있어서 평균 레이저 출력치를 동 레이저 장치 본체 내부에 배치된 레이저 출력 측정기를 이용하여 계측하며, 상기 레이저 장치 본체의 제어 수단에 펄스 전류치 데이터 및 식 ①에 의하여 구해지는 펄스 레이저 출력치 데이터를 격납하는 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
    Pn=Pan/(τ·f) …………식 ①
    여기에서, Pn: 펄스 레이저 출력치 (W),
    Pan: 계측된 평균 레이저 출력치 (W),
    τ:펄스 폭 (sec),
    f:펄스 반복 주파수 (Hz)
    이다.
  4. 제 1항에 있어서,
    선형 예측되는 펄스 레이저 출력치 Pp가, 레이저 출력치의 교정 동작시 취득한 데이터군의 (n-1)번째로 실시한 레이저 다이오드에 통전된 구형 펄스 전류치 In-1에 있어 얻어진 펄스 레이저 출력치 Pn-l과, (n)번째로 실시한 구형 펄스 전류치 In에 있어 얻어진 펄스 레이저 출력치 Pn의 중간 영역에 존재하는 경우, 즉 Pn-1<Pp≤Pn의 경우에는, 식 ②를 이용하여 자동적으로 선형 예측 계산된 펄스 전류치 Ic가 레이저 다이오드에 통전되어, 원하는 펄스 레이저 출력치를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
    Ic=(In-In-1)/(Pn-Pn-1)·Pp+(PnIn-1-Pn-1In)/(Pn-Pn-1)…식 ②
    단, 여기서 n≥2의 정수이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    선형 예측되는 펄스 레이저 출력치 Pp가, 레이저 출력치의 교정 동작시 최소의 구형 펄스 전류치 I1에 있어 얻어진 펄스 레이저 출력치 P1이하인 경우, 즉 O<Pp≤P1의 경우에는, 식 ③에 의하여 자동적으로 선형 예측 계산된 펄스 전류치 Ic가 레이저 다이오드에 통전되어, 원하는 펄스 레이저 출력치를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
    Ic=(I1-It)/P1)·Pp+It…………식 ③
    여기에서 It: 레이저 장치의 발진 반응을 일으키는 최소의 물리량을 주는 레이저 다이오드 전류치이다.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 장치 본체의 펄스 레이저 출력치의 교정시에 있어, 각 레이저 다이오드 통전 펄스 전류치에 있어 얻어지는 펄스 레이저 출력치가, 전회의 교정시에 얻어진 동일 전류치의 펄스 레이저 출력치와 비교하여, 규정된 증감율과 동일 하거나 혹은 그 이하인 경우에 한하여 취득 데이터로 갱신할 수 있는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 장치 본체의 펄스 레이저 출력치의 교정시에 있어, 각 레이저 다이오드 통전 펄스 전류치에 있어 얻어지는 펄스 레이저 출력치가, 전회의 교정시에 얻어진 동일 전류치의 펄스 레이저 출력치와 비교하여, 규정된 증감율 이상인 경우에는, 신규 취득 데이터에 의한 데이터 갱신은 실시하지 않고, 레이저 장치 본체의 이상으로 간주하여 이상 내용을 표시함과 동시에 레이저 장치 본체의 교정 동작을 중지하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 펄스 발진형 고체 레이저 장치.
  8. 고체 레이저 활성 매체의 주된 에너지 흡수 대역에서 발광하는 레이저 다이오드를 여기원으로 한 펄스 발진형의 고체 레이저 유닛을 주체로 한 것으로, 사출 레이저광 출력을 평상시 계측하는 계측기와, 레이저광 사출 중 규정 감시 기간 내에 계측된 레이저광 출력치의 최대치를 구하는 최대치 판정 수단과, 미리 정한 규정 감시 기간 경과 후 상기 최대치와 감시 레벨인 규정 레이저 출력치를 비교하여 그 최대치가 규정 범위 내인가 아닌가를 판정하는 이상 판정 수단과, 상기 이상 판정 수단에 의하여 최대치가 규정 범위 밖이라고 판정된 경우에 알람 내용을 표시함과 동시에 적어도 상기 고체 레이저 유닛의 운전을 정지하는 이상 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 한 레이저 가공 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    고체 레이저 유닛의 레이저광 사출부와 해당 레이저광 사출부에서 사출된 레이저광이 도입되는 레이저광 전송계의 입사 도광부 사이에, 레이저광의 일부를 분리하는 빔 스플리터를 설치하고, 상기 빔 스플리터로부터 반사된 사출 레이저광 출력을 상기 계측기에 있어서 모니터광으로 하여, 해당 계측기에 있어 직접광 혹은 확산 반사판을 이용하여 고속 광센서에 입사된 모니터광의 레이저 출력치를 계측하며, 빔 스플리터에 있어서 사출 레이저광의 반사율로부터 레이저광 전송계에 도광된 레이저 출력치를 추정 계측하는 레이저 가공 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    사출 레이저광의 전파 경로를 변경하는 반사경으로부터 나온 투과 레이저광 혹은 레이저 공진기를 구성하는 전반사경으로부터 나온 투과 레이저광을 상기 계측기에 있어서 모니터광으로 하여, 해당 계측기에 있어 직접광 혹은 확산 반사판을이용하여 고속 광센서에 입사된 모니터광의 레이저 출력치를 계측하고, 투과 레이저광의 사출 레이저광에 대한 비율로부터 레이저광 전송계에 도광된 레이저 출력치를 추정 계측하는 레이저 가공 장치.
  11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    실제로 감시를 행한 운전 조건과 동일한 레이저 사출 조건으로, 적어도 1회 이상 운전하여, 그 때 계측되는 레이저광 출력의 감시 기간에 있어서 최대치를 상기 최대치 판정 수단이 자동적으로 취득하고, 상기 최대치가 상기 이상 판정 수단에 있어서 실제 운전시 감시 레벨로서 설정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    이상 판정 수단에 있어서 레이저 출력의 규정 감시 기간은, 레이저광 사출 중 전 구간에서도, 또는 레이저 출력치의 계측이 가능한 시간 이상의 임의의 기간이라도 설정 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저광 사출 기간에 있어, 상기 이상 판정 수단이 복수개의 규정 감시 기간을 임의로 설정 가능한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  14. 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저광 출력의 계측기로서 고체 레이저 유닛의 발진 파장역에 있어 충분한 검출 감도를 가지는 동시에 수 nsec 내지 수 1Oμsec의 응답 속도를 가진 검출기를 탑재한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
KR1020047005651A 2001-10-16 2002-02-18 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치 KR100598248B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001318645 2001-10-16
JP2001318644 2001-10-16
JPJP-P-2001-00318644 2001-10-16
JPJP-P-2001-00318645 2001-10-16
PCT/JP2002/001390 WO2003034555A1 (fr) 2001-10-16 2002-02-18 Appareil laser solide a oscillations d'impulsions et appareil d'usinage a laser

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067001873A Division KR100598247B1 (ko) 2001-10-16 2002-02-18 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040058204A true KR20040058204A (ko) 2004-07-03
KR100598248B1 KR100598248B1 (ko) 2006-07-07

Family

ID=26623934

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067001873A KR100598247B1 (ko) 2001-10-16 2002-02-18 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치
KR1020047005651A KR100598248B1 (ko) 2001-10-16 2002-02-18 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067001873A KR100598247B1 (ko) 2001-10-16 2002-02-18 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치

Country Status (8)

Country Link
US (2) US7215689B2 (ko)
EP (2) EP2355270A3 (ko)
JP (2) JPWO2003034555A1 (ko)
KR (2) KR100598247B1 (ko)
CN (2) CN1572049B (ko)
CA (1) CA2461754A1 (ko)
HK (1) HK1098985A1 (ko)
WO (1) WO2003034555A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003034555A1 (fr) 2001-10-16 2003-04-24 Kataoka Corporation Appareil laser solide a oscillations d'impulsions et appareil d'usinage a laser
US7352784B2 (en) 2004-07-20 2008-04-01 Jds Uniphase Corporation Laser burst boosting method and apparatus
TWI380868B (zh) * 2005-02-02 2013-01-01 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltdl Fine processing method of sintered diamond using laser, cutter wheel for brittle material substrate, and method of manufacturing the same
CN101427429B (zh) 2006-04-25 2013-07-10 三菱电机株式会社 激光振荡器及其电源装置、该激光振荡器的控制方法
JP2008028317A (ja) * 2006-07-25 2008-02-07 Fanuc Ltd レーザ装置
JP4271247B2 (ja) * 2007-04-10 2009-06-03 ファナック株式会社 レーザ装置
JP4994452B2 (ja) * 2007-07-04 2012-08-08 三菱電機株式会社 レーザ加工装置、加工制御装置および加工装置
JP5219623B2 (ja) * 2008-05-23 2013-06-26 三菱電機株式会社 レーザ加工制御装置およびレーザ加工装置
JP5303305B2 (ja) * 2009-02-16 2013-10-02 東芝Ｉｔコントロールシステム株式会社 レーザ制御装置
BR112012011822A2 (pt) * 2009-11-18 2017-09-26 Wavelight Gmbh dispositivo de processamento de material, e, processo para operar um dispositivo de processamento de material
JP2011142187A (ja) * 2010-01-06 2011-07-21 Nikon Corp レーザ装置
JP5388913B2 (ja) * 2010-03-15 2014-01-15 三菱電機株式会社 画像表示装置
JP5995414B2 (ja) * 2011-06-20 2016-09-21 キヤノン株式会社 レーザー装置
JP6096022B2 (ja) * 2013-03-25 2017-03-15 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置における出力光パワー低下の判定方法及び光増幅システム
JP5947740B2 (ja) * 2013-03-29 2016-07-06 トヨタ自動車株式会社 溶接部の検査装置とその検査方法
FR3010924B1 (fr) 2013-09-20 2015-11-06 Essilor Int Dispositif et procede de marquage laser d'une lentille ophtalmique
TW201544222A (zh) * 2014-02-21 2015-12-01 Panasonic Ip Man Co Ltd 雷射加工裝置
JP6234296B2 (ja) * 2014-03-27 2017-11-22 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP6771810B2 (ja) * 2015-04-20 2020-10-21 住友重機械工業株式会社 レーザ加工装置
CN107855672B (zh) * 2017-12-22 2024-03-01 上海海事大学 一种耦合高能量脉冲电流降低激光焊接残余应力的方法及系统
KR101976441B1 (ko) * 2018-11-27 2019-08-28 주식회사 21세기 펨토초 레이저를 이용한 초정밀 블레이드 엣지 가공방법
CN112542763A (zh) * 2019-09-20 2021-03-23 山东华光光电子股份有限公司 一种用于激光器的指示装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57202794A (en) * 1981-06-09 1982-12-11 Mitsubishi Electric Corp Controlling device for laser output
US4553155A (en) * 1982-06-18 1985-11-12 At&T Bell Laboratories High speed bias-free photodetector
JPH0714097B2 (ja) 1985-10-30 1995-02-15 株式会社日平トヤマ レ−ザ出力制御装置
JPS63104389A (ja) * 1986-10-21 1988-05-09 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ出力測定装置
DE3733489A1 (de) * 1987-10-03 1989-04-20 Telemit Electronic Gmbh Verfahren und vorrichtung zur materialbearbeitung mit hilfe eines lasers
JP2820939B2 (ja) 1988-08-18 1998-11-05 ファナック 株式会社 Ｎｃレーザ装置
JP2537571Y2 (ja) * 1990-02-23 1997-06-04 ミヤチテクノス株式会社 レーザ装置
JPH0459193A (ja) 1990-06-28 1992-02-26 Nec Corp レーザ加工装置
JP3580430B2 (ja) 1991-12-18 2004-10-20 株式会社ニコン 露光システム及び露光方法
JP2917642B2 (ja) * 1992-01-24 1999-07-12 三菱電機株式会社 レーザ出力制御装置
JPH05212047A (ja) 1992-02-10 1993-08-24 Olympus Optical Co Ltd レーザ装置
JP2720744B2 (ja) * 1992-12-28 1998-03-04 三菱電機株式会社 レーザ加工機
JPH0724587A (ja) 1993-07-13 1995-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ照射装置
JP3315556B2 (ja) * 1994-04-27 2002-08-19 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
JP3494517B2 (ja) 1995-03-17 2004-02-09 ミヤチテクノス株式会社 固体レーザ装置
US5740194A (en) * 1995-03-17 1998-04-14 Miyachi Technos Corporation Solid-state laser apparatus
DE19705330C1 (de) * 1997-02-12 1998-02-19 Lambda Physik Gmbh Verfahren und Festkörperlasersystem zum Erzeugen von Laserimpulsen mit variabler Impulsfolgefrequenz und konstanten Strahleigenschaften
IT1290576B1 (it) * 1997-03-07 1998-12-10 Cise Spa Dispositivo per la rilevazione di parametri ottici di un fascio laser
US5854805A (en) * 1997-03-21 1998-12-29 Lumonics Inc. Laser machining of a workpiece
JPH11156570A (ja) 1997-11-21 1999-06-15 Daihen Corp レーザ加工装置
JPH11320147A (ja) * 1998-05-18 1999-11-24 Miyachi Technos Corp レーザ加工装置
US6418154B1 (en) * 1999-06-07 2002-07-09 Coherent, Inc. Pulsed diode-pumped solid-state laser
WO2003034555A1 (fr) * 2001-10-16 2003-04-24 Kataoka Corporation Appareil laser solide a oscillations d'impulsions et appareil d'usinage a laser

Also Published As

Publication number Publication date
KR100598247B1 (ko) 2006-07-07
WO2003034555A1 (fr) 2003-04-24
EP1437806B1 (en) 2014-11-19
EP1437806A4 (en) 2008-04-30
US20040258108A1 (en) 2004-12-23
EP1437806A1 (en) 2004-07-14
US7653103B2 (en) 2010-01-26
CN1572049A (zh) 2005-01-26
EP2355270A3 (en) 2012-05-09
KR20060014460A (ko) 2006-02-15
CN1572049B (zh) 2012-06-06
JP2009065202A (ja) 2009-03-26
HK1098985A1 (en) 2007-08-03
CA2461754A1 (en) 2003-04-24
US20080165814A1 (en) 2008-07-10
CN1907633A (zh) 2007-02-07
JPWO2003034555A1 (ja) 2005-02-03
JP5435930B2 (ja) 2014-03-05
KR100598248B1 (ko) 2006-07-07
US7215689B2 (en) 2007-05-08
EP2355270A2 (en) 2011-08-10
CN1907633B (zh) 2012-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100598248B1 (ko) 펄스 발진형 고체 레이저 장치 및 레이저 가공 장치
KR0169551B1 (ko) 레이저 가공장치 및 그 제어방법
CN101878087B (zh) 激光振荡器内出射镜的老化状态测定方法以及激光加工装置
US5408482A (en) Apparatus for and method of controlling the output of a laser source
US20050115940A1 (en) Method for controlling laser beam machine and laser beam machine
JPH09122949A (ja) レーザ加工装置およびレーザ装置
JPH10263859A (ja) レーザモニタ装置及びレーザ装置
EP1681750A1 (en) Laser oscillator and method of estimating the lifetime of a pump light source
JP2013239572A (ja) レーザ加工装置及びレーザ出力校正方法
JP2007038226A (ja) レーザ加工モニタリング装置
JP2011240361A (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法
CN104057203A (zh) 激光加工装置以及激光加工方法
EP1577990A2 (en) Laser unit
CN109323761A (zh) 一种激光功率在线监控方法和装置
JPH02179377A (ja) レーザ加工装置
US20180233871A1 (en) Laser cutting device, method of diagnosing laser oscillator and computer-readable recording medium
JPH0839273A (ja) レーザ加工方法
JPH06237028A (ja) レーザモニタ装置
JP2007141879A (ja) レーザ発振器及びレーザ発振器の劣化部品判定方法
JP2004130336A (ja) 半導体レーザ装置とレーザ加工機
JPH1133758A (ja) レーザ溶接条件管理方法
JP2003344221A (ja) 半導体レーザ装置の評価方法、製造方法、及び評価装置
JPH05169284A (ja) レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130227

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140319

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150223

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee