KR20070076499A - 파이버레이저빔가공장치 - Google Patents

파이버레이저빔가공장치 Download PDF

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KR20070076499A
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야스시 마츠다
히데노리 시마다
고이치 야기누마
신고 다나카
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미야치 테크노스 가부시키가이샤
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Abstract

본 파이버레이저빔가공장치는 파이버레이저발진기, 레이저전원유닛, 레이저빔입사유닛, 파이버전송계, 레이저빔조사유닛, 가공테이블 등으로 이루어진다. 상기 파이버레이저발진기에 의해 발진 및 출력되는 파이버레이저빔의 일부는, 빔스플리터를 통해 파워를 모니터링하기 위한 광다이오드에 의해 수신된다. 상기 광다이오드의 출력 신호는 레이저전원유닛으로 전송된다. 상기 전원유닛은 피드백신호로서 광다이오드의 출력신호를 수신하여, 상기 파이버레이저빔의 레이저출력이 설정값과 같게 되도록 펌핑유닛의 레이저다이오드로 공급될 구동전류 또는 여기전류를 제어한다.

Description

파이버레이저빔가공장치{FIBER LASER BEAM PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔가공장치의 구성예를 도시한 도면; 및
도 2는 상기 실시예에서의 레이저빔가공장치의 레이저전원유닛의 구성예의 블럭도를 도시한 도면이다.
본 발명은 파이버레이저빔을 이용하여 레이저빔의 가공을 행하는 레이저빔가공장치에 관한 것이다.
종래에는, 소위 "파이버레이저"인 여기빔을 이용하여 발광원소를 포함하는 코어를 광학적으로 펌핑함으로써 소정의 파장을 갖는 원 레이저빔을 발진 및 출력하는 광파이버 구조를 갖는 레이저가 공지되어 있다. 파이버레이저는 활성매질로서 매우 긴 세장형 코어를 사용하기 때문에, 상기 파이버레이저는 빔 직경이 작고 빔발산각이 작은 레이저빔(파이버레이저빔)을 발진 및 출력할 수 있다. 또한, 파이버 내로 입사되는 여기빔은 광선이 긴 광로 상에서 전파되면서, 상기 코어를 여러번 교차시킴으로써 그 여기에너지를 완전히 소비하므로, 매우 높은 발진 효율로 파이 버레이저빔이 생성될 수 있다. 또한, 파이버레이저에 있어서, 상기 파이버레이저빔의 빔모드는 매우 안정한데, 그 이유는 상기 파이버의 코어가 열적 렌즈 효과를 전혀 발생시키지 않기 때문이다.
종래의 파이버레이저빔가공장치는 원하는 레이저 출력에 대응하는 여기를 위한 전류값을 설정하고, 레이저전원은 예컨대 레이저다이오드(LD)와 같은 여기광원에 상기 설정된 전류값에 대응하는 여기전류를 공급한다. 파이버레이저용 파이버의 길이는 임의로 선택될 수 있기 때문에, 상기 파이버레이저의 출력 종단이 가공 장소로 제공되어, 상기 파이버레이저로부터 발진 및 출력되는 파이버레이저빔이 집광광학계를 통해 가공될 피가공물 상의 가공점에 직접 인가된다.
하지만, 종래의 파이버레이저빔가공장치는 여기(LD)의 저하, 파장 시프트 등의 영향으로 인하여 불안정한 레이저 출력의 형태를 가진다. 그러므로, 레이저빔 가공의 재현성 및 신뢰성이 좋지 않다. 파이버레이저 또한 열, 진동, 주위광 등의 영향에 취약하기 때문에, 파이버레이저에 대해 그 구성요소들(발진용 광파이버, 광공진기 등)의 레이저발진성능의 저하, 손상, 열화 등의 문제점들이 발생하게 된다.
본 발명은 상기 종래의 기술적 문제점들의 관점에서 고안되었으며, 그 목적은 파이버레이저 출력의 안정성을 개선하고, 그 결과 레이저빔 가공의 재현성과 신뢰성을 개선하는 파이버레이저빔가공장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 파이버레이저발진기 또는 파이버레이저 상의 가공 장소에서의 외란(disturbance)으로부터 가해지는 영향들을 감소시켜, 레이저발진성 능의 저하 및 발진용광파이버의 손상 및 열화를 방지하도록 되어 있는 파이버레이저빔가공장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시형태에 따르면, 발광원소를 포함하는 코어, 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드(clad)를 포함하는 발진용 광파이버; 상기 발진용 광파이버의 코어에 여기빔을 공급하기 위한 펌핑유닛; 상기 발진용 광파이버가 소정의 파장을 갖는 레이저빔을 발진 및 출력하도록 상기 펌핑유닛을 턴온 및 구동시키는 전원유닛; 상기 발진용 광파이버에 의해 생성되는 레이저빔을 피가공물 상의 가공점 상으로 집광 및 조사시키는 레이저빔조사유닛; 상기 레이저빔의 레이저 출력을 위한 소정의 기준값 또는 소정의 기준파형을 설정하는 설정유닛; 상기 발진용 광파이버에 의해 발진 및 출력되는 상기 레이저빔의 레이저 출력을 측정하는 레이저출력측정유닛; 및 상기 레이저출력측정유닛으로부터 얻어진 레이저출력측정값이 상기 기준값 또는 상기 기준파형과 같아지도록 상기 전원유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치가 제공된다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2실시형태에 따르면, 발광원소를 포함하는 코어를 활성매질로서 채택하고, 소정의 여기빔을 이용하여 상기 코어를 광학적으로 펌핑함으로써 소정의 파장을 갖는 레이저빔을 발진 및 출력시키는 광파이버 구조를 구비한 파이버레이저발진기; 상기 파이버레이저발진기에 의해 발진 및 출력되는 레이저빔을 피가공물 상의 가공점을 향해 조사하는 레이저빔조사유닛; 상기 파이버레이저발진기에 의해 발진 및 출력되는 상기 레이저빔의 레이저 출 력을 측정하는 레이저출력측정유닛; 및 상기 레이저출력측정유닛으로부터 얻어지는 레이저출력측정값을 피드백하여 상기 파이버레이저발진기에 의해 사용되는 상기 여기빔의 출력을 제어하는 레이저전원유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치가 제공된다.
본 발명의 파이버레이저빔가공장치에 있어서, 발진용파이버 또는 파이버레이저발진기에 의해 생성되는 파이버레이저빔의 레이저 출력(파워)은 보통 실시간파워피드백제어에 따라 소정의 기준값 또는 소정의 기준파형에 정확하게 대응하여 안정화된다. 그러므로, 전원유닛출력의 변동, 펌핑유닛의 저하, 파장의 시프팅 등 가운데 어떠한 것이 발생한다 하더라도, 파형의 임의제어가 안정하면서도 정확하게 실행될 수 있고, 상기 레이저빔가공의 재현성과 신뢰성이 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 발진용파이버 또는 파이버레이저발진기에 의해 생성되는 파이버레이저빔이 전송용광파이버로 입사되어, 가공 장소에서 레이저빔조사유닛으로 전송된다. 이러한 구성에 따르면, 파이버레이저빔의 빔모드 및 레이저 출력 양자 모두가 안정하다. 그러므로, 전송용광파이버 상으로의 집광성이 우수할 수 있고, 입사 및 조사 개구수(NA)가 안정될 수 있다. 그러므로, 고정밀 파이버전송과 고효율의 파이버전송이 가능하고, 원격 레이저빔가공의 품질이 개선될 수 있다. 또한, 발진용광파이버 또는 파이버레이저발진기는 가공장소에서 멀리 떨어져 배치될 수 있으므로, 상기 파이버레이저발진기는 열, 진동, 주위광 등과 같은 외란들에 대해 보호될 수 있다.
또다른 바람직한 실시형태에 따르면, 발진용광파이버의 코어를 통해 서로 광 학적으로 향하고 있는 한 쌍의 공진기거울들이 제공되고, 펌핑유닛은 여기빔을 방출하는 레이저다이오드 및 상기 레이저다이오드로부터 상기 발진용광파이버의 일단면 상으로 여기빔을 집광시키는 광학렌즈를 구비한다.
본 발명의 파이버레이저빔가공장치에 따르면, 상기 구성 및 작용을 토대로, 파이버레이저출력의 안정성이 개선될 수 있고, 그 결과 레이저빔가공의 재현성 및 신뢰성이 개선될 수 있으며, 또한 파이버레이저 또는 파이버레이저발진기 상의 가공장소에서의 외란들로부터 가해지는 영향을 감소시킴으로써, 레이저발진성능의 저하와 상기 발진용광파이버의 손상 및 열화가 방지될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이버레이저빔가공장치의 구성예를 도시하고 있다. 상기 파이버레이저빔가공장치는 파이버레이저발진기(10), 레이저전원유닛(12), 레이저빔입사유닛(14), 파이버전송계(16), 레이저빔조사유닛(18), 가공테이블(20) 등으로 구성되어 있다.
상기 파이버레이저발진기(10)는 발진용광파이버(이하, "발진용파이버"라 함)(22), 상기 발진용파이버(22)의 일단면 상으로 광학적인 펌핑을 위한 여기빔(MB)을 조사하는 전기광학펌핑유닛(24), 상기 발진용파이버(22)를 통해 서로 광학적으로 향하고 있는 한 쌍의 광공진기거울(26, 28)을 구비한다.
상기 전기광학펌핑유닛(24)은 레이저다이오드(LD)(30) 및 집광용 광학렌 즈(32)를 포함한다. 상기 LD(30)는 레이저전원유닛(12)으로부터의 여기전류에 의해 턴온 및 구동되어, 여기용 레이저빔(MB)을 발진 및 출력시킨다. 상기 광학렌즈(32)는 여기용 레이저빔(MB)을 상기 LD(30)로부터 상기 발진용파이버(22)의 일단면 상으로 집광 및 입사시킨다. 상기 LD(30)와 광학렌즈(32) 사이에 배치된 광공진기거울(26)은 상기 LD(30)로부터 입사되는 여기용 레이저빔(MB)을 전달하여, 상기 발진용파이버(22)로부터 입사되는 여기빔을 상기 공진기의 광축 상에서 전반사하도록 되어 있다.
예시가 생략되어 있지만, 상기 발진용파이버(22)는 발광원소로서, 예컨대 희토류원소의 이온들로 도핑된 코어 및 상기 코어를 동축으로 둘러싸고 있는 클래드(clad)를 포함하고, 활성매질로서 코어를 그리고 여기빔의 전파광로로서 클래드를 사용한다. 상기와 같이 발진용파이버(22)의 단면 상으로 입사되는 여기레이저빔(MB)은 상기 클래드의 외주계면 상의 전반사에 의해 한정되는 발진용파이버(22)의 축방향으로 전파되고, 상기 전파 시에 코어를 여러번 교차하여 상기 코어 내의 희토류원소 이온들을 광학적으로 여기시킨다. 이러한 방식으로, 소정의 파장을 갖는 발진빔이 상기 코어의 양 단면으로부터 축방향으로 방출된다. 상기 발진빔은 상기 광공진기거울(26, 28) 사이에서 여러번 왕복하여 공진-증폭되고, 소정의 파장을 갖는 파이버레이저빔(FB)이 부분반사거울로 이루어진 상기 한 쌍의 광공진기거울(28)로부터 취해진다.
상기 광공진기에 있어서, 광학렌즈(32, 34)는 상기 발진용파이버(22)의 단면으로부터 평행빔으로 방출되는 발진빔을 시준(collimate)하고, 상기 평행빔을 상기 광공진기거울(26, 28)로 지향시키며, 상기 광공진기거울(26, 28)에 의해 왕복하는 발진빔을 상기 발진용파이버(22)의 단면 상에 집광시킨다. 상기 발진용파이버(22)를 통과한 여기용 레이저빔(MB)은 상기 광학렌즈(34) 및 광공진기거울(28)을 통해 투과된 다음, 측면에서 레이저흡수체(38)로 지향되는 복귀거울(36)에 의하여 되돌아간다. 상기 광공진기거울(28)로부터 출력되는 파이버레이저빔(FB)은 상기 복귀거울(36)을 통해 스트레이트로 전송되고, 빔스플리터(40)를 통과하여, 레이저빔입사유닛(14)으로 들어간다.
상기 빔스플리터(40)는 소정의 방향, 예컨대 광다이오드(PD)(42)를 위한 파워를 모니터링하기 위한 수광소자를 향하여 입사되는 파이버레이저빔(FB)의 일부(예컨대, 1%)를 반사시킨다. 상기 빔스플리터(40)로부터의 반사빔 또는 모니터빔(RFB)을 집광하는 집광렌즈(44)는 상기 광다이오드(PD)(42)의 전방에 배치될 수도 있다.
상기 광다이오드(PD)(42)는 상기 빔스플리터(40)로부터의 모니터빔(RFB)을 광-전기적으로 변환하고, 상기 파이버레이저빔(FB)의 레이저출력(피크 파워)을 나타내는 전기신호(레이저출력측정신호)(SFB)를 출력하며, 이 신호(SFB)를 레이저전원유닛(12)으로 전송한다.
상기 레이저빔입사유닛(14)으로 들어간 파이버레이저빔(FB)은 벤트거울(bent mirror; 46)에 의해 소정의 방향으로 편향되고, 집광렌즈(50)에 의해 입사유닛(48)에서 집광되며, 파이버전송계(16)의 전송용 광파이버(이하, "전송용파이버"라 함) 의 일단면 상으로 입사된다. 상기 전송용파이버(52)는 예컨대 SI(Step Index)형 파이버를 포함하고, 상기 입사유닛(48)에 입사된 파이버레이저빔(FB)을 상기 레이저빔조사유닛(18)의 조사유닛(54)으로 전송한다.
상기 조사유닛(54)은 상기 전송용파이버(52)의 단면으로부터 빠져나간 파이버레이저빔(FD)을 평행빔 내로 시준하는 시준렌즈(56) 및 소정의 초점위치 상으로 평행빔인 파이버레이저빔(FB)을 집광하는 집광렌즈(58)를 포함하며, 상기 파이버레이저빔(FB)을 가공될 피가공물(60) 상의 가공점(W) 상으로 집광 및 조사한다.
예를 들어, 레이저빔용접의 경우, 펄스파형을 갖는 여기전류가 레이저전원유닛(12)으로부터 LD(30)로 공급되어, 펄스파형을 갖는 여기레이저빔(MB)이 상기 LD(30)로부터 파이버레이저발진기(10) 내의 발진용파이버(22)로 공급됨으로써, 펄스파형을 갖는 파이버레이저빔(FB)이 상기 파이버레이저발진기(10)로부터 발진 및 출력된다. 펄스파형을 갖는 파이버레이저빔(FM)은 상기 레이저빔입사유닛(14), 파이버전송계(16), 및 레이저빔조사유닛(18)을 통과하고, 가공될 피가공물(60) 상의 가공점(W) 상으로 집광 및 조사된다. 가공점(W)에서는, 피가공재가 펄스파형을 갖는 파이버레이저빔(FB)의 에너지에 의해 용융되고, 펄스의 조사 후에 응고되어 너겟(nugget)을 형성한다.
상기 실시예의 파이버레이저빔가공장치에 있어서, 상기 파이버레이저발진기(10)는 활성매질로서 직경이 10 ㎛ 정도이고 길이가 수 미터인 세장형 코어를 포함하는 발진용파이버(22)를 채택하므로, 빔 직경이 작고 발산각이 작은 파이버레이저빔(FB)을 발진 및 출력할 수 있다. 또한, 발진용파이버(22)의 단면으로 입사되는 여기레이저빔(MB)은 그 여기에너지를 상기 코어를 여러번 교차시킴으로써 완전히 소모하는 한편, 상기 빔(MB)은 상기 발진용파이버(22) 내의 길이가 수 미터인 기다란 광로 상에서 전파되므로, 상기 발진기(10)가 매우 높은 발진 효율로 상기 파이버레이저빔(FB)을 생성할 수 있다. 상기 파이버레이저발진기(10)의 빔모드는 매우 안정적인데, 그 이유는 발진용파이버(22)의 코어가 전혀 열적 렌즈 효과를 발생시키지 않기 때문이다. 후술하는 바와 같이, 파이버레이저빔(FB)의 레이저 출력은 보통 실시간파워피드백제어에 따라 소정의 기준값 또는 소정의 기준파형에 정확하게 대응하여 안정화된다.
상기와 같이, 빔모드와 레이저파워 양자 모두가 안정하므로, 전송용파이버(52) 상으로의 파이버레이저빔(FB)의 집광성이 레이저빔입사유닛(14) 및 레이저빔조사유닛(18)에서 우수하고, 입사 및 조사 개구수(NA)가 안정하다. 그러므로, 고정밀 파이버전송과 고효율의 파이버전송이 가능하고, 레이저빔가공의 품질이 개선될 수 있다.
상기 전송용파이버(52)를 가공장소에서 상기 파이버레이저발진기(10)와 레이저빔조사유닛(18) 사이의 중간에 개재시킴으로써, 상기 파이버레이저발진기(10)는 진동, 열, 주위광 등과 같은 가공장소에 존재하거나 발생되는 외란에 대해 방지될 수 있다. 가공점(W)으로부터의 반사빔은 레이저빔조사유닛(18), 파이버전송계(16) 및 레이저빔입사유닛(14)을 통해 파이버레이저발진기(10)로 되돌아갈 수도 있지만, 상기 복귀하는 빔은 발진용파이버(22)의 개구수(NA)를 전송용파이버(46)의 개구수(NA)보다 크게 하여 상기 발진용파이버(22)로 한정될 수도 있으므로, (NA를 과도 하게 크게 설정할 필요없이) 복귀하는 빔으로 인한 상기 발진용파이버(22)의 파손이 방지될 수 있다.
파이버레이저빔가공장치에 있어서, 상기 파이버레이저발진기(10)(특히, LD(30) 및 발진용파이버(22)), 레이저전원유닛(12), PD(42), 및 제어보드(62)는 상기 파이버레이저빔(FB)의 레이저 출력을 실시간으로 피드백제어하기 위한 파워피드백제어기구를 구성한다.
도 2는 레이저전원유닛(12) 내부의 구성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 레이저전원유닛(12)에는 여기전류(ILD)를 LD(30)로 공급하는 DC전원(64) 및 상기 여기전류(ILD)를 제어하기 위한 제어유닛(66)이 제공된다. 상기 DC전원(64)은 예컨대 변압기, 정류회로, 인버터회로 등을 포함하고, 상용 AC로 입력되어 DC LD 구동전류 또는 DC 여기전류(ILD)를 출력하도록 구성된다.
상기 제어유닛(66)은 DC전원(64)을 가로질러 LD(30)에 직렬로 연결된 스위칭소자(68), 상기 스위칭소자(68)의 스위칭을 예컨대 펄스폭변조(PWM) 방식으로 제어하는 스위칭제어유닛(70), 및 상기 스위칭제어유닛(70)에 여러 설정값 및 피드백제어신호를 제공하는 회로 등을 포함한다.
상기 레이저출력설정유닛(72)은, 파워피드백제어를 위한 기준값 또는 기준파형(Ref)으로서 상기 제어보드(62)로부터 입력된 사용자가 원하는 레이저출력설정값 또는 설정파형을 유지하거나 출력한다. 상기 레이저출력측정회로(74)는 파워를 모니터링하기 위한 PD(42)로부터 전송되는 전기신호(레이저출력측정신호)(SFB)를 토대 로 상기 파이버레이저빔(FB)의 레이저 출력을 실시간으로 나타내는 레이저출력측정값(MFB)을 획득한다. 비교회로(76)는 상기 레이저출력측정회로(74)에 의해 얻어진 레이저출력측정값(MFB)을 상기 레이저출력설정유닛(72)으로부터의 기준값 또는 기준파형(Ref)과 비교하고, 그들간의 차이를 나타내는 비교오차(δ)를 생성하며, 상기 비교오차(δ)를 스위칭회로(78)를 통해 상기 스위칭제어유닛(70)에 제공한다.
상기 스위칭제어유닛(70)은, 상기 비교회로(76)에 의해 생성되는 비교오차(δ)가 0에 접근하도록, 즉 레이저출력측정값(MFB)이 상기 기준값 또는 기준파형(Ref)과 같게 되도록 PWM 방식으로 스위칭소자(예컨대, 트랜지스터)의 스위칭을 제어한다.
레이저전원유닛(12)에서는, 여기전류(MFB)를 검출하는 전류센서(80) 및 상기 여기전류(MFB)의 측정된 전류값을 피드백하는 전류측정회로(82)가 전류피드백제어회로로서 제공되어, 상기 장치가 시동될 때에 상기 LD(30)의 출력을 안정화시킨다. 스위칭회로(78)는 파이버레이저발진기(10)의 시동 개시 직후의 전류피드백제어를 선택하고, 상기 파이버레이저빔(FB)의 레이저 출력이 안정화된 이후의 파워피드백제어로 스위칭한다.
기준전류설정유닛(84)은 전류피드백제어를 위한 기준전류값을 설정한다. 대기전류회로(86)는 상기 발진기(10)가 대기하는 동안, 상기 LD(30)로 흐르게 될 바이어스전류를 설정하기 위한 것이다. 선택회로(88)는 상기 발진기(10)가 대기하는 동안, 상기 바이어스전류설정값을 스위칭제어유닛(70)에 제공하고, 상기 발진기(10)가 시동되어 있는 동안, 상기 기준전류값을 스위칭제어유닛(70)에 제공한다.
제어박스(62)는 인간-기계 인터페이스를 구성하고, 키보드 등과 같은 입력유닛 및 LCD 디스플레이 등과 같은 디스플레이유닛을 포함하며, 조건 설정을 위한 계산회로 등도 포함한다. 예를 들면, 사용자가 원하는 레이저에너지값을 설정하여 입력하면, 상기 제어박스(62)는 상기 레이저에너지설정값을 레이저출력설정값으로 변환시킨다.
상기 실시예에 있어서는, DC전원(64)의 출력의 변동, LD(30)의 저하, 파장의 시프트 등의 어떠한 것이 발생하더라도, 상기 실시간파워피드백제어가 작동하기 때문에, 상기 파이버레이저발진기(10)로부터 발진 및 출력되는 파이버레이저빔(FB)의 레이저 출력이 상기 설정된 값으로 유지되고, 임의의 파형 제어가 상기 설정값들에 따라 정확하게 실행된다. 복수의 파이버레이저빔가공장치가 병렬로 작동되면, 상기 장치들 간의 레이저파워의 차이가 존재하지 않고, 모든 가공장치들이 동일한 레이저파워(또는 동일한 레이저에너지)로 설정될 수 있다. 그러므로, 상기 레이저빔가공의 재현성과 신뢰성이 현저하게 개선될 수 있다.
상술된 본 발명의 바람직한 실시예에는 설명하지 않았지만, 상기 실시예는 본 발명을 제한하지 못한다. 당업계의 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명을 특정 방법으로 실시하여 다양한 수정 및 변경을 할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시예에서는, 파이버레이저발진기(10) 및 레이저빔조사유 닛(18)이 파이버전송계(16)(전송용파이버(52))를 통해 광학적으로 연결되고, 상기 파이버레이저발진기(10)는 상기와 같이 가공장소에서의 외란에 대해 보호된다. 하지만, 상기 파이버전송계(16)를 이용하지 않고도, 상기 파이버레이저발진기(10)로부터 발진 및 출력되는 파이버레이저빔(FB)이 벤트거울 등을 통해 또는 직접 상기 레이저빔조사유닛(18)으로 전송되는 것에 따라 방식 또는 구성예가 채택될 수도 있다.
상기 파이버레이저발진기(10)에 있어서는, 전기광학펌핑유닛(24), 광공진기(26, 28), 광학렌즈(32, 35) 등과 동일한 기능 혹은 작용들을 제공하는 여타의 구성요소들의 수정 및 부분 생략이 채택될 수도 있다. 예를 들어, 상기 실시예는 여기레이저빔(EM)이 발진용파이버(22)의 일면 상의 일단면에 인가되는 것에 따른 단면여기방식을 채택하고 있지만, 여기레이저빔이 상기 발진용파이버(22)의 양면 상의 단면들에 인가되는 것에 따른 양면여기방식이 채택될 수도 있다. 그렇지 않으면, Q 스위치펄스의 파이버레이저빔이 상기 파이버레이저발진기(10)에 Q 스위치를 제공하여 생성될 수 있다. 파워피드백제어루프에 있어서, 상기 빔스플리터(40)로부터의 모니터링빔(RFB)은 상기 레이저전원유닛(12)에 PD(42)를 제공하여 전송용 광파이버를 통해 상기 레이저전원유닛(12) 내의 PD(42)로 전송될 수 있다.
본 발명의 파이버레이저빔가공장치는 레이저용접을 위한 것에만 제한되지 아니하며, 레이저마킹, 드릴링 및 컷팅과 같은 레이저빔가공에도 적용가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 파이버레이저빔가공장치는, 파이버레이저 출력의 안정성을 개선하고, 그 결과 레이저빔 가공의 재현성과 신뢰성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 파이버레이저발진기 또는 파이버레이저 상의 가공 장소에서의 외란(disturbance)으로부터 가해지는 영향들을 감소시켜, 레이저발진성능의 저하 및 발진용광파이버의 손상 및 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 파이버레이저빔가공장치에 있어서,
    발광원소를 포함하는 코어, 및
    상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 발진용 광파이버;
    상기 발진용 광파이버의 코어에 여기빔을 공급하기 위한 펌핑유닛;
    상기 발진용 광파이버가 소정의 파장을 갖는 레이저빔을 발진 및 출력하도록 상기 펌핑유닛을 턴온 및 구동시키는 전원유닛;
    상기 발진용 광파이버에 의해 생성되는 레이저빔을 피가공물 상의 가공점 상으로 집광 및 조사시키는 레이저빔조사유닛;
    상기 레이저빔의 레이저 출력을 위한 소정의 기준값 또는 소정의 기준파형을 설정하는 설정유닛;
    상기 발진용 광파이버에 의해 발진 및 출력되는 상기 레이저빔의 레이저 출력을 측정하는 레이저출력측정유닛; 및
    상기 레이저출력측정유닛으로부터 얻어진 레이저출력측정값이 상기 기준값 또는 상기 기준파형과 같아지도록 상기 전원유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발진용 광파이버에 의해 생성되는 레이저빔을 상기 레이저빔조사유닛으 로 전송하기 위한 전송용 광파이버를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발진용 광파이버의 코어를 통해 서로 광학적으로 향하는 한 쌍의 공진기거울을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌핑유닛은,
    상기 여기빔을 방출하는 레이저다이오드; 및
    상기 레이저다이오드로부터의 여기빔을 상기 발진용 광파이버의 일단면 상으로 집광시키는 광학렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
  5. 파이버레이저빔가공장치에 있어서,
    발광원소를 포함하는 코어를 활성매질로서 채택하고, 소정의 여기빔을 이용하여 상기 코어를 광학적으로 펌핑함으로써 소정의 파장을 갖는 레이저빔을 발진 및 출력시키는 광파이버 구조를 구비한 파이버레이저발진기;
    상기 파이버레이저발진기에 의해 발진 및 출력되는 레이저빔을 피가공물 상의 가공점을 향해 조사하는 레이저빔조사유닛;
    상기 파이버레이저발진기에 의해 발진 및 출력되는 상기 레이저빔의 레이저 출력을 측정하는 레이저출력측정유닛; 및
    상기 레이저출력측정유닛으로부터 얻어지는 레이저출력측정값을 피드백하여 상기 파이버레이저발진기에 의해 사용되는 상기 여기빔의 출력을 제어하는 레이저전원유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파이버레이저발진기에 의해 생성되는 레이저빔을 상기 레이저빔조사유닛으로 전송하기 위한 전송용 광파이버를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이버레이저빔가공장치.
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