TW496018B - Laser device - Google Patents

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496018 A7 B7__ 五、發明說明（1 ) 【技術領域】 本發明係一種雷射裝置，特別係相關保護傳輸其雷 射光束之光纖的入射端部、與連接該光纖之光織連接部 者。 【背景技術】 第5圖表示習知雷射裝置的概略構造圖。圖中1係 保護框體；2係雷射共振器；3係部分反射鏡；4係全反 射鏡；5係激發光源；6係屬激發媒髏的固體元件；7係 容納激發光源5與固體元件6之容器（箱）；8係由雷射共 振器2射出之雷射光束；9係放大鏡；10係準直透鏡；Π 係内部快門；12係外部快門；13係光纖射入透鏡；20係 設置於保護框體1中的光纖出口； 22係固定端光纖連接 器；23係光纖纜，並具有光纖23a、缆線端光纖連接器23b、 與保護管23c ; 24係連接器裝設板；25係加工頭；25a，25b 係聚光透鏡。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次，說明其動作。在第5圖所示雷射裝置中，利 用激發光源5之激發光而激發固體元件6，再利用依挾置 固體元件6之狀態而設置的部分反射鏡3與全反射鏡4， 而雷射振盪。由雷射共振器2所射出的雷射光束8，係藉 由通過放大鏡9而擴大，並利用通過準直透鏡1〇而形成 平行光，然後，再利用通過光纖射入透鏡13而聚光，將 此雷射光束8引導於光纖纜23(即光織23a)中。 在全反射鏡4與部分反射鏡3之間設置内部快門11 , 當雷射光束8不需要由雷射共振器2射出時，便可將雷射 才、紙張尺度適用中國國家標準（CiN"S)A4規格（210 X 297公釐） 1 312409 496018 A7 B7__ 五、發明說明（2 ) 光束8阻斷〇 在準直透鏡10與光纖射入透鏡13之間設置外部快 門12，當雷射先束8不需要射出於保護框體1外時，便 可將雷射光束8阻斷。外部快門12係由反射雷射光束8 之反射鏡12a與吸收雷射光束8並轉換為熱量的阻尼器 12b所组成。 在保護框體1内，被引導於光纖纜23中的雷射光束 8係通過光纖纜23内，並由速接在加工頭25上的光纖纜 23之另一端面射出Q被引導於加工頭25中的雷射光束8 係利用聚光透鏡25a525b而聚光，俾供利用於加工等。 第6圖表示習知光纖連接部與光纖入射端部的概略 構造示意圖。在第6圖中，在纜線端光纖連掺器23b上， 依對保護框體1可裝卸自如之方式，裝設溫度偵測計1〇1。 另外’ 41係底座，42係支架座，61係控制裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可能因雷射光束8的光軸偏移等原因，使雷射光束8 未射入於屬光纖入射端部之光纖23a的入射面中心處，而 產生誤射於其周圍之欖線端光纖連接器231)或固定端光纖 連接器22等光纖連接部上的情形發生。 若雷射光束8特別係加工用等高輸出雷射光束8產 生誤射時’纜線端光纖連接器231)或固定端光纖連接器22 的溫度將上升，此時若置之不理，則將呈過熱狀態，而可 能產生爆融、燒毁等不良情況。為防止此類惡況的發生， 乃利用裝設在纜線端光纖連接器231)上的溫度偵測計1〇1 檢測出缏線端光織連接器23b溫度，而偵測出纜線端光纖 本紙張尺㈣財 2 312409 A7 五、發明說明（3 速接器23b的溫度變化、或將熱量傳導於缆線端光纖連接 器23b上之固定端光纖連接器22的溫度，當上升至一定 溫度以上時，控制裝置61便根據該溫度偵測計1〇1的輸 出’產生警訊、或逕行將雷射光束8停止射到光纖連接部 等處理’藉此而施行光纖連接部與光纖入射端部的保護。 如第6圖所說明的習知光纖連接部與光纖入射端部 之構造’因為僅儀測出屬光纖速接部的纜線端光纖連接器 23fc溫度’無關保護框體1内其他部分的溫度，在某溫度 下便停止雷射共振器2的振鞏等，而進行將雷射光束8停 止射到光纖連接部、或產生警訊等處理。所以，便產生當 保護框髏1内溫度整體上升等情況時，誤將雷射振蘆停 止、或誤產生警訊等問題。 此外’因為溫度儐測計101乃裝設於可裝卸之纜線 端光纖連接器23b上，所以每當將光纖纜23裝卸於固定 端光纖連接器22時，溫度偵測計1 〇 1的配線亦必須跟著 進行裝卸操作，而造成作業繁雜，且容易產生忘記配線或 配線錯誤等問題發生。 有鏗於上述情形，本發明為解決上述間題點，遂提 供利用正確判斷雷射光束有無誤照射，而獲得減少錯誤動 作，且高信賴性的雷射裝置。 【發明之概要] 緣是，本發明所提供的雷射裝置，具備有：將雷射 光束引導至被加工物上的光纖、雷射共振器、形成由該雷 射共振器所射出雷射光束之光路徑的内部雷射光路徑系 本紙張尺㈣时關家鮮（CNS)A4職咖x观公髮 (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁)

I · I I I I III -------- I I # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 312409 11 60 49 A7 _B7_____ 五、發明說明（4 ) 統、連接該光纖並將由該雷射共振器射出而傳導於該内部 雷射光路徑系統的雷射光束射入於該光纖的光纖連接部、 容納該該雷射共振器與該内部光纖路徑系統與該光纖連接 部的保護框體、設於該光纖連接部的第1溫度偵測計、設 於除該光纖連接部之外的元件上的第2溫度偵測計、以該 第1溫度偵測計之第1檢測溫度與該第2溫度偵測計之第 2檢測溫度作為輸入資訊並進行計算處理的計算機構、以 及根據該計算機構的輸出執行相關雷射輸出之控制或警訊 輸出的控制機構。 所以，根據溫度偵測，在檢測雷射光束對光纖連接 部或其附近元件的誤射狀況時，以第1溫度偵測計中所檢 測出的第1檢測溫度有上升，判斷是否為因雷射光束誤照 射光纖速接部或其附近元件而所引起，而可正確的判斷誤 照射的有無，所以便可降低控制機構之錯誤動作的產生。 再者，本發明所提供的雷射裝置，其中設置有該第2 溫度偵測計的元件，係保護框體内面或容納於此保護框體 内部中的元件。 所以，當在第1溫度偵測計中所檢測出的第1檢測 溫度有上升時，便可判斷係屬雷射光束對光纖連接部或其 附近元件之誤照射所引起者、或屬隨保護框體内部環境溫 度之上升而引發者，而正確的判斷有無誤照射，可降低控 制機構錯誤動作的產生。 再者，本發明所提供的雷射裝置，其中該計算機構， 係計算出第1檢測溫度與第2檢測溫度的檢測溫度差，同 本紙張尺度剌中國國i標準（CNS)A4規格（210 X 297公梦) '—~；---- 4 312409 (請先閱讀背面之注意事$填寫本頁；>

I 丨裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496018 A7 五、發明說明（5 ) 時將此檢測溫度差與預先測定的基準溫度差進行比較判 斷，並輸出結果者。 所以，根據該比較判斷結果，控制機構便可取得相 對應措施 再者 溫度差者 所以 再者 本發明所提供的雷射裝ϊ，係設定複數基準 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對應檢測溫度差之值，便可取得適當的對策。 本發明所提供的雷射裝置，係具備有設置於 雷射共振器内並停止雷射共振的内部快π、與設置於内部 雷射光路徑系統並阻斷雷射光束的外部快門；根據檢測温 度差與基準溫度差之比較判斷結果，使該内部快門或外部 快鬥呈關閉狀態。 " 所以，可在不停止雷射共振器的雷射振盪情況下， 停止雷射光束射達光纖連接部Λ 再者，本發明所提供的雷射裝置係具備有在内部雷 射光路徑系統中設置光柵（aperture)，而此光栅並具有第3 溫度摘測計。 所以，便可正確的判斷雷射光束對光栅是否有光軸 偏移，而可降低控制機構之錯誤動作的產生。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明第1實施態樣的雷射裝置之光纖入 射部的概略構造圖❹ 第2圖係溫度與光纖入射端面損傷程度之關係示意 圖。 卜或張尺度適用中國國家標準（C>iS)A4規格（2】0 X 297公釐） 312409 (請先閱讀背面之注音？事@填寫本頁)

I 裝 0 n ϋ n · #· ---- -B7_ 五、發明說明（6 ) 第3圖係本發明第2實施態樣的雷射裝置之光纖入 射部的概略構造圖。 第4圖（a)至（e)係光纖入射透鏡與雷射光束光軸間的 位置關係、與隨其通過光纖後之雷射光束的光束圖案間的 關係概略圖。 第5圖係習知雷射裝置的概略構造示意圖。 第6圖係習知雷射裝置知光纖連接部與光纖入射端 的概略構造圖。 第7圖係其他雷射裝置之光纖連接部及光纖入射端 之概略構造示意圖。 【發明實施較佳態樣】 置施態樣1 習知乃如第6圖所示光纖連接部與光纖入射端的構 造，如前所述，因為溫度偵測計1〇1乃裝設於可裝卸之缆 線端光纖連接器23b上，所以每當將光纖纜23裝卸於固 疋端光纖連接器22時’溫度彳貞測計1 〇 1的配線亦必須跟 著進行裝卸操作，而造成作業繁雜，且容易產生忘記配線 或配線錯誤等問題發生。 於疋，便有建議如第7圖所示的光纖連接部與光纖 入射端之構造。即，將溫度偵測計1〇1裝設於固定端光纖 連接器22(即固定端）上，藉此每次弈進行光纖纜23，即 光纜線端光纖連接器23b的裝卸時，不再需要進行相關溫 度偵測計101配線的作業。 如上述藉由將溫度偵測計裝設於固定端上，便無須

496018 A7 r_______B7_ — 五、發明說明（7 ) 每次的溫度偵測計配線之繁雜作業，所以如下所述，可考 慮在複數位置處裝設溫度偵測計。 以下對本發明之第1實施態樣的雷射裝置，參間第i 圖加以說明。第1圖表示本發明之第1實施態樣的雷射裝 置之光纖連接部與光纖入射端的概略構造示意圖。 在第1圖中，因為符號8，13,22,23,24,41，42,61表示 與習知例相同或相當者，故在此省略其詳細說明。51係 第1溫度偵測計的溫度偵測計A，而52係第2溫度偵測 計的溫度偵測計B。62係計算裝置，63係顯示裝置。 其次’說明其動作。由於雷射光束8光軸的偏移等 原因’有雷射光束8未射入於光纖23a中而產生誤照射於 其周圍知固定端光纖連接器22等情形。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 在此實施態樣中，在當雷射光束8產生誤照射之情 況時變成發熱源的固定端光纖連接器22上裝設溫度偵測 計A51 ’同時在離開變成發熱源之固定端光織連接器22 之其他元件的底座41上裝設溫度偵測計B52。所以，當 固定端光纖連接器22因雷射光束8之誤照射而過熱並使 溫度上升時，固定端光纖連接器22與底座41間的溫度差 便產生坡度，使溫度偵測計A51與溫度偵測計b52間各 自所測量出的溫度，產生溫度差（以下稱「檢測溫度差」）。 將此檢測溫度差利用計算裝置62進行計算。 即，在本實施態樣中，因為檢測出固定端光纖連接 器22之位置與底座41之位置等2個位置處的溫度，便可 藉由在溫度偵測計A51與溫度偵測計B52所各自檢測出 本^紙張尺度適用中國國^準(CNS)A4規格（210 X 297公釐)------- 312409 496018 A7 - ------巨7 — _____ — 五、發明說明（8 ) 的溫度，與該檢測溫度差的變化形態，而可正確判斷保護 框體1内整體或雷射裝置整體環境的溫度上升之原因是否 僅由固定端光纖連接器22等光纖連接部元件逐漸上升逼 近熔融、燒毁的溫度所致，或環境溫度幾乎無變化，實際 上乃因雷射光束8之誤照射，而使光纖連接部的元件產生 局部過熱的狀態所致。

I 訂 _ I I 當此實施態樣之情況時，將溫度偵測計A51與溫度 偵測計B52之檢測溫度差，設定為供執行警訊產生、雷 射光束輸出的降低、或停止雷射光束8到達估先連接部之 判斷基準的溫度差（以下稱「基準溫度差」）。將此基準溫 度差與檢測溫度差，藉由計算裝置62進行比較，便可判 斷雷射光束8有無誤照射。對應此計算裝置62的判斷結 果，由控制裝置61執行警訊產生、雷射光束輸出的降低、 或停止雷射光束S射到光纖連接部等處理^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2圖係随溫度偵測計A5 1、溫度偵測計B52的檢 測溫度，與其時間經過變化關係圖^將溫度偵測計a51 的檢測溫度設為ta，而將溫度偵測計B52的檢測溫度設 為tb，由檢測溫度ta與檢測溫度tb計算出檢測溫度差Μ， 譬如當此檢測溫度差td達到預定的特定值時，檢測溫度ta 在該時點，即便實際上多少略低於固定端光纖連接器22 等因熱而產生熔融、燒毀之溫度，亦執行產生警訊、停止 雷射先束8射到光纖連接部等處理。 所謂的警訊，譬如將訊息顯示於顯示裝置63中、或 利用燈等閃燈機器（未圖示）之亮燈、滅燈等光的視覺方 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21ϋ X 297 公釐） 312409

式、或蜂鳴器等（未圖示）警報音等聽覺訴求等方式。 而停止雷射光束8射到光纖連接部的方法，則有如 利用雷射共振器2電源的阻斷或阻斷對激發光源5的電力 供給等而停止雷射共振器2的方法，或關閉第5圖所示的 内部快門11或外部快門12等方式。 再者，各溫度偵測計的裝設位置，未必一定要如第1 圖所示的位置，譬如溫度偵測計B52亦可裝設於除底座41 之外的支架座42上，或保護框體1之外表面等位置上。 再者’在牝實施例中，溫度偵測計A51的檢測溫度ta， 4到達可能造成固定端光纖連接器22等光纖連接部熔 融、燒毀等溫度的情況時，則不管溫度偵測計β52的檢 測溫度tb ,當然亦如同習知之裝置，由控制裝置61產生 警訊、或逕行停止雷射光束8射到光纖連接部等處理。 實施態檨2 以下參閱第3圖說明本發明第2實施態樣的雷射裝 置❶第3圖所示係本發明第2實施態樣的雷射裝置之光纖 連接部與光纖入射端的概略構造示意圖。 在第 3 圖中，因為符號 8, 13, 22, 23, 24s 41 61，62，63係與習知例相同或相當者，故在此省略其詳細 說明。另外，53係溫度偵測計C，71係光栅。 其次說明其動作。分別在固定端光纖連接器22上裝 設溫度横測計Α5 1 ’並在底座41上裝設溫度偵測計Β52。 另外，在光纖射入透鏡13入射端裝設與光纖射入透鏡13 同轴的光柵71，並在該光柵71上裝設作為第3溫度摘測 -----------·!裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) II--訂· 1------ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 312409 496018 A7 B7 五、發明說明（1(> ) 計用的溫度偵測計C53。藉由該等3個溫度偵測計，分別 檢測岀固定端光纖連接器22、底座41與光栅71的溫度。 當將雷射光束8正確的聚光於光纖23a截面中心位置 數ΙΟΟμπι的芯部時，屬最有效率的導光。所以在光纖23a 的雷射光束入射端面上，便必須調整為將該雷射光束8正 確的聚光於芯部位處。於是必須依降低球面像差、彗形象 差等像差之方式，使雷射光束8通過光纖射入透鏡13的 中心。第4圖表示光纖射入透鏡13與雷射光束8光轴間 的位置關係、及與通過光纖後之雷射光束的光束圖案間的 關係概略圖。 如第4圖（a)所示，當雷射光束8中心正確的通過預 先進行過光纖23a雷射光束入射端面與光軸間的位置調整 後的光纖射入透鏡13中心部位時，如同圖（¾))所示，由光 纖23a的射出端面所射出的雷射光束8便形成僅傳輸芯部 位的圓形狀光束圖案。另一方面，如同圖（e)或（d)所示， 當雷射光束8光軸發生偏移，而以偏移光纖射入透鍊u 中心狀態下，通過雷射光束8之情況時，如同圏（e)所示， 由光纖23 a之射出端面所射出的雷射光束8，便形成傳輸 於光纖23a芯部的圓形狀、與傳輸於其外侧包覆部上的圓 形環狀等光束圖案，而造成加工工具等被照射面之雷射光 密度（即強度）降低等無法獲得雷射光照射的問題發生。 因此’為限制通過光纖射入透鏡13的雷射光束 俾導正其光軸，乃在雷射光路徑上的光纖射入透鏡13正 前方位置處設置光栅71。然後，為檢測出雷射光束8 (請先閱讀背面之注意事 1 -I - Lr :填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公釐） 10 312409 496018 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（11 ) 未正確通過光栅71中心的狀態，將溫度偵測計C53裝設 於光柵71上，俾供檢測出因光軸偏移之雷射光束8誤照 射於光柵71上，而所造成的光柵71溫度上升。 檢測出溫度偵測計B52之檢測溫度與溫度偵測計C53 之檢測溫度之間的檢測溫度差，當此檢測溫度差大於特定 值時，便判斷屬雷射光束8的光軸偏移，而依自動或手動 方式調整光纖射入透鏡13或雷射光束8的光軸，俾調整 使雷射光束8通過光纖射入透鏡13的中心處。另一方面， 當檢測溫度差較大時，便停止雷射共振器2。 在此實施態樣中，亦可利用將精度較佳的溫度偵測 計C53在光柵71圓周方向上設置複數個，可判斷雷射光 束8的光軸到底是偏向於哪一方向。 上述第1與第2實施態樣中，亦可預先設定複數個 基準溫度差。 譬如第2圖所示，分別設置基準溫度差t(H、基準溫 度差td2的複數個基準溫度差。然後，將基準溫度差t(H 假設為因雷射光束8光軸僅略微偏移而使雷射光束$僅略 微照射固定端光纖連接器22，且固定端光纖連接器22僅 稍微溫度上升的情況，而設定為較正常狀態僅大些許的程 度的溫度差。基準溫度差td2則設定為相當於固定端光纖 連接器22開始產生損傷、溶融之起始值程度的溫度差。 除如上述設定基準溫度差tdl，td2之外，譬如當檢測 溫度差低於基準溫度差tdl之情況時，不產生警訊、或顯 示無異常的標示。 請 先 閱 讀 背 Φ 之 注 意 事 r，1I裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 312409 496018 A7 -------- 五、發明說明（U ) 當檢測溫度差在基進、w 你秦旱溫度差tdl以上，但低於基準溫 度差td2之情況時，俤禮i / ^彳更僅執行產生警訊。當檢測溫度差在 2準酿度差td2以上之情况時，便執行產生警訊，同時逕 行停止雷射光束8射到固定端光纖連接器22(即連接部）上 的處理。 再者，相關上述實施態樣，基準溫度差的設定，可 配合固定端光纖連接器22或連接器裝設板24材質等各種 條件進行變更。 【產業上可利用性】 如上所述’相關本發明之雷射裝置，可適用於如高 輸出力的工業用雷射加工機中。 【圖示符號說明】 (請先閱讀背面之注音心事填寫本頁) -裝 .- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 保護粮體 2 雷射共振器 3 部分反射鏡 4 全反射鏡 5 激發光源 6 固體元件 7 容器 8 雷射光束 9 放大鏡 10 準直透鏡 11 内部快門 12 外部快門 13 光纖射入透鏡 20 光纖出口 22 固定端光纖連接器 23 光纖纜 24 連接器裝設板 25 加工頭 41 底座 42 支架座 51 溫度偵測計A 52 溫度備測計B 53 溫度偵測計C 61 控制裝置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 •線」 312409 496018 A7 _B7 五、發明說明（l3 ) 62 計算裝置 63 顯示裝置 71 光柵 101 溫度偵測計 12A 反射鏡 12B 阻尼器 23A 光纖 23B 纜線端光纖連接器 23C 保護管 25A 聚光透鏡 25B 聚光透鏡 請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 312409

Claims (1)

1. 496018 年4月/‘日$正 H3 補充

   第90105372號專利申請案 申晴專利範圍修正本 (91年4月16曰） 1· 一種雷射裝置，具備有： 將雷射光束引導至被加工物上的光纖； 雷射共振器； 形成由該雷射共振器所射出雷射光束之光路徑 的内部雷射光路徑系統； 連接該光纖，並將由該雷射共振器射出而傳導於 該内部雷射光路徑系統的雷射光束，射入於該光纖的 光纖連接部； 容納該該雷射共振器、與該内部光纖路徑系統與 該光纖連接部的保護框體； 設於該光纖連接部的第1溫度偵測計； 設於除該光纖連接部之外的元件上的第2溫度 偵測計； 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 以該第1溫度偵測計之第1檢測溫度與該第2 溫度偵測計之第2檢測溫度作為輸入資訊，並進行計 算處理的計算機構；及 根據該計算機構的輸出執行相關雷射輸出之控 制或警訊輸出的控制機構。 2·如申请專利犯圍第1項之雷射裝置，其中，設置有該 第2溫度偵測計的元件，係保護框體内面部分或容納 於此保護框體内部中的元件。 312409 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 x 297公釐） 496018 3·如申請專利範圍第i項之雷射裝置，其中，該計算機 構係汁异出第1檢測溫度與第2檢測溫度的檢測溫度 差，同時將此檢測溫度差與預先測定的基準溫度差進 行比較判斷，並輸出結果者。 4.如申請專利範園第3項之雷射裝置’其中，係設定有 複數基準溫度差者。 5·如申請專利範圍第3項之雷射裝置，其中，係具備： 設置於雷射共振器内並停止雷射共振的内部快門；及 設置於内部雷射光路徑系統並阻斷雷射光束的外部 快門， 並根據檢測溫度差與基準溫度差之比較判斷結 果’使該内部快門或外部快門呈關閉狀態。 6.如申請專利範圍第1項之雷射裝置，其中，係具備有 在内部雷射光路徑系統中設置光柵，而此光栅並具有 第3溫度债測計。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 312409