JP2019155446A - Laser beam machining device and laser beam oscillation control method - Google Patents
Laser beam machining device and laser beam oscillation control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019155446A JP2019155446A JP2018048283A JP2018048283A JP2019155446A JP 2019155446 A JP2019155446 A JP 2019155446A JP 2018048283 A JP2018048283 A JP 2018048283A JP 2018048283 A JP2018048283 A JP 2018048283A JP 2019155446 A JP2019155446 A JP 2019155446A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- combined
- shutter
- transmission fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser oscillation control method.
近年、ダイレクトダイオードレーザ(Direct Diode Laser;以下、DDLという)発振器の高出力化に伴い、DDL発振器を用いたレーザ加工装置の開発が加速している。DDL発振器は複数のレーザモジュールから出射されたレーザビームを結合することで数kWを超える高い出力を得ることができる。ビーム結合器から出射されたレーザビームは、伝送ファイバを介して、任意の地点に設置された加工ヘッドに導光される。このとき、ビーム結合器から出射されたレーザビームは、伝送ファイバのコアに収まるスポット径まで集光レンズで集光された後に伝送ファイバに入射される(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, development of a laser processing apparatus using a DDL oscillator has been accelerated with an increase in output of a direct diode laser (hereinafter referred to as DDL) oscillator. The DDL oscillator can obtain a high output exceeding several kW by combining laser beams emitted from a plurality of laser modules. The laser beam emitted from the beam combiner is guided to a processing head installed at an arbitrary point via a transmission fiber. At this time, the laser beam emitted from the beam combiner is collected by the condenser lens up to a spot diameter that can be accommodated in the core of the transmission fiber and then incident on the transmission fiber (for example, see Patent Document 1).
ところで、DDL発振器は、レーザ発振中に各レーザモジュール及び光学系の温度上昇を伴う。この温度上昇に起因してレーザモジュールから出射されるレーザビームの波長シフトや出射角の変化、偏光状態の変化等が生じ得る。また、光学系における各光学素子は温度上昇により集光特性等の光学特性が変化し得る。また、DDL発振器が高出力になるほど、レーザモジュールの個数が増加し、これに伴い、使用する光学素子の数が増加する。よって、個々の温度上昇が及ぼすDDL発振器の光出力特性への影響は大きくなる。 By the way, the DDL oscillator accompanies the temperature rise of each laser module and the optical system during laser oscillation. Due to this temperature rise, a wavelength shift of the laser beam emitted from the laser module, a change in the emission angle, a change in the polarization state, or the like may occur. Further, each optical element in the optical system can change its optical characteristics such as a condensing characteristic due to a temperature rise. Further, as the output of the DDL oscillator becomes higher, the number of laser modules increases, and accordingly, the number of optical elements to be used increases. Therefore, the influence of the individual temperature rise on the optical output characteristics of the DDL oscillator is increased.
このため、通常、DDL発振器において、内部の温度が安定した状態、言いかえると、所定時間以上レーザ発振が行われて、光学系が熱的に飽和するかそれに近い状態で各光学素子の位置や角度が調整される。このことにより、出射されるレーザビームの品質が安定する。 For this reason, normally, in a DDL oscillator, the internal temperature is stable, in other words, the laser oscillation is performed for a predetermined time or more, and the optical system is thermally saturated or close to it. The angle is adjusted. This stabilizes the quality of the emitted laser beam.
しかし、従来、光学系が熱的に飽和したかどうかを検知することは困難であった。例えば、DDL発振器内の温度を計測する場合でも、その温度と光学系の熱的飽和との相関を取る必要があった。また、このような相関関係は、DDL発振器の仕様や個体差等により変化するため、結局、経験に基づいて個別に見極めを行う必要があり、作業効率が低下していた。特に、長期間、DDL発振器のレーザ発振を停止した状態から、レーザ発振を開始した場合、所望の加工に必要なビーム品質となっているかを、単純に、DDL発振器内の温度のみで見極めることは難しかった。 Conventionally, however, it has been difficult to detect whether the optical system is thermally saturated. For example, even when measuring the temperature in the DDL oscillator, it is necessary to correlate the temperature with the thermal saturation of the optical system. In addition, since such correlation changes depending on the specifications of the DDL oscillator, individual differences, and the like, it is necessary to make an individual determination based on experience, resulting in a reduction in work efficiency. In particular, when laser oscillation is started from a state where laser oscillation of the DDL oscillator is stopped for a long time, it is possible to simply determine whether the beam quality required for the desired processing is obtained only by the temperature in the DDL oscillator. was difficult.
一方、レーザビームの品質が不安定であると、伝送ファイバの入射部におけるスポットサイズやスポット位置も変化してしまう。その結果、伝送ファイバのクラッドへの漏れ光が増加し、レーザビームの出力のロスや、場合によっては、伝送ファイバの破損に至るおそれがあった。特に、複数のレーザビームを結合して出射する場合、結合されたレーザビーム(以下、単に結合レーザビームと呼ぶことがある。)は、単独のレーザビームよりも空間的に拡がった状態になるため、上記の問題がより顕著となるおそれがあった。 On the other hand, if the quality of the laser beam is unstable, the spot size and spot position at the incident portion of the transmission fiber will also change. As a result, leakage light to the cladding of the transmission fiber increases, which may lead to loss of laser beam output and possibly damage to the transmission fiber. In particular, when a plurality of laser beams are combined and emitted, the combined laser beam (hereinafter simply referred to as a combined laser beam) is in a state of being more spatially spread than a single laser beam. There was a possibility that the above problem would become more remarkable.
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、レーザビームの形状をモニターすることで、出射されるレーザビームの品質を評価可能なレーザ加工装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a laser processing apparatus capable of evaluating the quality of an emitted laser beam by monitoring the shape of the laser beam.
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュールと、該複数のレーザモジュールから出射された複数のレーザビームを結合して結合レーザビームとして出射するビーム結合器と、前記ビーム結合器から出射された結合レーザビームを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバに導光する光学ユニットと、前記伝送ファイバの出射端に取付けられたレーザビーム出射ヘッドと、前記複数のレーザモジュール及び前記光学ユニットの動作を制御する制御部と、を少なくとも備えたレーザ加工装置であって、前記光学ユニットは、前記結合レーザビームの一部を透過する一方、残部を前記結合レーザビームの進行方向と異なる方向に反射する部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーで反射された前記結合レーザビームの残部を受光して、画像信号を生成するビームモニタと、前記結合レーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられたシャッタと、を有し、前記制御部は、前記ビームモニタで生成された前記画像信号に基づいて前記結合レーザビームの良否を判定するビーム品質判定部をさらに備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to the present invention combines a plurality of laser modules each emitting a laser beam and a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser modules to emit a combined laser beam. A beam combiner, an optical unit for condensing the combined laser beam emitted from the beam combiner so as to have a predetermined beam diameter and guiding it to the transmission fiber, and a laser attached to the output end of the transmission fiber A laser processing apparatus comprising at least a beam emitting head and a control unit that controls operations of the plurality of laser modules and the optical unit, wherein the optical unit transmits a part of the combined laser beam. A partial reflection mirror that reflects the remainder in a direction different from the traveling direction of the combined laser beam, and the partial reflection A beam monitor that receives the remainder of the combined laser beam reflected by the mirror and generates an image signal, and is movable between a predetermined position on the optical path of the combined laser beam and a predetermined position outside the optical path. The control unit further includes a beam quality determination unit that determines the quality of the combined laser beam based on the image signal generated by the beam monitor.
この構成によれば、複数のレーザモジュールを含むレーザ発振器から出射される結合レーザビームのビーム品質を定常的にモニターして、レーザ加工を安定に行うことができる。 According to this configuration, the beam quality of the combined laser beam emitted from a laser oscillator including a plurality of laser modules can be constantly monitored, and laser processing can be performed stably.
また、本発明に係るレーザ発振制御方法は、上記のレーザ加工装置におけるレーザ発振制御方法であって、前記複数のレーザモジュールのレーザ発振を開始するレーザ発振開始ステップと、前記結合レーザビームの残部を前記ビームモニタで観測して画像信号を得るビーム観測ステップと、前記画像信号から得られた画像情報に基づいて、前記結合レーザビームの良否を判定するビーム品質判定ステップと、を備えることを特徴とする。 A laser oscillation control method according to the present invention is a laser oscillation control method in the laser processing apparatus described above, comprising: a laser oscillation start step for starting laser oscillation of the plurality of laser modules; and a remaining portion of the combined laser beam. A beam observation step of obtaining an image signal by observing with the beam monitor; and a beam quality determination step of determining the quality of the combined laser beam based on image information obtained from the image signal. To do.
この方法によれば、ビーム品質判定ステップでの判定結果に基づいてレーザ発振制御を行うことで、レーザ加工を安定に行うことができる。 According to this method, laser processing can be stably performed by performing laser oscillation control based on the determination result in the beam quality determination step.
本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ発振制御方法によれば、レーザ加工を安定に行うことができる。 According to the laser processing apparatus and the laser oscillation control method according to the present invention, laser processing can be performed stably.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention, its application, or its application.
(実施形態)
[レーザ加工装置の構成]
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す。また、図2は、ビーム結合器及び光学ユニットの内部構成を一方向から見た断面模式図を、図3は、当該内部構成を別の方向から見た断面模式図をそれぞれ示す。なお、図2では、後述する複数のレーザビームのうち、レーザビームLB1が進行する部分のみを示している。また、以降の説明において、図2におけるレーザ発振器からビーム結合器へ入射されるレーザビームの進行方向をX方向、ミラーM1で反射されたレーザビームLB1がミラーM2に向かう方向をZ方向、X方向及びZ方向と直交する方向をY方向とそれぞれ呼ぶことがある。
(Embodiment)
[Configuration of laser processing equipment]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a configuration of a laser processing apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the internal configuration of the beam combiner and the optical unit viewed from one direction, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the internal configuration viewed from another direction. Note that FIG. 2 shows only a portion where a laser beam LB1 travels among a plurality of laser beams described later. In the following description, the traveling direction of the laser beam incident on the beam combiner from the laser oscillator in FIG. 2 is the X direction, the direction in which the laser beam LB1 reflected by the mirror M1 is directed to the mirror M2 is the Z direction, and the X direction. The direction perpendicular to the Z direction may be referred to as the Y direction.
レーザ加工装置100は、レーザ発振器10とレーザビーム出射ヘッド30と伝送ファイバ40と制御部50と電源60とを備えている。レーザ発振器10と伝送ファイバ40のレーザビームが入射される端部(以下、単に入射端という。また、伝送ファイバ40のレーザビームが出射される端部を、以下、単に出射端という。)とは筐体70内に収容されている。 The laser processing apparatus 100 includes a laser oscillator 10, a laser beam emitting head 30, a transmission fiber 40, a control unit 50, and a power source 60. The end of the laser oscillator 10 and the transmission fiber 40 where the laser beam is incident (hereinafter simply referred to as the incident end; the end where the laser beam of the transmission fiber 40 is emitted is hereinafter simply referred to as the emission end). Housed in the housing 70.
レーザ発振器10は、複数のレーザモジュール11とビーム結合器12と光学ユニット20と、を有している。レーザモジュール11は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオードまたはレーザアレイからなり、レーザモジュール11内で波長合成されたレーザビームが各々のレーザモジュール11からそれぞれ出射される。複数のレーザモジュール11からそれぞれ出射されたレーザビームをビーム結合器12で一つの結合レーザビームに結合する。また、結合レーザビームは、光学ユニット20に配設された集光レンズ21によって集光され、所定の倍率でビーム径が縮小されて伝送ファイバ40に入射される。レーザ発振器10をこのような構成とすることで、レーザビーム出力が数kWを超える高出力のレーザ加工装置100を得ることができる。また、レーザ発振器10は、後述する電源60から電力が供給されてレーザ発振を行い、結合レーザビームが伝送ファイバ40の出射端から出射される。 The laser oscillator 10 includes a plurality of laser modules 11, a beam combiner 12, and an optical unit 20. The laser module 11 includes a plurality of laser diodes or laser arrays that emit laser beams having different wavelengths, and the laser beam synthesized in the laser module 11 is emitted from each laser module 11. The laser beams emitted from the plurality of laser modules 11 are combined into one combined laser beam by the beam combiner 12. The combined laser beam is condensed by a condenser lens 21 disposed in the optical unit 20, and the beam diameter is reduced by a predetermined magnification and is incident on the transmission fiber 40. With the laser oscillator 10 having such a configuration, a high-power laser processing apparatus 100 having a laser beam output exceeding several kW can be obtained. Further, the laser oscillator 10 is supplied with electric power from a power source 60 described later to perform laser oscillation, and a coupled laser beam is emitted from the emission end of the transmission fiber 40.
ビーム結合器12は、ミラーM1,M2を含む複数のミラー及び図示しない光学部品を有しており、複数のレーザモジュール11からそれぞれ出射されたレーザビームが光入射部LI1及びその他の光入射部(図示せず)からそれぞれ入射される。各ミラー及び光学部品は、複数のレーザモジュール11からそれぞれ出射されたレーザビームを結合して、結合レーザビームLBとしてレーザビーム出射部LOから出射するように、ビーム結合器12の内部に配置されている。 The beam combiner 12 includes a plurality of mirrors including mirrors M1 and M2 and optical parts (not shown), and laser beams emitted from the plurality of laser modules 11 are respectively incident on the light incident part LI1 and other light incident parts ( (Not shown) respectively. Each mirror and the optical component are arranged inside the beam combiner 12 so that the laser beams emitted from the plurality of laser modules 11 are combined and emitted from the laser beam emitting unit LO as a combined laser beam LB. Yes.
光学ユニット20は、内部に集光レンズ21と部分反射ミラー22とシャッタ23とビームカメラ(以下、ビームモニタと呼ぶことがある)24とビームダンパ25とを有している。集光レンズ21は、伝送ファイバ40の入射端において、後述するコア41のコア径よりも小さいビーム径となるように結合レーザビームLBを集光する。また、光学ユニット20は図示しないコネクタを有し、コネクタには伝送ファイバ40の入射端が接続されている。部分反射ミラー22は、集光レンズ21で集光された結合レーザビームLBの一部を透過する一方、残部を結合レーザビームLBの進行方向と異なる方向に位置するビームカメラ24に向けて反射するように構成されている。本実施形態では、結合レーザビームLBのうち99.99%が部分反射ミラー22を透過し、0.01%がビームカメラ24の撮像面(図示せず)に向けて反射されるように、部分反射ミラー22の光学特性が設定されている。ただし、特にこれに限定されず、結合レーザビームLBの出力やビームカメラ24の耐久性等によって、部分反射ミラー22の反射率は適宜変更されうる。ただし、反射率が大きすぎると、ビームカメラ24に入射されるレーザビームの強度が強くなりすぎ、ビームカメラ24の撮像面(図示せず)が焼き付くおそれがある。このことに留意して、部分反射ミラー22の反射率を設定する必要がある。 The optical unit 20 includes a condenser lens 21, a partial reflection mirror 22, a shutter 23, a beam camera (hereinafter sometimes referred to as a beam monitor) 24, and a beam damper 25. The condensing lens 21 condenses the combined laser beam LB at the incident end of the transmission fiber 40 so that the beam diameter is smaller than the core diameter of the core 41 described later. The optical unit 20 has a connector (not shown), and an incident end of the transmission fiber 40 is connected to the connector. The partial reflection mirror 22 transmits a part of the combined laser beam LB collected by the condensing lens 21 and reflects the remaining part toward the beam camera 24 located in a direction different from the traveling direction of the combined laser beam LB. It is configured as follows. In the present embodiment, 99.99% of the combined laser beam LB is transmitted through the partial reflection mirror 22, and 0.01% is reflected toward the imaging surface (not shown) of the beam camera 24. The optical characteristics of the reflection mirror 22 are set. However, the present invention is not particularly limited to this, and the reflectance of the partial reflection mirror 22 can be appropriately changed depending on the output of the combined laser beam LB, the durability of the beam camera 24, and the like. However, if the reflectance is too large, the intensity of the laser beam incident on the beam camera 24 becomes too strong, and the imaging surface (not shown) of the beam camera 24 may be burned. With this in mind, it is necessary to set the reflectance of the partial reflection mirror 22.
また、シャッタ23は、後述する制御部50からの駆動信号に基づいて、図示しないアクチュエータによって駆動され、結合レーザビームLBの光路上に配置されるか、または光路外に退避するように移動可能に構成されている。なお、シャッタ23は、結合レーザビームLBの光路と交差する方向に直線的に移動するようにしてもよいし、結合レーザビームLBの光路に対して回転移動するようにしてもよい。なお、前者の場合は、シャッタ23は、結合レーザビームLBの光路に対して所定の角度傾いた状態で移動し、当該光路上にあるときは、ビームダンパ25に向けて結合レーザビームLBを偏向する。また、後者の場合、シャッタ23は、回転移動することで、結合レーザビームLBを通過させるか、または、ビームダンパ25に向けて結合レーザビームLBを偏向するように構成されている。なお、シャッタ23は、結合レーザビームLBが入射したとき、その入射された面に結合レーザビームLBを全反射する材料が設けられているのが好ましい。シャッタ23全体が当該材料からなっていてもよい。 Further, the shutter 23 is driven by an actuator (not shown) based on a drive signal from the control unit 50 to be described later, and is arranged on the optical path of the combined laser beam LB or movable so as to be retracted from the optical path. It is configured. The shutter 23 may be moved linearly in a direction intersecting the optical path of the combined laser beam LB, or may be rotated relative to the optical path of the combined laser beam LB. In the former case, the shutter 23 moves at a predetermined angle with respect to the optical path of the combined laser beam LB, and deflects the combined laser beam LB toward the beam damper 25 when the shutter 23 is on the optical path. . In the latter case, the shutter 23 is configured to rotate so as to pass the combined laser beam LB or deflect the combined laser beam LB toward the beam damper 25. The shutter 23 is preferably provided with a material that totally reflects the coupled laser beam LB on the incident surface when the coupled laser beam LB is incident. The entire shutter 23 may be made of the material.
ビームカメラ24は、部分反射ミラー22で反射された結合レーザビームLBの残部を図示しない撮像面で受光し、画像信号を生成する。後述するように、この画像信号には、結合レーザビームLBの残部のビーム形状及び結合レーザビームLBと伝送ファイバ40の入射端との結合状態に関する情報である画像情報が含まれる(図6A,6B参照)。なお、この画像信号が、制御部50に接続された図示しない表示部に入力され、表示部に上記のビーム形状や伝送ファイバ40との結合状態が表示されるようにしてもよい。 The beam camera 24 receives the remaining part of the combined laser beam LB reflected by the partial reflection mirror 22 by an imaging surface (not shown) and generates an image signal. As will be described later, this image signal includes image information which is information regarding the remaining beam shape of the coupled laser beam LB and the coupling state between the coupled laser beam LB and the incident end of the transmission fiber 40 (FIGS. 6A and 6B). reference). The image signal may be input to a display unit (not shown) connected to the control unit 50, and the beam shape and the coupling state with the transmission fiber 40 may be displayed on the display unit.
ビームダンパ25は、シャッタ23が結合レーザビームLBの光路上に配置されたとき、シャッタ23で偏向された結合レーザビームLBを受光し、これを熱に変換して消費する。 When the shutter 23 is disposed on the optical path of the combined laser beam LB, the beam damper 25 receives the combined laser beam LB deflected by the shutter 23 and converts it into heat for consumption.
伝送ファイバ40は、レーザ発振器10の集光レンズ21に光学的に結合され、集光レンズ21を介してレーザ発振器10から受け取った結合レーザビームをレーザビーム出射ヘッド30に伝送する。また、伝送ファイバ40は軸心に断面が略円形状のコア41と、コア41の外周面に接してコア41と同軸にクラッド42が設けられており、クラッド42の屈折率はコア41の屈折率よりも低くなるように構成されている。なお、図示しないが、クラッド432表面は被膜で覆われている。 The transmission fiber 40 is optically coupled to the condenser lens 21 of the laser oscillator 10, and transmits the coupled laser beam received from the laser oscillator 10 via the condenser lens 21 to the laser beam emitting head 30. Further, the transmission fiber 40 is provided with a core 41 having a substantially circular cross section at the axial center, and a clad 42 provided in contact with the outer peripheral surface of the core 41 and coaxially with the core 41. The refractive index of the clad 42 is the refractive index of the core 41. It is comprised so that it may become lower than a rate. Although not shown, the surface of the clad 432 is covered with a coating.
レーザビーム出射ヘッド30は、伝送ファイバ40で伝送された結合レーザビームLBを外部に向けて照射する。例えば、図1に示すレーザ加工装置100では、所定の位置に配置された加工対象物であるワーク(図示せず)に向けて結合レーザビームLBを出射する。 The laser beam emission head 30 irradiates the combined laser beam LB transmitted by the transmission fiber 40 toward the outside. For example, in the laser processing apparatus 100 shown in FIG. 1, the combined laser beam LB is emitted toward a workpiece (not shown) that is a processing target disposed at a predetermined position.
制御部50は、内部に複数の機能ブロック51〜54を有している。信号処理部51は、ビームカメラ24で観測された画像信号を受け取って、ノイズ除去や増幅等の信号処理を行う。また、画像信号はアナログ信号であるが、これをデジタル信号に変換するようにしてもよい。演算部52は、信号処理部51で信号処理された画像信号を受け取って、この信号に基づき、レーザ制御部53及び光学部品駆動制御部54に制御信号を送る。また、演算部52は、図示しない記憶部等に格納された加工プログラムに基づき、レーザ制御部53及び光学部品駆動制御部54に制御信号を送る。また、演算部52は、信号処理部51で信号処理された画像信号に基づいて、結合レーザビームLBのビーム品質を評価、判定する。つまり、ビーム品質判定部として機能する。この判定結果に基づいて、後述するように、光学部品駆動制御部54にシャッタ23を駆動させる制御信号を送ったり、レーザ制御部53にレーザ発振停止信号を送ったりする。これらについては後で詳述する。 The control unit 50 includes a plurality of functional blocks 51 to 54 inside. The signal processing unit 51 receives an image signal observed by the beam camera 24 and performs signal processing such as noise removal and amplification. Further, although the image signal is an analog signal, it may be converted into a digital signal. The calculation unit 52 receives the image signal processed by the signal processing unit 51 and sends a control signal to the laser control unit 53 and the optical component drive control unit 54 based on this signal. The calculation unit 52 sends a control signal to the laser control unit 53 and the optical component drive control unit 54 based on a machining program stored in a storage unit (not shown). In addition, the calculation unit 52 evaluates and determines the beam quality of the combined laser beam LB based on the image signal subjected to signal processing by the signal processing unit 51. That is, it functions as a beam quality determination unit. Based on this determination result, as will be described later, a control signal for driving the shutter 23 is sent to the optical component drive control unit 54, or a laser oscillation stop signal is sent to the laser control unit 53. These will be described in detail later.
レーザ制御部53は、演算部52から受け取った制御信号に基づき、レーザ発振器10のレーザ発振を制御する。具体的には、レーザ発振器10に接続された電源60に対して出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することにより、各々のレーザモジュール11のレーザ発振制御及び発振停止制御を行う。各々のレーザモジュール11に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール11毎にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。光学部品駆動制御部54は、演算部52から受け取った制御信号に基づき、ビーム結合器12内に配置された図示しない光学部品の動作や光学ユニット20内に配置されたシャッタ23の開閉を制御する。なお、制御部50には、上記4つ以外の機能ブロックが設けられていてもよい。例えば、加工プログラム等を格納する記憶部が設けられていてもよい。また、制御部50は、レーザビーム出射ヘッド30が取り付けられたマニピュレータ(図示せず)の動作を制御してもよい。なお、制御部50内の各機能ブロックは、汎用のCPU又は専用のLSI上で所定のプログラムを実行することにより実現される。 The laser control unit 53 controls the laser oscillation of the laser oscillator 10 based on the control signal received from the calculation unit 52. Specifically, the laser oscillation control and the oscillation stop control of each laser module 11 are performed by supplying control signals such as an output voltage and an ON time to the power source 60 connected to the laser oscillator 10. It is also possible to individually control the laser oscillation for each laser module 11. For example, the laser oscillation output, on-time, etc. may be varied for each laser module 11. The optical component drive control unit 54 controls the operation of optical components (not shown) arranged in the beam combiner 12 and the opening / closing of the shutter 23 arranged in the optical unit 20 based on the control signal received from the calculation unit 52. . The control unit 50 may be provided with functional blocks other than the above four. For example, a storage unit that stores a machining program or the like may be provided. The control unit 50 may control the operation of a manipulator (not shown) to which the laser beam emitting head 30 is attached. Each functional block in the control unit 50 is realized by executing a predetermined program on a general-purpose CPU or a dedicated LSI.
電源60は、レーザ制御部53からの制御信号に基づき、レーザ発振を行うための電力をレーザ発振器10、具体的には、複数のレーザモジュール11のそれぞれに対して供給する。各々のレーザモジュール11に供給される電力を異ならせるようにしてもよい。あるいは、レーザモジュール11への電力供給を停止してレーザ発振を停止させる。 The power source 60 supplies power for performing laser oscillation to the laser oscillator 10, specifically, each of the plurality of laser modules 11, based on a control signal from the laser control unit 53. The power supplied to each laser module 11 may be different. Alternatively, the power supply to the laser module 11 is stopped to stop the laser oscillation.
[レーザ発振制御手順]
図4は、本実施形態に係るレーザ発振制御手順のフローチャートを示し、図5は、レーザ発振器のビーム品質の時間依存性を示す。また、図6Aは、レーザビーム形状パターンとその良否判定結果との関係の一例を、図6Bは、レーザビーム形状パターンとその良否判定結果との関係を示す別の一例をそれぞれ示す。
[Laser oscillation control procedure]
FIG. 4 shows a flowchart of the laser oscillation control procedure according to this embodiment, and FIG. 5 shows the time dependency of the beam quality of the laser oscillator. FIG. 6A shows an example of the relationship between the laser beam shape pattern and its pass / fail judgment result, and FIG. 6B shows another example of the relationship between the laser beam shape pattern and its pass / fail judgment result.
まず、レーザ発振制御手順について説明する。図4に示すように、レーザ加工装置100において、加工プログラムに基づいて施工が開始されると、レーザ制御部53からの制御信号を受け取って、レーザ発振器10はレーザ発振を開始する(ステップS1:レーザ発振開始ステップ)。各々のレーザモジュール11から出射され、ビーム結合器12で結合された結合レーザビームLBの残部が部分反射ミラー22でビームカメラ24に入射され、レーザビームの観測が開始する(ステップS2:ビーム観測ステップ)。なお、ステップS1,S2において、シャッタ23は閉状態、つまり、結合レーザビームLBはシャッタ23によって、ビームダンパ25に向けて偏向されている状態であり、伝送ファイバ40に結合レーザビームLBは入射されていない。 First, the laser oscillation control procedure will be described. As shown in FIG. 4, in the laser processing apparatus 100, when construction is started based on the processing program, the laser oscillator 10 receives the control signal from the laser control unit 53 and starts laser oscillation (step S1: Laser oscillation start step). The remainder of the combined laser beam LB emitted from each laser module 11 and combined by the beam combiner 12 is incident on the beam camera 24 by the partial reflection mirror 22, and observation of the laser beam is started (step S2: beam observation step). ). In steps S1 and S2, the shutter 23 is closed, that is, the combined laser beam LB is deflected by the shutter 23 toward the beam damper 25, and the combined laser beam LB is incident on the transmission fiber 40. Absent.
次に、ビームカメラ24で観測された画像信号に基づいて、ビーム品質判定部である演算部52はレーザビームの品質を評価し、その良否を判定する(ステップS3:ビーム品質判定ステップ)。ここで、ビーム品質の判定基準は、レーザ発振器10の仕様やレーザ加工装置100におけるレーザ加工の要求仕様等に基づいて定められる。また、本実施形態では、結合レーザビームLBの良否を判定するための評価指標として、焦点におけるレーザビーム半径とレーザビームの発散角の半値との積で表されるBPPを用いている。 Next, based on the image signal observed by the beam camera 24, the calculation unit 52, which is a beam quality determination unit, evaluates the quality of the laser beam and determines its quality (step S3: beam quality determination step). Here, the beam quality determination criteria are determined based on the specifications of the laser oscillator 10, the required laser processing specifications in the laser processing apparatus 100, and the like. In the present embodiment, BPP represented by the product of the laser beam radius at the focal point and the half value of the divergence angle of the laser beam is used as an evaluation index for determining the quality of the combined laser beam LB.
ステップS3において、判定が肯定的、すなわち、ビーム品質が良好であると判定された場合は、シャッタ23を開状態にして結合レーザビームLBを伝送ファイバ40の入射端に入射させるとともに、ワーク(図示せず)に向けて結合レーザビームLBの照射を開始し(ステップS5:レーザビーム照射ステップ)、所定のレーザ加工を行う。施工が終了したら、シャッタ23を閉状態にし、レーザ発振器10のレーザ発振、具体的には、各レーザモジュール11のレーザ発振を停止する(ステップS6:レーザ発振停止ステップ)。 In step S3, if the determination is affirmative, that is, it is determined that the beam quality is good, the combined laser beam LB is incident on the incident end of the transmission fiber 40 with the shutter 23 opened, and the workpiece (FIG. Irradiation of the combined laser beam LB is started (not shown) (step S5: laser beam irradiation step), and predetermined laser processing is performed. When the construction is completed, the shutter 23 is closed and the laser oscillation of the laser oscillator 10, specifically, the laser oscillation of each laser module 11 is stopped (step S6: laser oscillation stop step).
一方、ステップS3において、判定が否定的、すなわち、ビーム品質が不良であると判定された場合は、ステップS4に進んで、このまま、つまり、シャッタ23を閉状態にし、レーザ発振を継続した状態で待機すべきか否かを判定する(待機判定ステップ)。ステップS4での判定も、ビームカメラ24で観測された画像信号に基づいて、ビーム品質判定部である演算部52によって行われる。ステップS4での判定が肯定的である場合は、ステップS2に戻って、再度、レーザビームの観測とビーム品質の良否判定(ステップS3)とを行う。ステップS4での判定が否定的である場合は、ステップS6に進んで、シャッタ23を閉状態にし、レーザ発振器10のレーザ発振を停止する。なお、待機判定ステップでの待機時間は、レーザ発振器10の仕様や出力等に基づいて適宜決められる。
なお、ステップS3,S4においても、伝送ファイバ40に結合レーザビームLBは入射されておらず、ステップS5に進んで始めて伝送ファイバ40に結合レーザビームLBが入射される。
On the other hand, if the determination in step S3 is negative, that is, it is determined that the beam quality is poor, the process proceeds to step S4, and in this state, that is, in a state where the shutter 23 is closed and laser oscillation is continued. It is determined whether or not to wait (standby determination step). The determination in step S4 is also performed by the calculation unit 52, which is a beam quality determination unit, based on the image signal observed by the beam camera 24. If the determination in step S4 is affirmative, the process returns to step S2, and the laser beam observation and the beam quality determination (step S3) are performed again. If the determination in step S4 is negative, the process proceeds to step S6, the shutter 23 is closed, and the laser oscillation of the laser oscillator 10 is stopped. Note that the standby time in the standby determination step is appropriately determined based on the specifications and output of the laser oscillator 10.
In steps S3 and S4, the coupled laser beam LB is not incident on the transmission fiber 40, and the coupled laser beam LB is incident on the transmission fiber 40 only after proceeding to step S5.
[効果等]
以上説明したように、本実施形態のレーザ加工装置は、レーザビームをそれぞれ発する複数のレーザモジュール11と、複数のレーザモジュール11から出射された複数のレーザビームを結合して結合レーザビームLBとして出射するビーム結合器12と、結合レーザビームLBを所定のビーム径になるように集光して伝送ファイバ40に導光する光学ユニット20と、伝送ファイバ40の出射端に取付けられたレーザビーム出射ヘッド30と、複数のレーザモジュール11及び光学ユニット20の動作を制御する制御部50とを少なくとも備えている。
[Effects]
As described above, the laser processing apparatus according to the present embodiment combines a plurality of laser modules 11 each emitting a laser beam and a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser modules 11 to emit a combined laser beam LB. A beam combiner 12, an optical unit 20 that focuses the combined laser beam LB so as to have a predetermined beam diameter and guides it to the transmission fiber 40, and a laser beam emission head attached to the emission end of the transmission fiber 40. 30 and a control unit 50 that controls the operations of the plurality of laser modules 11 and the optical unit 20.
光学ユニット20は、結合レーザビームLBの一部を透過する一方、残部を結合レーザビームLBの進行方向と異なる方向に反射する部分反射ミラー21と、結合レーザビームLBの残部を受光して、画像信号を生成するビームカメラ(ビームモニタ)24と、結合レーザビームLBの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられたシャッタ23と、を有している。 The optical unit 20 transmits a part of the combined laser beam LB while receiving the remaining part of the combined laser beam LB and a partial reflection mirror 21 that reflects the remaining part in a direction different from the traveling direction of the combined laser beam LB. A beam camera (beam monitor) 24 for generating a signal, and a shutter 23 provided so as to be movable between a predetermined position on the optical path of the combined laser beam LB and a predetermined position outside the optical path. .
制御部50は、ビームカメラ24で生成された画像信号に基づいて、結合レーザビームLBの良否を判定する演算部(ビーム品質判定部)52をさらに備えている。また、画像信号は、結合レーザビームLBの残部のビーム形状及び結合レーザビームLBと伝送ファイバ40の入射端との結合状態に関する情報である画像情報を含んでいる。 The control unit 50 further includes a calculation unit (beam quality determination unit) 52 that determines the quality of the combined laser beam LB based on the image signal generated by the beam camera 24. Further, the image signal includes image information which is information regarding the remaining beam shape of the combined laser beam LB and the coupling state between the combined laser beam LB and the incident end of the transmission fiber 40.
また、本実施形態のレーザ発振制御方法は、上記のレーザ加工装置100におけるレーザ発振制御方法であって、レーザ発振器10、この場合は、複数のレーザモジュール11のレーザ発振を開始するレーザ発振開始ステップと、結合レーザビームLBの残部をビームカメラ24で観測して画像信号を得るビーム観測ステップと、画像信号から得られた画像情報に基づいて、結合レーザビームLBの良否を判定するビーム品質判定ステップと、を備えている。 The laser oscillation control method of the present embodiment is a laser oscillation control method in the laser processing apparatus 100 described above, and includes a laser oscillation start step for starting laser oscillation of the laser oscillator 10, in this case, a plurality of laser modules 11. A beam observation step of observing the remainder of the combined laser beam LB with the beam camera 24 to obtain an image signal, and a beam quality determination step of determining the quality of the combined laser beam LB based on image information obtained from the image signal And.
レーザ加工装置100をこのように構成することで、また、レーザ発振制御方法をこのように構成することで、レーザ発振器10から出射される結合レーザビームLBの状態をモニターし、かつそのビーム品質の良否を判定することが可能となり、レーザ加工を安定に行うことができる。また、レーザ加工の精度を安定に保つことができる。また、結合レーザビームLBと伝送ファイバ40との結合状態をモニターすることで、伝送ファイバ40のクラッド42へ漏れ出すレーザビームの光量等を正確に把握して、レーザ加工装置100でのレーザ出力のロスや伝送ファイバ40の損傷を低減することができる。また、レーザ加工装置100での加工不良の発生を抑制できる。また、レーザ発振器10の異常をいち早く検知でき、これを正常な状態に復することが可能となるとともに、適切な時期にメンテナンスが行え、レーザ加工装置100のダウンタイムを低減できる。 By configuring the laser processing apparatus 100 in this way, and by configuring the laser oscillation control method in this way, the state of the combined laser beam LB emitted from the laser oscillator 10 can be monitored, and the beam quality can be controlled. It is possible to determine pass / fail, and laser processing can be performed stably. In addition, the accuracy of laser processing can be kept stable. Further, by monitoring the coupling state between the coupled laser beam LB and the transmission fiber 40, the amount of laser beam leaking to the cladding 42 of the transmission fiber 40 can be accurately grasped, and the laser output of the laser processing apparatus 100 can be measured. Loss and damage to the transmission fiber 40 can be reduced. Moreover, generation | occurrence | production of the processing defect in the laser processing apparatus 100 can be suppressed. Further, the abnormality of the laser oscillator 10 can be detected quickly, and it can be restored to a normal state, maintenance can be performed at an appropriate time, and the downtime of the laser processing apparatus 100 can be reduced.
また、演算部52による判定結果が不良の場合は、結合レーザビームLBは、シャッタ23により遮断される。 When the determination result by the calculation unit 52 is bad, the combined laser beam LB is blocked by the shutter 23.
特に、本実施形態のレーザ加工装置100によれば、レーザ発振器10のレーザ発振が長期間停止した状態からレーザ発振を開始した場合に、所望の加工に必要なビーム品質となっているかを判定してから結合レーザビームLBを伝送ファイバ40に入射させることで、伝送ファイバ40の損傷を防止し、また、所望の加工品質でレーザ加工を行うことが可能となる。このことについてさらに説明する。 In particular, according to the laser processing apparatus 100 of the present embodiment, when laser oscillation is started from a state where the laser oscillation of the laser oscillator 10 has been stopped for a long period of time, it is determined whether the beam quality required for desired processing is obtained. Then, the coupling laser beam LB is incident on the transmission fiber 40, so that the transmission fiber 40 can be prevented from being damaged, and laser processing can be performed with a desired processing quality. This will be further described.
図5は、レーザ発振開始からのレーザ発振器のビーム品質の時間変化を示す。図5において、時間が0秒の時点がレーザ発振開始時点に相当する。また、レーザ発振開始までには相当の時間が経過し、レーザ発振器10の温度は十分に低下した状態である。 FIG. 5 shows the time change of the beam quality of the laser oscillator from the start of laser oscillation. In FIG. 5, the time point of 0 second corresponds to the laser oscillation start point. In addition, a considerable time has elapsed before the start of laser oscillation, and the temperature of the laser oscillator 10 is sufficiently lowered.
図5から明らかなように、レーザ発振開始から、レーザ品質の評価指標であるBPPは低下し始め、20秒以上の時間をかけて安定する。また、安定時のbppは、レーザ発振開始直後のBPPよりも約30%減少している。また、定義から明らかなように、Bppの値が小さい方がビーム品質は良好である。前述したように、レーザモジュール11の出力やレーザ発振器10における各種光学部品の配置は、定常運転状態にあわせて調整されている。定常運転状態では、レーザビームを発するレーザモジュール11は発熱して温度が上昇している。また、各種光学部品もレーザビームが透過する際のわずかな吸熱や、筐体等の内部温度の上昇に伴い温度が上昇している。 As is clear from FIG. 5, BPP, which is an evaluation index of laser quality, starts to decrease from the start of laser oscillation and stabilizes over a time of 20 seconds or more. In addition, the stable bpp is about 30% less than the BPP immediately after the start of laser oscillation. As is clear from the definition, the beam quality is better when the value of Bpp is smaller. As described above, the output of the laser module 11 and the arrangement of various optical components in the laser oscillator 10 are adjusted in accordance with the steady operation state. In the steady operation state, the laser module 11 that emits a laser beam generates heat and the temperature rises. In addition, the temperature of various optical components also rises due to slight heat absorption when the laser beam is transmitted and internal temperature of the housing and the like.
一方、図5に示すように、レーザ発振開始直後では、各部の温度が定常状態になっておらず、そのような状態で結合レーザビームLBがワークに照射されると、結合レーザビームLBが所定の値よりも拡がりすぎた状態となっている。このような状態では、例えば、切断幅が拡がりすぎて所望の加工が行えなかったり、あるいは、伝送ファイバ40のクラッド42への漏れ光が大きくなりすぎて伝送ファイバ40が損傷したりするおそれがあった。 On the other hand, as shown in FIG. 5, the temperature of each part is not in a steady state immediately after the start of laser oscillation, and when the combined laser beam LB is irradiated onto the workpiece in such a state, the combined laser beam LB is predetermined. It is in a state where it has expanded more than the value of. In such a state, for example, there is a possibility that the cutting width becomes too wide to perform desired processing, or that the leak light to the cladding 42 of the transmission fiber 40 becomes too large and the transmission fiber 40 is damaged. It was.
本実施形態のレーザ加工装置100は、ビームカメラ24で生成された画像信号に基づいて、結合レーザビームLBのビーム品質を正確に評価し、その品質が不良であれば、結合レーザビームLBが伝送ファイバ40に入射される前に、シャッタ23により遮断する。このことにより、設定されたビーム形状を有する結合レーザビームLBでワークのレーザ加工を行うことができる。また、伝送ファイバ40のクラッド42への漏れ光を低減して、伝送ファイバ40の損傷を低減することができる。 The laser processing apparatus 100 of the present embodiment accurately evaluates the beam quality of the combined laser beam LB based on the image signal generated by the beam camera 24. If the quality is poor, the combined laser beam LB is transmitted. Before being incident on the fiber 40, it is blocked by the shutter 23. As a result, the workpiece can be laser processed with the combined laser beam LB having the set beam shape. Further, light leaking to the cladding 42 of the transmission fiber 40 can be reduced, and damage to the transmission fiber 40 can be reduced.
また、制御部50は、レーザモジュール11の動作を制御するレーザ制御部53と、シャッタ23の動作を制御する光学部品駆動制御部54と、演算部52と、を有している。演算部52は、結合レーザビームLBの良否判定結果に基づいてシャッタ23の開閉を決定する制御信号を光学部品駆動制御部54に送るように構成されている。また、演算部52は、上記の良否判定結果に基づいてレーザ制御部53にレーザモジュール11のレーザ発振を停止させる制御信号を送るように構成されている。 The control unit 50 includes a laser control unit 53 that controls the operation of the laser module 11, an optical component drive control unit 54 that controls the operation of the shutter 23, and a calculation unit 52. The calculation unit 52 is configured to send a control signal for determining opening / closing of the shutter 23 based on the quality determination result of the combined laser beam LB to the optical component drive control unit 54. In addition, the calculation unit 52 is configured to send a control signal for stopping the laser oscillation of the laser module 11 to the laser control unit 53 based on the quality determination result.
このようにすることで、結合レーザビームLBのビーム品質が良好な場合に、シャッタ23を開状態にし、伝送ファイバ40を介して、結合レーザビームLBをワークに照射させることができる。また、ビーム品質が不良の場合に、シャッタ23を閉状態に、レーザモジュール11のレーザ発振を停止することができる。また、結合レーザビームLBの良否判定結果が良好になるまで閉状態を維持するようにシャッタ23を構成することで、確実に、ビーム品質が低下したレーザビームが伝送ファイバ40に入射したり、ワークに照射されたりするのを防止できる。 By doing so, when the beam quality of the combined laser beam LB is good, the shutter 23 can be opened and the workpiece can be irradiated with the combined laser beam LB via the transmission fiber 40. Further, when the beam quality is poor, the laser oscillation of the laser module 11 can be stopped by closing the shutter 23. In addition, by configuring the shutter 23 so that the closed state is maintained until the quality determination result of the combined laser beam LB becomes good, a laser beam with a deteriorated beam quality is surely incident on the transmission fiber 40, Can be prevented from being irradiated.
また、本実施形態のレーザ発振制御方法は、結合レーザビームLBの良否判定結果が否定的であれば、その後に、シャッタ23を閉状態に維持するか否かを判定する待機判定ステップをさらに備え、待機判定ステップでの判定結果が否定的であれば、シャッタ23を閉状態に維持し、かつレーザ発振器10のレーザ発振を停止する。また、待機判定ステップでは、結合レーザビームLBのビーム形状及び/または結合レーザビームLBと伝送ファイバ40との結合状態に基づいて、シャッタ23を閉状態に維持するか否かを判定する。 In addition, the laser oscillation control method of the present embodiment further includes a standby determination step for determining whether or not to maintain the shutter 23 in the closed state if the quality determination result of the combined laser beam LB is negative. If the determination result in the standby determination step is negative, the shutter 23 is kept closed and the laser oscillation of the laser oscillator 10 is stopped. In the standby determination step, it is determined whether or not the shutter 23 is to be kept closed based on the beam shape of the combined laser beam LB and / or the combined state of the combined laser beam LB and the transmission fiber 40.
この方法によれば、結合レーザビームLBのビーム品質が不良である場合、それが一時的なものか恒常的に発生しているものかを正確に判定することができる。このことにより、レーザ加工装置100の不要なメンテナンスをなくし、ダウンタイムを低減することができる。このことについて、さらに説明する。 According to this method, when the beam quality of the combined laser beam LB is poor, it can be accurately determined whether it is temporary or constantly generated. Thus, unnecessary maintenance of the laser processing apparatus 100 can be eliminated and downtime can be reduced. This will be further described.
図6Aは、レーザビームのスポット形状とその良否判定結果との関係の一例、図6Bは、レーザビームのスポット形状とその良否判定結果との関係の別の一例をそれぞれ示す。図6A,6Bに示すスポット形状は、ビームカメラ24で観測された結合レーザビームLBの残部が平面(撮像面)に投影されたものであり、集光レンズ21の焦点近傍での結合レーザビームLBのビーム形状に対応している。また、図6A,6Bに示す符号41,42は、伝送ファイバ40の入射端でのコア41及びクラッド42を平面(撮像面)に仮想的に投影させたものであり、スポットとコア41及びクラッド42との位置関係が、結合レーザビームLBと伝送ファイバ40との結合状態に対応している。これらの情報、つまり、スポット形状とスポットとコア41及びクラッド42との位置関係とが、ビームカメラ24で生成された画像情報に含まれる。 FIG. 6A shows an example of the relationship between the spot shape of the laser beam and its quality determination result, and FIG. 6B shows another example of the relationship between the spot shape of the laser beam and its quality determination result. The spot shapes shown in FIGS. 6A and 6B are obtained by projecting the remaining portion of the combined laser beam LB observed by the beam camera 24 onto a flat surface (imaging surface), and the combined laser beam LB near the focal point of the condenser lens 21. It corresponds to the beam shape. Reference numerals 41 and 42 shown in FIGS. 6A and 6B are obtained by virtually projecting the core 41 and the clad 42 at the incident end of the transmission fiber 40 onto a plane (imaging surface). The positional relationship with 42 corresponds to the coupled state of the coupled laser beam LB and the transmission fiber 40. Such information, that is, the spot shape and the positional relationship between the spot and the core 41 and the clad 42 are included in the image information generated by the beam camera 24.
図6Aの上段には、結合レーザビームLBのビーム品質が良好な場合のスポット形状を示している。スポットがコア41のコア径以下で、かつコア41内に収まっている。これは、実際の結合レーザビームLBが、伝送ファイバ40のクラッド42に漏れることなく、コア41内に入射していることを示す。このように、結合レーザビームLBのビーム品質が良好であれば、図4に示すように、結合レーザビームLBは伝送ファイバ40を介してワークに照射される。 6A shows a spot shape when the beam quality of the combined laser beam LB is good. The spot is equal to or smaller than the core diameter of the core 41 and is within the core 41. This indicates that the actual coupled laser beam LB is incident on the core 41 without leaking into the cladding 42 of the transmission fiber 40. Thus, if the beam quality of the combined laser beam LB is good, the combined laser beam LB is irradiated onto the workpiece via the transmission fiber 40 as shown in FIG.
一方、図6Aの中段に示すスポットは、中心がコア41の中心とほぼ一致するものの、コア41からはみ出してクラッド42にかかっており、下段に示すスポットは、中心がコア41の中心とずれており、かつスポットがコア41からはみ出してクラッド42にかかっている。これらの場合、ビーム品質は不良と判定される。しかし、図6Aの中段及び下段に示す状況は、レーザ発振時間の経過とともに図6Aの上段に示す場合に収束する場合がある。図6Aの中段に示す場合では、各光学部品の温度が上昇中で、熱レンズ効果が安定しておらず、焦点がずれている可能性がある。また、図6Aの中段に示す場合では、各光学部品の温度が上昇中で、レーザビームの光軸がずれている可能性がある。 On the other hand, the spot shown in the middle of FIG. 6A has the center substantially coincident with the center of the core 41, but protrudes from the core 41 and covers the clad 42. The spot shown in the lower stage is shifted from the center of the core 41. In addition, the spot protrudes from the core 41 and hits the clad 42. In these cases, the beam quality is determined to be poor. However, the situation shown in the middle and lower parts of FIG. 6A may converge in the case shown in the upper part of FIG. 6A as the laser oscillation time elapses. In the case shown in the middle part of FIG. 6A, the temperature of each optical component is rising, the thermal lens effect is not stable, and the focus may be deviated. In the case shown in the middle part of FIG. 6A, the temperature of each optical component is rising, and the optical axis of the laser beam may be shifted.
そこで、本実施形態に示すように、待機判定ステップを設けて、所定の時間、レーザ発振を継続しつつ、シャッタ23を閉状態にすることで、レーザ発振器10内の各部の温度が安定するのを待ってビーム品質を再度評価することができる。再評価の結果、ビーム品質が良好となれば、直前の評価時には、レーザ発振器10が安定状態になっていなかったことがわかるとともに、レーザ発振を停止してダウンタイムが発生するのを防止できる。また、不要なメンテナンスを行わなくて済む。なお、図4に示すように、待機判定ステップを経て、なお、ビーム品質が不良と判定されれば、シャッタ23を閉状態にしつつ、レーザ発振器10のレーザ発振を停止して、不良の原因を調査する必要がある。 Therefore, as shown in this embodiment, a standby determination step is provided, and the temperature of each part in the laser oscillator 10 is stabilized by closing the shutter 23 while continuing laser oscillation for a predetermined time. Wait for the beam quality can be evaluated again. If the beam quality is improved as a result of the re-evaluation, it can be understood that the laser oscillator 10 was not in a stable state at the time of the previous evaluation, and the laser oscillation can be stopped and the occurrence of downtime can be prevented. Also, unnecessary maintenance is not required. As shown in FIG. 4, if the beam quality is determined to be defective after the standby determination step, the laser oscillation of the laser oscillator 10 is stopped while the shutter 23 is closed, and the cause of the defect is determined. Need to investigate.
一方、図6Bには、レーザ発振を停止すべき状態を示している。図6Bの上段に示す場合では、スポットが2つに分離し、一方のスポットがコア41からはみ出してクラッド42にかかっている。このような場合は、ビーム結合器12内で一部の光学備品の配置ずれあるいは損傷が起こって、特定のレーザビームの光軸ずれが生じていると考えられる。 On the other hand, FIG. 6B shows a state where laser oscillation should be stopped. In the case shown in the upper part of FIG. 6B, the spot is separated into two, and one spot protrudes from the core 41 and covers the clad 42. In such a case, it is considered that an optical axis shift of a specific laser beam is caused by a displacement or damage of some optical fixtures in the beam combiner 12.
また、図6Bの中段に示す場合では、コア41に対するスポットのずれ量が、例えば、図6Aの下段に示す場合に比べて大きくなっている。このような場合は、ビーム結合器12内での光学部品の配置ずれ、あるいは光学ユニット20の集光レンズ21の配置ずれが起こっているおそれがある。 Further, in the case shown in the middle stage of FIG. 6B, the amount of spot deviation with respect to the core 41 is larger than, for example, the case shown in the lower stage of FIG. 6A. In such a case, there is a possibility that an optical component in the beam combiner 12 is misplaced or the condenser lens 21 in the optical unit 20 is misplaced.
図6Bの下段に示す場合では、スポットがコア41からはみ出してクラッド42にかかるとともに、スポット形状が楕円状に変形している。このような場合は、例えば、集光レンズ21の表面の汚染や集光レンズ21自体の損傷等が起こっているおそれがある。 In the case shown in the lower part of FIG. 6B, the spot protrudes from the core 41 and is applied to the clad 42, and the spot shape is deformed into an elliptical shape. In such a case, for example, the surface of the condenser lens 21 may be contaminated or the condenser lens 21 itself may be damaged.
これらの場合には、図4のステップS6に示すように、レーザ発振を停止して、不良原因を調査する必要がある。このように、
なお、本実施形態において、レーザ発振器10は、最大出力が1kWのレーザモジュール11を4個並列に配置して4kWのレーザビームが出力されるようにしているが、特にこれに限定されない。
In these cases, as shown in step S6 in FIG. 4, it is necessary to stop the laser oscillation and investigate the cause of the defect. in this way,
In the present embodiment, the laser oscillator 10 has four laser modules 11 having a maximum output of 1 kW arranged in parallel to output a 4 kW laser beam. However, the present invention is not limited to this.
また、本実施形態におけるビームカメラ24は、受光素子アレイであってもよい。 Further, the beam camera 24 in the present embodiment may be a light receiving element array.
本発明のレーザ加工装置は、出射されるレーザビームのビーム品質をモニターして、これを良好に維持できるため、加工精度が要求されるレーザ加工装置として有用である。 The laser processing apparatus of the present invention is useful as a laser processing apparatus that requires high processing accuracy because the beam quality of the emitted laser beam can be monitored and maintained satisfactorily.
10 レーザ発振器
11 レーザモジュール
12 ビーム結合器
20 光学ユニット
21 集光レンズ
22 部分反射ミラー
23 シャッタ
24 ビームカメラ(ビームモニタ)
30 レーザビーム出射ヘッド
40 伝送ファイバ
41 コア
42 クラッド
50 制御部
51 信号処理部
52 演算部(ビーム品質判定部)
53 レーザ制御部
54 光学部品駆動制御部
60 電源
100 レーザ加工装置
LB 結合レーザビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser oscillator 11 Laser module 12 Beam combiner 20 Optical unit 21 Condensing lens 22 Partial reflection mirror 23 Shutter 24 Beam camera (beam monitor)
30 Laser beam emitting head 40 Transmission fiber 41 Core 42 Clad 50 Control unit 51 Signal processing unit 52 Calculation unit (beam quality judgment unit)
53 Laser control unit 54 Optical component drive control unit 60 Power supply 100 Laser processing apparatus LB Coupled laser beam
Claims (12)
前記光学ユニットは、前記結合レーザビームの一部を透過する一方、残部を前記結合レーザビームの進行方向と異なる方向に反射する部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーで反射された前記結合レーザビームの残部を受光して、画像信号を生成するビームモニタと、前記結合レーザビームの光路上の所定の位置と光路外の所定の位置との間を移動可能に設けられたシャッタと、を有し、
前記制御部は、前記ビームモニタで生成された前記画像信号に基づいて前記結合レーザビームの良否を判定するビーム品質判定部をさらに備えることを特徴とするレーザ加工装置。 A plurality of laser modules that respectively emit laser beams, a beam combiner that combines a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser modules and emits them as a combined laser beam, and a combined laser beam emitted from the beam combiner An optical unit for condensing the light so as to have a predetermined beam diameter and guiding it to the transmission fiber, a laser beam emission head attached to the emission end of the transmission fiber, the operations of the plurality of laser modules and the optical unit A laser processing apparatus comprising at least a control unit for controlling
The optical unit transmits a part of the combined laser beam, while reflecting the remaining part in a direction different from the traveling direction of the combined laser beam, and the combined laser beam reflected by the partial reflection mirror. A beam monitor that receives the remainder and generates an image signal; and a shutter that is movable between a predetermined position on the optical path of the combined laser beam and a predetermined position outside the optical path;
The laser processing apparatus, wherein the control unit further includes a beam quality determination unit that determines the quality of the combined laser beam based on the image signal generated by the beam monitor.
前記ビーム品質判定部による判定結果が不良の場合は、前記結合レーザビームは、前記シャッタにより遮断されることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus of Claim 1,
When the determination result by the beam quality determination unit is poor, the combined laser beam is blocked by the shutter.
前記制御部は、前記レーザモジュールの動作を制御するレーザ制御部と、前記シャッタの動作を制御する光学部品駆動制御部と、前記ビーム品質判定部と、を少なくとも有し、
前記ビーム品質判定部は、前記結合レーザビームの良否判定結果に基づいて前記シャッタの開閉を決定する制御信号を前記光学部品駆動制御部に送るように、また、前記良否判定結果に基づいて前記レーザ制御部に前記レーザモジュールのレーザ発振を停止させる制御信号を送るように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。 In the laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The control unit includes at least a laser control unit that controls the operation of the laser module, an optical component drive control unit that controls the operation of the shutter, and the beam quality determination unit,
The beam quality determination unit sends a control signal for determining opening / closing of the shutter based on the quality determination result of the combined laser beam to the optical component drive control unit, and the laser based on the quality determination result A laser processing apparatus configured to send a control signal for stopping laser oscillation of the laser module to the control unit.
前記シャッタは、前記結合レーザビームの良否判定結果が良好になるまで閉状態を維持するように構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The laser processing apparatus, wherein the shutter is configured to maintain a closed state until a quality determination result of the combined laser beam becomes good.
前記画像信号には、前記結合レーザビームの残部のビーム形状及び前記結合レーザビームと前記伝送ファイバとの結合状態に関する情報が含まれることを特徴とするレーザ加工装置。 5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the image signal includes information on a remaining beam shape of the coupled laser beam and a coupling state between the coupled laser beam and the transmission fiber. A laser processing apparatus characterized by the above.
前記複数のレーザモジュールのレーザ発振を開始するレーザ発振開始ステップと、
前記結合レーザビームの残部を前記ビームモニタで観測して画像信号を得るビーム観測ステップと、
前記画像信号から得られた画像情報に基づいて、前記結合レーザビームの良否を判定するビーム品質判定ステップと、を備えることを特徴とするレーザ発振制御方法。 A laser oscillation control method in a laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A laser oscillation start step for starting laser oscillation of the plurality of laser modules;
A beam observation step of obtaining an image signal by observing the remainder of the combined laser beam with the beam monitor;
A laser oscillation control method, comprising: a beam quality determination step of determining whether the combined laser beam is good or bad based on image information obtained from the image signal.
前記ビーム品質判定ステップでの判定結果が肯定的であれば、前記シャッタを開状態にして前記伝送ファイバを介して前記レーザビーム出射ヘッドから前記結合レーザビームを照射し、前記判定結果が否定的であれば、前記シャッタを閉状態に維持することを特徴とするレーザ発振制御方法。 In the laser oscillation control method according to claim 6,
If the determination result in the beam quality determination step is affirmative, the combined laser beam is irradiated from the laser beam emitting head through the transmission fiber with the shutter opened, and the determination result is negative. If there is, the laser oscillation control method characterized by maintaining the shutter in a closed state.
前記判定結果が否定的であれば、前記シャッタを閉状態に維持し、かつ前記レーザ発振器のレーザ発振を停止することを特徴とするレーザ発振制御方法。 In the laser oscillation control method according to claim 7,
If the determination result is negative, the laser oscillation control method is characterized in that the shutter is kept closed and the laser oscillation of the laser oscillator is stopped.
前記結合レーザビームの良否判定結果が否定的であれば、その後に、前記シャッタを閉状態に維持するか否かを判定する待機判定ステップをさらに備えることを特徴とするレーザ発振制御方法。 In the laser oscillation control method according to any one of claims 6 to 8,
A laser oscillation control method, further comprising a standby determination step for determining whether or not to maintain the shutter in a closed state if the result of the quality determination of the combined laser beam is negative.
前記待機判定ステップでの判定結果が否定的であれば、前記シャッタを閉状態に維持し、かつ前記レーザ発振器のレーザ発振を停止することを特徴とするレーザ発振制御方法。 The laser oscillation control method according to claim 9, wherein
If the determination result in the standby determination step is negative, the laser oscillation control method is characterized in that the shutter is kept closed and the laser oscillation of the laser oscillator is stopped.
前記画像情報には、前記結合レーザビームの残部のビーム形状及び前記結合レーザビームと前記伝送ファイバとの結合状態に関する情報が含まれ、
前記待機判定ステップでは、前記ビーム形状及び/または前記結合レーザビームと前記伝送ファイバとの結合状態に基づいて、前記シャッタを閉状態に維持するか否かを判定することを特徴とするレーザ発振制御方法。 The laser oscillation control method according to claim 9 or 10,
The image information includes information on the remaining beam shape of the coupled laser beam and the coupled state of the coupled laser beam and the transmission fiber,
In the standby determination step, it is determined whether to maintain the shutter in the closed state based on the beam shape and / or the coupling state between the coupled laser beam and the transmission fiber. Method.
前記画像情報には、前記結合レーザビームの残部のビーム形状及び前記結合レーザビームと前記伝送ファイバとの結合状態に関する情報が含まれ、
前記ビーム品質判定ステップでは、前記ビーム形状及び/または前記結合レーザビームと前記伝送ファイバとの結合状態に基づいて、前記結合レーザビームの良否を判定することを特徴とするレーザ発振制御方法。
The laser oscillation control method according to any one of claims 6 to 11,
The image information includes information on the remaining beam shape of the coupled laser beam and the coupled state of the coupled laser beam and the transmission fiber,
In the beam quality determination step, the quality of the combined laser beam is determined based on the beam shape and / or the combined state of the combined laser beam and the transmission fiber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018048283A JP7142312B2 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER OSCILLATION CONTROL METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018048283A JP7142312B2 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER OSCILLATION CONTROL METHOD |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019155446A true JP2019155446A (en) | 2019-09-19 |
JP7142312B2 JP7142312B2 (en) | 2022-09-27 |
Family
ID=67992933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018048283A Active JP7142312B2 (en) | 2018-03-15 | 2018-03-15 | LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER OSCILLATION CONTROL METHOD |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7142312B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114514084A (en) * | 2019-12-13 | 2022-05-17 | 松下知识产权经营株式会社 | Laser device |
JP7101923B1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-07-15 | 信越エンジニアリング株式会社 | Work separation device and work separation method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49106096A (en) * | 1973-02-15 | 1974-10-08 | ||
JP2001053358A (en) * | 1999-06-03 | 2001-02-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laser beam measuring apparatus |
JP2003071582A (en) * | 2001-08-30 | 2003-03-11 | Shibaura Mechatronics Corp | Laser device control system |
JP2008246540A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Sunx Ltd | Laser beam machining apparatus and machining system |
JP2016078047A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
JP2016078051A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
JP2016078049A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
-
2018
- 2018-03-15 JP JP2018048283A patent/JP7142312B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49106096A (en) * | 1973-02-15 | 1974-10-08 | ||
JP2001053358A (en) * | 1999-06-03 | 2001-02-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laser beam measuring apparatus |
JP2003071582A (en) * | 2001-08-30 | 2003-03-11 | Shibaura Mechatronics Corp | Laser device control system |
JP2008246540A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Sunx Ltd | Laser beam machining apparatus and machining system |
JP2016078047A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
JP2016078051A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
JP2016078049A (en) * | 2014-10-14 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | Direct diode laser processing device and processing method for metal plate using the same |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114514084A (en) * | 2019-12-13 | 2022-05-17 | 松下知识产权经营株式会社 | Laser device |
CN114555277A (en) * | 2019-12-13 | 2022-05-27 | 松下知识产权经营株式会社 | Laser device |
CN114786865A (en) * | 2019-12-13 | 2022-07-22 | 松下知识产权经营株式会社 | Laser device and method for controlling laser device |
EP4074454A4 (en) * | 2019-12-13 | 2023-05-10 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Laser device and method for controlling laser device |
JP7454769B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-03-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | laser equipment |
JP7503764B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-06-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Laser device and method for controlling laser device |
JP7101923B1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-07-15 | 信越エンジニアリング株式会社 | Work separation device and work separation method |
WO2022201535A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | 信越エンジニアリング株式会社 | Workpiece separation device and workpiece separation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7142312B2 (en) | 2022-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6373714B2 (en) | Direct diode laser processing apparatus and output monitoring method thereof | |
WO2016152404A1 (en) | Semiconductor laser oscillator | |
JP7394289B2 (en) | Laser oscillator, laser processing device using the same, and laser oscillation method | |
US11329443B2 (en) | Laser device | |
US11060905B2 (en) | Laser device | |
JP2019155446A (en) | Laser beam machining device and laser beam oscillation control method | |
US20070127029A1 (en) | Laser treatment apparatus | |
JP6956328B2 (en) | Laser processing equipment and laser processing method | |
JP6956329B2 (en) | Alignment method | |
JP7270169B2 (en) | LASER DEVICE AND LASER PROCESSING DEVICE USING THE SAME | |
JP7038323B2 (en) | How to inspect a laser oscillator, a laser processing device using it, and a laser oscillator | |
JP7126192B2 (en) | Condensing optical unit, laser oscillator using the same, laser processing device, and abnormality diagnosis method for laser oscillator | |
JP2001191193A (en) | Laser beam device | |
JP2020060725A (en) | Laser oscillator and laser processing equipment using the same | |
JP2006045598A (en) | Device for improving residual stress in installed pipe | |
JP5909537B1 (en) | Direct diode laser oscillator, direct diode laser processing apparatus and reflected light detection method | |
JP2019201031A (en) | Converging optical unit and laser oscillator using the same, laser processing device, and abnormality diagnostic method of laser oscillator | |
JP7557683B1 (en) | Laser device and transmission fiber connection adjustment method | |
JPH05104266A (en) | Laser beam machine | |
WO2021220762A1 (en) | Laser processing head and laser processing device | |
WO2021220763A1 (en) | Laser processing head and laser processing device | |
JP2019181534A (en) | Laser oscillator and laser processing device using the same | |
JP2023065071A (en) | Laser processing device | |
JP2019175896A (en) | Radiation position detector | |
JP2021142550A (en) | Laser machining device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210310 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220201 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220401 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220520 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220902 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7142312 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |