光束分析仪、激光振荡器以及激光加工装置

申请号 CN201510136956.9 申请日 2015-03-26 公开(公告)号 CN104942429A 公开(公告)日 2015-09-30
申请人 发那科株式会社; 发明人 和泉贵士;
摘要 提供能够以更低的成本来判断是否适当地输出了激光的光束分析仪、激光 振荡器 以及激光加工装置。光束分析仪具备部分反射镜(24)、受光部(30、28、26)以及分别安装于该受光部(26、28、30)的激光强度 传感器 (50、52、54)。受光部(30、28、26)具有:第一受光部(30),其接收激光(22’)的激光照射区域(22a’)中的包括激光(22’)的光轴(O1)的第一区域(22b)的光;以及第二受光部(28),其与第一受光部(30)热绝缘,接收激光照射区域(22a’)的与第一区域(22b)不同的第二区域(22c)的光。
权利要求

1.一种光束分析仪,测量激光的强度分布,该光束分析仪具备:
部分反射镜;
多个受光部,该多个受光部接收透过了上述部分反射镜的激光;以及
多个激光强度传感器,该多个激光强度传感器分别安装于上述多个受光部,感知由该受光部接收到的上述激光的强度,
其中,上述多个受光部至少具有:
第一受光部,其接收上述激光的激光照射区域中的包括上述激光的中心部的第一区域的光;以及
第二受光部,其与上述第一受光部热绝缘,接收上述激光照射区域的与上述第一区域不同的第二区域的光。
2.根据权利要求1所述的光束分析仪,其特征在于,
上述激光强度传感器包括热电偶热电堆、热敏电阻或铂测温电阻体。
3.根据权利要求1所述的光束分析仪,其特征在于,
上述激光强度传感器包括应变计。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的光束分析仪,其特征在于,
上述第一受光部是圆形构件,
上述第二受光部是被配置成与上述第一受光部同心的圆环构件。
5.根据权利要求1~3中的任一项所述的光束分析仪,其特征在于,
上述第二受光部相对于上述第一受光部被定位成上述第二受光部的中心比上述第一受光部的中心靠近上述激光照射区域的外缘。
6.根据权利要求1~5中的任一项所述的光束分析仪,其特征在于,
还具备激光功率运算部,该激光功率运算部基于来自上述多个激光强度传感器的输出来计算由上述多个受光部接收到的上述激光的激光功率。
7.根据权利要求6所述的光束分析仪,其特征在于,
还具备激光功率判断部,该激光功率判断部判断上述激光功率是否处于预先决定的阈值的范围内。
8.根据权利要求7所述的光束分析仪,其特征在于,
上述激光功率运算部计算来自上述多个激光强度传感器的输出之和,
上述激光功率判断部判断上述和是否处于预先决定的阈值的范围内。
9.根据权利要求1~8中的任一项所述的光束分析仪,其特征在于,
还具备分布计算部,该分布计算部基于来自安装于上述第一受光部的上述激光强度传感器的第一输出和来自安装于上述第二受光部的上述激光强度传感器的第二输出,来计算上述激光的强度分布。
10.根据权利要求9所述的光束分析仪,其特征在于,
还具备分布判断部,该分布判断部判断上述激光的强度分布是否处于预先决定的阈值的范围内。
11.根据权利要求10所述的光束分析仪,其特征在于,
上述分布判断部判断上述第一输出是否处于第一上述阈值的范围内,并且判断上述第二输出是否处于第二上述阈值的范围内。
12.根据权利要求10或11所述的光束分析仪,其特征在于,
还具备警告生成部,该警告生成部在由上述分布判断部判断为上述激光的强度分布不处于预先决定的阈值的范围内的情况下,生成针对用户的警告。
13.一种激光振荡器,具备:
射出激光的输出镜;以及
根据权利要求1~12中的任一项所述的光束分析仪,
其中,上述光束分析仪的上述部分反射镜被配置成与上述输出镜相对。
14.一种激光加工装置,具备:
激光振荡器;以及
根据权利要求1~12中的任一项所述的光束分析仪,
其中,上述光束分析仪的上述部分反射镜被配置在从上述激光振荡器射出的激光的光路上。
15.根据权利要求14所述的激光加工装置,其特征在于,
上述激光振荡器是根据权利要求13所述的激光振荡器。

说明书全文

光束分析仪、激光振荡器以及激光加工装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测量激光的强度分布的光束分析仪(beam profiler)、具备光束分析仪的激光振荡器以及激光加工装置。

背景技术

[0002] 已知如下一种技术:使用包括光电元件的光束分析仪来测量激光的强度分布,基于该强度分布来判断射出的激光是否存在异常(例如日本特开2010-137264号公报)。
[0003] 在如上所述的光束分析仪中,对如下方面要求变高:使装置更简单,能够以更低的成本来判断激光的强度分布是否适当。

发明内容

[0004] 在本发明的一个方式中,光束分析仪具备:部分反射镜;多个受光部,该多个受光部接收透过了部分反射镜的激光;以及多个激光强度传感器,该多个激光强度传感器分别安装于多个受光部,感知由该受光部接收到的激光的强度。多个受光部至少具有:第一受光部,其接收激光的激光照射区域中的包括激光的中心部的第一区域的光;以及第二受光部,其与第一受光部热绝缘,接收激光照射区域的与第一区域不同的第二区域的光。
[0005] 激光强度传感器也可以包括热电偶热电堆、热敏电阻或铂测温电阻体。激光强度传感器也可以包括应变计。第一受光部也可以是圆形构件。第二受光部也可以是被配置成与第一受光部同心的圆环构件。也可以是,第二受光部相对于第一受光部被定位成第二受光部的中心比第一受光部的中心靠近激光照射区域的外缘。
[0006] 光束分析仪也可以还具备激光功率运算部,该激光功率运算部基于来自多个激光强度传感器的输出来计算由多个受光部接收到的激光的激光功率。光束分析仪也可以还具备激光功率判断部,该激光功率判断部判断激光功率是否处于预先决定的阈值的范围内。
[0007] 激光功率运算部也可以计算来自多个激光强度传感器的输出之和。激光功率判断部也可以判断和是否处于预先决定的阈值的范围内。光束分析仪也可以还具备分布计算部,该分布计算部基于来自安装于第一受光部的激光强度传感器的第一输出和来自安装于第二受光部的激光强度传感器的第二输出,来计算激光的强度分布。
[0008] 光束分析仪也可以还具备分布判断部,该分布判断部判断激光的强度分布是否处于预先决定的阈值的范围内。分布判断部也可以判断第一输出是否处于第一阈值的范围内,并且判断第二输出是否处于第二阈值的范围内。光束分析仪也可以还具备警告生成部,该警告生成部在由分布判断部判断为激光的强度分布不处于预先决定的阈值的范围内的情况下,生成针对用户的警告。
[0009] 在本发明的其它方式中,激光振荡器具备射出激光的输出镜和上述的光束分析仪。光束分析仪的部分反射镜被配置成与输出镜相对。。在本发明的另一方式中,激光加工装置具备激光振荡器和上述的光束分析仪。光束分析仪的部分反射镜被配置在从激光振荡器射出的激光的光路上。激光振荡器也可以是上述的激光振荡器。附图说明
[0010] 本发明的上述或其它目的、特征以及优点通过参照附图来说明以下的优选实施方式会变得更明确。
[0011] 图1表示本发明的一个实施方式所涉及的光束分析仪的框图
[0012] 图2A表示图1所示的激光检测部的前视图,
[0013] 图2B表示图2A所示的激光检测部的后视图,
[0014] 图2C表示图2A所示的激光检测部的侧方剖视图,
[0015] 图3A是表示适当的激光的强度分布的例子(参考值分布)的图,
[0016] 图3B是表示适当的激光的强度分布的例子(参考值分布)的图,
[0017] 图3C是表示适当的激光的强度分布的例子(参考值分布)的图,
[0018] 图4A是表示不适当的激光的强度分布的例子的图,
[0019] 图4B是表示不适当的激光的强度分布的例子的图,
[0020] 图5A表示图1所示的激光检测部的前视图,
[0021] 图5B表示图5A所示的激光检测部的后视图,
[0022] 图5C表示图5A所示的激光检测部的侧方剖视图,
[0023] 图6A是表示不适当的激光的强度分布的例子的图,
[0024] 图6B是表示不适当的激光的强度分布的例子的图,
[0025] 图6C是表示不适当的激光的强度分布的例子的图,
[0026] 图7A表示图1所示的激光检测部的前视图,
[0027] 图7B表示图7A所示的激光检测部的后视图,
[0028] 图7C表示图7A所示的激光检测部的侧方剖视图,
[0029] 图8A表示图1所示的激光检测部的前视图,
[0030] 图8B表示图8A所示的激光检测部的后视图,
[0031] 图8C表示图8A所示的激光检测部的侧方剖视图,
[0032] 图9表示本发明的一个实施方式所涉及的激光振荡器的框图,
[0033] 图10表示本发明的一个实施方式所涉及的激光加工装置的框图,
[0034] 图11表示本发明的其它实施方式所涉及的激光加工装置的框图,
[0035] 图12是表示图11所示的激光加工装置的动作流程的流程图
[0036] 图13表示图12的步骤S3的流程图,
[0037] 图14表示图12的步骤S4、S6以及S8的流程图。

具体实施方式

[0038] 下面,基于附图来详细说明本发明的实施方式。首先,参照图1来说明本发明的一个实施方式所涉及的光束分析仪10。光束分析仪10具备控制部12、激光检测部14、存储器16、显示部18以及扬声器20。控制部12直接或间接地控制构成光束分析仪10的各要素。
[0039] 存储器16是例如由EEPROM(注册商标)等构成的、能够电性地擦除和记录的非易失性存储器。存储器16记录有在光束分析仪10进行动作时需要的常数、变量、设定值、程序等数据。控制部12与存储器16进行通信,将数据记录到存储器16,或者从存储器16擦除数据。
[0040] 显示部18例如由液晶显示单元构成,接收从控制部12发送的图像数据,以用户能够视觉识别的方式显示图像。扬声器20接收从控制部12发送的声音数据,根据该声音数据对用户输出声波
[0041] 激光检测部14接收激光22,向控制部12发送与该激光22的强度有关的数据。接着,参照图2A~图2C来说明本实施方式所涉及的激光检测部14。此外,设下面的说明中的前后方向是沿着激光22的光轴O1的方向,设该激光22从前方向后方传播。另外,径向表示以激光22的光轴O1为中心的圆的半径方向。此外,激光的“光轴”是穿过激光的中心部的、在激光的传播方向上延伸的轴。
[0042] 激光检测部14具有部分反射镜24、第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26。部分反射镜24是被配置成与光轴O1同心的圆形构件,通过其前表面32接收激光22,使该激光22的一部分透过来作为激光22’从后表面34射出。例如,部分反射镜24由具有99.5%的反射率的锗半透半反镜(Germanium half mirror)构成。
[0043] 第三受光部26与部分反射镜24相距预先决定的距离地配置于该部分反射镜24的后方。第三受光部26是被配置成与光轴O1同心的圆环构件,具有圆筒状的外周部36和内周部38。在部分反射镜24与第三受光部26之间插入安装有环状的绝热材料40,通过该绝热材料40,部分反射镜24与第三受光部26彼此热绝缘。
[0044] 第三受光部26其表面被实施阳极化(alumite)处理,能够吸收所接收的激光的99%以上。另外,第三受光部26中设置有散热器(未图示)以使该第三受光部26中的温度变化稳定。
[0045] 第二受光部28与第三受光部26相距预先决定的距离地配置于该第三受光部26的后方。第二受光部28是被配置成与光轴O1同心的圆环构件,具有圆筒状的外周部42和内周部44。第二受光部28的外周部42和内周部44分别具有比第三受光部26的外周部36和内周部38小的直径。在第三受光部26与第二受光部28之间插入安装有环状的绝热材料46,通过该绝热材料46,第三受光部26与第二受光部28彼此热绝缘。
[0046] 第二受光部28也与第三受光部26同样地,其表面被实施铝阳极化处理,能够吸收所接收的激光的99%以上。另外,第二受光部28包括用于使温度变化稳定的散热器(未图示)。
[0047] 第一受光部30与第二受光部28相距预先决定的距离地配置于该第二受光部28的后方。第一受光部30是被配置成与光轴O1同心的圆板构件,具有比第二受光部28的外周部42小的直径。在第二受光部28与第一受光部30之间插入安装有环状的绝热材料48,通过该绝热材料48,第二受光部28与第一受光部30彼此热绝缘。
[0048] 第一受光部30也与第二受光部28和第三受光部26同样地,其表面被实施铝阳极化处理,能够吸收所接收的激光的99%以上。另外,第一受光部30包括散热器(未图示)以使温度变化稳定。
[0049] 入射到部分反射镜24的激光22如图2A的标记21所示那样在部分反射镜24的前表面32形成激光照射区域22a。另外,透过了部分反射镜24的激光22’在受光部上形成如图2C的标记23所示那样的激光照射区域22a’。第一受光部30如图2A的标记25和图2C的标记27所示那样接收包括激光22’的中心部(即光轴O1)的第一区域22b的光。
[0050] 激光照射区域22a’的第一区域22b是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过第二受光部28的内周部44的径向内侧的激光22’的激光照射区域。因而,该第一区域22b具有与内周部44大致相同的直径。
[0051] 第二受光部28接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的与第一区域22b不同的第二区域22c的光。
[0052] 更具体地说,激光照射区域22a’的第二区域22c是如图2A的标记29和图2C的标记31所示那样透过了部分反射镜24的激光22’中的经过第三受光部26的内周部38的径向内侧后入射到第二受光部28的表面28a的激光22’的激光照射区域。因而,第二区域22c是具有与第三受光部26的内周部38大致相同的外径以及与第二受光部28的内周部
44相同的内径的圆环的区域,位于与第一区域22b的径向外侧邻接的位置
[0053] 第三受光部26接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的、如图2A的标记33和图2C的标记35所示那样与第一区域22b和第二区域22c不同的第三区域22d的光。更具体地说,激光照射区域22a’的第三区域22d是第三受光部26的表面26a中的接收激光22’的区域,是位于与第二区域22c的径向外侧邻接的位置的大致圆形区域。
[0054] 这样,第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26分别接收激光22’的激光照射区域22a’中的互不相同的第一区域22b、第二区域22c以及第三区域22d的光。
[0055] 在第一受光部30的后表面30a处安装有感知激光的强度的圆形的激光强度传感器50。在本实施方式中,激光强度传感器50由包括热电偶、热电堆、热敏电阻或铂测温电阻体等的温度传感器构成。激光强度传感器50将第一受光部30中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e1发送到控制部12。
[0056] 同样地,在第二受光部28的后表面28b处也安装有感知激光22’的强度的环状的激光强度传感器52。该激光强度传感器52也由温度传感器构成。激光强度传感器52将第二受光部28中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e2发送到控制部12。
[0057] 同样地,在第三受光部26的后表面26b处也安装有感知激光22’的强度的环状的激光强度传感器54。该激光强度传感器54也由温度传感器构成。激光强度传感器54将第三受光部26中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e3发送到控制部12。
[0058] 接着,参照图1~图4B来说明本实施方式所涉及的光束分析仪10的功能。光束分析仪10基于来自激光检测部14的激光强度传感器50、52以及54的输出e1、e2以及e3来计算激光22的激光功率和强度分布。
[0059] 当激光22入射到激光检测部14时,由第一受光部30接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的第一区域22b的光。随着第一区域22b的激光22’被第一受光部30吸收,第一受光部30发热。安装于第一受光部30的激光强度传感器50检测第一受光部30的热能,将与该热能相应的输出e1发送到控制部12。
[0060] 同样地,由第二受光部28接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的第二区域22c的光。安装于第二受光部28的激光强度传感器52检测第二受光部
28的热能,将与该热能相应的输出e2发送到控制部12。
[0061] 同样地,由第三受光部26接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的第三区域22d的光。安装于第三受光部26的激光强度传感器54检测第三受光部
26的热能,将与该热能相应的输出e3发送到控制部12。
[0062] 控制部12接收来自激光强度传感器50、52以及54的输出e1、e2以及e3。这些输出e1、e2以及e3分别是与第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26所接收的激光22’的强度相关的数据。在本实施方式中,控制部12使输出e1、e2以及e3分别乘以预先决定的系数α、β以及γ,并作为αe1、βe2以及γe3分别记录到存储器16。
[0063] 系数α被设定成使上述的值αe1与激光22中的透过部分透过镜24后入射到第一受光部30的部分的激光功率对应。同样地,系数β和γ被设定成使上述的值βe2和γe3分别与激光22中的透过部分透过镜24后入射到第二受光部28和第三受光部26的部分的激光功率对应。
[0064] 在此,控制部12作为基于这些值αe1、βe2以及γe3来计算入射到激光检测部14的激光22的激光功率的激光功率运算部56(图1)而发挥功能。具体地说,控制部12计算值αe1、βe2以及γe3之和(即Σe=αe1+βe2+γe3)。该Σe的值与入射到激光检测部14的激光22的激光功率对应。在本实施方式中,使用该Σe来定量地评价激光22的激光功率。
[0065] 控制部12作为判断这样计算出的激光22的激光功率Σe是否为适当的值的激光功率判断部58(图1)而发挥功能。具体地说,控制部12参照预先记录于存储器16的参考数据来判断Σe是否适当。此外,在后面叙述该动作的详情。
[0066] 在本实施方式中,控制部12作为基于如上所述那样获取到的值αe1、βe2以及γe3来计算激光22的强度分布的分布计算部60而发挥功能。具体地说,控制部12计算值αe1、βe2以及γe3的evec1(αe1,βe2,γe3)和/或evec2(1,(βe2/αe1),(γe3/αe1))=(1,n,m)。在本实施方式中,使用该evec1(evec2)来定量地评价激光22的强度分布。
[0067] 控制部12作为判断这样计算出的evec1(evec2)是否为适当的值的分布判断部62(图1)而发挥功能。具体地说,控制部12参照预先记录于存储器16的参考数据来判断evec1(evec2)各自的值是否为适当的值。此外,在后面叙述该动作。
[0068] 如上所述,控制部12参照预先记录于存储器16的参考数据来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。参照图3A~图3C来说明该参考数据。存储器16预先记录有参考值R1、R2以及R3。这些参考值R1、R2以及R3分别是与上述的值αe1、βe2以及γe3对应的参考数据。
[0069] 更具体地说,参考值R1是使将具有适当的激光强度分布的激光入射到第一受光部30后第一受光部30的温度饱和时从激光强度传感器50输出的数据乘以系数α所得的值。
[0070] 同样地,参考值R2和R3分别是使将具有适当的激光强度分布的激光入射到第二受光部28和第三受光部26后第二受光部28和第三受光部26的温度饱和时从激光强度传感器52和54输出的数据乘以系数β和γ所得的值。
[0071] 图3A~图3C中示出了这些参考值R1、R2、R3的例子。图3A~图3C的纵轴表示激光的激光功率,横轴表示以光轴O1为中心的激光的激光照射区域的径向距离。图3A表示使激光功率4kW的激光22入射到激光检测部14的情况下的参考值R1、R2、R3的激光强度分布。另外,图3B和图3C分别表示使激光功率3kW的激光22和激光功率2kW的激光22入射到激光检测部14的情况下的参考值R1、R2、R3的激光强度分布。
[0072] 在下面的表1中示出与图3A~图3C对应的参考值R1、R2、R3、参考值R1、R2及R3之和(即参考激光功率)ΣR=R1+R2+R3以及参考值R1、R2及R3的Rvec1(R1,R2,R3)和Rvec2(1,(R2/R1),(R3/R1))的具体例。
[0073] 表1
[0074]
[0075] 在图3A所示的4kW的适当的激光22的情况下,例如R1=2227、R2=1364、R3=409。因而,参考激光功率ΣR为4000[W]。这样,本实施方式所涉及的参考激光功率ΣR与指示激光功率(4kW)对应。另外,Rvec1(R1,R2,R3)=(2227,1364,409)。当以光轴O1上的参考值R1使Rvec1标准化时,Rvec2(1,(R2/R1),(R3/R1))=(1,0.61,0.18)。
[0076] 另外,在图3B所示的3kW的适当的激光22的情况下,例如R1=1624、R2=1083、R3=293。因而,ΣR=3000、Rvec1(R1,R2,R3)=(1624,1083,293)、Rvec2(1,0.67,0.18)。另外,在图3C所示的2kW的适当的激光22的情况下,例如R1=1124、R2=674、R3=202。因而,ΣR=2000、Rvec1(R1,R2,R3)=(1124,674,202)、Rvec2(1,0.67,0.18)。
[0077] 存储器16预先记录有图3A~图3C所示的数据来作为适当的激光的强度分布。控制部12作为激光功率判断部58而发挥功能,将如上所述那样计算出的激光22的激光功率Σe与指示激光功率(即参考激光功率ΣR)进行比较来判断激光22的激光功率是否适当。
[0078] 具体地说,控制部12将Σe与指示激光功率进行比较,判断Σe的值是否处于对指示激光功率预先决定的阈值的范围内。例如,该阈值被设定为指示激光功率的±10%。即,阈值的范围被设定为(指示激光功率(ΣR)×0.9~指示激光功率(ΣR)×1.1)之间。
在Σe的值处于该阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的激光功率适当,另一方面,在Σe的值不处于阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的激光功率不适当。
[0079] 控制部12具有警告生成部68(图1)的功能。控制部12在判断为激光22的激光功率不适当的情况下作为警告生成部68而发挥功能,生成针对用户的警告。具体地说,控制部12生成用于对用户通知激光22的激光功率不适当的意思的图像数据,并将该图像数据发送到显示部18。显示部18根据该图像数据对用户显示警告图像。
[0080] 另外,控制部12生成用于对用户通知激光22的激光功率不适当的意思的声音数据,并将该声音数据发送到扬声器20。扬声器20将该声音数据转换为声波后对用户输出。
[0081] 并且,控制部12如上所述那样具有分布计算部60和分布判断部62的功能,计算激光22的强度分布并判断该强度分布是否适当。具体地说,控制部12计算evec2(1,(βe2/αe1),(γe3/αe1))=(1,n,m)。然后,控制部12判断上述的值n(=βe2/αe1)和值m(=γe3/αe1)是否处于预先决定的阈值的范围内。
[0082] 例如,该阈值被设定为Rvec2的±10%。在4kW的激光的情况下,参照表1的“4kW”栏,值n的阈值的范围被设定为从0.61×0.9=0.55到0.61×1.1=0.67之间。另外,值m的阈值的范围被设定为从0.18×0.9=0.16到0.18×1.1=0.2之间。在值n、m处于各自的阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的强度分布适当,另一方面,在值n、m不处于阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的强度分布不适当。
[0083] 图4A和图4B中示出了不适当的激光的强度分布的例子。在图4A中,αe1的值相对于βe2、γe3异常地高。另一方面,在图4B中,αe1、βe2以及γe3的值接近,其差异常地小。在下面的表2中示出图4A和图4B所示的αe1、βe2及γe3、αe1、βe2及γe3之和Σe以及αe1、βe2及γe3的值evec1和evec2的具体例。
[0084] 表2
[0085]
[0086] 这种强度分布的异常典型地是在设置于激光振荡器的内部的输出镜、后镜或者设置在激光加工装置的光路上的反射镜存在污染、损伤等的情况下会检测出。
[0087] 控制部12使用上述的evec和参考Rvec来判断入射到激光检测部14的激光22是否具有如图4A和图4B所示那样的强度分布的异常。控制部12在判断为激光22的强度分布不适当的情况下作为警告生成部68而发挥功能,借助于显示部18和/或扬声器20对用户通知强度分布不适当的意思。
[0088] 这样,在本实施方式所涉及的光束分析仪10中,将以接收激光照射区域22a’的互不相同的区域22b、22c、22d的光的方式配置的受光部30、28、26中产生的热能用作用于定量地评价激光22的强度的数据,来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。根据该结构,能够大幅降低判断激光功率和强度分布的适当与否所需的数据处理量。由此,能够使光束分析仪10的装置更简单,因此能够以更低的成本来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。
[0089] 另外,根据本实施方式,第一受光部30与第二受光部28隔着绝热材料48在空间上彼此分离。另外,第二受光部28与第三受光部26隔着绝热材料46在空间上彼此分离。另外,第三受光部26与部分反射镜24隔着绝热材料40在空间上彼此分离。
[0090] 因此,第一受光部30与第二受光部28之间、第二受光部28与第三受光部26之间以及第三受光部26与部分反射镜24之间是热绝缘的。因而,能够通过激光强度传感器50、52以及54高精度地检测第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26中产生的热能。
由此,能够更准确地计算激光22的激光功率和强度分布。在此,受光部之间“热绝缘”是指,相对于因激光而在各受光部中产生的热能而言,在受光部之间传导的热能的量小至就本发明的作用效果来说能够忽视的程度。
[0091] 此外,在本实施方式中,叙述了控制部12为了判断激光22的强度分布的适当与否而计算evec2并将evec2与Rvec2进行比较的情况。然而,不限于此,控制部12也可以通过将αe1、βe2及γe3与参考值R1、R2及R3直接比较来判断强度分布的适当与否。即,控制部12也可以通过将evec1(αe1,βe2,γe3)与Rvec1(R1,R2,R3)进行比较来判断强度分布的适当与否。
[0092] 在该情况下,控制部12判断αe1、βe2以及γe3是否处于以参考值R1、R2以及R3为基准的预先决定的阈值的范围内。例如,该阈值被设定为R1、R2以及R3各自的±10%。即,控制部12判断αe1、βe2以及γe3是否分别处于R1×0.9~R1×1.1的范围内、R2×0.9~R2×1.1的范围内以及R3×0.9~R3×1.1的范围内。
[0093] 在αe1、βe2以及γe3处于各自的阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的强度分布适当。另一方面,在αe1、βe2以及γe3不处于阈值的范围内的情况下,控制部12判断为激光22的强度分布不适当。
[0094] 另外,在本实施方式中,叙述了以下情况:使输出e1、e2以及e3分别乘以系数α、β以及γ来转换为与激光功率(单位W)对应的值,使用这些值αe1、βe2以及γe3来判断激光22的激光功率、强度分布的适当与否。然而,不限于此,控制部12也可以使用输出e1、e2以及e3(单位V)来判断激光22的激光功率、强度分布的适当与否。
[0095] 在该情况下,存储器16预先记录与输出e1、e2以及e3对应的参考值R1’、R2’以及R3’(单位V)。控制部12作为激光功率运算部56而发挥功能,计算Σe’=e1+e2+e3,之后作为激光功率判断部58而发挥功能,将Σe’与ΣR’=R1’+R2’+R3’进行比较。另外,控制部12作为分布计算部60而发挥功能,计算evec’(1,(e2/e1),(e3/e1))=(1,n’,m’),之后作为分布判断部62而发挥功能,判断值n’和值m’是否处于预先决定的阈值的范围内。
[0096] 另外,在本实施方式中,叙述了利用包括热电偶、热电堆、热敏电阻或铂测温电阻体等的温度传感器来构成激光强度传感器50的情况。然而,不限于此,也可以利用探测受光部30、28、26的应变的应变计来构成激光强度传感器50。
[0097] 具体地叙述该结构,受光部30、28、26若吸收激光22’而发热则由于热膨胀等而微小地变形。像这样产生的变形的量是与入射到激光检测部14的激光22的强度相关的值。
[0098] 因而,能够通过使用应变计测量受光部30、28、26的变形来相对地评价入射到激光检测部14的激光22的强度。在该情况下,存储器16预先记录照射具有适当的激光功率和强度分布的激光时的受光部30、28、26的变形量来作为参考数据。
[0099] 接着,参照图1和图5A~图5C来说明本发明的其它实施方式所涉及的光束分析仪11。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。光束分析仪11具备控制部12、激光检测部15、存储器16、显示部18以及扬声器20。
[0100] 如图5A~图5C所示,激光检测部15具有与上述的激光检测部14相同的部分反射镜24、第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26。在部分反射镜24与第三受光部26之间、第三受光部26与第二受光部28之间以及第二受光部28与第一受光部30之间分别插入有绝热材料40、46以及48。在第一受光部30的后表面30a处安装有激光强度传感器50。
[0101] 在此,在本实施方式中,在第二受光部28的后表面28b处安装有两个激光强度传感器52a和52b。激光强度传感器52a和52b被配置在以光轴O1为基准相互对称的位置。激光强度传感器52a和52b将第二受光部28中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e2a和e2b分别发送到控制部12。
[0102] 在第三受光部26的后表面26b处也安装有两个激光强度传感器54a和54b。激光强度传感器54a和54b被配置在以光轴O1为基准相互对称的位置,将第三受光部26中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e3a和e3b分别发送到控制部12。
[0103] 接着,说明本实施方式所涉及的光束分析仪11的功能。光束分析仪11基于来自激光强度传感器50、52a、52b、54a以及54b的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b来计算激光22的激光功率和强度分布。
[0104] 具体地说,控制部12从激光强度传感器50、52a、52b、54a以及54b接收输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,使这些输出分别乘以系数α、β1、β2、γ1以及γ2,并作为值αe1、β1e2a、β2e2b、γ1e3a以及γ2e3b分别记录到存储器16。然后,控制部12作为激光功率运算部56而发挥功能,计算激光功率Σe=αe1+β1e2a+β2e2b+γ1e3a+γ2e3b。
[0105] 另一方面,在存储器16中记录有如图3A~图3C所示那样的参考值R1、R2、R3以及参考激光功率ΣR=R1+2R2+2R3。然后,控制部12作为激光功率判断部58而发挥功能,将Σe与ΣR进行比较,判断激光22的激光功率是否适当。
[0106] 另外,控制部12作为分布计算部60而发挥功能,计算αe1、β1e2a、β2e2b、γ1e3a以及γ2e3b的矢量。具体地说,控制部12计算evec1(αe1,β1e2a,β2e2b,γ1e3a,γ2e3b)和/或evec2(1,(β1e2a/αe1),(β2e2b/αe1),(γ1e3a/αe1),(γ2e3b/αe1))=(1,n1,n2,m1,m2)。
[0107] 另一方面,在存储器16中记录有与evec1对应的参考Rvec1(R1,R2,R2,R3,R3)和/或与evec2对应的Rvec2(1,(R2/R1),(R2/R1),(R3/R1),(R3/R1))。例如,控制部12作为分布判断部62而发挥功能,将evec1与Rvec1进行比较,判断αe1是否处于对R1设定的阈值的范围(例如R1×0.9~R1×1.1),判断β1e2a和β2e2b是否处于对R2设定的阈值的范围(例如R2×0.9~R2×1.1),并且,判断γ1e3a和γ2e3b是否处于对R3设定的阈值的范围(例如R3×0.9~R3×1.1)。
[0108] 或者,控制部12将evec2与Rvec2进行比较,判断上述的n1和n2是否处于对(R2/R1)预先决定的阈值的范围内。例如,在图3A和表1所示的4kW的激光的情况下,控制部12判断n1和n2是否处于0.55~0.67之间。
[0109] 同样地,控制部12判断m1和m2是否处于对(R3/R1)预先决定的阈值的范围内。例如,在图3A和表1所示的4kW的激光的情况下,控制部12判断m1和m2是否处于0.16~0.2之间。
[0110] 图6A~图6C中示出了不适当的激光的强度分布的例子。图6A与上述的图4A对应,光轴O1处的αe1的值异常地高。图6B与图4B对应,αe1、β1e2a、β2e2b、γ1e3a以及γ2e3b的值接近,其差异常地小。这种强度分布的异常典型地是在设置于激光振荡器的内部的输出镜、后镜或者设置在激光加工装置的光路上的反射镜存在污染、损伤等的情况下会检测出。
[0111] 另一方面,在图6C中,由第二受光部28的激光强度传感器52a获取的值β1e2a大于由第一受光部30的激光强度传感器50获取的值αe1。这种强度分布的异常典型地是在从激光振荡器的输出镜或者设置在激光加工装置的光路上的反射镜射出的激光的光轴存在偏移的情况下会检测出。
[0112] 这样,根据本实施方式所涉及的光束分析仪11,除了能够检测由于激光振荡器的输出镜、后镜或者激光加工装置的光路上的反射镜处的污染、损伤等而引起的强度分布的异常(图6A和图6B)以外,还能够检测激光的光轴的偏移之类的异常。
[0113] 接着,参照图1和图7A~图7C来说明本发明的其它实施方式所涉及的光束分析仪70。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。光束分析仪70具备控制部12、激光检测部72、存储器16、显示部18以及扬声器20。
[0114] 如图7A~图7C所示,激光检测部72具有部分反射镜24、第一受光部74、第二受光部76以及挡板(damper)78。挡板78与部分反射镜24相距预先决定的距离地设置于该部分反射镜24的后方。挡板78是被配置成与光轴O1同心的圆形构件,能够吸收激光22’的99%以上。
[0115] 挡板78包括中心孔80和贯通孔82,用于遮断除经过该中心孔80和该贯通孔82的激光22’以外的激光22’,其中,该贯通孔82与该中心孔80相分离地形成于该中心孔80的径向外侧。在挡板78与部分反射镜24之间插入安装有环状的绝热材料85,通过该绝热材料85,挡板78与部分反射镜24彼此热绝缘。
[0116] 第一受光部74与挡板78相距预先决定的距离地设置于该挡板78的后方。第一受光部74是被配置成与光轴O1同心的、能够吸收激光22’的99%以上的圆形构件。在第一受光部74与挡板78之间插入安装有环状的绝热材料84,通过该绝热材料84,第一受光部74与挡板78彼此热绝缘。另外,第一受光部74包括用于使温度变化稳定的散热器(未图示)。
[0117] 第二受光部76是能够吸收激光22’的99%以上的圆形构件,被配置成在光轴方向上的位置与挡板78的后方侧的第一受光部74大致相同,并且被配置在从第一受光部74向径向外侧分离预先决定的距离的位置。因而,与第一受光部74的中心(即光轴O1)相比,第二受光部76的中心O2更靠近激光照射区域22a’的外缘22g。
[0118] 在挡板78与第二受光部76之间插入安装有环状的绝热材料86,通过该绝热材料86,第二受光部76与挡板78彼此热绝缘。另外,第二受光部76在空间上与第一受光部74分离,因此与第一受光部74之间也热绝缘。第二受光部76包括用于使温度变化稳定的散热器(未图示)。
[0119] 入射到部分反射镜24的激光22如图7A的标记21所示那样在部分反射镜24的前表面32形成激光照射区域22a。另外,透过了部分反射镜24的激光22’在受光部上形成如图7C的标记23所示那样的激光照射区域22a’。第一受光部74如图7A的标记75和图7C的标记77所示那样接收包括光轴O1的第一区域22e的光。
[0120] 激光照射区域22a’的第一区域22e是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过挡板78的中心孔80的激光22’的激光照射区域。因而,该第一区域22e具有与中心孔80相同的直径。
[0121] 第二受光部76接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的、如图7A的标记79和图7C的标记81所示那样位于第一区域22e的径向外侧的第二区域22f的光。激光照射区域22a’的第二区域22f是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过挡板78的贯通孔82的激光22’的激光照射区域。因而,该第二区域22f具有与贯通孔
82相同的直径。
[0122] 在第一受光部74的后表面74a处安装有激光强度传感器88。同样地,在第二受光部76的后表面76a处也安装有激光强度传感器90。该激光强度传感器88和90由包括热电偶、热电堆、热敏电阻或铂测温电阻体等的温度传感器构成。激光强度传感器88和90分别将第一受光部74和第二受光部76中产生的热能转换为电信号,并作为电信号的输出e11和e12发送到图1所示的控制部12。
[0123] 控制部12接收来自激光强度传感器88和90的输出e11和e12,使这些输出乘以系数α11和β12,并作为值α11e11和β12e12分别记录到存储器16。然后,控制部12与上述的实施方式同样地,基于α11e11和β12e12来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。
[0124] 具体地说,控制部12作为激光功率运算部56而发挥功能,计算α11e11和β12e12之和(Σe=α11e11+β12e12)。另外,控制部12作为分布计算部60而发挥功能,计算α11e11和β12e12的值evec1(α11e11,β12e12)和/或evec2(1,(β12e12/α11e11))=(1,k)。
[0125] 另一方面,存储器16预先记录有与α11e11和β12e12对应的参考值R11和R12。控制部12作为激光功率判断部58而发挥功能,将Σe=α11e11+β12e12与ΣR=R11+R12进行比较,判断Σe的值是否处于对ΣR预先决定的阈值的范围内。另外,控制部12作为分布判断部62而发挥功能,将evec与Rvec进行比较,判断evec是否处于预先决定的阈值的范围内。例如,控制部12判断上述的值k=β12e12/α11e11是否处于预先决定的阈值(例如R12/R11×0.9~R12/R11×1.1)的范围内。
[0126] 这样,根据本实施方式,能够将受光部74、76中产生的热能用作用于定量地评价激光22的强度的数据,来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。由此,能够大幅降低判断激光功率和强度分布的适当与否所需的数据处理量,因此能够以更低的成本来判断激光22的光特性的适当与否。
[0127] 也可以利用种类互不相同的能量传感器来构成图7A~图7C所示的激光强度传感器88和90。例如,由热电偶构成激光强度传感器88,另一方面,由铂测温电阻体构成激光强度传感器90。在该情况下,控制部12为了作为激光功率运算部56来计算激光22的激光功率,计算使从激光强度传感器88获取的e11乘以第一系数δ所得的值与使从激光强度传感器90获取的e12乘以第二系数ε所得的值之和(Σe=δe11+εe12),计算使该Σe乘以第三系数δ所得的值δΣe。基于该值δΣe来定量地评价激光22的激光功率。系数δ、ε以及δ被设定成使δΣe与激光22的激光功率对应。
[0128] 在该情况下,存储器16预先记录有与激光功率δΣe对应的参考激光功率ΣR=R11’+R12’(相当于指示激光功率[W])。控制部12作为激光功率判断部58而发挥功能,将δΣe与ΣR进行比较,判断δΣe的值是否处于对ΣR预先决定的阈值的范围内。
[0129] 另外,控制部12作为分布计算部60而发挥功能,计算δe11和εe12的矢量。即,控制部12计算evec1(δe11,εe12)和/或evec2(1,(εe12/δe11))=(1,k’)。
[0130] 控制部12作为分布判断部62而发挥功能,判断上述的值k’是否处于预先决定的阈值的范围内。例如,控制部12判断该值k’是否处于预先决定的阈值(例如R12’/R11’×0.9~R12’/R11’×1.1)的范围内。
[0131] 接着,参照图1和图8A~图8C来说明本发明的另一实施方式所涉及的光束分析仪100。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。光束分析仪100具备控制部12、激光检测部102、存储器16、显示部18以及扬声器20。如图8A~图8C所示,激光检测部102具有部分反射镜24、第一受光部104、第二受光部106、第三受光部
108、第四受光部110以及第五受光部112。
[0132] 第四受光部110及第五受光部112与部分反射镜24相距预先决定的距离地设置于该部分反射镜24的后方。第四受光部110和第五受光部112以将光轴O1作为基准来对称的方式被配置成在光轴O1方向上的位置彼此相同。
[0133] 第四受光部110和第五受光部112是能够吸收激光22’的99%以上的薄板状的长方形构件。在第四受光部110与部分反射镜24之间以及第五受光部112与部分反射镜24之间分别插入安装有沿第四受光部110和第五受光部112的长边方向延伸的绝热材料114和116。
[0134] 第二受光部106是与第四受光部110相距预先决定的距离地设置于该第四受光部110的后方的、能够吸收激光22’的99%以上的薄板状的长方形构件。第二受光部106的中心O12被定位于比第四受光部110的中心O14靠近光轴O1的位置。在第二受光部106与第四受光部110之间插入安装有绝热材料118。
[0135] 第三受光部108是被配置成以光轴O1为基准与第二受光部106相对称的、能够吸收激光22’的99%以上的薄板状的长方形构件。在第三受光部108与第五受光部112之间插入安装有绝热材料120。第三受光部108的中心O13被定位于比第五受光部112的中心O15靠近光轴O1的位置。
[0136] 第一受光部104是以其中心与光轴O1大致一致的方式与第二受光部106及第三受光部108相距预先决定的距离地设置于该第二受光部106及第三受光部108的后方的、能够吸收激光22’的99%以上的薄板状的长方形构件。第二受光部106的中心O12和第三受光部108的中心O13被定位于比第一受光部104的中心(即光轴O1)靠近激光照射区域22a’的外缘22g的位置。
[0137] 在第一受光部104与第二受光部106之间以及第一受光部104与第三受光部108之间分别插入安装有绝热材料122、124。第一受光部104、第二受光部106、第三受光部108、第四受光部110以及第五受光部112被配置成各自的长边方向的轴相互平行。
[0138] 入射到部分反射镜24的激光22如图8A的标记21所示那样在部分反射镜24的前表面32形成激光照射区域22a。另外,透过了部分反射镜24的激光22’在受光部上形成如图8C的标记23所示那样的激光照射区域22a’。第一受光部104如图8A的标记105和图8C的标记107所示那样接收包括光轴O1的第一区域22h的光。激光照射区域22a’的第一区域22h是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过第二受光部106与第三受光部108之间的间隙126的激光22’的激光照射区域。
[0139] 第二受光部106接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的图8A的标记109和图8C的标记111所示的第二区域22i的光。激光照射区域22a’的第二区域22i是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过第四受光部110与第五受光部112之间的间隙128后入射到第二受光部106的激光22’的激光照射区域。
[0140] 第三受光部108接收透过了部分反射镜24的激光22’的激光照射区域22a’中的图8A的标记113和图8C的标记115所示的第三区域22j的光。激光照射区域22a’的第三区域22j是透过了部分反射镜24的激光22’中的经过间隙128后入射到第三受光部108的激光22’的激光照射区域。
[0141] 第四受光部110接收图8A的标记117和图8C的标记119所示的第四区域22k的光。另外,第五受光部112接收图8A的标记121和图8C的标记123所示的第五区域22t的光。
[0142] 在第一受光部104、第二受光部106、第三受光部108、第四受光部110以及第五受光部112的后表面处分别安装有激光强度传感器130、132、134、136以及138。激光强度传感器130、132、134、136以及138是应变计。
[0143] 激光强度传感器130、132、134、136以及138分别探测由于激光22’所带来的热能而在第一受光部104、第二受光部106、第三受光部108、第四受光部110以及第五受光部112中产生的应变。然后,激光强度传感器130、132、134、136以及138将与该应变相应的电信号的输出e21、e22、e23、e24以及e25发送到图1所示的控制部12。
[0144] 控制部12接收输出e21、e22、e23、e24以及e25,使这些输出分别乘以系数α21、β22、β23、γ24以及γ25,并作为值α21e21、β22e22、β23e23、γ24e24以及γ25e25分别记录到存储器16。这些系数α21、β22、β23、γ24以及γ25被设定成使值α21e21、β22e22、β23e23、γ24e24以及γ25e25分别与激光22中的透过部分透过镜24后入射到第一受光部104、第二受光部106、第三受光部108、第四受光部110以及第五受光部112的部分的激光功率对应。然后,控制部12与上述的光束分析仪11同样地,基于这些值α21e21、β22e22、β23e23、γ24e24以及γ25e25来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。
[0145] 这样,根据本实施方式,能够将受光部104、106、108、110以及112中产生的应变用作用于定量地评价激光22的强度的数据,来判断激光22的激光功率和强度分布的适当与否。由此,能够大幅降低判断激光功率和强度分布的适当与否所需的数据处理量,因此能够以更低的成本来判断激光22的光特性的适当与否。
[0146] 另外,根据本实施方式,利用具有长边方向的长方形的薄板构件来构成受光部104、106、108、110以及112。通过设为这种形状,受光部易于因热膨胀而变形,因此能够更高精度地检测激光22的强度。
[0147] 接着,参照图9来说明本发明的一个实施方式所涉及的激光振荡器140。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。激光振荡器140具备激光振荡器控制部142、内置有射出激光148的输出镜144的谐振器部146以及光束分析仪150。
[0148] 激光振荡器控制部142控制谐振器部146中的激光148a的生成。谐振器部146在其内部填充有激光气体,具有彼此相对配置的放电电极(未图示)。当对放电电极施加预先决定的交流电压时,激光气体被激励,生成激光148a。激光148a在输出镜与后镜之间通过光谐振而被放大,通过输出镜144作为激光148而向外部射出。
[0149] 光束分析仪150具备与上述的光束分析仪10相同的结构。具体地说,光束分析仪150具备光束分析仪控制部12、激光检测部14、存储器16、显示部18以及扬声器20。在本实施方式中,激光振荡器控制部142作为光束分析仪控制部12而发挥功能。激光检测部14被组装到谐振器部146的内部。具体地说,激光检测部14的部分反射镜24被配置成与输出镜144相对。
[0150] 部分反射镜24作为与输出镜144一起使谐振器部146中生成的激光发生光谐振的反射镜(所谓的后镜)而发挥功能。另一方面,部分反射镜24使谐振器部146中生成的激光148a的一部分(即相当于上述的激光22’)朝向第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26透过。
[0151] 然后,激光振荡器控制部142作为光束分析仪控制部12而发挥功能,从激光检测部14接收输出e1、e2以及e3,判断激光148a的激光功率和强度分布的适当与否。具体地说,激光振荡器控制部142接收输出e1、e2以及e3,并作为值αe1、βe2以及γe3记录到存储器16,计算激光148a的激光功率Σe=αe1+βe2+γe3[W]。另外,激光振荡器控制部142计算evec1(αe1,βe2,γe3)和/或evec2(1,(βe2/αe1),(γe3/αe1))=(1,n,m)。
[0152] 激光振荡器控制部142将激光148a的激光功率与指示激光功率(或参考激光功率ΣR)[W]进行比较,判断激光148a的激光功率是否适当。在判断为激光148a的激光功率Σe不适当的情况下,激光振荡器控制部142基于激光功率Σe与指示激光功率(参考激光功率ΣR)之差对激光148a的生成进行反馈控制,直到激光功率Σe变为适当的值为止。这样,在本实施方式中,激光检测部14作为测量激光148a的激光功率的激光功率传感器而发挥功能。
[0153] 另外,在本实施方式所涉及的激光振荡器140中,能够通过光束分析仪150来探测输出镜144或作为后镜而发挥功能的部分反射镜24的污染、损伤。例如,在输出镜144或部分反射镜24被污染的情况下,由光束分析仪150计算出的强度分布变为如图4A所示的那样。另外,在输出镜144或部分反射镜24的中心部附着了尘埃等的情况下,由光束分析仪150计算出的强度分布变为如图4B所示的那样。
[0154] 在探测出这种强度分布的情况下,激光振荡器控制部142能够生成针对用户的警告,并借助于显示部18和/或扬声器20对用户通知需要对输出镜144或部分反射镜24进行维护的意思。如上所述,能够使光束分析仪150为简单的结构,因此能够将光束分析仪150装入到激光振荡器140。其结果,能够以更低的成本来构建能够判断输出镜144或部分反射镜24的状态的激光振荡器140。
[0155] 此外,在本实施方式中,叙述了光束分析仪150具备与上述的光束分析仪10相同的结构的情况,但是光束分析仪150也可以具备与上述的光束分析仪11、70或100相同的结构。
[0156] 接着,参照图10来说明本发明的一个实施方式所涉及的激光加工装置160。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。激光加工装置160具备激光加工装置控制部168、激光振荡器162、导光路166以及光束分析仪150。
[0157] 激光振荡器162具有内置有输出镜144和后镜172的谐振器部174。后镜172被配置成与输出镜144相对。激光加工装置控制部168控制谐振器部174中的激光164a的生成。谐振器部174在来自激光加工装置控制部168的指示下,激励激光气体来生成激光164a,并将激光164a在后镜172与输出镜144之间通过光谐振来放大,作为激光164从输出镜144向外部射出。导光路166例如包括反射镜(未图示),将从激光振荡器162射出的激光164引导至工件(未图示)。
[0158] 光束分析仪150具备与上述的光束分析仪11相同的结构。具体地说,光束分析仪150具备光束分析仪控制部12、激光检测部15、存储器16、显示部18以及扬声器20。激光加工装置控制部168作为光束分析仪控制部12而发挥功能。在本实施方式中,激光检测部
15被装入到导光路166。更具体地说,激光检测部15的部分反射镜24被配置在从谐振器部174射出的激光164的光路上。
[0159] 在本实施方式中,部分反射镜24作为形成导光路166的反射镜而发挥功能。另一方面,部分反射镜24使从谐振器部174射出的激光164的一部分(相当于上述的激光22’)朝向第一受光部30、第二受光部28以及第三受光部26透过。
[0160] 然后,激光加工装置控制部168从激光检测部15接收输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,判断激光164的激光功率和强度分布的适当与否。在本实施方式所涉及的激光加工装置中,能够通过光束分析仪150来探测从输出镜144射出的激光164的特性的异常。
[0161] 例如,在后镜172和/或输出镜144中存在污染等异常的情况下,由光束分析仪150计算出的强度分布可能变为如图6A或图6B所示的那样。在探测出这种强度分布的情况下,激光加工装置控制部168能够生成针对用户的警告,并借助于显示部18和/或扬声器20来对用户通知需要对后镜172和/或输出镜144进行维护的意思。
[0162] 另外,当在激光加工装置上设置的激光振荡器由于螺钉的松弛等而发生位置偏移时,从输出镜144射出的激光164的光轴产生偏移。在该情况下,由光束分析仪150计算出的强度分布可能变为如图6C所示那样的分布。在探测出这种强度分布的情况下,激光加工装置控制部168能够生成针对用户的警告,并借助于显示部18和/或扬声器20来对用户通知需要对激光振荡器162的设置进行修正等的意思。
[0163] 接着,参照图11来说明本发明的一个实施方式所涉及的激光加工装置180。此外,对与上述的实施方式相同的构件标注相同的标记并省略详细说明。激光加工装置180具备激光加工装置控制部188、激光振荡器182、导光路186以及光束分析仪190。
[0164] 激光振荡器182具有内置有射出激光184的输出镜144的谐振器部146。激光加工装置控制部188控制谐振器部146中的激光184a的生成。导光路186包括被配置在激光184的光路上的反射镜192,将从输出镜144射出的激光184引导至工件W。在导光路186的输出端设置有聚光透镜194。由导光路186引导的激光184通过聚光透镜194被聚焦到工件W上,对工件W实施激光加工。
[0165] 本实施方式所涉及的光束分析仪190具备光束分析仪控制部12、存储器16、显示部18、扬声器20、第一激光检测部15a、第二激光检测部15b以及第三激光检测部15c。激光加工装置控制部188作为光束分析仪控制部12而发挥功能。第一激光检测部15a、第二激光检测部15b以及第三激光检测部15c具有与图5A~图5C所示的激光检测部15相同的结构。
[0166] 第一激光检测部15a被装入到谐振器部146的内部。具体地说,第一激光检测部15a的部分反射镜24被配置成与输出镜144相对。另一方面,第二激光检测部15b和第三激光检测部15c被装入到导光路186。
[0167] 更具体地说,第二激光检测部15b的部分反射镜24被配置在导光路186中的输出镜144与反射镜192之间的位置。另一方面,第三激光检测部15c的部分反射镜24被配置在导光路186中的反射镜192与聚光透镜194之间的位置。
[0168] 第一激光检测部15a接收在谐振器部146内生成的激光184a,将输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b发送到激光加工装置控制部188。激光加工装置控制部188接收来自第一激光检测部15a的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,并作为值α1e1、β11e2a、β12e2b、γ11e3a以及γ12e3b记录到存储器16。然后,激光加工装置控制部188计算激光184a的激光功率Σe=α1e1+β11e2a+β12e2b+γ11e3a+γ12e3b[W]。
[0169] 激光加工装置控制部188将激光184a的激光功率与指示激光功率(参考激光功率ΣR)[W]进行比较,判断激光184a的激光功率是否适当。在判断为激光184a的激光功率Σe不适当的情况下,激光加工装置控制部188基于激光功率Σe与指示激光功率(参考激光功率ΣR)之差对激光184a的生成进行反馈控制,直到激光功率Σe变为适当的值为止。
[0170] 另外,激光加工装置控制部188计算evec2(1,(β11e2a/α1e1),(β12e2b/α1e1),(γ11e3a/α1e1),(γ12e3b/α1e1))=(1,n1,n2,m1,m2)。激光加工装置控制部188通过判断n1、n2、m1以及m2是否处于阈值内来判断激光184a的强度分布是否适当。由此,激光加工装置控制部188探测输出镜144或作为后镜而发挥功能的谐振器部146内的部分反射镜24的污染、损伤。
[0171] 另一方面,第二激光检测部15b接收从输出镜144射出的激光184,将输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b发送到激光加工装置控制部188。激光加工装置控制部188基于来自第二激光检测部15b的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b来探测输出镜144的外表面的污染或损伤、导光路186内的异物或气体以及激光184的光轴偏移。
[0172] 另外,第三激光检测部15c接收被反射镜192反射的激光184,将输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b发送到激光加工装置控制部188。激光加工装置控制部188基于来自第三激光检测部15c的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b来探测反射镜192的污染或损伤、导光路186内的异物或气体、被反射镜192反射的激光184的光轴偏移。
[0173] 这样,在本实施方式中,能够利用被装入到激光振荡器182、导光路186的多个激光检测部15a、15b、15c来判断激光振荡器182和导光路186的各位置处的激光184a、184的激光功率和强度分布的适当与否。由此,用户能够精确地判断是否需要对激光振荡器182内的输出镜144或部分反射镜24、或者设置于导光路186的反射镜192进行维护。
[0174] 接着,参照图12来说明图11所示的激光加工装置180的动作。图12所示的动作流程是在激光加工装置控制部188从用户处受理激光加工指令而激光加工装置180开始对工件W进行加工时开始。在步骤S1中,激光加工装置控制部188对谐振器部146发送指令来生成激光184a。
[0175] 在步骤S2中,激光加工装置控制部188从第一激光检测部15a获取与激光184a的强度有关的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,并作为值α1e1、β11e2a、β12e2b、γ11e3a以及γ12e3b记录到存储器16。在步骤S3中,激光加工装置控制部188判断激光184a的激光功率的适当与否。参照图13来说明该步骤S3。当步骤S3开始时,激光加工装置控制部188在步骤S21中计算激光功率Σe[W]。
[0176] 在步骤S22中,激光加工装置控制部188读出预先记录于存储器16的基于参考激光功率ΣR设定的阈值。例如,激光加工装置控制部188从存储器16读出以ΣR×0.99~ΣR×1.01表示的阈值。
[0177] 在步骤S23中,激光加工装置控制部188判断Σe是否处于预先决定的阈值内。在Σe处于预先决定的阈值内的情况下,激光加工装置控制部188判断为在谐振器部146内生成的激光184a的激光功率适当,进入图12的步骤S4。另一方面,在Σe不处于预先决定的阈值内的情况下,激光加工装置控制部188判断为谐振器部146内的激光184a的激光功率不适当,返回到图12的步骤S1,基于Σe与ΣR之差来对谐振器部146中生成的激光184a的激光功率进行反馈控制。
[0178] 再次参照图12,在步骤S4中,激光加工装置控制部188判断激光184a的强度分布的适当与否。参照图14来说明该步骤S4。当步骤S4开始时,激光加工装置控制部188在步骤S31中计算evec2(1,(β11e2a/α1e1),(β12e2b/α1e1),(γ11e3a/α1e1),(γ12e3b/α1e1))=(1,n1,n2,m1,m2)。
[0179] 在步骤S32中,激光加工装置控制部188读出预先记录于存储器16的Rvec2(1,(R2/R1),(R3/R1))。在步骤S33中,激光加工装置控制部188判断evec2是否处于预先决定的阈值内。例如,激光加工装置控制部188判断值n1和n2是否处于(R2/R1)×0.9~(R2/R1)×1.1之间,并且,判断值m1和m2是否处于(R3/R1)×0.9~(R3/R1)×1.1之间。
[0180] 在evec2处于预先决定的阈值内的情况下,激光加工装置控制部188判断为在谐振器部146内生成的激光184a的强度分布适当,进入图12的步骤S5。另一方面,在evec2不处于预先决定的阈值内的情况下,激光加工装置控制部188判断为谐振器部146内的激光184a的强度分布不适当,进入图12的步骤S11。
[0181] 再次参照图12,在步骤S5中,激光加工装置控制部188从第二激光检测部15b获取与从输出镜144射出的激光184的强度有关的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,并作为值α2e1、β13e2a、β14e2b、γ13e3a以及γ14e3b记录到存储器16。在步骤S6中,激光加工装置控制部188判断从输出镜144射出的激光184的强度分布的适当与否。
[0182] 具体地说,激光加工装置控制部188在该步骤S6中执行图14所示的步骤S31~步骤S33来判断激光184的强度分布的适当与否。激光加工装置控制部188在判断为激光184的强度分布适当时,进入步骤S7。另一方面,激光加工装置控制部188在判断为激光
184的强度分布不适当时,进入步骤S13。
[0183] 在步骤S7中,激光加工装置控制部188从第三激光检测部15c获取与被反射镜192反射的激光184的强度有关的输出e1、e2a、e2b、e3a以及e3b,并作为值α3e1、β15e2a、β16e2b、γ15e3a以及γ16e3b记录到存储器16。在步骤S8中,激光加工装置控制部188判断来自反射镜192的激光184的强度分布的适当与否。
[0184] 具体地说,激光加工装置控制部188在该步骤S8中执行图14所示的步骤S31~步骤S33来判断激光184的强度分布的适当与否。激光加工装置控制部188在判断为激光184的强度分布适当时,进入步骤S9。另一方面,激光加工装置控制部188在判断为激光
184的强度分布不适当时,进入步骤S13。
[0185] 在步骤S9中,激光加工装置控制部188判断对工件W的激光加工是否已适当地完成。激光加工装置控制部188在判断为激光加工已完成时,结束图12所示的动作流程。另一方面,激光加工装置控制部188在判断为激光加工未完成时,返回到步骤S1。
[0186] 另一方面,在步骤S4中判断为谐振器部146内的激光184a的强度分布不适当的情况下,激光加工装置控制部188在步骤S11中生成针对用户的警告。具体地说,激光加工装置控制部188生成表示激光184a的强度分布不适当的意思的图像数据/声音数据。然后,激光加工装置控制部188将图像数据/声音数据发送到显示部18/扬声器20,借助于显示部18/扬声器20来对用户输出警告图像/警告音。
[0187] 接收到该警告后,用户意识到谐振器部146内的输出镜144或部分反射镜24存在污染等异常,从而在步骤S12中对输出镜144和后镜实施清洁或更换之类的维护。
[0188] 另一方面,在步骤S6中判断为从输出镜144射出的激光184的强度分布不适当的情况下,激光加工装置控制部188在步骤S13中判断激光184的光轴是否存在偏移。具体地说,激光加工装置控制部188判断是否在通过步骤S5获取的α2e1、β13e2a、β14e2b、γ13e3a以及γ14e3b中从配置于激光的光轴O1的第一受光部30获取的α2e1为最大。
[0189] 在α2e1并非最大的情况下,激光加工装置控制部188判断为如图6C的特性所示那样激光184存在光轴的偏移,进入步骤S14。另一方面,在α2e1最大的情况下,激光加工装置控制部188判断为激光184的光轴不存在偏移,进入步骤S11。
[0190] 然后,在步骤S11中,激光加工装置控制部188生成表示从输出镜144射出的激光184的强度分布不适当的意思的图像数据/声音数据,借助于显示部18/扬声器20对用户通知该意思。接收到该警告后,用户意识到谐振器部146的输出镜144存在污染等异常,从而在步骤S12中对输出镜144实施清洁或更换之类的维护。
[0191] 另一方面,在步骤S8中判断为被反射镜192反射的激光184的强度分布不适当的情况下,激光加工装置控制部188在步骤S13中判断激光184的光轴是否存在偏移。在判断为光轴存在偏移的情况下,激光加工装置控制部188进入步骤S14。另一方面,在判断为光轴不存在偏移的情况下,激光加工装置控制部188进入步骤S11。
[0192] 然后,在步骤S11中,激光加工装置控制部188生成表示被反射镜192反射的激光184的强度分布不适当的意思的图像数据/声音数据,借助于显示部18/扬声器20对用户通知该意思。接收到该警告后,用户意识到反射镜192存在污染等异常,从而在步骤S12中对反射镜192实施清洁或更换之类的维护。
[0193] 另一方面,在步骤S13中判断为激光184的光轴存在偏移的情况下,在步骤S14中,激光加工装置控制部188生成表示该意思的图像数据/声音数据。然后,激光加工装置控制部188将图像数据/声音数据发送到显示部18/扬声器20,借助于显示部18/扬声器20对用户输出警告图像/警告音。
[0194] 接收到该警告后,用户意识到激光振荡器182的谐振器部146存在安装不良或者反射镜192的配置存在异常,从而在步骤S15中实施对谐振器部146或反射镜192的配置进行调整之类的维护以修正激光184的光轴偏移。
[0195] 以上,通过发明的实施方式说明了本发明,但是上述的实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。另外,将本发明的实施方式中说明的特征进行组合所得的方式也能够包含在本发明的技术范围中。然而,这些特征的组合的全部未必是发明的技术方案所必需的。并且,能够对上述的实施方式施以各种变更或改进,这也是本领域技术人员所清楚的。
[0196] 另外,应该注意:权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤、工序以及阶段等各处理的执行顺序没有特别注明“比…之前”、“在…之前”等,而且,只要不是将之前的处理的输出用在之后的处理中,就能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程,虽然为了便于说明而使用“首先,”、“接着,”等来进行了说明,但是并不意味着必须以此顺序来实施。
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