激光装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有多个激光二极管模块的长寿命高效率的激光装置。本发明专利技术的激光装置具备多个激光二极管模块组(LDMG)以及多个电源部，从多个LDMG会聚激光来作为激光光源，激光装置还具备：驱动电流供给电路网，其能够针对多个LDMG分别独立地注入驱动电流；控制部，其独立地控制驱动电流；第1记录部，其记录有表示驱动电流与光输出之间的关系的数据以及表示驱动电流与驱动电压之间的关系的数据；以及第1计算部，其计算对多个LDMG分配的驱动电流以使光转换效率成为最大，其中，控制部按照第1计算部计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对多个LDMG分配驱动电流以使多个LDMG整体的光转换效率成为最大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光装置，特别是涉及一种将多个激光二极管模块作为发光源或激励光源的激光装置。
技术介绍
关于高输出激光装置，大多装置为了实现高输出而具备多个激光光源单位，并公开了各种驱动方法(例如专利第5729107号公报。以下称为“专利文献1”。专利第4341600号公报。以下称为“专利文献2”。日本特开2012-124304号公报。以下称为“专利文献3”。)。专利文献1公开了如下内容：“一种对激光振荡器进行控制的激光振荡器控制装置，该激光振荡器具有多个振荡模块，各振荡模块振荡出激光束，该激光振荡器将这些多个振荡模块所振荡出的激光束会聚来作为输出，该激光振荡器控制装置设置有用于选择要驱动的振荡模块的模块选择单元，所述模块选择单元具有选择条件判定部，在将所述激光加工机进行激光加工时的输出除以所述振荡模块的个数所得到的一个振荡模块应输出的值小于一个振荡模块所能够控制的最小输出的情况下，该选择条件判定部不使全部振荡模块驱动而减少要驱动的振荡模块的个数。”。专利文献1还公开了如下内容：“一种激光振荡器控制装置，在所述激光加工机进行激光加工时的输出为一个振荡模块的额定最大输出以下的情况下，所述选择条件判定部不使全部振荡模块驱动，而将要驱动的振荡模块的个数设为一个。”。在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，针对向激光二极管模块注入的驱动电流的光输出特性示出如图1那样的特性，针对驱动电流的向激光二极管模块施加的电压示出如图2那样的特性。作为其结果，如图3那样，存在使针对驱动电流的光转换效率呈现出峰值的电流，相对于使光转换效率呈现出峰值的电流，光转换效率呈现非对称的形状。因此，在专利文献1所记载的选择基准的情况下，并不一定能够在光转换效率最高的条件下驱动激光二极管模块。例如，假定一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W，能够控制的最小输出为60W，振荡模块的个数为4个。在该情况下，在专利文献1中，光输出指令为260W时还不是减少要驱动的振荡模块的个数的条件。因此，以每一个振荡模块65W的输出对全部4个振荡模块进行驱动。然而，如图4所示那样，在以每一个振荡模块130W的输出只对2个振荡模块进行驱动的情况下，光转换效率明显变高。另外，光输出指令为240W时，为一个振荡模块的额定最大输出以下，因此根据后者的“在所述激光加工机进行激光加工时的输出为一个振荡模块的额定最大输出以下的情况下，所述选择条件判定部不使全部振荡模块驱动而将要驱动的振荡模块的个数设为一个”这种选择条件，只驱动一个振荡模块。然而，如图5所示，在驱动了2个振荡模块的情况下，光转换效率明显变高。另外，专利文献1的图4记载有激光模块的模块选择单元的计算例。例如，在例子1中，1个激光模块的最大输出为500W，由4个激光模块构成。当试着观察来自加工条件的输出指令为1,000W的情况时，选择2个激光模块，使每个激光模块各输出500W。然而，在具有图6那样的光输出特性的激光模块时，在将4个激光模块全部选择且使每个激光模块各输出250W的情况下光转换效率明显变高。即，根据专利文献1，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。并且，专利文献1还记述以下内容：“本专利技术的进一步其它的目的在于，通过只在有效的情况下减少振荡模块的选择个数来防止由于不均衡地使用振荡模块而导致的耐久性降低。”。即，通过尽量避免只驱动一部分振荡模块，抑制对一部分振荡模块施加不均衡的负荷，来抑制该一部分振荡模块的寿命变短从而抑制激光装置整体的寿命变短。然而，针对由于不均衡地使用一部分振荡模块而导致寿命变短的问题并没有提示出根本性的解决对策。其结果，存在以下这样的问题：根据加工条件不同，无法避免不均衡地使用一部分振荡模块的状况持续而导致一部分振荡模块先到寿命。另外，专利文献2公开了如下内容：“一种具备电流分配单元的固体激光装置，该电流分配单元在向激励模块的激励光源的电流的总和固定的条件下决定向每个所述激励模块的所述激励光源的电流的分配以使由输出测定单元测定的输出成为最大。”。该驱动条件能够更换另一种说法，即，进行分配电流以使得到规定的输出所需的向激励光源的电流的总和最小。在此，考虑以下情况：光源是激光二极管模块，一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W。在振荡模块的个数为4个且光输出指令为400W时，如图7所示，在驱动了2个振荡模块的情况下电流的总和小，但是在驱动了3个振荡模块的情况下光转换效率高。即，根据专利文献2，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。另外，在专利文献3的权利要求5中公开了以下内容：“一种高输出面发光激光阵列组的控制方法，该控制方法是高输出二维面发光激光阵列的控制方法，其特征在于，在由一个至多个可独立控制的高输出二维面发光激光阵列元件构成的光源单位中，将所需要的使用光输出除以预先存储的使光转换效率成为最大的最大效率光输出后取近似值，来计算要驱动的光源单位个数，将所述使用光输出除以要驱动的光源单位个数来计算每个光源单位的单位光输出，计算所述单位光输出与所述最大效率光输出之间的光输出差，根据所述高输出二维面发光激光阵列的阈值电流以及所述高输出二维面发光激光阵列的针对驱动电流的变化的光输出的变化的直线关系，来计算与所述光输出差相应的校正驱动电流，以使用所述校正驱动电流对所述最大效率光输出进行校正后得到的驱动电流来驱动面发光激光阵列。”。关于文中的“将所需要的使用光输出除以使光转换效率成为最大的最大效率光输出后取近似值”，在用于实施专利技术的方式中，记述为“作为对数值取近似值的方法，单纯地对数值进行四舍五入来将数值整数化即可。”。根据该驱动条件，考虑以下情况：光源是激光二极管模块，一个振荡模块的光输出特性、电流-电压特性、光转换效率特性具有如图1～图3所示那样的特性，额定最大输出为250W，使光转换效率成为最大的最大效率光输出为125W，振荡模块的个数为4个。在该情况下，当光输出指令为185W时，要驱动的光源单位个数为185W/125W＝1.48≈1个，以使用校正驱动电流进行校正后得到的驱动电流8.79A进行驱动。然而，如图8所示，在对2个振荡模块以185W驱动的情况下，光转换效率变高。即，根据专利文献3，在振荡模块的发光源为激光二极管模块的情况下，无法保证能够始终以最高的光转换效率进行驱动。另外，在专利文献3中，利用针对驱动电流的变化的光输出的变化的直线关系，来求出校正驱动电流。然而，在高输出的激光二极管模块中，在针对驱动电流的变化的光输出的变化从线性关系偏离的高光输出驱动电流区域内进行驱动的情形也很多。因此，存在以下这样的问题：当利用线性关系求出校正驱动电流时，针对指令光输出，不能以所需要的精度射出光输出。
技术实现思路
将光转换效率高的激光二极管作为激光发光源或激光振荡的激励光源来使用的高输出激光装置在很多加工领域被广泛使用。当光输出大时，消耗的电力也大，因此期望哪怕少许也好在光转换效率高的条件下进行驱动。然而，在现有技术中，无法在广的光输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光装置，具备：多个激光二极管模块组，各激光二极管模块组包括至少一个激光二极管模块；以及多个电源部，该多个电源部分别对所述多个激光二极管模块组供给驱动电流，该激光装置从所述多个激光二极管模块组会聚激光来作为激光光源或用于激光振荡的激励光源，该激光装置的特征在于，还具备：驱动电流供给电路网，其能够将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地注入；控制部，其将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地进行控制；第1记录部，其记录有所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流‑电压特性数据；以及第1计算部，其对于针对所述激光装置的激光的输出指令，在得到指令的光输出的条件下计算对所述多个激光二极管模块组分别分配的驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大，所述光转换效率是指从注入电力向光输出转换的能量转换效率，其中，对于针对所述激光装置的激光的输出指令，所述控制部按照所述第1计算部基于所述第1记录部中记录的数据计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。...

【技术特征摘要】
2015.09.09 JP 2015-1779691.一种激光装置，具备：多个激光二极管模块组，各激光二极管模块组包括至少一个激光二极管模块；以及多个电源部，该多个电源部分别对所述多个激光二极管模块组供给驱动电流，该激光装置从所述多个激光二极管模块组会聚激光来作为激光光源或用于激光振荡的激励光源，该激光装置的特征在于，还具备：驱动电流供给电路网，其能够将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地注入；控制部，其将从所述多个电源部分别向所述多个激光二极管模块组注入的驱动电流按所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组独立地进行控制；第1记录部，其记录有所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与光输出之间的关系的光输出特性数据以及所述多个激光二极管模块组各自的表示驱动电流与驱动电压之间的关系的电流-电压特性数据；以及第1计算部，其对于针对所述激光装置的激光的输出指令，在得到指令的光输出的条件下计算对所述多个激光二极管模块组分别分配的驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大，所述光转换效率是指从注入电力向光输出转换的能量转换效率，其中，对于针对所述激光装置的激光的输出指令，所述控制部按照所述第1计算部基于所述第1记录部中记录的数据计算出的结果，在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，在针对所述激光装置的激光的输出指令是高输出水平的光输出和低输出水平的光输出交替反复的脉冲输出指令的情况下，所述控制部无论针对所述高输出水平的光输出还是针对所述低输出水平的光输出，均在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大。3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：第2记录部，其记录有作为驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数的A的数据表，该驱动电流针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准驱动电流Is驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命除以以驱动电流I驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命所得到的；第2计算部，其针对所述多个激光二极管模块组分别计算从时间ta到时间tb为止的以及第3记录部，其记录该第1累积值是由所述第2计算部针对所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的到当前时间tp为止的时间积分结果，其中，针对激光的输出指令，所述控制部在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，将所述多个激光二极管模块组中的所述第1累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。4.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：第4记录部，其记录作为光输出针对寿命消耗速度的加减速系数的B(P)的数据表，该光输出针对寿命消耗速度的加减速系数是将以标准光输出Ps驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命除以以光输出P驱动所述多个激光二极管模块组的情况下的所述多个激光二极管模块组的寿命所得到的；第3计算部，其针对所述多个激光二极管模块组分别计算从时间ta到时间tb为止的以及第5记录部，其记录该第2累积值是由所述第3计算部针对所述多个激光二极管模块组中的每个激光二极管模块组计算出的到当前时间tp为止的时间积分结果，其中，针对激光的输出指令，所述控制部在得到指令的光输出的条件下对所述多个激光二极管模块组分别分配驱动电流以使所述多个激光二极管模块组整体的光转换效率成为最大或大致最大时，在所述多个激光二极管模块组之间进行比较，将所述多个激光二极管模块组中的所述第2累积值相对小的至少一个激光二极管模块组优先选择为分配驱动电流的所述多个激光二极管模块组。5.根据权利要求3所述的激光装置，其特征在于，在所述多个激光二极管模块组彼此之间所述第1累积值的差或者所述第1累积值的比率的差扩大到超过规定值的情况下，对于针对所述激光装置的激光的输出指令，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：泷川宏，町田久忠，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP