激光加工装置制造方法及图纸

一种激光加工装置，主要包括激励源为激光二极管的脉冲振荡型固体激光器装置，其中所述激光二极管在固体激光器激活介质的主能量吸收谱中发射光束，并且包括测量仪，全时测量辐射的激光输出；最大值判断装置，在辐射激光束的同时，获得特定监视周期内所测得的激光输出值的最大值；误差判断装置，在预定的特定监视周期的一段时间之后，比较所述最大值与作为监视水平的特定激光输出值，并判断所述最大值是否处于一个特定的范围之内；和故障处理装置，当所述误差判断装置判定所述最大值处于所述特定范围之外时显示报警内容并同时至少停止所述脉冲振荡型固体激光器装置的操作。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有利于解决加工中不稳定性问题的脉冲振荡型固体激光器装置和一种不会由于激光输出的涨落而产生加工缺陷的激光加工装置。
技术介绍
在激光二极管(以下称作LD)激励的其输出和亮度得到很大提高的固体激光器装置方面新近取得的进步使得激光器装置可以以高速度和高精度地进行精密的焊接加工或精细的切割加工，而这对于常规的加工装置是不可能办到的。另外还可以将该激光器装置用于电气/电子元件的点焊或缝焊，或是应用到表面标记或刻划加工，或是金属、半导体或陶瓷的钻孔或切割加工。做为常规固体激光器装置的一个代表性实例，图9展示了一种固体激光器装置的配置，其主要包括LD激励的脉冲式Nd:YAG激光器装置的主体，其中激光器激励介质是一个棒状Nd:YAG晶体，平均输出在300W量级。棒直径为5mm、长度为116mm的Nd:YAG晶体1由LD激励装置2辐射出的LD光3激励，而其中的LD激励装置2配备有60条平均光输出为20W/条、以808nm为中心波长振荡的LD，从Nd:YAG晶体1辐射出的1.06μm的光在全反射镜5和输出耦合反射镜6之间被选择放大，从而成为Nd:YAG激光7并再从输出耦合反射镜6辐射，其中输出耦合反射镜6的反射系数为70％，反射镜5、6构成一个谐振腔长度为400mm的激光谐振腔4。另外，由直流稳压电源8对LD激励装置2提供电力，并且直接或通过由纯净水冷却系统9提供的纯净水控制Nd:YAG晶体1和LD激励装置2的温度以保持其周围部分的温度恒定，以便维持Nd:YAG激光器的输出稳定。另外，Nd:YAG激光7的一部分通过分束器10成为用于监视的激光11并穿过功率衰减器12再进入高速功率传感器13。其它的激光7由入射会聚光学系统14会聚，从而满足用于传输的纤芯直径为0.3mm、长度为10m的光纤的传输条件。从传输光纤15发出的激光由辐射会聚光学系统18形成或聚焦，以致于在光束形状上适于放置在CNC台16上的待加工物体17并再进行所需的激光加工。在此配置中使激光7成为反馈控制来自直流稳压电源8的LD激励装置2的导通电流，从而使高速功率传感器13监视的激光输出值与指令的激光输出值一致。但是，把PIN型Si光电二极管用作监视用的激光束的高速功率传感器的常规配置有下列缺点。(1)因为对于功率传感器可接受的输入光水平是毫瓦(mW)水平，所以需要利用高精度功率划分装置与高衰减装置结合，将实际的Nd:YAG激光衰减到大约千分之一百的程度。但是，用作高精度功率划分装置和高衰减装置的光学元件的功率划分率和功率衰减率由于湿度变化或粘结到该光学元件的尘埃而易于改变其特性，这使得很难由监视用的激光输出精确地预测实际的Nd:YAG激光输出。(2)因为探测高速功率传感器的灵敏度的温度依赖性很大，如0.2～1.0％/℃，所以探测灵敏度容易由于环境温度的变化而改变。因而很难以稳定的方式由监视用的测得的激光输出对放置在周围温度不恒定的环境中的激光装置主体精确地预测实际Nd:YAG激光输出。这样的结果是由于高功率传感器的上述问题，Nd:YAG激光器装置不能获得稳定的绝对精度不大于2％的Nd:YAG激光输出，其中Nd:YAG激光器装置由高速功率传感器测得的用于监视的激光输出值控制成一个反馈信号。继而出现一个问题，即对于利用上述配置的激光器装置主体的激光加工，加工缺陷如精度缺陷或强度缺陷是不可避免的。另外，对于利用此类脉冲振荡型固体激光器装置的激光加工，希望避免由于激光输出的涨落所致的加工缺陷。下面就是熟知的此类激光加工装置。做为一个常规的实例，图10展示了LD激励的脉冲式Nd:YAG激光加工装置的配置，其主要目的是进行激光焊接加工，其中的激光器激活介质是棒式Nd:YAG晶体101，平均输出在300W量级。棒直径为5mm、长度为116mm的Nd:YAG晶体101由LD激励装置102辐射的LD光束103激励，其中LD激励装置102配置有60条20W/条的LD，LD以808nm为中心波长振荡，从Nd:YAG晶体101辐射的1.06μm的光束在全反射镜105和输出耦合反射镜106之间被选择放大，从而成为Nd:YAG激光107并再从输出耦合反射镜106辐射出去，其中输出耦合反射镜106的反射系数为70％，反射镜105、106构成谐振腔长度为400mm的激光谐振腔104。另外，对Nd:YAG晶体101和LD激励装置102直接或通过纯净水冷却系统109提供的纯净水进行温度控制，以保持其周围部分的温度恒定，从而维持稳定的Nd:YAG激光输出。Nd:YAG激光107的一部分从分束器109反射，取做监视光110并进入热电转换型的监视光输出测量仪111，从而测量输出，并且穿过分束器109的其它Nd:YAG激光107进入光阀打开的入射光会聚系统113，并会聚到传输光纤114以被传输，其中光纤114的纤芯直径为0.3mm，长度为10m。在光阀112关闭的情形中Nd:YAG激光107进入热电转换型激光输出测量仪115以测量输出。通过利用指令稳压电源116控制LD电流来进行Nd:YAG激光输出的开/关切换控制，并且由激光辐射到外部之前获得的激光输出特性决定的LD电流一般对应于理想的激光输出。另外，通过比较监视光110的输出值与监视光110的规定值来进行Nd:YAG激光107的输出监视。由辐射会聚光学系统119将光纤114辐射的激光形成或聚焦成适于加工放置在CNC台117上的待加工物体118的光束形状，并再进行理想的激光加工。因为配备常规配置的加工装置的热电转换型监视光输出测量仪111的响应速度较慢，如0.1～3s，所以通常要花与探测误差的响应速度相同的时间，即使可以高精度地进行测量也是如此。在不超过时间常数或脉冲振荡操作期间停止激光振荡操作的情况下，其中脉冲振荡操作中的脉冲重复频率不大于100Hz，不能以足够高的精度测量平均激光输出，如图11所示。继而在短脉冲振荡操作周期中或在不超过上述频率的低频脉冲振荡操作中不能监视辐射的激光输出，尽管测量到监视光束的输出。结果是当激光输出由于构成激光谐振腔104的全反射镜105和输出耦合反射镜106因粘结到其上的尘埃或污物造成的损坏而急剧下降时，出现这样的问题，如因为误差状态如输出下降的检测被延迟或不能检测，在没有正常激光加工的情况下继续加工。
技术实现思路
本申请的专利技术提供了一种脉冲振荡型LD激励的固体激光器装置，解决了由激光输出不稳定导致的加工不稳定的问题。为了解决上述问题，本申请的专利技术提供了一项可以改变LD电流的闭路控制系统的技术，其中监视器的激光输出是对开路控制系统的反馈信号，其中对应于激光输出值的LD电流值以简单的方式导出。基本的情况是，在激光束从激光装置主体中辐射出来之前，在激光装置主体内部进行激光振荡操作，并获得脉冲激光输出值和脉冲LD电流值之间的精确相关性。在激光束辐射到激光器装置之外的情形中，根据获得的脉冲激光输出值和脉冲LD电流值之间的关联性导出对应于理想脉冲激光输出值的脉冲LD电流值。根据本配置，因为可以制定一个导出脉冲LD电流值以获得理想的脉冲激光输出值的方案，所以可以在所有的时间里获得稳定的激光输出值。结果，对于利用激光装置主体的激光加工装置，因为加工缺陷、如精度缺陷或源自于激光输出过度或不足的强度缺陷减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工装置，主要包括激励源为激光二极管的脉冲振荡型固体激光器装置，其中所述激光二极管在固体激光器激活介质的主能量吸收谱中发射光束，其特征在于，包括测量仪，全时测量辐射的激光输出；最大值判断装置，在辐射激光束的同时，获得特定监视周期内所测得的激光输出值的最大值；误差判断装置，在预定的特定监视周期的一段时间之后，比较所述最大值与作为监视水平的特定激光输出值，并判断所述最大值是否处于一个特定的范围之内；和故障处理装置，当所述误差判断装置判定所述最大值处于所述特定范围之外时显示报警内容并同时至少停止所述脉冲振荡型固体激光器装置的操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：家久信明，
申请(专利权)人：株式会社片冈制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]