激光振荡器内出射镜的老化状态测定方法以及激光加工装置制造方法及图纸

一种利用从激光振荡器（１）射出的激光束（４）进行加工的激光加工装置，其具有：孔径部（５），其配置在从激光振荡器（１）射出的激光束（４）的光路上，用于遮挡该激光束（４）的周边部分，使中央部分透过；以及波束功率测定传感器（６），其测定透过该孔径部（５）的激光束（２０）的波束功率，在该激光加工装置中，利用在通过高波束功率的激光束使激光振荡器（１）的出射镜成为高热负荷状态的情况下，透过孔径部（５）的激光束的波束功率根据出射镜（２）的老化状态而显著地变化（越老化，波束功率越上升）这一情况，判断出射镜（２）的老化状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种对激光振荡器内的部分反射镜的老化状态进行测定的测定方法 以及激光加工装置。
技术介绍
由激光振荡器起振的激光束，由于指向性 聚光性优越，所以容易利用透镜或反射 镜聚光为微小的光点，可以得到高能量密度。因此，近年来，激光振荡器较多地用于切断 开 孔 焊接 热处理等加工领域。激光振荡器通常由1枚配置在激光束射出侧的部分反射镜(下面称为出射镜)、和 除此之外的1枚或多枚全反射镜构成，采用使激光束在反射镜之间多重反射而进行放大振 荡的原理。在长时间使用该激光振荡器的情况下，由于位于激光振荡器内的反射镜的涂层 老化，或反射镜材料自身的老化，导致产生反射镜吸收激光束，在反射镜内部产生不均勻的 温度分布。由于不均勻的温度分布产生不均勻的折射率分布，使激光束特性变化或产生激 光束的波束功率降低，所以为了维持加工品质，需要对位于激光振荡器内的反射镜进行定 期的清理 更换，即所谓维护。特别地，对于出射镜，与其以外的全反射镜相比，由于透过激 光束，所以容易发生激光束的吸收，且难以从背面进行冷却，只能从侧面进行冷却，因此，容 易在反射镜内部产生不均勻的温度分布。因此，在现有技术中，为了维持加工品质，以根据经验得到的基准时间为参考值， 实施位于激光振荡器内的出射镜的维护，而不对反射镜的老化状态进行测定。
技术实现思路
在上述维护的情况下，存在下述问题，S卩，没有考虑到根据激光束吸收率等光学部 件的初始特性值的个体差异 使用环境 使用条件等而产生的反射镜老化状态的个体差 异。在反射镜老化比作为维护的参考值的基准时间更早发生的情况下，由于在维护前发生 加工品质降低，所以导致中止生产，实施紧急维护这一情况。维护需要时间，进而在进行更 换部件或作业的维修人员的部署发生延误的情况下，生产中止的期间变长，对生产线造成 较大的影响。在反射镜老化比作为维护的参考值的基准时间更晚发生的情况下，由于无论 加工品质是否良好都实施维护，从而产生反射镜可使用时间的浪费，使维护费用增加。另外，为了避免上述紧急维护或维护费用增加这样的问题点，当前存在使用下述 激光装置的情况，该激光装置利用光束轮廓检测器对激光束直径进行检测，根据该直径相 对于运行时间的变化量，定量地测定出射镜的老化状态(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本特开平7-245437号公报但是，在上述现有的激光装置的情况下，为了检测激光束直径，需要所谓光束轮廓 检测器这样的高价的测定器，系统成本增加。另外，由于通过与初始状态下的激光束直径进 行比较，而测定出射镜的老化状态，所以在初始状态下出射镜存在老化等初始异常时，无法在该时刻发现异常。另外，在由于如位于激光振荡器内的激光气体等激光介质老化那样除 了出射镜老化以外的原因，导致激光束直径变化的情况下，无法将出射镜与除此之外的原 因进行区分。本专利技术就是为了解决上述课题而提出的，其第1目的是得到一种激光加工装置， 其可以通过廉价且简单的结构测定出射镜的老化状态。第2目的是得到一种激光加工装 置，其不与初始状态下的激光束直径进行比较，可以定量地评价出射镜的老化状态的测定 及初始状态下的出射镜的异常。本专利技术所涉及的评价装置由下述部分构成波束功率测定传感器，其测定从激光 振荡器射出的激光束的波束功率；孔径部，其位于激光振荡器和波束功率测定传感器之间， 用于仅使激光束的中心部分透过；以及控制装置，其通过在激光振荡器处于规定的热负荷 状态下的波束功率测定传感器的测定值，将出射镜的老化状态数值化，该评价装置利用起 振形成高波束功率的激光束而使出射镜处于高热负荷状态，通过测定从孔径部透过的激光 束的波束功率，由此，进行出射镜的老化状态的评价。专利技术的效果本专利技术通过使激光振荡器的热负荷状态变化，并测定透过孔径部的激光束的波束 功率，从而可以以廉价且简单的结构，定量地评价出射镜的老化状态。通过利用本专利技术中的 测定方法定期地测定出射镜的老化状态，可以事前防止加工品质降低。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1的激光加工装置的结构图。图2是表示本专利技术的实施方式1的激光加工装置的其他的结构图。图3是表示对于没有老化的出射镜，在使脉冲频率变化时的激光束的波束功率的 测定结果的曲线图。图4是表示对于运行时间为4000小时的出射镜，在使脉冲频率变化时的激光束的 波束功率的测定结果的曲线图。图5是表示出射镜老化状态较轻的情况和较重的情况下的各激光束的传送状态 的示意图。图6是表示本专利技术的实施方式1的出射镜老化状态测定方法的流程图。图7是表示本专利技术的实施方式1的出射镜老化状态测定方法所测定的激光束的波 束功率的测定结果的曲线图。图8是表示本专利技术的实施方式1的激光加工装置的测定控制装置内的框图。图9是表示与出射镜的老化指数相对的焦点位置变化量的表。图10是表示各种材料在切断加工中的焦点允差的表。图11是表示本专利技术的实施方式2的出射镜老化状态测定方法的流程图。图12是表示本专利技术的实施方式1的出射镜老化状态测定方法所测定或计算出的 激光束的波束功率的曲线图。图13是表示本专利技术的实施方式2的激光加工装置的测定控制装置内的框图。图14是表示对于运行时间为4000小时的出射镜，在孔径部的各个开口直径下使 脉冲频率变化时的激光束的波束功率的测定结果的曲线图。图15是表示对于运行时间为4000小时的出射镜，孔径部的各个开口直径与老化 指数之间的关系的图。图16是表示在孔径部的开口直径相对于激光束直径充分小的情况下，透过孔径 部前后的激光束的强度分布的示意图。图17是表示在孔径部的开口直径与激光束直径大致相同的情况下，透过孔径部 前后的激光束的强度分布的示意图。图18是表示本专利技术的实施方式4的激光加工装置的结构图。图19是表示实施方式5中的出射镜老化状态的测定结果的图。图20是表示在实施方式5中出射镜老化状态测定的控制流程的图。图21是表示本专利技术的实施方式5的激光加工装置的测定控制装置内的框图。图22是表示本专利技术的实施方式6的激光加工装置的结构图。具体实施例方式实施方式1使用图1 图17，说明本专利技术的实施方式1所涉及的出射镜的老化状态测定方法 以及激光加工装置。图1及图2是表示用于实施本专利技术的实施方式1中的可以进行出射镜 的老化测定的激光加工装置的图。如图1及图2所示，本实施方式所涉及的激光加工装置 具有激光振荡器1，其由配置在激光束射出侧的1枚出射镜2和除此之外的1枚或多枚全 反射镜3 (在本实施方式中为1枚)构成谐振器；多个反射镜8、9、10，它们将从该激光振荡 器1射出的激光束4传送至工件12 ；聚光透镜11，其使传送来的激光束4在工件12上聚 光；XY工作台13，其载置工件12，使激光束照射位置向工件12上的任意位置移动；以及加 工控制装置14，其对激光振荡器1和XY工作台13的动作进行控制。而且，为了测定出射镜2的老化状态，具有波束功率测定传感器6，其测定从激光 振荡器1射出的激光束的波束功率；孔径部5，其用于遮挡向该波束功率测定传感器6入射 的激光束4的周边部分，仅使中央部分透过；驱动装置15，其用于将该波束功率测定传感器 6和孔径部5向激光束光路放入/移出；以及测定控制装置7，其对出射镜2的老化测定时 的激光振荡器1的动作、波束功率测定传感器6以及驱动装置15进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工装置，其具有：激光振荡器，其射出激光束；孔径部，其配置在从所述激光振荡器射出的激光束的光路上，遮挡该激光束的周边部分，使中央部分透过；波束功率测定单元，其测定透过所述孔径部的激光束的波束功率；以及控制单元，其基于在规定波束功率的激光束射出时由所述波束功率测定单元测定到的波束功率值，判断所述激光振荡器的出射镜的老化状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤健治，木村贤光，山冈理见，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]