激光加工裝置制造方法及圖紙

一種激光加工裝置，主要包括激勵源為激光二極管的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其中所述激光二極管在固體激光器激活介質的主能量吸收譜中發射光束，并且包括測量儀，全時測量輻射的激光輸出；最大值判斷裝置，在輻射激光束的同時，獲得特定監視周期內所測得的激光輸出值的最大值；誤差判斷裝置，在預定的特定監視周期的一段時間之后，比較所述最大值與作為監視水平的特定激光輸出值，并判斷所述最大值是否處于一個特定的范圍之內；和故障處理裝置，當所述誤差判斷裝置判定所述最大值處于所述特定范圍之外時顯示報警內容并同時至少停止所述脈沖振蕩型固體激光器裝置的操作。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種有利于解決加工中不穩定性問題的脈沖振蕩型固體激光器裝置和一種不會由于激光輸出的漲落而產生加工缺陷的激光加工裝置。
技術介紹
在激光二極管(以下稱作LD)激勵的其輸出和亮度得到很大提高的固體激光器裝置方面新近取得的進步使得激光器裝置可以以高速度和高精度地進行精密的焊接加工或精細的切割加工，而這對于常規的加工裝置是不可能辦到的。另外還可以將該激光器裝置用于電氣/電子元件的點焊或縫焊，或是應用到表面標記或刻劃加工，或是金屬、半導體或陶瓷的鉆孔或切割加工。做為常規固體激光器裝置的一個代表性實例，圖9展示了一種固體激光器裝置的配置，其主要包括LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光器裝置的主體，其中激光器激勵介質是一個棒狀Nd:YAG晶體，平均輸出在300W量級。棒直徑為5mm、長度為116mm的Nd:YAG晶體1由LD激勵裝置2輻射出的LD光3激勵，而其中的LD激勵裝置2配備有60條平均光輸出為20W/條、以808nm為中心波長振蕩的LD，從Nd:YAG晶體1輻射出的1.06μm的光在全反射鏡5和輸出耦合反射鏡6之間被選擇放大，從而成為Nd:YAG激光7并再從輸出耦合反射鏡6輻射，其中輸出耦合反射鏡6的反射系數為70％，反射鏡5、6構成一個諧振腔長度為400mm的激光諧振腔4。另外，由直流穩壓電源8對LD激勵裝置2提供電力，并且直接或通過由純凈水冷卻系統9提供的純凈水控制Nd:YAG晶體1和LD激勵裝置2的溫度以保持其周圍部分的溫度恒定，以便維持Nd:YAG激光器的輸出穩定。另外，Nd:YAG激光7的一部分通過分束器10成為用于監視的激光11并穿過功率衰減器12再進入高速功率傳感器13。其它的激光7由入射會聚光學系統14會聚，從而滿足用于傳輸的纖芯直徑為0.3mm、長度為10m的光纖的傳輸條件。從傳輸光纖15發出的激光由輻射會聚光學系統18形成或聚焦，以致于在光束形狀上適于放置在CNC臺16上的待加工物體17并再進行所需的激光加工。在此配置中使激光7成為反饋控制來自直流穩壓電源8的LD激勵裝置2的導通電流，從而使高速功率傳感器13監視的激光輸出值與指令的激光輸出值一致。但是，把PIN型Si光電二極管用作監視用的激光束的高速功率傳感器的常規配置有下列缺點。(1)因為對于功率傳感器可接受的輸入光水平是毫瓦(mW)水平，所以需要利用高精度功率劃分裝置與高衰減裝置結合，將實際的Nd:YAG激光衰減到大約千分之一百的程度。但是，用作高精度功率劃分裝置和高衰減裝置的光學元件的功率劃分率和功率衰減率由于濕度變化或粘結到該光學元件的塵埃而易于改變其特性，這使得很難由監視用的激光輸出精確地預測實際的Nd:YAG激光輸出。(2)因為探測高速功率傳感器的靈敏度的溫度依賴性很大，如0.2～1.0％/℃，所以探測靈敏度容易由于環境溫度的變化而改變。因而很難以穩定的方式由監視用的測得的激光輸出對放置在周圍溫度不恒定的環境中的激光裝置主體精確地預測實際Nd:YAG激光輸出。這樣的結果是由于高功率傳感器的上述問題，Nd:YAG激光器裝置不能獲得穩定的絕對精度不大于2％的Nd:YAG激光輸出，其中Nd:YAG激光器裝置由高速功率傳感器測得的用于監視的激光輸出值控制成一個反饋信號。繼而出現一個問題，即對于利用上述配置的激光器裝置主體的激光加工，加工缺陷如精度缺陷或強度缺陷是不可避免的。另外，對于利用此類脈沖振蕩型固體激光器裝置的激光加工，希望避免由于激光輸出的漲落所致的加工缺陷。下面就是熟知的此類激光加工裝置。做為一個常規的實例，圖10展示了LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光加工裝置的配置，其主要目的是進行激光焊接加工，其中的激光器激活介質是棒式Nd:YAG晶體101，平均輸出在300W量級。棒直徑為5mm、長度為116mm的Nd:YAG晶體101由LD激勵裝置102輻射的LD光束103激勵，其中LD激勵裝置102配置有60條20W/條的LD，LD以808nm為中心波長振蕩，從Nd:YAG晶體101輻射的1.06μm的光束在全反射鏡105和輸出耦合反射鏡106之間被選擇放大，從而成為Nd:YAG激光107并再從輸出耦合反射鏡106輻射出去，其中輸出耦合反射鏡106的反射系數為70％，反射鏡105、106構成諧振腔長度為400mm的激光諧振腔104。另外，對Nd:YAG晶體101和LD激勵裝置102直接或通過純凈水冷卻系統109提供的純凈水進行溫度控制，以保持其周圍部分的溫度恒定，從而維持穩定的Nd:YAG激光輸出。Nd:YAG激光107的一部分從分束器109反射，取做監視光110并進入熱電轉換型的監視光輸出測量儀111，從而測量輸出，并且穿過分束器109的其它Nd:YAG激光107進入光閥打開的入射光會聚系統113，并會聚到傳輸光纖114以被傳輸，其中光纖114的纖芯直徑為0.3mm，長度為10m。在光閥112關閉的情形中Nd:YAG激光107進入熱電轉換型激光輸出測量儀115以測量輸出。通過利用指令穩壓電源116控制LD電流來進行Nd:YAG激光輸出的開/關切換控制，并且由激光輻射到外部之前獲得的激光輸出特性決定的LD電流一般對應于理想的激光輸出。另外，通過比較監視光110的輸出值與監視光110的規定值來進行Nd:YAG激光107的輸出監視。由輻射會聚光學系統119將光纖114輻射的激光形成或聚焦成適于加工放置在CNC臺117上的待加工物體118的光束形狀，并再進行理想的激光加工。因為配備常規配置的加工裝置的熱電轉換型監視光輸出測量儀111的響應速度較慢，如0.1～3s，所以通常要花與探測誤差的響應速度相同的時間，即使可以高精度地進行測量也是如此。在不超過時間常數或脈沖振蕩操作期間停止激光振蕩操作的情況下，其中脈沖振蕩操作中的脈沖重復頻率不大于100Hz，不能以足夠高的精度測量平均激光輸出，如圖11所示。繼而在短脈沖振蕩操作周期中或在不超過上述頻率的低頻脈沖振蕩操作中不能監視輻射的激光輸出，盡管測量到監視光束的輸出。結果是當激光輸出由于構成激光諧振腔104的全反射鏡105和輸出耦合反射鏡106因粘結到其上的塵埃或污物造成的損壞而急劇下降時，出現這樣的問題，如因為誤差狀態如輸出下降的檢測被延遲或不能檢測，在沒有正常激光加工的情況下繼續加工。
技術實現思路
本申請的專利技術提供了一種脈沖振蕩型LD激勵的固體激光器裝置，解決了由激光輸出不穩定導致的加工不穩定的問題。為了解決上述問題，本申請的專利技術提供了一項可以改變LD電流的閉路控制系統的技術，其中監視器的激光輸出是對開路控制系統的反饋信號，其中對應于激光輸出值的LD電流值以簡單的方式導出。基本的情況是，在激光束從激光裝置主體中輻射出來之前，在激光裝置主體內部進行激光振蕩操作，并獲得脈沖激光輸出值和脈沖LD電流值之間的精確相關性。在激光束輻射到激光器裝置之外的情形中，根據獲得的脈沖激光輸出值和脈沖LD電流值之間的關聯性導出對應于理想脈沖激光輸出值的脈沖LD電流值。根據本配置，因為可以制定一個導出脈沖LD電流值以獲得理想的脈沖激光輸出值的方案，所以可以在所有的時間里獲得穩定的激光輸出值。結果，對于利用激光裝置主體的激光加工裝置，因為加工缺陷、如精度缺陷或源自于激光輸出過度或不足的強度缺陷減本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光加工裝置，主要包括激勵源為激光二極管的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其中所述激光二極管在固體激光器激活介質的主能量吸收譜中發射光束，其特征在于，包括測量儀，全時測量輻射的激光輸出；最大值判斷裝置，在輻射激光束的同時，獲得特定監視周期內所測得的激光輸出值的最大值；誤差判斷裝置，在預定的特定監視周期的一段時間之后，比較所述最大值與作為監視水平的特定激光輸出值，并判斷所述最大值是否處于一個特定的范圍之內；和故障處理裝置，當所述誤差判斷裝置判定所述最大值處于所述特定范圍之外時顯示報警內容并同時至少停止所述脈沖振蕩型固體激光器裝置的操作。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：家久信明，
申請(專利權)人：株式會社片岡制作所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]