JP2018022786A - Damage detection apparatus and method in laser oscillator for laser processing machine - Google Patents
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Abstract
【課題】ファイバレーザ発振器の損傷を的確に判定し、的確な交換を行う。【解決手段】ワークにファイバレーザ発振器よりのレーザ光をレーザ加工ヘッドを介して照射して加工を行う加工機において、ファイバレーザレーザ発振器側のフィーディングファイバとレーザ加工ヘッド側のプロセスファイバとを分離するビームカプラ内の空間に、レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を検出するための外側レーザ光検出部を設け、その外側レーザ光検出部によりファイバレーザレーザ発振器におけるダメージを検出する。【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately determine a damage of a fiber laser oscillator and perform an appropriate replacement. In a processing machine for performing processing by irradiating a work with laser light from a fiber laser oscillator through a laser processing head, a feeding fiber on the fiber laser oscillator side and a process fiber on the laser processing head side are separated. An outer laser light detection unit for detecting an outer laser light existing outside the effective laser light sent to the laser processing head side is provided in the space inside the beam coupler, and the fiber laser laser oscillator is provided by the outer laser light detection unit. Detect damage in. [Selection diagram]
Description
本発明は、レーザ加工機において、レーザ発振器のダメージを検出するためのダメージ検出装置および方法に関する。 The present invention relates to a damage detection apparatus and method for detecting damage of a laser oscillator in a laser processing machine.
近年、レーザ加工機においては、平均パワー密度が高く、薄板高速加工に適しているため、レーザ発振器として、ファイバレーザ発振器が用いられるようになって来ている。 In recent years, fiber laser oscillators have come to be used as laser oscillators because laser processing machines have high average power density and are suitable for thin plate high-speed processing.
一般に、ファイバレーザ発振器のプロセスファイバよりレーザ光をワークに照射した時に、ワークよりのレーザ光の戻り光が発生し、その戻り光により、ファイバレーザ発振器などのコンポーネントに損傷が発生してしまっていた。 In general, when a workpiece is irradiated with laser light from the process fiber of a fiber laser oscillator, the return light of the laser light from the workpiece is generated, and the return light has damaged components such as the fiber laser oscillator. .
そして、ファイバレーザ発振器などのコンポーネントの損傷がひどくなると、レーザ光の照射に支障をきたすため、ファイバレーザ発振器を交換していた。 Then, if the components such as the fiber laser oscillator are severely damaged, the fiber laser oscillator has been replaced in order to hinder the laser light irradiation.
そこで、ワークからの反射光の影響や機械的ストレスを最も受けやすいプロセスファイバをファイバレーザ発振器側のフィーディングファイバと分離するビームカプラを設けた構成が提案されている。 Therefore, a configuration has been proposed in which a beam coupler is provided that separates a process fiber that is most susceptible to the influence of reflected light from a workpiece and mechanical stress from a feeding fiber on the fiber laser oscillator side.
これにより、プロセスファイバが損傷しても、そのプロセスファイバのみを交換すれば良いこととなる。 Thus, even if the process fiber is damaged, only the process fiber needs to be replaced.
従来では、ワークよりのレーザ光の戻り光を検出し、その戻り光が所定値以上の場合、レーザ発振器などのコンポーネントを交換したりしていた。 Conventionally, the return light of the laser beam from the workpiece is detected, and when the return light is a predetermined value or more, components such as a laser oscillator have been replaced.
しかしながら、ファイバレーザ発振器のコンポーネントの損傷個所を的確に判定し、的確な交換ができなかった。 However, the damaged part of the fiber laser oscillator component was determined accurately and could not be replaced properly.
本発明は、上記した事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ファイバレーザ発振器の損傷個所等を的確に判定し、的確な交換を行うことができるダメージ検出装置および方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and the object of the present invention is to provide a damage detection apparatus and method capable of accurately determining a damaged portion of a fiber laser oscillator and performing an accurate replacement. Is to provide.
本発明は上述の問題を解決するためのものであり、本発明の特徴は、ワークにファイバレーザ発振器よりのレーザ光をレーザ加工ヘッドを介して照射して加工を行う加工機において、前記ファイバレーザレーザ発振器におけるダメージを検出するダメージ検出装置であって、
前記ファイバレーザ発振器側のフィーディングファイバと前記レーザ加工ヘッド側のプロセスファイバとを分離するビームカプラを有し、
前記ビームカプラ内の空間に、前記レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を検出するための外側レーザ光検出部を設けたことである。
The present invention is for solving the above-mentioned problems, and a feature of the present invention is that in the processing machine that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam from a fiber laser oscillator through a laser processing head, the fiber laser A damage detection device for detecting damage in a laser oscillator,
A beam coupler that separates the feeding fiber on the fiber laser oscillator side and the process fiber on the laser processing head side;
An outer laser beam detector for detecting an outer laser beam existing outside the effective laser beam sent to the laser processing head side is provided in the space in the beam coupler.
より好ましくは、前記外側レーザ光検出部が、前記有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を前記有効レーザ光の光軸に対して角度をずらした複数の位置で検出するように配置された複数のフォトダイオードからなることである。 More preferably, the outer laser light detector is arranged to detect the outer laser light existing outside the effective laser light at a plurality of positions shifted in angle with respect to the optical axis of the effective laser light. It consists of a plurality of photodiodes.
より好ましくは、前記外側レーザ光検出部が、前記有効レーザ光の光軸に対して角度をずらして3個並んで扇形に配列されたフォトダイオードからなることである。 More preferably, the outer laser light detection unit is composed of three photodiodes arranged in a fan shape with an angle shifted with respect to the optical axis of the effective laser light.
より好ましくは、前記ビームカプラが、前記フィーディングファイバより入射されたレーザ光を平行化するコリメーションレンズと、前記コリメーションレンズで平行化された有効レーザ光を入射して反射するベンドミラーと、前記ベンドミラーで反射された入射光を前記プロセスファイバに入力する集光レンズとを有し、前記フォトダイオードが、前記コリメーションレンズの外側近傍に設けられることである。 More preferably, the beam coupler collimates a laser beam incident from the feeding fiber, a bend mirror that receives and reflects an effective laser beam collimated by the collimation lens, and the bend A condensing lens that inputs incident light reflected by a mirror to the process fiber, and the photodiode is provided in the vicinity of the outside of the collimation lens.
より好ましくは、前記ビームカプラが、前記フィーディングファイバより入射されたレーザ光を平行化するコリメーションレンズと、前記コリメーションレンズで平行化された有効レーザ光を入射して反射するベンドミラーと、前記ベンドミラーで反射された入射光を前記プロセスファイバに入力する集光レンズとを有し、前記フォトダイオードが、前記コリメーションレンズを透過した前記外側レーザ光を検出することである。 More preferably, the beam coupler collimates a laser beam incident from the feeding fiber, a bend mirror that receives and reflects an effective laser beam collimated by the collimation lens, and the bend A condenser lens that inputs incident light reflected by a mirror to the process fiber, and the photodiode detects the outer laser light transmitted through the collimation lens.
より好ましくは、前記フォトダイオードが、前記ビームカプラ7内の空間における前記コリメーションレンズと前記ベンドミラーとの間に設けられることである。
More preferably, the photodiode is provided between the collimation lens and the bend mirror in the space in the
より好ましくは、前記ビームカプラが、前記フィーディングファイバより入射されたレーザ光を平行化するコリメーションレンズと、前記コリメーションレンズで平行化された有効レーザ光を入射して反射するベンドミラーと、前記ベンドミラーで反射された入射光を前記プロセスファイバに入力する集光レンズとを有し、前記フォトダイオードが、前記コリメーションレンズを反射した前記外側レーザ光を検出することである。 More preferably, the beam coupler collimates a laser beam incident from the feeding fiber, a bend mirror that receives and reflects an effective laser beam collimated by the collimation lens, and the bend A condenser lens that inputs incident light reflected by a mirror into the process fiber, and the photodiode detects the outer laser light reflected by the collimation lens.
本発明の他の特徴は、ワークにファイバレーザ発振器よりのレーザ光をレーザ加工ヘッドを介して照射して加工を行う加工機において、前記ファイバレーザレーザ発振器におけるダメージを検出するダメージ検出方法であって、
前記ファイバレーザ発振器側のフィーディングファイバと前記レーザ加工ヘッド側のプロセスファイバとを分離するビームカプラ内の空間において、前記レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を検出することである。
Another feature of the present invention is a damage detection method for detecting damage in the fiber laser laser oscillator in a processing machine that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam from a fiber laser oscillator via a laser processing head. ,
Detects the outer laser beam that exists outside the effective laser beam sent to the laser processing head side in the space inside the beam coupler that separates the feeding fiber on the fiber laser oscillator side and the process fiber on the laser processing head side. It is to be.
より好ましくは、前記ビームカプラ内の空間において前記レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光が、前記有効レーザ光の光軸に対して角度をずらした複数の位置で検出されることである。 More preferably, the outer laser beam existing outside the effective laser beam sent to the laser processing head side in the space in the beam coupler is at a plurality of positions shifted in angle with respect to the optical axis of the effective laser beam. It is to be detected.
本発明によれば、ファイバレーザ発振器の損傷を的確に判定し、的確な交換を行うことができる。 According to the present invention, damage of a fiber laser oscillator can be accurately determined and replaced accurately.
図1は、本発明を実施したレーザ加工装置の実施形態の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a laser processing apparatus embodying the present invention.
図1に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ光を照射するファイバレーザ発振器3を有しており、ファイバレーザ発振器3から出力されたレーザ光は、フィーディングファイバ5を伝播し、ビームカプラ7に達する。
As shown in FIG. 1, the
そのビームカプラ7を経たレーザ光は、プロセスファイバ9を伝播し、その出射端部より出射されたレーザ光は、レーザ加工ヘッド11へ入射され、レーザ加工ヘッド11からワークWへ照射される。
The laser light that has passed through the
このビームカプラ7により、フィーディングファイバ5とプロセスファイバ9とを分離している。すなわち、レーザ加工装置1は、ファイバレーザレーザ発振器3側のフィーディングファイバ5とレーザ加工ヘッド11側のプロセスファイバ9とを分離するビームカプラ7を有している。
The
フィーディングファイバ5とプロセスファイバ9とが分離されることにより、ワークWからの反射光の影響や機械的ストレスを最も受けやすいプロセスファイバ9が損傷しても、そのプロセスファイバ9のみを交換すれば良いこととなり、ファイバレーザ発振器3の頻繁な交換が避けられる。
Even if the
ここで、ファイバレーザ発振器3は、高密度ファイバ結合型LD光源として複数のレーザダイオード3aと、複数のレーザダイオード3aよりの種光を結合する励起コンバイナ3bと、励起コンバイナ3bよりの光をドープファイバ(励起ファイバ)3dへ導く第1のファイバブラッググレーティング3cと、第1のファイバブラッググレーティング3cよりの光で、加工に使用する波長のビーを励起するドープファイバ3dと、ドープファイバ3dよりの光を取り出す第2のファイバブラッググレーティング3eと、を有している。
Here, the
なお、ファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:FBG) は、光ファイバのコアに含まれる例えばGeイオンが紫外線照射によって屈折率変化を起こすことを利用して光ファイバ内に回折格子を書き込んだ素子であって、ファイバ内を伝搬する特定の波長の光を反射するので、ドープファイバ(励起ファイバ)3dには例えば、イッテリビウム(Yb)がドープされ、概略1060-1080nmの波長帯の励起光が生成される。 Fiber Bragg Grating (FBG) is an element in which a diffraction grating is written in an optical fiber by utilizing, for example, Ge ion contained in the core of an optical fiber to cause a change in refractive index by ultraviolet irradiation. Therefore, the doped fiber (pumping fiber) 3d is doped with, for example, ytterbium (Yb) to generate pumping light having a wavelength band of approximately 1060-1080 nm. .
また、図1に示すように、レーザ加工装置1は、後述するビームカプラ7内に設けられたフォトダイオード13a、13b、13c(図2)よりの検出信号を受信する制御部15を有しており、検知信号を受信した制御部15は、ファイバ光ビームの拡がり角が所定値を越えると、警告を発したり、レーザ光のワークへの照射を停止するようにファイバレーザ発振器3を制御したりする。
As shown in FIG. 1, the
図2は、図1に示したビームカプラ7の第1実施形態の内部構成図である。このビームカプラ7は、その内部にレーザ光の拡がり角を監視する機能を有している。
FIG. 2 is an internal configuration diagram of the first embodiment of the
図2に示すように、ビームカプラ7では、フィーディングファイバ5より射出されたレーザ光LB1は、コリメーションレンズ7aで平行化されて有効レーザ光LB2となり、入射する有効レーザ光LB2に対して反射面を、ほぼ45度傾斜させて設けられたベンドミラー7bで反射され、入射光LB3として集光レンズ7cに入射され、プロセスファイバ9に入力されるようになっている。
As shown in FIG. 2, in the
そして、ビームカプラ7は、フィーディングファイバ5より射出されたレーザ光LB1の内で、レーザ加工ヘッド11側へ送られる有効レーザ光LB1aの外側に存在する弱い光(外側レーザ光LB1b)を検出するためのフォトダイオードからなる外側レーザ光検出部13が設けられている。
The
この実施形態では、外側レーザ光検出部13は、ビームカプラ7内の空間におけるコリメーションレンズ7aの外側近傍に、有効レーザ光LB1aの光軸Xに対して角度をずらして3個並んで扇形に配列された少なくても3個のフォトダイオード13a、13b、13cからなっている。
In this embodiment, three outer
すなわち、図2に示すように、フォトダイオード13aが、コリメーションレンズ7aの光軸Xに対して角度α1の位置に配置され、フォトダイオード13bが、光軸Xに対して角度α2の位置に配置され、フォトダイオード13cが、光軸Xに対して角度α3の位置に配置されており、α1<α2<α3となっている。フォトダイオード13aが配置される角度α1は、レーザ加工ヘッド11側へ送られる有効レーザ光LB1aの内で最も外側のレーザ光の光軸Xに対する角度より大きい。
That is, as shown in FIG. 2, the
なお、フィーディングファイバ5の端からフォトダイオード13a、13b、13cまでの距離は、それぞれ同じとなっている。
Note that the distances from the end of the feeding
このように、フォトダイオード13a、13b、13cのそれぞれが、コリメーションレンズ7aの光軸Xに対して角度をずらした位置で、外側レーザ光LB1bを検出する。なお、この実施形態では、3個のフォトダイオード13a、13b、13cを配設したが、3個以上設けても良い。
Thus, each of the
このフォトダイオード13a、13b、13cにより、ビームカプラ7内の空間において外側レーザ光LB1bを検出することにより、フィーディングファイバ5より入射されたレーザ光LB1の拡がり角を検出し監視することができ、その検出した拡がり角により、ファイバレーザ発振器3側のファイバの損傷を判定することができる。
By detecting the outer laser beam LB1b in the space in the
以下、外側レーザ光LB1bの検出によるファイバレーザ発振器3側のファイバの損傷判定について説明する。
Hereinafter, damage determination of the fiber on the
ファイバレーザ発振器3の内部のファイバ(例えば、フィーディングファイバ5)に僅かにでもダメージ(クラックや曲げによる損傷)が生じると、ファイバの構造が変化し、それにより導波モードが増加するように変化し、その導波モードの増加により、ファイバ端から出射されるファイバ光ビームの拡がり角が大きくなる。ここで、光ファイバを光が全反射して伝わるとき、横方向に共振して反射角が制限されることでとびとびの角度となり、その光ファイバ内の光強度分布が特定の形となる。このような光強度分布を保ったまま伝わる光線の集まりを導波モードという。ファイバ内部が傷付くと、その光強度分布が変化してしまい、ファイバ光ビームの拡がり角が変化するから、拡がり角が大きくなったものを観測することができるものである。
If even a slight damage (damage due to cracking or bending) occurs in the fiber (for example, feeding fiber 5) inside the
例えば、図9に示すように、コア21とクラッド23の境界が破損等で形状変形した場合、θ1の広がり角の光線がθ3に変化する、無論θ2が逆方向に形状変形した場合θ3は別の角度になるが、コアとクラッドの境界がフラットな状態から乱れることになるから、下の図に示す方向25へのθ2の形状変化を捉えることで、ファイバが破損していることを検出できるものである。
For example, as shown in FIG. 9, when the boundary between the core 21 and the clad 23 is deformed due to breakage or the like, the light beam having the divergence angle of θ1 changes to θ3, and of course θ2 is deformed in the opposite direction. However, since the boundary between the core and the clad is disturbed from a flat state, it is possible to detect that the fiber is broken by capturing the change in the shape of θ2 in the
なお、図9においては、光ファイバに生じた応力によって、クラッド23とコア21の境界に形状が変化した場合を想定し、変化部に反射した光は、2×θ2だけ広がり角が大きくなる。そのため、強度分布が全体的に広がると考えられる。
In FIG. 9, it is assumed that the shape is changed at the boundary between the clad 23 and the
なお、以下の説明では、ダメージを受けるファイバとしてフィーディングファイバ5を挙げて説明するが、ドープファイバ3dのようなファイバレーザ発振器3の内部の他のファイバがダメージを受ける場合もある。
In the following description, the feeding
このファイバ光ビームの拡がり角が大きくなった状態で放置すると、ファイバ光ビームの拡がり角が、さらに大きくなってゆき、ファイバレーザ発振器3の破損につながってしまう。
If the fiber light beam is left in a state in which the divergence angle is large, the divergence angle of the fiber light beam is further increased and the
図3は、損傷の無いフィーディングファイバ5よりのレーザ光LB1の強度分布を示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the intensity distribution of the laser beam LB1 from the feeding
図3に示すように、フィーディングファイバ5よりのレーザ光LB1の強度分布は、フィーディングファイバ5の中心位置で最も強いピークPとなり、そのピークPの両側に向かって強度は落ちて行く。
As shown in FIG. 3, the intensity distribution of the laser beam LB1 from the feeding
図3において、点線で示す範囲内は、コリメーションレンズ7aで平行化される有効レーザ光LB1aの強度を示し、点線で示す範囲外は、有効レーザ光LB1aの外側に存在する外側レーザ光LB1bの強度を示す。レーザ光LB1の強度は、ピークPの外側に向かって、徐々に強度が落ちて行き、点線で示す範囲の外側では、強度の低下(傾き)が緩やかになる。
In FIG. 3, the range indicated by the dotted line indicates the intensity of the effective laser beam LB1a collimated by the
なお、図3の横軸は角度位置を示す。前記点線の範囲は、例えば、7.5度〜8.5度が好ましく、7.5度〜9.5度が更に好ましく、7.5度〜10.5度が更に好ましい。このように点線範囲を選択するのは、微細な発散角の変化から明らかなファイバ破損による発散角の変化までを経年的または発散状態の変遷として捉えることができるとの理由からである。 In addition, the horizontal axis of FIG. 3 shows an angular position. The range of the dotted line is, for example, preferably 7.5 ° to 8.5 °, more preferably 7.5 ° to 9.5 °, and further preferably 7.5 ° to 10.5 °. The reason why the dotted line range is selected in this way is that a change from a minute change in the divergence angle to an apparent change in the divergence angle due to fiber breakage can be regarded as a transition of the aging or divergence state.
その点線で示す範囲の外側における強度の低下(傾き)が緩やかになる部分を、フォトダイオード13a、13b、13cにより検出している。
The
図3では、フォトダイオード13a、13b、13cにより検出した外側レーザ光LB1bの強度を白丸で示している。
In FIG. 3, the intensity of the outer laser beam LB1b detected by the
図4は、損傷を有するフィーディングファイバ5よりのレーザ光LB1の強度分布103を示すグラフ図である。図4では、実線で示すように、強度分布および拡がり角が損傷の無いファイバからのレーザ光に比べて大きくなっている。
FIG. 4 is a graph showing the
図5は、損傷を有するフィーディングファイバ5よりの外側レーザ光LB1bの強度分布103を示すグラフ図である。図5に示すように、損傷を有するファイバからの外側レーザ光の強度103は、損傷のないファイバからの外側レーザ光の強度101に比較して強度は大きく、傾斜は小さい。
FIG. 5 is a graph showing the
従って、フォトダイオード13a、13b、13cにより検出した外側レーザ光LB1bの強度を検出すれば、図5の白丸に示すように、ファイバに損傷の無い状態におけるフォトダイオード13a、13b、13cにより検出した外側レーザ光LB1bの強度分布(一点鎖線)に比べ、拡がり角が大きくなった状態におけるフォトダイオード13a、13b、13cにより検出した外側レーザ光LB1bの強度分布(実線)は、強度が増加すると共に、傾きが減少するようになる。
Therefore, if the intensity of the outer laser beam LB1b detected by the
フォトダイオード13a、13b、13cにより検出された検出信号は、制御部15に送られる。
Detection signals detected by the
従って、まず、制御部15が、ファイバに損傷の無い状態の場合におけるフォトダイオード13a、13b、13cにより検出した外側レーザ光LB1bの強度分布101を検出して記憶しておき、その強度分布101と新たに検出した強度分布103を比較し、強度分布103が、強度分布101と比べて強度が増加すると共に、傾きが減少するようなら、ファイバ光ビームの拡がり角が大きくなったと判定する。
Therefore, first, the
強度分布103の傾きが強度分布101の傾きより所定以上減少が発生するとファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したと判定する。
If the slope of the
そして、制御部15は、ファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したと判定すると、表示部等に警告を発したり、レーザ光のワークへの照射を停止したりするようにファイバレーザ発振器3を制御する。
When the
本実施形態の場合、強度分布の傾きが、例えば10%変化したらファイバが損傷したと判定する。 In the case of the present embodiment, it is determined that the fiber is damaged when the slope of the intensity distribution changes, for example, by 10%.
従って、この第1実施形態によれば、ファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したことを確実に判定できる。
Therefore, according to the first embodiment, it can be reliably determined that the fiber on the
そして、ファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したと判定されて動作が停止された後、ファイバレーザ発振器3の交換等をおこなう。
Then, after it is determined that the fiber on the
次に、本願発明の第2実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図6は、図1に示したビームカプラ7の第2実施形態の内部概略構成図である。
FIG. 6 is an internal schematic configuration diagram of the second embodiment of the
図6に示すように、この第2実施形態では、ビームカプラ7内で、フィーディングファイバ5より入射されたレーザ光LB1において、コリメーションレンズ7aを透過した有効レーザ光LB2aの外側に存在する弱い光(外側レーザ光LB2b)を検出するためのフォトダイオードからなる外側レーザ光検出部17が設けられている。
As shown in FIG. 6, in the second embodiment, the weak light existing outside the effective laser beam LB2a transmitted through the
ビームカプラ7内の他の構成は第1実施形態と同様である。すなわち、フィーディングファイバ5より入射されたレーザ光LB1は、コリメーションレンズ7aで平行化されて有効レーザ光LB2となり、入射する有効レーザ光LB2に対して反射面を、ほぼ45度傾斜させて設けられたベンドミラー7bで反射され、入射光LB3として集光レンズ7cに入射され、プロセスファイバ9に入力されるようになっている。
Other configurations in the
この実施形態では、外側レーザ光検出部17は、ビームカプラ7内の空間におけるコリメーションレンズ7aとベンドミラー7bとの間に、有効レーザ光LB2の光軸Xに対して角度をずらして3個並んで扇形に配列されたフォトダイオード17a、17b、17cからなっている。
In this embodiment, three outer
すなわち、図6に示すように、フォトダイオード17aが、有効レーザ光LB2の光軸Xに対して角度α6の位置に配置され、フォトダイオード17bが、光軸Xに対して角度α5の位置に配置され、フォトダイオード17cが、光軸Xに対して角度α4の位置に配置されており、α4<α5<α6となっている。なお、コリメーションレンズ7aの端面からフォトダイオード17a、17b、17cまでの距離は、それぞれ同じとなっている。
That is, as shown in FIG. 6, the
このように、フォトダイオード17a、17b、17cのそれぞれが、有効レーザ光LB2の光軸Xに対して角度をずらした位置で、外側レーザ光LB2bを検出するようになっている。なお、この実施形態では、3個のフォトダイオード17a、17b、17cを配設したが、3個以上設けても良い。
As described above, each of the
このフォトダイオード17a、17b、17cにより、ビームカプラ7内の空間において外側レーザ光LB2bを検出することにより、フィーディングファイバ5より入射されたレーザ光LB1の拡がり角およびコリメーションレンズ7aの破損を検出し監視することができる。
By detecting the outer laser beam LB2b in the space in the
以下、外側レーザ光LB2bの検出によるファイバレーザ発振器3側のファイバの損傷判定およびコリメーションレンズ7aの破損判定ついて説明する。
Hereinafter, the fiber damage determination on the
ファイバレーザ発振器3の内部のファイバに僅かにでもダメージ(クラックや曲げによる)が生じると、ファイバの構造が変化し、それにより導波モードが増加するように変化し、その導波モードの増加により、ファイバ端から出射されるファイバ光ビームの拡がり角が大きくなる。
If even a slight damage (due to cracking or bending) occurs in the fiber inside the
このファイバ光ビームの拡がり角が大きくなった状態で放置すると、ファイバ光ビームの拡がり角が、さらに大きくなってゆき、ファイバレーザ発振器3の破損につながってしまう。
If the fiber light beam is left in a state in which the divergence angle is large, the divergence angle of the fiber light beam is further increased and the
また、コリメーションレンズ7aに損傷があると、その損傷によりファイバ光が拡散し、レーザ光の強度が上昇し、集光レンズの破損につながる。
Further, if the
図8は、コリメーションレンズ7aよりの外側レーザ光LB2bの強度分布を示すグラフ図である。
FIG. 8 is a graph showing the intensity distribution of the outer laser beam LB2b from the
図8に示すように、損傷を有するファイバからの外側レーザ光LB2bの強度分布203は、損傷のないファイバからの外側レーザ光の強度分布201に比較して強度は大きく、傾斜は小さくなる。一方、損傷したコリメーションレンズ7aからの外側レーザ光LB2bの強度分布205は、損傷のないコリメーションレンズ7aからの外側レーザ光の強度分布201に比較して傾斜は同じで、強度は大きくなる。
As shown in FIG. 8, the
図8では、損傷のないファイバからの外側レーザ光の強度分布を一点鎖線で示し、損傷を有するファイバよりのレーザ光の強度分布を実線で示し、損傷を有するコリメーションレンズ7aよりのレーザ光の強度分布を二点鎖線で示している。
In FIG. 8, the intensity distribution of the outer laser light from the fiber having no damage is indicated by a one-dot chain line, the intensity distribution of the laser light from the fiber having damage is indicated by a solid line, and the intensity of the laser light from the
従って、フォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度を検出すれば、図8に示すように、ファイバに損傷の無い状態におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布201に比べ、ファイバに損傷のある状態におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布203は、強度が増加すると共に、傾きが減少する。
Therefore, if the intensity of the outer laser beam LB2b detected by the
また、図8に示すように、ファイバに損傷の無い状態におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布201に比べ、コリメーションレンズ7aが損傷した状態におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布205は、傾きはそのままに強度が増加する。
Further, as shown in FIG. 8, the
フォトダイオード17a、17b、17cにより検出された検出信号は、制御部15に送られる。
Detection signals detected by the
従って、まず、制御部15が、ファイバに損傷の無い状態の場合におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布201を検出して記憶しておき、その強度分布201と新たに検出した強度分布203を比較し、強度分布203が、強度分布201と比べて強度が増加すると共に、傾きが減少するなら、ファイバ光ビームの拡がり角が所定値を越えてファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したと判定する。
Therefore, first, the
また、制御部15が、ファイバに損傷の無い状態の場合におけるフォトダイオード17a、17b、17cにより検出した外側レーザ光LB2bの強度分布201と新たに検出した強度分布205を比較し、強度分布205が、強度分布201と比べて傾きが変らずに、強度が増加するなら、コリメーションレンズ7aが損傷したと判定する。
Further, the
そして、制御部15は、ファイバレーザ発振器3側のファイバあるいはコリメーションレンズ7aが損傷したと判定すると、警告を発したり、レーザ光のワークへの照射を停止するようにファイバレーザ発振器3を制御したりする。
When the
そして、ファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したと判定された場合は、ファイバレーザ発振器3の交換等をおこなう。
When it is determined that the fiber on the
また、コリメーションレンズ7aが損傷したと判定された場合は、ビームカプラ7の交換等をおこなう。
When it is determined that the
従って、この第2実施形態によれば、ファイバレーザ発振器3側のファイバが損傷したことを確実に判定できると共に、ビームカプラ7内のコリメーションレンズ7aの損傷も判定できる。
Therefore, according to the second embodiment, it is possible to reliably determine that the fiber on the
次に、図2に示した第1実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of the first embodiment shown in FIG. 2 will be described.
図7は、図2に示した第1実施形態の変形例におけるビームカプラ7の内部の概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the inside of the
図2に示した第1実施形態では、コリメーションレンズ7aで拾われる有効レーザ光LB1aの外側に存在する外側レーザ光LB1bを直接検出するようにしていたが、この変形例では、コリメーションレンズ7aで反射された外側レーザ光LB1bを、外側レーザ光検出部19で検出するようにしている。
In the first embodiment shown in FIG. 2, the outer laser beam LB1b existing outside the effective laser beam LB1a picked up by the
そのため、図7に示すように、外側レーザ光検出部19のフォトダイオード19a、17b、17cを、コリメーションレンズ7aによる外側レーザ光LB1bの反射方向に、有効レーザ光LB1aの光軸Xに対して角度をずらして3個並んで扇形に配列されている。
Therefore, as shown in FIG. 7, the
このように、フォトダイオード19a、19b、19cのそれぞれが、有効レーザ光LB1aの光軸Xに対して角度をずらした位置で、コリメーションレンズ7aで反射された外側レーザ光LB1bを検出するようになっている。なお、この実施形態では、3個のフォトダイオード19a、19b、19cを配設したが、3個以上設けても良い。
As described above, each of the
このフォトダイオード19a、19b、19cにより、ビームカプラ7内の空間において外側レーザ光LB1bを検出することにより、フィーディングファイバ5より入射されたレーザ光LB1の拡がり角および強度を検出し監視することができ、その検出した拡がり角および強度により、ファイバレーザ発振器3側のファイバまたはレンズの損傷を判定することができる。
By detecting the outer laser beam LB1b in the space in the
この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。 The present invention is not limited to the embodiments of the invention described above, and can be implemented in other modes by making appropriate modifications.
例えば、ビームカプラ7内の空間において、第1実施形態のフォトダイオード13a、13b、13cと、第2実施形態のフォトダイオード17a、17b、17cとを一緒に配置するようにしても良い。
For example, in the space in the
1 レーザ加工装置
3 ファイバレーザ発振器
5フィーディングファイバ
7ビームカプラ
7a コリメーションレンズ
9 プロセスファイバ
11 レーザ加工ヘッド
13、17、19 外側レーザ光検出部
15 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ファイバレーザ発振器側のフィーディングファイバと前記レーザ加工ヘッド側のプロセスファイバとを分離するビームカプラを有し、
前記ビームカプラ内の空間に、前記レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を検出するための外側レーザ光検出部を設けたことを特徴とするダメージ検出装置。 In a processing machine that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam from a fiber laser oscillator through a laser processing head, a damage detection device that detects damage in the fiber laser laser oscillator,
A beam coupler that separates the feeding fiber on the fiber laser oscillator side and the process fiber on the laser processing head side;
A damage detection apparatus comprising an outer laser light detection unit for detecting an outer laser beam existing outside an effective laser beam sent to the laser processing head side in a space in the beam coupler.
前記ファイバレーザ発振器側のフィーディングファイバと前記レーザ加工ヘッド側のプロセスファイバとを分離するビームカプラ内の空間において、前記レーザ加工ヘッド側へ送られる有効レーザ光の外側に存在する外側レーザ光を検出することを特徴とするダメージ検出方法。 In a processing machine that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam from a fiber laser oscillator through a laser processing head, a damage detection method for detecting damage in the fiber laser laser oscillator,
Detects the outer laser beam that exists outside the effective laser beam sent to the laser processing head side in the space inside the beam coupler that separates the feeding fiber on the fiber laser oscillator side and the process fiber on the laser processing head side. A damage detection method characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016153553A JP2018022786A (en) | 2016-08-04 | 2016-08-04 | Damage detection apparatus and method in laser oscillator for laser processing machine |
Applications Claiming Priority (1)
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