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KR20170061672A - 특히 산업적 프로세스를 위한 레이저 공급원 - Google Patents

특히 산업적 프로세스를 위한 레이저 공급원 Download PDF

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KR20170061672A
KR20170061672A KR1020177007705A KR20177007705A KR20170061672A KR 20170061672 A KR20170061672 A KR 20170061672A KR 1020177007705 A KR1020177007705 A KR 1020177007705A KR 20177007705 A KR20177007705 A KR 20177007705A KR 20170061672 A KR20170061672 A KR 20170061672A
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laser
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outlet
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넌지오 맥나노
마우리지오 가티글리오
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꼼마우 에스.피.에이.
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Abstract

레이저 공급원은 제1 레이저 빔을 생성하기 위한, 하나 이상의 다이오드 레이저 공급원(20)을 포함하는, 레이저 빔 발생 유닛(2), 및 광학적 증폭 유닛(6)을 포함하고, 그러한 광학적 증폭 유닛은 발생 유닛(2)에 의해서 방출된 제1 레이저 빔으로부터 유도된 레이저 광으로 펌핑되도록 그리고 그 출력부에서 제2 레이저 빔을 출력하도록 구성되는 적어도 하나의 증폭기 모듈(60)을 포함하고, 제2 레이저 빔 출력은 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 제1 레이저 빔에 비해서 더 높은 빔 품질 및 더 낮은 파워 값을 갖는다. 상기 발생 유닛(2)과 상기 광학적 증폭 유닛(6) 사이에는, 레이저 빔 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)이 개재되고, 그러한 레이저 빔 전환 및 어드레싱 광학적 유닛은, 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 제1 광학적 라인(44)을 향해서 또는 제2 광학적 라인(45)을 향해서 선택적으로 지향시키도록 구성된 광학적 경로 선택 장치(43)를 포함하고, 그러한 제1 광학적 라인은 레이저 공급원(1)의 제1 배출구(U1)에서 비교적 큰 파워 값 및 비교적 낮은 품질을 가지는 레이저 빔의 방출을 위한 것이고, 제2 광학적 라인은 레이저 공급원(1)의 제2 배출구(U2)에서 비교적 작은 파워 값 및 비교적 높은 품질을 가지는 레이저 빔의 방출을 생성하기 위한 것이다.

Description

특히 산업적 프로세스를 위한 레이저 공급원{LASER SOURCE, PARTICULARLY FOR INDUSTRIAL PROCESSES}
본 발명은 레이저 공급원에 관한 것이고, 특히 금속 재료의 용접, 브레이징, 및 절단 동작과 같은, 산업적인 프로세스에 맞춰 구성된 유형의 레이저 공급원에 관한 것이다.
많은 종류의 레이저 공급원이 과거에 개발되었고, 산업적인 프로세스 분야 특히 금속 재료 상의 프로세스의 분야에서 다양한 요구를 만족시키기 위해서 시장에서 현재 입수될 수 있다. 일반적으로, (금속 재료의 용접, 브레이징 및 절단과 같은) 상이한 프로세스들, 프로세스에서의 상이한 정밀도, 및 (용접 또는 절단하고자 하는 금속 시트의 두께의 상이한 값들과 같은) 프로세스되는 재료의 상이한 특성들은 최적의 결과를 보장하기 위해서, 레이저 빔의 상이한 특성을 요구한다. 이러한 프로세스 중 일부의 경우에, 레이저 빔의 품질 수준이 낮은 반면, 다른 적용예의 경우에 빔의 품질이 높아야 한다.
본 설명에서, 그리고 이하의 청구항에서, 레이저 빔의 "품질"이라는 용어에 의해서, 레이저 빔의 능력은 레이저 스폿에서 큰 파워 밀도를 발생시키기 위해서 매우 작은 스폿으로 포커스될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로 정의되는 레이저 빔의 품질은, 레이저 빔의 발산 각도의 절반과 그 가장 좁은 부분(빔 허리부(beam waist))에서의 빔 직경의 곱(product)에 상응하는 밀리라디안당 밀리미터(mm.mrad)로 측정된, BPP("Beam Parameter Product")로 지칭되는 매개변수의 값에 의해서 일반적으로 표시된다. BPP의 값이 낮을수록, 레이저 빔의 품질이 높다. 그에 따라, 상이한 산업적인 적용예들은, 서로 상당히 상이한 BPP 매개변수의 값들을 가지는 레이저 빔들의 이용을 요구할 수 있다. 유사하게, 구체적인 적용예의 함수로서, 레이저 빔의 파워가 달라질 수 있다.
많은 공지된 유형의 레이저 공급원에서, 레이저 빔의 품질 및 파워를 매우 제한된 범위로 변경할 수 있으나, 레이저 빔의 특성을 상당히 수정할 수 있는 가능성은 없다. 이러한 목적을 위해서, 현재, 상이한 산업적인 동작들을 실시하기 위해서 상이한 레이저 공급원들을 종종 이용할 필요가 있다.
다른 한편으로, 실시하고자 하는 산업적 동작의 성질 및/또는 프로세스하고자 하는 재료의 성질에 따라서 용이하게 적응될 수 있는, 하나의 "범용" 레이저 공급원을 가지는 것이 바람직할 수 있을 것이다.
이미 개발된 그리고 시장에서 현재 이용 가능한 여러 가지 유형의 레이저 공급원들 중에서, 다이오드 레이저 공급원 및 활성 광섬유를 가지는 레이저 공급원을 특히 여기에서 언급할 가치가 있다. 활성 광섬유를 가지는 레이저 공급원의 유형은 광섬유를 포함하고, 그러한 광섬유 내에는, 자극 방출(stimulated emission)의 원리를 이용하는 것에 의해서 광 빔을 증폭할 수 있는 능력을 갖는 "활성" 재료(전형적으로, 희토류 재료)가 분산된다. 전형적으로, 활성 광섬유는 다이오드 레이저 공급원에 의해서 생성된 레이저 빔으로 "펌핑된다(pumped)". 일반적으로, 활성 광섬유를 가지는 공급원은 다이오드 레이저 공급원과 관련하여 고품질의 빔을 생성하는 반면, 광섬유 내의 분산으로 인한 파워 손실을 유발한다.
US 2014/0177038의 도 3은, 2개의 광섬유들 사이에서 레이저 빔을 스위칭할 수 있는, 섬유-집적된 광학적 빔 스위치를 구비하는, 이중 휘도(dual brilliance)를 가지는 레이저 장치를 도시하고, 그러한 광섬유들 중 하나는 제1 배출구에 연결되고, 다른 광섬유는 이테르븀 섬유 발진기에 연결되며, 이는 더 큰 휘도를 가지는 복사선을 가지는 섬유 출력을 제공한다.
본 발명의 목적은 또한 서로 상당히 상이한 산업적인 동작들에서 이용될 수 있도록, 서로 상당히 상이한 특성들을 가지는 레이저 빔들을 선택적으로 생성할 수 있는 레이저 공급원을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 단순한 그리고 효과적인 구조를 가지는 레이저 공급원으로 이러한 목적을 달성하는 것이다. 추가적인 목적은 전술한 유형의 하나 이상의 레이저 공급원을 유리하게 그리고 효과적인 방식으로 이용할 수 있게 하는, 복수의 장치, 셀 또는 레이저 프로세스를 위한 스테이션을 가지는 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적 달성을 고려하여, 본 발명은 레이저 공급원을 제공하고, 그러한 레이저 공급원은:
- 제1 레이저 빔을 생성하기 위한, 하나 이상의 다이오드 레이저 공급원을 포함하는, 레이저 빔 발생 유닛,
- 그러한 발생 유닛에 의해서 방출된 제1 레이저 빔으로부터 유도된 레이저 광을 수용하도록 그리고 발생 유닛으로부터 유입되는 제1 레이저 빔에 비해서 더 높은 빔 품질 및 더 낮은 파워 값을 가지는 제2 레이저 빔을 그 출력부에서 방출하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기 모듈을 포함하는, 광학적 증폭 유닛, 및
- 발생 유닛과 광학적 증폭 유닛 사이에 개재된, 레이저 빔 스위칭 및 어드레싱 광학적 유닛을 포함하고,
그러한 레이저 빔 스위칭 및 어드레싱 광학적 유닛은:
- 발생 유닛으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 수용하기 위한 유입구,
- 제1 레이저 빔을 레이저 공급원의 제1 배출구로 진행시키기 위한 제1 광학적 라인,
- 제1 레이저 빔을 광학적 증폭 유닛의 적어도 하나의 증폭기 모듈을 향해서 진행시키기 위한 제2 광학적 라인, 및
- 유입구와 제1 및 제2 광학적 라인 사이에 개재된 광학적 경로 선택기 장치를 포함하고,
그러한 광학적 경로 선택기 장치는 발생 유닛으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 선택적으로:
- 제1 광학적 라인을 향해서 지향시켜, 레이저 공급원의 제1 배출구에서 비교적 큰 파워 및 비교적 낮은 품질을 갖는 레이저 빔의 방출을 생성하거나,
- 제2 광학적 라인을 향해서 지향시켜, 레이저 공급원의 제2 배출구에서 비교적 낮은 파워 및 비교적 높은 품질을 갖는 레이저 빔의 방출을 생성한다.
바람직하게, 광학적 증폭 유닛은, 제2 광학적 라인에 의해서 병렬로 공급되는 각각의 유입구 및 제2 배출구를 향해서 수렴하는 광학적 라인에 연결된 각각의 배출구를 가지는, 병렬로 배열된 복수의 증폭기 모듈을 포함한다.
전술한 특징으로 인해서, 본 발명은, 관심의 대상이 되는 구체적인 적용예에 따라서, 상당히 상이한 특성들을 가지는 레이저 빔들을 방출하도록 선택적으로 작동되는, 서로 분리된 제1 배출구 및 제2 배출구를 가지는 단일 레이저 공급원을 제공한다.
그에 따라, 예를 들어, 동일한 작업 사이클 내에서 상이한 성질의 이러한 셀 프로세스들에서 실시하기 위한, 및/또는 레이저 공급원의 교체를 필요로 하지 않고, 동일한 셀 내에서 새로운 작업 사이클의 추후의 도입을 가능하게 하기 위한 및/또는 예를 들어 동일한 작업 셀에서 상이한 프로세스들을 실시하기 위해서 또는 상이한 작업 셀들에서 상이한 프로세스들을 실시하기 위해서, 또는 제1 작업 셀에서 전용 공급원으로서 그리고 다른 작업 셀에서 예비용(back-up) 공급원으로서 작용하기 위해서 동일한 레이저 공급원을 이용하기 위한, 단일 레이저 공급원을 가지는 산업적인 시설 내에서 프로세스 셀을 구현할 수 있다.
바람직한 실시예에 따라서, 전술한 레이저의 빔 발생 유닛은, 이미 전술한 바와 같은, 복수의 다이오드 레이저 공급원을 포함하는 반면, 광학적 증폭 유닛의 각각의 증폭기 모듈은, 발생 유닛으로부터 스위칭 및 어드레싱 광학적 유닛의 제2 광학적 라인을 통해서 유입되는, 모듈 내로 진입하는 레이저 빔을 증폭할 수 있는 (이테르븀과 같은) 활성 재료를 포함하는 유형의 적어도 하나의 활성 광섬유를 포함한다.
또한 전술한 바람직한 실시예의 경우에, 광학적 경로 선택기 장치는 제1 동작 위치와 제2 동작 위치 사이에서 이동 가능한 거울에 의해서 바람직하게 구성되고, 발생 유닛으로부터 유입되는 레이저 빔은 제1 광학적 라인을 향해서 그리고 제2 광학적 라인을 향해서 각각 지향된다. 제1 해결책에서, 거울은, 그 제1 동작 위치에 있을 때, 발생 유닛으로부터 유입되는 레이저 빔을 차단하지 않고, 그에 의해서 레이저 빔이 제1 광학적 라인을 향해서 추가적으로 계속될 수 있게 하는 반면, 그 제2 동작 위치에서, 거울은 레이저 빔을 차단하고 그 레이저 빔을 제2 광학적 라인을 향해서 반사시킨다. 하나의 변형예에서, 거울은 그 양(both) 동작 위치에서 레이저 빔을 차단하나, 그러한 위치에서 다른 배향을 가질 수 있고, 그에 따라 레이저 빔을 제1 광학적 라인을 향해서 그리고 제2 광학적 라인을 향해서 각각 반사시킬 수 있다.
광학적 경로 선택 거울의 이동은, 바람직하게 전기 작동되는, 임의의 공지된 유형의 액추에이터 장치에 의해서 제어된다.
본 발명의 추가적인 특성 및 장점은, 순전히 비제한적인 예로서 제공되는 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 공급원의 예시적인 실시예의 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 도면의 일부 구성요소의 확대된 축척의 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 하나 이상의 레이저 공급원을 이용하는 2개의 산업적인 시설의 도면이다.
도면을 참조하면, 참조번호 '1'은 산업적인 프로세스에서, 특히 금속 재료에서 이용하기 위한 레이저 공급원을 전반적으로 나타낸다. 본원에서 설명되는 레이저 공급원은 예를 들어, 레이저 용접 동작, 레이저 브레이징 동작, 및/또는 레이저 절단 동작과 같은, 여러 가지 유형의 동작이 실시되는 산업적인 셀 내에서 이용될 수 있다.
본원에서 설명되는 실시예의 많은 구성요소 형성 부분이 단지 도식적으로 첨부 도면에 도시되어 있는데, 이는 단독으로 취해진 그들 각각이, 임의의 공지된 방식으로 제조될 수 있기 때문이다. 도면으로부터 이러한 구성의 구체적인 부분을 제거하면 그러한 구성이 보다 단순해지고 이해가 보다 용이해진다.
본 발명에 따라서, 레이저 공급원(1)은 전반적으로 참조 번호 '2'로 표시된, 레이저 빔 발생 유닛을 포함한다. 발생 유닛(2)은 임의의 공지된 방식으로 구성된 복수의 다이오드 레이저 공급원(20)을 포함한다. 다이오드 레이저 공급원(20)으로부터 유입되는 레이저 광은 출력부가 광섬유(3)에 연결되는, 자체가 또한 공지된 유형인, 섬유 조합기(22) 내로 병합되는 광섬유(21) 내로 안내된다.
실제 실시예에서, 발생 유닛(2)은 약 6 kW의 파워 및 50 mm.mrad 범위의 BPP 값에 상응하는 빔 품질을 제1 레이저 빔을 가지는 광섬유(3) 내에서 생성할 수 있다.
당연하게, 도 1에서 도식적으로 도시되고 또한 도 3에서 확대된 축척으로 확인될 수 있는 발생 유닛(2)의 구성은 본원에서 순전히 예로서 제공된 것이 한편, 당업자는 이러한 발생 유닛이 현재 공지된 다이오드 레이저 공급원의 구성 중 임의의 구성에 따라서 제조될 수 있다는 것을 잘 이해할 수 있을 것이다.
발생 유닛(2)의 하류에서, 본 발명에 따른 레이저 공급원(1)은 단일 레이저 빔 전환(shifting) 및 어드레싱 광학적 유닛(4)을 포함한다. 도 2를 또한 참조하면, 유닛(4)은 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 광섬유(3)가 연결되는 연결부(40)에 의해서 구성된 유입구를 포함한다. 연결부(40)는 유닛(4)의 유입구에 위치되는 광섬유(41)에 광섬유(3)를 연결한다. 임의의 공지된 유형의 광학적 인터페이스(42)는 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 레이저 빔을, 레이저 빔이 자유롭게 전파되는, 유닛(4)의 케이싱 내부에 제공된 자유 공간(S) 내에서 광섬유(3 및 41)를 통해서 전달한다.
유닛(4) 내부의 공간(S) 내에는, 본원에서 설명된 예에서 거울(43)에 의해서 구성되는 광학적 경로 선택기 장치가 배열된다. 설명된 예에서, 거울(43)은 (도 1, 도 2에서 파선으로 도시된) 제1 동작 위치와 (파선인 아닌 선으로 도시된) 제2 동작 위치 사이에서 그 자신에 평행하게 이동될 수 있다.
거울(43)의 제1 동작 위치에서, 이러한 거울은 발생 유닛으로부터 유래되는 레이저 빔을 차단하지 않고, 그에 따라 레이저 빔은, 본 발명에 따른 레이저 공급원의 제1 배출구(U1)(도 1 참조)에서 종료되는, 참조 번호 '44'로 전반적으로 표시된, 제1 광학적 라인을 향해서 자유롭게 계속될 수 있다. 그 제2 동작 위치에서, 거울(43)은 발생 유닛으로부터 유입되는 레이저 빔을 차단하고 그러한 빔을, 참조번호 '45'로 전반적으로 표시된, 제2 광학적 라인을 향해서 반사시킨다.
이미 전술한 바와 같이, 거울(43)에 대해서 본원에서 개략적으로 도시된 배열에 대한 대안으로서, 제1 동작 위치 및 제2 동작 위치 모두에서 거울이 발생 유닛으로부터 유래되는 레이저 빔을 차단하도록 그리고 그러한 빔을 2개의 상이한 광학적 라인의 방향으로 반사시키도록, 거울이 제1 동작 위치와 제2 동작 위치 사이에서 단순하게 진동되게 하는 배열을 제공할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 참조번호 '46'은 거울의 2개의 동작 위치들 사이에서 거울(43)의 이동을 구동하도록 구성된, 임의의 공지된 유형의 액추에이터, 바람직하게 전기 제어되는 액추에이터를 나타낸다. 거울이 방향(S0)을 따라서 발생 유닛으로부터 유래되는 레이저 빔을 차단하지 않는 (파선으로 도시된) 그 제1 동작 위치에 거울(43)이 있을 때, 이러한 빔은, 광학적 인터페이스(47) 내로 진입할 때까지, (방향(S0)의 연장선을 구성하는) 방향(S1)을 따라서 자유 공간(S) 내에서 더 계속되며, 레이저 빔은 광학적 인터페이스를 통해서 광섬유(48) 내로 안내된다. 광섬유(48)는 연결부(49)에서 종료되며, 그러한 연결부를 통해서 광섬유는 다른 광섬유(481)로 연결되고, 그러한 다른 광섬유는, 본 발명에 따른 레이저 공급원(1)의 제1 배출구(U1)를 구성하는 연결부(482)(도 1 참조)에서 종료된다.
다시 도 2를 참조하면, 거울(43)이 그 제2 동작 위치(파선이 아닌 선으로 도시된)에 있을 때, 방향(S0)을 따라서 발생 유닛으로부터 유래되는 레이저 빔이 거울(43)을 타격하고 이어서 제2 광학적 라인(45)을 향해서 방향(S2)을 따라서 반사된다.
예로서 본원에서 도시된 구체적인 실시예의 경우에, 제2 광학적 라인(45)은 방향(S2)을 따라서 유입되는 레이저 빔을 방향(S3)으로 반사시키는 고정된 거울(451)을 포함한다. 방향(S3)을 따라서 계속되는 레이저 빔은, 순서대로, 복수의 고정된 반-반사 거울(fixed semi-reflecting mirror)(452) 및 전반사적인 말단 고정 거울(453)과 만난다. 반-반사 거울을 타격하는 레이저 빔이 부분적으로 방향(S4)으로 반사되고 부분적으로, 방향(S3)을 따라서, 거울을 지나서 계속되는 방식으로, 반-반사 거울(452)이 구성된다. 말단 거울(453)은 모든 반-반사 거울(452)을 지나서 전달된 광의 일부를 반사시킨다. 방향(S4)을 따라서 반사된 빔 부분은 각각의 광학적 인터페이스(454)를 통해서 유닛(4)의 배출구에 위치되는 복수의 광섬유(5) 내로 안내된다.
도 1을 다시 참조하면, 광섬유(5)는 레이저 광을 광학적 증폭 유닛(6)의 복수의 증폭기 모듈(60)의 유입구로 유도한다. 증폭기 모듈(60)의 각각은 자체적으로 공지된, 도 4에 도식적으로 도시된 유형의 구성을 가지며, 그러한 구성은, 자극 방출 원리의 이용에 의해서 레이저 공급원을 증폭할 수 있는 능력을 가지는, 활성 재료(본원에서 설명된 구체적인 경우에 이테르븀)의 입자가 분산된 "활성" 광섬유(61)를 포함한다.
또한 자체적으로 공지된 기술에 따라서, 활성 광섬유(61)는 각각의 모듈(60)의 입력부 및 출력부에 배열되며 유입구 광섬유(5) 및 배출구 광섬유(64)에 각각 연결된 2개의 브래그 레티큘들(Bragg reticules)(62, 63) 사이에서 연장된다. 광섬유(64)는 광섬유 조합기(65)로 병합되고, 그러한 광섬유 조합기의 배출구는 광섬유(66), 연결부(67) 및 다른 광섬유(68)(도 1 참조)를 통해서, 본 발명에 따른 레이저 공급원(1)의 제2 배출구(U2)를 구성하는 연결부(69)에 연결된다.
증폭기 모듈(60)의 활성 광섬유(61)는 유닛(4)으로부터 유입되고 다이오드 레이저 공급원(20)으로부터 유도된 레이저 광으로 광학적으로 펌핑되고, 제1 배출구(U1)에서 이용가능한 레이저 빔과 상이한 특성을 가지는 레이저 빔을 제2 배출구(U2)에서 생성한다. 특히, 활성 광섬유(61)를 통한 통과는 (약 30% 정도와 같은) 파워의 손실을 의미하나, 빔 품질 즉, 매우 작은 스폿으로 포커스될 수 있는 빔의 능력을 증가시킨다. 실제 예시적인 실시예에서, 배출구(U2)에서 이용 가능한 레이저 빔은 4 kW의 파워 및 약 3 mm.mrad의 BPP 값을 갖는다.
앞선 설명에서 그리고 첨부 도면에서 전술한 바와 같이, 설명되는 구성요소와 관련된 구성의 상세부분이 제공되지 않았는데, 이는 상세부분이 임의의 공지된 방식으로 제조될 수 있기 때문이고 상세 부분을 도면으로부터 제거하는 것이 그러한 구성을 더 단순하게 만들고 이해하기 쉽게 만들기 때문이다.
자체적으로 또한 공지된 기술에 따라서, 레이저 공급원의 모든 기능은 임의의 공지된 유형의 인간-기계 인터페이스가 연관된 전자 제어 유닛(도 1 내지 도 4에 도시하지 않음)에 의해서 제어된다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 공급원을 이용하는 산업적인 시설의 예를 도식적으로 도시한다. 설명된 예는 복수의 레이저 프로세싱 셀 또는 스테이션(R1, R2, R3, R4)을 포함하는, 모터-차량의 생산을 위한 시설의 경우를 참조한다. 예를 들어, 시설은 레이저 브레이징 동작(전형적인 경우에 모터-차량의 지붕을 본체에 연결하기 위한 동작)이 실시되는 스테이션(R1), (모터-차량 도어의 구조물과 같은) 구성요소 상에서 레이저 용접 동작이 실시되는 스테이션(R2), 모터-차량 본체의 벽 내에 개구를 형성하기 위한 동작과 같은, 레이저 절단 동작이 실시되는 스테이션(R3), 및 레이저 원격 용접 동작, 즉 레이저 헤드가 용접 지역으로부터 멀리 이격되어 유지되는 용접 동작이 실시되는 스테이션(R4)을 포함한다.
각각의 프로세싱 스테이션에는, 레이저 빔을 이용하는 프로세싱 장비가 제공된다. 예를 들어, 그러한 장비는 하나 이상의 다축 조작 로봇을 포함할 수 있고, 각각의 로봇은 광섬유에 의해서 레이저 공급원에 연결된 레이저 헤드를 구비한다. 또한 예로서, 전자 제어 유닛(E1, E2, E3, E4)이 각각이 셀 또는 스테이션에 연관된다. 감독관 전자 유닛(E)이 전자 유닛(E1, E2, E3, E4)과 통신된다.
브레이징, 용접, 절단, 원격 용접 프로세스는 품질이 증가된 레이저 빔의 이용을 암시한다(브레이징 및 용접을 위해서는 저품질이 요구되는 반면, 절단 및 원격 용접을 위해서는 고품질이 요구된다).
도 5의 시설에서, 2개의 배출구(U1, U2)가, 임의의 공지된 유형의 광학적 분배기(D1, D2)에 의해서, 각각의 레이저 빔을 각각의 프로세싱 스테이션 또는 셀에 제공된 장비로 전달하는 광섬유(f1, f2, f3, f4)로 연결되는, 전술한 본 발명에 따른 레이저 공급원이 설명되어 있다.
레이저 공급원(1)의 선택기 장치(43)를 제어하기 위한 전자 유닛(ES)은 감독자(E)로부터 유입되는 신호를 기초로 공급원(1)의 배출구(U1) 또는 배출구(U2)를 작동시키고, 그에 따라 셀(R1, R2)에서 또는 셀(R3, R4)에서 동작을 실시한다.
또한 더 유리하게, 본 발명에 따른 2개의 공급원(1)이 제공될 수 있고, 그중 하나가, 예를 들어, 하나 이상의 셀(R1, R2)을 위한 것일 수 있고 다른 것이 하나 이상의 셀(R3, R4)을 위한 것일 수 있다. 이러한 해결책이 도 6에서 도식적으로 도시되어 있고, 본 발명에 따른 2개의 공급원(1)은 셀(R1)에 연결된 2개의 배출구(U1, U2) 중 하나 및 셀(R4)에 연결된 다른 하나를 각각 갖는다. 각각의 셀의 유입구에 위치되는 광섬유는 3-방향 연결부(C1, C2)에 의해서 2개의 상이한 공급원으로부터 유입되는 2개의 광섬유에 연결된다.
정상적으로 좌측의 레이저 공급원이 셀(R1)의 공급을 위해서 작동되는 그 배출구(U1)를 가지는 반면, 다른 공급원(1)은 더 높은 품질의 레이저 빔을 셀(R4)에 공급하기 위해서 작동되는 그 배출구(U2)를 갖도록, 감독관(E)이 공급원의 전자 유닛(ES)을 제어한다.
그러나, 하나의 공급원의 고장의 경우에, 각각의 선택기의 전환 이후에, 공급원이 고장난 셀로의 공급을 위해서 다른 공급원이 일시적으로 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 셀(R4)의 공급원의 고장에 의해서 셀(R1)에서의 프로세스가 중단될 때, R4를 위한 예비용 공급원으로서 R1의 공급원을 이용하는데 있어서 유용할 수 있다.
설명된 도면은 순전히 예로서 주어진 것이고, 셀 및 연관된 레이저 공급원의 구성 및 배열은, 구체적인 적용예의 요구에 따라서, 의지대로 명확하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 공급원은 또한, 동일한 셀 내에서 상이한 레이저 동작들을 실시하기 위해서, 상이한 특성들의 레이저 빔을 동일한 셀에서 제공되는 상이한 레이저 장치들로 전달하기 위한 단일 프로세싱 셀과 연관된다.
물론, 본 발명의 원리를 동일하게 유지하면서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 구조 및 실시예의 상세 부분을, 단지 예로서 설명되고 예시된 것과 관련하여 널리 변경될 수 있다.

Claims (17)

  1. 특히 산업적인 프로세스를 위해서 이용하기 위한 레이저 공급원이며:
    - 제1 레이저 빔을 생성하기 위한, 하나 이상의 다이오드 레이저 공급원(20)을 포함하는, 레이저 빔 발생 유닛(2),
    - 상기 발생 유닛(2)에 의해서 방출된 상기 제1 레이저 빔으로부터 유도된 레이저 광으로 펌핑되도록 그리고 그 출력부에서 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기 모듈(60)을 포함하는 광학적 증폭 유닛(6)으로서, 상기 제2 레이저 빔 출력은 상기 발생 유닛(1)으로부터의 상기 출력부에서의 상기 제1 레이저 빔에 비해서 더 높은 빔 품질 및 더 낮은 파워 값을 특징으로 하는, 광학적 증폭 유닛(6), 및
    - 상기 발생 유닛(2)과 상기 광학적 증폭 유닛(6) 사이에 개재된, 레이저 빔 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)을 포함하고,
    상기 레이저 빔 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)은:
    - 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 상기 제1 레이저 빔을 수용하기 위한 유입구(40),
    - 상기 제1 레이저 빔을 상기 레이저 공급원(1)의 제1 배출구(U1)로 진행시키기 위한 제1 광학적 라인(44),
    - 상기 제1 레이저 빔을 상기 광학적 증폭 유닛(6)의 적어도 하나의 증폭기 모듈(60)을 향해서 진행시키기 위한 제2 광학적 라인(45), 및
    - 상기 유입구(40)와 상기 제1 및 제2 광학적 라인(44, 45) 사이에 개재된, 광학적 경로 선택기 장치(43)를 포함하고,
    상기 광학적 경로 선택기 장치는 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 선택적으로:
    - 상기 제1 광학적 라인(44)을 향해서 지향시켜, 상기 레이저 공급원(1)의 제1 배출구(U1)에서 비교적 큰 파워 및 비교적 낮은 품질을 갖는 레이저 빔의 방출을 생성하거나,
    - 상기 제2 광학적 라인(45)을 향해서 지향시켜, 상기 레이저 공급원(1)의 제2 배출구(U2)에서 비교적 낮은 파워 및 비교적 높은 품질을 갖는 레이저 빔의 방출을 생성하는, 레이저 공급원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 증폭 유닛(6)은 상기 제2 광학적 라인(45)에 의해서 병렬로 공급되는 각각의 유입구(5) 및 상기 제2 배출구(U2)를 향해서 모두 수렴하는 광학적 라인(64)에 연결된 각각의 배출구를 가지는, 병렬로 배열된 복수의 증폭기 모듈(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 증폭기 모듈(60)은, 상기 모듈(60) 내로 진입하고 상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)의 상기 제2 광학적 라인(45)을 통해서 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 레이저 빔을 증폭하도록 구성된 활성 재료를 포함하는 적어도 하나의 광섬유(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학적 경로 선택기 장치는 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 레이저 빔을 상기 제1 광학적 라인(44)을 향해서 그리고 상기 제2 광학적 라인(45)을 향해서 지향시키는 것에 각각 상응하는, 제1 동작 위치와 제2 동작 위치 사이에서 이동 가능한 거울(43)에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 동작 위치에서 상기 거울(43)은 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 차단하지 않고, 상기 제2 동작 위치에서 상기 거울(43)은 상기 발생 유닛으로부터 유입되는 제1 레이저 빔을 차단하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상기 제1 동작 위치에서 상기 거울(43)은 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 레이저 빔이 상기 제1 광학적 라인(44)의 방향으로 계속될 수 있게 하고, 상기 제2 동작 위치에서 상기 거울(42)은 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 레이저 빔을 상기 제2 광학적 라인(45)의 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 동작 위치 및 상기 제2 동작 위치에서, 상기 거울(43)이 상이하게 배향되고, 그에 따라 상기 발생 유닛(2)으로부터 유입되는 상기 제1 레이저 빔을 상기 제1 광학적 라인(44)을 향해서 그리고 상기 제2 광학적 라인(45)을 향해서 각각 반사시키는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발생 유닛(2)의 배출구와 상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)의 유입구가 광섬유(3)에 의해서 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)은 상기 광학적 경로 선택기 장치가 개재되는, 상기 레이저 빔의 전파를 위한 자유 공간(S)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛은 상기 유닛의 유입구에 연결된 유입구 광섬유(41), 및 상기 유입구 광섬유(41)로부터 제1 레이저 빔을 수용하기 위한 그리고 상기 광학적 경로 선택기 장치(43)가 개재되는 상기 자유 공간(S) 내에서 상기 제1 레이저 빔을 전달하기 위한 제1 광학적 인터페이스(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)은 상기 자유 공간(S) 내에서 전파되는 상기 제1 레이저 빔을 수용하기 위한, 그리고 상기 레이저 공급원(1)의 제1 배출구(U1)에 연결된 배출구 광섬유(44) 내로 상기 제1 레이저 빔을 지향시키기 위한, 상기 제1 광학적 라인(44)을 따라서 배열된 제2 광학적 인터페이스(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)은 상기 자유 공간(S) 내에서 전파되는 상기 제1 레이저 빔을 수용하기 위한, 그리고 상기 광학적 증폭 유닛(6)의 증폭기 모듈(60)에 연결된 복수의 배출구 광섬유(5) 내로 상기 제1 레이저 빔을 지향시키기 위한, 상기 제2 광학적 라인(45)을 따라서 배열된 적어도 제3 광학적 인터페이스(454)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)이 상기 배출구 광섬유(5)에 의해서 상기 증폭기 모듈(60)에 연결된 복수의 광학적 인터페이스(454)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전환 및 어드레싱 광학적 유닛(4)의 자유 공간(S) 내에서, 상기 제2 광학적 라인(45)을 따라서 지향된 상기 제1 레이저 빔을 상기 증폭기 모듈(60)을 향해서 지향된 복수의 레이저 빔으로 분할하기 위한 반-반사 거울(452)의 어레이가 제공되는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 증폭기 모듈(60)의 배출구가, 상기 레이저 공급원(1)의 제2 배출구(U2)에 연결된 광학저 조합기 장치(65) 내로 병합되는 각각의 광섬유(64)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 레이저 공급원.
  16. 비교적 큰 파워 및 비교적 낮은 품질을 가지는 레이저 빔의 이용을 필요로 하는 적어도 제1 레이저 프로세싱 장치, 셀 또는 스테이션, 및 비교적 낮은 파워 및 비교적 높은 품질을 가지는 레이저 빔의 이용을 필요로 하는 적어도 제2 레이저 프로세싱 장치, 셀 또는 스테이션을 포함하는, 복수의 레이저 프로세싱 장치 또는 레이저 프로세싱 셀 또는 레이저 프로세싱 스테이션을 포함하는 산업적인 시설에 있어서, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 레이저 공급원을 포함하고, 상기 적어도 하나의 레이저 공급원은 상기 제1 및 제2 레이저 프로세싱 장치, 셀 또는 스테이션에 각각 연결된 그 배출구를 구비하고, 상기 시설은, 상기 레이저 프로세싱 장치, 셀 또는 스테이션을 제어하는 전자 유닛으로부터 유입되는 신호를 기초로, 상기 레이저 공급원의 제1 배출구 또는 제2 배출구를 작동시키도록 프로그래밍된, 상기 적어도 하나의 레이저 공급원의 선택기 장치를 제어하기 위한 전자 제어 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 산업적인 시설.
  17. 프로세싱 셀 또는 스테이션에 제공된 레이저 프로세싱 장비로 레이저 빔을 공급하기 위한 레이저 공급원이 각각 구비된, 복수의 레이저 프로세싱 셀 또는 스테이션을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 레이저 공급원 중 적어도 하나가, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른, 2개의 배출구를 가지는 레이저 공급원이고, 2개의 배출구를 가지는 상기 레이저 공급원의 제1 배출구는 하나의 전용 셀 또는 스테이션에 연결되는 반면, 제2 배출구는 추가적인 프로세싱 셀 또는 스테이션이 고장나는 경우에 또는 고장났을 때, 추가적인 프로세싱 셀 또는 스테이션에 연결되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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