專利名稱：激光處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖傳輸型激光處理設備。
在利用YAG激光器一類的激光處理設備在遠離設備本體的地點進行激光處理的情況下，設備本體內的輸入單元經由一光纖與遠處(處理地點)的輸出單元連接。在設備本體中產生的激光束通過光纖從輸入單元傳送到輸出單元，在輸出單元處激光束被射到工件上。
近來流行一種多位處理，其中將在設備本體內振蕩的激光束分為多個激光束，然后經由光纖將這些激光束引向不同位置。
至今，產生脈沖激光束以進行激光處理的激光處理設備利用了一種脈沖激光束激光輸出的或者與之相應的預定電子參數的變化控制波形技術，以適應各種處理要求。
按照這種波形控制系統，波形控制所需的基準波形是預先設定的并將其輸入激光處理設備中。在激光處理設備中，從激光電源單元為激光振蕩單元提供電源，以振蕩地輸出激光束，一個激光控制部件以開環控制系統或閉環(反饋)控制系統控制激光電源單元，以允許波形、亦即從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束的激光輸出隨時間的變化或激光電源單元的預定電子參數隨時間的變化與基準波形一致。
在利用脈沖激光束進行激光處理的情況下，通常以一預定重復頻率將串脈沖激光束照射到工件上。
在如上所述的光纖傳輸型激光處理設備中，激光束必須正確地照射到在設備本體輸入單元中的光纖的一端面上(換言之，它必須集中在該端面的中心部分上)。激光束在光纖上的不準確入射導致激光輸出的較大損失或光纖端面的燃燒。因此，在輸入單元中，當安裝或裝配設備或交換光纖時，在光軸方向(Z方向)上調節(聚焦)聚光透鏡的位置，同時以垂直于光軸的方向(XY方向)調節(光軸較準)光纖的連接位置。
然而，在這種種類的激光處理設備中，如果激光輸出超過一定值，激光介質(YAG棒)的熱透鏡效應等可能引起如圖22所示的放大光束直徑或輸出角，如從激光振蕩單元200振蕩的激光束LB的虛線LB’所表示的，其結果是即使用輸入單元中的聚光透鏡202對其聚光，激光束仍滿出光纖204的入射端面，從而導致光纖204的可能燃燒或欠缺的處理。造成這種缺陷的激光輸出的極限值取決于光纖的種類和直徑。
為此，在多位處理系統中，由于替換光纖帶來的光纖種類或直徑上的任何變化可能導致光纖的激光輸出的上限變化。因此，即使至此它一直是正常的，在交換后該上限可能被超過，從而使光纖損壞。
此外，在波形控制的激光處理設備中，用戶(操作者)可將脈沖波形和脈沖激光束的脈沖重復頻率設置為任何值。因此，有可能進行這樣的設置，使之超過光纖的激光輸出極限值。
本發明考慮到了現有技術中所存在的上述問題。因此本發明的目的是提供一種能夠自動管理激光束在光纖上的入射(注入)功率的激光處理設備，無需用戶的勞動和負擔，從而獲得光纖保護、激光處理效率、工藝質量上的改進。
為了達到上述目的，按照本發明的第一方面，提供一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含光纖設定裝置，用于設定所述光纖的種類和直徑；激光輸出上限尋找裝置，用于根據所述光纖設定裝置設定的所述光纖的種類和直徑尋找所述激光束的激光輸出上限；激光輸出設定裝置，用于設定所述激光束的激光輸出；以及判斷裝置，用于把所述激光輸出設定裝置設定的所述激光輸出值與所述激光輸出上限尋找裝置找到的所述激光輸出上限相比較，以判斷所述激光輸出設定值是否超過所述激光輸出上限。
激光輸出上限尋找裝置可包括用于以表格式存儲可用于所述設備的多個光纖的種類和直徑以及對應于每一種類和直徑的激光輸出上限的存儲裝置。
激光輸出設定裝置最好包括基準波形設定裝置，用于相應于作為脈沖激光束產生的所述激光束設定激光輸出基準波形的基準波形；重復頻率設定裝置，用于相應于所述激光束設定重復頻率；以及激光輸出平均值運算裝置，用于在已設定的所述基準波形和已設定的所述重復頻率的基礎上，算出每一確定時間的所述脈沖激光束的激光輸出平均值，作為所述激光輸出設定值。
激光輸出設定裝置可包括激光輸出設定值運算裝置，用于在已作為脈沖激光束產生的所述激光束的脈沖寬度、輸出峰值和重復頻率的基礎上算出所述激光輸出設定值。
激光處理設備最好還包含報警裝置，用于在所述判斷裝置判斷所述激光輸出設定值超過所述激光輸出上限時產生報警。
激光處理設備最好還包含當所述判斷裝置判斷所述激光輸出設定值超過所述激光輸出上限時禁止所述激光輸出設定裝置進行設定的裝置。
按照本發明的第二方面，提供一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含激光輸出上限尋找裝置，用于根據所述光纖的種類和直徑尋找所述激光束的激光輸出上限；激光輸出平均值運算裝置，用于檢測從所述激光振蕩單元振蕩輸出的所述激光束的激光輸出，以便以一定間隔算出激光輸出平均值；以及中斷裝置，用于在所述激光輸出平均值超過所述激光輸出上限時中斷所述激光束對所述光纖的照射。
按照本發明的第三方面，提供一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含一激光電源單元，用于為所述激光振蕩單元提供激光振蕩的電源；電源上限尋找裝置，用于根據所述光纖的種類和直徑尋找對應于所述激光束的所述激光輸出上限的所述激光電源單元的電源上限；電源平均值運算裝置，用于檢測所述激光電源單元提供給所述激光振蕩單元的電源，以便以一定間隔算出電源平均值；以及中斷裝置，用于在所述電源平均值超過所述電源上限時中斷所述激光電源單元。
按照本發明的激光處理設備，根據設定的(使用的)光纖的種類和直徑，得出光纖的激光輸出上限，將設定的激光輸出值或實際的激光輸出值與該激光輸出上限值相比較，以判斷激光輸出值對于該光纖是否適當，從而能夠實現光纖保護、激光處理效率、工藝質量上的改進，而無需用戶的勞動和負擔。
從下列參照附圖的詳細描述，本發明的上述的及其他的目的、方面、特征和優點將變得更為顯而易見，附圖中
圖1是表示按照本發明實施例的激光處理設備的外觀的透視圖；圖2是以放大的比例表示該實施例的激光處理設備的操作板的外觀的部分放大的正視圖；圖3是表示該實施例的激光處理設備的配置的方框圖；圖4是表示用該實施例的激光處理設備的CPU和存儲器實現的操作裝置的配置的方框圖5是表示該實施例的設備中的激光分支單元的配置的平面圖；圖6是表示按照該實施例的設備的多位處理的透視圖；圖7表示用該實施例的設備顯示的若干主屏幕以及它們相互切換的關系；圖8表示該實施例中“狀態”屏的顯示實例；圖9示意性地表示出了在該實施例的“狀態”屏上設定的設定值數據的存儲布局的實例；圖10表示該實施例的設備中登記的激光輸出上限值的列表；圖11表示該實施例的設備中登記的指示燈功率上限值的列表；圖12表示該實施例中的“功率監控”屏的顯示實例；圖13表示該實施例中在FIX模式下“調度(schedule)”屏的顯示實例圖14是表示在該實施例的調度模式下CPU執行的主處理過程的流程圖；圖15是表示在該實施例的調度模式(FIX模式)下鍵輸入執行處理的過程的流程圖；圖16示意性地示出了在該實施例的FIX模式下設定值數據的存儲布局的實例；圖17示出了在該實施例的FIX模式下基準波形的波形格式的實例；圖18示出了該實施例中依據該設定輸入的“出錯信息”屏；圖19示出了該實施例中依據激光中斷的“出錯信息”屏；圖20是表示在該實施例中的激光振蕩作用期間監視處理過程的流程圖；圖21示出了在該實施例中的FLEX模式下“調度”屏的顯示實例；以及圖22是現有技術中所存在的問題的圖示說明。
下面參照圖1到21描述本發明的優選實施例。
首先參見圖1和2，其中示出了按照本發明實施例的激光處理設備的外部結構。圖1是整個設備的透視圖，圖2是該設備的操作板的部分放大的正視圖。
在圖1中，激光處理設備包含一個上部外殼10和一個下部外殼12，它們從整體上相互組合在一起。上部外殼10中容納有一個激光振蕩單元，一個控制單元，一個用于多位處理的激光分支單元等。在上部外殼10的正面配備有例如以14標明的操作板，該操作板包括各種鍵開關和用于設定各種設定值、測量值等的輸入/顯示輸出的顯示器，還配備有一組LED15，用于發光顯示高壓電源狀態，充電完成狀態等。在上部外殼10的頂面具有例如一些孔(開口)16，通過它們伸出多個用于多位處理的光纖112，還具有一個供連接光纖用的可打開/可關閉的蓋18。
下部外殼12中容納有動力部分，外部連接端子和構成電源單元的斷路器，以及一個槽路，一個泵，一個熱交換器，一個離子交換樹脂，一個過濾器和一個構成冷卻單元的外部管道系統連接端口。下部外殼12具有一鉸鏈門形式的前面板20。
如可從圖2中見到的，操作板14的中央部分具有一個平板顯示器，例如，一液晶顯示器22，在其之下設置有各種功能鍵24至38。在該實施例中，這些鍵包括光標鍵24a到24d，一個加(+)鍵26，一個減(-)鍵28，一個回車鍵30，一個菜單鍵32，一個起動按紐34，一個復位按紐36和一個緊急停止按紐38。
光標鍵24a至24d是用于在屏幕上在垂直方向和水平方向移動光標的鍵。當按下鍵24a至24d之一時，光標可在由該鍵所指示的箭頭方向移動。
加(+)鍵26和減(-)鍵28是數據輸入鍵，如后所述，用于輸入數字項的數字值(十進制數)，選擇通/斷項的“通”或“斷”，選擇控制項的“激光輸出”，“指示燈功率”，或“電流”，選擇“光纖”項的SI或GI，選擇FIX/FLEX項的FIX或FIEX，等等。
回車鍵30是用于在光標位置輸入顯示數據作為設定數據的鍵。菜單鍵32是用于選擇設備的屏幕模式的鍵。起動按紐34是用于激活該設備發出脈沖激光束的鍵。復位按紐36用于消去在發生任何故障時出現在顯示器22上的“出錯信息”屏(圖18和圖19)。緊急停止按紐38是在緊急情況下操作的按紐。當按下該按紐時，高壓被切斷，因此冷卻單元停下來。
圖3是表示激光處理設備的配置的方框圖。在該實施例中，激光處理設備包含一個激光振蕩單元40，一個激光電源單元42，一個激光冷卻單元44，一個控制單元46和一個輸入/輸出接口單元48。
激光振蕩單元40包括一個光源，用于激勵例如激勵燈52和激光介質，例如YAG棒54，運二者均設置在腔50內，以及一對光諧振鏡56和58，它們設置在腔50外的YAG棒54的光軸上。
當激勵燈52亮時，其光能激勵YAG棒54，從而沿光軸離開YAG棒54的兩個端面的光束在光諧振鏡56與58之間反復反射放大，然后作為脈沖激光束LB通過輸出鏡56。在通過輸出鏡56之后，脈沖激光束LB傳送到稍后將描述的激光分支單元(圖5)，在其中將它分為多個分支脈沖激光束。
激光電源單元42包括一個電容器60，用于為激光振蕩存儲將提供給激光振蕩單元40的電能，一個充電電路62，用于將例如三相交流電源電壓(U,V,W)的工業交流電變為直流，以將電容器60充電到預定直流電壓，一個開關元件，例如連接在電容器60與激光振蕩單元40的激勵燈52之間的晶體管64，和一個驅動電路66，用于以高頻(例如，10kHz)切換晶體管64。
激光冷卻單元44用于將激勵燈52和激光振蕩單元40的YAG棒54產生的熱發射到激光振蕩單元40的外部，并為激光振蕩單元40提供冷卻介質，例如，溫度已控制為預定溫度的冷卻水CW。
控制單元46包括CPU(微處理器)70，用于控制整個設備或每個部分的動作，存儲器72，用于保存各種程序和各種設定值或使CPU70執行預定處理的計算數據，以及各種測量裝置74至82，用于測量脈沖激光束LB的激光輸出或與之相應的激光電源單元42的電參數。
在這些測量裝置中，以74標明的激光輸出測量單元具有光傳感器，用于接收光學諧振鏡58后漏的激光束LB’，和一測量電路，用于根據自光傳感器輸出的電信號定義脈沖激光束LB的激光輸出，將這樣得到的激光輸入測量值SL饋送到CPU70。
以76標明的電壓測量電路經電壓檢測線路78電連接到激勵燈52的兩端。電壓測量電路76以有效值測量例如由電源單元42施加到激勵燈52的電壓(燈電壓)，并將如此獲得的燈測量值SV饋送到CPU70。以80標明的電流測量電路從電流傳感器、例如連接到電源單元42的燈電流源電路Hall CT82接收電流檢測信號。電流測量電路80以有效值測量提供給激勵燈52的電流(燈電流)I，并將這樣得到的燈電流測量值SI饋送到CPU70。
對于電源單元42,CPU70為充電電路62提供一充電控制信號CF，用于將電容器60充電至設定電壓，同時為驅動電路66提供用于波形控制的開關控制信號SW。
在該實施例的波形控制中，CPU70將來自激光輸出測量單元74的激光輸出測量值SL、來自電壓測量電路76的燈電壓測量值SV或來自電流測量電路80的燈電流測量值SI，或從燈電壓測量值SV和燈電流測量值SI獲得的燈功率測量值SP(SV·SI)與作波形控制的預定基準波形相比較，從而找出比較誤差。然后CPU70以例如脈沖寬度控制信號的形式產生開關控制信號SW，以取消比較誤差。
這種反饋控制系統提供一控制，使從激光振蕩單元40振蕩輸出的脈沖激光束LB的激光輸出或與之相對應的激光電源單元42的電參數(燈電流，燈功率，燈電壓)與用于波形控制的相應基準波形相一致。
輸入/輸出接口單元48包括一個輸入單元84，一個顯示單元86和一個通信接口電路(I/F)88。輸入單元84由操作板14的鍵開關組成，顯示單元86由LED組和設置在該設備的正面的顯示器22組成。I/F88用于與外部設備或單元通信。
注意操作板14可作為與設備本體可分離的一個單元(程序單元)提供。在這種情況下，程序單元配備有CPU70、存儲器72、輸入單元84和顯示單元86，并經由一通信電纜電連接到設備本體。
圖4是表示該實施例中由CPU70和存儲器72實現的功能裝置的配置的方框圖。如圖所示，CPU70和存儲器72實現輸入緩沖單元90、控制信號發生單元92、運算單元94、數據管理單元96、測量值存儲單元98、設定值存儲單元100、圖像格式存儲單元102和顯示輸出單元104。
輸入緩沖單元90取出并暫時保存輸入到CPU70的數據，例如，來自輸入單元84的設定數據，來自通信接口電路88的外部數據，和來自冷卻單元44或來自測量電路74、76和80的測量值數據。
運算單元94執行CPU70需要完成的所有運算處理過程。控制信號發生單元92產生給予外部的所有控制信號。數據管理單元96管理CPU70和存儲器72內數據的所有保存和移動。
測量值存儲單元94保存輸入到CPU70的測量值數據，設定值存儲單元100保存輸入到CPU70的設定值數據或CPU70內的運算單元獲得的設定值數據。
圖像格式存儲單元102中存儲表示有格式部分的圖像的圖像數據，有格式部分的顯示內容固定在顯示器上出現的各種圖像中。顯示輸出單元104將來自數據管理單元96的設定值一類的變量的圖像疊加在圖像格式存儲單元102提供的有格式圖像上，以形成一組合屏，從而將組合屏的圖像數據輸出到顯示單元86。
圖5示出激光分支單元的一種配置實例。該激光分支單元允許選擇一到四個分支中的任何一個，并提供有四組(A到D)各包含半透明反射鏡或全反射鏡106的分支光學系統，一個遮光器(shutter)108和一個輸入單元110。
在四分支模式下，例如，用三個關透明反射鏡106A、106B及106C將上述從激光振蕩單元40振蕩輸出的脈沖激光束LB分為四個25％r分支脈沖激光束LBA、LBB、LBC。第四反射鏡106D是全反射鏡。
這些分支脈沖激光束LBA至LBD分別通過遮光器108A至108D，并同時分別注入輸入單元110A至110D中，在這些輸入單元中用聚光鏡將它們聚光，以同時地分別擊打在光纖112A到112D的一個端面上。遮光器108A到108D用于按需要有選擇地或單獨地隔開每一分支激光束LBA至LBD。只要遮光器108A到108D是打開的，分支激光束LBA至LBD可無衰減地完整通過那里。
如圖6所示，在如上所述照射在光纖112A至112D的一個端面上之后，分支激光束LBA至LBD分別通過光纖112A至112D的內部傳輸到輸出單元114A到114D，從那里將它們同時照射和聚焦在各自的工件W上。
然后參見圖7至21來描述該實施例的激光處理設備中的屏幕輸入和顯示功能。
圖7示出了出現在該實施例中的顯示器22上的主屏，以及這些屏之間的相互切換關系。
該實施例具有三個主屏，亦即，一個用于按調度(schedule)設定和顯示用于激光處理的脈沖激光束上的各種狀態的“調度(schedule)”屏①，一個用于設定和顯示該設備內光學系統的各種狀態的“狀態(status)”屏②，以及一個用于顯示最近發射的脈沖激光束LB的激光輸出測量值的“功率監控(powermomtor)”屏③。如圖所示，這三個屏①,②和③可通過菜單鍵32的操作來相互切換。
圖8示出了“狀態”屏顯示內容的實例。在圖8中，為易于理解，能夠在該屏上設定和輸入的項用虛線圈起。這些虛線不出現在實際屏幕上。用于空心文字或粗體字顯示的數字值是各種測量值，不能由鍵輸入設定或改變。圖12,13和21也采用類似的圖示說明。
在“狀態”屏上設定和輸入的是相對于多位處理的多個例如四個分支脈沖激光束LBA到LBD(BEAM-1到BEAM-4)，關于遮光器108A到108D的通/斷狀態的狀態信息，在激光輸出波形控制中當前選擇的反饋參數(激光功率/燈功率/燈電流)，使用中的光纖112的種類和纖心直徑(φ)，等等。
用戶操作光標鍵24以移動光標到能夠設定輸入的每個項。然后用戶操作加(+)鍵26或減(-)鍵28直到顯示所需數據，并按下回車鍵30。根據這些鍵操作，CPU70執行輸入顯示處理和設定處理，并如圖9所示在設定值存儲單元100內的預定存儲地址存儲輸入的設定值數據。
另一方面在存儲器72中，以例如圖10和11所示的表格式存儲激光輸出的上限P和對應光纖的種類和纖心直徑的供電電源。在這里，上限P是能夠輸入到光纖端面燒毀光纖的激光束的激光輸出的上限值，而上限Q是對應激光輸出上限P的燈功率的上限值，這兩個上限均按一個光纖的每單元時間的平均值給出。
光纖種類包括一個突變折射率(SI)類型和一個漸變折射率(GI)類型。對于同樣的纖心直徑，SI類的上限一般等于或略大于GI類的上限。
當以上述方式在“狀態”屏上輸入使用中的光纖112的類型(SI或GI)數據和纖心直徑時，CPU70參照上述表格找出對應于該光纖112的類型和纖心直徑的上限P和Q。然后CPU70將這樣獲得的上限P和Q與分支數(N)相乘，以得到[NP]和[NQ]，將它們定義為為從激光振蕩單元40振蕩輸出的原始脈沖激光束LB設定的上限并存儲在如圖9所示的設定值存儲單元100內的預定存儲地址中。
在這里，分支數(N)是分支脈沖激光束LBA,LBB,…，的數目，這些分支激光束是通過在激光分支單元內分裂原始脈沖激光束LB獲得的，分支數(N)取決于所采用的半透明反射鏡的數目(N-1)。分支數(N)并非必須與光纖實際上要傳輸的分支脈沖激光束的數目相一致。
例如，在圖5的情況下，分支數N是四，得到四個分支脈沖激光束LBA、LBB、LBC和LBD。如果僅將它們中的兩個(例如，LBC和LBD)輸入到光纖112C和112D中，剩下的(LBA和LBB)用遮光器108A和108B隔開，則產生并行二分支模式但分支數N保持為4。然而，如果用除去半透明反射鏡106A和106B來獲得與以上所述相類似的并行二分支模式，分支數N則為2，因為原始脈沖激光束LB僅被單個半透明反射鏡106C分裂(為二)了一次。
圖12示出“功率監控”屏的顯示內容的實例。如圖所示，在“功率監控”屏上，例如出現了最新發射的脈沖激光束LB的能量(J)和平均功率(W)的測量值。
參見圖13到17描述涉及“調度”屏的設備功能和操作。
圖13示出了“調度”屏的顯示內容。圖14示出了在“調度”屏模式下CPU70執行的主處理過程。圖15示出了主處理的鍵輸入執行處理(FIX模式)的過程。
該實施例的“調度”屏包括兩個設定屏模式，亦即，圖13所示的FIX模式和圖21所示的FLEX模式。
當如上所述顯示“功率監控”屏而按下菜單鍵32時，CPU70輸入圖14所示的調度模式。
一旦輸入了調度模式，CPU70首先在顯示器22上提供在完成最后一個調度模式(步驟B1)之前立即顯示的“調度”屏。在所顯示的這一調度屏上用戶可利用操作板14上的鍵按紐24到38通過鍵輸入進行所需設定值的輸入并指令設備動作(步驟B2)。
更具體地說，將光標移動到每一項的數據輸入位置(步驟B6)，操作加(+)鍵26或減(-)鍵直到達到所需數值(步驟B3和B4)，之后按下回車鍵30。
響應回車鍵30的鍵輸入，CPU70依照在光標表示的數據輸入位置的輸入顯示數據類型執行鍵輸入執行處理(步驟B2)。圖15示出鍵輸入執行處理的詳細過程(步驟B2)。
在FIX模式下，為設定和輸入用于波形控制的基準波形，將所需數字數據加以設定并輸入到包括激光輸出基準值PEAK和波形元素↑SLOPE,FLASH1,FLASH2,FLASH3，及↓SLOPE的項中。
可以以kW為單位設定任何激光輸出值并輸入到這些項的激光輸出基準值PEAK中。然而，通常可選擇一個值(例如，10,20,50,100,1000等)。該值適于作為比例運算基準，并在需給予在該調度編號發射的脈沖激光束LB的激光輸出最大值附近。
僅在上升期間↑SLOPE和下降期間↓SLOPE設定并輸入時間。對于閃現期間FLASH1,FLASH2和FLASH3，以相對于激光輸出基準值PEAK以及每一期間的時間的比值的形式設定和輸入每一期間的激光輸出值。
盡管可將每一期間的時間和激光輸出比率設定為任何任意值，考慮到實際應用在可設定范圍內可以提供一定極限。例如，整個波形的時間(脈沖寬度)可以是0.05(ms)到30.3(ms)，相應比率為0(％)到200(％)。
將數字值輸入用于設定基準波形的每個項中。用戶將光標移動到每個項的數據輸入位置并作用在加(+)鍵26和減(-)鍵28上直到達到所期望的數字值。然后用戶按下回車鍵30。響應這樣的鍵操作，CPU70執行數字值輸入顯示處理(步驟B3和B4)和設定處理(步驟B5)，之后它將輸入的設定值數據存儲在設定值存儲單元100中的預定存儲地址(圖16)。
在圖13所示設定實例中，將激光輸出基準值PEAK設定為10.0(kW)，閃現期間FLASH1,FLASH2和FLASH3的激光輸出比率則分別設定為100.0(％),25.0(％)和50.0(％)。按照kW變換值，閃現期間FLASH1,FLASH2和FLASH3的激光輸出值(kW)分別設定為10.0(kW),2.5(kW)和5.0(kW)。
在上述波形元素項的數字值設定處理(步驟E7)中，CPU70產生用于波形控制的基準波形以及供顯示的基準波形圖形。
如圖17所示，FIX模式下的基準波形包括對應于上升期間↑SLOPE的上斜坡波形部分Ls和分別對應于第一閃現期間FLASH1、第二閃現期間FLASH2和第三閃現期間FLASH3的第一、第二和第三平坦波形部分L1、L2和L3，以及對應于下降期間↓SLOPE的下斜坡波形部分Le。
根據從↑SLOPE開始接次序FLASH1,FLASH2,…，輸入的波形元素項的設定值，順序定義基準波形的波形部分Ls,L1,L2,…。然后可在屏幕上在產生中途顯現基準波形圖形。
在設定值存儲單元100的預定存儲區中存儲這樣得到的基準波形圖形數據。
通過把如此產生的基準波形圖形的每一部分的激光輸出比(r)與激光輸出基準值PEAK相乘(變換)獲得用于波形控制的原始基準波形。
表示用作波形控制的基準波形的基準波形數據也存儲在設定值存儲單元的預定存儲區中。然后，當發射脈沖激光束LB時，在運行控制信號發生單元92或運算單元94時CPU70利用用作波形控制的基準波形數據作為反饋波形控制的基準值。
在“調度”屏上，不僅執行上述基準波形的設定輸入，還執行重復頻率REPEAT和脈沖激光束LB的發射計數SHOT的設定輸入。如這里所采用的，發射計數是響應單個起動信號的一系列脈沖激光束LB射束的總數。
用戶操作光標鍵24將光標移動到REPEAT和SHOT項(步驟B6)。然后用戶操作加(+)鍵26或減(-)鍵28，直到所需數字值出現(步驟B3和B4)，并按下回車鍵30。根據這些鍵操作，CPU70執行數字值輸入顯示處理(步驟B3和B4)和設定處理(步驟B5)，然后在設定值存儲單元100內的預定存儲地址存儲設定值數據(圖16)。
在該實施例中，每當執行數字值設定處理(步驟E7)，以將所需數字數據設置到上述“調度”屏上的基準波形的波形元素↑SLOPE,FLASH1,…和重復頻率REPEAT的項中時，判定此時獲得的設定激光輸出平均值PM是否超過上限值[PN](步驟E8)。
在該判定處理過程(步驟E8)中，從當前基準波形元素↑SLOPE,FLASH1,FLASH2,…,REPEAT的設定值計算為部分或整個基準波形定義的每脈沖激光能量，將所得激光能量運算值乘以當前重復頻率REPEAT，以獲得每單位時間的能量，即，激光輸出平均值PM。
然后將這一設定激光輸出平均值PM與已在設定值存儲單元100中記錄的上限值PN相比較，對這二者之間幅度關系作出判斷。如果PM≤PN，則判定為“正常”，換言之，當前基準波形設定值和重復頻率設定值是有效的，允許這些設定值原封不動地保存在設定值存儲單元100中。反之，如果PM＞PN，則判定為“異常”，換言之，當前基準波形設定值和重復頻率設定值是無效的，拒絕該設定(設定值)，同時提供警告畫面，例如，圖18所示的“出錯信息”屏(步驟E9)。
當按下復位按紐36時，取消“出錯信息”畫面，允許返回到原始調度屏(圖13)。在這樣恢復的調度屏上，完整地保留正好在切換到“出錯信息”之前顯示的設定值。由于識別出相對于這一顯示內容的設定值，設定激光輸出平均值PM將超過設定上限值PN，用戶可將基準波形設定值或重復頻率設定值減小為適當值而符合判斷準則。
以下將說明在該激光處理設備的激光振蕩期間的操作功能。
當在上述調度模式下按下起動信號按紐34(步驟B7)時，或者當從未示出的外部設備經由I/F88提供起動信號時，CPU70起動脈沖激光束LB的發射。附帶地講，來自外部設備的起動信號提供調度號碼的指定以及起動激光發射的指令。
在CPU70中，數據管理單元96首先讀各種狀態的設定值或與當前選擇的調度號相關聯的項和來自設定值存儲單元100內預定存儲單元的狀態信息的各種設定值，以將它們設定在每部分的預定寄存器、計數器等中。
然后，按照“狀態”屏所指定的反饋控制系統，輸入緩沖單元90、控制信號發生單元92、運算單元94等以預定高頻產生用于激光輸出波形控制的開關控制信號SW，以經由驅動電路66將開關控制信號提供給晶體管64。
與這種波形控制并行，在圖20所示過程中，CPU70允許運算單元94、數據管理單元96、測量值存儲單元98等執行對激光輸出平均值或燈功率平均值的監視。
在這一監視過程中，在激光振蕩單元40振蕩地發射脈沖激光束LB時的時間期間，CPU70從激光輸出測量單元74取出激光輸出測量值SL，從電壓測量電路76取出燈電壓測量值SV，從電流測量電路80取出燈電流測量值SI(步驟F1)，并在激光輸出測量值SL或燈功率(SV·SI)的基礎上找出每脈沖的能量(步驟F2)。
然后，以一定時間Ta、例如1秒的間隔，從每脈沖能量的累積值算出激光輸出平均值PM或燈功率平均值QM(步驟F4)。
然后，將如此獲得的激光輸出平均值PM或燈功率平均值QM與設定上限值PN或QN相比較，以判定二者之間的大小關系(步驟F5)。
如果該比較的結果為PM≤N或QM≤QN，則判定為“正常”，換言之，當前時間的每單位時間脈沖激光束LB的激光輸出平均值位于所使用的光纖112的安全范圍內，使電源單元42中的切換控制或振蕩單元40中的激光振蕩動作能夠按原樣繼續。
相反，如果PM＞PN或QM＞QN，則判定為“異常”，換言之，當前時間的每單位時間脈沖激光束LB的激光輸出平均值太高，且對于使用中的光纖112是危險的，中斷提供切換信號SW以停止電源42和振蕩單元40的工作(步驟F7)。然后，例如在顯示器22的屏上出現圖19中所示的出錯信息(步驟F8)。
也可通過關閉激光分支單元中的遮光器108來隔開分支脈沖激光束LBA,LBB,…，而不停止電源單元42和振蕩單元40的工作。
即使它是正常的，但如果脈沖激光束LB的中斷時間超過一定時間期間TK，該監視過程一次結束(步驟F6)。然后，當下次發射脈沖激光束LB時，重新起動該監視過程。
因此，即使完成了一個調度，該監視過程仍繼續，除非中斷時間超過上述一定時間期間TK。
即使上述“調度”屏上的基準波形和重復頻率的設定值未超過設定上限值，如果響應以任意時序提供的外部起動信號，在一短區間上執行具有較少發射計數的調度，實際激光輸出平均值PM或燈功率平均值QM可能超過設定上限值PN或QN。在這種情況下，該監視過程以一種有效的方式運行。
因此，在該實施例中，根據該設定輸入，從用于波形控制的基準波形設定值和脈沖重復頻率設定值算出每單位時間的激光輸出平均值，將所得到的激光輸出平均值與對應于使用中(設定中)的光纖的設定激光輸出上限值相比較。根據比較結果，判定基準波形設定值有效性或重復頻率設定值的有效性，如果判定無效，則禁止該設定，同時發出并顯示出錯信息，以要求用戶改變(變更)設定值。
借助于此，用戶可輕松地輸入所需的設定值而無需任何過多時間或注意對光纖112的保護。
而且，在該實施例中，在脈沖激光束的重復發射期間，以一定間隔求出激光輸出平均值或燈功率平均值，將所得激光輸出平均值或燈功率平均值與對應于使用中的光纖的設定激光輸出上限值相比較。當前者(平均值)超過后者(上限值)時，立即停止激光振蕩工作。
依靠這一點，可用外部設備在任何時間進行起動，即使實際激光輸出平均值或燈功率平均值已超過設定激光輸出上限值，可安全地防止光纖燒毀。
而且，防止光纖燒毀將有助于較高的激光加工產量和改進的加工質量。
可以理解也能按移動平均值獲得激光輸出平均值PM或燈功率平均值QM。
此外，盡管該實施例通過監視過程，作為異常時的措施停止了激光振蕩工作，也可通過適當校正基準波形或重復頻率的設定值等使激光振蕩能夠繼續。另一方面，也可提供適當的反饋控制，從而實際激光輸出平均值PM或燈功率平均值QM不超過設定上限PN或QN。
圖21示出FLEX模式下“調度”屏的顯示實例。在FLEX模式下，為設定和輸入用于波形控制的基準波形，如圖21所示，除了激光輸出基準值PEAK的設定，還為多個波形通過點POINT1,POINT2,POINT3,POINT4,…，的項目設定時間t和激光輸出比率r。
可設定波形通過點POINT的數目可以是例如大約為20的相當大的數目。盡管在某一時間該屏僅可有五個點，該屏幕滾動系統保證觀看所有小型通過點。當需要向下滾動屏幕時，光標移至位置并按壓向下移動光標鍵24c。反之，當需要向上滾動屏幕時，光標移至▲位置，并按壓向上移動光標鍵24a。設備側在光標移動處理(步驟B6)中執行屏幕滾動。
同樣在FLEX模式下，將所需數字值輸入基準波形的波形單元POINT1,POINT2,…，脈沖重復頻率REPEAT等的項目。用戶將光標移到每一項的數據輸入位置，并操作加(+)鍵或減(-)鍵直到顯示所需數字值，然后按下回車鍵30。響應這些鍵操作，CPU70執行數字值輸入顯示和類似于上述FIX模式的情形的設定處理過程，并在設定值存儲單元100中的預定存儲地址存儲輸入的設定值數據。
在具有代表時間的X軸和代表％值的Y軸的坐標系上，把FLEX模式下的基準波形定義為已設定和輸入的多個波形通過點POINT1,POINT2,…的接合各點的線圖形。
同樣在FLEX模式下的鍵輸入執行處理的情況下，以與FIX模式的情形相同的方式，在設定數字值(步驟E7)之后馬上判定激光輸出平均值或燈功率平均值(步驟E8)。
雖然已描述并圖示說明了優選實施例，本發明不限于上述實施例，在本發明技術構思的范圍內能夠進行各種變更和修改。
例如，在上述實施例中，用于激光輸出波形控制的基準波形(圖)是在模式屏上(“調度”屏)設定的，激光輸出設定值是在該基準波形的基礎上獲取的。然而，在矩形波的情況下，也可從例如脈沖寬度、峰值和重復頻率的設定值獲取激光輸出設定值，而對設定基準波形(圖)無特殊要求。
也可用鼠標、圖形輸入卡等作為設定值輸入裝置。也可用半導體激光器等作為激光振蕩單元中的激勵裝置代替激光燈。
上述多位置處理系統僅是一個實例，因此來自激光振蕩單元的激光束可直接照射到光纖上而不被轉移。盡管上述實施例是相關于脈沖激光處理設備，本發明可應用于連續振蕩CW激光處理設備或無任何波形控制特征的激光處理設備。
權利要求
1．一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含光纖設定裝置，用于設定所述光纖的種類和直徑；激光輸出上限值尋找裝置，用于根據所述光纖設定裝置設定的所述光纖的種類和直徑尋找所述激光束的激光輸出上限值；激光輸出設定裝置，用于設定所述激光束的激光輸出；以及判斷裝置，用于把所述激光輸出設定裝置設定的所述激光輸出值與所述激光輸出上限值尋找裝置找到的所述激光輸出上限值相比較，以判斷所述激光輸出設定值是否超過所述激光輸出上限值。
2．如權利要求1所述的激光處理設備，其中所述激光輸出上限值尋找裝置包括用于以表格式存儲可用于所述設備的多個光纖的種類和直徑以及對應于每一種類和直徑的激光輸出上限值的存儲裝置。
3．如權利要求1所述的激光處理設備，其中所述激光輸出設定裝置包括基準波形設定裝置，用于相應于作為脈沖激光束產生的所述激光束設定激光輸出基準波形的基準波形；重復頻率設定裝置，用于相應于所述激光束設定重復頻率；以及激光輸出平均值運算裝置，用于在已設定的所述基準波形和已設定的所述重復頻率的基礎上，算出每一確定時間的所述脈沖激光束的激光輸出平均值，作為所述激光輸出設定值。
4．如權利要求1所述的激光處理設備，其中所述激光輸出設定裝置包括激光輸出設定值運算裝置，用于在已作為脈沖激光束產生的所述激光束的脈沖寬度、輸出峰值和重復頻率的基礎上算出所述激光輸出設定值。
5．如權利要求1至4中任何一項所述的激光處理設備，其中還包含報警裝置，用于在所述判斷裝置判斷所述激光輸出設定值超過所述激光輸出上限值時產生報警。
6．如權利要求1至5中任何一項所述的激光處理設備，其中還包含當所述判斷裝置判斷所述激光輸出設定值超過所述激光輸出上限值時禁止所述激光輸出設定裝置進行設定的裝置。
7．一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含激光輸出上限值尋找裝置，用于根據所述光纖的種類和直徑尋找所述激光束的激光輸出上限值；激光輸出平均值運算裝置，用于檢測從所述激光振蕩單元振蕩輸出的所述激光束的激光輸出，以便以一定間隔算出激光輸出平均值；以及中斷裝置，用于在所述激光輸出平均值超過所述激光輸出上限值時中斷所述激光束對所述光纖的照射。
8．一種激光處理設備，其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場，所述激光處理設備包含一激光電源單元，用于為所述激光振蕩單元提供激光振蕩的電源；電源上限值尋找裝置，用于根據所述光纖的種類和直徑尋找對應于所述激光束的所述激光輸出上限值的所述激光電源單元的電源上限值；電源平均值運算裝置，用于檢測所述激光電源單元提供給所述激光振蕩單元的電源，以便以一定間隔算出電源平均值；以及中斷裝置，用于在所述電源平均值超過所述電源上限值時中斷所述激光電源單元。
全文摘要
一種激光處理設備,其中從激光振蕩單元振蕩輸出的激光束通過光纖傳輸到一遙遠的激光處理現場,它包含:光纖設定裝置,用于設定光纖的種類和直徑;激光輸出上限值尋找裝置,根據光纖設定裝置設定的光纖種類和直徑尋找激光束的激光輸出上限值;激光輸出設定裝置,用于設定激光束的激光輸出;以及判斷裝置,把激光輸出設定裝置設定的激光輸出值與激光輸出上限值尋找裝置找到的激光輸出上限值相比較,以判斷所述激光輸出設定值是否超過激光輸出上限值。
文檔編號H01S3/13GK1235886SQ9910666
公開日1999年11月24日 申請日期1999年5月18日 優先權日1998年5月18日
發明者佐佐木晴樹, 川村浩二 申請人:宮地技術株式會社