雷射加工設備的製作方法
2023-06-13 07:50:31
專利名稱：雷射加工設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用光源作為雷射激勵裝置的雷射加工設備。
採用固態雷射器的雷射加工設備的雷射諧振單元包括固態雷射介質，例如YAG棒；激勵光源，例如激勵燈；一對光學諧振腔反射鏡，位於固態雷射介質的光軸上。
當激勵燈在接收來自雷射電源單元的電能後被點亮時，其光能量激勵YAG棒，使得光束從YAG棒的兩個端面發出，射向其光軸，並在所述一對光學諧振腔反射鏡之間來回反射放大，然後光束以雷射束形式從輸出鏡出射。在離開輸出鏡之後，雷射束經由預定的傳輸光學系統傳輸至位於待加工位置的輸出單元，然後從輸出單元投射至工件上。
在這種雷射諧振單元中，隨著雷射諧振次數的增加，由於激勵燈的衰減或由於YAG棒上的或光學諧振腔反射鏡的灰塵等，使得雷射諧振效率變低。
為了克服雷射諧振單元中隨時間的衰減以便將雷射輸出維持在其設定值，通常雷射電源單元還具有雷射輸出反饋功能。該反饋功能通過採用光學傳感器等測量雷射束的雷射輸出(光學強度)來控制饋送給激勵燈的電功率、電流或電壓，從而使得雷射輸出測量值與雷射輸出設定值一致。
上述雷射輸出反饋功能確保了對於雷射諧振單元中隨時間衰變的補償，從而將雷射束的雷射輸出保持在其設定值。
另外，隨著衰減隨時間的增大，從雷射諧振單元諧振出射的雷射束的雷射輸出與雷射電源單元輸入(饋送)給激勵燈的電功率之間的差別(誤差)變大。這意味著為補償雷射諧振單元中隨時間的衰減，需要更大的電功率。
雖然隨著雷射諧振單元中衰減隨時間增大而使激勵燈輸入功率以此種方式增大，但是激勵燈本身的輸入功率具有限定值，如果超過了此限定值，則激勵燈將會破裂(通常燈玻璃管破裂)，從而導致雷射諧振的停止。
而這時，在大多數情況下，會替換一個新的激勵燈。在替換激勵燈時，已有激勵燈破裂玻璃管的碎片必須被清理乾淨，而這很煩瑣。另外，由於激勵燈破裂導致雷射加工的意外突然中斷也經常引起生產率的下降。
本發明是基於現有技術中的上述問題而做出的。因而本發明的目的在於提供一種雷射加工設備，該設備具有確保精確預計或提示替換激勵光源的時間的功能，從而實現提高的維護性能和生產率。
為了達到上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種雷射加工設備，該設備包括一個雷射諧振單元，該單元具有用於激勵的光源，雷射諧振單元發出光能以激勵固態雷射介質，以便從中諧振出射雷射束；一個雷射電源單元，用於向激勵光源提供電功率；輸入功率測量裝置，用於測量饋送給激勵光源的電功率；輸入功率限定值設定裝置，用於設定激勵光源輸入功率的限定值；功率輸入比計算裝置，從輸入功率測量裝置接收輸入功率測量值以計算出輸入功率測量值與輸入功率限定值的比率；以及功率輸入比顯示裝置，用於提供由功率輸入比計算裝置計算出的比率的顯示輸出。
優選地，本發明的雷射加工設備還包括功率輸入比上限設定裝置，用於設定所需的該比率上限，和報警信號輸出裝置，用於在功率輸入比計算裝置計算出的比率到達或超過該上限值時發出預定報警信號。
本發明的雷射加工設備還可包括報警顯示裝置，用於響應於報警信號提供預定報警信息的顯示輸出。
本發明的雷射加工設備還可包括雷射諧振停止裝置，用於響應於報警信號使雷射諧振停止。
在此情況下，本發明的雷射加工設備最好還包括雷射輸出設定裝置，用於設定雷射束的所需雷射輸出；雷射輸出測量裝置，用於測量雷射束的雷射輸出；雷射輸出比較裝置，用於將雷射輸出測量裝置所取得的雷射輸出測量值與來自雷射輸出設定裝置的雷射輸出測定值加以比較，以獲得其比較誤差；以及雷射輸出控制裝置，用於根據該比較誤差提供對饋送給激勵光源的電功率、電流或電壓的控制，以便確保雷射輸出測量值與雷射輸出設定值一致。
根據上述本發明的雷射加工設備，其輸入功率測量值與輸入功率限定值的比率(功率輸入比)被計算出來用於激勵雷射諧振單元中的光源，並將所得比率輸出用以顯示，從而可以提供替換激勵光源時間的精確預計或提示，顯著提高了激勵光源的維護性能以及雷射加工的生產率。
本發明的上述及其他方面、目的、特徵和優點通過下面結合附圖的詳細描述將更加清楚。附圖中
圖1是表示根據本發明實施例的雷射加工設備外觀的立體圖；圖2是以放大方式表示根據該實施例的雷射加工設備操作面板外觀的放大局部平面圖；圖3是表示根據該實施例的雷射加工設備結構的方框圖；圖4是表示根據該實施例的雷射束加工設備的CPU和存儲器所採用的功能裝置結構的方框圖；圖5表示該實施例設備中顯示的主要屏幕及切換這些屏幕的相互關係；圖6A表示該實施例「程序屏幕」顯示的例子；圖6B為雷射輸出設定波形的圖形表示；圖7表示該實施例程序模式中CPU執行的主要加工程序；圖8表示該實施例「狀態屏幕」顯示的例子；圖9表示該實施例ON顯示模式中「功率監視屏幕」顯示的例子；圖10表示該實施例OFF顯示模式中「功率監視屏幕」顯示的例子；圖11表示該實施例功率監視模式中CPU執行的主要加工程序；以及圖12表示該實施例「報警信息屏幕」顯示的例子。
下面結合
本發明，其中附圖以非限定方式表示其所示的優選實施例。
首先參照圖1和2，其中畫出了根據本發明實施例的雷射加工設備的外部結構。圖1為整個設備的立體圖，圖2為設備操作面板的放大局部平面圖。
如圖1所示，該雷射加工設備包括連接為一體的一個上箱體10和一個下箱體12。上箱體10中裝有雷射諧振單元，控制器，用於多位置加工的雷射分束單元，等等。上箱體10的前表面設有例如操作面板，以14表示，包括顯示器和用以設定輸入/顯示輸出各設定值，測量值等的多個按鍵開關，並且設有一組LED15，用於電流供給情況，高壓供給情況，充電完成情況的點亮顯示。上箱體10的頂表面設有多個孔(開口)16。以使多位置加工的多個光纖(未畫出)從孔16通過，並且設有用於連接光纖的可打開的蓋子18。
下箱體12中裝有電源部分，外部連接端子和斷路器，構成電源單元；容器，泵，熱交換器，離子交換樹脂，過濾器和外部管路連接端子，構成冷卻單元，等等。下箱體12具有一個門形式的前面板20。
參照圖2，操作面板14的中部具有一個平面面板顯示器，例如液晶顯示器22，其下設有多個功能鍵，在本實施例中包括光標鍵24a至24d，加號(+)鍵26，減號(-)鍵28，回車鍵30，菜單鍵32，開始按鈕34，復位按鈕36和緊急停止按鈕38。
光標鍵24a至24d用於在屏幕上沿垂直和水平方向移動光標。當鍵24a至24d被按下時，光標沿這些鍵上的箭頭所指的方向移動。
加號(+)鍵26和減號(-)鍵28為數據輸入鍵，將在下面說明，用於將數字值(十進位數)記入數字項，「ON」或「OFF」選擇，用於「ON/OFF」項，用於FIX/FREE(固定/自由)項的「FIX」或「FREE」選擇，等等。
回車鍵30用於將光標位置處的顯示數據變為確定的設定數據。菜單鍵32用於選擇設備的屏幕模式。
開始按鈕34用於啟動設備發出(射出)脈衝雷射束。復位按鈕36用於在發生任何故障時取消出現在顯示器22上未被示出的「故障屏幕」。停止按鈕38在出現緊急狀況時操作，使得其按下時切斷高壓並停止冷卻單元的工作。
圖3為表示雷射加工設備結構的方框圖。本實施例的雷射加工設備包括雷射諧振單元，雷射電源單元，雷射冷卻單元和控制部分，分別以40、42、44和46表示，以及I/O接口單元，以48表示。
雷射諧振單元40包括激勵光源，例如激勵燈52，和雷射介質，例如YAG棒54，燈52和YAG棒，位於腔室50中，以及一對光學諧振腔反射鏡56和58，位於YAG棒54的光軸上並處於腔室50的外部。
當激勵燈52被點亮時，其光能激勵YAG棒54，使得光束從YAG棒54的兩端沿其光軸發出，並且在光學諧振腔反射鏡56和58之間反覆反射放大，然後以脈衝雷射束LB的形式從輸出鏡56出射。在離開輸出鏡56之後，脈衝雷射束LB被傳輸至未示出的雷射分束單元，在其中它們被分解成多個分支脈衝雷射束。然後這此分支脈衝雷射束通過相應的光纖(未畫出)傳輸至位於加工位置的相應輸出單元，由其將分支脈衝雷射束髮射向工件。
雷射電源單元42包括一個電容器60，用於在其中存儲饋送給雷射諧振單元40的用於雷射諧振的電能；充電電路62，用於將例如三相AC電源電壓(U，V，W)的商用交流轉換成直流以便將電容器60充電至預定DC電壓；三極體64，用作連接在電容器60與雷射諧振單元40的激勵燈52之間的切換元件；和驅動電路66，用於以高頻(例如10KHz)變換地驅動三極體64。
雷射冷卻單元44用於消除雷射諧振單元40中由其中激勵燈52和YAG棒54產生的熱量，雷射冷卻單元44設計成將具有預定溫度的冷卻劑例如冷卻水CW送入雷射諧振單元40中。
控制部分46包括CPU(微處理器)70，用於控制整個設備及各部分的操作；存儲器72，用於在其中保存各種程序和各種設定值或計算數據以使CPU70執行預定加工；和多個測量裝置74至82，用於測量脈衝雷射束LB的雷射輸出或與之對應的雷射電源單元42中的電學參數。
在這些測量裝置中，雷射輸出測量單元74具有一個光傳感器，用於接收從光學諧振反射鏡58向後漏出的雷射束LB′；以及一個測量電路，用於根據光傳感器發出的電信號確定脈衝雷射束LB的雷射輸出，所得的雷射輸出測量值SL饋送給CPU70。
電壓測量電路76通過電壓探測線路78電連接至激勵燈52的兩端。電壓測量電路76測量由電源單元42施加在激勵燈52上電壓(例如燈電壓)的例如有效值，並將所得燈電壓測量值SV饋送給CPU70。電流測量電路80接收來自電流傳感器，例如附著在電源單元42的燈電流供給電路上的霍爾電流互感器(HALL CT)82上的電流探測信號，以測量提供給激勵燈52的電流(燈電流)的有效值。將所得燈電流測量值Sl饋送給CPU70。
對於電源單元42，CPU70向充電電路62提供用於將電容器60充電至設定電壓的充電控制信號CF，並且向驅動電路66提供用于波形控制的切換控制信號SW。
在本實施例的波形控制中，CPU70通過將來自雷射輸出測量單元74的雷射輸出測量值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Sl，或者由燈電壓測量值SV與燈電流測量值Sl得出的燈功率測量值SP(SV·Sl)與預先設定的用于波形控制的參考波形進行比較，得出比較誤差。CPU70產生例如脈衝寬度控制信號形式的切換控制信號SW，以使所述比較誤差為零。
這種反饋控制系統可以控制脈衝雷射束LB從雷射諧振電路40諧振輸出的雷射輸出，或者控制使得與之相應的雷射電源單元42的電學參數(燈電流、燈功率、燈電壓)遵從用于波形控制的參考波形。
I/O接口單元48包括一個輸入單元84，一個顯示單元86和一個通訊接口電路(I/F)88。輸入單元84設有鍵開關形式的操作面板14，顯示單元86包括一組LED和設在設備前面的顯示器22。接口電路88用於與外部設備或外部單元的數據通訊。
應當指出，操作面板14可以設置成與設備主體可分離的單元形式(程序單元)。在此情況下，該程序單元可以設有CPU70，存儲器72，輸入單元84和顯示單元86，並且通過通訊纜線與設備主體電連接。
再參照圖4，其中以方框圖形式畫出了本實施例CPU70和存儲器72採用的功能裝置的結構。如圖所示，CPU70和存儲器72設有一輸入緩存單元90，一控制信號發生單元92，一運算單元94，一數據管理單元96，一測量值存儲單元98，一設定值存儲單元100，一圖像格式存儲單元102和一顯示輸出單元104。
輸入緩存單元90臨時存儲輸入至CPU70的數據，例如來自輸入單元84的設定數據，來自通訊接口電路88的外部數據，以及來自冷卻單元44或測量電路74、76、80的測量值數據。
運算單元94執行所有施加於CPU70的計算處理。控制信號發生單元92產生所有由CPU70向外發出的控制信號。數據管理單元96用於管理CPU70和存儲器72內所有數據的存儲和移動。
測量值存儲單元98用於存儲輸入至CPU70的測量值數據，設定值存儲單元100用於存儲輸入至CPU70的設定值數據或者由CPU70內計算所得的設定值數據。
圖像格式存儲單元102其中存儲表示格式化部分的圖像的圖像數據，其顯示內容固定在顯示器22上顯示的各屏幕中。顯示輸出單元104將來自數據管理單元96的設定值或其它變量的圖像疊加在由圖像格式存儲單元102產生的格式化圖像之上，以建立合成屏幕，並將這些合成屏幕的圖像數據輸出至顯示單元86。
圖5表示本實施例中呈現在顯示器22的主要屏幕以及這些屏幕之間的相互切換關係。
本實施例具有三個主要屏幕，即①「程序屏幕」，用於使用戶可以輸入所需設定值至各設定項下，②「狀態屏幕」，用於提供主要設備內的狀態信息的顯示。③「功率監視屏幕」，用於提供最新發出脈衝雷射束LB的雷射輸出測量值的顯示。其中，③「功率監視屏幕」是特別重要的屏幕。如圖5所示，通過菜單鍵32的操作可以將這三種模式屏幕①、②和③相互切換。
圖6A以示例方式畫出了「程序屏幕」的顯示內容。圖7表示在「程序屏幕」模式下由CPU70執行的主要加工程序。
在圖6A中為了便於說明，可以設定輸入值的項目在屏幕上以虛線框住。顯然，任何實際屏幕都沒有這種虛線。以空心或者粗體字母表示的數值為各個測量值，這些值不能通過鍵入方式設定或更改。對於圖8、9和10也作同樣圖示，下文也將加以說明。
在程序模式中首先在顯示器22上出現「程序屏幕」，隨後立即終止最近的程序模式，步驟B1。在如此顯示的「程序屏幕」上，用戶可以通過操作面板14上的按鈕鍵24至38向設備中輸入所需設定值和操作指令，步驟B2。
更具體地說，對每一項，移動光標至數據輸入位置，步驟B6，並操作加號(+)鍵26或減號(-)鍵直至達到所需數值，步驟B3和B4，其後按下回車鍵30。
響應回車鍵30的鍵入，CPU70根據光標所示數據輸入位置的輸入顯示數據的種類執行鍵入執行程序，步驟B5。
在所示例中，為設定和輸入一參考波形用于波形控制，所需數值數據被設定和輸入到由雷射輸出參考峰值(PEAK)和波形要素↑坡(SLOPE)、閃光1(FLASH1)、閃光2，閃光3和↓坡構成的項目中。
任何雷射輸出值都能以KW計設定和輸入到這些項目的雷射輸出參考值峰值中。然而一般地，可以選擇適於在施加於脈衝雷射束LB所需的雷射輸出最大值附近的參考計算比的值(例如10，20，50，100，1000等)，其中脈衝雷射束LB在該程序號射出。
時間↑t，↓t只用於上坡↑坡和下坡↓坡的設定和輸入。對於閃光周期閃光1，閃光2和閃光3，以相對於雷射輸出參考值峰值的比值P1，P2，P3以及各周期時間t1，t2，t3的形式設定並輸入各周期的雷射輸出值。
將數值輸入到各項以設定參考波形。用戶移動光標至各項的數據輸入位置，並操作加號(+)鍵26或減號(-)鍵28直至到達所需數值。然後用戶按下回車鍵30。響應於這些鍵操作，CPU70執行數值輸入顯示程序，步驟B3和B4，和設定程序，步驟B5，然後將輸入的設定值數據存儲於設定值存儲單元100內的預定存儲地址中。
在圖6所示的設定實例中，雷射輸出參考值峰值設定為10.0(KW)，閃光周期閃光1，閃光2，閃光3的雷射輸出比P1，P2，P3分別設定為100.0(％)，25.0(％)和50.0(％)。以KW值表示的閃光周期閃光1，閃光2和閃光3的雷射輸出值分別設定為10.0(KW)，2.5(KW)和5.0(KW)。
在上述波形要素項目的數值設定過程中，CPU70產生一個用于波形控制的參考波形以及一個用於顯示的參考波形圖。CPU70然後將如此產生的參考波形圖存儲於設定值存儲單元100內的預定存儲區中。CPU70進一步將參考波形圖的各部分的雷射輸出比(r)乘以(轉換)雷射輸出參考值峰值以得到適當的參考波形用于波形控制，所得參考波形數據也存儲於設定值存儲單元100內的預定存儲區中。
在「程序屏幕」中，不僅進行上述參考波形的設定輸入，而且通過與上述類似的用戶操作(鍵入操作)和類似設備操作進行脈衝雷射束LB的重複頻率REPEAT和發射計數SHOT的設定輸入。此處所用的發射計數是響應於單個啟動信號發射的一系列脈衝雷射束LB的總數。
接下來參照圖8，以示例形式畫出了「狀態屏幕」的顯示內容。在「狀態屏幕」上，顯示用於多位置加工的多個，例如六個分束脈衝雷射束(光束1至光束6)快門的開/關(ON/OFF)狀態，以及在雷射輸出波形控制(雷射輸出/燈功率/燈電流)或其他主要狀態信息中當時選擇的反饋參數。
然後參照圖9和10，以示例方式畫出了「功率監測屏幕」的內容。圖11表示功率監視，模式中CPU70執行的主要加工程序，圖12表示功率監測模式中的「報警信息屏幕」。
在「功率監測」屏幕上顯示例如最新發射的脈衝雷射束LB的能量(J)和平均功率(W)的測量值。
一般地，響應於啟動按鈕34的一次下壓動作，脈衝雷射束LB以特定周期「REPEAT」反覆發射直至達到在程序模式中預先設定的號「SHOT」。
當在程序模式中壓下啟動按鈕34時，步驟B7，或者當從外部設備(未畫出)經由接口電路88饋入啟動信號時，CPU70啟動脈衝雷射束LB的發射。附帶指出，來自外部設備的啟動信號提供了程序號的標記以及啟動雷射發射的指令。
在CPU70中，數據管理單元96首先從設定值存儲單元100內的預定存儲位置讀取與當前所選程序號有關的各種條件或項目的設定值以及狀態信息的各設定值，以將其置於各部分的預定寄存器、計數器等中。
接著，根據由「狀態屏幕」指定的反饋控制系統，輸入緩存單元90，控制信號發生單元92，運算單元94等產生一個切換控制信號SW，用於以預定高頻進行雷射輸出波形控制，從而由驅動電路66提供對三極體64的切換控制。
在此波形控制的同時，「功率監測屏幕」顯示在顯示單元86的顯示器上，同時CPU70使運算單元94、數據管理單元96，測量值存儲單元98等按圖11所示程序執行監測。
在該監測過程中，在雷射諧振單元40諧振發出脈衝雷射束LB期間，CPU70從雷射輸出測量單元74提取雷射輸出測量值SL，從電壓測量電路76提取燈電壓測量值SV，從電流測量電路80提取燈電流測量值Sl，步驟J1，然後根據雷射輸出測量值SL的時間積分值得出每個脈衝的能量，步驟J2。
接著，在每一特定時間Ta，例如1秒，步驟J3，通過對各脈衝的能量累加值進行計算，得到最新時間周期Ta的能量平均值ENERGY和雷射輸出平均值AVERAGE，如此獲得的監測值顯示在其左半部的「功率監測屏幕」上，步驟J4。另外，通過計算各脈衝的燈功率(SV·Sl)累加值，得到燈功率平均值QM和功率輸入比KM，步驟J5。
此處，功率輸入比KM定義為QM/QL，即燈功率平均值QM對預先設定(寄存)在存儲器72中用於激勵燈52和燈輸入功率限定值QL的比值。應當指出，雷射加工設備的模式數決定了激勵燈52的種類，並限定了其燈輸入功率限定值QL。
在本實施例的「功率監測屏幕」中，其最上面一行顯示了波形選擇項目MW，使得用戶可以判斷何種顯示模式指示成ON或OFF，步驟J6。
當指示為OFF顯示模式時，如圖10所示，屏幕右半區顯示能量平均值的上限和下限監測值HIGH和LOW，以及燈功率輸入比LAMP INPUTPWR，上述燈功率輸入比KM以LAMP INPUT PWR的測量值的百分比表示，步驟J7。
該OFF模式還可以使用戶所需燈功率輸入比KM的任何上限值KS設定和指示在REFERENCE SET項目中。燈功率輸入比上限值KS的設定指示可以採用程序模式中步驟B2至B6相同的程序進行。燈功率輸入比上限值KS一般可設定為稍微低於對應於燈輸入功率限定值QL的最大值(100％)，例如95％。
除了上述指示之外，還需判斷燈功率輸入比KM與上限值KS之間的幅值關係，步驟J9。
在替換以新激勵燈52之後的一個短期內，在反饋功能，尤其是雷射輸出反饋功能中，饋送給激勵燈52以獲得所需雷射輸出的功率總是保持在雷射輸出設定值的附近，並且明顯低於燈輸入功率限定值QL。因此得到KM＜KS。
當得到該判斷結果(KM＜KS)時，斷定燈輸入功率處於安全範圍內，從而重複上述步驟，J1至J9，直到脈衝雷射束LB的發射次數N號達到設定號SHOT，步驟J10，J11。
然而，隨著替換激勵燈52之後雷射諧振次數的號增加，由於燈本身的性能減退或者由於YAG棒54或諧振腔反射鏡56，58上的灰塵等，會導致雷射諧振效率的逐漸降低。然後，在雷射輸出反饋功能下，雷射諧振單元40中這種衰變隨時間的加大會導致從雷射電源單元向激勵燈輸入(饋送)的功率的逐漸增加，以便保持雷射束LB的雷射輸出在設定值。
因此，隨著雷射諧振單元40中該衰變隨時間的加大，燈功率輸入比KM逐漸上升。然後，燈功率輸入比KM最終會達到或超過其上限值KS，不到其最大值(100％)。
如果滿足此條件(KM≥KS)，則CPU70立即停止雷射諧振，步驟J9，J12。這樣，在此時間點雷射加工也停止。
接著，在顯示單元86的顯示器上，「功率監測屏幕」切換至「報警信息屏幕」，如圖12所示，步驟J13。該「報警信息屏幕」告知用戶停止的原因，即燈輸入功率達到其限定值，並且催促用戶檢查或替換激勵燈52。
當在「功率監測屏幕」的波形選擇項MW中設定並輸入ON時，其右半區顯示一個如圖9所示的指示脈衝雷射束LB的雷射輸出波形(測量值)的波形圖，步驟J8。該波形圖通過在CPU70中的運算單元94根據來自雷射輸出測量單元74的雷射輸出測量值SL進行所需數據處理得到，該波形圖存儲在測量值存儲單元98中。
在該ON顯示模式中，既不顯示燈功率輸入比KM，也不顯示上限值KS。但是完成判斷該兩項(KM，KS)之間的幅值關係，步驟J9。相應地，如果該判斷結果為KM≥KS，則立即停止雷射諧振，步驟J12，其方式與上述OFF顯示模式中相同，從而顯示圖12的「報警信息屏幕」，步驟J16。
在本實施例中，如上所述，當脈衝雷射束LB諧振並發射時，在每一特定間隔Ta都計算出當前雷射輸出平均值QM相對於使用中的激勵燈52的燈輸入功率限定值QL的比值(燈功率輸入比)KM。
用戶可以在OFF顯示模式中「功率監測屏幕」上目視檢驗(識別)雷射諧振單元40中隨時間衰變的增加燈功率輸入比KM逐漸增加的狀態。特別在雷射輸出反饋功能中可以識別燈功率輸入比KM顯著增加的狀態。
因而激勵燈52可以在例如間歇周期內，或者在燈功率輸入比KM達到選定上限值KS之前的適當時間更換。這可以防止激勵燈52的任何損壞，並且有助於避免雷射諧振和雷射加工的任何意外突然停止。應當理解，燈的更換可以與YAG棒54端面或光學諧振腔反射鏡56、58的清潔一起進行。
即使不管或忽略燈功率輸入比KM隨雷射諧振單元40中隨時間衰變而逐漸上升的情況，該設備在燈功率輸入比KM達到其上限值KS而不到對應於燈輸入功率限定值QL的最大值(100％)時，也會自動停止雷射諧振，並顯示報警信息以告知用戶停止的原因，從而可以催促用戶更換激勵燈52而不會使激勵燈52破裂。
雖然在上述實施例中用於獲得燈功率輸入比KM的燈輸入功率測量值為各特定時間周期Ta的燈輸入功率平均值QM，但是它們也可以是燈輸入功率流動平均值，或者也可以採用燈輸入功率有效值，整個雷射諧振時間周期的平均值等。
在上述實施例中，雷射加工條件控制在程序至程序的基礎上。當替換設定和輸入在「程序屏幕」或功率監測屏幕「的程序項目SCH、#中的程序號時，雷射加工條件，特別是雷射輸出設定值也會改變，並且顯示在「功率監測屏幕」上的燈功率輸入比KM，LAMP INPUT PWR的值也會變化。
更具體地說，隨著雷射輸出設定值的增大，輸入給激勵燈52的電功率也成比例增大，導致燈功率輸入比KM的上升。相反地，隨著雷射輸出設定值的減小，饋送給激勵燈52的電功率也成比例降低，導致燈功率輸入比KM的下降。
在任何情況中，在相同的雷射輸出設定值下，燈功率輸入比KM將隨著雷射諧振單元40隨時間衰變的增加而單調增大。因而用戶可以監測增大的KM值的狀態，從而可以在適當時候以及在雷射加工間歇期的方便時候進行激勵燈52或雷射諧振單元40的部分更換和修理或清潔操作。
儘管在上述實施例中燈功率輸入比KM是以百分數值形式數字顯示的，但是任何模擬顯示或圖形顯示也是可以的。這同樣適用於燈功率輸入比上限值KS。圖12的「報警信息屏幕」的顯示內容僅僅是示例的，可以進行多種改動，並且此信息也可以替換為點亮預定的報警燈。
上述實施例中「程序屏幕」的顯示內容也僅僅是個例子，不僅其顯示內容，而且其雷射輸出波形設定方法都可以進行多種改動。
可以採用滑鼠、圖形輸入板等作為設定值輸入裝置。雷射諧振單元中的激勵光源並不限於激勵燈，也可以是例如半導體雷射器。
上述多位置加工系統僅僅是示例，來自雷射諧振單元的雷射束可以直接輸入至光纖而不加分解。儘管本實例與脈衝雷射加工設備有關，但是本發明也適用於連續諧振雷射加工設備，沒有波形控制功能的雷射加工設備等。
權利要求
1.一種雷射加工設備，包括雷射諧振單元，用於通過從激勵光源發出的光能激勵固態雷射介質而諧振發出雷射束；雷射電源單元，用於向所述激勵光源提供電功率；輸入功率測量裝置，用於測量饋送給所述激勵光源的電功率；輸入功率限定值設定裝置，用於設定向所述激勵光源輸入功率的限定值；功率輸入比計算裝置，用於接收來自所述輸入功率測量裝置的輸入功率測量值，以計算出所述輸入功率測量值與所述輸入功率限定值的比值；以及功率輸入比顯示裝置，用於提供由所述功率輸入比計算裝置計算出的所述比值的顯示輸出。
2.如權利要求1所述的雷射加工設備，還包括功率輸入比上限設定裝置，用於設定所述比值的所需上限；以及報警信號輸出裝置，用於在由所述功率輸入比計算裝置計算出的所述比值達到或超過所述上限值時發出預定的報警信號。
3.如權利要求2所述的雷射加工設備，還包括報警顯示裝置，用於響應於所述報警信號提供預定報警信息的顯示輸出。
4.如權利要求2所述的雷射加工設備，還包括雷射諧振停止裝置，用於響應於所述報警信號停止雷射諧振。
5.如前述任一權利要求所述的雷射加工設備，還包括雷射輸出設定裝置，用於設定所述雷射束的所需雷射輸出；雷射輸出測量裝置，用於測量所述雷射束的雷射輸出；雷射輸出比較裝置，用於將所述雷射輸出測量裝置所得的雷射輸出測量值與來自所述雷射輸出設定裝置的雷射輸出設定值加以比較，以得出比較誤差；以及雷射輸出控制裝置，用於響應於所述比較誤差對饋送給所述激勵光源的電功率、電流或電壓進行控制，以便確保所述雷射輸出測量值與所述雷射輸出設定值一致。
全文摘要
在功率監測模式下,在雷射諧振輸出時提取雷射輸出測量值,燈電壓測量值和燈電流測量值,並根據雷射輸出測量值的時間積分值計算出各脈衝的能量。接著,在一特定時間間隔Ta,根據各脈衝能量的累加值計算出能量平均值和雷射輸出平均值用於顯示,並通過計算各脈衝燈功率的累加值得出燈功率平均值Q
文檔編號H01S3/131GK1253867SQ9912599
公開日2000年5月24日 申請日期1999年10月29日 優先權日1998年10月29日
發明者佐佐木晴樹, 川村浩二 申請人:宮地技術株式會社