(57)【要約】【課題】異常発熱に伴ってレーザ発振器が破損するおそれを低減させることができるレーザ発振器を提供する。【解決手段】レーザダイオード２は、レーザ光を射出する。電源装置５は、レーザダイオード２に電力を供給する。サーモカメラ１１は、レーザダイオード２より射出されて伝送されるレーザ光伝送経路において放射される赤外線を検知する。制御装置４は、サーモカメラ１１が検知した赤外線に基づく温度分布の中に第１の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、第１の温度以上の温度を有する領域があれば、レーザダイオード２への電力の供給を切断してレーザ光の射出を停止させる。【選択図】 図１
2020047816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザダイオードと、
前記レーザダイオードに電力を供給する電源装置と、
前記レーザダイオードより射出されて伝送されるレーザ光伝送経路において放射される赤外線を検知する赤外線検知部と、
前記赤外線検知部が検知した赤外線に基づく温度分布の中に第１の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、前記第１の温度以上の温度を有する領域があれば、前記レーザダイオードへの電力の供給を切断してレーザ光の射出を停止させるよう制御する制御装置と、
を備えるレーザ発振器。
【請求項２】
前記制御装置は、前記温度分布の中に前記第１の温度より低い第２の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、前記第２の温度以上の温度を有する領域があれば、警報を発生する
請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記レーザ発振器は、
レーザ光を射出する複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードより射出されたレーザ光を光結合させる励起光コンバイナと、前記励起光コンバイナにより光結合されたレーザ光が入射される高反射ファイバブラッググレーティングと、前記高反射ファイバブラッググレーティングを透過したレーザ光が入射されるアクティブファイバと、前記アクティブファイバより射出されたレーザ光が入射される低反射ファイバブラッググレーティングと、を有し、
前記レーザ光伝送経路は、前記レーザダイオードから前記低反射ファイバブラッググレーティングまでを含む範囲である
請求項１または２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記赤外線検知部は、サーモカメラからなる
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記赤外線検知部は、赤外線の波長帯域を透過させる波長フィルタ付きの光センサからなる
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
赤外線検知部が、レーザダイオードより射出されたレーザ光が伝送されるレーザ光伝送経路において放射される赤外線を検知し、
制御装置が、前記赤外線検知部が検知した赤外線に基づく温度分布の中に第１の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、
前記制御装置が、前記第１の温度以上の温度を有する領域があれば、電源装置による前記レーザダイオードへの電力の供給を切断してレーザ光の射出を停止させる
レーザ発振器の温度監視方法。
【請求項７】
前記制御装置が、前記温度分布の中に前記第１の温度より低い第２の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、
前記制御装置が、前記第２の温度以上の温度を有する領域があれば、警報を発生する
請求項６に記載のレーザ発振器の温度監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機において加工対象物を加工するためのレーザ光を射出するレーザ発振器およびレーザ発振器の温度監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光によって加工対象物である板金を加工するレーザ加工機は、レーザ光を射出するレーザ発振器を有する。レーザ加工機のレーザ発振器としては、小型及び低コストであり、板金の高速切断に適し、また薄板の高速溶接に適しているファイバレーザ発振器がよく用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４０３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバレーザ発振器においては、複数のレーザダイオードより射出されたレーザ光は、励起光コンバイナ、ファイバブラッググレーティング、およびアクティブファイバ等の各コンポーネントに入射される。各コンポーネントよりのレーザ光は、加工ヘッドへ送られ、レーザ加工に供される。
【０００５】
上述のようなファイバレーザ発振器において、各コンポーネントまたは各コンポーネントを繋ぐ融着点に、劣化または損傷が発生することがある。各コンポーネントまたはその融着点に劣化または損傷が発生すると、その劣化損傷部分に光吸収または光散乱現象が起こり、その劣化損傷部分の温度が上昇する。
【０００６】
劣化損傷部分の温度上昇を放置すると、その劣化または損傷が進行し、ファイバヒューズ等の現象が発生し、ファイバレーザ発振器全体の破損に繋がる。
【０００７】
従来、各コンポーネントおよび各コンポーネントを繋ぐ融着点に、サーミスタ等の温度センサを設置して温度を監視する温度監視方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、この従来の温度監視方法では、温度センサの設置点のみの温度検出となるため、その設置点以外の部分に異常発熱が起こった場合には、異常発熱を検出できない問題がある。この問題は、ファイバレーザ発振器に限らず他のレーザ発振器においても同様に存在する。
【０００９】
本発明は、異常発熱に伴ってレーザ発振器が破損するおそれを低減させることができるレーザ発振器およびレーザ発振器の温度監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、レーザ光を射出するレーザダイオードと、前記レーザダイオードに電力を供給する電源装置と、前記レーザダイオードより射出されて伝送されるレーザ光伝送経路において放射される赤外線を検知する赤外線検知部と、前記赤外線検知部が検知した赤外線に基づく温度分布の中に第１の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、前記第１の温度以上の温度を有する領域があれば、前記レーザダイオードへの電力の供給を切断してレーザ光の射出を停止させるよう制御する制御装置と、を備えるレーザ発振器を提供する。
【００１１】
本発明は、赤外線検知部が、レーザダイオードより射出されたレーザ光が伝送されるレーザ光伝送経路において放射される赤外線を検知し、制御装置が、前記赤外線検知部が検知した赤外線に基づく温度分布の中に第１の温度以上の温度を有する領域の有無を検出し、前記制御装置が、前記第１の温度以上の温度を有する領域があれば、電源装置による前記レーザダイオードへの電力の供給を切断してレーザ光の射出を停止させるレーザ発振器の温度監視方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザ発振器およびレーザ発振器の温度監視方法によれば、異常発熱に伴ってレーザ発振器が破損するおそれを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るレーザ発振器に用いられるサーモカメラの機能的な構成図である。
【図３】第１実施形態または第２実施形態に係るレーザ発振器の温度監視方法を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【図５】第３実施形態に係るレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【図６】第３実施形態に係るレーザ発振器に用いられる波長フィルタの透過特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、各実施形態に係るファイバレーザ発振器について、添付図面を参照して説明する。なお、各実施形態では、レーザ発振器として、ファイバレーザ発振器を例示して説明しているが、本発明は、他の種類のレーザ発振器にも適用できる。
【００１５】
図１において、第１実施形態に係るファイバレーザ発振器１は、所定の波長のレーザ光を射出する複数のレーザダイオード２を有している。レーザダイオード２の数は４個に限定されない。励起光コンバイナ３は、複数のレーザダイオード２よりフィードファイバを介して伝送されたレーザ光を光結合させる。
【００１６】
励起光コンバイナ３により光結合されたレーザ光は、フィードファイバを介して高反射ファイバブラッググレーティング６（以下、第１のＦＢＧ６）と、低反射ファイバブラッググレーティング７（以下、第２のＦＢＧ７）との間に設けられたアクティブファイバ８に伝送される。
【００１７】
アクティブファイバ８には、コアに希土類の元素が添加されている。希土類の元素としては、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｈｏ（ホルミウム）等が用いられ、典型的には、Ｙｂが用いられる。第１のＦＢＧ６および第２のＦＢＧ７は、レーザ光の特定の波長成分を反射する。 
【００１８】
アクティブファイバ８から放出されたレーザ光が第１のＦＢＧ６と第２のＦＢＧ７との間で往復を繰り返し、第２のＦＢＧ７からは、レーザダイオード２が射出するレーザ光の波長とは異なる波長のレーザ光が射出される。
【００１９】
電源装置５は、ファイバレーザ発振器１を制御する制御装置４の制御に基づいて、レーザダイオード２に電力を供給する。これにより、レーザダイオード２は、レーザ光を射出する。電源装置５、レーザダイオード２、励起光コンバイナ３、第１のＦＢＧ６、第２のＦＢＧ７、およびアクティブファイバ８は、ファイバレーザ発振器１として、１つの筐体１２内に納められている。筐体１２内の第２のＦＢＧ７より射出されたレーザ光は加工ヘッド９へ供給され、ワーク（加工対象物）１０がレーザ加工される。
【００２０】
制御装置４には、種々の情報を表示する表示部４ａ が接続されている。第１実施形態では、ファイバレーザ発振器１を制御する専用の制御装置４が電源装置５を制御している。レーザ加工機全体を制御するＮＣ装置が電源装置５を制御してもよい。
【００２１】
筐体１２内には、さらに、筐体１２内のレーザ光の伝送経路において放射される赤外線を検知して温度分布を取得する複数のサーモカメラ１１が設けられている。複数のサーモカメラ１１は、制御装置４に接続されている。第１実施形態に係るファイバレーザ発振器１では、筐体１２内におけるレーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度分布を取得するために、一例として３つのサーモカメラ１１が配設されている。サーモカメラ１１は、赤外線検知部の第１の例である。
【００２２】
赤外線を検知して温度分布を取得するサーモカメラ１１は、ファイバレーザ発振器１内部を監視できればよく、つまり密閉されたファイバレーザ発振器１内部を撮像できればよい。要するに、サーモカメラ１１はファイバレーザ発振器１内にあって一定の防塵環境が整っていれば、特別に筐体１２内に設置する必然性はない。
【００２３】
この３つのサーモカメラ１１により検知されるレーザ光伝送経路は、具体的には、レーザダイオード２、レーザダイオード２から励起光コンバイナ３までのフィードファイバ、励起光コンバイナ３、励起光コンバイナ３から第１のＦＢＧ６までのフィードファイバ、第１のＦＢＧ６、第１のＦＢＧ６からアクティブファイバ８までのフィードファイバ、アクティブファイバ８、アクティブファイバ８から第２のＦＢＧ７までのフィードファイバ、第２のＦＢＧ７から加工ヘッド９までの筐体１２内のフィードファイバを含む範囲である。
【００２４】
複数のサーモカメラ１１が温度分布を取得するレーザ光伝送経路は、好ましくはレーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までの範囲である。レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までの範囲のうち、選択した範囲を、温度分布を取得するレーザ光伝送経路としてもよい。
【００２５】
図２は、サーモカメラ１１の機能的な構成図である。
【００２６】
図２において、サーモカメラ１１は、対象であるレーザ光伝送経路から発する光線を入射し集光する集光レンズ１３と、集光レンズ１３により集光された光線のうち赤外線を検知する赤外線検知器１４を有し、赤外線検知器１４が二次元赤外線センサとなりセンサ面で結像する結像部を形成する。
【００２７】
サーモカメラ１１は、さらに、赤外線検知器１４から出力される電気信号を増幅する増幅部１６と、増幅部１６により増幅された赤外線検知信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１７とを有する。Ａ／Ｄ変換部１７より出力されたデジタル信号は、制御装置４へ送られる。制御装置４は、Ａ／Ｄ変換部１７より出力されたデジタル信号に基づいてレーザ光伝送経路における温度上昇を判定する。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換部１７より出力されたデジタル信号を温度画像信号に変換し、温度を色で表した画像を表示することもできる。この場合、以下の２つの方法がある。第１の方法としては、サーモカメラ１１に、Ａ／Ｄ変換部１７より出力されたデジタル信号を温度信号に変換する温度変換画像処理部と表示部を設け、温度変換画像処理部より出力された温度画像信号に基づいて、温度を色で表した画像を表示部に表示してもよい。第２の方法としては、制御装置４に、Ａ／Ｄ変換部１７より出力されたデジタル信号を温度信号に変換する温度変換画像処理部を設け、その温度変換画像処理部より出力された温度画像信号に基づいて、温度を色で表した画像を、制御装置４の表示部４ａに表示してもよい。なお、この第１〜第３実施形態では、測定温度を色で表した画像を表示しない場合について説明する。
【００２９】
図３は、第１実施形態に係るファイバレーザ発振器の温度監視方法を示すフローチャートである。
【００３０】
図３のステップ１００において、制御装置４の制御に基づいて、サーモカメラ１１の赤外線検知によりレーザ光伝送経路の温度が測定され、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路の温度分布（測定温度データ）が取得される。取得された測定温度データは、制御装置４へ送られる。
【００３１】
ステップ１０１において、制御装置４は、サーモカメラ１１よりの測定温度データから、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度分布の中に、第２の所定温度（４０°Ｃ）以上の温度を有する領域の有無を判定する。
【００３２】
レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路の中で、測定温度が４０°Ｃ以上の温度がある場合（ステップ１０１においてＹＥＳ）、ステップ１０２において、制御装置４は、高温注意の警報を発生する。第１実施形態では、制御装置４は、表示部４ａに高温注意警報を表示する。これにより、作業者は、ファイバレーザ発振器１が高温の状態であることを知ることができる。
【００３３】
ステップ１０３において、制御装置４は、サーモカメラ１１よりの測定温度情報から、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度分布中に、測定温度が第１の所定温度（６０°Ｃ）以上の温度を有する領域の有無を判定する。
【００３４】
レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路の中で、測定温度が６０°Ｃ以上の温度がある場合（ステップ１０３においてＹＥＳ）、ステップ１０４において、制御装置４は、電源装置５へレーザダイオード２の発光動作を停止させる停止信号を送る。これにより、電源装置５はレーザダイオード２に供給する電力を切断して、レーザダイオード２のレーザ発光動作が停止される。
【００３５】
以上のように、第１実施形態は、サーモカメラ１１による赤外線検知によりレーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度を監視する。これにより、レーザ光伝送経路の全体に渡っての温度を監視することができる。それにより、異常発熱に伴うファイバレーザ発振器１の破損のおそれを低減できる。
【００３６】
なお、第１実施形態では、複数（３つ）のサーモカメラ１１を設けて、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度を監視するようにしたが、１つのサーモカメラにより、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における一部分、例えば、レーザダイオード２の部分の温度を監視するようにしてもよい。
【００３７】
図４は、第２実施形態に係るレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【００３８】
図４において、この第２実施形態は、第１実施形態における３個のサーモカメラ１１を、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度分布を検出する１つの広角サーモカメラ１９に変更した構成となっている。他の構成は、第１実施形態と同様である。広角サーモカメラ１９の機能的な構成は図２に示すサーモカメラ１１のそれと同様である。第２実施形態に係るレーザ発振器の温度監視方法は、図３に示す第１実施形態に係るレーザ発振器の温度監視方法と同様である。広角レンズの視野角で以って、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度分布を検出するので、得られる画像データにより異常温度の発生場所も特定可能である。
【００３９】
この第２実施形態によれば、１つの広角サーモカメラ１９で、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路の温度分布に基づいて温度監視を行うことができるので、構成が簡略化される。
【００４０】
図５は、第３実施形態に係るファイバレーザ発振器の概略的な構成例を示す図である。
【００４１】
図５において、第３実施形態は、第１実施形態における３個のサーモカメラ１１を、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路において放射される赤外線の光強度を検出する３個の波長フィルタ付きの光センサ２０に変更した構成となっている。光センサ２０は、赤外線検知部の第２の例であり、例えば、フォトダイオードのようなセンサである。制御装置４は、波長フィルタ付きの光センサ２０により検出した赤外線の光強度を温度に変換して温度を監視する。他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
図６に示すように、光センサ２０の光入射側に設けられた波長フィルタ２０ａは、例えば、赤外線の波長帯域である１μｍ〜１０００μｍのみを透過させる。従って、波長フィルタ付きの光センサ２０が検出する赤外線の波長は、１μｍ〜１０００μｍとなる。なお、光エネルギー量の多い中波長赤外線（Mid-wavelength infrared, MWIR）、長波赤外線（Long-wavelength infrared, LWIR）、熱赤外線（Thermal infrared, TIR）が熱源として寄与すると定義すれば、３μｍ〜１５μｍの波長分を透過させて赤外線量を計測してもよい。
【００４３】
それにより、波長フィルタ付きの光センサ２０は、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路において放射される赤外線の光強度を検出することができる。
【００４４】
制御装置４には、予め求められた、光センサ２０の測定位置における赤外線の強度に対する温度の関係を示す対応表が設定されている。制御装置４には、その対応表に基づいて、赤外線の光強度を温度へと変換する。
【００４５】
以上のように、第３実施形態は、波長フィルタ付きの光センサ２０による赤外線検知によりレーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における温度を監視する。これにより、レーザ光伝送経路の全体に渡って温度を監視することができる。それにより、異常発熱に伴うファイバレーザ発振器１の破損のおそれを低減できる。
【００４６】
本発明は以上説明した第１〜第３実施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。
【００４７】
第３実施形態においては、３個の波長フィルタ付きの光センサ２０を使用していたが、レーザダイオード２から第２のＦＢＧ７までのレーザ光伝送経路における赤外線を検出する１つの波長フィルタ付きの広角光センサに変更してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…ファイバレーザ発振器
２…レーザダイオード
３…励起光コンバイナ
４…制御装置
５…電源装置
６…高反射ファイバブラッググレーティング
７…低反射ファイバブラッググレーティング
８…アクティブファイバ
９…加工ヘッド
１０…ワーク
１１…サーモカメラ
１２…筐体
１３…集光レンズ
１４…赤外線検知器
１６…増幅部
１７…Ａ／Ｄ変換部
１９…広角サーモカメラ
２０…波長フィルタ付きの光センサ
【図１】
2020047816.tif 000003
【図２】
2020047816.tif 000004
【図３】
2020047816.tif 000005
【図４】
2020047816.tif 000006
【図５】
2020047816.tif 000007
【図６】
2020047816.tif 000008