專利名稱：激光加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用光源作為激光激勵(lì)裝置的激光加工設(shè)備。
采用固態(tài)激光器的激光加工設(shè)備的激光諧振單元包括固態(tài)激光介質(zhì)，例如YAG棒；激勵(lì)光源，例如激勵(lì)燈；一對(duì)光學(xué)諧振腔反射鏡，位于固態(tài)激光介質(zhì)的光軸上。
當(dāng)激勵(lì)燈在接收來自激光電源單元的電能后被點(diǎn)亮?xí)r，其光能量激勵(lì)YAG棒，使得光束從YAG棒的兩個(gè)端面發(fā)出，射向其光軸，并在所述一對(duì)光學(xué)諧振腔反射鏡之間來回反射放大，然后光束以激光束形式從輸出鏡出射。在離開輸出鏡之后，激光束經(jīng)由預(yù)定的傳輸光學(xué)系統(tǒng)傳輸至位于待加工位置的輸出單元，然后從輸出單元投射至工件上。
在這種激光諧振單元中，隨著激光諧振次數(shù)的增加，由于激勵(lì)燈的衰減或由于YAG棒上的或光學(xué)諧振腔反射鏡的灰塵等，使得激光諧振效率變低。
為了克服激光諧振單元中隨時(shí)間的衰減以便將激光輸出維持在其設(shè)定值，通常激光電源單元還具有激光輸出反饋功能。該反饋功能通過采用光學(xué)傳感器等測量激光束的激光輸出(光學(xué)強(qiáng)度)來控制饋送給激勵(lì)燈的電功率、電流或電壓，從而使得激光輸出測量值與激光輸出設(shè)定值一致。
上述激光輸出反饋功能確保了對(duì)于激光諧振單元中隨時(shí)間衰變的補(bǔ)償，從而將激光束的激光輸出保持在其設(shè)定值。
另外，隨著衰減隨時(shí)間的增大，從激光諧振單元諧振出射的激光束的激光輸出與激光電源單元輸入(饋送)給激勵(lì)燈的電功率之間的差別(誤差)變大。這意味著為補(bǔ)償激光諧振單元中隨時(shí)間的衰減，需要更大的電功率。
雖然隨著激光諧振單元中衰減隨時(shí)間增大而使激勵(lì)燈輸入功率以此種方式增大，但是激勵(lì)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(lì)燈將會(huì)破裂(通常燈玻璃管破裂)，從而導(dǎo)致激光諧振的停止。
而這時(shí)，在大多數(shù)情況下，會(huì)替換一個(gè)新的激勵(lì)燈。在替換激勵(lì)燈時(shí)，已有激勵(lì)燈破裂玻璃管的碎片必須被清理干凈，而這很煩瑣。另外，由于激勵(lì)燈破裂導(dǎo)致激光加工的意外突然中斷也經(jīng)常引起生產(chǎn)率的下降。
本發(fā)明是基于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題而做出的。因而本發(fā)明的目的在于提供一種激光加工設(shè)備，該設(shè)備具有確保精確預(yù)計(jì)或提示替換激勵(lì)光源的時(shí)間的功能，從而實(shí)現(xiàn)提高的維護(hù)性能和生產(chǎn)率。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種激光加工設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)激光諧振單元，該單元具有用于激勵(lì)的光源，激光諧振單元發(fā)出光能以激勵(lì)固態(tài)激光介質(zhì)，以便從中諧振出射激光束；一個(gè)激光電源單元，用于向激勵(lì)光源提供電功率；輸入功率測量裝置，用于測量饋送給激勵(lì)光源的電功率；輸入功率限定值設(shè)定裝置，用于設(shè)定激勵(lì)光源輸入功率的限定值；功率輸入比計(jì)算裝置，從輸入功率測量裝置接收輸入功率測量值以計(jì)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，用于提供由功率輸入比計(jì)算裝置計(jì)算出的比率的顯示輸出。
優(yōu)選地，本發(fā)明的激光加工設(shè)備還包括功率輸入比上限設(shè)定裝置，用于設(shè)定所需的該比率上限，和報(bào)警信號(hào)輸出裝置，用于在功率輸入比計(jì)算裝置計(jì)算出的比率到達(dá)或超過該上限值時(shí)發(fā)出預(yù)定報(bào)警信號(hào)。
本發(fā)明的激光加工設(shè)備還可包括報(bào)警顯示裝置，用于響應(yīng)于報(bào)警信號(hào)提供預(yù)定報(bào)警信息的顯示輸出。
本發(fā)明的激光加工設(shè)備還可包括激光諧振停止裝置，用于響應(yīng)于報(bào)警信號(hào)使激光諧振停止。
在此情況下，本發(fā)明的激光加工設(shè)備最好還包括激光輸出設(shè)定裝置，用于設(shè)定激光束的所需激光輸出；激光輸出測量裝置，用于測量激光束的激光輸出；激光輸出比較裝置，用于將激光輸出測量裝置所取得的激光輸出測量值與來自激光輸出設(shè)定裝置的激光輸出測定值加以比較，以獲得其比較誤差；以及激光輸出控制裝置，用于根據(jù)該比較誤差提供對(duì)饋送給激勵(lì)光源的電功率、電流或電壓的控制，以便確保激光輸出測量值與激光輸出設(shè)定值一致。
根據(jù)上述本發(fā)明的激光加工設(shè)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(jì)算出來用于激勵(lì)激光諧振單元中的光源，并將所得比率輸出用以顯示，從而可以提供替換激勵(lì)光源時(shí)間的精確預(yù)計(jì)或提示，顯著提高了激勵(lì)光源的維護(hù)性能以及激光加工的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的上述及其他方面、目的、特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將更加清楚。附圖中
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光加工設(shè)備外觀的立體圖；圖2是以放大方式表示根據(jù)該實(shí)施例的激光加工設(shè)備操作面板外觀的放大局部平面圖；圖3是表示根據(jù)該實(shí)施例的激光加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4是表示根據(jù)該實(shí)施例的激光束加工設(shè)備的CPU和存儲(chǔ)器所采用的功能裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5表示該實(shí)施例設(shè)備中顯示的主要屏幕及切換這些屏幕的相互關(guān)系；圖6A表示該實(shí)施例“程序屏幕”顯示的例子；圖6B為激光輸出設(shè)定波形的圖形表示；圖7表示該實(shí)施例程序模式中CPU執(zhí)行的主要加工程序；圖8表示該實(shí)施例“狀態(tài)屏幕”顯示的例子；圖9表示該實(shí)施例ON顯示模式中“功率監(jiān)視屏幕”顯示的例子；圖10表示該實(shí)施例OFF顯示模式中“功率監(jiān)視屏幕”顯示的例子；圖11表示該實(shí)施例功率監(jiān)視模式中CPU執(zhí)行的主要加工程序；以及圖12表示該實(shí)施例“報(bào)警信息屏幕”顯示的例子。
下面結(jié)合


本發(fā)明，其中附圖以非限定方式表示其所示的優(yōu)選實(shí)施例。
首先參照?qǐng)D1和2，其中畫出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光加工設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)。圖1為整個(gè)設(shè)備的立體圖，圖2為設(shè)備操作面板的放大局部平面圖。
如圖1所示，該激光加工設(shè)備包括連接為一體的一個(gè)上箱體10和一個(gè)下箱體12。上箱體10中裝有激光諧振單元，控制器，用于多位置加工的激光分束單元，等等。上箱體10的前表面設(shè)有例如操作面板，以14表示，包括顯示器和用以設(shè)定輸入/顯示輸出各設(shè)定值，測量值等的多個(gè)按鍵開關(guān)，并且設(shè)有一組LED15，用于電流供給情況，高壓供給情況，充電完成情況的點(diǎn)亮顯示。上箱體10的頂表面設(shè)有多個(gè)孔(開口)16。以使多位置加工的多個(gè)光纖(未畫出)從孔16通過，并且設(shè)有用于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(gòu)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(gòu)成冷卻單元，等等。下箱體12具有一個(gè)門形式的前面板20。
參照?qǐng)D2，操作面板14的中部具有一個(gè)平面面板顯示器，例如液晶顯示器22，其下設(shè)有多個(gè)功能鍵，在本實(shí)施例中包括光標(biāo)鍵24a至24d，加號(hào)(+)鍵26，減號(hào)(-)鍵28，回車鍵30，菜單鍵32，開始按鈕34，復(fù)位按鈕36和緊急停止按鈕38。
光標(biāo)鍵24a至24d用于在屏幕上沿垂直和水平方向移動(dòng)光標(biāo)。當(dāng)鍵24a至24d被按下時(shí)，光標(biāo)沿這些鍵上的箭頭所指的方向移動(dòng)。
加號(hào)(+)鍵26和減號(hào)(-)鍵28為數(shù)據(jù)輸入鍵，將在下面說明，用于將數(shù)字值(十進(jìn)制數(shù))記入數(shù)字項(xiàng)，“ON”或“OFF”選擇，用于“ON/OFF”項(xiàng)，用于FIX/FREE(固定/自由)項(xiàng)的“FIX”或“FREE”選擇，等等。
回車鍵30用于將光標(biāo)位置處的顯示數(shù)據(jù)變?yōu)榇_定的設(shè)定數(shù)據(jù)。菜單鍵32用于選擇設(shè)備的屏幕模式。
開始按鈕34用于啟動(dòng)設(shè)備發(fā)出(射出)脈沖激光束。復(fù)位按鈕36用于在發(fā)生任何故障時(shí)取消出現(xiàn)在顯示器22上未被示出的“故障屏幕”。停止按鈕38在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)操作，使得其按下時(shí)切斷高壓并停止冷卻單元的工作。
圖3為表示激光加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的方框圖。本實(shí)施例的激光加工設(shè)備包括激光諧振單元，激光電源單元，激光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。
激光諧振單元40包括激勵(lì)光源，例如激勵(lì)燈52，和激光介質(zhì)，例如YAG棒54，燈52和YAG棒，位于腔室50中，以及一對(duì)光學(xué)諧振腔反射鏡56和58，位于YAG棒54的光軸上并處于腔室50的外部。
當(dāng)激勵(lì)燈52被點(diǎn)亮?xí)r，其光能激勵(lì)YAG棒54，使得光束從YAG棒54的兩端沿其光軸發(fā)出，并且在光學(xué)諧振腔反射鏡56和58之間反復(fù)反射放大，然后以脈沖激光束LB的形式從輸出鏡56出射。在離開輸出鏡56之后，脈沖激光束LB被傳輸至未示出的激光分束單元，在其中它們被分解成多個(gè)分支脈沖激光束。然后這此分支脈沖激光束通過相應(yīng)的光纖(未畫出)傳輸至位于加工位置的相應(yīng)輸出單元，由其將分支脈沖激光束發(fā)射向工件。
激光電源單元42包括一個(gè)電容器60，用于在其中存儲(chǔ)饋送給激光諧振單元40的用于激光諧振的電能；充電電路62，用于將例如三相AC電源電壓(U，V，W)的商用交流轉(zhuǎn)換成直流以便將電容器60充電至預(yù)定DC電壓；三極管64，用作連接在電容器60與激光諧振單元40的激勵(lì)燈52之間的切換元件；和驅(qū)動(dòng)電路66，用于以高頻(例如10KHz)變換地驅(qū)動(dòng)三極管64。
激光冷卻單元44用于消除激光諧振單元40中由其中激勵(lì)燈52和YAG棒54產(chǎn)生的熱量，激光冷卻單元44設(shè)計(jì)成將具有預(yù)定溫度的冷卻劑例如冷卻水CW送入激光諧振單元40中。
控制部分46包括CPU(微處理器)70，用于控制整個(gè)設(shè)備及各部分的操作；存儲(chǔ)器72，用于在其中保存各種程序和各種設(shè)定值或計(jì)算數(shù)據(jù)以使CPU70執(zhí)行預(yù)定加工；和多個(gè)測量裝置74至82，用于測量脈沖激光束LB的激光輸出或與之對(duì)應(yīng)的激光電源單元42中的電學(xué)參數(shù)。
在這些測量裝置中，激光輸出測量單元74具有一個(gè)光傳感器，用于接收從光學(xué)諧振反射鏡58向后漏出的激光束LB′；以及一個(gè)測量電路，用于根據(jù)光傳感器發(fā)出的電信號(hào)確定脈沖激光束LB的激光輸出，所得的激光輸出測量值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(lì)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(lì)燈52上電壓(例如燈電壓)的例如有效值，并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(hào)，以測量提供給激勵(lì)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(duì)于電源單元42，CPU70向充電電路62提供用于將電容器60充電至設(shè)定電壓的充電控制信號(hào)CF，并且向驅(qū)動(dòng)電路66提供用于波形控制的切換控制信號(hào)SW。
在本實(shí)施例的波形控制中，CPU70通過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(yù)先設(shè)定的用于波形控制的參考波形進(jìn)行比較，得出比較誤差。CPU70產(chǎn)生例如脈沖寬度控制信號(hào)形式的切換控制信號(hào)SW，以使所述比較誤差為零。
這種反饋控制系統(tǒng)可以控制脈沖激光束LB從激光諧振電路40諧振輸出的激光輸出，或者控制使得與之相應(yīng)的激光電源單元42的電學(xué)參數(shù)(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(gè)輸入單元84，一個(gè)顯示單元86和一個(gè)通訊接口電路(I/F)88。輸入單元84設(shè)有鍵開關(guān)形式的操作面板14，顯示單元86包括一組LED和設(shè)在設(shè)備前面的顯示器22。接口電路88用于與外部設(shè)備或外部單元的數(shù)據(jù)通訊。
應(yīng)當(dāng)指出，操作面板14可以設(shè)置成與設(shè)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(shè)有CPU70，存儲(chǔ)器72，輸入單元84和顯示單元86，并且通過通訊纜線與設(shè)備主體電連接。
再參照?qǐng)D4，其中以方框圖形式畫出了本實(shí)施例CPU70和存儲(chǔ)器72采用的功能裝置的結(jié)構(gòu)。如圖所示，CPU70和存儲(chǔ)器72設(shè)有一輸入緩存單元90，一控制信號(hào)發(fā)生單元92，一運(yùn)算單元94，一數(shù)據(jù)管理單元96，一測量值存儲(chǔ)單元98，一設(shè)定值存儲(chǔ)單元100，一圖像格式存儲(chǔ)單元102和一顯示輸出單元104。
輸入緩存單元90臨時(shí)存儲(chǔ)輸入至CPU70的數(shù)據(jù)，例如來自輸入單元84的設(shè)定數(shù)據(jù)，來自通訊接口電路88的外部數(shù)據(jù)，以及來自冷卻單元44或測量電路74、76、80的測量值數(shù)據(jù)。
運(yùn)算單元94執(zhí)行所有施加于CPU70的計(jì)算處理?？刂菩盘?hào)發(fā)生單元92產(chǎn)生所有由CPU70向外發(fā)出的控制信號(hào)。數(shù)據(jù)管理單元96用于管理CPU70和存儲(chǔ)器72內(nèi)所有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和移動(dòng)。
測量值存儲(chǔ)單元98用于存儲(chǔ)輸入至CPU70的測量值數(shù)據(jù)，設(shè)定值存儲(chǔ)單元100用于存儲(chǔ)輸入至CPU70的設(shè)定值數(shù)據(jù)或者由CPU70內(nèi)計(jì)算所得的設(shè)定值數(shù)據(jù)。
圖像格式存儲(chǔ)單元102其中存儲(chǔ)表示格式化部分的圖像的圖像數(shù)據(jù)，其顯示內(nèi)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(shù)據(jù)管理單元96的設(shè)定值或其它變量的圖像疊加在由圖像格式存儲(chǔ)單元102產(chǎn)生的格式化圖像之上，以建立合成屏幕，并將這些合成屏幕的圖像數(shù)據(jù)輸出至顯示單元86。
圖5表示本實(shí)施例中呈現(xiàn)在顯示器22的主要屏幕以及這些屏幕之間的相互切換關(guān)系。
本實(shí)施例具有三個(gè)主要屏幕，即①“程序屏幕”，用于使用戶可以輸入所需設(shè)定值至各設(shè)定項(xiàng)下，②“狀態(tài)屏幕”，用于提供主要設(shè)備內(nèi)的狀態(tài)信息的顯示。③“功率監(jiān)視屏幕”，用于提供最新發(fā)出脈沖激光束LB的激光輸出測量值的顯示。其中，③“功率監(jiān)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(nèi)容。圖7表示在“程序屏幕”模式下由CPU70執(zhí)行的主要加工程序。
在圖6A中為了便于說明，可以設(shè)定輸入值的項(xiàng)目在屏幕上以虛線框住。顯然，任何實(shí)際屏幕都沒有這種虛線。以空心或者粗體字母表示的數(shù)值為各個(gè)測量值，這些值不能通過鍵入方式設(shè)定或更改。對(duì)于圖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(xiàn)“程序屏幕”，隨后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(shè)備中輸入所需設(shè)定值和操作指令，步驟B2。
更具體地說，對(duì)每一項(xiàng)，移動(dòng)光標(biāo)至數(shù)據(jù)輸入位置，步驟B6，并操作加號(hào)(+)鍵26或減號(hào)(-)鍵直至達(dá)到所需數(shù)值，步驟B3和B4，其后按下回車鍵30。
響應(yīng)回車鍵30的鍵入，CPU70根據(jù)光標(biāo)所示數(shù)據(jù)輸入位置的輸入顯示數(shù)據(jù)的種類執(zhí)行鍵入執(zhí)行程序，步驟B5。
在所示例中，為設(shè)定和輸入一參考波形用于波形控制，所需數(shù)值數(shù)據(jù)被設(shè)定和輸入到由激光輸出參考峰值(PEAK)和波形要素↑坡(SLOPE)、閃光1(FLASH1)、閃光2，閃光3和↓坡構(gòu)成的項(xiàng)目中。
任何激光輸出值都能以KW計(jì)設(shè)定和輸入到這些項(xiàng)目的激光輸出參考值峰值中。然而一般地，可以選擇適于在施加于脈沖激光束LB所需的激光輸出最大值附近的參考計(jì)算比的值(例如10，20，50，100，1000等)，其中脈沖激光束LB在該程序號(hào)射出。
時(shí)間↑t，↓t只用于上坡↑坡和下坡↓坡的設(shè)定和輸入。對(duì)于閃光周期閃光1，閃光2和閃光3，以相對(duì)于激光輸出參考值峰值的比值P1，P2，P3以及各周期時(shí)間t1，t2，t3的形式設(shè)定并輸入各周期的激光輸出值。
將數(shù)值輸入到各項(xiàng)以設(shè)定參考波形。用戶移動(dòng)光標(biāo)至各項(xiàng)的數(shù)據(jù)輸入位置，并操作加號(hào)(+)鍵26或減號(hào)(-)鍵28直至到達(dá)所需數(shù)值。然后用戶按下回車鍵30。響應(yīng)于這些鍵操作，CPU70執(zhí)行數(shù)值輸入顯示程序，步驟B3和B4，和設(shè)定程序，步驟B5，然后將輸入的設(shè)定值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于設(shè)定值存儲(chǔ)單元100內(nèi)的預(yù)定存儲(chǔ)地址中。
在圖6所示的設(shè)定實(shí)例中，激光輸出參考值峰值設(shè)定為10.0(KW)，閃光周期閃光1，閃光2，閃光3的激光輸出比P1，P2，P3分別設(shè)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的激光輸出值分別設(shè)定為10.0(KW)，2.5(KW)和5.0(KW)。
在上述波形要素項(xiàng)目的數(shù)值設(shè)定過程中，CPU70產(chǎn)生一個(gè)用于波形控制的參考波形以及一個(gè)用于顯示的參考波形圖。CPU70然后將如此產(chǎn)生的參考波形圖存儲(chǔ)于設(shè)定值存儲(chǔ)單元100內(nèi)的預(yù)定存儲(chǔ)區(qū)中。CPU70進(jìn)一步將參考波形圖的各部分的激光輸出比(r)乘以(轉(zhuǎn)換)激光輸出參考值峰值以得到適當(dāng)?shù)膮⒖疾ㄐ斡糜诓ㄐ慰刂疲脜⒖疾ㄐ螖?shù)據(jù)也存儲(chǔ)于設(shè)定值存儲(chǔ)單元100內(nèi)的預(yù)定存儲(chǔ)區(qū)中。
在“程序屏幕”中，不僅進(jìn)行上述參考波形的設(shè)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(shè)備操作進(jìn)行脈沖激光束LB的重復(fù)頻率REPEAT和發(fā)射計(jì)數(shù)SHOT的設(shè)定輸入。此處所用的發(fā)射計(jì)數(shù)是響應(yīng)于單個(gè)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)射的一系列脈沖激光束LB的總數(shù)。
接下來參照?qǐng)D8，以示例形式畫出了“狀態(tài)屏幕”的顯示內(nèi)容。在“狀態(tài)屏幕”上，顯示用于多位置加工的多個(gè)，例如六個(gè)分束脈沖激光束(光束1至光束6)快門的開/關(guān)(ON/OFF)狀態(tài)，以及在激光輸出波形控制(激光輸出/燈功率/燈電流)或其他主要狀態(tài)信息中當(dāng)時(shí)選擇的反饋參數(shù)。
然后參照?qǐng)D9和10，以示例方式畫出了“功率監(jiān)測屏幕”的內(nèi)容。圖11表示功率監(jiān)視，模式中CPU70執(zhí)行的主要加工程序，圖12表示功率監(jiān)測模式中的“報(bào)警信息屏幕”。
在“功率監(jiān)測”屏幕上顯示例如最新發(fā)射的脈沖激光束LB的能量(J)和平均功率(W)的測量值。
一般地，響應(yīng)于啟動(dòng)按鈕34的一次下壓動(dòng)作，脈沖激光束LB以特定周期“REPEAT”反復(fù)發(fā)射直至達(dá)到在程序模式中預(yù)先設(shè)定的號(hào)“SHOT”。
當(dāng)在程序模式中壓下啟動(dòng)按鈕34時(shí)，步驟B7，或者當(dāng)從外部設(shè)備(未畫出)經(jīng)由接口電路88饋入啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，CPU70啟動(dòng)脈沖激光束LB的發(fā)射。附帶指出，來自外部設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)提供了程序號(hào)的標(biāo)記以及啟動(dòng)激光發(fā)射的指令。
在CPU70中，數(shù)據(jù)管理單元96首先從設(shè)定值存儲(chǔ)單元100內(nèi)的預(yù)定存儲(chǔ)位置讀取與當(dāng)前所選程序號(hào)有關(guān)的各種條件或項(xiàng)目的設(shè)定值以及狀態(tài)信息的各設(shè)定值，以將其置于各部分的預(yù)定寄存器、計(jì)數(shù)器等中。
接著，根據(jù)由“狀態(tài)屏幕”指定的反饋控制系統(tǒng)，輸入緩存單元90，控制信號(hào)發(fā)生單元92，運(yùn)算單元94等產(chǎn)生一個(gè)切換控制信號(hào)SW，用于以預(yù)定高頻進(jìn)行激光輸出波形控制，從而由驅(qū)動(dòng)電路66提供對(duì)三極管64的切換控制。
在此波形控制的同時(shí)，“功率監(jiān)測屏幕”顯示在顯示單元86的顯示器上，同時(shí)CPU70使運(yùn)算單元94、數(shù)據(jù)管理單元96，測量值存儲(chǔ)單元98等按圖11所示程序執(zhí)行監(jiān)測。
在該監(jiān)測過程中，在激光諧振單元40諧振發(fā)出脈沖激光束LB期間，CPU70從激光輸出測量單元74提取激光輸出測量值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，然后根據(jù)激光輸出測量值SL的時(shí)間積分值得出每個(gè)脈沖的能量，步驟J2。
接著，在每一特定時(shí)間Ta，例如1秒，步驟J3，通過對(duì)各脈沖的能量累加值進(jìn)行計(jì)算，得到最新時(shí)間周期Ta的能量平均值ENERGY和激光輸出平均值A(chǔ)VERAGE，如此獲得的監(jiān)測值顯示在其左半部的“功率監(jiān)測屏幕”上，步驟J4。另外，通過計(jì)算各脈沖的燈功率(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(duì)預(yù)先設(shè)定(寄存)在存儲(chǔ)器72中用于激勵(lì)燈52和燈輸入功率限定值QL的比值。應(yīng)當(dāng)指出，激光加工設(shè)備的模式數(shù)決定了激勵(lì)燈52的種類，并限定了其燈輸入功率限定值QL。
在本實(shí)施例的“功率監(jiān)測屏幕”中，其最上面一行顯示了波形選擇項(xiàng)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(dāng)指示為OFF顯示模式時(shí)，如圖10所示，屏幕右半?yún)^(qū)顯示能量平均值的上限和下限監(jiān)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(shè)定和指示在REFERENCE SET項(xiàng)目中。燈功率輸入比上限值KS的設(shè)定指示可以采用程序模式中步驟B2至B6相同的程序進(jìn)行。燈功率輸入比上限值KS一般可設(shè)定為稍微低于對(duì)應(yīng)于燈輸入功率限定值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(guān)系，步驟J9。
在替換以新激勵(lì)燈52之后的一個(gè)短期內(nèi)，在反饋功能，尤其是激光輸出反饋功能中，饋送給激勵(lì)燈52以獲得所需激光輸出的功率總是保持在激光輸出設(shè)定值的附近，并且明顯低于燈輸入功率限定值QL。因此得到KM＜KS。
當(dāng)?shù)玫皆撆袛嘟Y(jié)果(KM＜KS)時(shí)，斷定燈輸入功率處于安全范圍內(nèi)，從而重復(fù)上述步驟，J1至J9，直到脈沖激光束LB的發(fā)射次數(shù)N號(hào)達(dá)到設(shè)定號(hào)SHOT，步驟J10，J11。
然而，隨著替換激勵(lì)燈52之后激光諧振次數(shù)的號(hào)增加，由于燈本身的性能減退或者由于YAG棒54或諧振腔反射鏡56，58上的灰塵等，會(huì)導(dǎo)致激光諧振效率的逐漸降低。然后，在激光輸出反饋功能下，激光諧振單元40中這種衰變隨時(shí)間的加大會(huì)導(dǎo)致從激光電源單元向激勵(lì)燈輸入(饋送)的功率的逐漸增加，以便保持激光束LB的激光輸出在設(shè)定值。
因此，隨著激光諧振單元40中該衰變隨時(shí)間的加大，燈功率輸入比KM逐漸上升。然后，燈功率輸入比KM最終會(huì)達(dá)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立即停止激光諧振，步驟J9，J12。這樣，在此時(shí)間點(diǎn)激光加工也停止。
接著，在顯示單元86的顯示器上，“功率監(jiān)測屏幕”切換至“報(bào)警信息屏幕”，如圖12所示，步驟J13。該“報(bào)警信息屏幕”告知用戶停止的原因，即燈輸入功率達(dá)到其限定值，并且催促用戶檢查或替換激勵(lì)燈52。
當(dāng)在“功率監(jiān)測屏幕”的波形選擇項(xiàng)MW中設(shè)定并輸入ON時(shí)，其右半?yún)^(qū)顯示一個(gè)如圖9所示的指示脈沖激光束LB的激光輸出波形(測量值)的波形圖，步驟J8。該波形圖通過在CPU70中的運(yùn)算單元94根據(jù)來自激光輸出測量單元74的激光輸出測量值SL進(jìn)行所需數(shù)據(jù)處理得到，該波形圖存儲(chǔ)在測量值存儲(chǔ)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(xiàng)(KM，KS)之間的幅值關(guān)系，步驟J9。相應(yīng)地，如果該判斷結(jié)果為KM≥KS，則立即停止激光諧振，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(bào)警信息屏幕”，步驟J16。
在本實(shí)施例中，如上所述，當(dāng)脈沖激光束LB諧振并發(fā)射時(shí)，在每一特定間隔Ta都計(jì)算出當(dāng)前激光輸出平均值QM相對(duì)于使用中的激勵(lì)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(jiān)測屏幕”上目視檢驗(yàn)(識(shí)別)激光諧振單元40中隨時(shí)間衰變的增加燈功率輸入比KM逐漸增加的狀態(tài)。特別在激光輸出反饋功能中可以識(shí)別燈功率輸入比KM顯著增加的狀態(tài)。
因而激勵(lì)燈52可以在例如間歇周期內(nèi)，或者在燈功率輸入比KM達(dá)到選定上限值KS之前的適當(dāng)時(shí)間更換。這可以防止激勵(lì)燈52的任何損壞，并且有助于避免激光諧振和激光加工的任何意外突然停止。應(yīng)當(dāng)理解，燈的更換可以與YAG棒54端面或光學(xué)諧振腔反射鏡56、58的清潔一起進(jìn)行。
即使不管或忽略燈功率輸入比KM隨激光諧振單元40中隨時(shí)間衰變而逐漸上升的情況，該設(shè)備在燈功率輸入比KM達(dá)到其上限值KS而不到對(duì)應(yīng)于燈輸入功率限定值QL的最大值(100％)時(shí)，也會(huì)自動(dòng)停止激光諧振，并顯示報(bào)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(lì)燈52而不會(huì)使激勵(lì)燈52破裂。
雖然在上述實(shí)施例中用于獲得燈功率輸入比KM的燈輸入功率測量值為各特定時(shí)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(dòng)平均值，或者也可以采用燈輸入功率有效值，整個(gè)激光諧振時(shí)間周期的平均值等。
在上述實(shí)施例中，激光加工條件控制在程序至程序的基礎(chǔ)上。當(dāng)替換設(shè)定和輸入在“程序屏幕”或功率監(jiān)測屏幕“的程序項(xiàng)目SCH、#中的程序號(hào)時(shí)，激光加工條件，特別是激光輸出設(shè)定值也會(huì)改變，并且顯示在“功率監(jiān)測屏幕”上的燈功率輸入比KM，LAMP INPUT PWR的值也會(huì)變化。
更具體地說，隨著激光輸出設(shè)定值的增大，輸入給激勵(lì)燈52的電功率也成比例增大，導(dǎo)致燈功率輸入比KM的上升。相反地，隨著激光輸出設(shè)定值的減小，饋送給激勵(lì)燈52的電功率也成比例降低，導(dǎo)致燈功率輸入比KM的下降。
在任何情況中，在相同的激光輸出設(shè)定值下，燈功率輸入比KM將隨著激光諧振單元40隨時(shí)間衰變的增加而單調(diào)增大。因而用戶可以監(jiān)測增大的KM值的狀態(tài)，從而可以在適當(dāng)時(shí)候以及在激光加工間歇期的方便時(shí)候進(jìn)行激勵(lì)燈52或激光諧振單元40的部分更換和修理或清潔操作。
盡管在上述實(shí)施例中燈功率輸入比KM是以百分?jǐn)?shù)值形式數(shù)字顯示的，但是任何模擬顯示或圖形顯示也是可以的。這同樣適用于燈功率輸入比上限值KS。圖12的“報(bào)警信息屏幕”的顯示內(nèi)容僅僅是示例的，可以進(jìn)行多種改動(dòng)，并且此信息也可以替換為點(diǎn)亮預(yù)定的報(bào)警燈。
上述實(shí)施例中“程序屏幕”的顯示內(nèi)容也僅僅是個(gè)例子，不僅其顯示內(nèi)容，而且其激光輸出波形設(shè)定方法都可以進(jìn)行多種改動(dòng)。
可以采用鼠標(biāo)、圖形輸入板等作為設(shè)定值輸入裝置。激光諧振單元中的激勵(lì)光源并不限于激勵(lì)燈，也可以是例如半導(dǎo)體激光器。
上述多位置加工系統(tǒng)僅僅是示例，來自激光諧振單元的激光束可以直接輸入至光纖而不加分解。盡管本實(shí)例與脈沖激光加工設(shè)備有關(guān)，但是本發(fā)明也適用于連續(xù)諧振激光加工設(shè)備，沒有波形控制功能的激光加工設(shè)備等。
權(quán)利要求
1.一種激光加工設(shè)備，包括激光諧振單元，用于通過從激勵(lì)光源發(fā)出的光能激勵(lì)固態(tài)激光介質(zhì)而諧振發(fā)出激光束；激光電源單元，用于向所述激勵(lì)光源提供電功率；輸入功率測量裝置，用于測量饋送給所述激勵(lì)光源的電功率；輸入功率限定值設(shè)定裝置，用于設(shè)定向所述激勵(lì)光源輸入功率的限定值；功率輸入比計(jì)算裝置，用于接收來自所述輸入功率測量裝置的輸入功率測量值，以計(jì)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，用于提供由所述功率輸入比計(jì)算裝置計(jì)算出的所述比值的顯示輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的激光加工設(shè)備，還包括功率輸入比上限設(shè)定裝置，用于設(shè)定所述比值的所需上限；以及報(bào)警信號(hào)輸出裝置，用于在由所述功率輸入比計(jì)算裝置計(jì)算出的所述比值達(dá)到或超過所述上限值時(shí)發(fā)出預(yù)定的報(bào)警信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光加工設(shè)備，還包括報(bào)警顯示裝置，用于響應(yīng)于所述報(bào)警信號(hào)提供預(yù)定報(bào)警信息的顯示輸出。
4.如權(quán)利要求2所述的激光加工設(shè)備，還包括激光諧振停止裝置，用于響應(yīng)于所述報(bào)警信號(hào)停止激光諧振。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的激光加工設(shè)備，還包括激光輸出設(shè)定裝置，用于設(shè)定所述激光束的所需激光輸出；激光輸出測量裝置，用于測量所述激光束的激光輸出；激光輸出比較裝置，用于將所述激光輸出測量裝置所得的激光輸出測量值與來自所述激光輸出設(shè)定裝置的激光輸出設(shè)定值加以比較，以得出比較誤差；以及激光輸出控制裝置，用于響應(yīng)于所述比較誤差對(duì)饋送給所述激勵(lì)光源的電功率、電流或電壓進(jìn)行控制，以便確保所述激光輸出測量值與所述激光輸出設(shè)定值一致。
全文摘要
在功率監(jiān)測模式下,在激光諧振輸出時(shí)提取激光輸出測量值,燈電壓測量值和燈電流測量值,并根據(jù)激光輸出測量值的時(shí)間積分值計(jì)算出各脈沖的能量。接著,在一特定時(shí)間間隔Ta,根據(jù)各脈沖能量的累加值計(jì)算出能量平均值和激光輸出平均值用于顯示,并通過計(jì)算各脈沖燈功率的累加值得出燈功率平均值Q
文檔編號(hào)H01S3/131GK1253867SQ9912599
公開日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1999年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月29日
發(fā)明者佐佐木晴樹, 川村浩二 申請(qǐng)人:宮地技術(shù)株式會(huì)社