激光装置的制作方法

本发明涉及一种将激光二极管用作发光源或激励光源的激光装置。

背景技术：

公知一种具有故障诊断功能的激光装置(参照日本特开2007-214170号公报以及日本特开平6-160237号公报)。另外，公知一种通过调整向激光二极管元件提供的电流量来实现激光装置的长寿命化的技术。(参照日本特开2005-317841号公报)。

要求高输出的激光装置利用作为发光源或激励光源发挥作用的多个激光二极管模块。但是，在以往的方法中，存在以下趋势：随着成为故障诊断的对象的激光二极管的数量增大，故障诊断所需的时间长期化。

技术实现要素：

要求一种具有能够在短时间内执行多个激光二极管的故障诊断的故障诊断功能的激光装置。

根据本发明，提供一种激光装置，该激光装置构成为具备多个激光振荡单元，将从所述多个激光振荡单元发射的激光耦合后向外部发射，各个所述激光振荡单元具备：多个激光二极管模块组，所述多个激光二极管模块组包括作为发光源或激励光源发挥作用的至少一个激光二极管模块；第一光耦合部，其将从所述多个激光二极管模块组发射的激光耦合；以及至少一个第一光检测部，所述至少一个第一光检测部检测由所述第一光耦合部耦合后的激光的输出，所述激光装置具备：第二光耦合部，其将从所述多个激光振荡单元发射的激光耦合；至少一个第二光检测部，所述至少一个第二光检测部检测由所述第二光耦合部耦合后的激光的输出；电源部，其能够对所述多个激光二极管模块组相互独立地提供驱动电流；记录部，其记录各个所述激光二极管模块组的表示驱动电流与激光的输出之间的关系的光输出特性；控制部，其将表示应提供到各个所述激光二极管模块组的驱动电流的驱动条件指示给所述电源部；判定部，其判定是否存在激光装置的结构要素的故障或劣化；以及操作部，其用于设定所述驱动条件，其中，所述判定部构成为基于如下情况下的所述第一光检测部以及所述第二光检测部的检测结果来判定是否存在所述激光装置的结构要素的故障或劣化，该情况是对于所述多个激光振荡单元中的至少两个所述激光振荡单元同时以彼此的驱动时间不重叠的方式分别依次驱动各个所述激光振荡单元中包括的所述多个激光二极管模块组的情况。

在优选的实施方式中，所述控制部构成为以如下方式设定所述驱动条件：在所述判定部执行判定时，使对各个所述激光二极管模块组提供的所述驱动电流连续或阶段性地变化。

在优选的实施方式中，所述控制部构成为以如下方式设定所述驱动条件：在所述判定部执行判定时，将如下的驱动循环以改变对各个所述激光二极管模块组提供的所述驱动电流的方式分多次执行，该驱动循环是以彼此的驱动时间不重叠的方式分别依次驱动各个所述激光振荡单元中包括的所述多个激光二极管模块组的驱动循环。

在优选的实施方式中，所述激光装置构成为：在所述判定部执行判定时，所述激光装置的激光射出端移动到从所述激光装置向外部发射的激光会被光吸收部吸收的退避位置。

在优选的实施方式中，所述光吸收部具备第三光检测部，所述第三光检测部测定入射到该光吸收部的激光的光输出。

在优选的实施方式中，所述激光振荡单元具备多个所述第一光检测部。

在优选的实施方式中，所述激光装置具备至少两个所述第二光检测部。

在优选的实施方式中，各个所述激光振荡单元还具备：冷却板，其对所述至少一个激光二极管模块进行冷却；以及温度检测部，其检测所述冷却板的温度，所述判定部构成为还基于所述温度检测部的检测结果来判定是否存在所述激光装置的结构要素的故障或劣化。

在优选的实施方式中，所述判定部构成为在预先规定的时间内判定是否存在所述激光装置的结构要素的故障或劣化。

在优选的实施方式中，所述记录部构成为使由所述记录部记录的所述光输出特性被在所述判定部执行判定时新获取的所述光输出特性覆盖。

在优选的实施方式中，所述记录部构成为记录在所述判定部执行判定时新获取的追加的所述光输出特性。

在优选的实施方式中，所述记录部构成为将所述追加的光输出特性与获取时间一起记录。

在优选的实施方式中，所述激光装置具备显示部，所述显示部显示所述判定部的判定的结果。

附图说明

这些以及其它本发明的目的、特征以及优点通过参照附图所示的本发明的例示性的实施方式所涉及的详细的说明会变得更明确。

图1是表示第一实施方式所涉及的激光装置的结构的图。

图2是表示在第一实施方式中针对第一个激光二极管模块组的输出指令的图。

图3是表示在第一实施方式中针对第一至第四个激光二极管模块组的输出指令的图。

图4是表示在第一实施方式中的第一光检测部以及第二光检测部的检测值的图。

图5是表示在第一实施方式所涉及的激光装置中执行的故障诊断工序的流程图。

图6是表示其它实施方式所涉及的激光装置的结构的图。

图7是表示其它实施方式所涉及的激光装置的结构的图。

图8是表示在第二实施方式中针对第一个激光二极管模块组的输出指令的图。

图9是表示在第二实施方式中针对第一至第四个激光二极管模块组的输出指令的图。

图10是表示在第二实施方式中的第一光检测部以及第二光检测部的检测值的图。

图11是表示在第二实施方式所涉及的激光装置中执行的故障诊断工序的流程图。

图12是表示在第三实施方式中针对第一个激光二极管模块组的输出指令的图。

图13是表示在第三实施方式中针对第一至第四个激光二极管模块组的输出指令的图。

图14是表示在第三实施方式中的第一光检测部以及第二光检测部的检测值的图。

图15是表示第四实施方式所涉及的激光装置的结构的图。

图16是表示通过第四实施方式的变形例所涉及的激光装置执行的故障诊断工序的流程图。

图17是表示第五实施方式所涉及的激光装置的结构的图。

图18是表示通过第五实施方式所涉及的激光装置执行的故障诊断工序的流程图。

图19是表示在第六实施方式所涉及的激光装置中执行的故障诊断工序的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图示的实施方式的结构要素适当地变更了比例尺以助于理解本发明。对相同或对应的结构要素使用相同的参照标记。

图1是表示第一实施方式所涉及的激光装置1的结构的框图。激光装置1构成为接受驱动电流的提供而向外部发射激光19。激光装置1例如用于金属板切割或焊接。

激光装置1具备四个激光振荡单元3。各个激光振荡单元3具备第一光耦合部4、第一光检测部5以及四个激光二极管模块组2。

各个激光二极管模块组2具备至少一个接受驱动电流的提供而发射激光的激光二极管模块。

第一光耦合部4是为了将分别从激光振荡单元3的四个激光二极管模块组2发射的激光耦合而设置的。

第一光检测部5是为了检测激光振荡单元3的光输出而设置的。

在第一光耦合部4与第一光检测部5之间设置有激光介质26。激光介质26是添加有被激光激励而发生受激发射的活性元素的光学结晶。

激光装置1还具备第二光耦合部6、第二光检测部7、电源部8、记录部9、控制部10、判定部11、操作部12以及显示部13。

第二光耦合部6是为了将分别从四个激光振荡单元3发射的激光耦合而设置的。

第二光检测部7是为了检测激光装置1的光输出而设置的。

电源部8按照来自控制部10的指令向构成激光二极管模块组2的激光二极管模块提供驱动电流。电源部8相对于各个激光二极管模块组2个别地设置，由此激光二极管模块组2能够相互独立地被提供驱动电流。

记录部9记录对激光二极管模块组2提供的驱动电流与相应于该驱动电流而从激光二极管模块组2发射的激光的光输出之间的关系(以下有时称作“光输出特性”。)。激光二极管模块组2的光输出特性具有个体差异，另外还根据劣化的程度而发生变化，因此记录部9中分别记录有各个激光二极管模块组2的光输出特性。

控制部10按照预先规定的控制程序以及预先记录在记录部9中的光输出特性来制作对电源部8的指令。由此，能够从激光二极管模块组2获得期望的光输出。有时将由控制部10决定的驱动电流称作对应的激光二极管模块组的“驱动条件”。

判定部11判定是否存在激光装置1的结构要素的故障或劣化。

操作部12用于手动设定驱动条件。

显示部13显示判定部11的判定结果。判定结果例如显示在未图示的显示装置、例如液晶显示器上。

参照图2以及图3，对在按照本实施方式执行的诊断处理中利用的输出指令进行说明。图2只示出针对各个激光振荡单元3的第一个激光二极管模块组LDG1的输出指令。如图2所示那样，控制部10对与第一个激光二极管模块组LDG1对应的电源部8在10ms～20ms之间提供300W的输出指令。

图3以重叠的状态示出针对各个激光振荡单元3的第一至第四个激光二极管模块组LDG1～LDG4的输出指令。如图3所示那样，控制部10对与第二个激光二极管模块组LDG2对应的电源部8在20ms～30ms之间提供300W的输出指令。即，第二个激光二极管模块组LDG2的驱动时间与第一个激光二极管模块组LDG1的驱动时间错开。

同样地，关于第三个激光二极管模块组LDG3以及第四个激光二极管模块组LDG4，驱动时间也与其它激光二极管模块组的驱动时间错开。

图4分别示出在对于各个激光振荡单元3将如图3那样的输出指令同时提供到各个激光振荡单元3的激光二极管模块组2的情况下的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部7的检测值。图4中的“1stPD LOU1”是指第一个激光振荡单元3的第一光检测部5。另外，“1stPD LOU2”、“1stPD LOU3”以及“1stPD LOU4”分别指第二个激光振荡单元3、第三个激光振荡单元以及第四个激光振荡单元3的第一光检测部5。

在图4所示的例子中，在时间30ms～40ms之间第一个激光振荡单元LOU1的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部7的检测值均下降约10％。这暗示了被第三个驱动的、即在时间30ms～40ms之间被提供驱动电流的第一个激光振荡单元LOU1的第三个激光二极管模块组LDG3的故障的可能性。

参照图5，对按照本实施方式执行的诊断处理进行说明。当开始诊断处理时，电源部8按照来自控制部10的指令向激光二极管模块组2提供驱动电流(步骤S501)。此时，如与图2以及图3关联地前述的那样，控制部10生成的输出指令对于各个激光振荡单元LOU1～LOU4所包括的被赋予了第一至第四的序号的激光二极管模块组LDG1～LDG4，使不同的激光振荡单元所包括的相同序号的激光二极管模块组在相同的时间被驱动，使被赋予了不同序号的激光二极管模块组LDG1～LDG4的驱动时间互不重叠。

在步骤S502中，判定第二光检测部7的检测值是否正常。第二光检测部7的检测值是否正常是按照记录部9中所记录的光输出特性来判定的。

在步骤S502的判定结果为否定的情况下，即在判定为第二光检测部7的检测值不正常的情况下，进入步骤S503。在步骤S503中，判定是否所有的第一光检测部5的检测值均正常。

在步骤S503的判定结果为否定的情况下，即在判定为至少任意一个第一光检测部5的检测值不正常的情况下，进入步骤S504。在步骤S504中，判定是否所有的激光二极管模块组2均异常。

在步骤S504的判定结果为否定的情况下，即在判定为至少任意一个激光二极管模块组2为正常的情况下，进入步骤S505。在步骤S505中，通过判定部11判定为在步骤S504中被判定为不正常的激光二极管模块组2发生了劣化。

另一方面，在步骤S504的判定结果为肯定的情况下，即在判定为所有的激光二极管模块组2均异常的情况下，进入步骤S506。在步骤S506中，通过判定部11判定为激光振荡单元3或第一光检测部5发生了故障。

另外，在步骤S503中的判定结果为肯定的情况下，即在判定为第一光检测部5的检测值全部正常的情况下，进入步骤S507。在步骤S507中，通过判定部11判定为第二光耦合部6或第二光检测部7发生了故障。

在步骤S502中的判定结果为肯定的情况下，即在第二光检测部7的检测值为正常的情况下，进入步骤S508，判定第一光检测部5的检测值是否全部正常。

在步骤S508中的判定结果为否定的情况下，即在判定为至少一个第一光检测部5的检测值不正常的情况下，进入步骤S509。在步骤S509中，通过判定部11判定为已被判定为不正常的第一光检测部5发生了故障。

在步骤S508中的判定结果为肯定的情况下，即在判定为所有的第一光检测部5的检测值均正常的情况下，判定部11判定为在激光装置1中未发生故障。

判定部11在步骤S505、S506、S507、S509以及S510中的判定结果通过显示部13显示于显示装置(步骤S511)。

根据本实施方式所涉及的激光装置1，能够在短时间内执行构成激光装置1的激光二极管模块组、光耦合部以及光检测部的故障判断。例如，在个别驱动并诊断激光二极管模块组的比较例的情况下，若将激光振荡单元的数量设为“m”，将激光振荡单元内的激光二极管模块组的数量设为“n”，将诊断一个激光二极管模块组所需的时间设为“t”，则完成故障诊断需要“n×m×t”的时间。

与此相对，根据本实施方式，能够在“n×t”的时间内完成故障诊断。由此，能够更频繁地执行故障诊断。因而，能够防止由于突然的故障以及对该故障进行的处置而导致激光装置的运转率下降。

图1所示的激光装置1具备四个激光振荡单元3，各个激光振荡单元3具备四个激光二极管模块组2。但是，并不限定为图示的例子，激光装置1可以具备两个以上的任意数量的激光振荡单元3，另外，各个激光振荡单元3可以具备两个以上的任意数量的激光二极管模块组2。

另外，在其它实施方式中也可以是，设置有第三光耦合部，由此，通过第三光耦合部将由第二光耦合部6聚集的多个激光进一步聚集。在该情况下，也可以为了检测来自第三光耦合部的光输出而进一步设置第三光检测部。可以像这样进一步增设追加的光耦合部以及光检测部。

激光装置1需要添加有被激光激励而发生受激发射的活性元素的光学结晶或光纤等激光介质，但是其它实施方式所涉及的激光装置1也可以构成为将从激光二极管模块组2发射的光直接用作光源。

图6表示在直接利用从激光二极管模块14发射的激光的情况下的激光装置1的结构例。在图示的实施方式中，各个激光二极管模块组2分别具备两个激光二极管模块14。

图7所示的激光装置1是将从激光二极管模块14发射的激光用作激励光源的纤维激光器。激光装置1还具备添加有活性元素的光纤15、高反射光纤布拉格光栅16以及低反射光纤布拉格光栅17。在图示的实施方式中，各个激光二极管模块组2分别具备四个激光二极管模块14。在图6以及图7中，与图1对比可知，省略了电源部以及控制部等，只表示了光学系统。

光检测部具有相应于激光的传播方式而所期望的结构。例如，在激光在空间中传播的情况下，光检测部可以构成为使通过部分反射镜取出的激光的一部分入射到光检测部。在激光在光纤中传播的情况下，光检测部也可以构成为利用光检测部检测从光纤的去除包覆部的部位漏出的光。或者，光检测部也可以构成为通过分波器取出激光的一部分来进行检测。

参照图8～图11，对第二实施方式进行说明。本实施方式所涉及的激光装置具有与前述的第一实施方式所涉及的激光装置1相同的结构，但激光二极管模块组2的驱动方法与第一实施方式不同。

图8以及图9是与图2以及图3对应的图。参照图8以及图9可知，来自控制部10的输出指令在规定的驱动时间内阶段性地增大。

图10分别示出在对于各个激光振荡单元3而将图9所示的输出指令同时提供到各个激光振荡单元3的第一至第四个激光二极管模块组LDG1～LDG4的情况下的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部7的检测值。

在图10所示的例子中，在驱动第三个激光二极管模块组LDG3的约135ms～约187ms的时间内，第一个激光振荡单元LOU1的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部7的检测值均下降约10％。这暗示了第一个激光振荡单元LOU1的被第三个驱动的激光二极管模块组LDG3的光输出特性发生了劣化的可能性。

图11是按照本实施方式执行的诊断处理的流程图。图11的步骤S1101～S1111与图5的步骤S501～S511相同，因此只对追加的步骤S1112以及步骤S1113的处理进行说明。

在步骤S1104中判定为至少一个激光二极管模块组正常的情况下，进入步骤S1112。在步骤S1112中，判定已被判定为异常的激光二极管模块组的阈值电流是否正常。

在步骤S1112中的判定结果为否定的情况下，进入步骤S1105。另一方面，在步骤S112中的判定结果为肯定的情况下，进入步骤S1113，通过判定部11判定为第一光耦合部4发生了故障。即，即使在光输出下降的情况下，只要阈值电流正常，就估计为激光二极管模块组的特性未发生劣化。

根据本实施方式，由于利用与阈值电流关联的信息来执行故障诊断，因此能够执行更准确的故障诊断。

此外，在其它实施方式中，可以使输出指令连续增大来代替使输出指令阶段性地增大。或者，也可以使根据输出指令而提供的驱动电流逐渐增大来代替使输出指令逐渐增大。

参照图12～图14，对第三实施方式进行说明。根据本实施方式，本实施方式所涉及的激光装置具有与前述的第一实施方式所涉及的激光装置1相同的结构，但激光二极管模块组2的驱动方法与第一实施方式不同。

图12表示对各个激光振荡单元3的第一个激光二极管模块组LDG1提供的输出指令。如图12所示那样，提供到第一个激光二极管模块组LDG1的输出指令隔着规定的时间间隔阶段性地增大。

图13以重叠的状态表示对各个激光振荡单元3的第一至第四个激光二极管模块组LDG1～LDG4提供的输出指令。如图示那样，输出指令使第一至第四个激光二极管模块组LDG1～LDG4的驱动时间相互错开。

控制部10按照记录部9中记录的光输出特性对电源部8提供驱动指令以使该电源部8提供与输出指令对应的驱动电流。

图14分别示出在对于各个激光振荡单元3将图13所示的输出指令同时提供到各个激光振荡单元3的第一至第四激光二极管模块组LDG1～LDG4的情况下的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部7的检测值。在该情况下，第一个激光振荡单元LOU1的第一光检测部5的检测值以及第二光检测部的检测值比输出指令小约10％。

在图14的例子的情况下，能够预测第一个激光振荡单元的第三个激光二极管模块组的特性劣化。但是，也有其它原因例如光检测部或光耦合部的特性劣化或异常等的可能性。因此，在本实施方式中，可以按照图11的流程图自动执行故障诊断。

在本实施方式中，由于光检测部的检测值的时间变化比较小，因此能够防止检测精度由于光检测部的时间常数而下降。此外，也可以调整成光输出的时间变化比较大的第一个激光二极管模块组的驱动时间比较长。

在前述的实施方式中，为了简单而忽视了第二光耦合部6中的激光的功率损耗，但实际上激光的每一个输入端的损耗率大多不同。因而，为了进一步提高故障诊断的精度，也可以将各个输入端的损耗率的数据预先记录在记录部9中，基于损耗率的数据来校正从电源部8提供到激光二极管模块组2的驱动电流，或者校正第二光检测部的检测值。

图15表示第四实施方式所涉及的激光装置1的结构。在图15的上方表示通过激光19来对工件23进行加工的状态的激光装置1。在图15的下方表示经由光纤21而与激光装置1连接的作为激光射出端的加工头18移动到光吸收部20附近的退避位置的状态的激光装置1。

在加工头18配置在退避位置时，从加工头18发射的激光19被光吸收部20吸收。因而，在激光装置1执行故障诊断时，能够防止激光19向非预期的方向照射而从遮光罩22的间隙漏出。另外，能够防止光检测部的检测值的可靠性由于从加工头18发射的激光19反射后入射到加工头18的返回光而下降。

在第四实施方式的变形例中，激光装置1也可以具备测定入射到光吸收部20的激光的光输出的第三光检测部。在具备第三光检测部的激光装置1中，在只有第二光检测部7的检测值下降的情况下，通过对第二光检测部7的检测值与第三光检测部的检测值进行比较，能够确定特性劣化的原因是第二光耦合部6还是第二光检测部7。

图16是通过本变形例所涉及的激光装置1执行的故障诊断的流程图。与图11的流程图对比可知，追加了用虚线表示的步骤S1609～S1611以及步骤S1613～S1618。根据本变形例，在第一光检测部5的检测结果以及第二光检测部7的检测结果相互矛盾时，能够确定第一光检测部5和第二光检测部7中的哪一个发生了故障。

图17表示第五实施方式所涉及的激光装置1的结构。根据本实施方式，各个激光振荡单元3具备相互串联设置的两个第一光检测部24、25，即“1stPD-1”以及“1stPD-2”。

根据具备多个第一光检测部24、25的激光装置，在来自激光振荡单元3的光输出下降时，能够确定其原因在于第一光耦合部4还是在于第一光检测部24、25。

对具备两个第一光检测部24、25的激光装置1进行了说明，但是在其它实施方式中，激光装置1也可以具备三个以上的第一光检测部。

另外，在其它实施方式中，激光装置也可以具备相互串联设置的两个以上的第二光检测部。根据具备多个第二光检测部的激光装置，能够具有与设置第三光检测部的情况相同的优点。即，在第二光检测部的检测值下降的情况下，能够确定其原因在于第二光耦合部6还是在于第二光检测部。

图18表示在第五实施方式所涉及的激光装置1中执行的诊断处理的流程图。在步骤S1804中判定为一个第一光检测部24的检测结果与另一个第一光检测部25的检测结果不一致的情况下，进入步骤S1810，判定为第一光检测部24、25中的任意一个发生了故障。

图19表示在第六实施方式所涉及的激光装置中执行的诊断处理的流程图。本实施方式所涉及的激光装置还具备检测搭载有激光二极管模块的冷却板的温度的温度检测部。

根据本实施方式，根据由温度检测部检测的冷却板的温度是否异常，能够确定光输出下降时的原因是否在于冷却装置。

图19表示通过本实施方式所涉及的激光装置执行的诊断处理的流程图。在步骤S1909中，判定由温度检测部检测出的温度是否异常。然后，在检测温度异常的情况下，判定为冷却装置发生了故障。

在其它实施方式中，也可以构成为激光装置在预先设定的时间内自动执行诊断处理。通过定期执行故障诊断，能够防止激光装置因结构要素的故障而紧急停止。

在其它实施方式中，也可以构成为记录部9基于第一光检测部的检测结果记录最新的光输出特性。光输出特性可以被覆盖，也可以与之前的数据分开记录。并且，光输出特性的获取日期时间也可以被一起记录。

根据前述的实施方式，通过记录各个激光二极管模块组的光输出特性，与在之前执行诊断时相比，能够容易地比较激光二极管模块组劣化到了什么程度。若保存过去的记录，则能够根据劣化的进展状况而在激光装置的结构要素发生故障之前根据需要执行保养工序。

在前述的实施方式中，在判定为激光装置的结构要素发生了故障时，通过显示部13显示故障信息。但是，在激光二极管模块组的特性劣化的程度小的情况下，也可以使对该激光二极管模块组提供的驱动电流下降来代替向使用者通知故障信息。

以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但是只要是本领域技术人员就能够理解通过其它实施方式也能够实现本发明所要达到的作用效果。尤其是能够不脱离本发明的范围地删除或置换前述的实施方式的结构要素、或者能够进一步附加公知的手段。另外，通过将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征进行任意组合也能够实施本发明，这对于本领域技术人员来说是不言而喻的。

根据本发明所涉及的激光装置，在执行故障诊断工序时，以各个激光振荡单元内的多个激光二极管模块组的驱动时间不重叠的方式同时对多个激光振荡单元中的至少两个激光振荡单元提供驱动电流。由此，能够在短时间内完成故障诊断工序，结果是能够更加频繁地执行故障诊断工序，从而能够有效地监控激光装置的状态。