專利名稱：用于控制激光束加工機(jī)的方法及激光束加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制激光束加工機(jī)的方法以及激光束加工機(jī)。
背景技術(shù)：
激光束機(jī)加工因?yàn)槟軌驅(qū)崿F(xiàn)非接觸、高速、高質(zhì)量的機(jī)加工而被廣泛用于各種材料的諸如鉆、切、焊以及熱處理之類的各種領(lǐng)域中。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，單個(gè)激光束振蕩器僅通過改變激光束振蕩條件就能夠進(jìn)行上述各種類型的機(jī)加工。
但是，如此大的靈活性帶來(lái)一種危險(xiǎn)的可能性，即機(jī)加工質(zhì)量可能受到由于某些原因?qū)σ患庸さ奈矬w的照射條件以及激光束振蕩條件中的變化的影響。因此，保持機(jī)加工質(zhì)量成為一個(gè)問題。
有關(guān)激光束機(jī)加工的傳統(tǒng)技術(shù)包括例如在日本未審查專利公開公報(bào)No.2002-336985中公開的技術(shù)，其在通過光纖將激光束導(dǎo)引至光投射頭的激光束加工機(jī)中，允許光投射頭移動(dòng)，同時(shí)，在防止光纖干擾的工件、夾具等的同時(shí)導(dǎo)引光纖。日本未審查專利公開公報(bào)No.2002-307180公開了一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)通過在光圈與fθ透鏡之間布置由透鏡和透鏡移動(dòng)裝置構(gòu)成的焦距變化裝置，并利用從fθ透鏡觀察的光圈位置的變化，來(lái)根據(jù)機(jī)加工程序移動(dòng)透鏡。此外，日本未審查專利公開公報(bào)No.2002-254189公開了一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)通過在單個(gè)激光束加工機(jī)上提供多個(gè)激光束振蕩器來(lái)拓寬可機(jī)加工板材的厚度范圍。
為了防止出現(xiàn)由于機(jī)加工質(zhì)量依賴于激光束振蕩狀態(tài)和照射能量狀態(tài)而變化所導(dǎo)致的麻煩，有必要一直監(jiān)視激光束振蕩狀態(tài)和機(jī)加工質(zhì)量。特別是，在作為自動(dòng)機(jī)器的結(jié)合了激光束振蕩器的裝配機(jī)和工作機(jī)中，基于來(lái)自例如個(gè)人電腦和定序器的控制設(shè)備的電信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字控制或?qū)す庹丈錀l件或者照射的打開/關(guān)閉的控制。因此，有必要自動(dòng)監(jiān)視激光束振蕩器側(cè)是否根據(jù)規(guī)定的條件而操作。
在激光束加工機(jī)的情況中，來(lái)自激光束振蕩器的激光束通過光纖被傳輸、被反射鏡反射、被透鏡放大或縮小等等，這樣使用各種光學(xué)構(gòu)件，直到激光束到達(dá)要被加工的物體。此外，為了確保人體和機(jī)械的安全使用了光閘機(jī)構(gòu)。在這樣的構(gòu)造中，可能出現(xiàn)的問題是如果在操作期間某些光學(xué)構(gòu)件被破壞或者特性降級(jí)，則物體不能被加工，這會(huì)相當(dāng)大地影響機(jī)加工的質(zhì)量。
傳統(tǒng)上，各種方法被用來(lái)檢測(cè)激光束的特性。圖1是示出了激光束檢測(cè)的傳統(tǒng)原理的示圖。公知的一種方法是這樣的，即在激光束振蕩器內(nèi)布置具有略微反射激光束1的特性的半反射鏡2，并通過光學(xué)檢測(cè)傳感器3檢測(cè)反射光束。圖1所示的方法是這樣一種方法，即通過接收來(lái)自光學(xué)檢測(cè)傳感器3的輸出，監(jiān)視激光束的輸出能量與振蕩脈沖的形狀和時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在傳統(tǒng)方法中，必須將光學(xué)元件插入在光路(光學(xué)傳輸路徑)中，因此，導(dǎo)致了裝置結(jié)構(gòu)變復(fù)雜、每次激光束被光學(xué)元件反射或者激光束穿過光學(xué)元件時(shí)激光束特性都改變等等問題。因此，通常僅在最低限度地必須的位置處進(jìn)行監(jiān)視。一般，如上所述，在大多數(shù)情況下監(jiān)視只在激光束振蕩器內(nèi)進(jìn)行，并且在光學(xué)傳輸路徑中某些光學(xué)元件被損壞的情況下，幾乎不可能監(jiān)視要被加工的物體是否被激光束照射，或者監(jiān)視實(shí)際照射要被加工的物體的有效照射能量的變化。
本發(fā)明是考慮了上述問題而開發(fā)的，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能夠監(jiān)視照射要被加工的物體的激光束振蕩器的有效能量和振蕩狀態(tài)而不影響激光束性能的激光束加工機(jī)和用于控制激光束加工機(jī)的方法，此外，另一個(gè)目的是提供能夠維持照射要被加工的物體的有效能量的條件并且能夠自動(dòng)檢測(cè)和指示有必要進(jìn)行維護(hù)的情形的激光束加工機(jī)和用于控制激光束加工機(jī)的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的用于控制激光束加工機(jī)的方法中，沿激光束傳輸路徑布置至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器，通過光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)從激光束傳輸路徑散射的散射光束，從而通過接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出獲得激光束的特性。
根據(jù)本發(fā)明的激光束加工機(jī)包括用于產(chǎn)生激光束的激光束振蕩器；用于傳輸激光束振蕩器產(chǎn)生的激光束的激光束傳輸路徑；用于接收從激光束傳輸路徑發(fā)出的激光束以獲得平行激光束的準(zhǔn)直透鏡；用于接收準(zhǔn)直透鏡的輸出以將激光束聚集到要被加工的物體上的機(jī)加工聚光透鏡；沿激光束傳輸路徑設(shè)置的至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器；和用于接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出并進(jìn)行預(yù)定處理以獲得激光束特性的算術(shù)控制部分。
根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)計(jì)該構(gòu)造，使得能夠檢測(cè)從所述激光束傳輸路徑散射的散射光束，從而，可以利用光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)激光束的狀態(tài)，而不影響激光束的性能。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以監(jiān)視照射要被加工的物體的發(fā)射自激光束振蕩器的有效能量和振蕩狀態(tài)，而不影響激光束的性能。
還可以維持照射要被加工的物體的有效能量的條件，并自動(dòng)檢測(cè)和通知有必要進(jìn)行維護(hù)的情形。
算術(shù)控制部分基于接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，對(duì)激光束的通過或者其大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
由于算術(shù)控制部分基于接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，進(jìn)行預(yù)定的算術(shù)處理并將結(jié)果顯示在顯示部分上，所以可以對(duì)激光束的通過或者激光束輸出的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
算術(shù)控制部分基于接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，監(jiān)視在激光束傳輸路徑中是否有問題，或者監(jiān)視照射要被加工的物體的有效能量。
此外，當(dāng)算術(shù)控制部分接收到光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出時(shí)，還可以監(jiān)視在激光束傳輸路徑中是否有問題，以及監(jiān)視照射要被加工的物體的有效能量。
算術(shù)控制部分基于在光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的光學(xué)檢測(cè)傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)值之間的比較結(jié)果，調(diào)節(jié)激光束的強(qiáng)度。
由于算術(shù)控制部分將光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的光學(xué)檢測(cè)傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，所以可以基于比較結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)激光束的強(qiáng)度。
優(yōu)選地，在要被加工的物體與機(jī)加工聚光透鏡之間設(shè)置用于遮擋在要被加工的物體處產(chǎn)生的熔融濺射物的透鏡保護(hù)玻璃。
由于在要被加工的物體與機(jī)加工聚光透鏡之間設(shè)置了透鏡保護(hù)玻璃，所以可以防止熔融濺射物附著到機(jī)加工聚光透鏡上。


從以下結(jié)合附圖做出的描述中可以更清楚地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1是示出了通過激光束進(jìn)行檢測(cè)的傳統(tǒng)原理的示圖；圖2是示出了本發(fā)明的原理的流程圖；圖3是示出了基于本發(fā)明原理的構(gòu)造的示圖；圖4是示出了光學(xué)檢測(cè)傳感器如何檢測(cè)散射激光束的示圖；圖5是示出了通過散射光束觀察激光束振蕩狀態(tài)的示例的示圖；圖6是示出了對(duì)振蕩脈沖波形的監(jiān)視的示圖；圖7是示出了要被監(jiān)視的內(nèi)容和可以根據(jù)測(cè)量位置及位置之間的差來(lái)判斷的內(nèi)容的示圖；以及圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的整體構(gòu)造的示例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是一個(gè)流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的原理。本發(fā)明特征在于沿著激光束傳輸路徑布置了至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器(S1)，通過光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)從激光束傳輸路徑被散射的散射光束(S2)，從而通過接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出獲得激光束的特性(S3)。
圖3是示出了基于本發(fā)明原理的構(gòu)造的示圖。在該圖中，參考標(biāo)號(hào)20表示產(chǎn)生激光束的激光束振蕩器，1表示激光束振蕩器20所產(chǎn)生的激光束，21表示用于將光束導(dǎo)引至光纖中的聚光透鏡，其接收激光束1，并將該光束聚集并導(dǎo)引至光纖中，22表示作為激光束傳輸路徑的光纖，其傳輸由激光束振蕩器20所產(chǎn)生的激光束，23表示用于通過接收從光纖22發(fā)出的激光束來(lái)獲得平行光束的準(zhǔn)直透鏡，以及24表示用于接收準(zhǔn)直透鏡23的輸出并將激光束聚集到要被加工的物體上的機(jī)加工聚光透鏡。激光束傳輸路徑在廣義上指的是從激光束振蕩器20延伸到要被加工物體的光學(xué)傳輸路徑。參考標(biāo)號(hào)25表示用于遮擋在激光束照射期間在要被加工的物體處產(chǎn)生的熔融濺射物的透鏡保護(hù)玻璃，26表示要被激光束加工的物體。
參考標(biāo)號(hào)11至16表示沿激光束傳輸路徑設(shè)置的光學(xué)檢測(cè)傳感器，27表示算術(shù)控制部分，用于通過在接收光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的輸出的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)定處理來(lái)獲得激光束特性，28表示用于顯示激光狀態(tài)的顯示部分。例如，微處理器被用作算術(shù)控制部分27。例如，液晶顯示部分、CRT、等離子顯示器等被用作顯示部分28。圖3示出了一個(gè)示例，其中布置了多個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器，但是如果至少有一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器，就能夠獲得激光束的基本特性。
激光束1發(fā)射自激光束振蕩器20。所發(fā)射的激光束1被接下來(lái)的聚光透鏡21聚集，以被聚焦到光纖22的輸入面上，并進(jìn)入光纖。穿過了光纖22的激光束從光纖22發(fā)出，到準(zhǔn)直透鏡23中。準(zhǔn)直透鏡23使從光纖22發(fā)出的散射光束成為平行光束。
通過準(zhǔn)直透鏡23被變得平行的激光束進(jìn)入機(jī)加工聚光透鏡24。機(jī)加工聚光透鏡24聚集平行光束，并且要被加工的物體26受其照射。通過激光束的照射，要被加工的物體26經(jīng)受諸如鉆、切、焊以及熱處理等的處理。在這種情況下，由于在機(jī)加工聚光透鏡24和要被加工的物體26之間布置了透鏡保護(hù)玻璃25，所以可以防止在要被加工的物體26處產(chǎn)生的熔融濺射物附著到機(jī)加工聚光透鏡24上。
在這樣一系列激光束加工處理期間，光學(xué)檢測(cè)傳感器11～16中的每個(gè)在各自的安裝位置監(jiān)視散射激光束。圖4是示出了光學(xué)檢測(cè)傳感器如何檢測(cè)散射激光束的示圖。相同的字母或者標(biāo)號(hào)被分配給與圖3中相同的元件。假設(shè)激光束如示意性示出的那樣傳播。此時(shí)，激光束振蕩器20的輸出波形(參照?qǐng)D3)假設(shè)是如A所示的那樣。縱軸代表激光束功率，橫軸代表時(shí)間。具有如此波形的激光束發(fā)射自激光束振蕩器20。此時(shí)，激光束1產(chǎn)生散射光束X，其在相對(duì)于激光束通過方向的隨機(jī)方向上散射。散射光束X被光學(xué)檢測(cè)傳感器30檢測(cè)。光學(xué)檢測(cè)傳感器30對(duì)應(yīng)于圖3所示的各個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器11～16中的每個(gè)。
例如，PD(光電二極管)被用作光學(xué)檢測(cè)傳感器30。然后，使該光學(xué)檢測(cè)傳感器30適應(yīng)于在相對(duì)于激光束通過方向的大約90度方向上檢測(cè)(監(jiān)視)散射光束X。光學(xué)檢測(cè)傳感器30檢測(cè)到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并作為與激光束振蕩器20的振蕩波形A基本上相同的波形B，在示波器31上被觀察。
圖5和圖6是示出了通過根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)激光束振蕩狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的情況的示圖。圖5是示出了通過散射光束觀察激光束振蕩狀態(tài)的示例的示圖。在該圖中，橫軸代表功率計(jì)的輸出，縱軸代表功率計(jì)的輸出(W)和光學(xué)檢測(cè)器的輸出(V)。該圖分別示出了當(dāng)使用連續(xù)振蕩型激光束振蕩器并且只有輸出變化而振蕩時(shí)間保持恒定的時(shí)候，功率計(jì)的測(cè)量值和光學(xué)檢測(cè)傳感器的測(cè)量值(檢測(cè)到的輸出)。分別地，P示出功率計(jì)輸出波形(以陰影示出)，K示出光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出。
在該圖中，功率計(jì)的輸出P是通過直接測(cè)量激光束的功率獲得的，光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出K代表了光學(xué)檢測(cè)傳感器同時(shí)測(cè)量到的散射光束的強(qiáng)度。如果激光束的功率升高了，那么功率計(jì)的輸出如P所示地線性增大。與此不同，光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出K在高輸出區(qū)域表現(xiàn)了一定程度的飽和狀態(tài)，但是可以認(rèn)為輸出K仍然與功率計(jì)輸出基本上成比例地增大。因此，可以使用光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出代替使用光束功率計(jì)測(cè)量光束功率來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
圖6是示出了對(duì)振蕩脈沖波形的監(jiān)視的示圖。該圖在左側(cè)示出了一組波形，并且該圖在右側(cè)示出了電源波形f1以及與此對(duì)應(yīng)的光學(xué)傳感器監(jiān)視波形f2。在這種情況下，可以通過使用裝備有脈沖波形控制功能的脈沖振蕩YAG激光器監(jiān)視散射光束，來(lái)確認(rèn)對(duì)脈沖波形的檢查結(jié)果。在該圖中，示出了三個(gè)波形使用脈沖波形設(shè)定畫面設(shè)定的脈沖波形(以陰影示出)；此時(shí)的激光束振蕩器的電源波形f1；和光學(xué)檢測(cè)傳感器監(jiān)視到的散射光束的強(qiáng)度f(wàn)2。電源波形f1與光學(xué)傳感器監(jiān)視到的波形f2彼此非常相似。如以上描述的，可以發(fā)現(xiàn)通過監(jiān)視散射光束能夠觀察到與電源波形非常相似的波形。
光學(xué)檢測(cè)傳感器11被布置在激光束振蕩器20和用于將光束導(dǎo)引至光纖中的聚光透鏡21之間，光學(xué)檢測(cè)傳感器12被布置在用于將光束導(dǎo)引至光纖中的聚光透鏡21和光纖22之間，光學(xué)檢測(cè)傳感器13被布置在光纖22和準(zhǔn)直透鏡23之間，光學(xué)檢測(cè)傳感器14被布置在準(zhǔn)直透鏡23和機(jī)加工聚光透鏡24之間，光學(xué)檢測(cè)傳感器15被布置在機(jī)加工聚光透鏡24和透鏡保護(hù)玻璃25之間，光學(xué)檢測(cè)傳感器16被布置在透鏡保護(hù)玻璃25和要被加工的物體26之間。
現(xiàn)在，繼續(xù)對(duì)圖3的說明。光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16在激光束機(jī)加工期間產(chǎn)生各自的檢測(cè)輸出，給算術(shù)控制部分27。算術(shù)控制部分27基于算術(shù)控制部分接收到的各個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的輸出，進(jìn)行必要的算術(shù)處理，并當(dāng)時(shí)機(jī)需要時(shí)，將結(jié)果顯示在顯示部分28上。
圖7是示出了要被監(jiān)視的內(nèi)容和能夠根據(jù)測(cè)量位置及位置之間的差來(lái)判斷的內(nèi)容的示圖。假設(shè)表示光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的標(biāo)號(hào)被用作代表測(cè)量位置的符號(hào)。通過監(jiān)視各個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的內(nèi)容，可以一直監(jiān)視激光束加工機(jī)中所包含的傳輸光學(xué)系統(tǒng)和激光束振蕩器的狀態(tài)。以下將說明能夠通過各個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器被確認(rèn)的內(nèi)容，以及能夠基于在各個(gè)光學(xué)元件之前和之后的傳感器輸出之間的差來(lái)判斷的內(nèi)容。
1.光學(xué)檢測(cè)傳感器11(緊接在激光束振蕩器之后安裝的)(i)確認(rèn)激光束振蕩器20是否已經(jīng)根據(jù)從算術(shù)控制部分20發(fā)送來(lái)的指令開始振蕩。
(ii)監(jiān)視激光束振蕩器20的有效輸出。
(iii)使用脈沖激光器時(shí)的脈沖寬度和脈沖波形。
(iv)使用連續(xù)振蕩激光器時(shí)的激光振蕩時(shí)間。
在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括基于與標(biāo)準(zhǔn)值比較的自動(dòng)調(diào)節(jié)和異常通知、基于與標(biāo)準(zhǔn)值比較的異常通知等等。
2.對(duì)光學(xué)檢測(cè)傳感器11和12之間的差的測(cè)量用于將光束導(dǎo)引至光纖的聚光透鏡21的破損或污染在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括異常通知。
3.對(duì)光學(xué)檢測(cè)傳感器12和13之間的差的測(cè)量光纖22的破損，或者用于將光束導(dǎo)引至光纖的透鏡與光纖之間的不良中心對(duì)準(zhǔn)在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括異常通知。
4.對(duì)光學(xué)檢測(cè)傳感器13和14之間的差的測(cè)量準(zhǔn)直透鏡23的破損或污染在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括異常通知。
5.對(duì)光學(xué)檢測(cè)傳感器14和15之間的差的測(cè)量機(jī)加工聚光透鏡的破損或污染在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括異常通知。
6.對(duì)光學(xué)檢測(cè)傳感器15和16之間的差的測(cè)量透鏡保護(hù)玻璃25的污染在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括更換保護(hù)玻璃。
7.光學(xué)檢測(cè)傳感器16監(jiān)視用于機(jī)加工的有效能量確認(rèn)要被加工的物體26是否已經(jīng)根據(jù)從算術(shù)控制部分27發(fā)送來(lái)的指令被用激光束照射。
測(cè)量用于機(jī)加工的有效能量算術(shù)控制部分27可以如上所述通過計(jì)算與標(biāo)準(zhǔn)值的差，將激光束的功率調(diào)節(jié)至最佳值，并且同時(shí)將光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出如實(shí)地顯示在顯示部分28上。
在這種情況下，可能的動(dòng)作和措施包括基于與標(biāo)準(zhǔn)值比較的自動(dòng)調(diào)節(jié)和異常通知，以及在關(guān)心激光束照射是否存在的情況下的異常通知。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)檢測(cè)傳感器被使得適應(yīng)于檢測(cè)從激光束傳輸路徑被散射的散射光束，從而，光學(xué)檢測(cè)傳感器能夠檢測(cè)激光束的狀態(tài)而不影響激光束的性能。所以，根據(jù)本發(fā)明，可以監(jiān)視從激光束振蕩器20發(fā)射的有效能量，要被加工的物體26被該能量被照射；和振蕩狀態(tài)，而不影響激光束的性能。還可以維持照射要被加工物體26的有效能量的條件，并自動(dòng)檢測(cè)和指示有必要進(jìn)行維護(hù)的情形。
此外，根據(jù)本發(fā)明，算術(shù)控制部分27接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，進(jìn)行預(yù)定的算術(shù)處理，并將結(jié)果顯示在顯示部分28上，因此，可以對(duì)激光束是否已經(jīng)通過或者輸出大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
在本發(fā)明中，算術(shù)控制部分27通過接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，可以監(jiān)視激光束傳輸路徑中是否有問題；以及照射要被加工的物體26的有效能量。
此外，根據(jù)本發(fā)明，用于機(jī)加工的有效能量、脈沖波形、照射時(shí)間等等的標(biāo)準(zhǔn)值被預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中作為機(jī)加工條件，在這些條件下可以獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，并且監(jiān)視到的值一直與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，因此，可以控制激光束加工機(jī)和機(jī)加工質(zhì)量，同時(shí)，可以通過將基于比較結(jié)果的反饋提供給激光束振蕩器20來(lái)自動(dòng)維持和控制最佳條件。換句話說，由于算術(shù)控制部分27將光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的光學(xué)檢測(cè)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)值比較，所以可以基于比較結(jié)果，將激光束的強(qiáng)度調(diào)節(jié)至最佳值。
此外，通過判斷哪個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到了問題，可以指出激光束傳輸路徑的存在問題的部分，從而采取即時(shí)措施。
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的整體構(gòu)造的一個(gè)示例的框圖。相同的字母或標(biāo)號(hào)被分配給與圖3中相同的元件。在該圖中，標(biāo)號(hào)20表示激光束振蕩器。標(biāo)號(hào)21表示用于將來(lái)自激光束振蕩器20的輸出聚集并導(dǎo)引至光纖中的聚光透鏡，40表示用于將來(lái)自用于將光束導(dǎo)引至光纖中的聚光透鏡的輸出光束導(dǎo)引至光纖22的光纖連接器。標(biāo)號(hào)22表示用于傳輸激光束的光纖，41表示用于將從光纖22發(fā)出的激光束導(dǎo)引至準(zhǔn)直透鏡23的光纖連接器。
標(biāo)號(hào)23表示用于接收從光纖22發(fā)出的光束以獲得平行激光束的準(zhǔn)直透鏡，42表示用于將從準(zhǔn)直透鏡23發(fā)出的激光束偏轉(zhuǎn)90度的偏轉(zhuǎn)反射鏡，24表示用于接收來(lái)自偏轉(zhuǎn)反射鏡42的激光束并將該激光束聚集到要被加工的物體26上的機(jī)加工聚光透鏡，26表示要被加工的物體，43表示用于放置并沿三維方向(沿x、y和z方向)移動(dòng)要被加工的物體26的工作臺(tái)。
標(biāo)號(hào)50表示用于控制系統(tǒng)的整體操作的控制單元。在控制單元50中，標(biāo)號(hào)44表示用于接收布置在激光束傳輸路徑中的光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的輸出的光學(xué)傳感器接收部分，45表示其中存儲(chǔ)了激光束條件標(biāo)準(zhǔn)值的激光條件標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)庫(kù)，27表示用于接收來(lái)自光學(xué)傳感器接收部分44的輸出并進(jìn)行預(yù)定處理以獲得激光束特性的算術(shù)控制部分。例如，微處理器被用作算術(shù)控制部分27。標(biāo)號(hào)28表示連接到算術(shù)控制部分27的顯示部分，其顯示所出現(xiàn)的錯(cuò)誤、出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方等等。以上提到的液晶顯示器、CRT、等離子顯示器等被用作顯示部分28。
激光束振蕩控制信號(hào)被從控制單元50輸出到激光束振蕩器20，并且工作臺(tái)控制信號(hào)被輸出到工作臺(tái)43。標(biāo)號(hào)11至16表示布置在激光束傳輸路徑中的各個(gè)位置處的光學(xué)檢測(cè)傳感器。例如，太陽(yáng)能電池、光電二極管等被用作光學(xué)檢測(cè)傳感器。以上述方式構(gòu)造的系統(tǒng)中的操作如下所述。
激光束振蕩器20由從控制單元50輸出的激光束振蕩控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)并發(fā)射激光束。在被用于將光束導(dǎo)引至光纖的聚光透鏡21聚集之后，所發(fā)射的激光束經(jīng)由光纖連接器進(jìn)入光纖22。通過了光纖22的激光束經(jīng)由光纖連接器41進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡23。準(zhǔn)直透鏡23將入射光束轉(zhuǎn)換成平行光束。從準(zhǔn)直透鏡23發(fā)出的激光束被接下來(lái)的偏轉(zhuǎn)反射鏡24偏轉(zhuǎn)90度，并進(jìn)入機(jī)加工聚光透鏡24。機(jī)加工聚光透鏡24聚集入射光束以便聚焦到要被加工的物體26上。由此，可以在要被加工的物體26上進(jìn)行各種處理。
這里，工作臺(tái)43從控制單元50接收工作臺(tái)控制信號(hào)，并沿三個(gè)方向行進(jìn)預(yù)定距離。例如，當(dāng)制作線形凹槽時(shí)，要被加工的物體26沿兩個(gè)方向被移動(dòng)。
另一方面，在這一系列操作期間，光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16的輸出進(jìn)入光學(xué)傳感器接收部分44。算術(shù)控制部分27接收來(lái)自光學(xué)傳感器接收部分44的輸出，進(jìn)行圖7所示的各種算術(shù)處理，并將結(jié)果顯示在顯示部分28上。此外，算術(shù)控制部分27基于接收光學(xué)檢測(cè)信號(hào)，將存儲(chǔ)在激光條件標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)庫(kù)45中的激光束輸出標(biāo)準(zhǔn)值與光學(xué)檢測(cè)傳感器11至16檢測(cè)到的值比較。然后，算術(shù)控制部分27基于比較結(jié)果發(fā)送激光束振蕩控制信號(hào)到激光束振蕩器20，使得激光束振蕩器20的輸出是最佳值。在這種情況下，比較操作包括例如提供反饋，使得激光束輸出標(biāo)準(zhǔn)值變得等于光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以監(jiān)視照射要被加工的物體的來(lái)自激光束振蕩器的有效能量以及振蕩狀態(tài)，而不影響激光束的性能，并且可以通過實(shí)時(shí)地在顯示部分上顯示激光束傳輸系統(tǒng)中的各個(gè)光學(xué)元件位置處的激光束特性來(lái)進(jìn)行監(jiān)視。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以防止伴隨激光束振蕩器的異常振蕩和傳輸光學(xué)系統(tǒng)的破損和污染而出現(xiàn)問題。此外，可以指出出現(xiàn)問題的部分，并從而采取即時(shí)措施。
權(quán)利要求
1.一種用于控制激光束加工機(jī)的方法，包括沿激光束傳輸路徑布置至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器(步驟1)；通過所述光學(xué)檢測(cè)傳感器檢測(cè)從所述激光束傳輸路徑散射的散射光束(步驟2)；以及通過接收所述光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出獲得激光束的特性(步驟3)。
2.一種激光束加工機(jī)，包括用于產(chǎn)生激光束的激光束振蕩器；用于傳輸由所述激光束振蕩器產(chǎn)生的所述激光束的激光束傳輸路徑；用于接收從所述激光束傳輸路徑發(fā)出的激光束以獲得平行激光束的準(zhǔn)直透鏡；用于接收所述準(zhǔn)直透鏡的輸出以將激光束聚集到要被加工的物體上的機(jī)加工聚光透鏡；沿所述激光束傳輸路徑設(shè)置的至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器；和用于接收所述光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出并進(jìn)行預(yù)定處理以獲得激光束的特性的算術(shù)控制部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中，所述算術(shù)控制部分基于接收所述光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，實(shí)時(shí)地監(jiān)視所述激光束的通過和所述輸出的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中，所述算術(shù)控制部分基于接收所述光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出，監(jiān)視所述激光束傳輸路徑中是否出現(xiàn)問題以及要被加工的物體被照射的有效能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中，所述算術(shù)控制部分將所述光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中的光學(xué)檢測(cè)傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)值比較，并基于比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述激光束的強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中，在所述要被加工的物體與所述機(jī)加工聚光透鏡之間設(shè)置有透鏡保護(hù)玻璃，以便遮擋在所述要被加工的物體處產(chǎn)生的熔融濺射物。
全文摘要
本發(fā)明公開了能夠監(jiān)視照射要被加工的物體的激光束振蕩器的有效能量和振蕩狀態(tài)而不影響激光束性能的激光束加工機(jī)和用于控制激光束加工機(jī)的方法。激光束加工機(jī)包括激光束振蕩器、激光束傳輸路徑、準(zhǔn)直透鏡、機(jī)加工聚光透鏡、沿激光束傳輸路徑設(shè)置的至少一個(gè)光學(xué)檢測(cè)傳感器和算術(shù)控制部分，所述算術(shù)控制部分用于接收光學(xué)檢測(cè)傳感器的輸出并進(jìn)行預(yù)定處理以獲得激光束的特性。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1623718SQ20041009175
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者松下直久, 飯?zhí)镞M(jìn) 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社