具备多个激光模块的激光装置

摘要

本发明涉及一种激光装置，具备多个激光模块，具备防止在切换进行驱动的激光模块的个数时的不合适的功能。激光装置具有：多个激光模块；光输出指令部，其生成关于来自合成器的合成激光的第一光输出指令；以及激光模块选择/指令部，其根据第一光输出指令，选择多个激光模块中应该驱动的激光模块，并且对每一个激光模块生成第二光输出指令，激光模块选择/指令部在从切换了个数的时间点到经过预定时间为止的期间，对从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出上述第二光输出指令，使得仅通过从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出与第一光输出指令对应的输出的合成激光。

权利要求

1.一种激光装置，其特征在于，

具备：

多个激光模块；

激光电源部，其用于驱动每一个上述激光模块；

合成器，其将上述多个激光模块进行振荡的激光进行合成后作为合成激光输出；

光输出指令部，其生成关于上述合成激光的第一光输出指令；

激光模块选择/指令部，其根据上述第一光输出指令，从上述多个激光模块中选择应该驱动的激光模块，并且对上述多个激光模块的每一个激光模块生成第二光输出指令；以及控制部，其根据上述第二光输出指令来控制上述激光模块以及上述激光电源部，在根据上述第一光输出指令的变化切换进行激光振荡的上述激光模块的个数时，激光模块选择/指令部在从切换了个数的时间点到经过基于与向上述激光模块的供给电力的开始有关的延迟时间而确定的预定时间为止的期间，对从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出上述第二光输出指令，使得仅通过从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出与上述第一光输出指令对应的输出的合成激光。

2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，

在根据上述第一光输出指令的变化使进行激光振荡的上述激光模块的个数发生变化时，上述激光模块选择/指令部决定成为进行激光振荡的激光模块的个数的切换基准的上述第一光输出指令的阈值和切换前后的激光模块的个数，使随着该变化而对各个激光模块的第二光输出指令的变化量或提供给各个激光模块的电力的变化量成为预定的上限值以下。

3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，

在根据上述第一光输出指令的变化使进行激光振荡的上述激光模块的个数发生变化时，上述激光模块选择/指令部决定成为上述激光装置的可输出范围内的进行激光振荡的激光模块的个数的切换基准的上述第一光输出指令的阈值和切换前后的激光模块的个数，使上述阈值在上述激光装置的可输出范围内的个数为最少。

4.根据权利要求3所述的激光装置，其特征在于，

上述激光模块选择/指令部决定成为进行激光振荡的激光模块的个数的切换基准的上述第一光输出指令的阈值和切换前后的激光模块的个数，使随着进行激光振荡的上述激光模块的个数变化而对各个激光模块的第二光输出指令的变化量或提供给各个激光模块的电力的变化量成为最小或预定的上限值以下。

5.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，

在根据上述第一光输出指令的变化使进行激光振荡的上述激光模块的个数发生变化时，上述激光模块选择/指令部使针对在使上述第二光输出指令发生变化的激光模块内的至少一个激光模块的第二光输出指令在时间上以梯度变化。

说明书

具备多个激光模块的激光装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备多个激光模块的激光装置。

背景技术

[0002] 目前，知道一种装置(例如参照日本特开2006-012888号公报)，将从多个激光模块(激光光源)输出的激光进行合成，并照射所得到的合成激光。

[0003] 另外，知道一种技术，在具有多个激光模块的激光加工机中，根据合成激光的输出和光斑直径来调整进行驱动的激光模块的个数(例如参照日本特开2012-227353号公报、国际公开第2014/133013号)。

[0004] 每个激光模块有能够稳定地输出激光的光输出的下限，因此为了在具备多个激光模块的装置中确保大的光输出范围，而要求适当切换进行激光振荡的激光模块的个数。这里，当增加进行激光振荡的激光模块的个数时，开始对至少一个激光模块提供电力，但是开始供电有一定的延迟时间，因此会有在刚刚切换个数之后，实际测量值相对于合成激光的指令值大幅下降的所谓陷波(notch)现象产生。

发明内容

[0005] 本公开的一个方式为激光装置，具备：多个激光模块；激光电源部，其用于驱动每一个上述激光模块；合成器，其将上述多个激光模块进行振荡的激光进行合成后作为合成激光输出；光输出指令部，其生成关于上述合成激光的第一光输出指令；激光模块选择/指令部，其根据上述第一光输出指令，从上述多个激光模块中选择应该驱动的激光模块，并且对上述多个激光模块的每一个激光模块生成第二光输出指令；以及控制部，其根据上述第二光输出指令来控制上述激光模块以及上述激光电源部，在根据上述第一光输出指令的变化切换进行激光振荡的上述激光模块的个数时，激光模块选择/指令部在从切换了个数的时间点到经过预定时间为止期间，对从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出上述第二光输出指令，使得仅通过从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块输出与第一光输出指令对应的输出的合成激光。

附图说明

[0006] 通过说明与附图关联的以下的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。在相同的附图中：

[0007] 图1是优选实施方式的激光装置的主要部分的功能框图。

[0008] 图2是表示现有技术的光输出指令的时间变化的一例的图表。

[0009] 图3是表示图1的激光装置的光输出指令的时间变化的一例的图表。

[0010] 图4是表示激光装置的输出与进行振荡的激光模块的个数之间的对应关系，和表示在激光装置的可输出范围内的个数切换的阈值为4个的例子的图。

[0011] 图5是表示激光装置的输出与进行振荡的激光模块的个数之间的对应关系，和表示在激光装置的可输出范围内的个数切换的阈值为4个的其他例子的图。

[0012] 图6是表示激光装置的输出与进行振荡的激光模块的个数之间的对应关系，和表示在激光装置的可输出范围内的个数切换的阈值为2个的例子的图。

[0013] 图7是表示激光装置的输出与进行振荡的激光模块的个数之间的对应关系，和表示在激光装置的可输出范围内的个数切换的阈值为2个的其他例子的图。

[0014] 图8是表示图1的激光装置的光输出指令的时间变化的一例和表示使第二光输出指令慢慢变化的情况的图表。

具体实施方式

[0015] 图1是本发明优选实施方式的激光装置的主要部分的功能框图。激光装置10例如是激光加工机，具有：多个激光振荡模块(激光模块)12；激光电源部14(通常与激光模块12数量相同)，其将驱动电力提供给激光模块12；合成器16，其将从激光模块12输出(振荡)的激光进行合成，作为合成激光输出给外部；光输出指令部18，其生成关于合成激光的第一光输出指令(值)；激光模块选择/指令部20，其根据第一光输出指令选择多个激光模块12中应该驱动(激光振荡)的激光模块，并且对选择出的每一个激光模块生成第二光输出指令(值)；以及控制部22，其根据第二光输出指令来控制激光电源部14以及激光模块12。另外，激光模块12的个数根据激光装置10的使用目的等而适当决定，例如是2～30的范围的值，但是不限于此。

[0016] 另外，激光装置10具有：检测从合成器16输出的合成激光的实际强度的光传感器等第一光检测器24；以及检测从各个激光模块12进行振荡的激光的强度的光传感器等第二光检测器26。这些光传感器的检测值能够反馈给控制部22，这样控制部22能够基于检测出的合成激光的强度以及各个模块激光的强度进行反馈控制。

[0017] 例如能够以处理器的方式提供光输出指令部18、激光模块选择/指令部20以及控制部22，可以组装到激光装置10或控制其的控制装置中，也可以作为与激光装置10(的壳体)外观上不同的个人计算机等进行提供。另外，光输出指令部18、激光模块选择/指令部20以及控制部22中的至少一个可以具备存储用于进行后述的运算处理的数据等的功能或存储器等存储部。

[0018] 以下，说明激光装置10的应该驱动的激光模块的切换处理。图2是用于与本公开比较的、用相同的时间轴表示现有技术的激光装置的针对合成激光的光输出指令(Pa)与针对各个激光模块的光输出指令(Pb)的图表。另外，这里说明激光装置具有2个激光模块(激光模块1、2)，并且将进行激光振荡(驱动)的模块的个数切换为2个→1个(只驱动模块1)→2个的情况。另外，在该附图中，将对模块1的第二光输出指令表示为Pb1，将对模块2的第二光输出指令表示为Pb2。这与后述的图3以及图8也同样。

[0019] 如果光输出指令Pa慢慢减少且达到预定的阈值Pd(时刻t1)，则停止激光模块2的驱动(电力提供)，只驱动激光模块1直到光输出指令Pa再次达到阈值Pd的时刻(t2)为止。这里在时刻t2，开始对激光模块2供电，但是开始供电要一定的延迟时间(Δt)，因此从时刻t2到经过该延迟时间为止的期间(t2～t3)，激光模块2的实际光输出Pb2’几乎为零，因此合成激光的实际光输出在时刻t2～t3也比光输出指令Pa大幅下降(Pa’)，产生被称为所谓的陷波现象。该陷波使激光输出不稳定，例如在将激光装置作为激光加工机使用时，可能在加工面(切面)形成条纹的花纹，或产生未切部分。

[0020] 与图2相比，图3是用相同的时间轴表示本公开的激光装置10的针对合成激光的光输出指令(Pa)与针对各个激光模块的光输出指令(Pb)的图表。激光模块选择/指令部20在应该增加进行激光振荡的激光模块的个数时(t2)，在切换个数的时间点(更具体地说在输出对模块2开始供电的指令时)到经过预定时间为止(t3)期间，对激光模块1输出第二光输出指令Pb1，使得仅通过从切换个数前就进行激光振荡的激光模块1，合成激光成为与第一光输出指令对应的输出。

[0021] 更详细地说，从时刻t2开始经过与上述延迟时间Δt大概相等的预定时间(t2～t3)为止，对在个数切换后开始激光振荡的激光模块2的激光电源部14发送与现有技术相同的第二光输出指令(值)Pb2(图示例中，在时刻t2以输出Pd/2从振荡停止状态开始振荡的指令)，但是对从切换个数之前就进行激光振荡的激光模块1，向激光模块1的激光电源部14发送第二光输出指令(值)Pb1，使得仅根据激光模块1的输出而从合成器16输出相当于第一光输出指令(值)的输出的合成激光。即在图3的情况下，从时刻t1到t3为止，针对激光模块1的第二光输出指令值Pb1与第一光输出指令值Pa相等。进一步，在经过了预定时间的时刻t3以后，对激光模块1的激光电源部14也发送与现有技术相同的第二光输出指令(值)Pb1(根据激光模块1以及2双方来输出相当于第一光输出指令(值)的输出的合成激光的指令)。

[0022] 在激光装置10中通过上述处理，即使激光模块2的实际光输出Pb2’从第二光输出指令Pb2的接收时延迟相当于延迟时间的时间，激光模块1也以对延迟进行补偿的输出使激光器进行振荡，所以如图3的上段图表那样，实际的光输出Pa’与光输出指令Pa大概一致，不会产生图2所示的陷波。因此在激光装置10中，当合成激光的输出稳定，并且例如将激光装置10用作激光加工机时，能够排除或降低随着陷波产生的加工精度的恶化或加工不良。

[0023] 另外，在图2以及图3中，为了明确化，从时刻t2到t3期间(延迟时间)进行夸张显示。实际的延迟时间Δt由激光模块的标准而定，但是大概在5μs～300μs的范围，通常为已知的值。因此将上述预定时间设定为与延迟时间相等或比延迟时间大若干的值(例如延迟时间的100～150％)，从而能够防止上述陷波的产生。但是，会有延迟时间在激光模块间有个体差的情况，所以最好能够通过参数等方式由操作员使用适当的输入单元(设置在激光装置上的触摸面板、键盘等)来设定/变更上述预定时间。

[0024] 另外，即使是相同的激光模块，也会有从停止供电后到再次供电为止的时间比较短的情况与比较长的情况相比，启动较快(延迟时间短)的情况。因此对各个模块设置测量从停止供电后到再次供电为止的时间的计时器，根据该计时器的测量内容能够自动调整上述预定时间。或者安装测量与从停止供电后到再次供电为止的时间相关的部件(例如激光电源部14的开关部件)的温度的温度传感器来代替计时器，根据该温度传感器的测量内容自动调整上述预定时间。

[0025] 在如上述那样公开的激光装置10中，能够大幅地抑制切换进行振荡的激光模块的个数时(在上述实施例中为增加时)的陷波的产生，但是实际上如果在切换进行激光振荡的激光模块的个数前后对各个激光模块的光输出指令值的变化比较大，则根据激光电源部的特性等原因，在从激光模块的光输出中有时会产生陷波。因此，切换个数前后对各个激光模块的光输出指令值的变化量最好较小。另外，即使对各个激光模块的光输出指令值的变化量小，切换个数时也会产生小的陷波，所以个数的切换频率最好也小。

[0026] 因此，参照图4～图7说明抑制切换进行振荡的激光模块的个数时能够产生的陷波的大小或产生频率的实施例。在以下的例子中，激光装置10具有16个激光模块12，各个模块的输出范围是50W～500W。因此此时的激光装置10的额定输出(最大可输出范围)为8000W。

[0027] 首先，作为用于抑制陷波的大小的处理，激光模块选择/指令部20在根据第一光输出指令值的变化而切换进行激光振荡的激光模块12的个数时，能够决定成为切换基准的第一光输出指令值的阈值与在切换前后的激光模块的个数(或者切换前的激光模块的个数以及增减数)，使得针对在切换前后的各个模块的第二光输出指令值的变化量ΔPi成为预定的上限值以下。通过将第二光输出指令值的变化量限制在预定的上限值以下，能够防止大的陷波的出现。另外，例如能够根据过去的实际业绩按照经验来决定这里的预定上限值。

[0028] 第二光输出指令值的变化量ΔPi越小，所产生的陷波的大小也有越小的倾向，所以如果只着眼于ΔPi，则最好尽量频繁地切换进行振荡的激光模块的个数。但是，即使如上述那样根据个数切换自身也会产生陷波，所以激光模块选择/指令部20能够以一边将ΔPi维持在预定的上限值以下，一边使个数的切换频率成为最小的方式决定ΔPi、切换前进行振荡的激光模块的个数N以及切换时的个数变化量ΔN(或者切换后进行振荡的激光模块的个数)。

[0029] 如图4所示，例如在将ΔPi的上限值设为250W时，第一光输出指令值从在激光装置10的可输出范围内的最大光输出指令值(这里为8000W)变化到最小光输出指令值(这里为
50W)(或其相反)为止时的切换次数能够设为4次(即在可输出范围内阈值为4)。具体地说，Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系为以下表1所示那样。这样通过将ΔPi维持在预定上限值以下，并且将进行振荡的激光模块的个数的切换频率最小化，能够使陷波的大小以及产生的频率双方适当最小化。

[0030] 表1

[0031] Pd N ΔN ΔPi500W 1(2) 1 250W(＝500W/1-500W/2)
1000W 2(4) 2 250W(＝1000W/2-1000W/4)
2000W 4(8) 4 250W(＝2000W/4-2000W/8)
4000W 8(16) 8 250W(＝4000W/8-4000W/16)

[0032] 另外，图4表示激光装置整体的可输出范围(50W～8000W)，并且表示与进行振荡的激光模块的个数对应的可输出范围(例如2个的情况下为100W～1000W)。进一步，“3→16”等的标记表示在该输出范围能够使用的激光模块的个数。例如，在1000W～1500W中标记为“3→16”，所以在该范围能够使用的模块个数为3～16。关于这些标记，后述的图5～图7也相同。

[0033] 另外，图4的实施例能够进一步最优化。例如如图5所示，也能够在将切换频率维持在4次的基础上进一步降低ΔPi的上限值，相当于图5的实施例的Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系为以下表2所示那样。此时，能够将切换频率维持在4次(阈值为4个)，并能够将ΔPi降低到125W。

[0034] 表2

[0035]Pd N ΔN ΔPi
250W 1(2) 1 125W(＝250W/1-250W/2)
500W 2(4) 2 125W(＝500W/2-500W/4)
1000W 4(8) 4 125W(＝1000W/4-1000W/8)
2000W 8(16) 8 125W(＝2000W/8-2000W/16)

[0036] 在图4以及图5的实施例中，首先在决定ΔPi的上限值后将切换频率最小化，但是也可以先进行切换频率的最小化。即激光模块选择/指令部20在将第一光输出指令值从激光装置的最大光输出指令值(这里为8000W)改变为最小光输出指令值(这里为50W)(或者相反)时，能够决定Pd、N以及ΔN使得切换进行激光振荡的激光模块的个数的频率(即可输出范围内的阈值的个数)成为最少。例如，如果Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系为以下表3那样，则切换次数为2次(阈值为2个)。

[0037] 表3

[0038] Pd N ΔN ΔPi500W 1(10) 9 450W(＝500W/1-500W/10)
5000W 10(16) 6 187.5W(＝5000W/10-5000W/16)

[0039] 如图3所示，阈值Pd为500W的切换时的ΔPi比较大为450W，这里有可能产生较大的陷波。因此在表3的实施例中，通过设定ΔPi的上限值，能够维持切换次数(阈值的个数)并降低ΔPi。图6表示将ΔPi的上限值设定为200W时的一个实施例，此时的Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系为以下表4所示那样。

[0040] 表4

[0041] Pd N ΔN ΔPi250W 1(4) 3 187.5W(＝250W/1-250W/4)
1000W 4(16) 12 187.5W(＝1000W/4-1000W/16)

[0042] 另外，图6的实施例能够进一步最优化。例如如图7所示，也能够在将切换频率维持在2次的基础上进一步求出ΔPi被最小化的条件。相当于图7的实施例的Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系为以下表5所示那样。此时，能够将在可输出范围内的阈值维持为2个，并能够将ΔPi降低到150W。

[0043] 表5

[0044]Pd N ΔN ΔPi
200W 1(4) 3 150W(＝200W/1-200W/4)
800W 4(16) 12 150W(＝800W/4-800W/16)

[0045] 另外，在以上的实施例中，说明使用了针对在切换前后的各个模块的第二光输出指令值的变化量ΔPi的处理，但是也可以使用提供给各个模块的电力的变化量ΔEi来代替ΔPi。ΔPi与ΔEi大概为比例关系，所以即使在使用了ΔEi的情况下也得到与上述例子同等的作用效果。

[0046] 另外，在上述的实施例中，能够使预定的程序或存储器等预先存储由激光模块选择/指令部20求出的Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系。另外工作人员可以经由设置在激光装置中的触摸面板、键盘等适当的输入单元手动设定/变更Pd、N、ΔN以及ΔPi中的至少一个，此时激光模块选择/指令部20也能够根据所设定/变更后的内容再次计算Pd、N、ΔN以及ΔPi的关系。

[0047] 图8是说明抑制陷波的产生或大小的其他实施例的图。激光模块选择/指令部20在切换进行激光振荡的激光模块的个数时，针对使第二光输出指令值发生变化的激光模块中的至少一个激光模块(这里为模块1、2)的第二光输出指令值不是以时间的阶梯状(或者不连续)而是以梯度(在预定时间慢慢)地发生变化。

[0048] 具体地说，在图3说明的实施例中，在时刻t1对于激光模块1，第二光输出指令值Pb1发生2倍变化(图8中用虚线30图示)，但是能够如实线32所示那样在预定的时间Δt1慢慢地使第二光输出指令值增加。在如虚线30那样使第二光输出指令值Pb1发生变化时，模块1的实际光输出由于超调而变得比指令值大，其结果有时会产生陷波，但是，通过如实线32那样梯度能够防止超调而抑制陷波的产生。另外在图3的实施例中，在时刻t3对于激光模块
1，第二光输出指令值Pb1变化到1/2(图8中通过虚线34图示)，但是能够如实线36所示那样在预定的时间Δt2内使第二光输出指令值Pb1慢慢减少。另外这里的预定时间Δt1以及Δt2根据激光模块的标准等而不同，但是能够设定为大概5μs～50μs范围的值。

[0049] 同样，在图3的实施例中，在时刻t1中对激光模块2停止供电(图8中用虚线40图示)，但是能够如实线42所示那样在预定的时间Δt3内使第二光输出指令值Pb2慢慢地减少。另外在图3的实施例中，在时刻t3中对激光模块2重新开始供电(图8中用虚线44图示)，但是能够如实线46所示那样在预定的时间Δt4内使第二光输出指令值Pb2慢慢地增加。因此此时也能够抑制由于超调等造成的陷波的产生。另外这里的预定时间Δt3以及Δt4根据激光模块的标准等而不同，但是能够设定为大概5μs～50μs范围的值。进一步预定时间Δt1～Δt4可以相互相同，也可以不同。

[0050] 根据本公开，在具备多个激光模块的激光装置中，能够防止切换进行振荡的激光模块的个数时产生陷波，并能够提高激光输出的稳定性。