能量衰减器、激光输出计、激光输出测定方法以及激光输出监视系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如在切断加工或焊接加工中所使用的高输出激光用的能量衰减器、激光输出计、激光输出测定方法以及激光输出监视系统。
【背景技术】
[0002]近几年，由于激光振荡器等的进步，高输出激光应用于金属的切断或焊接等的量产生产线中。激光加工的加工品质较大程度地受激光输出、激光功率密度分布(模式)、加工辅助气体等加工参数的影响。特别是，适当地设定激光输出，这对于实现良好的加工品质是不可或缺的要素，因此，需要精度高的激光输出计。
[0003]kW级别的激光输出计通常利用激光强度的衰减单元(部分透过镜等)选取一部分激光而进行测定。但是，在该情况下，接受高输出的衰减单元或光传感器会发生热劣化，因此，大致每隔I年需要进行校正或更换等。另外，该方法大多作为激光振荡器中的输出监视器而使用在输出反馈控制中。
[0004]原本在测定激光输出时，正确的是将所有激光向激光受光体照射，变换为热，对其热量进行测定。但是，在该方法中，需要受光体或冷却水的温度稳定的时间。此外，在激光的使用中不能进行测定，因此，不能用于反馈控制。
[0005]专利文献I的激光输出计的受光单元由激光受光体、套管以及设置在两者之间的冷却水路形成。冷却水从供水装置经由配管供给至该冷却水路。激光输出计的测定单元由入口侧的冷却水的水量计、热电偶等的水温计、出口侧的水温计构成。根据利用这些仪表测定出的冷却水的流量Q、入口侧水温Ti以及出口侧水温To的测定值，计算从受光部向冷却水传递的热量，得到激光输出值。这种水冷能量衰减器方式的激光输出计对于至几1kW的大输出激光也能进行输出测定，作为二氧化碳激光的输出计广泛使用。
[0006]专利文献1:日本特开2002-214037号公报
【发明内容】
[0007]然而，在专利文献I的能量衰减器方式中，需要在2处测定水温，在I处测定流量，因此，合计需要3个传感器，存在系统变得高价这样的问题点。另外，关于冷却水，根据泵电动机的转速以及散热片或阀的数量，其流量变动。另一方面，流量的变化反映至温度差，产生热传导所需的时间延迟。从而，由于流量的变动，温度差的测定产生误差。本发明是鉴于这些点而提出的，其课题是，以价廉的结构，实现测定精度高的激光输出测定。
[0008]本发明涉及的能量衰减器，具有:受光体，该受光体在其内表面对来自激光振荡器的激光进行受光，将激光输出变换为热；壳体，其以包围所述受光体的外表面的方式安装在所述受光体上，在与所述受光体的外表面之间形成冷却水的水路；向所述水路的入水孔以及出水孔，它们设置在所述壳体上；隔热体，其在所述受光体和所述壳体的安装部上，将所述受光体和所述壳体热绝缘；以及温度测定单元，其测定所述受光体的温度，特别是，该能量衰减器的特征在于，在通常不使用的位置即所述受光体和所述壳体的安装部上具有隔热体。
[0009]另外，本发明涉及的激光输出计具有变换单元，该变换单元将由所述能量衰减器所具备的所述温度测定单元检测出的信号变换为激光输出。
[0010]另外，本发明涉及的激光输出测定方法使用所述能量衰减器，由下述工序构成:第I工序，在该工序中，阻断向所述能量衰减器的冷却水的流通；第2工序，在该工序中，使激光振荡恒定期间；第3工序，在该工序中，对所述受光体的温度测定单元的输出信号的最大变化值进行测定；第4工序，在该工序中，以所述最大变化值、所述能量衰减器的热容量以及激光振荡时间为基础，利用所述变换单元计算激光输出值；以及第5工序，在该工序中，输出或显示所述激光输出值。
[0011]另外，本发明涉及的激光输出监视系统使用所述激光输出计，该激光输出监视系统具有:控制单元，其在所述激光振荡器的电源接通中，而且，在不需要激光振荡的期间，自动地对激光输出进行测定；激光输出的存储单元；对激光输出的经时变化进行运算的单元；根据激光输出的变化而选定激光振荡器的维护内容的单元；以及基于所述维护内容而通知维护部件的单元或根据维护内容通知维护时期的单元。
[0012]发明的效果
[0013]根据本发明的能量衰减器，通过配置隔热体，由此从受光体传热的路径仅是与冷却水的接触面，从而仅通过受光体的温度就能够测定由受光体获得的热量。因此，仅利用I个温度测定单元I，能够价廉地测定激光输出。另外，没有向壳体等的热损失，因此，能够高精度地测定激光输出。
[0014]另外，根据本发明的激光输出计，仅追加将能量衰减器的温度变化变换为激光输出的变换单元，就能够使用能量衰减器进行输出测定，因此，能够价廉地构成激光输出计。另外，在谐振镜的调整中，能够使用不需要衰减单元等的绝对输出。即，能够进行使用绝对输出的实时调整，因此，能够正确地调整。而且，能够进行在激光输出监视器中使用的“利用通过部分透过镜的激光的积分球类型的输出计”的校正。
[0015]另外，根据本发明涉及的激光输出测定方法，通过对照射时间进行控制，防止能量衰减器的受光体的表面破损。通过停止冷却水，能够将受光体和冷却水的接触面设为隔热状态，并且，能够减小受光体和冷却水之和的热容量，能够增大受光体的温度变化量。即，信号强度较大，因此，能够高精度地测定照射期间的平均功率。
[0016]另外，根据本发明涉及的激光输出监视系统，事先知道维护内容、部件、时期，因此，对于部件供给厂家，能够在必要的时期生产供给部件。因此，容易制定生产计划，不会产生剩余库存等。另外，对于振荡器的使用者，由于知道维护时期，因此，能够制定振荡器的使用计划，有效地使用激光振荡器。不会发生维护部件的交货等待等，因此，振荡器的实质的工作率提高。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的实施方式I涉及的能量衰减器的概略图、使用该能量衰减器的激光输出计的结构图以及进而使用该激光输出计的激光输出监视系统的结构图。
[0018]图2是表示本发明的激光输出测定方法的流程图。
[0019]图3是对本发明的激光输出测定方法的信号变化进行说明的时序图。
[0020]图4是对本发明的精度提高方法进行说明的温度变化的柱状图。
[0021]图5是本发明的实施方式2涉及的能量衰减器的概略图。
【具体实施方式】
[0022]实施方式I
[0023]对于本发明的实施方式，使用附图进行说明。首先，依次说明本发明的能量衰减器、激光输出计以及激光输出监视系统的结构。
[0024]【能量衰减器】
[0025]在图1中，能量衰减器6具有:锥状的受光体1，在其内表面Ia处吸收从激光振荡器10发出的激光L ;以及收容受光体I的壳体3。受光体I的开口侧周边经由隔热体4安装在壳体3的开口侧，因此，受光体I和壳体3之间被热绝缘。在壳体3上设置用于引入冷却水的入水孔3a和用于引出冷却水的出水孔3b，受光体I的外表面Ib和壳体3的内侧成为水路2。在受光体I的外表面Ib安装有温度测定单元5b，另外，在受光体I的内表面Ia侧与壳体3的接合部的附近安装有温度测定单元5a。温度测定单元5a、5b(有时将两者合并简称为温度测定单元5)使用价廉且精度高的热电偶、温度电阻、温度传感器IC等。另夕卜，与受光体I相比，隔热体4的导热系数低I个数量级及以上。具体而言，是橡胶、树脂、陶瓷、砖等。在选定隔热体4时，考虑其隔热效果，优选导热系数小于或等于10W/m/°C (铁的1/10)、尽可能小于或等于lW/m/°C (铁的1/100，橡胶满足该导热系数)的材料。此外，隔热体4的耐热性根据受光体I的