JP5819644B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工装置およびこれに用いるＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs desired laser processing by irradiating a workpiece with laser light and a MOPA fiber laser oscillator used therefor.

今日、レーザ加工装置の多くは、装置本体から離れた任意の場所でレーザ加工が行われることを予定しており、そのようなアプリケーションに対応できるシステム形態を採っている。すなわち、レーザ加工装置の２大構成要素であるレーザ発振部およびレーザ出射部を各々独立したユニットである装置本体および加工ヘッドにそれぞれ搭載し、装置本体と加工ヘッドとを光ファイバで結ぶ形態が採られている。   Today, many laser processing apparatuses are scheduled to perform laser processing at an arbitrary place away from the apparatus main body, and adopt a system configuration that can cope with such applications. That is, the laser oscillation unit and laser emission unit, which are the two major components of the laser processing apparatus, are mounted on the apparatus main body and processing head, which are independent units, respectively, and the apparatus main body and the processing head are connected by an optical fiber. It has been.

この場合、装置本体には、レーザ発振部に加えて、マン・マシン・インタフェース用の操作パネル、装置内の各部を個別制御ないし統括制御する制御部、装置内の電気回路に所要の電力を供給する電源等も搭載され、さらにはレーザ発振部より発振出力されたレーザ光を光学レンズで絞って光ファイバの一端に導入する入射ユニットも設けられる。   In this case, in addition to the laser oscillation unit, the device body supplies the man-machine interface operation panel, the control unit for individual control or overall control of each unit in the device, and the required electric power to the electrical circuit in the device. There is also provided an incident unit that squeezes the laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit with an optical lens and introduces it to one end of the optical fiber.

一方、加工ヘッドには、光ファイバの他端より一定の拡がり角で出射されるレーザ光を平行光にするためのコリメータと、このコリメータを透過したレーザ光を被加工物上の加工点に集光させるための集光レンズが設けられる。さらに、レーザマーキング装置においては、レーザ光をスキャニングするためのガルバノスキャナも加工ヘッドに搭載される。この場合、ガルバノスキャナの可動光学系およびアクチエータが加工ヘッドに設けられる。そして、装置本体側の制御部よりスキャニング用の制御信号が電気ケーブルを介して加工ヘッド内のガルバノスキャナに与えられる。   On the other hand, in the processing head, a collimator for collimating the laser beam emitted from the other end of the optical fiber with a constant divergence angle and the laser beam transmitted through the collimator are collected at a processing point on the workpiece. A condensing lens for causing light to be emitted is provided. Further, in the laser marking device, a galvano scanner for scanning laser light is also mounted on the processing head. In this case, the movable optical system and the actuator of the galvano scanner are provided in the processing head. Then, a scanning control signal is given from the control unit on the apparatus main body side to the galvano scanner in the machining head via an electric cable.

通常、装置本体は、定置型のユニットとして構成される。一方、加工ヘッドは、可搬型のユニットとして構成され、光ファイバの長さが許す範囲内で装置本体から離れた任意の場所に移動ないし設置可能であり、任意の姿勢をとることができる。加工ヘッドに搭載される部品（コリメータ、集光レンズ、ガルバノスキャナ等）はレーザ共振器ほどの精緻な光軸合わせを要しないため、移動や姿勢変更によって特に支障を来すことはない。   Usually, the apparatus main body is configured as a stationary unit. On the other hand, the processing head is configured as a portable unit, and can be moved or installed at an arbitrary position away from the apparatus main body within the range allowed by the length of the optical fiber, and can take an arbitrary posture. Since components (collimator, condenser lens, galvano scanner, etc.) mounted on the processing head do not require as precise optical axis alignment as a laser resonator, there are no particular problems caused by movement or posture change.

特開２０１０−１６７４３３号公報JP 2010-167433 A

しかしながら、上記のように装置本体と加工ヘッドとを光ファイバで結ぶレーザ加工装置においては、そのような伝送用の光ファイバに関連して幾多の不便や問題点がある。すなわち、光ファイバは、曲げや引っ張りに弱く、加工ヘッドの移動や設置等に際して許容範囲を超える曲げや過度な引っ張りを受けると、容易に断線する。また、光ファイバおよび光コネクタは、埃や汚れに非常に敏感であり、埃や汚れが付くと機能上の不具合や性能低下を来しやすい。このように、装置本体と加工ヘッドとを結ぶ光ファイバは、現場の関係者にとっては取り扱いの難しいやっかいな部品になっている。しかも、光ファイバは高価である。   However, in the laser processing apparatus that connects the apparatus main body and the processing head with an optical fiber as described above, there are a number of inconveniences and problems associated with such an optical fiber for transmission. That is, the optical fiber is vulnerable to bending and pulling, and is easily broken when subjected to bending or excessive pulling that exceeds an allowable range when the processing head is moved or installed. In addition, optical fibers and optical connectors are very sensitive to dust and dirt. When dust and dirt are attached, functional defects and performance deterioration are likely to occur. As described above, the optical fiber connecting the apparatus main body and the processing head is a troublesome part that is difficult to handle for the people involved in the field. Moreover, the optical fiber is expensive.

とりわけ、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うレーザ加工装置においては、１台の装置本体から複数台の加工ヘッドまで複数本の光ファイバを介してレーザ光を伝送する方式を採るため、光ファイバの本数に比例して上記のような不便や問題点が増大する。   In particular, in a laser processing apparatus that performs multi-point simultaneous processing or multi-position processing, an optical fiber is used to transmit a laser beam through a plurality of optical fibers from one apparatus main body to a plurality of processing heads. The inconveniences and problems as described above increase in proportion to the number of these.

本発明は、上記のような従来技術を解決するものであり、装置本体と加工ヘッドとを光ファイバで接続した場合の不便や問題点を全て解消して、装置の信頼性およびメンテナンス性を向上させ、さらには多点同時加工あるいはマルチポジション加工にも有利に対応できるレーザ加工装置を提供する。   The present invention solves the prior art as described above, eliminates all inconveniences and problems when the apparatus main body and the processing head are connected by an optical fiber, and improves the reliability and maintainability of the apparatus. Furthermore, the present invention provides a laser processing apparatus that can advantageously cope with multi-point simultaneous processing or multi-position processing.

また、本発明は、収納性、取り扱い性、メンテナンス性および安全性に優れたＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器を提供する。   The present invention also provides a MOPA fiber laser oscillator that is excellent in storage, handling, maintenance, and safety.

本発明の第１の観点におけるレーザ加工装置は、加工用のレーザ光を発振出力するＭＯＰＡ方式のファイバレーザ発振器と、前記加工用レーザ光を被加工物上の加工点に集光させる集光レンズとを備える独立したユニットの加工ヘッドと、前記加工ヘッド内で所定の制御信号を必要とする電気回路向けに前記所定の制御信号を生成する主制御部と、前記加工ヘッド内で所定電圧の電力を必要とする電気回路向けに前記所定電圧の電力を出力する電源回路とを備える独立したユニットの装置本体と、前記装置本体側から前記加工ヘッド側へ前記制御信号および前記電力を伝送するための電気ケーブルとを有し、前記ファイバレーザ発振器が、シード光を発生するシード光源と、前記シード光源からの前記シード光を入力端よりコアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起光源と、複数の入力ポートと前記増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する光結合器と、前記シード光源、前記増幅用光ファイバおよび前記励起光源と熱的に結合する放熱板と、前記光結合器を支持する支持板と、前記シード光源と前記光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第１の伝送用光ファイバと、前記励起光源と前記光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第２の伝送用光ファイバとを有し、前記支持板と前記放熱板とが前記シード光源、前記増幅用光ファイバおよび前記励起光源を挟んで重ねて配設されている。
A laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a MOPA type fiber laser oscillator that oscillates and outputs a processing laser beam, and a condensing lens that focuses the processing laser beam on a processing point on a workpiece. A processing head of an independent unit comprising: a main control unit that generates the predetermined control signal for an electric circuit that requires the predetermined control signal in the processing head; and a power of a predetermined voltage in the processing head An apparatus main body of an independent unit provided with a power supply circuit that outputs power of the predetermined voltage for an electric circuit that requires the control signal and the power for transmitting the control signal and the power from the apparatus main body side to the processing head side. have a electrical cable, said fiber laser oscillator, put a seed light source that generates seed light, in the core from the input end of the seed light from the seed light source, An amplification optical fiber that amplifies the seed light by stimulated emission while propagating the seed light toward the output end; a pumping light source that generates pumping light for exciting the core of the amplification optical fiber; a plurality of input ports; An optical coupler having an output port connected to the input end of the amplification optical fiber, a heat sink thermally coupled to the seed light source, the amplification optical fiber, and the excitation light source, and supporting the optical coupler A first transmission optical fiber that optically connects the support plate, the seed light source, and the first input port of the optical coupler, the excitation light source, and the second input port of the optical coupler, A second transmission optical fiber that optically connects the support plate and the heat radiating plate, with the seed light source, the amplification optical fiber, and the excitation light source sandwiched therebetween. .

本発明の第２の観点におけるレーザ加工装置は、加工用のレーザ光を発振出力するＭＯＰＡ方式のファイバレーザ発振器と、前記加工用レーザ光を被加工物上の加工点に集光させる集光レンズとを備える独立したユニットの加工ヘッドと、前記加工ヘッド内で所定の制御信号を必要とする電気回路向けに前記所定の制御信号を生成する主制御部と、前記加工ヘッド内で所定電圧の電力を必要とする電気回路向けに前記所定電圧の電力を出力する電源回路とを備える独立したユニットの装置本体と、前記装置本体側から前記加工ヘッド側へ前記制御信号および前記電力を伝送するための電気ケーブルとを有し、前記ファイバレーザ発振器が、シード光を発生するシード光源と、前記シード光源からの前記シード光を入力端よりコアの中に入れ、前記シード光を伝搬させながら誘導放出より増幅して、出力端より第１段増幅の光ビームを出す第１の増幅用光ファイバと、前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための第１の励起光を発生する第１の励起光源と、複数の入力ポートと前記第１の増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する第１の光結合器と、前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅の光ビームを入力端よりコアの中に入れ、前記第１段増幅の光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅の光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、前記第２の増幅用光ファイバのコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起光源と、前記第１の増幅用光ファイバの出力端に接続される第１の入力ポートおよび前記第２の励起光源に接続される第２の入力ポートと前記第２の増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する第２の光結合器と、前記シード光源、前記第１および第２の増幅用光ファイバならびに前記第１および第２の励起光源と熱的に結合する放熱板と、前記第１および第２の光結合器を支持する１つまたは複数の支持板と、前記シード光源と前記第１の光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第１の伝送用光ファイバと、前記第１の励起光源と前記第１の光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第２の伝送用光ファイバと、前記第２の励起光源と前記第２の光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第３の伝送用光ファイバとを有し、各々の前記支持板と前記放熱板とが前記シード光源、前記第１の増幅用光ファイバ、前記第２の増幅用光ファイバおよび前記励起光源を挟んで重ねて配設されている。
A laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a MOPA type fiber laser oscillator that oscillates and outputs a processing laser beam, and a condensing lens that focuses the processing laser beam on a processing point on a workpiece. A processing head of an independent unit comprising: a main control unit that generates the predetermined control signal for an electric circuit that requires the predetermined control signal in the processing head; and a power of a predetermined voltage in the processing head An apparatus main body of an independent unit provided with a power supply circuit that outputs power of the predetermined voltage for an electric circuit that requires the control signal and the power for transmitting the control signal and the power from the apparatus main body side to the processing head side. The fiber laser oscillator includes a seed light source that generates seed light, and enters the seed light from the seed light source into the core from the input end, A first amplifying optical fiber that amplifies the stimulated emission while propagating the seed light and emits a first-stage amplified light beam from the output end; and a pump for exciting the core of the first amplifying optical fiber. A first optical coupler having a first excitation light source that generates first excitation light, a plurality of input ports, and an output port connected to an input end of the first amplification optical fiber; The first-stage amplification light beam from the output end of one amplification optical fiber is inserted into the core from the input end, amplified by stimulated emission while propagating the first-stage amplification light beam, and output end A second amplification optical fiber that emits a second-stage amplification light beam; a second excitation light source that generates second excitation light for exciting the core of the second amplification optical fiber; The first input port connected to the output end of the first amplification optical fiber And a second optical coupler having a second input port connected to the second pumping light source and an output port connected to an input end of the second optical fiber for amplification, the seed light source, A heat sink thermally coupled to the first and second amplification optical fibers and the first and second excitation light sources; and one or more supports for supporting the first and second optical couplers A first transmission optical fiber that optically connects the plate, the seed light source, and the first input port of the first optical coupler, the first excitation light source, and the first optical coupler. A second transmission optical fiber that optically connects to the second input port, and a second optical fiber that optically connects the second excitation light source and the second input port of the second optical coupler. 3 transmission optical fibers, and each of the support plate and the heat radiating plate has the sheet. A light source, a first optical fiber for amplification, a second optical fiber for amplification, and an excitation light source are arranged in an overlapping manner.

本発明のレーザ加工装置においては、装置本体（または電気系ユニット）側から電気ケーブルを介して送られてくる制御信号および電力に基づいて加工ヘッド（または光学系ユニット）内のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器により加工用のレーサ光が生成され、この加工用のレーサ光は加工ヘッドに備わっている集光レンズ（または光学系）を介して被加工物に照射される。これにより、装置本体と加工ヘッドとの間に光ファイバを設ける必要がない。したがって、装置本体（または電気系ユニット）と加工ヘッド（または光学系ユニット）とを光ファイバで結んだ場合の不便、不利点または問題点が全て解消される。さらに、この装置構成においては、コンパクトなアッセンブリの下で、シード光源、増幅用光ファイバおよび励起光源より放出される熱が放熱板を介して効率よく外部に放出され、それらの発熱性部品の機能が安定に保たれる。
In the laser processing apparatus of the present invention, the MOPA fiber laser oscillator in the processing head (or optical system unit) based on the control signal and power sent from the apparatus main body (or electrical system unit) via the electric cable. Thus, a laser beam for processing is generated, and this laser beam for processing is irradiated onto the workpiece through a condenser lens (or an optical system) provided in the processing head. Thereby, it is not necessary to provide an optical fiber between the apparatus main body and the processing head. Therefore, all the inconveniences, disadvantages, and problems associated with connecting the apparatus main body (or electrical system unit) and the processing head (or optical system unit) with an optical fiber are eliminated. Furthermore, in this device configuration, under a compact assembly, the heat emitted from the seed light source, the amplification optical fiber and the pumping light source is efficiently emitted to the outside through the heat sink, and the functions of these heat generating components Is kept stable.

本発明の好適な一態様においては、放熱板に熱的に結合される熱伝導率の高い材質からなる筒状ファイバ支持体が設けられ、この筒状ファイバ支持体に増幅用光ファイバが螺旋状に巻かれる。かかる構成により、増幅用光ファイバより発せられる熱も、筒状ファイバ支持体および放熱板を介して効率よく外部へ放出される。
In a preferred aspect of the present invention, a cylindrical fiber support made of a material having high thermal conductivity that is thermally coupled to the heat sink is provided, and the amplification optical fiber is spirally formed on the cylindrical fiber support. Wrapped around. With this configuration, heat generated from the amplification optical fiber is also efficiently released to the outside through the cylindrical fiber support and the heat sink.

本発明のレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、装置本体（または電気系ユニット）と加工ヘッド（または光学系ユニット）とを光ファイバで接続した場合の不便や問題点を全て解消して、装置の信頼性およびメンテナンス性を向上させ、さらには多点同時加工あるいはマルチポジション加工にも有利に対応することができる。   According to the laser processing apparatus of the present invention, inconveniences and problems when the apparatus main body (or electrical system unit) and the processing head (or optical system unit) are connected by an optical fiber due to the configuration and operation as described above. All of them can be eliminated, the reliability and maintainability of the apparatus can be improved, and even multi-point machining or multi-position machining can be advantageously handled.

また、本発明のＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器によれば、上記のような構成および作用により、収納性、取り扱い性、メンテナンス性および安全性を大きく改善することができる。   Further, according to the MOPA type fiber laser oscillator of the present invention, the storage property, the handling property, the maintenance property, and the safety can be greatly improved by the configuration and operation as described above.

本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置のシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the system configuration | structure of the laser processing apparatus in one Embodiment of this invention. 上記レーザ加工装置の加工ヘッド内のレイアウト構成を示す側面図である。It is a side view which shows the layout structure in the process head of the said laser processing apparatus. 上記加工ヘッド内のレイアウト構成を示す背面図である。It is a rear view which shows the layout structure in the said process head. 本発明の一実施形態におけるＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器（ＭＯＰＡ発振器）の電気光学的な構成を示す図である。It is a figure which shows the electro-optical structure of the MOPA system fiber laser oscillator (MOPA oscillator) in one Embodiment of this invention. 上記ＭＯＰＡ発振器のアッセンブリの構成（展開した状態）を示す平面図である。It is a top view which shows the structure (expanded state) of the assembly of the said MOPA oscillator. 上記ＭＯＰＡ発振器のアッセンブリの構成（折り畳んだ状態）を示す一側面図である。It is a side view which shows the structure (folded state) of the assembly of the said MOPA oscillator. 上記ＭＯＰＡ発振器のアッセンブリの構成（展開した状態）を示す一側面図である。It is a side view which shows the structure (expanded state) of the assembly of the said MOPA oscillator. 上記ＭＯＰＡ発振器のアッセンブリの構成（折り畳んだ状態）を示す別の側面図である。It is another side view which shows the structure (folded state) of the assembly of the said MOPA oscillator. 上記ＭＯＰＡ発振器のアッセンブリの構成（展開した状態）を示す別の側面図である。It is another side view which shows the structure (expanded state) of the assembly of the said MOPA oscillator. 実施形態のレーザ加工装置において多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行う場合のシステム構成を示す図である。It is a figure which shows the system configuration | structure in the case of performing multipoint simultaneous processing or multi-position processing in the laser processing apparatus of an embodiment.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置のシステム構成を示す。このレーザ加工装置は、各々独立したユニットとして構成される装置本体１０および加工ヘッド１２と、両ユニット１０，１２を電気的に接続する外部電気ケーブル１４とを有する。   FIG. 1 shows a system configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser processing apparatus includes an apparatus main body 10 and a processing head 12 each configured as an independent unit, and an external electric cable 14 that electrically connects both the units 10 and 12.

装置本体１０は、たとえば樹脂製またはスチール製の筺体１５を有する電気系ユニットとして構成されており、この筺体１５の中に電源回路１６および主制御部１８を収容し、筺体１５の正面（つまり装置本体１０の正面）に操作パネル２０を取り付け、筺体１５の側面または裏面にコネクタ（ソケット）２２，２４を取り付けている。   The apparatus main body 10 is configured as an electric system unit having a casing 15 made of resin or steel, for example, and the power supply circuit 16 and the main control unit 18 are accommodated in the casing 15, and the front of the casing 15 (that is, the apparatus). An operation panel 20 is attached to the front surface of the main body 10, and connectors (sockets) 22 and 24 are attached to the side surface or the back surface of the housing 15.

電源回路１６は、たとえば交流入力／直流出力（ＡＣ−ＤＣ）型の安定化電源であり、商用交流電源（図示せず）より電気ケーブル２６、コネクタ２２および内部配線（通常は電気ケーブル）を介して入力する商用交流電力を直流電力に変換して、このレーザ加工装置内で電力を必要とする全ての電気回路向けに様々な定格値を有する複数種類の電源電圧（電力）を出力する。電源回路１６より出力される各種電源電圧（電力）の一部は内部配線（電気ケーブル、プリント配線等）を介して主制御部１８および操作パネル２０の電気回路に供給され、他の一部はコネクタ２４および外部電気ケーブル１４を介して加工ヘッド１２側の電気回路に送られる。   The power supply circuit 16 is, for example, an AC input / DC output (AC-DC) stabilized power supply, and is supplied from a commercial AC power supply (not shown) through an electric cable 26, a connector 22, and internal wiring (usually an electric cable). The commercial AC power input is converted into DC power, and a plurality of types of power supply voltages (power) having various rated values are output for all electric circuits that require power in the laser processing apparatus. A part of various power supply voltages (electric power) output from the power supply circuit 16 is supplied to the electric circuit of the main control unit 18 and the operation panel 20 via internal wiring (electric cable, printed wiring, etc.), and the other part is It is sent to the electric circuit on the processing head 12 side via the connector 24 and the external electric cable 14.

主制御部１８は、マイクロコンピュータ、メモリおよび各種インタフェース回路および周辺回路で構成され、このレーザ加工装置内の各部の動作を個別に制御し、かつ装置全体の動作ないしシーケンスを統括制御する。このために、主制御部１８は、このレーザ加工装置内で制御信号を必要とする全ての電気回路向けに所定の制御信号を生成する。主制御部１８より出力される制御信号の一部は、内部配線（電気ケーブル、プリント配線等）を介して電源回路１６および操作パネル２０の電気回路に供給され、他の一部はコネクタ２４および外部電気ケーブル１４を介して加工ヘッド１２側の電気回路に送られる。   The main control unit 18 includes a microcomputer, a memory, various interface circuits, and peripheral circuits. The main control unit 18 individually controls the operation of each unit in the laser processing apparatus and controls the overall operation or sequence of the apparatus. For this purpose, the main control unit 18 generates a predetermined control signal for all electric circuits that require a control signal in the laser processing apparatus. A part of the control signal output from the main control unit 18 is supplied to the power circuit 16 and the electric circuit of the operation panel 20 via internal wiring (electric cable, printed wiring, etc.), and the other part is the connector 24 and It is sent to an electric circuit on the processing head 12 side via an external electric cable 14.

操作パネル２０は、使用者側から各種条件値、設定値を入力するためのキーボードあるいはマウス等の入力部や、装置側から使用者に対して設定値、モニタ値等を表示出力するためのディスプレイ等の表示部を有している。   The operation panel 20 includes an input unit such as a keyboard or a mouse for inputting various condition values and setting values from the user side, and a display for displaying and outputting setting values and monitor values to the user from the apparatus side. Etc. are provided.

加工ヘッド１２は、たとえば樹脂製またはスチール製の筺体２８を有する光学系ユニットとして構成されており、この筺体２８にＭＯＰＡ（Master Oscillator _ Power Amplifier）方式のファイバレーザ発振器（以下、「ＭＯＰＡ発振器」と略称する。）３０、冷却部３２、伝送光学系３４、シャッタ３６、ガルバノスキャナ３８、ガイドＬＤ（ガイド光源）４０およびｆθレンズ４２を収容または搭載し、筺体２８の裏面または側面にコネクタ（ソケット）４４を取り付けている。   The processing head 12 is configured as an optical system unit having, for example, a resin or steel housing 28, and a MOPA (Master Oscillator_Power Amplifier) type fiber laser oscillator (hereinafter referred to as “MOPA oscillator”) is provided on the housing 28. (Abbreviated)) 30, cooling unit 32, transmission optical system 34, shutter 36, galvano scanner 38, guide LD (guide light source) 40, and fθ lens 42 are accommodated or mounted, and a connector (socket) is provided on the back or side of housing 28. 44 is attached.

ＭＯＰＡ発振器３０は、基本構成として、シード光を発生するシード光源と、このシード光源からのシード光を入力端よりコアの中に入れ、シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する１つまたは複数の増幅用光ファイバと、各増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起光源とを有している。冷却部３２は、ＭＯＰＡ発振器３０内で発熱する部品を放熱させるためのものであり、小型・軽量・簡易化を図るうえで好ましくは空冷式のファン４６（図３）を有している。ＭＯＰＡ発振器３０の構成は後に詳しく説明する。   The MOPA oscillator 30 has, as a basic configuration, a seed light source that generates seed light and a seed light from the seed light source that enters the core from the input end and amplifies by stimulated emission while propagating the seed light toward the output end. One or a plurality of amplification optical fibers, and a pumping light source that generates pumping light for pumping the core of each amplification optical fiber. The cooling unit 32 is for radiating heat generated in the MOPA oscillator 30, and preferably has an air-cooled fan 46 (FIG. 3) in order to reduce size, weight, and simplicity. The configuration of the MOPA oscillator 30 will be described in detail later.

伝送光学系３４は、ＭＯＰＡ発振器３０より発振出力された加工用のレーザ光ＬＢをガルバノスキャナ３８まで導くための光伝送路を形成し、たとえばダイクロイックミラー４８およびビームエクスパンダ５０（図２）を有している。   The transmission optical system 34 forms an optical transmission path for guiding the processing laser beam LB oscillated and output from the MOPA oscillator 30 to the galvano scanner 38, and has, for example, a dichroic mirror 48 and a beam expander 50 (FIG. 2). doing.

ガルバノスキャナ３８は、通常のものでよく、互いに直交して配置されるＸ軸回転ミラーおよびＹ軸回転ミラーと、これらの回転ミラーを被加工物Ｗ上のスキャニング位置に応じた振れ角にそれぞれ回転移動させるためのＸ軸ミラー回転部およびＹ軸ミラー回転部とを有している。各々のミラー回転部は、たとえばモータからなるアクチエータと、このアクチエータを電気的に駆動するためのスキャナ駆動回路とを有している。   The galvano scanner 38 may be a normal one, and each of the X-axis rotating mirror and the Y-axis rotating mirror arranged orthogonal to each other, and these rotating mirrors are rotated to a deflection angle corresponding to the scanning position on the workpiece W. An X-axis mirror rotating unit and a Y-axis mirror rotating unit for moving are provided. Each mirror rotating section has an actuator made of, for example, a motor, and a scanner driving circuit for electrically driving the actuator.

シャッタ３６は、伝送光学系３４とガルバノスキャナ３８との間に設けられ、たとえば、加工用レーザ光ＬＢを遮断するための遮光板３６ａ（図２）と、この遮光板３６ａをレーザ光路上の遮断位置（シャッタ閉位置）とレーザ光路外の退避位置（シャッタ開位置）との間で移動させるためのアクチエータ３６ｂ（図２）とを有している。   The shutter 36 is provided between the transmission optical system 34 and the galvano scanner 38. For example, the shutter 36a (FIG. 2) for blocking the processing laser beam LB, and blocking the shield plate 36a on the laser beam path. There is an actuator 36b (FIG. 2) for moving between a position (shutter closed position) and a retracted position (shutter open position) outside the laser beam path.

ガイドＬＤ４０は、被加工物Ｗ上で加工用レーザ光ＬＢをアライメントするための可視波長のガイド光ＧＢを発生する。このガイドＬＤ４０より発せられるガイド光ＧＢは、伝送光学系３４内で加工用レーザ光ＬＢに重畳されるようになっている。ｆθレンズ４２は、スキャニング用の集光レンズであり、ガルバノスキャナ３８によって等角度走査された光ビーム（ＬＢ，ＧＢ）を被加工物Ｗ上で等速度走査する機能を有している。そのため、被加工物Ｗの表面でレーザ光のビーム径が最小となるように、焦点距離を調節することが容易である。なお、被加工物Ｗにレーザ光を集光させる集光レンズとしては、ｆθレンズ４２に代えて、他のレンズや凹面鏡を用いることもできる。   The guide LD 40 generates guide light GB having a visible wavelength for aligning the processing laser beam LB on the workpiece W. The guide light GB emitted from the guide LD 40 is superimposed on the processing laser light LB in the transmission optical system 34. The fθ lens 42 is a condensing lens for scanning, and has a function of scanning a light beam (LB, GB) scanned at an equal angle by the galvano scanner 38 on the workpiece W at a constant speed. For this reason, it is easy to adjust the focal length so that the beam diameter of the laser beam is minimized on the surface of the workpiece W. In addition, as a condensing lens which condenses a laser beam on the workpiece W, it can replace with the f (theta) lens 42, and can also use another lens and a concave mirror.

通常、加工ヘッド１２において、ｆθレンズ４２は筺体２８の下面に取り付けられ、ガルバノスキャナ３８はｆθレンズ４２に隣接してその真上つまり筺体２８の底部に配置される。伝送光学系３４は、ガルバノスキャナ３８のレーザ光導入口の位置に応じて、たとえばガルバノスキャナ３８の上または横に配置される。シャッタ３６は、伝送光学系３４とガルバノスキャナ３８との間に配置される。ガイドＬＤ４０は、伝送光学系３４の適当な箇所に取り付けられる。ＭＯＰＡ発振器３０は、後述するようにレーザ共振器を備えておらず、加工用レーザ光ＬＢを光ファイバ内で生成し、かつ光ファイバを通じて伝送光学系３４へ出力するので、加工ヘッド１２内の任意のスペースに任意の姿勢で配置可能であり、それによって何の支障も来さないようになっている。   Normally, in the processing head 12, the fθ lens 42 is attached to the lower surface of the housing 28, and the galvano scanner 38 is disposed immediately above the fθ lens 42, that is, at the bottom of the housing 28. The transmission optical system 34 is disposed, for example, on or next to the galvano scanner 38 according to the position of the laser light entrance of the galvano scanner 38. The shutter 36 is disposed between the transmission optical system 34 and the galvano scanner 38. The guide LD 40 is attached to an appropriate location of the transmission optical system 34. As will be described later, the MOPA oscillator 30 does not include a laser resonator, generates the processing laser beam LB in the optical fiber, and outputs the processing laser beam LB to the transmission optical system 34 through the optical fiber. It can be placed in any position in the space, thereby preventing any trouble.

図２および図３に、加工ヘッド１２内の各部の配置構成（レイアウト）に関する好適な一実施例を示す。   FIG. 2 and FIG. 3 show a preferred embodiment regarding the arrangement configuration (layout) of each part in the machining head 12.

この実施例における加工ヘッド１２の筺体２８は、縦長の直方体に形成されている。ガルバノスキャナ３８は、略直方体形状のケーシングを有するアッセンブリとして構成されており、加工ヘッド１２の正面１２ａ（図２）に寄って筺体２８内の底部に配置される。ｆθレンズ４２は、筺体２８の下面から突出した状態で、ガルバノスキャナ３８の下に取り付けられる。ＭＯＰＡ発振器３０は、後述するように展開可能および折り畳み可能に構成されており、筺体２８内では略直方体形状に折り畳んだ状態でガルバノスキャナ３８の横隣に冷却部３２の冷却ファン４８と並んで配置される（図３）。そして、ガルバノスキャナ３８の上方にガイドＬＤ４０、伝送光学系３４およびシャッタ３６が縦方向一列に並んで配置され、ＭＯＰＡ発振器３０の上方に伝送光学系３４と接続するように円筒状の光アイソレータ５２が横向きに配置される。筺体２８には、特に空冷ファン４８と隣接する部分には、外から空気流を入れるための通気孔４７が形成されている（図３）。   The housing 28 of the machining head 12 in this embodiment is formed in a vertically long rectangular parallelepiped. The galvano scanner 38 is configured as an assembly having a substantially rectangular parallelepiped casing, and is disposed at the bottom of the housing 28 near the front surface 12a (FIG. 2) of the processing head 12. The fθ lens 42 is attached under the galvano scanner 38 in a state of protruding from the lower surface of the housing 28. The MOPA oscillator 30 is configured to be expandable and foldable as will be described later, and is arranged side by side with the cooling fan 48 of the cooling unit 32 next to the galvano scanner 38 in a state of being folded into a substantially rectangular parallelepiped shape in the housing 28. (FIG. 3). A guide LD 40, a transmission optical system 34, and a shutter 36 are arranged in a line in the vertical direction above the galvano scanner 38, and a cylindrical optical isolator 52 is connected to the transmission optical system 34 above the MOPA oscillator 30. Arranged sideways. A ventilation hole 47 for introducing an air flow from the outside is formed in the housing 28 particularly in a portion adjacent to the air cooling fan 48 (FIG. 3).

ＭＯＰＡ発振器３０と光アイソレータ５２は、後述する伝送用光ファイバＨＦ₆₅を介して光学的に接続されている。伝送光学系３４は、円筒状のケーシング内にダイクロイックミラー４８およびビームエクスパンダ５０を設けている。ここで、ダイクロイックミラー４８は、横隣の光アイソレータ５２と４５°の傾きをもって対向し、上隣りのガイドＬＤ４０とも４５°の傾きをもって対向する。ダイクロイックミラー４８には、ＭＯＰＡ発振器３０からの加工用レーザ光ＬＢの波長に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、ガイドＬＤ４０からのガイド光ＧＢに対して透過性の膜がコーティングされている。これにより、ダイクロイックミラー４８に入射して９０°の角度で反射する加工用レーザ光ＬＢと、ダイクロイックミラー４８に入射してまっすぐ透過するガイド光ＧＢとがその先の光路を同じにする（重畳する）。重畳した加工用レーザ光ＬＢとガイド光ＧＢは、ビームエクスパンダ５０、シャッタ３６、ガルバノスキャナ３８およびｆθレンズ４２を通って被加工物Ｗ（図１）上の加工点に照射される。 The MOPA oscillator 30 and the optical isolator 52 are optically connected via a transmission optical fiber HF ₆₅ described later. The transmission optical system 34 includes a dichroic mirror 48 and a beam expander 50 in a cylindrical casing. Here, the dichroic mirror 48 faces the horizontally adjacent optical isolator 52 with an inclination of 45 °, and faces the upper adjacent guide LD 40 with an inclination of 45 °. The dichroic mirror 48 is coated with a film that is reflective to the wavelength of the processing laser beam LB from the MOPA oscillator 30 and a film that is transmissive to the guide beam GB from the guide LD 40. . As a result, the processing laser beam LB incident on the dichroic mirror 48 and reflected at an angle of 90 ° and the guide beam GB incident on the dichroic mirror 48 and transmitted straight through have the same optical path (overlapping). ). The superimposed processing laser beam LB and guide beam GB are irradiated to a processing point on the workpiece W (FIG. 1) through the beam expander 50, the shutter 36, the galvano scanner 38, and the fθ lens 42.

この実施例では、加工ヘッド１２内で加工用レーザ光ＬＢの出力をモニタするために、ダイクロイックミラー４８とビームエクスパンダ５０との間に加工用レーザ光ＬＢの一部（たとえば１％）を抜き出すためのビームスプリッタまたはミラー５４が配置され、このビームスプリッタ５４により抜き出されたモニタ光ＭＢを電気信号（レーザパワーモニタ信号）に変換する光電変換部５６がその近くに配置されている。   In this embodiment, in order to monitor the output of the processing laser beam LB in the processing head 12, a part (for example, 1%) of the processing laser beam LB is extracted between the dichroic mirror 48 and the beam expander 50. A beam splitter or mirror 54 is arranged, and a photoelectric conversion unit 56 for converting the monitor light MB extracted by the beam splitter 54 into an electric signal (laser power monitor signal) is arranged in the vicinity thereof.

この加工ヘッド１２内で電気的に動作する部品またはアッセンブリはいずれも内部配線（電気ケーブル、プリント配線等）を介してコネクタ４４に接続され、ひいては外部電気ケーブル１４（図１）を介して装置本体１０（電気系ユニット）側の主制御部１８および／または電源回路１６に電気的に接続されている。   Any component or assembly that operates electrically in the machining head 12 is connected to the connector 44 via internal wiring (electrical cable, printed wiring, etc.), and eventually the apparatus main body via the external electric cable 14 (FIG. 1). It is electrically connected to the main controller 18 and / or the power supply circuit 16 on the 10 (electric system unit) side.

外部電気ケーブル１４は、好ましい一形態として、各々１本または複数本の電源線、信号線およびアース線を含む多芯の同軸ケーブルとして構成されており、その両端に装置本体１０および加工ヘッド１２のそれぞれのコネクタ（ソケット）２４，４４と脱着可能に接続するコネクタ（プラグ）を取り付けている。もちろん、別の形態として、外部電気ケーブル１４を複数本の電気ケーブル（たとえば、制御信号専用の電気ケーブルと電力専用の電気ケーブル）で構成することも可能である。   As a preferred form, the external electric cable 14 is configured as a multi-core coaxial cable each including one or a plurality of power lines, signal lines, and ground lines, and the apparatus main body 10 and the processing head 12 are connected to both ends thereof. Connectors (plugs) that are detachably connected to the respective connectors (sockets) 24 and 44 are attached. Of course, as another form, the external electric cable 14 can be configured by a plurality of electric cables (for example, an electric cable dedicated to control signals and an electric cable dedicated to electric power).

加工ヘッド１２内で装置本体１０内の主制御部１８からの制御信号を必要する各々の電気回路は、加工ヘッド１２内の各対応する内部配線、外部電気ケーブル１４内の各対応する信号線および装置本体１０内の各対応する内部配線を介して主制御部１８の各対応する出力端子に電気的に接続される。また、加工ヘッド１２内で装置本体１０内の電源回路１６からの電力（電源電圧）を必要する各々の電気回路は、加工ヘッド１２内の各対応する内部配線、外部電気ケーブル１４内の各対応する電源線および装置本体１０内の各対応する内部配線を介して電源回路１６の各対応する出力端子に電気的に接続される。   Each electric circuit that requires a control signal from the main control unit 18 in the apparatus main body 10 in the processing head 12 includes each corresponding internal wiring in the processing head 12, each corresponding signal line in the external electric cable 14, and It is electrically connected to each corresponding output terminal of the main controller 18 via each corresponding internal wiring in the apparatus main body 10. In addition, each electric circuit that requires electric power (power supply voltage) from the power supply circuit 16 in the apparatus main body 10 in the processing head 12 corresponds to each corresponding internal wiring in the processing head 12 and each external wiring in the external electric cable 14. Are electrically connected to the corresponding output terminals of the power supply circuit 16 through the corresponding power supply lines and the corresponding internal wirings in the apparatus main body 10.

こうして、ＭＯＰＡ発振器３０は、後述するシード光源および励起光源の電気回路（ＬＤ駆動回路、温調回路等）に必要な制御信号および電力（電源電圧）を主制御部１８および電源回路１６よりそれぞれ受け取る。冷却部３２は、空冷ファン４８の電気回路（ファンモータ駆動回路）に必要な電力（電源電圧）を電源回路１６より受け取る。ガルバノスキャナ３８は、Ｘ軸ミラー回転部およびＹ軸ミラー回転部の電気回路（スキャナ駆動回路）に必要な制御信号および電力（電源電圧）を主制御部２０および電源回路１８よりそれぞれ受け取る。ガイドＬＤ４０は、そのＬＤ駆動回路に必要な制御信号および電力（電源電圧）を主制御部１８および電源回路１６よりそれぞれ受け取る。シャッタ３６は、アクチエータ３６ｂの電気回路（シャッタ駆動回路）に必要な制御信号および電力（電源電圧）を主制御部１８および電源回路１６よりそれぞれ受け取る。パワーモニタ用の光電変換部５６は、その動作に必要な電力（電源電圧）を電源回路１６より受け取る一方で、出力信号（レーザパワーモニタ信号）を主制御部１８に送るようになっている。   In this way, the MOPA oscillator 30 receives control signals and power (power supply voltage) necessary for an electric circuit (LD drive circuit, temperature control circuit, etc.) of a seed light source and an excitation light source described later from the main control unit 18 and the power supply circuit 16, respectively. . The cooling unit 32 receives power (power supply voltage) necessary for the electric circuit (fan motor drive circuit) of the air cooling fan 48 from the power supply circuit 16. The galvano scanner 38 receives control signals and power (power supply voltage) necessary for the electric circuit (scanner drive circuit) of the X-axis mirror rotation unit and the Y-axis mirror rotation unit from the main control unit 20 and the power supply circuit 18, respectively. The guide LD 40 receives control signals and electric power (power supply voltage) necessary for the LD drive circuit from the main control unit 18 and the power supply circuit 16, respectively. The shutter 36 receives control signals and power (power supply voltage) necessary for the electric circuit (shutter drive circuit) of the actuator 36b from the main control unit 18 and the power supply circuit 16, respectively. The photoelectric conversion unit 56 for power monitoring receives power (power supply voltage) necessary for the operation from the power supply circuit 16 and sends an output signal (laser power monitor signal) to the main control unit 18.

この実施例における加工ヘッド１２は、ＭＯＰＡ発振器３０を展開可能および折り畳み可能なアッセンブリとして構成し、筺体２８内ではＭＯＰＡ発振器３０を略直方体形状に折り畳んだ状態でガルバノスキャナ３８の横隣（光アイソレータ５２の下）のスペースに冷却部３２の空冷ファン４６と並べて配置しており、これによって筺体２８を従来の加工ヘッドつまりＭＯＰＡ発振器を搭載しない加工ヘッドの筺体と大して違わないサイズに抑えている。   The machining head 12 in this embodiment is configured as an assembly in which the MOPA oscillator 30 can be expanded and folded. In the housing 28, the MOPA oscillator 30 is folded in a substantially rectangular parallelepiped shape and is next to the galvano scanner 38 (optical isolator 52). In the space below, the air cooling fan 46 of the cooling unit 32 is arranged side by side, so that the housing 28 is suppressed to a size that is not significantly different from the housing of a conventional processing head, that is, a processing head not equipped with a MOPA oscillator.

次に、図４〜図７につき、この実施形態におけるＭＯＰＡ発振器３０の構成を詳しく説明する。   Next, the configuration of the MOPA oscillator 30 in this embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

図４に、ＭＯＰＡ発振器３０の電気光学的な構成をブロック図で示す。このＭＯＰＡ発振器３０は、シード光源６０と第１および第２の増幅用光ファイバ（以下「アクティブファイバ」と称する）６２，６４とを第１および第２の光アイソレータ６６，６８および第１および第２の光結合器７０，７２を介して光学的に縦続接続し、パルス波形の加工用レーザ光ＬＢを発振出力するように構成されている。   FIG. 4 is a block diagram showing the electro-optical configuration of the MOPA oscillator 30. The MOPA oscillator 30 includes a seed light source 60 and first and second amplification optical fibers (hereinafter, referred to as “active fibers”) 62 and 64, first and second optical isolators 66 and 68, and first and first optical fibers. Two optical couplers 70 and 72 are optically cascade-connected to oscillate and output a processing laser beam LB having a pulse waveform.

シード光源６０は、シード用のレーザダイオード（以下「シードＬＤ」と称する。）７４と、このシードＬＤ７４をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシードＬＤ駆動回路７６と、シードＬＤ７４の温度を制御するＬＤ温調部７８とを有している。シードＬＤ７４は、ファイバカップリングＬＤとして構成されており、伝送用の光ファイバＨＦ₇₄を介して出射先の光学部品（６６）と接続される。シードＬＤ駆動回路７６およびＬＤ温調部７８には、主制御部１８（図１）からの制御信号Ｓ₇₆，Ｓ₇₈がそれぞれ供給されるとともに、電源回路１６（図１）からの電力（電源電圧）Ｖ₇₆，Ｖ₇₈がそれぞれ供給される。なお、ＬＤ温調部７８は、たとえばペルチェ素子、サーミスタ、温度調節回路等を有している。 The seed light source 60 includes a seed laser diode (hereinafter referred to as “seed LD”) 74, a seed LD driving circuit 76 that drives the seed LD 74 with a pulse waveform current to generate a pulse, and a temperature of the seed LD 74. It has an LD temperature control unit 78 to be controlled. The seed LD ₇₄ is configured as a fiber coupling LD, and is connected to an optical component (66) at the emission destination via an optical fiber HF ₇₄ for transmission. Control signals S ₇₆ and S ₇₈ from the main control unit 18 (FIG. 1) are supplied to the seed LD drive circuit 76 and the LD temperature adjustment unit 78, respectively, and power (power supply) from the power supply circuit 16 (FIG. 1) is supplied. Voltages V ₇₆ and V ₇₈ are supplied. The LD temperature adjustment unit 78 includes, for example, a Peltier element, a thermistor, a temperature adjustment circuit, and the like.

シード光源６０と第１のアクティブファイバ６２との間に設けられる第１の光結合器７０は、複数たとえば３つの入力ポートと１つの出力ポートとを有している。第１の入力ポートには、伝送用光ファイバＨＦ₇₄、第１の光アイソレータ６６および伝送用光ファイバＨＦ₆₆を介してシードＬＤ７４が接続される。第２の入力ポートには、第１のアクティブファイバ６２のコアを励起するための第１の励起用ＬＤ（以下「ポンプＬＤ」と称する。）８０が伝送用光ファイバＨＦ₈₀を介して接続される。第３の入力ポートは、増設ポートであり、ここに別の第１のポンプＬＤ（図示せず）を伝送用光ファイバＨＦ₈₀を介して接続することも可能となっている。光結合器７０の出力ポートには、アクティブファイバ６２の入力端が接続される。第１のポンプＬＤ８０も、ファイバカップリングＬＤとして構成され、伝送用の光ファイバＨＦ₈₀を介して出射先の光学部品（７０）と接続される。第１のポンプＬＤ８０を電気的に駆動してレーザ発振させるための第１のポンプＬＤ駆動回路８２には、主制御部１８（図１）からの制御信号Ｓ₈₂と電源回路１６（図１）からの電力（電源電圧）Ｖ₈₂とが供給される。 The first optical coupler 70 provided between the seed light source 60 and the first active fiber 62 has a plurality of, for example, three input ports and one output port. The seed LD 74 is connected to the first input port via the transmission optical fiber HF ₇₄ , the first optical isolator 66, and the transmission optical fiber HF ₆₆ . The second input port, a first excitation LD for exciting the core of the first active fiber 62 (hereinafter referred to as "pump LD".) 80 is connected via a transmission optical fiber HF ₈₀ The The third input port is an expansion port, and also capable of connecting here to another first pump LD (not shown) via a transmission optical fiber HF _80. The input end of the active fiber 62 is connected to the output port of the optical coupler 70. The first pump LD ₈₀ is also configured as a fiber coupling LD, and is connected to the optical component (70) at the emission destination via the optical fiber HF ₈₀ for transmission. The first pump LD drive circuit 82 for electrically driving the first pump LD 80 to cause laser oscillation includes a control signal S ₈₂ from the main controller 18 (FIG. 1) and the power supply circuit 16 (FIG. 1). and the power (power supply voltage) V ₈₂ from is supplied.

シード光源６０、第１の光アイソレータ６６および第１の光結合器７０によって、第１のアクティブファイバ６２に対するシード光注入部が構成されている。また、第１のポンプＬＤ８０、第１のポンプＬＤ駆動回路８２および第１の光結合器７０によって、第１のアクティブファイバ６２に対する励起光注入部が構成されている。   The seed light source 60, the first optical isolator 66, and the first optical coupler 70 constitute a seed light injection unit for the first active fiber 62. The first pump LD 80, the first pump LD drive circuit 82, and the first optical coupler 70 constitute an excitation light injection unit for the first active fiber 62.

第１のアクティブファイバ６２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ６２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ８０の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。   The first active fiber 62 has a core made of quartz to which at least Yb ions are added and a clad made of, for example, quartz surrounding the core coaxially, and the total length (fiber length) is selected to be, for example, 3 to 15 m. It is. The gain of the first active fiber 62 (first stage amplifier) can be adjusted in the range of, for example, 10 to 40 dB by the total output of the pump LD80.

第１のアクティブファイバ６２と第２のアクティブファイバ６４との間に設けられる第２の光結合器７２は、複数たとえば７つの入力ポートと１つの出力ポートとを有している。第１の入力ポートには、第２の光アイソレータ６８および伝送用の光ファイバＨＦ₆₈を介して第１のアクティブファイバ６２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポートには、第２のアクティブファイバ６４のコアを励起するための第２のポンプＬＤ８４が伝送用の光ファイバＨＦ₈₄を介してそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポートは空きポートとなっているが、必要に応じて他の第２のポンプＬＤを光ファイバＨＦ₈₄を介して増設することもできる。光結合器７２出力ポートには、第２のアクティブファイバ６４の入力端が接続される。 The second optical coupler 72 provided between the first active fiber 62 and the second active fiber 64 has a plurality of, for example, seven input ports and one output port. The output terminal of the first active fiber 62 is connected to the first input port via the second optical isolator 68 and the transmission optical fiber HF ₆₈ . A second pump LD ₈₄ for exciting the core of the second active fiber 64 is connected to the second to fifth input ports via an optical fiber HF ₈₄ for transmission. Although the sixth and seventh input ports are vacant ports, another second pump LD can be added via the optical fiber HF ₈₄ as necessary. The input port of the second active fiber 64 is connected to the output port of the optical coupler 72.

なお、図示の構成例では、第１のアクティブファイバ６２の出力端が第２の光アイソレータ６８の入力に直接接続されている。しかし、第１のアクティブファイバ６２の出力端が、余った励起光を吸収するためのポンプダンパ（図示せず）と伝送用光ファイバ（図示せず）を介して第２の光アイソレータ６８の入力に接続される構成も可能である。   In the illustrated configuration example, the output end of the first active fiber 62 is directly connected to the input of the second optical isolator 68. However, the output end of the first active fiber 62 is input to the second optical isolator 68 via a pump damper (not shown) for absorbing excess pump light and a transmission optical fiber (not shown). It is also possible to connect to

第２のポンプＬＤ８４も、ファイバカップリングＬＤとして構成され、伝送用の光ファイバＨＦ₈₄を介して外部と接続される。第２のポンプＬＤ８４を電気的に駆動してレーザ発振させるための第２のボンプＬＤ駆動回路８６には、主制御部１８（図１）からの制御信号Ｓ₈₆と電源回路１６（図１）からの電力（電源電圧）Ｖ₈₆とが供給される。 The second pump LD ₈₄ is also configured as a fiber coupling LD, and is connected to the outside via an optical fiber HF ₈₄ for transmission. The second pump LD drive circuit 86 for electrically driving the second pump LD 84 to cause laser oscillation includes a control signal S ₈₆ from the main control unit 18 (FIG. 1) and the power supply circuit 16 (FIG. 1). Power (power supply voltage) V ₈₆ is supplied.

第２のアクティブファイバ６４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ６４（第２段アンプ）の利得は、第２のポンプＬＤ８４の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。   Similarly to the first active fiber 12, the second active fiber 64 also has a core made of quartz to which at least Yb is added and a clad made of, for example, quartz surrounding the core coaxially. For example, 3-15 m. The gain of the second active fiber 64 (second stage amplifier) can be adjusted, for example, in the range of 10 to 40 dB by the total output of the second pump LD84.

第２のアクティブファイバ６４の終端にポンプダンパ６５および伝送用光ファイバＨＦ₆₅を介して接続される第３（終端）の光アイソレータ５２は、高出力用のために小出力用の第１の光アイソレータ６６や中出力用の第２の光アイソレータ６８に比して格段に大きなサイズを有しているので、ＭＯＰＡ発振器３０のアッセンブリの外に配置される（図２および図３）。 The third (termination) optical isolator 52 connected to the end of the second active fiber 64 via the pump damper 65 and the transmission optical fiber HF ₆₅ is a first light for small output for high output. Since it has a much larger size than the isolator 66 and the second optical isolator 68 for medium output, it is arranged outside the assembly of the MOPA oscillator 30 (FIGS. 2 and 3).

このレーザ加工装置において、たとえばマーキング加工を行う場合、シード光源６０は、所定の波長を有するパルス波形のシード光（ＬＤ光）を所望のパルス幅（たとえば０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（たとえば１０〜１０００ｍＷ）および所望の繰り返し周波数（たとえば２０〜５００ｋＨｚ）で出力するように構成されている。繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で出力するように構成することができる。シード光源６０より出力されたパルス波形のシード光は、第１の光アイソレータ６６および第１の光結合器７０を介して第１のアクティブファイバ６２のコアに注入される。   In this laser processing apparatus, for example, when performing marking processing, the seed light source 60 uses a pulse light having a predetermined wavelength (LD light) with a desired pulse width (for example, 0.1 to 200 ns) and a desired peak power. (For example, 10 to 1000 mW) and a desired repetition frequency (for example, 20 to 500 kHz). The repetition frequency can be configured to output in the range of 10 kHz to 1 MHz. The seed light having a pulse waveform output from the seed light source 60 is injected into the core of the first active fiber 62 through the first optical isolator 66 and the first optical coupler 70.

一方、第１のポンプＬＤ８０は、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光（ＬＤ光）を出力するように構成されている。第１のポンプＬＤ８０より出力される連続波の励起光は第１の光結合器７０を介して第１のアクティブファイバ６２のコアに注入される。   On the other hand, the first pump LD 80 is configured to output continuous wave (cw) excitation light (LD light) having a predetermined wavelength. The continuous wave excitation light output from the first pump LD 80 is injected into the core of the first active fiber 62 via the first optical coupler 70.

第１のアクティブファイバ６２の中で、シード光は、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬する。一方、励起光は、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアクティブファイバ６２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のＹｂイオンを光励起する。   In the first active fiber 62, the seed light propagates in the axial direction toward the fiber output end side while being confined by total reflection at the interface between the core and the clad. On the other hand, the excitation light propagates in the axial direction in the active fiber 62 while being confined by the total reflection at the clad outer peripheral interface, and optically excites Yb ions in the core by crossing the core many times during the propagation.

こうして、シード光と励起光とが第１のアクティブファイバ６２を伝搬する間に、そのＹｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ６２の出力端に所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）を有するまでに増幅されたシード光つまり第１段増幅パルスの光ビームが得られる。第１の光結合器７０ないし第１のアクティブファイバ６２で発生して逆方向に伝搬する反射戻り光は、第１の光アイレータ６６によって遮断され、シードＬＤ７４には入射しない。   In this way, while the seed light and the excitation light propagate through the first active fiber 62, the absorption of the excitation light spectrum and the stimulated emission of the seed light spectrum are repeatedly performed in the Yb-doped core, and the output end of the active fiber 62 Thus, a seed light amplified to have a desired power (for example, a peak power of 200 W), that is, a light beam of a first stage amplified pulse is obtained. The reflected return light generated in the first optical coupler 70 or the first active fiber 62 and propagating in the reverse direction is blocked by the first optical iterator 66 and does not enter the seed LD 74.

第１のアクティブファイバ６２の出力端から出た第１段増幅パルスの光ビームは、第２の光アイソレータ６８および第２の光結合器７２を介して第２のアクティブファイバ６４のコアに注入される。一方で、第２のポンプＬＤ８４からの連続波（ｃｗ）の励起光が第２の光結合器７２を介して第２のアクティブファイバ６４のコアに注入される。なお、第１および第２のポンプＬＤ８０，８４は、マーキングのスキャニング動作において各ストロークの描画期間だけ励起光を出力し、ストロークとストロークとの間の非描画期間中は励起光の出力を一時的に停止するようになっている。   The light beam of the first-stage amplification pulse that has exited from the output end of the first active fiber 62 is injected into the core of the second active fiber 64 via the second optical isolator 68 and the second optical coupler 72. The On the other hand, continuous wave (cw) excitation light from the second pump LD 84 is injected into the core of the second active fiber 64 via the second optical coupler 72. The first and second pumps LD80 and 84 output excitation light only during the drawing period of each stroke in the marking scanning operation, and temporarily output the excitation light during the non-drawing period between the strokes. To stop.

第２のアクティブファイバ６４においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第１段増幅光ビームに置き換わるだけで、第１のアクティブファイバ６２と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ６４の出力端に所望のパワー（たとえば２０ｋＷのピークパワー）を有する第２段増幅パルスの光ビームが得られる。第２の光結合器７２ないし第２のアクティブファイバ６４で発生して逆方向に伝搬する反射戻り光は、第２の光アイレータ６８によって遮断され、第１のアクティブファイバ６２には入射しない。   Also in the second active fiber 64, only the light beam to be amplified is different, that is, the seed light is replaced with the first-stage amplified light beam, and light amplification by the stimulated emission mechanism similar to that of the first active fiber 62 is performed. A second stage amplified pulse light beam having a desired power (for example, 20 kW peak power) is obtained at the output end of the active fiber 64. The reflected return light generated in the second optical coupler 72 or the second active fiber 64 and propagating in the reverse direction is blocked by the second optical iterator 68 and does not enter the first active fiber 62.

こうして、第２のアクティブファイバ６４の出力端から取り出された第２段増幅パルスの光ビームつまり加工用の光ビームＬＢが第３の光アイソレータ５２を介して伝送光学系３４（ひいては被加工物Ｗ）に向けて出力される。なお、被加工物Ｗから加工ヘッド１２内に入った反射戻り光は、第３（終端）の光アイレータ５２によって遮断され、第２のアクティブファイバ６４には入射しない。   In this way, the light beam of the second stage amplified pulse taken out from the output end of the second active fiber 64, that is, the processing light beam LB is transmitted through the third optical isolator 52 to the transmission optical system 34 (and hence the workpiece W). ) Is output. The reflected return light that enters the processing head 12 from the workpiece W is blocked by the third (terminal) optical iterator 52 and does not enter the second active fiber 64.

次に、図５〜図７Ｂにつき、この実施形態のおけるＭＯＰＡ発振器３０のアッセンブリ（以下「ＭＯＰＡアッセンブリ」と略称する。）［３０］の構成を説明する。ここで、図５は、展開した状態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の平面図である。図６Ａは、図５の矢印Ａの方向で見た折り畳み状態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の一部断面側面図である。図６Ｂは、図５の矢印Ａの方向で見た展開状態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の一部断面側面図である。図７Ａは、図５の矢印Ｂの方向で見た折り畳み状態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の一部断面側面図である。図７Ｂは、図５の矢印Ｂの方向で見た展開状態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の一部断面側面図である。なお、図５においては、図解を容易にするために、ボルト等の取付手段を削除し、主要な部品（特に電気部品および光学部品）のみを示す。   Next, the configuration of the MOPA oscillator 30 assembly (hereinafter abbreviated as “MOPA assembly”) [30] in this embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 is a plan view of the expanded MOPA assembly [30]. 6A is a partial cross-sectional side view of the folded MOPA assembly [30] as viewed in the direction of arrow A in FIG. 6B is a partial cross-sectional side view of the expanded MOPA assembly [30] as viewed in the direction of arrow A in FIG. FIG. 7A is a partial cross-sectional side view of the MOPA assembly [30] in a folded state as viewed in the direction of arrow B in FIG. 7B is a partial cross-sectional side view of the deployed MOPA assembly [30] as viewed in the direction of arrow B in FIG. In FIG. 5, in order to facilitate illustration, mounting means such as bolts are omitted, and only main components (particularly electrical components and optical components) are shown.

このＭＯＰＡアッセンブリ［３０］は、放熱板を兼ねる長方形のベース板９０と、このベース板９０にヒンジ９２，９４を介してそれぞれ開閉可能に結合される２つの長方形の支持板９６，９８とを有し、これらベース板９０および支持板９６，９８に上述したＭＯＰＡ発振器３０（図４）の構成部品（６２〜８６）をグループ分けして取り付けている。   This MOPA assembly [30] has a rectangular base plate 90 that also serves as a heat sink, and two rectangular support plates 96 and 98 that are coupled to the base plate 90 through hinges 92 and 94, respectively, so that they can be opened and closed. The components (62 to 86) of the MOPA oscillator 30 (FIG. 4) described above are attached to the base plate 90 and the support plates 96 and 98 in groups.

ベース板９０は、熱伝導率の高い金属たとえばアルミニウムからなり、部品を搭載する上面は平坦に形成され、空冷ファン４６（図３）と対向する裏面には放熱フィン９９が形成されている（図７Ａ，図７Ｂ）。ベース板９０の上面は、２つの部品搭載領域９０ａ，９０ｂに二分されている（図５）。   The base plate 90 is made of a metal having high thermal conductivity, for example, aluminum, and the upper surface on which the components are mounted is formed flat, and the radiating fins 99 are formed on the rear surface facing the air cooling fan 46 (FIG. 3) (see FIG. 7A, FIG. 7B). The upper surface of the base plate 90 is divided into two component mounting areas 90a and 90b (FIG. 5).

ベース板９０の片方の部品搭載領域９０ａには適当なギャップを挟んでプリント基板１００が平行に取り付けられ、このプリント基板１００上に上述したＭＯＰＡ発振器３０の電気回路（シードＬＤ駆動回路７６、ＬＤ温調部７８、ポンプ駆動回路８２，８６等）をそれぞれ搭載する多数の電気部品パッケージ１０２が取り付けられる。ここで、シードＬＤ７４は、ＬＤ温調部７８と同一の電気部品パッケージ１０２Ａに入ってプリント基板１００上に配置される。この電気部品パッケージ１０２Ａに取り付けられる伝送用の光ファイバＨＦ₇₄は、第１の光アイソレータ６６の入力端に通じている。ＭＯＰＡ発振器３０の電気回路の中でも特に発熱量の多い電気部品（スイッチングトランジスタ等）１０４は、ベース板９０に直接接触した状態でプリント基板１００の裏側に配置される（図６Ａ，図６Ｂ）。 A printed circuit board 100 is mounted in parallel on one component mounting region 90a of the base plate 90 with an appropriate gap interposed therebetween, and the electric circuit (seed LD drive circuit 76, LD temperature) of the MOPA oscillator 30 described above is mounted on the printed circuit board 100. A large number of electrical component packages 102 each mounting a control section 78, pump drive circuits 82, 86, etc.) are attached. Here, the seed LD 74 enters the same electrical component package 102 </ b> A as the LD temperature control unit 78 and is disposed on the printed circuit board 100. The transmission optical fiber HF ₇₄ attached to the electrical component package 102 </ b> A communicates with the input end of the first optical isolator 66. Among the electric circuit of the MOPA oscillator 30, an electric component (such as a switching transistor) 104 that generates a particularly large amount of heat is disposed on the back side of the printed circuit board 100 in direct contact with the base plate 90 (FIGS. 6A and 6B).

ベース板９０の他方の部品搭載領域９０ｂには、第１および第２のポンプＬＤ８０，８４が直付けで搭載されるとともに、第２の円筒状ファイバ支持体１１０がその軸方向をベース板９０の板面に直交させて取り付けられる。各々のポンプＬＤ８０，８４の電気端子は、電気ケーブル１０５、プリント基板１００上の電極端子１０６およびプリント配線（図示せず）を介して各対応するポンプＬＤ駆動回路８２，８６（電気部品パッケージ１０２）に電気的に接続されている。第２の円筒状ファイバ支持体１１０は熱伝導率の高い金属たとえばアルミニウムからなり、その外周面に第２のアクティブファイバ６４が螺旋状に巻かれる。ヒンジ９２，９４は、ベース板９０の部品搭載領域９０ｂと支持板９６，９８との間に取り付けられる。これにより、ヒンジ９２，９４を閉めてＭＯＰＡアッセンブリ［３０］を折り畳むと、支持板９６，９８がベース板９０の部品搭載領域９０ｂの上に折り重なるようになっている。   The first and second pumps LD80 and 84 are mounted directly on the other component mounting region 90b of the base plate 90, and the second cylindrical fiber support 110 is axially connected to the base plate 90. Mounted perpendicular to the plate surface. The electric terminals of the pumps LD 80 and 84 are respectively connected to the corresponding pump LD driving circuits 82 and 86 (electrical component package 102) via the electric cable 105, the electrode terminal 106 on the printed circuit board 100 and printed wiring (not shown). Is electrically connected. The second cylindrical fiber support 110 is made of a metal having high thermal conductivity, such as aluminum, and the second active fiber 64 is spirally wound around the outer peripheral surface thereof. The hinges 92 and 94 are attached between the component mounting area 90 b of the base plate 90 and the support plates 96 and 98. Thus, when the hinges 92 and 94 are closed and the MOPA assembly [30] is folded, the support plates 96 and 98 are folded over the component mounting region 90b of the base plate 90.

中階の支持板９６は、たとえばスチールからなり、ヒンジ９２を閉めた状態でベース板９０と対向する側の面を部品取付面にしている。この部品取付面には、第２の光結合器７２が取り付けられる。支持板９６は、部品（７２）を直接支持する内側支持板９６Ａと、折り畳み用の（つまり支持板９６をベース板９０と平行に保つための）突支棒１１４を支持する外側支持板９６Ｂとの二重構造になっている（図７Ａ，図７Ｂ）。支持板９６には、第２の光結合器７２からオフセットした位置に開口１１２が形成されている。この開口１１２に、各部品間を接続する光ファイバを通すことにより、支持板９６Ａ，９６Ｂ間の空間に光ファイバを束ねて収容することができる。これにより、光ファイバが無理に曲げられたり、支持板等に挟まれたりして破損することを防止できる。なお、このような開口は必要に応じて適宜設けることができる。   The support plate 96 on the middle floor is made of steel, for example, and the surface on the side facing the base plate 90 with the hinge 92 closed is used as a component mounting surface. A second optical coupler 72 is attached to the component attachment surface. The support plate 96 includes an inner support plate 96A that directly supports the component (72), and an outer support plate 96B that supports the protruding support rod 114 for folding (that is, for keeping the support plate 96 parallel to the base plate 90). (FIGS. 7A and 7B). An opening 112 is formed in the support plate 96 at a position offset from the second optical coupler 72. By passing optical fibers connecting the components through the opening 112, the optical fibers can be bundled and accommodated in the space between the support plates 96A and 96B. As a result, it is possible to prevent the optical fiber from being forcibly bent or being pinched by a support plate or the like. Note that such an opening can be provided as needed.

上階の支持板９８は、たとえばスチールからなり、ヒンジ９４を閉めた状態でベース板９０と対向する側の面が部品取付面になっている。この部品取付面に、第１および第２の光アイソレータ６６，６８および第１の光結合器７０が取り付けられるとともに、熱伝導率の高い金属たとえばアルミニウムからなる第１の円筒状ファイバ支持体１０８がその軸方向を支持板９８の板面に直交させて取り付けられ、その外周面に第１のアクティブファイバ６２が螺旋状に巻かれる。支持板９８は、部品を直接支持する内側支持板９８Ａと、折り畳み用の（つまり支持板９８をベース板９０と平行に保つための）突支棒１１６を支持する外側支持板９８Ｂとの二重構造になっている（図６Ａ，図６Ｂ）。   The support plate 98 on the upper floor is made of steel, for example, and the surface on the side facing the base plate 90 with the hinge 94 closed is a component mounting surface. The first and second optical isolators 66 and 68 and the first optical coupler 70 are mounted on the component mounting surface, and a first cylindrical fiber support 108 made of a metal having a high thermal conductivity, such as aluminum, is provided. The first active fiber 62 is spirally wound around the outer peripheral surface of the support plate 98 with its axial direction orthogonal to the plate surface of the support plate 98. The support plate 98 is a double of an inner support plate 98A that directly supports components and an outer support plate 98B that supports the protruding support rod 116 for folding (that is, to keep the support plate 98 parallel to the base plate 90). It has a structure (FIGS. 6A and 6B).

ヒンジ９４を閉めると、第１の円筒状ファイバ支持体１０８が第２の円筒状ファイバ支持体１１０の上に載って同軸に重なる（図６Ａ，図７Ａ）。これによって、折り畳んだ状態では第１の円筒状ファイバ支持体１０８が第２の円筒状ファイバ支持体１１０を介してベース板９０に熱的に結合するようになっている。   When the hinge 94 is closed, the first cylindrical fiber support 108 is placed on the second cylindrical fiber support 110 and overlaps coaxially (FIGS. 6A and 7A). As a result, the first cylindrical fiber support 108 is thermally coupled to the base plate 90 via the second cylindrical fiber support 110 in the folded state.

この実施例のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］においては、上述したように、発熱量の大きいシードＬＤ７４、ポンプＬＤ８０，８２、ポンプＬＤ駆動回路８２，８６をベース板（放熱板）９０上に直付けまたはプリント基板１００を介して取り付けるとともに、やはり発熱量の大きいアクティブファイバ６２，６４を熱伝導率の高い円筒状ファイバ支持体１０８，１１０を介してベース板（放熱板）９０に熱的に結合させている。一方、発熱量の少ない光アイソレータ６６，６８および光結合器７０，７２を支持板９６，９８に取り付けている。そして、ヒンジ９２，９４を閉めて支持板９６，９８をベース板（放熱板）９０の上に折り畳んだ状態でベース板（放熱板）９０の裏面の放熱フィン９８に空冷ファン４６からの空気流（外気）を当てて、それら発熱性部品の全てを効率よく冷却するようにしている。   In the MOPA assembly [30] of this embodiment, as described above, the seed LD 74, the pump LD 80, 82, and the pump LD drive circuits 82, 86 having a large calorific value are directly attached or printed on the base plate (heat radiating plate) 90. In addition to being attached via the substrate 100, the active fibers 62 and 64, which also generate large amounts of heat, are thermally coupled to the base plate (heat radiating plate) 90 via the cylindrical fiber supports 108 and 110 having high thermal conductivity. . On the other hand, the optical isolators 66 and 68 and the optical couplers 70 and 72 that generate a small amount of heat are attached to the support plates 96 and 98. The air flow from the air-cooling fan 46 is applied to the radiating fins 98 on the back surface of the base plate (heat radiating plate) 90 with the hinges 92 and 94 closed and the support plates 96 and 98 folded on the base plate (heat radiating plate) 90. (External air) is applied to cool all of the heat-generating parts efficiently.

また、このＭＯＰＡアッセンブリ［３０］は、レーザ共振器のような精緻な光学的アライメントを必要とする光学部品を一切持たないので、任意の姿勢をとることができる。   Further, since this MOPA assembly [30] does not have any optical components that require precise optical alignment such as a laser resonator, it can take an arbitrary posture.

また、部品取付領域を拡張させる支持板９６，９８がヒンジ９２，９４によってベース板（放熱板）９０に開閉可能に結合される構成も非常に重要である。すなわち、ヒンジ９２，９４を閉めて支持板９６，９８をベース板９０の上に折り畳むと、ＭＯＰＡアッセンブリ［３０］が略直方体形状にコンパクトに収まり（図６Ａ，図７Ａ）、加工ヘッド１２への搭載が非常に容易になる。また、ヒンジ９２，９４を開けると、ＭＯＰＡアッセンブリ［３０］の全体が略面一に展開され（図５、図６Ｂ，図７Ｂ）、部品交換や修理を容易に行える。また、支持板９６，９８がヒンジ９２，９４によってベース板９０に物理的に拘束（結合）されているため、作業者がヒンジ９２，９４を開けた際に、各階の部品（特に光学部品）を接続しているケーブル類（特に光ファイバ）に過度の引っ張り力が加わることがない。このことによって、メンテナンス時にケーブル類（特に光ファイバ）の断線を確実に防止することができる。   In addition, a configuration in which the support plates 96 and 98 for expanding the component mounting area are connected to the base plate (heat radiating plate) 90 by the hinges 92 and 94 so as to be opened and closed is very important. That is, when the hinges 92 and 94 are closed and the support plates 96 and 98 are folded on the base plate 90, the MOPA assembly [30] is compactly accommodated in a substantially rectangular parallelepiped shape (FIGS. 6A and 7A). Mounting becomes very easy. When the hinges 92 and 94 are opened, the entire MOPA assembly [30] is developed substantially flush (FIGS. 5, 6B, and 7B), and parts can be easily replaced and repaired. Further, since the support plates 96 and 98 are physically constrained (coupled) to the base plate 90 by the hinges 92 and 94, when the operator opens the hinges 92 and 94, the parts on each floor (particularly optical parts). An excessive tensile force is not applied to the cables (in particular, the optical fiber) connecting the two. Thus, disconnection of cables (especially optical fibers) can be reliably prevented during maintenance.

上述したように、この実施形態のレーザ加工装置は、加工用レーザ光ＬＢを生成するためのレーザ発振器をコンパクトで放熱性にすぐれ、かつ任意の向きおよび任意の姿勢で配置可能なＭＯＰＡ発振器３０で構成し、このＭＯＰＡ発振器３０を装置本体（電気系ユニット）１０ではなく加工ヘッド（光学系ユニット）１２に搭載し、装置本体（電気系ユニット）１０と加工ヘッド（光学系ユニット）１２とを外部電気ケーブル１４のみで接続している。したがって、装置本体１０と加工ヘッド１２とを光ファイバで結んだ場合の不便、不利点または問題点（光ファイバの断線、光ファイバや光コネクタの不具合または性能低下、高いメンテナンス費用等）を全て解消することができる。   As described above, the laser processing apparatus of this embodiment is a MOPA oscillator 30 in which a laser oscillator for generating the processing laser beam LB is compact and excellent in heat dissipation, and can be arranged in any orientation and any orientation. The MOPA oscillator 30 is mounted not on the apparatus main body (electric system unit) 10 but on the machining head (optical system unit) 12, and the apparatus main body (electric system unit) 10 and the machining head (optical system unit) 12 are connected to the outside. Only the electric cable 14 is connected. Therefore, all the inconveniences, disadvantages, and problems associated with connecting the device body 10 and the machining head 12 with optical fibers (optical fiber disconnection, optical fiber and optical connector defects or performance degradation, high maintenance costs, etc.) are all eliminated. can do.

また、この実施形態のレーザ加工装置において、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行う場合は、図８に示すように、１台の装置本体１０に複数台（図示の例は２台）の加工ヘッド１２Ａ，１２Ｂを電気ケーブル１４Ａ，１４Ｂだけで（光ファイバを介さずに）接続するシステム構成を採ることができる。この場合、各々の加工ヘッド１２Ａ，１２Ｂは、上記実施形態の加工ヘッド１２と同様の構成を有し、異なる被加工物Ｗ_A，Ｗ_B（あるいは同一の被加工物）に対して各々独立した加工用レーザ光ＬＢ_A，ＬＢ_Bを照射して、各々独立したレーザ加工（あるいは合成したレーザ加工）を行うことができる。装置本体１０側は、これら複数の加工ヘッド１２Ａ，１２Ｂに対して共通の電源回路１６、主制御部１８および操作パネル２０で対応することができる。 Further, in the laser processing apparatus of this embodiment, when performing multi-point simultaneous processing or multi-position processing, as shown in FIG. 8, a plurality of units (two in the illustrated example) are processed in one apparatus main body 10. A system configuration in which the heads 12A and 12B are connected only by the electric cables 14A and 14B (not via an optical fiber) can be adopted. In this case, each of the machining head 12A, 12B has a configuration similar to that of the machining head 12 of the above embodiments, different workpiece W _A, independently Against W _B (or the same workpiece) Irradiation of the processing laser beams LB _A and LB _B enables independent laser processing (or synthesized laser processing). The apparatus main body 10 side can correspond to the plurality of machining heads 12A and 12B with a common power supply circuit 16, main control unit 18, and operation panel 20.

上記実施形態のＭＯＰＡ発振器３０においては、第１のアクティブファイバ６２に第２のアクティブファイバ６４を従続接続して２段アンプとしている。しかし、第２のアクティブファイバ６４を省いて一段（単）アンプの構成とすることや、あるいは第２のアクティブファイバ６４の後段に第３のアクティブファイバを接続して３段アンプの構成とすることも可能である。   In the MOPA oscillator 30 of the above embodiment, the second active fiber 64 is continuously connected to the first active fiber 62 to form a two-stage amplifier. However, the second active fiber 64 may be omitted to form a single-stage (single) amplifier, or the third active fiber may be connected after the second active fiber 64 to form a three-stage amplifier. Is also possible.

また、上記実施形態のＭＯＰＡアッセンブリ［３０］においては、ベース板９０に２組のヒンジ９２，９４を介して２つの支持板９６，９８をそれぞれ開閉可能に結合する構成が採られた。しかし、１組のヒンジを介して１つの支持板だけをベース板９０に開閉可能に結合する構成、あるいは３組のヒンジを介して３つの支持板をベース板９０にそれぞれ開閉可能に結合する構成も可能である。   In the MOPA assembly [30] of the above-described embodiment, a configuration is adopted in which the two support plates 96 and 98 are connected to the base plate 90 via the two pairs of hinges 92 and 94 so as to be opened and closed. However, a configuration in which only one support plate is connected to the base plate 90 through a pair of hinges so as to be openable / closable, or a configuration in which three support plates are connected to the base plate 90 through a pair of hinges so as to be openable / closable. Is also possible.

さらには、ＭＯＰＡ発振器３０において、支持板（９６，９８）と放熱板９０とがヒンジを用いずにシードＬＤ７４、アンプファイバ（６２，６４）およびポンプＬＤ８４等の部品を挟むように重なって加工ヘッド１２内に配設される構成も可能である。この場合、上記のようなヒンジ機構に基づく利点（展開／折り畳み性、メンテナンス性等）は失われるが、それ以外のすべての利点（放熱性、コンパクト性、向きまたは姿勢の任意性等）は確保される。   Further, in the MOPA oscillator 30, the support plate (96, 98) and the heat radiating plate 90 overlap with each other so as to sandwich parts such as the seed LD 74, the amplifier fiber (62, 64), the pump LD 84, etc. without using a hinge. A configuration disposed within 12 is also possible. In this case, the advantages (expansion / foldability, maintainability, etc.) based on the hinge mechanism as described above are lost, but all other advantages (heat dissipation, compactness, arbitrary orientation or orientation, etc.) are ensured. Is done.

また、本発明のＭＯＰＡアッセンブリは上述したように加工ヘッドに好適に搭載できるが、装置本体に搭載することも可能である。   The MOPA assembly of the present invention can be suitably mounted on the machining head as described above, but can also be mounted on the apparatus main body.

本発明のレーザ加工装置は、マーキング等の表面除去加工に限るものではなく、溶接、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも使用可能である。   The laser processing apparatus of the present invention is not limited to surface removal processing such as marking, but can be used for other laser processing such as welding, drilling, and cutting.

１０ 本体
１２ 加工ヘッド
１４ 外部電気ケーブル
１５ （本体）筺体
１６ 電源回路
１８ 主制御部
２０ 操作パネル
２４ コネクタ（ソケット）
２８ （加工ヘッド）筺体
３０ ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器（ＭＯＰＡ発振器）
［３０］ ＭＯＰＡアッセンブリ
３２ 冷却部
３４ 伝送光学系
３８ ガルバノスキャナ
４０ ガイドＬＤ（ガイド光源）
４２ ｆθレンズ
４４ コネクタ（ソケット）
６０ シード光源
６２，６４ 増幅用光ファイバ（アクティブファイバ）
５２，６６，６８ 光アイソレータ
７０，７２ 光結合器
７４ シードＬＤ
７６ シードＬＤ駆動回路
８０ ポンプＬＤ
８６ ポンプＬＤ駆動回路
９０ ベース板（冷却板）
９２，９４ ヒンジ
９６，９８ 支持板
１００ プリント基板
１０４ 電気部品パッケージ
１０８，１１０ 円筒状ファイバ支持体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main body 12 Processing head 14 External electric cable 15 (Main body) Housing 16 Power supply circuit 18 Main control unit 20 Operation panel 24 Connector (socket)
28 (Processing Head) Housing 30 MOPA Fiber Laser Oscillator (MOPA Oscillator)
[30] MOPA assembly 32 Cooling unit 34 Transmission optical system 38 Galvano scanner 40 Guide LD (guide light source)
42 fθ lens 44 Connector (socket)
60 Seed light source 62, 64 Amplifying optical fiber (active fiber)
52, 66, 68 Optical isolator 70, 72 Optical coupler 74 Seed LD
76 Seed LD drive circuit 80 Pump LD
86 Pump LD drive circuit 90 Base plate (cooling plate)
92, 94 Hinge 96, 98 Support plate 100 Printed circuit board 104 Electrical component package 108, 110 Cylindrical fiber support

Claims (6)

加工用のレーザ光を発振出力するＭＯＰＡ方式のファイバレーザ発振器と、前記加工用レーザ光を被加工物上の加工点に集光させる集光レンズとを備える独立したユニットの加工ヘッドと、
前記加工ヘッド内で所定の制御信号を必要とする電気回路向けに前記所定の制御信号を生成する主制御部と、前記加工ヘッド内で所定電圧の電力を必要とする電気回路向けに前記所定電圧の電力を出力する電源回路とを備える独立したユニットの装置本体と、
前記装置本体側から前記加工ヘッド側へ前記制御信号および前記電力を伝送するための電気ケーブルと
を有し、
前記ファイバレーザ発振器が、
シード光を発生するシード光源と、
前記シード光源からの前記シード光を入力端よりコアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起光源と、
複数の入力ポートと前記増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する光結合器と、
前記シード光源、前記増幅用光ファイバおよび前記励起光源と熱的に結合する放熱板と、
前記光結合器を支持する支持板と、
前記シード光源と前記光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第１の伝送用光ファイバと、
前記励起光源と前記光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第２の伝送用光ファイバと
を有し、
前記支持板と前記放熱板とが前記シード光源、前記増幅用光ファイバおよび前記励起光源を挟んで重ねて配設されている、
レーザ加工装置。 A processing head of an independent unit comprising a fiber laser oscillator of a MOPA system that oscillates and outputs a processing laser beam, and a condensing lens that focuses the processing laser beam on a processing point on a workpiece,
A main control unit that generates the predetermined control signal for an electric circuit that requires a predetermined control signal in the machining head, and the predetermined voltage for an electric circuit that requires electric power of a predetermined voltage in the processing head. An apparatus body of an independent unit comprising a power supply circuit that outputs the power of
Possess an electrical cable for transmitting the control signal and the power to the processing head side from the apparatus main body,
The fiber laser oscillator is
A seed light source for generating seed light;
An optical fiber for amplification that amplifies by stimulated emission while putting the seed light from the seed light source into the core from the input end and propagating the seed light toward the output end;
An excitation light source for generating excitation light for exciting the core of the amplification optical fiber;
An optical coupler having a plurality of input ports and an output port connected to an input end of the amplification optical fiber;
A heat sink thermally coupled to the seed light source, the amplification optical fiber, and the excitation light source;
A support plate for supporting the optical coupler;
A first transmission optical fiber that optically connects the seed light source and the first input port of the optical coupler;
A second transmission optical fiber that optically connects the excitation light source and the second input port of the optical coupler;
Have
The support plate and the heat radiating plate are disposed so as to overlap with the seed light source, the amplification optical fiber, and the excitation light source,
Laser processing equipment. 前記放熱板に熱的に結合される熱伝導率の高い材質からなる筒状ファイバ支持体を有し、前記筒状ファイバ支持体に前記増幅用光ファイバを螺旋状に巻回してなる、請求項１に記載のレーザ加工装置。 A cylindrical fiber support made of a material having high thermal conductivity that is thermally coupled to the heat radiating plate, and the amplification optical fiber is spirally wound around the cylindrical fiber support. the laser processing apparatus according to 1. 前記支持板に取り付けられ、前記シード光源からの前記シード光を透過し、かつ前記光結合器側からの反射戻り光を遮断する第２の光アイソレータを更に有し、
前記第１の伝送用ファイバが、前記シード光源と前記第２の光アイソレータの入力端とを光学的に接続する第３の伝送用光ファイバと、前記第２の光アイソレータの出力端と前記光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第４の伝送用光ファイバとを含む、
請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。 A second optical isolator that is attached to the support plate and transmits the seed light from the seed light source and blocks reflected return light from the optical coupler side;
The first transmission fiber includes a third transmission optical fiber that optically connects the seed light source and an input end of the second optical isolator, an output end of the second optical isolator, and the light. A fourth transmission optical fiber optically connecting the first input port of the coupler;
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2 . 加工用のレーザ光を発振出力するＭＯＰＡ方式のファイバレーザ発振器と、前記加工用レーザ光を被加工物上の加工点に集光させる集光レンズとを備える独立したユニットの加工ヘッドと、
前記加工ヘッド内で所定の制御信号を必要とする電気回路向けに前記所定の制御信号を生成する主制御部と、前記加工ヘッド内で所定電圧の電力を必要とする電気回路向けに前記所定電圧の電力を出力する電源回路とを備える独立したユニットの装置本体と、
前記装置本体側から前記加工ヘッド側へ前記制御信号および前記電力を伝送するための電気ケーブルと
を有し、
前記ファイバレーザ発振器が、
シード光を発生するシード光源と、
前記シード光源からの前記シード光を入力端よりコアの中に入れ、前記シード光を伝搬させながら誘導放出より増幅して、出力端より第１段増幅の光ビームを出す第１の増幅用光ファイバと、
前記第１の増幅用光ファイバのコアを励起するための第１の励起光を発生する第１の励起光源と、
複数の入力ポートと前記第１の増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する第１の光結合器と、
前記第１の増幅用光ファイバの出力端からの前記第１段増幅の光ビームを入力端よりコアの中に入れ、前記第１段増幅の光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第２段増幅の光ビームを出す第２の増幅用光ファイバと、
前記第２の増幅用光ファイバのコアを励起するための第２の励起光を発生する第２の励起光源と、
前記第１の増幅用光ファイバの出力端に接続される第１の入力ポートおよび前記第２の励起光源に接続される第２の入力ポートと前記第２の増幅用光ファイバの入力端に接続される出力ポートとを有する第２の光結合器と、
前記シード光源、前記第１および第２の増幅用光ファイバならびに前記第１および第２の励起光源と熱的に結合する放熱板と、
前記第１および第２の光結合器を支持する１つまたは複数の支持板と、
前記シード光源と前記第１の光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第１の伝送用光ファイバと、
前記第１の励起光源と前記第１の光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第２の伝送用光ファイバと、
前記第２の励起光源と前記第２の光結合器の第２の入力ポートとを光学的に接続する第３の伝送用光ファイバと
を有し、
各々の前記支持板と前記放熱板とが前記シード光源、前記第１の増幅用光ファイバ、前記第２の増幅用光ファイバおよび前記励起光源を挟んで重ねて配設されている、
レーザ加工装置。 A processing head of an independent unit comprising a fiber laser oscillator of a MOPA system that oscillates and outputs a processing laser beam, and a condensing lens that focuses the processing laser beam on a processing point on a workpiece,
A main control unit that generates the predetermined control signal for an electric circuit that requires a predetermined control signal in the processing head, and the predetermined voltage for an electric circuit that requires a predetermined voltage of power in the processing head. An apparatus body of an independent unit comprising a power supply circuit that outputs the power of
Possess an electrical cable for transmitting the control signal and the power to the processing head side from the apparatus main body,
The fiber laser oscillator is
A seed light source for generating seed light;
The seed light from the seed light source enters the core from the input end, is amplified by stimulated emission while propagating the seed light, and outputs a first-stage amplified light beam from the output end Fiber,
A first excitation light source for generating first excitation light for exciting the core of the first amplification optical fiber;
A first optical coupler having a plurality of input ports and an output port connected to an input end of the first amplification optical fiber;
The first-stage amplification light beam from the output end of the first amplification optical fiber is inserted into the core from the input end, and amplified by stimulated emission while propagating the first-stage amplification light beam, A second amplification optical fiber for emitting a second-stage amplified light beam from the output end;
A second excitation light source for generating second excitation light for exciting the core of the second amplification optical fiber;
A first input port connected to an output end of the first amplification optical fiber, a second input port connected to the second excitation light source, and an input end of the second amplification optical fiber A second optical coupler having an output port configured to
A heat sink thermally coupled to the seed light source, the first and second amplification optical fibers, and the first and second excitation light sources;
One or more support plates for supporting the first and second optical couplers;
A first transmission optical fiber that optically connects the seed light source and a first input port of the first optical coupler;
A second transmission optical fiber that optically connects the first pumping light source and the second input port of the first optical coupler;
A third transmission optical fiber that optically connects the second pumping light source and the second input port of the second optical coupler;
Have
Each of the support plate and the heat radiating plate is disposed so as to overlap the seed light source, the first amplification optical fiber, the second amplification optical fiber, and the excitation light source,
Laser processing equipment. 前記放熱板に熱的に結合される熱伝導率の高い材質からなる第１および第２の筒状ファイバ支持体を有し、前記第１および第２の筒状ファイバ支持体に前記第１および第２の増幅用光ファイバをそれぞれ螺旋状に巻回してなり、
前記第２の筒状ファイバ支持体が前記放熱板に取り付けられるとともに、前記第１の筒状ファイバ支持体がいずれかの前記支持板に取り付けられ、
前記第１の筒状ファイバ支持体が、前記第２の筒状ファイバ支持体と重なり、前記第２の筒状ファイバ支持体を介して前記放熱板に熱的に結合される、
請求項４に記載のレーザ加工装置。 First and second tubular fiber supports made of a material having high thermal conductivity that are thermally coupled to the heat sink, and the first and second tubular fiber supports are provided with the first and second tubular fiber supports. Each of the second amplification optical fibers is spirally wound,
The second tubular fiber support is attached to the heat sink and the first tubular fiber support is attached to any of the support plates,
The first tubular fiber support overlaps the second tubular fiber support and is thermally coupled to the heat sink via the second tubular fiber support;
The laser processing apparatus according to claim 4 . いずれかの前記支持板に取り付けられ、前記シード光源からの前記シード光を透過し、かつ前記第１の光結合器側からの反射戻り光を遮断する第２の光アイソレータと、いずれかの前記支持板に取り付けられ、前記第１の増幅用光ファイバからの前記第１段増幅の光ビームを透過し、かつ前記第２の光結合器側からの反射戻り光を遮断する第３の光アイソレータとを更に有し、
前記第１の伝送用ファイバが、前記シード光源と前記第２の光アイソレータの入力端とを光学的に接続する第４の伝送用光ファイバと、前記第２の光アイソレータの出力端と前記第１の光結合器の第１の入力ポートとを光学的に接続する第５の伝送用光ファイバとを含み、
前記第１の増幅用光ファイバの出力端が前記第３の光アイソレータの入力端に接続され、前記第３の光アイソレータの出力端と前記第２の光結合器の第１の入力ポートとが第６の伝送用光ファイバによって接続される、
請求項４または請求項５に記載のレーザ加工装置。 A second optical isolator that is attached to any one of the support plates, transmits the seed light from the seed light source, and blocks reflected return light from the first optical coupler side; A third optical isolator which is attached to a support plate and transmits the first stage amplification light beam from the first amplification optical fiber and blocks reflected return light from the second optical coupler side. And
The first transmission fiber includes: a fourth transmission optical fiber that optically connects the seed light source and an input end of the second optical isolator; an output end of the second optical isolator; A fifth transmission optical fiber that optically connects with a first input port of one optical coupler;
An output end of the first optical fiber for amplification is connected to an input end of the third optical isolator, and an output end of the third optical isolator and a first input port of the second optical coupler are connected. Connected by a sixth transmission optical fiber,
The laser processing apparatus according to claim 4 or 5 .

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