WO2017163762A1 - ファイバ空間結合装置 - Google Patents

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WO2017163762A1
WO2017163762A1 PCT/JP2017/007272 JP2017007272W WO2017163762A1 WO 2017163762 A1 WO2017163762 A1 WO 2017163762A1 JP 2017007272 W JP2017007272 W JP 2017007272W WO 2017163762 A1 WO2017163762 A1 WO 2017163762A1
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main body
fiber
coupling device
gas
space coupling
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PCT/JP2017/007272
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竹中 義彰
仁志 西村
誠 龍堂
静波 王
西尾 正敏
清隆 江泉
秀明 山口
諒 石川
同慶 長安
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a fiber space coupling device that transmits a beam incident on a fiber by a condenser lens.
  • the laser light emitted from the laser oscillation device needs to be transmitted to a processing point (processing head) for use in processing.
  • Methods for transmitting laser light include a method using a mirror and a method using a fiber. With respect to laser light having a small transmission loss due to the fiber, since the laser light can be easily transmitted, the laser light is transmitted using the fiber.
  • the laser light is coupled to a process fiber using a fiber space coupling device having an optical system to guide the laser light to a processing point (processing head) for welding and cutting. It is common to use.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus 1130 having a conventional fiber space coupling device 1004.
  • the fiber space coupling device 1004 includes a housing 1112, a condenser lens 1116, a receptacle 1117, and a process fiber 1118.
  • the inside of the housing 1112 is filled with the purge gas 1113.
  • the laser oscillator 1114 emits laser light.
  • the condensing lens 1116 condenses the laser light.
  • the incident end 1118a of the process fiber 1118 is inserted into the receptacle 1117 and held.
  • the laser light is focused on the process fiber 1118.
  • the clean unit 1119 has a filter that removes surrounding foreign matter 1120.
  • the clean unit 1119 blows out a clean clean airflow 1121 downward through this filter.
  • the sheet 1122 suppresses the dissipation of the clean airflow 1121.
  • the laser light emitted from the laser oscillator 1114 is condensed by the condenser lens 1116, enters the process fiber 1118, is transmitted, and then subjected to processing by a processing head (not shown).
  • Patent Document 1 As a prior art document related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
  • the fiber space coupling device has a detachable process fiber, an optical system, and a main body.
  • the process fiber guides laser light.
  • the optical system condenses the laser light on the process fiber.
  • the main body holds the optical system and has a supply port for supplying gas between the process fiber and the optical system.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the fiber space coupling device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the fiber space coupling device according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of the fiber space coupling device according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a laser processing apparatus having a conventional fiber space coupling device.
  • the dustproof mechanism of the conventional fiber space coupling device 1004 requires a wide space that satisfies the clean air flow 1121 and a powerful clean unit 1119.
  • the receptacle 1117 and the process fiber 1118 include an open space, it is difficult to keep the cleanliness of the space constant even if the cleanliness of the clean airflow when blowing out can be made constant.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fiber space coupling device 100 according to the first embodiment.
  • the fiber space coupling device 100 includes a condenser lens 2 (optical system), a detachable process fiber 3, and a main body 6.
  • the condensing lens 2 condenses the laser light 1 on the process fiber 3.
  • the process fiber 3 guides the laser beam 1 collected by the condenser lens 2.
  • the main body 6 has a substantially box shape and holds the condenser lens 2.
  • the fiber space coupling device 100 may include a lens holder 4, a receptacle 5, and a housing 7.
  • the lens holder 4 holds the condenser lens 2.
  • the receptacle 5 holds the process fiber 3 in a detachable manner.
  • the housing 7 holds the main body 6.
  • the main body 6 of the fiber space coupling device 100 is provided with a gas supply port 8 (purge gas supply port) for supplying gas (purge gas).
  • the gas supply port 8 is provided between the condenser lens 2 of the main body 6 and the receptacle 5.
  • the gas supply port 8 is provided between the process fiber 3 and the condenser lens 2.
  • the fiber space coupling device 100 may include a filter 9 (particle removal filter), a dehumidifying device 10, and a gas pipe 11.
  • the filter 9 removes dust from the purge gas.
  • the dehumidifier 10 dehumidifies the purge gas.
  • the gas pipe 11 supplies a purge gas.
  • the laser beam 1 passes through the housing 7 and the main body 6 and is transmitted to the condenser lens 2. Inside the main body 6, the laser beam 1 is condensed at the optimum position of the process fiber 3 by adjusting the condenser lens 2 in the three axis directions of XYZ (orthogonal coordinate system) via the lens holder 4. The condensed laser beam 1 travels inside the process fiber 3.
  • the guided laser beam 1 is transmitted to the processing point (processing head) by the process fiber 3 and used as a light source for welding processing, cutting processing, and the like.
  • the inside of the main body 6 and the casing 7 is hermetically sealed to prevent damage to the condensing lens 2, the process fiber 3, and the optical elements inside the casing 7, and so that dust does not adhere to them. It is in a clean state.
  • the process fiber 3 is replaced due to deterioration or breakage of the process fiber 3, it is necessary to attach or detach the process fiber 3 in the receptacle 5.
  • the inside of the main body 6 is exposed to the outside air, and dust may enter.
  • the fiber space coupling device 100 of the present embodiment clean purge gas that has passed through the dehumidifying device 10 and the filter 9 is supplied into the main body 6 from the gas supply port 8 provided in the main body 6. Then, the inside of the main body 6 is positively pressurized, and dust can be prevented from entering the inside of the main body 6.
  • the process fiber 3 when the process fiber 3 is removed, the fluid resistance received by the purge gas discharged from the gas supply port 8 through the opening of the receptacle 5 is from the gas supply port 8 through the periphery of the condenser lens 2 (optical system). It is smaller than the fluid resistance received by the purge gas flowing inside the main body 6. As a result, intrusion of dust into the main body 6 can be prevented.
  • a filter 9 and a dehumidifier 10 are connected to the gas supply port 8.
  • the supplied purge gas can be sufficiently dried, and the reliability with respect to humidity is improved.
  • the filter 9 the supplied purge gas can be sufficiently cleaned, and the reliability with respect to dust is improved.
  • the supplied purge gas can be sufficiently cleaned and dried.
  • the high-performance filter 9 and the dehumidifying device 10 are used, dust derived from purge gas can be further reduced, and adhesion of dust to the optical elements such as the condenser lens 2 can be further prevented.
  • a filter having a performance of removing 90% or more of dust of 1 micrometer or more As the dehumidifier 10, it is preferable to use a dehumidifier having a capability of supplying a dry gas having a dew point of -10 degrees Celsius or less.
  • the main body 6 and the housing 7 have an airtight structure, dust does not normally enter, so that the barge gas may be supplied to the main body 6 only when the process fiber 3 is attached or detached.
  • the inside of the housing 7 is at a positive pressure when the process fiber 3 is attached and detached.
  • the main body 6 is provided with a gas supply port 8. Since the purge gas is discharged to the outside through the opening of the receptacle 5 from the gas supply port 8, it is not necessary to supply a large amount of high-pressure purge gas even when the volume of the housing 7 is large.
  • the purge gas can be directly supplied into the main body 6 at a desired pressure.
  • purge gas is supplied from the housing 7 to fill the inside of the main body 6, it becomes difficult to secure a sufficient purge gas flow rate (pressure) necessary for extracting the process fiber 3.
  • a sufficient purge gas flow rate (pressure) can be ensured when the process fiber 3 is pulled out.
  • the condensing lens 2 having a certain thickness or more is required so as to withstand the gas pressure.
  • the purge gas can be directly supplied to the inside of the main body 6 at a desired pressure by providing the main body 6 with the gas supply port 8. Therefore, the thickness of the condenser lens 2 can be reduced. Further, since the purge gas is directly supplied to the inside of the main body 6, when the process fiber 3 is pulled out, it is possible to easily ensure the purge gas flow rate necessary for preventing dust from entering.
  • the time until the purge gas reaches the required pressure can be shortened.
  • a clean purge gas is directly supplied to the inside of the main body 6 through the filter 9 and the dehumidifying device 10, it is compared with the purge gas supplied by the housing 7 and in contact with various members and supplied after passing through the members. Thus, a purer purge gas can be supplied.
  • the inside of the main body 6 is directly purged with the gas, so that the purge gas is easily transmitted between the condenser lens 2 and the process fiber 3, thereby preventing the adhesion of dust. it can.
  • Embodiment 2 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that air (air) is used as the purge gas, and a pressure sensor 230 as a pressure measuring means is provided in the main body 26, and the purge air is pressurized and supplied.
  • the pump 250 as the supply means is controlled based on a signal from the pressure sensor 230.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the fiber space coupling device 200 according to the second embodiment.
  • the fiber space coupling device 200 includes a condenser lens 2 (optical system), a process fiber 23, and a main body 26. Furthermore, the fiber space coupling device 200 may include the receptacle 25 and the housing 7.
  • the process fiber 23 guides the laser beam 1 collected by the condenser lens 2.
  • the receptacle 25 holds the process fiber 23 in a detachable manner. That is, the receptacle 25 is used for easily attaching and detaching the process fiber 23.
  • the main body 26 has a substantially box shape and holds the condenser lens 2.
  • the housing 7 holds the main body 26.
  • the fiber space coupling device 200 has a gas supply port 28 (purge air supply port).
  • the fiber space coupling device 200 may include a filter 29 (particle removal filter), a dehumidifying device 210, and a gas pipe 211.
  • the gas supply port 28 is a supply port having a diameter of about 4 mm provided between the condenser lens 2 of the main body 26 and the receptacle 25.
  • the filter 29 is used to remove dust from the purge air. Specifically, the filter 29 removes particles having a diameter of 1 micrometer or more.
  • the dehumidifier 210 dehumidifies the purge air.
  • the gas pipe 211 is used for transporting purge air. Specifically, the gas pipe 211 is a fluororesin tube having an inner diameter of 4 mm.
  • the substantially box-shaped main body 26 has a hole 41 having a diameter of about 4 mm at a position not facing the gas supply port 28.
  • a pressure sensor 230 which is a pressure measuring means inside the main body is provided through the hole 41.
  • a pump 250 that pressurizes and supplies purge air is provided in the path of the gas pipe 211.
  • the suction side of the pump 250 is open to the atmosphere.
  • the discharge side of the pump 250 is connected to the dehumidifier 210 and the filter 29 via the gas pipe 211.
  • the pump 250 is connected to the pressure sensor 230 via the pump control unit 240.
  • the pump 250 is ON / OFF controlled by the pump control unit 240 based on a signal from the pressure sensor 230.
  • the pump 250 is turned on and off so that the pressure sensor 230 provided in the main body 26 always maintains a constant reference pressure.
  • the reference pressure for example, it is desirable that the gauge pressure is 0.01 to 0.1 megapascal. More preferably, the gauge pressure is 0.01 megapascal to 0.05 megapascal.
  • the gauge pressure is a relative pressure when the atmospheric pressure is zero. For example, when the reference pressure is set to 0.05 megapascal, the pump 250 is driven when the gauge pressure inside the main body 26 falls below 0.05 megapascal. Then, until the gauge pressure in the main body 26 exceeds 0.05 megapascals, clean and dehumidified dry air is supplied into the main body 26, and the gauge pressure in the main body 26 exceeds 0.05 megapascals. The pump 250 stops.
  • the process fiber 23 is to be pulled out from the main body 26.
  • the receptacle 25 is operated and loosened.
  • the internal pressure of the main body 26 decreases from the reference pressure, and the pump 250 is operated.
  • the internal pressure of the main body 26 decreases to atmospheric pressure.
  • the pump 250 continues to be driven, and clean, dehumidified and dry air continues to be supplied into the main body 26.
  • the supplied air continues to be discharged from the opening of the receptacle 25 to the outside (in the atmosphere). That is, when the process fiber 23 is removed, the fluid resistance received by the air discharged from the gas supply port 28 through the opening of the receptacle 25 is the main body through the periphery of the condenser lens 2 (optical system) from the gas supply port 28. 26, which is smaller than the fluid resistance experienced by the air flowing inside. As a result, intrusion of dust into the main body 6 can be prevented.
  • the process fiber 23 is inserted into the main body 26 again, and the receptacle 25 is operated to lock the process fiber 23 so that it does not come off. Then, the internal pressure of the main body 26 eventually increases, the gauge pressure reaches 0.05 megapascals, and the pump 250 stops.
  • the internal pressure of the main body 26 is monitored using the pressure sensor 230 to determine whether the process fiber 23 is inserted or removed.
  • the insertion / extraction of the process fiber 23 may be determined by monitoring changes in the luminance (preferably the amount of visible light) inside the main body 26 using a photodiode.
  • the pump 250 is controlled by turning it on and off.
  • the discharge amount may be continuously varied by controlling the voltage or current applied to the pump 250.
  • the pump 250 was turned on and off to control the internal pressure of the main body 26 to be constant. However, the pump 250 may be stopped when the laser irradiation is started and the pump 250 may be driven when the laser irradiation is stopped.
  • suction port of the pump 250 is opened to the atmosphere, it may be connected to a purge air path or a purge gas path constituted by a closed loop.
  • the filter 29 and the dehumidifying device 210 are provided on the discharge side of the pump 250.
  • the filter 29 and the dehumidifying device 210 may be provided on the suction side of the pump 250, and the discharge side of the pump 250 may be connected to the gas supply port 28 via the gas pipe 11.
  • the interior of the main body 26 is always at a positive pressure by always maintaining the interior of the main body 26 higher than the reference pressure. As a result, dust does not enter the inside of the main body 26 from the outside.
  • the pump 250 is driven and the inside of the main body 26 can always be maintained at a positive pressure. As a result, dust does not enter the inside of the main body 26 from the outside.
  • purge air is used instead of purge gas, equipment and operation costs associated with purge gas are unnecessary. Further, by providing the pressure sensor 230 at a position that does not face the gas supply port 28, the internal pressure of the main body 26 can be measured instead of the purge air discharge pressure.
  • the inside of the main body 26 is always at positive pressure, the force required when the process fiber 23 is pulled out is reduced, and it becomes easier to pull out.
  • a receptacle disconnection detection circuit 370 that is, a process fiber insertion / removal determination means, that is, a lock release detection circuit is installed instead of control by a pump that supplies pressurized air for purge air. It is a point that has been. Furthermore, when the internal pressure of the main body 36 becomes excessive, the valve opens and a relief valve 360 is provided as a pressure release means for releasing the excessive pressure, and the inner diameter of the system for supplying purge air is increased.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the fiber space coupling device 300 according to the third embodiment.
  • the fiber space coupling device 300 includes a condenser lens 2 (optical system), a process fiber 33, and a main body 36.
  • the process fiber 33 guides the laser beam 1 collected by the condenser lens 2.
  • the receptacle 35 holds the process fiber 33 detachably. That is, the receptacle 35 is used to easily attach and detach the process fiber 33.
  • the main body 36 has a substantially box shape and holds the condenser lens 2.
  • the housing 7 holds the main body 36.
  • the process fiber 33 has a disconnection detection circuit 370 that detects disconnection.
  • the fiber space coupling device 300 has a gas supply port 38 (purge air supply port).
  • the fiber space coupling device 300 may include a filter 39 (particle removal filter), a dehumidifying device 310, and a gas pipe 311.
  • the gas supply port 38 is a supply port having a diameter of 6 mm provided between the condenser lens 2 of the main body 36 and the receptacle 35.
  • the filter 39 is used to remove dust from the purge air. Specifically, the filter 39 removes particles having a diameter of 5 micrometers or more.
  • the dehumidifier 310 dehumidifies the purge air.
  • the gas pipe 11 is a fluororesin tube having an inner diameter of 6 mm and is used for supplying purge air.
  • a hole 43 having a diameter of about 4 mm is formed inside the main body 36.
  • a relief valve 360 with a check valve that prevents backflow of gas is installed in the hole 43.
  • the set gauge pressure of the relief valve 360 is 0.01 megapascal to 0.3 megapascal, preferably 0.01 megapascal to 0.1 megapascal.
  • a pump 350 that pressurizes and supplies purge air is provided.
  • the suction side of the pump 350 is open to the atmosphere.
  • the discharge side of the pump 350 is connected to the filter 39 and the dehumidifier 310 via a gas pipe 311.
  • the pump 350 is connected to the disconnection detection terminal of the receptacle 35 via the pump control unit 340.
  • the pump control unit 340 receives the irradiation of the laser beam 1, that is, the on / off signal of the laser beam 1, and controls the pump 350 according to the signal. Specifically, the pump control unit 340 operates the pump 350 only when the laser beam 1 is turned off and a disconnection is detected, and otherwise the pump 350 is not operated.
  • the laser beam 1 passes through the housing 7 and is transmitted to the condenser lens 2.
  • the condenser lens 2 By installing the condenser lens 2 inside the main body 36 and adjusting it in the three axial directions of XYZ (orthogonal coordinate system) via the lens holder 4, the laser light 1 is condensed at the optimum position of the process fiber 33, The light is guided to the process fiber 33.
  • the guided laser beam 1 is transmitted to the processing point (processing head) by the process fiber 33 and used as a light source for welding processing, cutting processing, and the like.
  • the process fiber 33 is inserted into the main body 36 using the receptacle 35.
  • the process fiber 33 and the receptacle 35 form a closed loop, which functions as a disconnection detection circuit 370.
  • a closed loop made of metal such as copper wire is formed inside or outside the process fiber 33 and the receptacle 35.
  • the process fiber 33 is pulled out from the main body 36.
  • the laser is off.
  • the receptacle 35 is unlocked.
  • the receptacle 35 and the process fiber 33 are separated, and the disconnection detection circuit 370 becomes an open loop, and disconnection is detected.
  • the pump control unit 340 detects the laser off and disconnection, and operates the pump 350. By operating the pump 350, clean, dehumidified and dry purge air is supplied into the main body 36. The purge air makes the internal pressure of the main body 36 0.1 MPa or more. Therefore, the relief valve 360 is opened and the purge air is released to the outside air.
  • the purge air continues to be ejected from the gas supply port 38, and the purge air is discharged from the inside of the main body 36 through the opening of the receptacle 35 toward the outside of the main body 36. .
  • the relief valve 360 is closed.
  • the disconnection detection circuit 370 is formed by the process fiber 33 and the receptacle 35.
  • an unlock signal may be used for the receptacle 35.
  • the relief valve 360 is directly provided on the main body 36.
  • the relief valve 360 and the main body 36 may be separated from each other.
  • the relief valve 360 may be connected to the main body 36 via a tube.
  • the stop and operation of the pump 350 are controlled with respect to the insertion and removal of the process fiber 33 with respect to the internal space of the main body 36 including the relief valve 360. Thereby, when the process fiber 33 is pulled out, the pump 350 is operated, so that dust can be prevented from entering the main body 36.
  • the fiber space coupling device of the present disclosure has a structure in which the purge gas is directly fed into the space between the condenser lens and the process fiber. Therefore, it is possible to prevent dust from entering the fiber space coupling device. As a result, it is possible to prevent dust from adhering to the condensing lens and the process fiber and contamination.
  • the fiber space coupling device of the present disclosure can ensure not only the reliability and quality of the fiber space coupling device, but also the reliability of the entire laser oscillation device.
  • the fiber space coupling device of the present disclosure has a structure that prevents dust from entering the laser light transmission space. Therefore, reliability and quality as a fiber space coupling device and a laser oscillation device can be ensured, and it is useful for a laser oscillation device using a process fiber.

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Abstract

ファイバ空間結合装置は、着脱可能なプロセスファイバと、光学系と、本体とを有する。プロセスファイバは、レーザ光を導光する。光学系は、レーザ光をプロセスファイバに集光する。本体は、光学系を保持し、プロセスファイバと光学系との間にガスを供給するための供給口を有している。

Description

ファイバ空間結合装置
 本開示は、集光レンズにより、ファイバにビームを入射して、伝送するファイバ空間結合装置に関する。
 レーザ発振装置から出射されたレーザ光は、加工に使用するために加工点(加工ヘッド)まで伝送される必要がある。レーザ光を伝送する方法にはミラーを使用する方法や、ファイバを使用する方法などがある。ファイバによる伝送損失が小さいレーザ光に関しては、レーザ光の伝送が容易なため、ファイバを使ったレーザ光の伝送が行われている。
 ファイバを使ったレーザ光の伝送では、光学系を有するファイバ空間結合装置を用いて、レーザ光をプロセスファイバに結合することにより、レーザ光を加工点(加工ヘッド)まで導き、溶接や切断加工に使用するのが一般的である。
 レーザ光をプロセスファイバに結合する際には、プロセスファイバの端面の塵埃等による汚染を防ぐ必要がある。特に、プロセスファイバを交換する場合に、プロセスファイバの端面を汚染してしまうことがあるため、汚染を防ぐ機構を備えるファイバ結合装置が求められている。
 図4は従来のファイバ空間結合装置1004を有するレーザ加工装置1130の構成を示す模式図である。ファイバ空間結合装置1004は、筐体1112、集光レンズ1116、レセプタクル1117、プロセスファイバ1118により構成されている。
 ファイバ空間結合装置1004において、筐体1112の内部はパージガス1113で満たされている。レーザ発振器1114はレーザ光を出射する。集光レンズ1116はレーザ光を集光する。プロセスファイバ1118の入射端1118aはレセプタクル1117に挿入されて保持される。
 レーザ光はプロセスファイバ1118に集光される。クリーンユニット1119は、周囲の異物1120を除去するフィルタを有している。クリーンユニット1119は、このフィルタを介して、清浄なクリーン気流1121を下方に吹き出す。シート1122はクリーン気流1121の消散を抑える。
 次に、ファイバ空間結合装置1004の動作について説明する。
 まず、レーザ発振器1114から出射されたレーザ光は、集光レンズ1116により集光されてプロセスファイバ1118に入射し、伝送された後、加工ヘッド(図示せず)により加工に供される。
 プロセスファイバ1118を交換する必要が生じた場合は、クリーンユニット1119を動作させて異物1120を除去したクリーン気流1121を吹き出させ、シート1122で取り囲まれた領域内でプロセスファイバ1118を交換する。その後、集光レンズ1116を調整して交換を完了する。なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2000-208834号公報
 ファイバ空間結合装置は、着脱可能なプロセスファイバと、光学系と、本体とを有する。プロセスファイバは、レーザ光を導光する。光学系は、レーザ光をプロセスファイバに集光する。本体は、光学系を保持し、プロセスファイバと光学系との間にガスを供給するための供給口を有している。
図1は、実施の形態1に係るファイバ空間結合装置の構成を示す模式図である。 図2は、実施の形態2に係るファイバ空間結合装置の構成を示す模式図である。 図3は、実施の形態3に係るファイバ空間結合装置の構成を示す模式図である。 図4は、従来のファイバ空間結合装置を有するレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
 従来のファイバ空間結合装置1004の防塵機構では、クリーン気流1121を満たす広い空間と、強力なクリーンユニット1119が必要である。また、レセプタクル1117やプロセスファイバ1118を包含するのは、開いた空間であるため、吹き出す際のクリーン気流の清浄度を一定にできても、空間の清浄度を一定に保つことは困難である。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。
 (実施の形態1)
 図1は、実施の形態1に係るファイバ空間結合装置100の構成を示す模式図である。
 図1に示すように、ファイバ空間結合装置100は、集光レンズ2(光学系)と、着脱可能なプロセスファイバ3と、本体6とを有する。集光レンズ2は、レーザ光1をプロセスファイバ3に集光する。プロセスファイバ3は、集光レンズ2により集光されたレーザ光1を導光する。本体6は、略箱形であり、集光レンズ2を保持する。さらに、ファイバ空間結合装置100は、レンズホルダ4や、レセプタクル5や、筐体7を有していてもよい。レンズホルダ4は、集光レンズ2を保持する。レセプタクル5は、プロセスファイバ3を着脱可能に保持する。筐体7は、本体6を保持する。
 また、ファイバ空間結合装置100の本体6には、ガス(パージガス)を供給するためのガス供給口8(パージガス供給口)が設けられている。ガス供給口8は、本体6の集光レンズ2とレセプタクル5との間に設けられている。言い替えれば、ガス供給口8は、プロセスファイバ3と集光レンズ2との間に設けられている。さらに、ファイバ空間結合装置100は、フィルタ9(粒子除去フィルタ)や、除湿装置10や、ガス配管11を有していてもよい。フィルタ9は、パージガスから塵埃を除去する。除湿装置10は、パージガスを除湿する。ガス配管11は、パージガスを供給する。
 次に、ファイバ空間結合装置100の動作を説明する。
 レーザ光1は、筐体7と本体6の内部を通り、集光レンズ2に伝送される。本体6の内部において、集光レンズ2をレンズホルダ4を介してXYZ(直交座標系)の3軸方向に調整することにより、レーザ光1はプロセスファイバ3の最適位置に集光される。集光されたレーザ光1は、プロセスファイバ3の内部を伝わる。
 導光されたレーザ光1は、プロセスファイバ3により加工点(加工ヘッド)まで伝送され、溶接加工や切断加工等の光源として利用される。
 通常、集光レンズ2や、プロセスファイバ3や、筐体7の内部の光学素子の破損を防止するため、および、これらに塵埃が付着しないように本体6および筐体7の内部は気密構造等により清浄な状態にある。しかし、プロセスファイバ3の劣化・破損等によりプロセスファイバ3を交換する際には、レセプタクル5においてプロセスファイバ3を着脱する必要がある。
 プロセスファイバ3を取り外すと本体6の内部は外気に暴露され、塵埃が侵入する可能性がある。
 本実施の形態のファイバ空間結合装置100は、本体6に設けられたガス供給口8より、除湿装置10およびフィルタ9を通過した清浄なパージガスが本体6の内部に供給される。そして、本体6の内部が陽圧化され、塵埃が本体6の内部へ侵入するのを防止できる。いいかえれば、プロセスファイバ3を取り外した際に、ガス供給口8からレセプタクル5の開口を通じて外部に放出されるパージガスが受ける流体抵抗は、ガス供給口8から集光レンズ2(光学系)の周囲を通じて本体6の内部に流れるパージガスが受ける流体抵抗よりも小さい。その結果、塵埃の本体6の内部への侵入を防止できる。
 なお、本実施の形態においてはガス供給口8にフィルタ9および除湿装置10が連結されている。除湿装置10を設けることにより、供給されるパージガスを十分乾燥でき、湿度に対する信頼性が向上する。また、フィルタ9を設けることにより、供給されるパージガスを十分清浄でき、塵埃に対する信頼性が向上する。フィルタ9および除湿装置10の両方を設けることにより、供給されるパージガスを十分清浄し、乾燥できる。
 なお、高性能なフィルタ9および除湿装置10を用いれば、パージガス由来の塵埃をより軽減でき、集光レンズ2等の光学素子への塵埃の付着をより防止できる。例えば、フィルタ9として、1マイクロメートル以上の塵埃を90%以上除去する性能を有するフィルタを用いるのが好ましい。また、除湿装置10として、露点が摂氏-10度以下のドライガスを供給する性能を有する除湿装置を用いるのが好ましい。
 なお、ガス供給口8に常時パージガスを供給する構成とすれば、本体6および筐体7の内部は常に陽圧となる。そのため、本体6および筐体7を厳密な気密構造にしなくても、塵埃の侵入を防止できる。
 なお、本体6および筐体7が気密構造であるならば、通常、塵埃は侵入しないので、プロセスファイバ3の着脱時にのみバージガスを本体6に供給する構成としてもよい。この場合、プロセスファイバ3の着脱時に筐体7の内部は陽圧である。しかし、その場合、ガス供給口8あるいはフィルタ9あるいは除湿装置10のどこかを封止する必要がある。
 以上のように、本実施の形態によれば、プロセスファイバ3の着脱による本体6および筐体7への塵埃の侵入を防止できる。そのため、集光レンズ2やプロセスファイバ3およびその他光学素子への塵埃の付着や汚染を防止できる。その結果、レーザ光1による、これら光学素子の劣化や破損を抑制できる。従って、信頼性の高いファイバ空間結合装置100を提供できる。
 また、本実施の形態では、本体6にガス供給口8を設けている。パージガスは、ガス供給口8からレセプタクル5の開口を通じて外部に放出されるので、筐体7の容積が大きい場合でも、多量で高圧のパージガスを供給する必要がない。
 また、本体6にガス供給口8を設けることにより、本体6の内部に直接パージガスを、所望の圧力で供給できる。仮にパージガスが、筐体7から供給されて本体6の内部に充満する構成では、プロセスファイバ3を抜き取る際に必要なパージガス流量(圧力)を十分に確保することが困難になる。しかし、本実施の形態では、そのようなことがなく、プロセスファイバ3を抜き取る際に必要なパージガス流量(圧力)を十分確保できる。
 また、パージガスを筐体7から供給する場合は、高圧のパージガスが必要である。そのため、ガスの圧力に耐えるように一定の厚み以上の集光レンズ2が必要である。しかし、本実施の形態では、本体6にガス供給口8を設けることにより、本体6の内部に直接パージガスを、所望の圧力で供給できる。そのため、集光レンズ2の厚さを薄くできる。また、本体6の内部に直接パージガスを供給するため、プロセスファイバ3を抜き取る時に塵埃侵入防止に必要なパージガス流量を容易に確保できる。
 また、プロセスファイバ3を抜き取る時に、パージガスが必要な圧力に達するまでの時間を短縮できる。
 また、本体6の内部にフィルタ9および除湿装置10を通した清浄なパージガスを直接供給するため、筐体7で供給されて種々の部材に接し、その部材を通過してから供給するパージガスに比較して、より清浄なパージガスを供給できる。
 また、筐体7にパージガスを供給するのではなく、本体6の内部を直接、ガスによりパージするので、集光レンズ2とプロセスファイバ3との間にパージガスが伝わりやすく、より塵埃の付着を防止できる。
 (実施の形態2)
 本実施の形態において実施の形態1と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態が、実施の形態1と異なる点は、パージガスとして、空気(エアー)を使用する点と、本体26に圧力計測手段である圧力センサ230を設け、パージエアを加圧して供給するガス供給手段であるポンプ250を、圧力センサ230からの信号に基づき制御する点である。
 図2は、実施の形態2に係るファイバ空間結合装置200の構成を示す模式図である。
 図2に示すように、ファイバ空間結合装置200は、集光レンズ2(光学系)と、プロセスファイバ23と、本体26とを有する。さらに、ファイバ空間結合装置200は、レセプタクル25や、筐体7を有していてもよい。プロセスファイバ23は、集光レンズ2により集光されたレーザ光1を導光する。レセプタクル25は、プロセスファイバ23を着脱可能に保持する。すなわち、レセプタクル25は、プロセスファイバ23を容易に着脱するために用いられる。本体26は、略箱形であり、集光レンズ2を保持する。筐体7は、本体26を保持する。
 更にファイバ空間結合装置200は、ガス供給口28(パージエア供給口)を有している。また、ファイバ空間結合装置200は、フィルタ29(粒子除去フィルタ)、除湿装置210、ガス配管211を有していてもよい。ガス供給口28は、本体26の集光レンズ2とレセプタクル25との間に設けられた直径4ミリメートル程度の供給口である。フィルタ29は、パージエアから塵埃を除去するために用いられる。具体的には、フィルタ29は、直径1マイクロメートル以上の粒子を除去する。除湿装置210は、パージエアを除湿する。ガス配管211は、パージエアを輸送するために用いられる。具体的には、ガス配管211は、内径4ミリメートルのフッ素樹脂製のチューブである。
 略箱形の本体26は、ガス供給口28と対向しない位置に直径4ミリメートル程度の穴41を有している。その穴41を介して、本体内部の圧力計測手段である圧力センサ230が設けられている。一方、ガス配管211の経路内には、パージエアを加圧して供給するポンプ250が設けられている。ポンプ250の吸入側は、大気に開放されている。ポンプ250の吐出側は、ガス配管211を介して、除湿装置210と、フィルタ29とに接続されている。ポンプ250は、ポンプコントロールユニット240を介して、圧力センサ230に接続されている。ポンプ250は、圧力センサ230からの信号に基づき、ポンプコントロールユニット240によりオンオフ制御される。
 次に、ファイバ空間結合装置200の動作を説明する。
 本体26に設けられた圧力センサ230が常時一定の基準圧力を維持するように、ポンプ250のオンオフを行う。基準圧力としては、例えば、ゲージ圧が0.01メガパスカルから0.1メガパスカルであるのが望ましい。さらに望ましくは、ゲージ圧は0.01メガパスカルから0.05メガパスカルである。なお、ゲージ圧とは、大気圧をゼロとした場合の相対的な圧力である。例えば、基準圧力を0.05メガパスカルに設定した場合、本体26の内部のゲージ圧が0.05メガパスカルを下回るとポンプ250が駆動する。そして、本体26内のゲージ圧が0.05メガパスカルを超えるまで、清浄で除湿された乾いたエアーが本体26の内部に供給され、本体26内のゲージ圧が0.05メガパスカルを超えるとポンプ250が停止する。
 例えば、プロセスファイバ23を本体26から引き抜こうとする場合を考える。先ず、プロセスファイバ23を本体26から引き抜くために、レセプタクル25を操作して緩める。レセプタクル25を緩めた時点で、本体26の内部圧力が基準圧力から低下し、ポンプ250が稼動する。
 続いて、プロセスファイバ23を本体26から引き抜く時には、本体26の内部圧力は大気圧まで下がる。この状態で内部圧力は基準圧力より低いので、ポンプ250は駆動を続け、本体26の内部に清浄で除湿されて乾いたエアーが供給され続ける。供給されたエアーはレセプタクル25の開口から外部(大気中)に放出され続ける。すなわち、プロセスファイバ23を取り外した際に、ガス供給口28からレセプタクル25の開口を通じて外部に放出されるエアーが受ける流体抵抗は、ガス供給口28から集光レンズ2(光学系)の周囲を通じて本体26の内部に流れるエアーが受ける流体抵抗よりも小さい。その結果、塵埃の本体6の内部への侵入を防止できる。
 そして、再びプロセスファイバ23を本体26に挿入し、レセプタクル25を操作してプロセスファイバ23が抜けないようにロックする。すると、やがて本体26の内部圧力が上昇し、ゲージ圧が0.05メガパスカルに達してポンプ250が停止する。
 なお、本実施の形態では圧力センサ230を用いて本体26の内部圧力をモニタしてプロセスファイバ23の挿抜を判断した。しかし、フォトダイオードを用いて本体26の内部の輝度(望ましくは可視光の光量)の変化をモニタすることで、プロセスファイバ23の挿抜を判断しても良い。
 また、本実施の形態では、ポンプ250をオンオフすることにより制御した。しかし、ポンプ250に印加する電圧、あるいは、電流を制御することにより、吐出量を連続的に可変しても良い。
 また、本体26の内部圧力が一定になるようにポンプ250をオンオフして制御した。しかし、レーザ照射開始時にポンプ250を停止し、レーザ照射停止時にポンプ250を駆動するというように制御しても良い。
 また、ポンプ250の吸入口を大気に開放したが、閉ループで構成するパージエアの経路、あるいは、パージガスの経路に接続しても良い。
 また、本実施の形態では、ポンプ250の吐出側にフィルタ29、除湿装置210を設けた。しかし、ポンプ250の吸入側にフィルタ29、除湿装置210を設け、ポンプ250の吐出側を、ガス配管11を介して、ガス供給口28に接続しても良い。
 以上のように、本実施の形態によれば、本体26の内部を常時、基準圧力より高く維持することにより、本体26の内部は常に陽圧となる。その結果、外部から本体26の内部に塵埃が侵入しない。
 また、本体26の内部をモニタし、ポンプ250のオンオフを制御することにより、プロセスファイバ23を引き抜く場合においても、ポンプ250が駆動して本体26の内部を常に陽圧に維持できる。その結果、外部から本体26の内部に塵埃が侵入しない。
 また、本体26の内部をモニタしてポンプ250のオンオフを制御することにより、常時、ポンプ250を稼動する必要がなく、ポンプ250、フィルタ29、除湿装置210、の交換周期、あるいは、寿命を長くできる。
 また、パージガスではなくパージエアを用いるので、パージガスに付帯する設備やオペレーションコストが不要である。また、ガス供給口28と対向しない位置に圧力センサ230を設けることにより、パージエア吐出圧力ではなく、本体26の内部圧力を測定できる。
 また、本体26の内部が常時、陽圧であるので、プロセスファイバ23を抜き取る時に必要な力が軽減され、抜き易くなる。
 (実施の形態3)
 本実施の形態において実施の形態1、および、実施の形態2と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態2と異なる点は、パージエアを加圧して供給するポンプによる制御の代わりに、プロセスファイバ挿抜判定手段であるレセプタクルの断線検知回路370、すなわち、ロック解除検知回路が設置されている点である。さらに、本体36の内部圧力が過大になると弁が開き、過大な圧力を逃がす圧力開放手段であるリリーフバルブ360を設けた点と、パージエアを供給する系の内径を大きくした点である。
 図3は、実施の形態3に係るファイバ空間結合装置300の構成を示す模式図である。
 図3に示すように、ファイバ空間結合装置300は、集光レンズ2(光学系)と、プロセスファイバ33と、本体36とを有する。プロセスファイバ33は、集光レンズ2により集光されたレーザ光1を導光する。レセプタクル35は、プロセスファイバ33を着脱可能に保持する。すなわち、レセプタクル35は、プロセスファイバ33を容易に着脱するために用いられる。本体36は、略箱形であり、集光レンズ2を保持する。筐体7は、本体36を保持する。
 さらに、プロセスファイバ33は、断線を検知する断線検知回路370を有している。更にファイバ空間結合装置300は、ガス供給口38(パージエア供給口)を有している。また、ファイバ空間結合装置300は、フィルタ39(粒子除去フィルタ)と、除湿装置310と、ガス配管311とを有していてもよい。ガス供給口38は、本体36の集光レンズ2とレセプタクル35の間に設けられた直径6ミリメートルの供給口である。フィルタ39は、パージエアから塵埃を除去するため用いられる。具体的には、フィルタ39は、直径5マイクロメートル以上の粒子を除去する。除湿装置310は、パージエアを除湿する。ガス配管11は、内径6ミリメートルのフッ素樹脂製チューブであり、パージエアを供給するために用いられる。
 また、本体36の内部には直径4ミリメートル程度の穴43が形成されている。そして、穴43に気体の逆流を防止する逆止弁つきのリリーフバルブ360が設置されている。ここで、リリーフバルブ360の設定ゲージ圧は0.01メガパスカルから0.3メガパスカル、望ましくは0.01メガパスカルから0.1メガパスカルがよい。
 ガス配管311の経路内には、パージエアを加圧して供給するポンプ350が設けられている。ポンプ350の吸入側は大気に開放されている。ポンプ350の吐出側はガス配管311を介して、フィルタ39と除湿装置310とに接続されている。ポンプ350はポンプコントロールユニット340を介してレセプタクル35の断線検知端子に接続している。
 また、ポンプコントロールユニット340は、レーザ光1の照射、つまり、レーザ光1のオンオフの信号を受け、その信号に従って、ポンプ350を制御する。具体的には、レーザ光1のオフ、かつ、断線を検知した場合のみ、ポンプコントロールユニット340はポンプ350を稼動し、それ以外はポンプ350を稼動しない。
 次に、ファイバ空間結合装置300の動作を説明する。
 レーザ光1は、筐体7を通り、集光レンズ2に伝送される。集光レンズ2を本体36の内部に設置し、レンズホルダ4を介してXYZ(直交座標系)の3軸方向に調整することにより、レーザ光1はプロセスファイバ33の最適位置に集光され、プロセスファイバ33に導光される。導光されたレーザ光1は、プロセスファイバ33により加工点(加工ヘッド)まで伝送され、溶接加工や切断加工等の光源として利用される。
 まず、レーザ光1が照射中の場合を説明する。このとき、プロセスファイバ33は本体36に、レセプタクル35を用いて挿入されている。プロセスファイバ33とレセプタクル35で、閉ループが形成され、これが断線検知回路370として機能している。具体的には、銅線などの金属による閉ループが、プロセスファイバ33とレセプタクル35の内部あるいは外部に形成されている。プロセスファイバ33が、レセプタクル35を介して本体36に接続されている場合、断線は検知されない。そのため、ポンプ350は稼動しない。そして、リリーフバルブ360も反応しない。
 次に、プロセスファイバ33を本体36から引き抜く場合を説明する。この場合、レーザはオフである。そして、プロセスファイバ33を本体36から引き抜くために、レセプタクル35のロックを解除する。すると、レセプタクル35とプロセスファイバ33が分離し、断線検知回路370が開ループとなり、断線が検知される。
 ポンプコントロールユニット340は、レーザのオフ、かつ、断線を検知し、ポンプ350を稼働する。ポンプ350が稼働することにより、本体36の内部に、清浄で除湿されて乾いたパージエアが供給される。パージエアは、本体36の内部圧力を0.1メガパスカル以上にする。そのため、リリーフバルブ360が開き、パージエアは外気に放出される。
 プロセスファイバ33を完全に本体36から抜き取ったあとも、ガス供給口38からパージエアが噴出し続け、本体36の内部から、レセプタクル35の開口を通って本体36の外部に向かってパージエアが放出される。このとき、本体36の内部圧力は0.05メガパスカル以下となるのでリリーフバルブ360は閉じる。
 更に、何らかの原因で、レセプタクル35のロックを解除しなくても断線検知が働く場合を想定する。この場合、仮にポンプ350が稼働しても、リリーフバルブ360により、本体36の内部の圧力は、一定値以内に保たれる。
 なお、本実施の形態ではプロセスファイバ33とレセプタクル35で断線検知回路370を形成した。しかし、レセプタクル35にロック解除信号を用いても良い。また、本実施の形態ではリリーフバルブ360を本体36に直接設ける構造とした。しかし、リリーフバルブ360と本体36は離れていても良い。例えば、リリーフバルブ360は、チューブを介して、本体36に接続されていても良い。
 以上のように、本実施の形態によれば、リリーフバルブ360を備える本体36の内部空間に対して、ポンプ350の停止と稼動を、プロセスファイバ33の挿抜に併せて制御する。これにより、プロセスファイバ33を抜き取るときに、ポンプ350が稼働するので、本体36の内部への塵埃の侵入を防止できる。
 また、リリーフバルブ360を有するので、常に、本体36の内部に過大な圧力が生じることがない。そのため、過大な圧力に起因する集光レンズ2の位置ずれが発生しない。
 また、プロセスファイバ33を抜き取るときに、改めてパージエアを始動する操作を行う必要がない。そのため、パージエアの供給を忘れてプロセスファイバ33を抜き取り、本体36の内部を汚染することがない。
 上記のように、本開示のファイバ空間結合装置は、集光レンズとプロセスファイバの間の空間に、直接パージガスを送り込む構造を有している。そのため、ファイバ空間結合装置内部への塵埃の侵入を防止できる。その結果、集光レンズおよびプロセスファイバへの塵埃の付着や汚染を阻止できる。
 そのため、本開示のファイバ空間結合装置は、ファイバ空間結合装置としての信頼性や品質を確保できるのみならず、レーザ発振装置全体での信頼性も確保できる。
 本開示のファイバ空間結合装置は、レーザ光伝送空間への塵埃侵入を防止する構造を有している。そのため、ファイバ空間結合装置およびレーザ発振装置としての信頼性および品質を確保でき、プロセスファイバを使用するレーザ発振装置に有用である。
 100  ファイバ空間結合装置
 1  レーザ光
 2  集光レンズ
 3  プロセスファイバ
 4  レンズホルダ
 5  レセプタクル
 6  本体
 7  筐体
 8  ガス供給口
 9  フィルタ
 10  除湿装置
 11  ガス配管
 23  プロセスファイバ
 25  レセプタクル
 26  本体
 28  ガス供給口
 29  フィルタ
 33  プロセスファイバ
 35  レセプタクル
 36  本体
 38  ガス供給口
 39  フィルタ
 41,43  穴
 100,200,300  ファイバ空間結合装置
 210  除湿装置
 211  ガス配管
 230  圧力センサ(圧力計測手段)
 240  ポンプコントロールユニット
 250  ポンプ(ガス供給手段)
 310  除湿装置
 311  ガス配管
 340  ポンプコントロールユニット
 350  ポンプ(ガス供給手段)
 360  リリーフバルブ(圧力開放手段)
 370  断線検知回路
 1004  ファイバ空間結合装置
 1112  筐体
 1113  パージガス
 1114  レーザ発振器
 1116  集光レンズ
 1117  レセプタクル
 1118  プロセスファイバ
 1118a  入射端
 1119  クリーンユニット
 1120  異物
 1121  クリーン気流
 1122  シート
 1130  レーザ加工装置

Claims (13)

  1. レーザ光を導光する着脱可能なプロセスファイバと、
    前記レーザ光を前記プロセスファイバに集光する光学系と、
    前記光学系を保持し、前記プロセスファイバと前記光学系との間にガスを供給するための供給口を有する本体と、
    を備える、
    ファイバ空間結合装置。
  2. 前記供給口にフィルタが連結されており、
    前記フィルタを通過したガスが前記供給口を通じて前記本体内に供給される
    請求項1に記載のファイバ空間結合装置。
  3. 前記フィルタは、1マイクロメートル以上の塵埃を90%以上除去する性能を有する
    請求項2に記載のファイバ空間結合装置。
  4. 前記供給口に除湿装置が連結されており、
    前記除湿装置を通過したガスが前記供給口を通じて前記本体内に供給される
    請求項1から3のいずれか1項に記載のファイバ空間結合装置。
  5. 前記除湿装置は、露点が摂氏-10度以下のドライガスを供給する性能を有する
    請求項4に記載のファイバ空間結合装置。
  6. 前記供給口より常時ガスが供給され、前記本体の内部が陽圧に保持されている
    請求項1から5のいずれか1項に記載のファイバ空間結合装置。
  7. 前記プロセスファイバ着脱時に、前記供給口より前記本体にガスが供給され、前記プロセスファイバ着脱時に前記筐体の内部は陽圧である
    請求項1から5のいずれか1項に記載のファイバ空間結合装置。
  8. 前記供給口より供給されるガスは空気である
    請求項1から7のいずれか1項に記載のファイバ空間結合装置。
  9. 前記ガスを供給するガス供給手段を、
    さらに備えた
    請求項1に記載のファイバ空間結合装置。
  10. 前記本体の内部の圧力を計測する圧力計測手段を、
    さらに備え、
    前記本体の前記内部の圧力が基準圧力より低い場合に、前記ガス供給手段により、前記本体の前記内部に前記ガスが供給される
    請求項9に記載のファイバ空間結合装置。
  11. 前記本体の内部の圧力が所定の基準値を超えると前記空間のガスを開放する圧力開放手段を、
    さらに備えた
    請求項1に記載のファイバ空間結合装置。
  12. 前記プロセスファイバを前記本体に保持するレセプタクルと、
    前記プロセスファイバと前記レセプタクルで構成される断線検知回路とを、
    さらに備えた
    請求項1に記載のファイバ空間結合装置。
  13. 前記プロセスファイバが前記本体から分離されて、前記本体の内部が外気と通じている状態において、
    前記供給口から前記外気に放出される前記ガスの流体抵抗は、
    前記供給口から前記光学系の周囲を通じて前記本体の内部に流れる前記ガスの流体抵抗よりも小さい
    請求項1記載のファイバ空間結合装置。
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