(57)【要約】【課題】拡散吸収体の内部状態、およびレーザ光のエネルギー強度分布変化により部分的に不均一な状態が発生した場合でも、長期に渡って安定したレーザ出力の制御を行う。【解決手段】レーザ光を減光される拡散吸収体２２と、減光されたレーザ光を検出するレーザ出力検出器２３と、レーザ出力検出器２３に入射するレーザ光の受光量を制限するチャンバー型の入射光量制限手段３１設けることにより、レーザ出力検出器２３の測定精度を向上し、安定したレーザ出力の制御を行うことが出来る。【選択図】図１
2010212552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒体を励起してレーザ光を出力するレーザ共振器からのレーザ光を内部に入射させる入射口と入射した前記レーザ光を均一に減光する拡散吸収面と前記拡散吸収面で減光したレーザ光を出力する出射口とを有する拡散吸収体と、前記出射口から出力したレーザ光を入射する第１の貫通孔と前記第１の貫通孔とは別の部位に設けて入射したレーザ光を通す第２の貫通孔と内部に空洞部分を有するチャンバー部と、前記チャンバー部の第２の貫通孔に対向して配置したレーザ出力検出器をレーザ光の出力検出手段として設けたレーザ発振装置。
【請求項２】
前記拡散吸収体の出射口の口径よりも前記チャンバー部の第１の貫通孔の口径を小さくした請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記チャンバー部の第１の貫通孔を複数設けた請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記レーザ共振器として、レーザ媒体を励起する放電手段と、前記放電手段を挟む位置に配置した複数の光反射手段を有し、前記複数の光反射手段が少なくとも部分反射鏡と全反射鏡とからなるとともに、第１部分反射鏡より取り出されたレーザ光の光軸上に第２部分反射鏡を設け、前記第２部分反射鏡により取り出されたレーザ光を前記拡散吸収体の入射口に入射する請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の出力検出手段を備えたレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ発振装置の構成を図５を用いて説明する。
【０００３】
図において従来のレーザ発振装置は、部分反射鏡より出力されるレーザ光１、レーザガス２、アノード電極６とカソード電極７にはさまれた放電空間３、ガラスなどの誘電体よりなる放電管４、アノード電極６、カソード電極７、アノード電極６とカソード電極７に接続した高電圧電源８、レーザガス温度を下げる熱交換器９、レーザガスを循環する送風手段１０、ガス循環経路１２、光共振器を構成する部分反射鏡１３、光共振器を構成する全反射鏡１４を備えている。
【０００４】
その構成は、放電管４の両端にアノード電極６とカソード電極７を配置し、これらアノード電極６とカソード電極７は高電圧電源８と接続して放電管４内部のレーザガス２を放電するようにしている。この放電管４にはガス循環経路１２を接続していて、このガス循環経路１２の途中に熱交換器９、送風機１０、熱交換器９を配置してレーザガス２が循環するように構成しており、この例ではアノード電極６からカソード電極７へレーザガス２を流すようにしている。なお、放電空間３および送風手段１０の圧縮熱により上昇したレーザガスの温度は熱交換器９で適宜下げるようにしている。
【０００５】
この各放電管４を連結していないそれぞれの端部には部分反射鏡１３と全反射鏡１４を配置してレーザ共振器を構成している。
【０００６】
以上が従来のレーザ発振装置の構成であり、その動作について説明する。
【０００７】
放電管４の周辺に設けられたアノード電極６とカソード電極７に接続された高電圧電源８によって、放電管４内に放電空間３を発生させる。この放電エネルギーによりレーザガス２は励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡１４および部分反射鏡１３により形成されたレーザ共振器で共振状態となり、部分透過鏡１３からレーザ光１として出力される。また、全反射鏡１４は僅かな透過率を持っており、全反射鏡１４を僅かに透過した微少レーザ光２１は拡散吸収体２２内部へ導入される。拡散吸収体２２の内部には拡散吸収面が形成されていて微少レーザ光２１は均一に減光される。
【０００８】
この減光されたレーザ光の出力をレーザ出力検出器２３で測定する。
【０００９】
前記レーザ出力検出器２３にて測定された微少信号は増幅手段４１で増幅され、比較手段４２に出力される。
【００１０】
一方、レーザ出力指令信号は照射指令手段４３より比較手段４２に出力され、前記増幅手段より出力された信号と比較し、レーザ光１が照射指令手段４３より出力されたレーザ出力指令信号と等しくなるように高電圧電源８を制御し、放電強度を制御する。
【００１１】
次に拡散吸収体２２の役割および機能について説明する。
【００１２】
図６はレーザ光のエネルギー強度分布を示す図である。この図に示すようにレーザ光のエネルギー強度分布は、中心部が強く周辺部にいくにつれ弱くなるといったような不均一なものであり、そのままでは正確にエネルギー強度を測定することは困難である。
【００１３】
そこで拡散吸収体２２を用いて正確にエネルギー強度を計測する。
【００１４】
図８は拡散吸収体の断面図で、二次元モデルで表している。
【００１５】
拡散吸収体２２は不均一なレーザ光のエネルギー強度分布を均一化するために用いられる。前記拡散吸収体２２には微少なレーザ光２１を内部に取り入れるための入射口２４が設けてあり、また、前記拡散吸収体２２の内部は、微少な凸凹を設けることでレーザ光を効率的に拡散と吸収を出来るような拡散吸収面２２ａを形成している。前記拡散吸収体２２の内部に取り入れた微少レーザ光２１は、前記拡散吸収面２２ａの凸凹にて拡散と吸収を繰返して均一に減光される。
【００１６】
図７は従来のレーザ出力検出器の断面図で、拡散吸収体２２で均一化されたレーザ光は、スペーサ２７の貫通孔２８を通過し、レーザ出力検出器２３の受光部２５に照射吸収され、熱へと変換される。
【００１７】
この発熱量をセンサ部２６で電圧信号に変換し、増幅手段４１で増幅後、比較器４２に出力される。
【００１８】
一般に、受光部２５は遠赤外線に対して吸収率の高い材料からなっていて入射したレーザ光を効率的に熱エネルギーへと変換出来るようになっている。
【００１９】
また、レーザ出力検出器２２の受光部２５には、貫通孔２８を有するスペーサ２７が設けられていて、前記貫通孔２８を通過したレーザ光のみが受光部２５に到達するようになっている。
【００２０】
前記スペーサ２７の貫通孔２８は、前記受光部２５に入射する受光量（受光エネルギー）の制限と、拡散吸収体２２で拡散されたレーザ光が受光部２５に入射する入射角を制限するような構成となっている。
【００２１】
このように、レーザ出力検出器２２の受光部２５に貫通孔２８を有するスペーサ２７を設けることにより、受光部２５の入射角を制限し、入射角の小さなレーザ光のみを取り入れて、レーザ出力検出器２３の受光部２５の経時的な反射率の変化の影響を低減する発明が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１４８６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
一般に、レーザ発振装置において、長期に渡って安定してレーザ出力の制御を行なっていくためには、拡散吸収体に入射する微少レーザ光の強度とレーザ出力検出器より出力される出力信号が常に一定の比率であることが必要である。
【００２３】
しかし、レーザ出力検出器の受光部への入射角が小さい場合、拡散吸収体の限定された部分からの反射光のみが入射されるため、拡散吸収体に入射する微少レーザ光の低次元反射光（拡散吸収体内での反射回数少ない光）の影響を受けやすくなり、レーザ光のエネルギー強度の分布変化や温度、振動などの環境変化により低次元の反射光がレーザ出力検出器の受光部に入射して、センサ部の出力電圧を変動させるという問題点があった。
【００２４】
また、レーザ出力検出器の受光部の入射角を小さくした場合、受光部への受光量が低減して、センサ部よりの出力電圧が低下することになるため、外部よりノイズの影響を受け易くなり正確な受光パワー測定が困難になる傾向が有るという問題点もあった。
【００２５】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、長期に渡って安定したレーザ出力の制御が可能なレーザ発振装置およびレーザ加工機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、レーザ媒体を励起してレーザ光を出力するレーザ共振器からのレーザ光を内部に入射させる入射口と入射した前記レーザ光を均一に減光する拡散吸収面と前記拡散吸収面で減光したレーザ光を出力する出射口とを有する拡散吸収体と、前記出射口から出力したレーザ光を入射する第１の貫通孔と前記第１の貫通孔とは別の部位に設けて入射したレーザ光を通す第２の貫通孔と内部に空洞部分を有するチャンバー部と、前記チャンバー部の第２の貫通孔に対向して配置したレーザ出力検出器をレーザ光の出力検出手段として設けたものである。
【００２７】
この構成によりレーザ出力検出器に入射するレーザの入射光量を制限し、受光パワーの過大によるレーザ出力検出器の劣化を防止し、長期に渡って安定したレーザ出力の制御を可能にすることが出来る。
【００２８】
また、本発明のレーザ加工機は、加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、上述したレーザ発振装置を具備したものである。
【００２９】
この構成により、数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御され、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークの不良品の混入を防止することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明は、レーザ出力検出器に入射するレーザの入射光量を制限し、受光パワーの過大によるレーザ出力検出器の劣化を防止し、長期に渡って安定したレーザ出力の制御を可能にすることが出来る。
【００３１】
また、チャンバー部を設けることにより拡散吸収体より入射されるレーザ光は拡散と吸収が２重化され、受光部に入射するエネルギー強度の均一性がさらに向上し、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
本実施の形態１に用いるレーザ共振器の構造は、図５に示すものを用いるので、その説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態１の特徴とする点は、拡散吸収体２２とレーザ出力検出器２３の間にチャンバー部３１を設けたことである。
【００３５】
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ出力検出器の断面図である。
【００３６】
なお、従来例と同じ構成要素には同一番号を付与し、その説明を省略する。
【００３７】
図１に示す本発明の実施の形態１におけるレーザ出力検出器は、微少レーザ光２１、拡散吸収体２２、入射した微少レーザ光２１を均一に減光する拡散吸収体２２の拡散吸収面２２ａ、拡散吸収面２２ａで減光したレーザ光を出力する拡散吸収体２２の出射口２２ｂ、レーザ出力検出器２３、微少レーザ光２１を内部に入射させる拡散吸収体２２の入射口２４、受光部２５、センサ部２６、チャンバー部３１、出射口２２ｂから出力したレーザ光を入射するチャンバー部３１の第１の貫通孔３２、第１の貫通孔３２とは別の部位に設けて入射したレーザ光を通すチャンバー部３１の第２の貫通孔３３、チャンバー部３１の内部の空洞部３４を備えており、これらでレーザ出力検出器を構成している。
【００３８】
チャンバー部３１にはレーザ光２１を入射する入射口２４を設けていて、その内部を空洞とし、その壁面に微小な凹凸からなる拡散吸収面２２ａを形成している。
【００３９】
そして、入射口２４と対向しない位置に拡散され均一化したレーザ光を出射する出射口２２ｂを設けている。この入射口２４と出射口２２ｂの位置関係はほぼ９０度としている。
【００４０】
また、出射口２２ｂの位置に第１の貫通孔３２を配置するようにチャンバー部３１を取り付けている。この出射口２２ｂの口径に比べて第１の貫通孔３２の口径を小さくしていて入射光量を制限するようにしている。
【００４１】
また、このチャンバー部３１は内部に内面が拡散と吸収を行う空洞部３４を形成しており、空洞部３４を介して第１の貫通孔３２と対向する位置に第２の貫通孔３３を配置している。
【００４２】
この第２の貫通孔３３の位置に受光部２５が位置するようにレーザ検出器２３を取り付けている。
【００４３】
なお、チャンバー部３１の内部の拡散と吸収を行わせる構成は、チャンバー部３１をセラミックなどで形成したり、チャンバー部３１の内面に溶射で凹凸面を形成したり、チャンバー部３１の内面をサンドブラスト処理して形成してもよい。
【００４４】
この拡散吸収体２２の内径と第１の貫通孔３２の径と空洞部３４の内径と第２の貫通孔３３の径の比は凡そ４０：１：１０：２、より具体的には４５０：７：１００：２０にしており、第１の貫通孔３２から第２の貫通孔３３までの空洞部３４の長さは、空洞部３４の内径に対して３／４にしている。
【００４５】
なお、各部の寸法は若干大きくしたり小さくしても良い。
【００４６】
以上のように構成されたレーザ出力検出器について、その動作を説明する。
【００４７】
全反射鏡１４を僅かに透過した微少レーザ光２１は、入射口２４より拡散吸収体２２内部へ導入され、拡散吸収体２２内部の拡散吸収面２２ａで拡散と吸収を繰返して減光される。
【００４８】
この減光されたレーザ光は、出射口２２ｂを介してチャンバー部３１の貫通孔３２を通過し、チャンバー部３１の内部の空洞部３４でさらに拡散と吸収を繰返して、レーザ出力検出器２３の受光面２５に到達して熱へと変換される。この発熱量をセンサ部２６で電圧信号に変換し、レーザ光のパワーに比例した電圧信号として出力される。
【００４９】
前記拡散吸収体２２内部で微少レーザ光２１は、内部の凸凹にて拡散と吸収を繰返すが、レーザ光のエネルギー強度の分布変化や温度、振動などの環境変化で拡散吸収体２２に入射する微少レーザ光２１の低次元反射光の影響により部分的に不均一な状態が発生する場合がある。
【００５０】
このような不均一なレーザ光がチャンバー部３１の貫通孔３２を通過しても、再度、チャンバー部３１の内部で拡散と吸収されて不均一な状態が緩和され、より安定なレーザ光としてレーザ出力検出器２３に入射されるため、安定したレーザ光のパワーが検出される。
【００５１】
このようにチャンバー部３１を設けることにより、拡散吸収体２２より入射されるレーザ光が前記拡散吸収体２２の内部の状態、およびレーザ光のエネルギー強度の分布変化により経時的に不均一な状態が発生した場合でも、チャンバー部３１内部で拡散と吸収がなされ、受光部２５に入射するエネルギー強度の均一性がさらに向上する。
【００５２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるレーザ出力検出器の断面図である。
【００５３】
図１に示す実施の形態１との相違点は、チャンバー部３１の第１の貫通孔３２ａ、第１の貫通孔３２ｂのように複数個設けたことで、チャンバー部３１の第１の貫通孔３２から前記拡散吸収体２２の内部を見た視野は、第１の貫通孔が１個の場合の限定された部分より視野角がさらに広くなり、前記拡散吸収体２２の内部の状態が変化した場合でもレーザ出力検出器２３への影響が緩和される。
【００５４】
このように、レーザ光量を制限する複数個の第１の貫通孔３２ａ、第１の貫通孔３２ｂを設けることにより、チャンバー部３１より拡散吸収体２２を見た視野角がさらに広がり、受光部に入射するエネルギー強度の均一性をさらに向上さすことが出来る。
【００５５】
図３にチャンバー部３１の第１の貫通孔の径と受光量および視野角の関係を示す。
【００５６】
チャンバー部３１の第１の貫通孔の径と受光量の関係は、図３に示すようにチャンバー部３１の第１の貫通孔の径が大きくなるに従ってレーザ出力検出器の受光量は急激に増加する。
【００５７】
また、チャンバー部３１の第１の貫通孔の径と拡散吸収体の内部を見た視野角との関係は、チャンバー部３１の貫通孔の径が大きくなるに従って拡散吸収体の視野角は緩やかに増加する傾向が有るため、レーザ出力検出器の受光量を増加させずに視野角を大きくしたい場合、小径の貫通孔を複数個設ければ良い。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力検出器に入射するレーザの入射光量を制限し、受光パワーの過大によるレーザ出力検出器の劣化を防止し、長期に渡って安定したレーザ出力の制御を可能にすることが出来る。また、チャンバー部を設けることにより拡散吸収体より入射されるレーザ光は拡散と吸収が２重化され、受光部に入射するエネルギー強度の均一性がさらに向上し、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。
【００５９】
なお、以上の構成に代えて、部分反射鏡１３と全反射鏡１４とからなる光共振器の前記部分反射鏡１３より取り出されたレーザ光１の光軸上に第２部分反射鏡を配置し、前記第２部分反射鏡により微少レーザ光を取り出し、この取り出された微少レーザ光を拡散吸収体２２に取り入れるようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６０】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるレーザ加工機の構成図を示している。
【００６１】
レーザ加工機は、加工ワーク６４を乗せる加工テーブル６３と、加工テーブル６３の移動またはレーザ光を集光する集光手段６７の少なくとも一方を移動する駆動手段６２と、前記駆動手段６２を制御する数値制御手段６１と、上述した実施の形態１、２に示すレーザ発振装置６５と、レーザ光路６６とにより構成されている。
【００６２】
レーザ発振装置６５より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路６６で伝送され集光手段６７により集光されて、加工ワーク６４に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段６１により駆動手段６２に指令が出力され、加工テーブル６３または集光手段６７の少なくとも一方を動作させて加工ワーク６４を加工される。
【００６３】
上記レーザ加工機によれば、レーザ出力検出器の検出精度が向上し、レーザ光の出力変動がなくなり、レーザ光の出力パワーの正確な照射が可能となる。さらに数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、レーザ出力検出器の測定精度を向上し、レーザ出力の安定および長期信頼性の向上できるレーザ発振装置およびレーザ加工機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ出力検出器の断面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ出力検出器の断面図
【図３】本発明のチャンバー部の貫通孔の径と受光量および視野角の関係図
【図４】本発明の実施の形態３におけるレーザ加工機の構成図
【図５】従来のレーザ発振装置の構成図
【図６】レーザ光のエネルギー強度分布を示す図
【図７】従来のレーザ出力検出器の断面図
【図８】拡散吸収体の断面図
【符号の説明】
【００６６】
２１    微少レーザ光
２２    拡散吸収体
２２ａ    拡散吸収面
２２ｂ    出射口
２３    レーザ出力検出器
２４    入射口
２５    受光部
２６    センサ部
３１    チャンバー部
３２    第１の貫通孔
３３    第２の貫通孔
３４    空洞部
【図１】
2010212552.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010212552.tif 000009
【図８】
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