(57)【要約】【課題】ビームモードに対応したレーザ出力の設定値を変更することなく安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置を提供する。【解決手段】出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段２１を備え、ビームモード切替手段２１へのビームモード切替信号を出力する制御装置３０を設け、レーザ出力設定部２２からの信号と制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期してレーザ出力設定部２２からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段２３をレーザ出力設定部２２と比較器２４の間に設け、制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して比較器２４の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段２６を比較器２４と高電圧電源８の間に設けた。【選択図】図１
2010212549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記前記光検出器の出力信号と前記前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器前記を備え、前記前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設けたレーザ発振装置。
【請求項２】
前記前記出力指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記レーザ出力設定部からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
前記前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するＤＡ変換器を備えた請求項２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記前記光検出器の出力信号と前記前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器前記を備え、前記前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたレーザ発振装置。
【請求項５】
前記前記電源指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記比較器からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項４記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
前記前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するＤＡ変換器を備えた請求項５記載のレーザ発振装置。
【請求項７】
出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたレーザ発振装置。
【請求項８】
前記出力指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記レーザ出力設定部からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項７記載のレーザ発振装置。
【請求項９】
前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するＤＡ変換器を備えた請求項８記載のレーザ発振装置。
【請求項１０】
前記電源指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記比較器からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項７から９の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項１１】
前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するＤＡ変換器を備えた請求項１０記載のレーザ発振装置。
【請求項１２】
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、レーザ光を発生する請求項１から１１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、レーザビームの形状を選択設定することができる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】
近年、レーザ発振装置にビームモードを切り替えるビームモード切替手段を備え、レーザ光を高次モードと低次モードに切替、高次モードで溶接加工や焼入れ加工など、また、低次モードで切断加工など、用途に応じてモード切替を可能としたレーザ発振装置が広く使用され始めている。
【０００３】
このような従来のレーザ発振装置では、レーザ光のビームモードの切替えに伴ってレーザ出力の許容値も変化するため、高次モードに許容値を合わせれば低次モードでの鏡の破損を招き、一方低次モードに許容値を合わせれば、高次モードの出力が抑えられるという問題があった。
【０００４】
そこで、レーザ共振器の鏡を保護しつつ、切換可能な各ビームモード最大許容出力を得るため、レーザ光検出器からの出力信号と比較する設定値を複数個設け、ビームモードに応じてレーザ出力設定値を選択するようにした発明が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１に記載された発明では、レーザ出力設定器は複数個の設定値を有し、レーザ光のビームモードの切替えに応じてレーザ出力設定値を選択するようになっている。このレーザ発振装置の高次モードおよび低次モードについての高電圧電源出力とレーザ出力の関係を図１１に示す。
【０００６】
図１１に示すように、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時の高次モードに対して、使用時の低次モードでは、同一の高電圧電源出力では６０〜８０％程度のレーザ出力に低下する。これは、アパーチャなどのビームモード切替手段の使用により、レーザ共振器内のレーザ光路が制限され、レーザ共振現象の起きる範囲が制限されるためである。
【０００７】
また、高電圧電源出力とレーザ出力の関係は、高電圧電源出力が増加するとレーザ出力が単調に増加する比例関係の状態と、高電圧電源出力が増加してもレーザ出力があまり増加しない飽和状態が存在する。
【０００８】
これは、レーザ共振器内の励起媒体が高電圧電源からの出力エネルギーにより熱的に飽和状態になるためである。この飽和現象は、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時の高次モードに比べ、アパーチャなどのビームモード切替手段を使用した低次モードの方が顕著に現れる。このように高電圧電源出力を増加してもレーザ出力の増加にあまり寄与しない現象は、アパーチャなどのビームモード切替手段の使用と不使用によっても差が発生する。
【特許文献１】特公平６−２６２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のレーザ発振装置は、レーザ出力設定器に複数個の設定値を有し、レーザ光のビームモードの切替えに応じてレーザ出力設定値を選択するようになっているため、ビームモード数と同数のレーザ出力設定値および切換スイッチが必要で構成が複雑になっている。また、レーザ出力設定の変更に際して複数の設定を同時に変更する必要がある。
【００１０】
前記このようにレーザ出力設定器にビームモード数と同数のレーザ出力設定値および切換スイッチが設けられているので、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定値の変更が必要となり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合には、煩雑な設定変更の作業が必要となっていた。
【００１１】
また、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時に比べアパーチャなどのビームモード切替手段の使用時には、高電圧電源出力とレーザ出力の関係が変化して、高電圧電源の出力を増大してもレーザ出力の増加比率が著しく低下して、レーザ出力が飽和状態に至る現象が発生し、高電圧電源出力の利用効率が著しく悪くなる。さらに、最悪の場合、高電圧電源の出力を増大するとレーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、ビームモードの切替えをした場合でもレーザ出力が同一出力のときは、レーザ出力設定器の再設定をすることなく安定なレーザ出力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】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設けたものである。
【００１４】
この構成により光検出器の出力信号と比較する比較器へのレーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値に抑えることで過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化が図れる。
【００１５】
また、本発明の別のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたものである。
【００１６】
この構成により、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下するということもなくなる。
【００１７】
さらに、本発明の別のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたものである。
【００１８】
この構成により、上述した効果に加え、レーザ出力指令を間違って指令した場合でも出力指令演算手段で出力指令が制限されため、過大レーザ出力の照射防止、また、電源指令演算手段により高電圧電源への指令が制限されるため、高電圧電源からの過大電圧や過大電流の発生することなく機器の破損も防止でき、レーザ発振装置の安全性と信頼性をさらに向上さすことができる。
【００１９】
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、レーザ光を発生する上述した何れかのレーザ発振装置を備えたものである。
【００２０】
この構成により前記と同様な効果のほか、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】
【００２１】
以上のように、本発明はレーザ出力の変更時に行っていたビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更作業の必要がなくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡略化が図れると同時に、レーザ出力の設定が一元化できて過大なレーザ出力の照射を防止できる。
【００２２】
また、高電圧電源出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率の向上および、レーザ共振器内の熱飽和の発生を防止して、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】
【００２３】
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１０を用いて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明のレーザ発振装置の実施の形態１におけるブロック図である。
【００２５】
図１において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光１、２、レーザ共振器を構成する出力鏡３、レーザ共振器を構成する反射鏡４、誘電体よりなる放電管５、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を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源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機１０、ガス循環管体１１、微少レーザ光を拡散する積分球１２、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器１３、ビームモードを整形するアパーチャ２０、アパーチャ２０を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段２１、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部２２、レーザ出力設定部２２からの信号と制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期してレーザ出力設定部２２からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段２３、光検出器１３の出力信号とレーザ出力設定部２２の設定値を比較して高電圧電源８にフィードバックする比較器２４、光検出器信号を増幅する増幅器２５、ビームモード切替手段２１へのビームモード切替信号を出力する制御装置３０を備えている。
【００２６】
その構成は、放電管５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５内部のレーザガスを放電するようにしている。この放電管５にはガス循環管体１１を接続していて、このガス循環管体１１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が循環するように構成しており、本実施の形態ではアノード電極６からカソード電極７へレーザガスを流すようにしている。また、本実施の形態では放電管５を２本向かい合わせに接続しているが並列に並べて反射鏡で折り返して光学的に連結してもよいし、１本でもまた３本以上連結してもよい。
【００２７】
各放電管５を連結していないそれぞれの端部には出力鏡３と透過率が約０．５％で反射率９９．５％の部分反射鏡からなる反射鏡４を配置してレーザ共振器を構成している。このレーザ共振器からは出力鏡３から高出力のレーザ光１が出力され、一方、反射鏡４からはレーザ光１に比例して低出力のレーザ光２が出力される。
【００２８】
このレーザ光２を積分球１２と積分球１２に設けた光検出器１３とで構成したレーザ光検出部でレーザ光２のレーザ出力を計測することでレーザ光１の出力を検出するようにしている。
【００２９】
この計測した光検出器１３からの信号を増幅器２５を介して比較器２４に入力するようにしている。
【００３０】
また、レーザ出力設定部２２からのレーザ光の出力の設定値信号（電圧値）Ｖ１を出力指令演算手段２３に入力し、この出力指令演算手段２３からの出力信号Ｖ４を比較器２４に入力するようにしている。
【００３１】
そして、比較器２４は入力した出力信号Ｖ４と増幅器２５からの信号を比較して、レーザ出力が所定値未満のときには電力の増加指令を、レーザ出力が所定値を超えているときには電力の減少指令を、レーザ出力が所定値のときには電力を現状のままとする指令を電源指令として高電圧電源８に出力するようにしている。
【００３２】
また、上述したレーザ共振器の出力鏡３の近傍にはアパーチャ２０を配置してレーザ光のビームモードをアパーチャ２０を切り替えることで切り替えるようにしている。
【００３３】
このアパーチャ２０の切り替えはアパーチャ２０に接続したビームモード切替手段２１で行う。
【００３４】
このビームモード切替手段２１には制御装置３０を接続して、ビームモードの切り替えを制御装置３０からの信号で行うようにしている。
【００３５】
制御装置３０からはビームモード切替手段３０に信号を出力するのと同期して出力指令演算手段２３に信号（電圧データ）Ｖ２を出力するようにしている。
【００３６】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。
【００３７】
このレーザ発振装置は、放電管５内にレーザガスが循環している。放電管５の周辺に設けられたアノード電極６およびカソード電極７に接続された高電圧電源８は、放電管５内に放電を発生させる。放電によりレーザガスは励起され、反射鏡４および出力鏡３を通って外部にレーザ光１として出力される。放電管５と共にレーザガスの循環路を形成するガス循環管体１１の内部には送風機１０によりレーザガスが送られており、放電および送風機１０により上昇したレーザガスの温度を下げるため、熱交換器９が配置されている。
【００３８】
反射鏡４は、透過率が約０．５％、反射率９９．５％の鏡でレーザ共振器より照射されるレーザ光１に比例した微少のレーザ光２が出力される。このレーザ光２は積分球１２と光検出器１３で構成されるレーザ光検出部で電気信号に変換され、増幅器２５を経由して比較器２４に出力される。
【００３９】
一方、レーザ出力設定部２２で設定された設定値信号は、出力指令演算手段２３でビームモードに最適な出力指令に変換され比較器２４に入力される。比較器２４において、前記増幅器２５の出力信号と比較し、電源指令信号として高電圧電源８にフィードバック制御される。
【００４０】
レーザ共振器内のレーザ光路上に設置したアパーチャ２０は、制御装置３０の制御信号でレーザ光のビームモードに応じてビームモード切替手段２１で選択可能な状態となっていて、溶接加工、焼入れ加工、切断加工などの加工用途に応じて切替えできる構成となっている。それと同時に、制御装置３０よりレーザ光のビームモードに応じて出力指令演算手段２３および電源指令演算手段２６に対して、基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などを制御信号として出力する。前記基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などは、各ビームモードごとに初期値として制御装置３０に記憶されているので、モード切替時に対応が容易となっている。
【００４１】
図２はアパーチャ不使用時の高次モードのレーザ光強度分布、図３はアパーチャ使用時の低次モードのレーザ光強度分布の一例を示す。
【００４２】
アパーチャ不使用時の高次モードの用途として溶接加工、焼入れ加工などに向き、アパーチャ使用時の低次モードの用途として切断加工に適している。
【００４３】
図４は出力指令演算手段の構成一例を示す回路構成図である。
【００４４】
図４において出力指令演算手段２３は、レーザ出力設定部２２からの入力信号Ｖ１のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段４１、制御装置３０から入力する電圧データＶ２に基づきクリップ手段４１への基準電圧Ｖ３を出力する基準電圧部４２を備えている。
【００４５】
クリップ手段４１は、レーザ出力設定部２２からの入力信号Ｖ１と基準電圧部４２からの基準電圧Ｖ３を入力する演算増幅器４３と、この演算増幅器４３の出力を入力し、出力信号Ｖ４を出力する演算増幅器４４から構成し、また、基準電圧部４２は、制御装置３０からの電圧データＶ２をＤＡ変換して基準電圧Ｖ３を出力するＤＡ変換器４５で構成している。
【００４６】
以上のように構成した出力指令演算手段について、その動作を説明する。
【００４７】
制御装置３０からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などにより、基準電圧部４２のＤＡ変換器４５で基準電圧Ｖ３を発生させ演算増幅器４３に出力する。
【００４８】
レーザ出力設定部２２より設定値信号Ｖ１が入力されると前記基準電圧Ｖ３と比較され、前記設定値信号Ｖ１が基準電圧Ｖ３以下の場合はそのままの電圧値Ｖ１が演算増幅器４４により電圧信号として出力される。
【００４９】
しかし、レーザ出力設定部２２の設定値が基準電圧Ｖ３より高い場合は、演算増幅器４３でクリップされ演算増幅器４４から基準電圧Ｖ３と同じ電圧値が出力信号として出力される。
【００５０】
このように基準電圧部４２を設けたことによりビームモードに対しての切替えが容易となり正確な電圧指令が比較器２４に供給されレーザ出力の安定性を向上することとなる。
【００５１】
また、基準電圧部４２をＤＡ変換器４５で構成したことにより制御装置３０に記憶している設定値でさらに正確に切替えが出来るため、経年変化に対して安定することとなる。
【００５２】
なお、基準電圧部４２にＤＡ変換器４５を用いて説明したがこの素子に限ったものではなく抵抗器と切替え素子を用いて基準電圧を切替えて制御するようにしても良い。
【００５３】
このように、制御装置３０からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号など基準電圧部の基準電圧を変更することにより、各ビームモードに最適なレーザ出力指令値が選択でき安定したレーザ光が出力できる。
【００５４】
図５に出力指令演算手段のレーザ出力指令値入力と出力指令演算出力の関係を示す。
【００５５】
高次モードの場合、レーザ出力指令値入力は、そのままの出力指令として出力されるが、低次モードの場合、レーザ出力指令値入力は、Ｐ１点を境にクリップされ入力電圧が上昇しても出力指令は一定値以上に上昇しないようになっている。
【００５６】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。
【００５７】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。
【００５８】
（実施の形態２）
図６は本発明のレーザ発振装置の実施の形態２におけるブロック図である。
【００５９】
図６において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光１、２、レーザ共振器を構成する出力鏡３、レーザ共振器を構成する反射鏡４、誘電体よりなる放電管５、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を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源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機１０、ガス循環管体１１、微少レーザ光を拡散する積分球１２、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器１３、ビームモードを整形するアパーチャ２０、アパーチャ２０を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段２１、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部２２、光検出器１３の出力信号とレーザ出力設定部２２の設定値を比較して高電圧電源８にフィードバックする比較器２４、光検出器信号を増幅する増幅器２５、制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して比較器２４の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段２６、ビームモード切替手段２１へのビームモード切替信号を出力する制御装置３０を備えている。
【００６０】
本実施の形態は、実施の形態１の出力指令演算部２３を削除し、レーザ出力設定部２２のレーザ光の出力の設定値信号（電圧値）Ｖ１を比較器２４に入力する点と、比較器２４からの比較結果の信号Ｖ５を入力し、かつ、制御装置３０からのビームモード切替の信号と同期した信号（電圧データ）Ｖ６を入力し、高電圧電源８に信号Ｖ８を出力する電源指令演算手段２６を、比較器２４と高電圧電源８の間に設けた点が実施の形態１と異なる点である。
【００６１】
それ以外の構造および作用は実施の形態１と同じため、同じ符号を付し説明を省略する。
【００６２】
図７は、電源指令演算手段２６の構成図で、この電源指令演算手段２６は、比較器２４からの入力信号Ｖ５のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段５１、制御装置３０から入力する電圧データＶ６に基づきクリップ手段５１への基準電圧Ｖ７を出力する基準電圧部５２を備えている。
【００６３】
クリップ手段５１は、比較器２４からの入力信号Ｖ５と基準電圧部５２からの基準電圧Ｖ７を入力する演算増幅器５３と、この演算増幅器５３の出力を入力し、出力信号Ｖ８を出力する演算増幅器５４から構成し、また、基準電圧部５２は、制御装置３０からの電圧データＶ６をＤＡ変換して基準電圧Ｖ７を出力するＤＡ変換器５５で構成している。
【００６４】
基準電圧部５２を設けたことによりビームモードに対しての切替えが容易となり正確な電圧指令が高電圧電源に供給され、レーザ出力の安定性を向上することとなる。
【００６５】
また、基準電圧部５２をＤＡ変換器５５で構成したことにより制御装置３０に記憶している設定値でさらに正確に切替えが出来るため、経年変化に対して安定することとなる。
【００６６】
以上のように構成した電源指令演算手段について、その動作を説明する。
【００６７】
制御装置３０からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などにより、基準電圧部５２のＤＡ変換器５５で基準電圧Ｖ７を発生させ演算増幅器５３に出力する。
【００６８】
比較器２４より比較結果信号Ｖ５が入力されると前記基準電圧Ｖ７と比較され、前記設定値信号Ｖ５が基準電圧Ｖ７以下の場合はそのままの電圧値Ｖ５が演算増幅器５４により電圧信号として出力される。
【００６９】
しかし、比較器２４の比較結果信号Ｖ５が基準電圧Ｖ７より高い場合は、演算増幅器５３でクリップされ演算増幅器５４よりは基準電圧Ｖ７と同じ電圧値が出力信号として出力される。
【００７０】
なお、基準電圧部５２にＤＡ変換器５５を用いて説明したがこの素子に限ったものではなく抵抗器と切替え素子を用いて基準電圧を切替えて制御するようにしても良い。
【００７１】
このように、制御装置３０からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号など基準電圧部の基準電圧を変更することにより、各ビームモードに最適な電源指令信号が選択でき経年変化のない安定したレーザ光が出力できる。
【００７２】
図８に電源指令演算手段の電源指令入力と電源指令演算出力の関係を示す。
【００７３】
高次モードの場合、電源指令入力は、そのままの電源指令出力として出力されるが、低次モードの場合、電源指令入力は、Ｐ２点を境にクリップされ入力電圧が上昇しても出力指令は一定値以上に上昇しないようになっている。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応した設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。
【００７５】
また、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下を防止することができる。
【００７６】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。
【００７７】
（実施の形態３）
図９は本発明のレーザ発振装置の実施の形態３におけるブロック図である。
【００７８】
図９において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光１、２、レーザ共振器を構成する出力鏡３、レーザ共振器を構成する反射鏡４、誘電体よりなる放電管５、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を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源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機１０、ガス循環管体１１、微少レーザ光を拡散する積分球１２、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器１３、ビームモードを整形するアパーチャ２０、アパーチャ２０を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段２１、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部２２、レーザ出力設定部２２からの信号と制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期してレーザ出力設定部２２からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段２３、光検出器１３の出力信号とレーザ出力設定部２２の設定値を比較して高電圧電源８にフィードバックする比較器２４、光検出器信号を増幅する増幅器２５、制御装置３０からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して比較器２４の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段２６、ビームモード切替手段２１へのビームモード切替信号を出力する制御装置３０を備えている。
【００７９】
本実施の形態は実施の形態１に実施の形態２を加えたもので、実施の形態１に、実施の形態２の電源指令演算手段２６を比較器２４と高電圧電源８の間に設けたものである。
【００８０】
本実施の形態の特徴とする出力指令演算部２３、電源指令演算手段２６、および全体の構造および作用は実施の形態１および２と同じため、同じ符号を付し説明を省略する。
【００８１】
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。
【００８２】
また、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下を防止することができる。
【００８３】
さらに、レーザ出力指令を間違って指令した場合でも出力指令演算手段で出力指令が制限されため、過大レーザ出力の照射防止、また、電源指令演算手段により高電圧電源への指令が制限されるため、高電圧電源からの過大電圧や過大電流の発生することなく機器の破損も防止でき、レーザ発振装置の安全性と信頼性をさらに向上さすことができる。
【００８４】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。
【００８５】
（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４におけるレーザ加工機の構成図を示している。
【００８６】
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から３の何れかに記載のレーザ発振装置６５と、レーザ光路６６とにより構成されている。
【００８７】
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。
【００８８】
前記レーザ加工機によれば、ビームモード切換に関係なくレーザ出力指令が同一加工条件で指令できて作業性が向上する。また、レーザ出力指令を間違った場合でも、レーザ発振装置より過大なレーザ光の照射を防止し、レーザ光の出力パワーの正確な照射が可能となる。
【００８９】
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】
【００９０】
本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、過大なレーザ出力の照射の防止およびレーザ出力設定作業の簡素化をすることができ、ビームモード選択機能を有するレーザ発振装置およびレーザ加工機などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明のレーザ発振装置の実施の形態１におけるブロック図
【図２】アパーチャ不使用時の高次モードのレーザ光強度分布図
【図３】アパーチャ使用時の低次モードのレーザ光強度分布図
【図４】本発明の実施の形態１の出力指令演算手段の回路構成図
【図５】本発明の実施の形態１の出力指令演算手段のレーザ出力指令値入力と出力指令演算出力の関係図
【図６】本発明のレーザ発振装置の実施の形態２におけるブロック図
【図７】本発明の実施の形態２の電源指令演算手段の回路構成図
【図８】本発明の実施の形態２の電源指令演算手段の電源指令入力と電源指令演算出力の関係図
【図９】本発明のレーザ発振装置の実施の形態３におけるブロック図
【図１０】本発明の実施の形態４におけるレーザ加工機の構成図
【図１１】高電圧電源出力とレーザ出力の関係図
【符号の説明】
【００９２】
１    レーザ光
２    レーザ光
３    出力鏡
４    反射鏡
５    放電管
６    アノード電極
７    カソード電極
８    高電圧電源
９    熱交換器
１０    送風機
１１    ガス循環管体
１２    積分球
１３    光検出器
２０    アパーチャ
２１    ビームモード切替手段
２２    レーザ出力設定部
２３    出力指令演算手段
２４    比較器
２５    増幅器
２６    電源指令演算手段
３０    制御装置
４１    クリップ手段
４２    基準電圧部
４３、４４    演算増幅器
４５    ＤＡ変換器
５１    クリップ手段
５２    基準電圧部
５３、５４    演算増幅器
５５    ＤＡ変換器
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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