(57)【要約】【課題】  レーザー出力部からコントローラユニットを分離して光ファイバーケーブルで接続されているレーザー加工装置において、レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子を適切に発光させる。【解決手段】  レーザー励起光を出力するコントローラユニット２と、レーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブル３ａと、レーザー結晶４３からなる共振器４１を有し、光ファイバーケーブル３ａを介して供給されるレーザー励起光に基づいて共振器４１により生成されるレーザー出力光をワークＡに対して照射するヘッドユニット４とを備え、コントローラユニット２が、レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子５２と、測定によって得られる半導体レーザー発光素子５２ごとのバラツキ情報を記憶する不揮発性のバラツキ情報記憶部５６と、バラツキ情報に基づいて半導体レーザー発光素子５２を駆動し、発光量の調整を行う駆動制御部５５により構成される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー励起光を出力するコントローラユニットと、コントローラユニットから供給されるレーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブルと、レーザー結晶からなる共振器を有し、光ファイバーケーブルを介して供給されるレーザー励起光に基づいて共振器により生成されるレーザー出力光を加工対象物に対して照射するヘッドユニットとを備え、
上記コントローラユニットは、上記レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子と、
測定によって得られる半導体レーザー発光素子ごとのバラツキ情報を記憶する不揮発性のバラツキ情報記憶手段と、
上記バラツキ情報に基づいて上記半導体レーザー発光素子を駆動し、発光量の調整を行う駆動制御手段とを有することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
上記コントローラユニットは、ユーザの操作入力に基づいて指定される半導体レーザー発光素子の発光量に関する出力制御情報を書き換え可能に記憶する制御情報記憶手段を有し、
上記駆動制御手段は、上記出力制御情報に基づいて半導体レーザー発光素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
上記バラツキ情報記憶手段は、上記半導体レーザー発光素子に供給する電流の上限値及び下限値をバラツキ情報として記憶することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
上記バラツキ情報記憶手段は、上記半導体レーザー発光素子に供給する電流を上記共振器のレーザー出力に基づいてオフセットさせるオフセット情報をバラツキ情報として記憶することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
上記コントローラユニットは、上記半導体レーザー発光素子を冷却する電子冷却素子と、
上記電子冷却素子に電力を供給し、上記半導体レーザー発光素子の温度調整を行う発光素子温度調整手段とを有し、
上記発光素子温度調整手段は、上記バラツキ情報記憶手段がバラツキ情報として記憶する発光素子目標温度に基づいて温度調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
上記コントローラユニットは、ユニット本体と、ユニット本体に着脱可能に取り付けられる励起光源モジュールとからなり、
上記ユニット本体は、上記共振器の出力制御を行う制御回路と、上記ヘッドユニット及び上記励起光源モジュールに対して電力供給を行う電源回路と、上記制御回路及び上記電源回路を収容する本体筐体とを有し、
上記励起光源モジュールは、上記光ファイバーケーブルの端部が取り付けられ、上記半導体レーザー発光素子、上記バラツキ情報記憶手段及び上記駆動制御手段を収容するモジュール筐体を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
上記励起光源モジュールは、上記モジュール筐体内において生じた熱を排出する冷却ファンを有し、
上記ユニット本体は、上記冷却ファンに電力を供給し、上記バラツキ情報記憶手段がバラツキ情報として記憶する筐体内目標温度に基づいてモジュール筐体内の温度調整を行う筐体内温度調整手段を有することを特徴とする請求項６に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置に係り、さらに詳しくは、レーザー励起光を生成するコントローラユニットと、レーザー励起光に基づいてレーザー結晶からなる共振器により生成されたレーザー出力光を加工対象物に対して照射するヘッドユニットとを光ファイバーケーブルによって接続したレーザー加工装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を加工対象物（ワーク）に照射することにより、ワーク表面に文字を印字したり、図形を刻印するレーザー加工装置として、レーザーマーキング装置がある。近年、高いレーザー出力が得られるとともに、小スポットへの集光が容易であることから、レーザー媒質にＹＡＧやＹＶＯ４などの結晶（レーザー結晶）を用いる固体レーザーがレーザーマーキング装置として普及している。
【０００３】
一般に、この様なレーザー加工装置は、レーザー結晶及び一対の共振用ミラーからなる共振器と、レーザー結晶の光ポンピングに用いられるレーザー励起光を生成するレーザーダイオード（ＬＤ）などの半導体レーザー発光素子と、共振器の出力制御を行う制御回路と、半導体レーザー発光素子へ電力供給を行う電源回路からなる。レーザー結晶にレーザー励起光を照射すれば、レーザー結晶を構成する各原子が励起され、レーザー結晶内にエネルギー準位に関する反転分布が形成されると、共振器から誘導放射によるレーザー出力光が出力される。
【０００４】
最近では、製造ラインなどへの設置を容易化するという観点から、レーザー出力光をワークに対して照射するレーザー出力部の小型化が要求されている。そこで、レーザー出力部から半導体レーザー発光素子、制御回路及び電源回路を分離して配置するレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に記載のレーザー加工装置は、レーザー出力光をワークに対して照射するレーザー出力部としてのヘッドユニットと、ヘッドユニットにレーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブルと、光ファイバーケーブルにレーザー励起光を供給するコントローラユニットにより構成される。ヘッドユニットは、共振器と、共振器からのレーザー出力光を２次元走査するための一対のガルバノミラーからなる走査系と、共振器及び走査系が配置される筐体（以下、ヘッド筐体という）を有している。コントローラユニットは、半導体レーザー発光素子、制御回路、電源回路及びこれらが配置される筐体（以下、コントローラ筐体という）を有している。
【０００６】
この様にして、レーザー出力部からコントローラユニットを分離し、両者を光ファイバーケーブルで接続することにより、ヘッドユニットの筐体サイズを小型化することができる。通常、この様なレーザー加工装置は、ワークに照射するレーザー出力光の強度を必要に応じて切り替えることができるようになっている。すなわち、ワークの材質や表面状態、加工量に応じてユーザがレーザー出力を選択できるようになっている。レーザー出力光の強度は、共振器に供給されるレーザー励起光の強度によって決定されるので、レーザー出力光の強度の切り替えは、半導体レーザー発光素子に供給される電流を制御することにより行われる。
【特許文献１】特願２００３−１５３４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子には、供給可能な電流の上限値としての定格電流や、発光に必要な電流の下限値に関してデバイスごとに異なる個体バラツキがある。従来のレーザー加工装置では、デバイスごとの個体バラツキを吸収可能なように半導体レーザー発光素子に供給させる電流の範囲を定めている。このため、半導体レーザー発光素子に対して供給される電流の範囲が実際に供給可能な電流の範囲よりも狭くなり、出力強度の範囲が狭まってしまうという問題があった。また、レーザー出力の強度を切り替え可能なレーザー加工装置では、ユーザが指定した出力強度に対し、実際に出力されるレーザー出力光の強度が半導体レーザー発光素子によっては大きくずれてしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザー出力部からコントローラユニットを分離して光ファイバーケーブルで接続しているレーザー加工装置において、レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子を適切に発光させることを目的とする。特に、レーザー励起光の出力範囲を拡大させたレーザー加工装置を提供することを目的とする。また、レーザー出力光の強度がユーザの操作入力に基づいて指定される出力強度からずれるのを抑制させたレーザー加工装置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】
【０００９】
本発明によるレーザー加工装置は、レーザー励起光を出力するコントローラユニットと、コントローラユニットから供給されるレーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブルと、レーザー結晶からなる共振器を有し、光ファイバーケーブルを介して供給されるレーザー励起光に基づいて共振器により生成されるレーザー出力光を加工対象物に対して照射するヘッドユニットとを備え、上記コントローラユニットが、上記レーザー励起光を生成する半導体レーザー発光素子と、測定によって得られる半導体レーザー発光素子ごとのバラツキ情報を記憶する不揮発性のバラツキ情報記憶手段と、上記バラツキ情報に基づいて上記半導体レーザー発光素子を駆動し、発光量の調整を行う駆動制御手段とを有するように構成される。
【００１０】
この様な構成により、駆動制御手段によって半導体レーザー発光素子が駆動される。その際、測定によって得られる半導体レーザー発光素子ごとのバラツキ情報が記憶され、このバラツキ情報に基づいて発光量の調整が行われる。このため、半導体レーザー発光素子の個体バラツキを吸収させるためにレーザー出力の強度範囲を狭める必要がなく、常に、適切に半導体レーザー発光素子を発光させることができる。
【００１１】
具体的には、半導体レーザー発光素子に供給する電流の上限値及び下限値や、半導体レーザー発光素子に供給する電流を共振器のレーザー出力に基づいてオフセットさせるオフセット情報がバラツキ情報として記憶される。
【００１２】
本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加え、上記コントローラユニットが、ユーザの操作入力に基づいて指定される半導体レーザー発光素子の発光量に関する出力制御情報を書き換え可能に記憶する制御情報記憶手段を有し、上記駆動制御手段が、上記出力制御情報に基づいて半導体レーザー発光素子を駆動するように構成される。この様な構成によれば、バラツキ情報と、ユーザの操作入力によって指定される出力制御情報に基づいて半導体レーザー発光素子の駆動制御が駆動制御手段により行われるので、レーザー出力光の強度がユーザ指定の出力強度から半導体レーザー発光素子の個体バラツキによってずれるのを抑制させることができる。
【００１３】
また、本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加え、上記コントローラユニットが、上記半導体レーザー発光素子を冷却する電子冷却素子と、上記電子冷却素子に電力を供給し、上記半導体レーザー発光素子の温度調整を行う発光素子温度調整手段とを有し、上記発光素子温度調整手段が、上記バラツキ情報記憶手段がバラツキ情報として記憶する発光素子目標温度に基づいて温度調整を行うように構成される。
【００１４】
本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加え、上記コントローラユニットが、ユニット本体と、ユニット本体に着脱可能に取り付けられる励起光源モジュールとからなり、上記ユニット本体が、上記共振器の出力制御を行う制御回路と、上記ヘッドユニット及び上記励起光源モジュールに対して電力供給を行う電源回路と、上記制御回路及び上記電源回路を収容する本体筐体とを有し、上記励起光源モジュールが、上記光ファイバーケーブルの端部が取り付けられ、上記半導体レーザー発光素子、上記バラツキ情報記憶手段及び上記駆動制御手段を収容するモジュール筐体と、上記電源回路に対して着脱可能に接続され、当該電源回路から入力される供給電力を上記駆動制御手段へ出力する接続端子とを有するように構成される。
【００１５】
この様な構成によれば、励起光源モジュールをユニット本体から取り外すことができるので、ヘッドユニットや励起光源モジュールに不具合が生じた場合に、ヘッドユニットなどを整備工場に搬送する際の搬送性を向上させることができる。その際、光ファイバーケーブルを介してヘッドユニットと連結する励起光源モジュールにバラツキ情報が記憶されるので、半導体レーザー発光素子を取り替えても、適切な出力強度で発光させることができる。
【００１６】
また、本発明によるレーザー加工装置は、上記構成に加え、上記励起光源モジュールが、上記モジュール筐体内において生じた熱を排出する冷却ファンを有し、上記ユニット本体が、上記冷却ファンに電力を供給し、上記バラツキ情報記憶手段がバラツキ情報として記憶する筐体内目標温度に基づいてモジュール筐体内の温度調整を行う筐体内温度調整手段を有するように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるレーザー加工装置によれば、測定によって得られる半導体レーザー発光素子ごとのバラツキ情報が記憶され、このバラツキ情報に基づいて発光量の調整が行われるので、常に、適切に半導体レーザー発光素子を発光させることができ、レーザー励起光の出力範囲を拡大させることができる。また、バラツキ情報及び出力制御情報に基づいて半導体レーザー発光素子の駆動制御が行われるので、レーザー出力光の強度がユーザ指定の出力強度から半導体レーザー発光素子の個体バラツキによってずれるのを抑制させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の概略構成の一例を示した外観斜視図であり、レーザー出力光をワーク（加工対象物）Ａに照射して印字や刻印などの加工を行うレーザーマーキング装置が示されている。また、図２は、図１のレーザー加工装置における要部詳細を示した図であり、励起光源モジュール５をユニット本体３０から取り外した状態をユニット本体３０の背面側から見た様子が示されている。
【００１９】
本実施の形態によるレーザー加工装置１は、レーザー励起光を出力するコントローラユニット２と、レーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブルを収容したケーブル管３と、伝送されたレーザー励起光に基づいてレーザー出力光を出力するヘッドユニット４からなる。このコントローラユニット２は、ユニット本体３０と、ユニット本体３０に着脱可能に取り付けられる励起光源モジュール５からなる。
【００２０】
ヘッドユニット４は、レーザー励起光からレーザー出力光を生成する共振器を収容するヘッド筐体４ａからなる。ヘッド筐体４ａは、横長の直方体形状からなり、ワークＡに対して水平に配置される。ヘッド筐体４ａには、その一端面にケーブル管３が接続される接続部１６と、電源ケーブル１５が着脱可能に接続される接続端子１８と、信号伝送ケーブル１４が着脱可能に接続される接続端子１７が設けられている。
【００２１】
ケーブル管３には、励起光源モジュール５から供給されるレーザー励起光を伝送する光ファイバーケーブルと、共振器におけるＱスイッチ用の制御信号を伝送する信号伝送ケーブルが収容されている。光ファイバーケーブルを介してコントローラユニット２からレーザー励起光が共振器に供給され、ヘッドユニット４のヘッド筐体４ａ底面から垂直にレーザー出力光が出射される。
【００２２】
電源ケーブル１５は、ユニット本体３０から供給される電力を伝送するケーブルであり、コネクタ９を介して接続端子１８に接続される。信号伝送ケーブル１４は、ユニット本体３０からの制御信号を伝送するケーブルであり、コネクタ８を介して接続端子１７に接続される。
【００２３】
励起光源モジュール５は、レーザー励起光を出力する励起光発生器を収容するモジュール筐体５ａからなる。モジュール筐体５ａは、直方体形状からなり、その背面には、ケーブル管３が接続される接続部１１と、各種接続端子３１〜３３と、冷却ファン１２と、取っ手１３が設けられている。
【００２４】
接続端子３１は、コネクタ２１を介してユニット本体３０に着脱可能に接続され、ユニット本体３０からＱスイッチ用の制御信号が入力される。接続端子３２は、コネクタ２２を介してユニット本体３０に着脱可能に接続され、励起光発生器用の制御信号が入力される。接続端子３３は、コネクタ２３を介してユニット本体３０に着脱可能に接続され、ユニット本体３０から電力が供給される。
【００２５】
冷却ファン１２は、モジュール筐体５ａ内で生じた熱を排出するための冷却手段であり、筐体内の空気を入れ替えることにより、モジュール筐体５ａ内の温度が一定に保持される。取っ手１３は、励起光源モジュール５をユニット本体３０に対して着脱する際や、励起光源モジュール５を運搬する際に用いるハンドルである。ケーブル管３の接続方向に沿って取っ手１３を引けば、励起光源モジュール５をユニット本体３０から手前に引き出すことができる。つまり、ケーブル管３の一端が接続されるヘッドユニット４と、励起光源モジュール５とが当該ケーブル管３によって接続された状態で、ヘッドユニット４をユニット本体３０から分離することができる。従って、ヘッドユニット４や励起光源モジュール５に不具合が生じた場合などに、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５をユニット本体３０から取り外しても、励起光源モジュール５をユニット本体３０に取り付ける際の光軸調整が不要となる。特に、ヘッドユニット４が電源回路を収容するユニット本体３０から取り外せるので、ヘッドユニット４を整備工場に搬送する際の搬送性を向上させることができる。
【００２６】
ユニット本体３０は、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５の動作制御を行う制御回路や、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５に対して電力供給を行う電源回路を収容する本体筐体２ａからなる。本体筐体２ａは、長方体形状からなり、その背面パネル２ｂには、励起光源モジュール５が挿入される開口部２ｃ、接続端子２４，２５、端子台６及び冷却ファン７が設けられている。
【００２７】
開口部２ｃは、背面パネル２ｂにおいて冷却ファン７の上側に配置され、矩形の開口面の下端には、各コネクタ２１〜２３が延出する端子部及び端子蓋１０が設けられている。端子蓋１０は、本体筐体２ａに開閉可能に設けられ、励起光源モジュール５を開口部２ｃに挿入してモジュール筐体５ａが本体筐体２ａ内に収容された状態において、ユニット本体３０の端子部及び励起光源モジュール５の各接続端子３１〜３３をカバーすることができる。
【００２８】
冷却ファン７は、本体筐体２ａ内で生じた熱を排出するための冷却手段であり、背面パネル２ｂにおいて開口部２ｃの下側に配置されている。接続端子２４には、コネクタ８を介して信号伝送ケーブル１４が着脱可能に接続され、接続端子２５には、コネクタ９を介して電源ケーブル１５が着脱可能に接続される。端子台６は、多数の接続端子からなり、本体筐体２ａに対して着脱可能に取り付けられる。この端子台６は、外部機器に対する接続端子ごとの接続状態を保持したまま、本体筐体２ａから取り外すことができる。
【００２９】
<ヘッドユニット４>
図３は、図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、レーザー励起光に基づいてレーザー出力光を出力するヘッドユニット４内の様子が示されている。このヘッドユニット４は、レーザー出力光を生成するレーザー発振器４１と、生成されたレーザー出力光を２次元走査する走査系４６と、通信ポート４７、走査制御部４８及びメモリ４９からなる。レーザー発振器４１は、共振器４２と、共振器４２内に配置されるＱスイッチ４４からなる。なお、ヘッド筐体４ａの接続部１６には、光ファイバーケーブル３ａ及び信号伝送ケーブル３ｂが接続されている。
【００３０】
共振器４２は、棒状のレーザー媒質からなるレーザー結晶４３と、レーザー結晶４３を挟んで配置される一対の共振用ミラー４２ａ及び４２ｂにより構成される。各共振用ミラー４２ａ及び４２ｂは、いずれもレーザー結晶４３の軸方向に垂直に配置され、反射面を対向させてヘッド筐体４ａに固定されている。ここでは、光ファイバーケーブル３ａを介して供給されたレーザー励起光をレーザー結晶４３の端面に入射させる励起方式、いわゆるエンドポンピング方式が採用されているものとする。すなわち、レーザー励起光は、共振器４１の光軸に沿ってレーザー結晶４３に入力される。
【００３１】
レーザー励起光の入力側に配置される共振用ミラー４２ａは、全反射型反射鏡となっている。出力側に配置される共振用ミラー４２ｂは、半透過型反射鏡となっており、レーザー励起光を吸収することによって励起したレーザー結晶４３から誘導放射されたレーザー光の一部をレーザー出力光として出力させることができる。
【００３２】
レーザー結晶４３は、レーザー励起光の吸収による光ポンピングによってエネルギー準位に関する反転分布の形成が可能な結晶固体であって、エネルギー準位間の遷移によってレーザー光を放射する結晶固体である。具体的には、ネオジウム（Ｎｄ）イオンをドープ（注入）したＹＡＧ（イットリウム及びアルミニウムからなるガーネット結晶）やＹＶＯ４（イットリウム・バナジウム酸塩）がレーザー結晶４３として用いられる。レーザー結晶４３から放射されたレーザー光は、共振用ミラー４２ａ及び４２ｂによって反射され、共振用ミラー間で往復することにより増幅される。
【００３３】
Ｑスイッチ４４は、レーザー出力光の出力タイミングを決定するデバイスであり、レーザー結晶４３と、出力側の共振用ミラー４２ｂとの間に配置されている。ここでは、信号伝送ケーブル３ｂを介してユニット本体３０から入力される制御信号に基づいてオンオフする音響光学素子（ＡＯ素子）がＱスイッチ４４として用いられるものとする。具体的には、共振器４１の光軸上に配置される透明部材と、制御信号としてのＲＦ信号の入力によって超音波を発生する超音波発生器により構成され、超音波の伝搬方向について透明部材の屈折率が変化することでレーザー出力がオンオフされる。Ｑスイッチ４４を適当なタイミングでオンオフさせることにより、連続放射に比べて、ピークパワーが極めて高いパルス状のレーザー出力を得ることができる。
【００３４】
なお、Ｑスイッチ４４としては、ＡＯ素子に代えて、電圧の印加によって屈折率が変化する電気光学素子を用いても良い。
【００３５】
共振器４２により生成されたレーザー出力光は、ミラー４５によって直角に光路が曲げられ、走査系４６に入力する。走査系４６は、レーザー出力光を２次元走査するためのミラー、駆動部及び出力レンズからなる。ここでは、一対のガルバノミラー及び駆動用モーターが用いられるものとする。
【００３６】
各ガルバノミラーは、駆動用モーターの直交する回転軸にそれぞれ取り付けられ、互いに独立して回転することでレーザー出力光を２次元走査させることができる。出力レンズは、走査系４６における出力側に配置される走査用の光学レンズであり、走査速度を一定に保持するｆθレンズが用いられる。走査系４６へは、接続端子１８を介してユニット本体３０から電力が供給される。
【００３７】
通信ポート４７は、制御信号の入出力制御を行うインターフェースであり、接続端子１７を介してユニット本体３０との間で制御信号が送受信される。走査制御部４８は、走査系４６の駆動制御を行っており、メモリ４９内の走査制御情報及びユニット本体３０からの制御信号に基づいて２次元走査が行われる。
【００３８】
メモリ４９は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）などの書き換え可能な不揮発性の半導体記憶素子であり、各種走査制御情報が格納されている。例えば、レーザー累積点灯時間やレーザーオンオフタイミングデータ、光学系の歪補正データが格納されている。
【００３９】
レーザー累積点灯時間は、共振器４２によりレーザー発振が行われた時間の累積値であり、レーザー結晶４３や走査系４６の経年劣化を判別するためのヘッドユニット４固有のデータとなっている。このレーザー累積点灯時間は、電源投入時にユニット本体３０によって読み出され、電源オフ時にユニット本体３０によって更新される。
【００４０】
レーザーオンオフタイミングデータは、レーザー励起光の供給開始からレーザー出力光の出力が開始されるまでの時間（オンタイミング）と、レーザー励起光の供給停止からレーザー出力光の出力が停止するまでの時間（オフタイミング）からなる共振器４２固有のデータである。光学系の歪補正データは、走査系４６におけるｆθレンズの歪を補正するための走査系４６固有のデータである。レーザーオンオフタイミングデータ及び歪補正データは、ヘッドユニット４の製造時に測定され、測定によって得られたデータがメモリ４９内に格納されている。
【００４１】
<光ファイバーケーブル３ａ>
光ファイバーケーブル３ａは、ヘッドユニット４の共振器４２へレーザー励起光を伝送するための伝送路であり、石英ガラスなどの線状の透明部材からなる。光ファイバーケーブル３ａは、端面に入射した光を内部で反射させながら伝搬させることにより、エネルギー損失が極めて小さな伝送路となっている。光ファイバーケーブル３ａは、一端がヘッド筐体４ａに接続され、他端が励起光源モジュール５のモジュール筐体５ａに接続されている。
【００４２】
光ファイバーケーブル３ａとヘッド筐体４ａ及びモジュール筐体５ａとは、それぞれ接続後に光軸調整が行われ、光ファイバーケーブル３ａの端部は、光軸がずれないように各筐体に固定される。
【００４３】
<励起光源モジュール５>
図４は、図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、レーザー励起光を出力する励起光発生器５１を有する励起光源モジュール５内の様子が示されている。励起光源モジュール５は、レーザー励起光を出力する励起光発生器５１、通信ポート５４、駆動制御部５５、バラツキ情報記憶部５６、ペルチェ素子５７及び冷却ファン１２からなる。なお、モジュール筐体５ａの接続部１１には、光ファイバーケーブル３ａ及び信号伝送ケーブル３ｂが接続され、当該信号伝送ケーブル３ｂは、モジュール筐体５ａ内において接続端子３１に接続している。
【００４４】
励起光発生器５１は、レーザー励起光を生成するレーザーダイオード（ＬＤ）などの半導体レーザー発光素子５２と、生成されたレーザー励起光を集光する集光レンズ５３により構成される。半導体レーザー発光素子５２は、発光面を光ファイバーケーブル３ａの端面に対向させてモジュール筐体５ａ内に固定されている。
【００４５】
駆動制御部５５は、半導体レーザー発光素子５２を駆動する発光素子駆動回路であり、接続端子３２及び通信ポート５４を介してユニット本体３０から入力される制御信号と、バラツキ情報記憶部５６内のバラツキ情報に基づいてレーザー励起光の出力制御を行っている。
【００４６】
バラツキ情報記憶部５６は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）などの書き換え可能な不揮発性の半導体記憶手段であり、各種バラツキ情報が格納されている。バラツキ情報は、測定によって得られる半導体レーザー発光素子５２固有のデータであり、半導体レーザー発光素子５２ごとに異なっている。具体的には、バラツキ情報として、半導体レーザー発光素子５２に供給する電流の上限値や下限値、発光素子目標温度及び筐体内目標温度が格納されている。
【００４７】
半導体レーザー発光素子５２に供給する電流の上限値は、いわゆる定格電流であり、供給可能な電流の最大値となっている。また、半導体レーザー発光素子５２に供給する電流の下限値は、発光に必要な電流の最小値となっている。駆動制御部５５は、これらの電流値情報に基づいて発光量の調整を行う。これにより、半導体レーザー発光素子５２の個体バラツキを吸収させるためにレーザー出力の強度範囲を狭める必要がなく、常に、適切に半導体レーザー発光素子５２を発光させることができるので、レーザー励起光の出力範囲を拡大させることができる。
【００４８】
発光素子目標温度は、半導体レーザー発光素子５２の最適温度であり、発光効率が最大となる温度がペルチェ素子５７による温度調整用データとして格納されている。筐体内目標温度は、モジュール筐体５ａ内の最適温度であり、冷却ファン１２による温度調整用データとして格納されている。
【００４９】
バラツキ情報記憶部５６には、ヘッドユニット４固有のデータもバラツキ情報として格納されている。例えば、半導体レーザー発光素子５２に供給する電流のオフセット情報がバラツキ情報として格納されている。オフセット情報は、半導体レーザー発光素子５２に供給される電流を共振器４２のレーザー出力に基づいてオフセットさせるための補正データである。
【００５０】
一般に、一定のレーザー励起光に対し、共振器４２から出力されるレーザー出力光の強度は、ヘッドユニット４ごとにバラツキが生じる。この個体バラツキを解消するためのオフセット値がオフセット情報として格納されている。これにより、レーザー出力がヘッドユニット４ごとにばらつくのを抑制させることができる。
【００５１】
ペルチェ素子（Peltier device）５７は、半導体レーザー発光素子５２を冷却する電子冷却素子であり、接続端子３３を介してユニット本体３０から供給される電力によって動作している。ペルチェ素子５７は、異種の金属間の接合面に電流を流すことにより、金属間で熱が移動するというぺルチェ効果を利用したデバイスである。ペルチェ素子５７を動作させることにより、レーザー励起光の生成に伴って生じる熱によって半導体レーザー発光素子５２が高温になるのが抑制され、励起光発生器５１周辺を一定温度に保持する温度制御が行われる。
【００５２】
<ユニット本体３０>
図５は、図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５の動作制御を行う制御回路及び電力供給を行う電源回路を有するユニット本体３０内の様子が示されている。ユニット本体３０は、主制御部６０、通信ポート６１、電源回路６２、蓋センサー６３、冷却ファン７、入出力インターフェース６４、ＬＤ出力制御部６５、制御情報記憶部６６、ＬＤ温度調整部６７、接続状態監視部６８、筐体内温度調整部６９及びヘッド制御部により構成される。
【００５３】
通信ポート６１は、制御信号の入出力制御を行うインターフェースであり、励起光源モジュール５へコネクタ２１を介してＱスイッチ用の制御信号が出力されるとともに、コネクタ２２を介してレーザー励起光の出力制御用の制御信号が出力される。また、通信ポート６１は、ヘッドユニット４に対し接続端子２４を介して２次元走査用の制御信号を送受信する動作を行っている。
【００５４】
接続状態監視部６８は、各コネクタ２１〜２３がそれぞれ励起光源モジュール５の接続端子３１〜３３に接続されているか否かを監視する動作を行っている。具体的には、伝送されるＲＦ信号の伝送路端による反射波に基づいてＱスイッチ用の接続端子３１における着脱を識別することができる。また、電圧レベルの変化から接続端子３２及び３３における着脱を識別することができる。
【００５５】
蓋センサー６３は、本体筐体２ａに開閉可能に設けられる端子蓋１０が閉まっているか否かを検出する動作を行っている。具体的には、端子蓋１０が閉まるとオン状態となるスイッチを用いて端子蓋１０の開閉を検出することができる。端子蓋１０は、閉じた状態において接続端子３１〜３３を覆い、ユーザが接続端子３１〜３３やコネクタ２１〜２３に触れることができないようになっている。これにより、レーザー発振中に不用意に各コネクタ２１〜２３が接続端子３１〜３３から外れるのを防止している。
【００５６】
電源回路６２は、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５に対し、接続端子３１〜３３に関する着脱状態の識別結果と、端子蓋１０に関する開閉状態の検出結果に基づいて電力供給を行っている。具体的には、識別結果及び検出結果の論理積が求められ、接続端子３１〜３３がいずれも接続されており、そして、端子蓋１０が閉まっている場合に、電力供給が許可される。
【００５７】
電源回路６２が接続端子３１〜３３に関する着脱状態の識別結果に基づいて電力供給を行うので、不用意にレーザー光が出力されるのを防止することができ、安全性を向上させることができる。特に、Ｑスイッチ用の接続端子３１がコネクタ２１に接続されていないにもかかわらず、接続端子３３を介して電源回路６２から励起光源モジュール５の半導体レーザー発光素子５２に電力供給されるのを阻止することができる。
【００５８】
入出力インターフェース６４は、端子台６を介して外部機器と接続され、外部機器との間で通信データの送受信する制御を行っている。接続される外部機器としては、レーザー加工装置１の稼動状態を画面表示する表示装置や、レーザー出力の制御情報を入力する操作入力装置、パーソナルコンピューターなどが考えられる。
【００５９】
ヘッド制御部７０は、ユーザによる操作入力や制御プログラムに基づいて、ヘッドユニット４の共振器４２及び走査系４６に対する出力制御を行っている。具体的には、レーザー出力光を２次元走査するための制御が行われる。また、共振器４２のＱスイッチ４４をオンオフさせる制御が行われる。Ｑスイッチ４４に対する制御信号は、コネクタ２１及び接続端子３１を介してユニット本体３０から一旦、励起光源モジュール５に入力され、信号伝送ケーブル３ｂを介して励起光源モジュール５からヘッドユニット４に伝送される。
【００６０】
制御情報記憶部６６は、半導体レーザー発光素子５２の発光量に関する出力制御情報や走査系（スキャナ）４６の角度情報に関するスキャナ制御情報を書き換え可能に記憶するＳＲＡＭ（Static RAM）などの半導体記憶手段である。出力制御情報は、レーザー励起光の出力強度を指定する強度指定データであり、ユーザの操作入力に基づいて指定される。ＬＤ出力制御部６５は、励起光源モジュール５の半導体レーザー発光素子５２に対する出力制御を行っている。このレーザー励起光に関する出力制御は、出力制御情報に基づいて行われ、半導体レーザー発光素子５２に供給する電流のオンオフや、ユーザによって指定された出力強度に対応する電流が半導体レーザー発光素子５２に供給される。つまり、ユーザは、半導体レーザー発光素子５２の出力強度を指定することにより、レーザー出力光の強度を必要に応じて切り替えることができる。
【００６１】
ＬＤ温度調整部６７は、半導体レーザー発光素子５２の温度調整を行っている。具体的には、励起光源モジュール５のペルチェ素子５７に対する電力供給を制御することによって温度調整が行われる。すなわち、図示しない熱電対などの温度センサーによる検出データと、バラツキ情報記憶部５６内におけるバラツキ情報としての発光素子目標温度に基づいて、励起光発生器５１周辺の温度が一定に保持される。
【００６２】
筐体内温度調整部６９は、モジュール筐体５ａ内及び本体筐体２ａ内の温度調整を行っている。具体的には、励起光源モジュール５の冷却ファン１２及びユニット本体３０の冷却ファン７に対する電力供給を制御することによって温度調整が行われる。すなわち、図示しない熱電対などの温度センサーによる検出データと、バラツキ情報記憶部５６内におけるバラツキ情報としての筐体内目標温度に基づいて、各筐体内の温度が一定に保持される。
【００６３】
本実施の形態によれば、測定によって得られる半導体レーザー発光素子５２ごとのバラツキ情報が記憶され、このバラツキ情報に基づいて発光量の調整が行われるので、半導体レーザー発光素子５２の個体バラツキを吸収させるためにレーザー出力の強度範囲を狭める必要がなく、常に、適切に半導体レーザー発光素子５２を発光させることができる。特に、バラツキ情報と、ユーザの操作入力によって指定される出力制御情報に基づいて半導体レーザー発光素子５２の出力制御が行われるので、レーザー出力光の強度がユーザ指定の出力強度から半導体レーザー発光素子５２の個体バラツキによってずれるのを抑制させることができる。
【００６４】
また、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５が光ファイバーケーブル３ａによって接続された状態で、ヘッドユニット４をユニット本体３０から分離できるので、ヘッドユニット４及び励起光源モジュール５をユニット本体３０から取り外しても、励起光源モジュール５をユニット本体３０に取り付ける際の光軸調整が不要となるので、メンテナンス性を向上させることができる。特に、ヘッドユニット４が電源回路６２を収容するユニット本体３０から取り外せるので、ヘッドユニット４を整備工場に搬送する際の搬送性を向上させることができる。その際、ケーブル管３を介してヘッドユニット４と連結する励起光源モジュール５にバラツキ情報が記憶されるので、半導体レーザー発光素子５２を取り替えても、半導体レーザー発光素子５２に応じて適切な出力強度で発光させることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、レーザー励起光をレーザー結晶４３の端面に入力させるエンドポンピング方式で励起させる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、レーザー励起光を共振器４２の光軸に垂直な方向からレーザー結晶４３に入力させる、いわゆるサイドポンピング方式でレーザー結晶４３を励起させるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーザー加工装置の概略構成の一例を示した外観斜視図である。
【図２】図１のレーザー加工装置における要部詳細を示した図であり、励起光源モジュール５をユニット本体３０から取り外した状態が示されている。
【図３】図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、レーザー出力光を出力するヘッドユニット４内の様子が示されている。
【図４】図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、励起光発生器５１を有する励起光源モジュール５内の様子が示されている。
【図５】図１のレーザー加工装置における要部詳細の一例を示したブロック図であり、制御回路及び電源回路を有するユニット本体３０内の様子が示されている。
【符号の説明】
【００６７】
１  レーザー加工装置
２  コントローラユニット
２ａ  本体筐体
２ｂ  背面パネル
２ｃ  開口部
３  ケーブル管
３ａ  光ファイバーケーブル
３ｂ，１４  信号伝送ケーブル
４  ヘッドユニット
４ａ  ヘッド筐体
５  励起光源モジュール
５ａ  モジュール筐体
６  端子台
７，１２  冷却ファン
８，９  コネクタ
１０  端子蓋
１１，１６  接続部
１３  取っ手
１５  電源ケーブル
１７，１８  接続端子
２１〜２３  コネクタ
２４，２５，３１〜３３  接続端子
３０  ユニット本体
４１  レーザー発振器
４２  共振器
４２ａ，４２ｂ  共振用ミラー
４３  レーザー結晶
４４  Ｑスイッチ
４５  ミラー
４６  走査系
４７  通信ポート
４８  走査制御部
４９  メモリ
５１  励起光発生器
５２  半導体レーザー発光素子
５３  集光レンズ
５４  通信ポート
５５  駆動制御部
５６  バラツキ情報記憶部
５７  ペルチェ素子
６１  通信ポート
６２  電源回路
６３  蓋センサー
６４  入出力インターフェース
６５  ＬＤ出力制御部
６６  制御情報記憶部
６７  ＬＤ温度調整部
６８  接続状態監視部
６９  筐体内温度調整部
７０  ヘッド制御部
【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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