(57)【要約】【課題】  固体レーザの発振停止中でも、外部制御装置からレーザ発信制御部を制御することによりレーザ加工システムの消費電力を低減し、且つ半導体レーザの長寿命化を可能にする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザ（２）により固体レーザ媒質（１）を励起することによってレーザ発振を行なう半導体レーザ励起固体レーザ装置（１１）において、外部からの制御信号によって、前記半導体レーザの動作電流を、該半導体レーザの発振閾値（Ｌ−ＬＤ）以上の電流値で通電する状態と、前記半導体レーザの発振閾値未満の電流値で通電する状態とに切り替える駆動電流切替え手段（７１）を備えた。【選択図】      図１
2006128374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザにより固体レーザ媒質を励起することによってレーザ発振を行なう半導体レーザ励起固体レーザ装置において、
外部からの制御信号によって、前記半導体レーザの駆動電流を、該半導体レーザの発振閾値以上の電流値で通電する状態と、前記半導体レーザの発振閾値未満の電流値で通電する状態とに切換える駆動電流切替え手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】
前記駆動電流切替え手段は、前記半導体レーザの駆動電流の前記切換えを、レーザ加工を行なわない待機状態において行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項３】
前記駆動電流切替え手段は、前記外部からの制御信号として、レーザ加工システムに異常が発生した場合に該レーザ加工システムの動作を停止させるためのインターロック信号と同期した信号を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項４】
前記駆動電流切替え手段は、前記外部からの制御信号を信号線を介して受信することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項５】
前記駆動電流切替え手段は、前記前記外部からの制御信号を通信回線を介して受信することを特徴とする、請求項１から３いずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項６】
前記駆動電流切替え手段は、前記半導体レーザの駆動電流の前記切換えを前記外部制御装置から行えるモードと、半導体レーザのあらかじめ設定された発振閾値以上の電流値に維持するモードの何れかを選択可能とした、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザ励起固体レーザ装置に関し、特にレーザ加工システムを制御する外部制御装置からの信号により半導体レーザの駆動電流を制御できるようにした半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料や部品の切断、溶接、表面改質、マーキング、トリミングなど様々な分野にレーザ加工システムが導入されている。レーザ加工システムに使用されるレーザ装置は多岐にわたるが、半導体レーザ励起固体レーザ装置は、固体レーザ媒質の励起光源として半導体レーザを採用しており、単一波長発振や長寿命といった半導体レーザの特徴を生かして一般的に使用されている。半導体レーザ励起固体レーザ装置は、従来のランプ励起固体レーザ装置と比較して省エネルギー、メンテナンス時間の削減、加工品質の向上を実現している。
【０００３】
図５は従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成例を示すブロック図である。同図において、半導体レーザ励起固体レーザ装置１１は、固体レーザ媒質１と、半導体レーザ２と、リア鏡３と、出力鏡４と、レーザ出力検出部５と、半導体レーザ電源６と、固体レーザ媒質１の発振専用のレーザ発振制御部７とを備えている。８は半導体レーザ励起固体レーザ装置１１を外部から制御する外部制御装置、９はＸＹテーブル、ロボットなどの加工ステーションである。
【０００４】
次に動作を説明する。半導体レーザ２からの励起光２’によって固体レーザ媒質１を励起する。半導体レーザ２は半導体レーザ電源６から出力される電流により駆動される。半導体レーザ電源６はレーザ発振制御部７から出力される電源制御信号により制御される。レーザ発振制御部７は、レーザ出力検出部５からのフィードバック信号と、固体レーザ装置専用のパーソナルコンピュータなどのユーザーインターフェース（図示せず）から設定した各種出力条件とでフィードバック制御を行い、レーザ出力を制御する。また、レーザ発振制御部７は半導体レーザ励起固体レーザ装置の異常を検知し、ユーザーインターフェースよりアラーム出力などを行なう。
【０００５】
レーザ加工システムでは、加工ステーションのＸ−Ｙテーブルやロボットなどの各種の加工ステーション９の加工状態に応じた信号を外部制御装置８に与え、外部制御装置８はレーザ発振制御部７に対してスタート信号や停止信号を出力する。即ち、外部制御装置８は加工工程の必要なときにレーザ発振制御部７に対してレーザスタート信号を出力し、レーザ加工をスタートさせる役割を持っている。
【０００６】
図６は図５に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１を使用したレーザ加工システムにおける半導体レーザ駆動電流と、外部制御装置８からのレーザスタート信号を示すタイムチャートである。外部制御装置８からのレーザスタート信号がオフの場合、レーザ発振は行なわれない。このときの半導体レーザの駆動電流（ＬＤ−Ｉ）は、特許文献１に記載されているように、レーザ発振の立ち上り時間を短くする為に、半導体レーザの発振閾値（ＬＤ−ＴＨ）以上で固体レーザ発振器の発振閾値（Ｌ−ＴＨ）以下になるようあらかじめ発振器制御部で設定されている場合が一般的である。一方、外部制御装置８のレーザスタート信号がオンになった場合、外部制御装置８内のプログラムがスタートしてレーザ発振制御部７を制御し、半導体レーザ電源６に出力指令を行い、固体レーザ発振器の発振閾値（Ｌ−ＴＨ）以上の電流が半導体レーザに通電されてレーザ発振にいたる。上記特許文献１に示されている技術はパルスレーザの立ち上りを制御するものであり消費電力の削減や半導体レーザの長寿命化に関して言えば逆効果である。
【０００７】
実際のレーザ加工システムでは、レーザ装置がレーザ発振を行なって被加工物を加工している時間と、被加工物の交換や段取り替えのためなどレーザ発振しない時間が存在する。レーザ発振しない時間では外部制御装置からのレーザ制御装置からのレーサスタート信号はオフである。従来は、外部制御装置からのレーザスタート信号がオフの時で、レーザ加工を行なわない時でも、図６に示すように半導体レーザ２にＬＤ−ＴＨ＜Ｉ−ＬＤ＜Ｌ−ＴＨの駆動電流Ｉ−ＴＨを通電させているので、レーザ加工を行なわない時間でも電力が消費されている。また、半導体レーザの寿命は駆動電流の印加時間で規定される場合が一般的であるため、レーザ加工を行なわない時間でも半導体レーザに駆動電流が通電されていれば、その寿命は通電時間分だけ短縮することになり不経済である。
【特許文献１】特開平１０−３２１９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来は、上記のように、外部制御装置８はスタート信号や停止信号をレーザ発振制御部７に与えることはしていたが、加工物９の交換や段取り替えのためなどレーザ発振しない時間に外部制御装置８がレーザ発振制御部７を制御することはしておらず、従って固体レーザの発振停止中でもレーザ発振制御部７内のプログラムに従ってＬ−ＴＨとＬＤ−ＴＨの間の駆動電流Ｉ−ＬＤが流れていたので、消費電力が大きいという課題及び半導体レーザ２の寿命が短縮するという課題があった。
本発明の目的は、固体レーザの発振停止中でも、外部制御装置からレーザ発振制御部を制御することによりレーザ加工システムの消費電力を低減し、且つ半導体レーザの長寿命化を可能にする半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、外部からの制御信号によって、半導体レーザの駆動電流を、半導体レーザの発振閾値以上の電流値で通電する状態と、半導体レーザの発振閾値未満の電流値で通電する状態とに切り替える駆動電流切替え手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置である。
【００１０】
本発明の第２の態様においては、上記駆動電流切替え手段は、半導体レーザの駆動電流の切り替えを、レーザ加工を行なわない待機状態において行うようにした。
【００１１】
本発明の第３の態様においては、上記駆動電流切替え手段は、外部からの制御信号として、レーザ加工システムに異常が発生した場合に該レーザ加工システムの動作を停止させるためのインターロック信号と同期した信号を用いるようにした。
【００１２】
本発明の第４の態様においては、上記駆動電流切替え手段は、外部からの制御信号を信号線を介して受信するようにした。
【００１３】
本発明の第５の態様においては、上記駆動電流切替え手段は、外部からの制御信号を無線通信回線を介して受信するようにした。
【００１４】
本発明の第６の態様においては、上記駆動電流切替え手段は、半導体レーザの駆動電流の切り替えを外部制御装置から行えるモードと、あらかじめユーザーインターフェースなどから設定された電流値、すなわち一般的には半導体レーザの発振閾値以上の電流値に維持するモードの何れかを選択する選択手段を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第１の態様によれば、レーザ加工システムの消費電力の減少と半導体レーザの長寿命化を簡単な構成で実現できるため、半導体レーザ励起固体レーザを使用したレーザ加工システムの信頼性を高めることができるという効果が得られる。より詳細には、レーザ加工の有無を問わず、外部制御信号により上記駆動電流のオン／オフの切り替えが可能で、オフの場合の半導体レーザで消費される消費電力は零もしくはごく僅かとなって消費エネルギーを低減する効果が得られる。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、半導体レーザの駆動電流の切り替えを、レーザ加工を行わない待機状態で行うので、レーザ加工に影響を与えることなく、駆動電流を切り換えることが可能になるという効果が得られる。
【００１７】
本発明の第３の態様によれば、外部からの制御信号として、インターロック信号と同期した信号を用いることにより、安全に駆動電流の切り換えを行うことが可能になるという効果が得られる。
【００１８】
本発明の第４の態様によれば、外部制御装置からの制御信号を有線の信号線によりレーザ発振制御部７に入力するようにしたので、確実に制御信号をレーザ発振制御部７に供給することが可能になるという効果が得られる。
【００１９】
本発明の第５の態様によれば、外部制御装置からの制御信号を無線の通信回線によりレーザ発振制御部７に入力するようにしたので、確実に制御信号をレーザ発振制御部７に供給することが可能になるという効果が得られる。
【００２０】
本発明の第６の態様によれば、待機状態での半導体レーザの駆動電流の切り替えを外部制御装置から行えるモードと、半導体レーザのあらかじめ設定された発振閾値以上の電流値に維持するモードの何れかを選択可能にしたので、半導体レーザ励起固体レーザ装置の使用環境に応じて柔軟に対応できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付の図を参照してこの発明に係る半導体レーザ励起固体レーザの実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態１による半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。同図において、半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ａの構成は、基本的には図５に示した従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置１１の構成と同じであり、同じ部分には同一の参照番号を付してある。本発明においては、レーザ発振制御部７ａの構成及び外部制御装置８ａの構成が従来のものと異なる。
【００２２】
本実施の形態による半導体レーザ励起固体レーザ装置は、外部制御装置８ａから出力されるオン／オフ制御信号に応じてオン／オフ指令信号を出力する電流オン／オフ制御部７１と、レーザ信号の出力波形を指令するレーザ出力波形指令部７２と、レーザ出力波形指令部７２の出力とレーザ出力検出部５からの出力フィードバック信号とに基づいて駆動電流指令信号を出力する出力フィードバック制御部７３と、選択回路７４とを備えている。
【００２３】
図２は図１に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ａの動作の第１の実施例を説明するタイムチャートである。同図において、（ａ）は出力フィードバック制御部７３が出力する駆動電流指令の波形であり、この状態では常時一定レベルの駆動電流指令が出力されている。したがって、加工ステーション９には常にレーザ光が出射される状態となっている。（ｂ）は外部制御装置８ａから出力されるオン／オフ制御信号の波形例である。この例では時刻ｔ１でオン、ｔ２でオフ、ｔ３でオン、ｔ４でオフとなっている。このオン／オフ制御信号は、被加工物の加工状態に対応している。（ｃ）は（ｂ）に示したオン／オフ制御信号に応じてレーザ発振制御部７ａ内の電源オン／オフ制御部７１から出力される駆動電流の波形である。オン／オフ制御信号がオンの時、駆動電流は出力フィードバック制御部からの信号に追従した電流値となり、オフの時の駆動電流は半導体レーザの発振閾値以下の電流値となる。
【００２４】
本発明の実施の形態においては、レーザ出力波形指令部７２及び出力フィードバック制御部７３により、従来と同様の駆動電流指令が半導体レーザ電源６に出力されるとともに、本発明の実施の形態によるオン／オフ指令信号が電源オン／オフ制御部７１から半導体レーザ電源６に出力される。出力フィードバック制御部７３から出力される駆動電流指令は、従来と同じ、レーザ発振中（Ｉ−ＬＤ＞Ｌ−ＴＨ）の状態と、レーザ発振停止中（Ｌ−ＴＨ＞Ｉ−ＬＤ＞ＬＤ−ＴＨ）の状態との２状態である。選択回路７４は出力フィードバック制御部７３の出力よりも電源オン／オフ制御部７１のオフ出力を優先して出力するように構成されている。
【００２５】
したがって、外部制御装置８ａから出力されるオン／オフ制御信号がオフの状態で電源オン／オフ制御部７１に入力された場合は、オン／オフ指令信号が半導体レーザ電源６に供給されて、半導体レーザ２の駆動電流Ｉ−ＬＤは、出力フィードバック制御部７３からの出力に依存しなくなり、零または微弱電流となる。この結果、駆動電流は、零または、微弱電流となるレーザ休止状態（ＬＤ−ＴＨ＞Ｉ−ＬＤ）と、レーザ発振中（Ｉ−ＬＤ＞Ｌ−ＴＨ）状態との新たな２状態となる。
【００２６】
例えば加工ステーションにおけるワークの位置情報をリミットスイッチや近接センサなどのオン／オフの接点信号によって検知しその「検知出力を外部制御装置８ａが出力するオン／オフ制御信号に連動させることによって、ワークに多少のゆがみや位置ずれがあった場合でもセンサと連動して出力可能なため、正確に同じ位置で加工が可能である。また、加工を行なわない間は半導体レーザ駆動電流Ｉ−ＬＤは半導体発振閾値ＬＤ−ＴＨより低いほぼ零の電流であるので、消費電力の節約も可能である。
【００２７】
この例では、外部制御装置８ａが出力するオン／オフ制御信号としてオン／オフの接点信号に連動することを仮定しているが、オン／オフ制御信号に連動させる信号の種類に規定はなく、オン／オフの切り換えが認識できる方法であればどのような信号でもよい。また、レーザ発振器制御装置１１ａと外部制御装置８ａとの結合は、有線の信号線による結合のほか、無線通信回路による結合でも構わない。
【００２８】
通常のレーザ加工は１つのワークに対して数箇所の加工点があり、現在の加工点から次の加工点までの移動距離と移動時間が１秒以内ということも珍しくない。このように加工点間の移動距離と移動時間が短い場合を以下に説明する。図３は図１に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ａの動作の第２の実施例を説明するタイムチャートである。同図において、（ａ）は出力フィードバック制御部７３が出力する駆動電流指令信号の波形であり、この例では最初のワークの制御信号で３つの駆動電流指令が出力フィードバック制御部７３から出力されており、次のワークの制御信号でも３つの駆動電流指令が出力フィードバック制御部７３から出力されている。（ｂ）は外部制御装置８ａから出力されるオン／オフ制御信号の波形例である。この例では時刻ｔ１でオン、ｔ２でオフ、ｔ３でオン、ｔ４でオフとなっている。このオン／オフ制御信号は、被加工物９の加工状態に対応している。（ｃ）は（ａ）に示した駆動電流指令と（ｂ）に示したオン／オフ制御信号に応じてレーザ発振制御部７ａ内の電源オン／オフ制御部７１から出力される駆動電流の波形である。
【００２９】
図３の（ｃ）から分るように、本実施例では、ひとつのワーク内での加工は選択回路７４により図４（ａ）に示すようなレーザ発振器内部の制御（出力フィードバック制御部７３の出力による制御）のみで行い、ワークの交換時などの比較的長時間レーザ発振停止状態になったときのみ図４（ｂ）に示すように選択回路７４は外部制御装置８ａからの信号を選択受信してレーザ休止状態とする。ワークの準備ができたら外部制御信号でレーザ休止状態を解除して加工を行なう。さらにレーザ休止状態解除のタイミングを次のワークの加工をはじめる少し前にセットしておけば、レーザ発振の前に半導体レーザの駆動電流が通電されるため、立ち上り時間を短縮することが可能である。また、加工を行なっていない時間の消費電力をレーザ発振器の性能を犠牲にすることなく低減することが可能である。
【００３０】
図４は本発明の実施の形態２による半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。同図において、図１と異なる部分は半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ｂ内で、電源オン／オフ制御部７１と外部制御装置８ｂの間にインタロック回路７５を設けた点である。インタロック回路７５は被加工物９からレーザ加工システムの異常を通知する信号を受信する。
【００３１】
本実施の形態では、外部からの制御信号として、レーザ加工システムに異常が発生した場合に該レーザ加工システムの動作を停止させるための外部インタロック信号と同期させた信号を用いる。ただし、通常のインタロック機能と異なり、インタロック解除後には、レーザ発振器制御部１１ａで制御されている出力フィードバック制御部７３から出力される従来の駆動電流が通電されてレーザ出力検出部５からレーザ光が出力されるので、操作者はレーザ光が照射される危険領域に立ち入らない等の注意が必要である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明による半導体レーザ励起固体レーザ装置は、外部制御装置からの信号により制御可能になるので、半導体レーザ励起固体レーザ装置の消費電力が低減され且つ長寿命化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１による半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ａの動作の第１の実施例を説明するタイムチャートである。
【図３】図１に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１ａの動作の第２の実施例を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２による半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５に示した半導体レーザ励起固体レーザ装置１１を使用したレーザ加工システムにおける半導体レーザ駆動電流と、外部制御装置８からのレーザスタート信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１    固体レーザ媒質
２    半導体レーザ
３    励起光用光源
７    レーザ発振制御部
７１    電源オン／オフ制御部（駆動電流切り替え手段）
７４    選択回路(選択手段）
７５    インタロック回路
【図１】
2006128374.tif 000003
【図２】
2006128374.tif 000004
【図３】
2006128374.tif 000005
【図４】
2006128374.tif 000006
【図５】
2006128374.tif 000007
【図６】
2006128374.tif 000008