(57)【要約】【課題】  長時間運転時にも発振器へのレーザ出力指令を補正する補正係数値を適正値に更新すること。【解決手段】  画面操作、キーボード操作、スイッチ操作、外部信号入力等により補正係数更新動作起動信号の入力の確認（Ｆ１＝１）あるいは入力待ちを行なう（Ｓ１、Ｓ２）。自動運転中か否かを表わすＦ２、レーザビーム出力中かどうかを表わすＦ３、レーザビームシャッタの開閉状態を表わすＦ４の値をチェックし、Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４＝０の場合にのみ補正係数値を１とし（Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２）、更に、レーザ出力基準指令値を出力し、所定時間後、補正係数を求めて更新する（Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５）。それ以外の場合は、表示器に補正係数更新動作非起動の理由のメッセージ表示、Ｆ１＝０へのフラグ反転を行い、処理を終了する（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１１）。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ出力指令値に補正係数を乗じた補正指令値を受け付け、該補正指令値に従ってレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ出力指令値を出力する制御手段と、レーザ光による加工、照明、化学反応、及び発電の内の何れかを行うレーザ応用装置とを含むレーザ装置において、
既知のレーザ出力基準指令値を前記レーザ発振器に指令すると共に、該指令時におけるレーザ出力を測定して実出力測定値を求める出力測定手段と、
前記基準指令値と前記実出力測定値との比を演算して前記補正係数を求め設定／更新する補正係数設定更新手段と、
前記レーザ発振器の始動時に、前記出力測定手段、及び前記補正係数設定更新手段を作動させて補正係数を設定する手段と、
前記レーザ発振器始動後に補正係数更新動作起動信号を受けた時、前記出力測定手段、及び前記補正係数設定更新手段を作動させて前記補正係数を更新する手段と、
を備えた前記レーザ装置。
【請求項２】
前記補正係数更新動作起動信号が、前記レーザ装置の外部から入力される外部信号である、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記補正係数更新動作起動信号が、スイッチ操作により生成される、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
表示画面を有する表示手段を備え、
前記補正係数更新動作起動信号が、前記表示画面からの指令入力によって生成される、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記出力測定手段又は補正係数設定更新手段の作動中、あるいは前記レーザ装置が自動運転中は、前記補正係数更新動作起動信号が入力されても無効とする手段を備えた、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いて加工、照明、化学反応、発電等を行なうために使用されるレーザ装置に関し、特に、同装置においてレーザ出力の補正を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、レーザ光を出力するレーザ装置は、加工や照明の他、化学反応、発電等の用途でも用いられている。このような用途で使用されるレーザ装置においては、レーザ光出力を補正する技術が必要とされることが多い。例えば、レーザ加工機では、加工性能を維持するために出力パワーを正確に制御する必要があり、そのために出力を制御する指令値に補正をかけてレーザ装置を駆動することが行なわれている。このような補正を必要とする要因の代表的なものとして、共振器に使用されているミラーの姿勢の変化や汚染による経年変化があり、このような経年変化の影響を補償するために、実際に加工を行う際に、指令値に補正をかけて、実出力を調整している。
【０００３】
指令値に補正をかける方法の一つに、発振器の立上げ時に、既知の基準指令値とその実出力計測値の比を演算し、それに基づいて係数（以下、パワー補正係数あるいは単に補正係数という）を求め、この補正係数を指令値に乗じてレーザ出力を補正する方法がある（下記特許文献１を参照）。この方法には、高価な出力モニタ用の検出器を必要とせず、簡単にレーザ出力を補正できるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−１８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この方法は、発振器立上げ時に、所定の時間発振させて発振器を安定状態にしてから、計測を行い補正係数を演算するものであるため、長時間運転、特に、２４時間連続運転しているレーザ応用機器のレーザ装置に適用すると、問題が生じる。即ち、このような長時間運転時には、発振器を一度立上げると次の発振器停止、再立上げの機会が到来するまでに非常に長い時間（例えば数１００時間）が経過し、その間は補正係数の演算（更新）が行われない。そのため、連続運転中にミラーの汚染等による出力低下を補償できず、適正なレーザ出力が得られなくなるおそれがある。ここで「長時間運転」あるいは「連続運転」は、発振器の電源が切られない時間が「長い」あるいは「連続している」という意味であり、「長時間運転」や「２４時間連続運転」を行なっている間にも、レーザ光出力の休止、あるいは、レーザ光出力はあるがシャッタ（後述）が閉じられている期間は存在する（通常、加工プログラムによってレーザ光出力のＯＮ・ＯＦＦ（予備的な待機状態を含む）とシャッタの開閉状態が制御される）。
【０００６】
本発明は従来のレーザ装置における上記した問題点を解決し、補正係数を求めるためにレーザ発振器を一旦停止し再度立上げなくても、発振器連続運転中に補正係数を計算し直して更新し、正確なレーザ出力を得ることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、発振器の立上げ時にレーザ出力指令値と実測値の比を演算して補正係数を求め、以降の指令値にこの補正係数を乗じてレーザ出力を補正するレーザ装置を改良し、発振器立上げ後の適時に、補正係数更新動作起動信号によって出力測定と補正係数設定更新を行えるようにしたものである。  
より具体的に言えば、本発明は、レーザ出力指令値に補正係数を乗じた補正指令値を受け付け、該補正指令値に従ってレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ出力指令値を出力する制御手段と、レーザ光による加工、照明、化学反応、及び発電の内の何れかを行うレーザ応用装置とを含むレーザ装置に適用される。
【０００８】
そして、請求項１に記載されたレーザ装置の特徴は、既知のレーザ出力基準指令値を前記レーザ発振器に指令すると共に、該指令時におけるレーザ出力を測定して実出力測定値を求める出力測定手段と、前記基準指令値と前記実出力測定値との比を演算して前記補正係数を求め設定／更新する補正係数設定更新手段と、前記レーザ発振器の始動時に、前記出力測定手段、及び前記補正係数設定更新手段を作動させて補正係数を設定する手段と、前記レーザ発振器始動後に補正係数更新動作起動信号を受けた時、前記出力測定手段、及び前記補正係数設定更新手段を作動させて前記補正係数を更新する手段とを備えている。
【０００９】
ここで、前記補正係数更新動作起動信号は、前記レーザ装置の外部から入力される外部信号（請求項２）やスイッチ操作により生成される信号（請求項３）とすることができる。あるいは、レーザ装置に表示画面を有する表示手段を設け、前記補正係数更新動作起動信号を、前記表示画面からの指令入力で生成しても良い（請求項４）。また、請求項１〜４に記載のレーザ装置においても、前記出力測定手段又は補正係数設定更新手段の作動中、あるいは前記レーザ装置が自動運転中は、前記補正係数更新動作起動信号が入力されても無効とする手段を備えていることが好ましい（請求項５）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発振器が立上がった状態でもオペレータの判断等により任意の時期に補正係数を更新することができ、長時間運転時であっても適正に補正されたレーザ出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。先ず図１には、本発明の実施形態で採用される構成の概要がブロック図で示されている。図１において、符号１０はレーザ発振器の制御を含めてレーザ応用装置全体の制御を行なう制御装置を表わし、ここではレーザ加工機を制御するための数値制御装置（ＣＮＣ）が例示されている。もしも、レーザ応用装置が、レーザ光により照明、化学反応あるいは発電を行なうものである場合には、それぞれ照明装置、化学反応装置、発電装置用の制御装置が採用されるが、以下に説明するレーザ発振器の制御に関連する部分の構成と機能は基本的に同様とすることができる。
【００１２】
数値制御装置１０の内部構成としては、ここでは特に本発明を適用してレーザ発振器の制御を行なう態様に関連する部分が示されている。レーザ発振器の本体部の構成は周知のもので、一例を図２に示した。同図において、符号１は放電励起用の電源で、放電管（共振器）２の電極（図示省略）にラジオ周波数領域の高周波電圧を印加する。なお、このような高周波電圧を生成するためには、通常、３相交流を一旦整流して直流出力とし、これをインバータで高周波電圧に変える方式が採用される。
【００１３】
放電管（共振器）２は、光共振空間を提供するリア鏡３及び出力鏡４の間に配置される。両ミラー３、４は、それぞれ保持機構（図示省略）によって保持されている。放電管（共振器）２は、図示されているように、熱交換器５、７及びブロワ６を含む循環路中に組み込まれ、この循環路を使って媒質ガス（レーザガス）８が高速で流される。
【００１４】
放電励起電源１が起動されて放電が発生し、媒質ガス８が励起されると、光共振器内でレーザ光が発生する。媒質ガス８は放電によって高温となるが、ブロワ６の手前の熱交換器５で冷却されてブロワ６に吸引される。ブロワ６は媒質ガス８を圧力をかけて吐出側へ送り出す。この過程で圧縮による昇温が起るが、これをブロワ６の吐出側の熱交換器７で再度冷却し、媒質ガス８の昇温を抑制する。ブロワ６から送り出された媒質ガス８は、交換器７を通過後、放電管（共振器）２内に還流する。
【００１５】
ブロワ６の動作は、数値制御装置１０内に設けられたレーザ立上げ／立下げ手段１８によって制御される。ブロワには、周知の媒質ガス流の送り出し圧力調節機構（図示省略）が装備され、レーザ立上げ／立下げ手段１８はブロワ６の起動／停止の他、この送り出し圧力調節機構の制御を行えるようになっている。レーザ立上げ／立下げ手段１８は、このブロワ６の動作の制御の他、レーザ発振器の立上げ及び立下げ等に必要な制御を行なう。レーザ立上げあるいは立下げ（停止）を行なう場合には、レーザ立上げ／立下げ手段１８から、立上げ信号／立下げ信号が指令制御手段１４に出力される。レーザ立上げ時には、そのための各指令値が指令制御手段１４から電源１にＤＡ変換器１５を介して与えられる。レーザ立下げ時には、指令制御手段１４から電源１にＤＡ変換器１５を介して停止を表わす指令値が与えられる。
【００１６】
出力鏡４から出力されるレーザ光の光路中には半透鏡９ａが配置され、半透鏡９ａの背後にはレーザ出力測定手段（パワー検出器）９ｂが設けられている。出力鏡４からレーザ光が出力されると半透鏡９ａで透過光と反射光にビームスプリットされ、透過光はレーザ出力測定手段（パワー検出器）９ｂに入射する。レーザ出力測定手段（パワー検出器）９ｂに入射した光の強度（パワー）を表わす信号は、図２に示すように、数値制御装置１０内のアンプ１６ａによる増幅、ＡＤ変換器１６によるＡＤ変換を経て補正手段１１に入力される。補正手段１１の機能については後述する。  
一方、反射光は、例えば光ファイバを利用した導光路を通って加工ノズル（図示省略）に導かれて加工レーザビームとして被加工ワークに照射される。
【００１７】
但し、この導光路中には、レーザ立上げ／立下げ手段１８によって開閉制御可能なシャッタ９ｃが介挿配置されており、シャッタ９ｃが閉じられていれば、レーザ光の出力があっても、加工ノズルからのレーザ光照射は行なわれないようになっている。なお、レーザ応用装置が照明、化学反応、及び発電等、レーザ加工以外の用途にレーザ光を利用するものである場合には、加工ノズルに代えてその用途に適したレーザ光照射部が用意される。
【００１８】
熱交換器５、７は周知のものでその詳細構造は省略したが、ここでは冷却水を流す細管を多数配したものを使用している。冷却水は図示を省略した冷却水供給源から一定温度のものが供給されるようになっている。また、ブロワ６の手前の熱交換器５の中を流れる冷却水の水流中または流管上（符号５ａで描示）には温度センサが設けられ、その出力信号が冷却水の温度管理に利用されるようになっている。
【００１９】
放電管（共振器）２を駆動する電源１の単位時間当りの電力供給量は、数値制御装置１０内に設けられた指令制御手段１４の出力（デジタル指令値）をＤＡ変換器１５で変換したアナログ指令値に従って行なわれる。  
但し、前述したように、共振器で使用されているミラー３、４の姿勢の変化や汚染による経年変化等の要因で、指令制御手段１４が出力する指令値と実際に得られるレーザ出力値の関係に変化が起る。そこで、この変化を補償するために、指令制御手段１４の出力値に補正係数を乗じ、それをＤＡ変換して電源１を制御する。
【００２０】
補正係数の計算と、その結果の記憶（更新）は補正手段１１で行なわれる。後述するように、補正手段１１は補正係数更新動作起動信号に応じて、予め設定されているレーザ出力基準指令値とそのときの実出力計測値の比から補正係数を計算し、補正手段１１が持つ内部メモリに記憶する。一般に補正係数の計算は何度も行なわれるので、その度に補正係数の記憶値が更新されることになる。
【００２１】
補正係数の計算に必要な実出力計測値（レーザ出力のパワー）は、上述した通り、レーザ出力測定手段９ｂで測定され、アンプ１６ａによる増幅、ＡＤ変換器１６によるＡＤ変換を経て補正手段１１に入力される。補正係数の計算タイミングについては後述する。
【００２２】
符号１２はタイマーで、補正係数の計算タイミング決定等に必要な時間を補正手段１１に通知する。符号１３は指令値記憶手段で、レーザ加工のためのレーザ出力指令値が記憶されている。レーザ出力指令値は通常何通りか記憶されており、いずれを採用するかは例えば加工プログラムで指定される。レーザ加工の実行時には、指令制御手段１４が補正手段１１に記憶されている補正係数を読み出し、これを指令値記憶手段１３からのレーザ出力指令値（例えば加工プログラムによる指定値）に乗じ、ＤＡ変換器１５を介して電源１に出力する。既述の通り、電源１は与えられた指令値に従って放電管（共振器）２に電力供給を行い、それに応じたレーザ光が出力される。
【００２３】
符号２１、２２は周知の態様で数値制御装置１０に付設された表示器とキーボードであり、レーザ加工機の指令値、各種データ、パラメータなどの入力に使用される。表示器２１はＣＲＴ、液晶などを利用したもので、加工ヘッド（またはワークテイブル）の位置、移動速度、レーザ出力状態、加工条件などの表示の他、後述するアラーム時等のメッセージ表示にも使用される。キーボード２２は、レーザ加工機の指令値（指令値記憶手段１３に記憶される指令値）の他、各種データ、パラメータなどの入力に使用される他、レーザ加工機の電源ＯＮ／ＯＦＦ、加工プログラムを指定しての加工開始、強制停止等の諸操作、加工プログラム編集等にも利用される。
【００２４】
更に、表示器２１、キーボード２２はこれら一般的な機能の他、レーザ発振器始動後に補正係数更新動作起動信号（指令）を数値制御装置１０に入力する機能を有している。この指令の入力を表示器２１から行なう場合は、例えば図３に示したような画面をキーボード操作で表示器２１上に呼出し、「補正係数更新動作」の部分をキーボード操作でマーカ指定する。
【００２５】
あるいは、操作盤２３を別途設け、そのスイッチ操作で補正係数更新動作起動信号（指令）を数値制御装置１０に入力しても良い。更には、外部信号の入出力のために設けられた入出力装置２４を介して、補正係数更新動作を指令する外部信号を数値制御装置１０に入力しても良い。
【００２６】
次に、上記した構成と機能を利用して実行される、補正係数更新動作起動信号に応じた補正係数の計算、更新を含むシーケンスの概要を図４のフローチャートを参照して説明する。このシーケンスは、発振器立上げ（電源１の起動）と、それに続く従来方式による補正係数の更新（レーザ出力基準指令値下での実出力測定、補正係数の計算、更新記憶を含む）が完了した後に開始する。従って、シーケンス開始時の補正係数の値は上記した従来方式により立上時に更新された補正係数の値となる。一例をあげれば、補正係数＝１．２２がシーケンス開始時の補正係数値となる。従来技術では、２４時間連続運転などでこの補正係数が長期間更新されずに使用されていた。
【００２７】
なお、このシーケンスを実行するための各要素の制御は数値制御装置１０のＣＰＵ（図示省略）によって行い、そのためのプログラム、パラメータ、フラグ値等は数値制御装置１０のメモリ（図示省略）に設定されているものとする。設定されるフラグ値には、次のものが含まれる。
【００２８】
Ｆ１；数値制御装置１０への補正係数更新動作起動信号の入力状態を表わすフラグ。Ｆ１＝０は補正係数更新動作起動信号なし、Ｆ１＝１は補正係数更新動作起動信号ありを表わす。Ｆ１の初期値はＦ１＝０に設定しておく。  
Ｆ２；自動運転中か否かを表わすフラグ。Ｆ２＝０は自動運転中でないこと、Ｆ２＝１は自動運転中であることを表わす。  
Ｆ３；レーザビーム出力状態を表わすフラグ。Ｆ３＝０はレーザビーム非出力状態を表わし、Ｆ３＝１はレーザビーム出力状態を表わす。  
Ｆ４；シャッタ９ｃの開閉状態を表わすフラグ。Ｆ４＝０はシャッタ閉鎖状態を表わし、Ｆ４＝１はシャッタ開放状態を表わす。  
このシーケンスは、発振器立上げ（電源１の起動）の完了後に開始する。以下、各ステップの要点を記す。
【００２９】
ステップＳ１；補正係数更新動作起動信号の入力状態を表わすフラグＦ１の値をチェックする。Ｆ１＝０（入力なし）ならステップＳ２へ進む。Ｆ１＝１（入力あり）ならステップＳ３へ進む。上記したように、Ｆ１の初期値はＦ１＝０に設定されている。Ｆ１＝１となるのは、補正係数更新動作起動信号（指令）が数値制御装置１０に入力された時である。  
前述したように、この補正係数更新動作起動信号（指令）の入力は、表示器２１の画面操作、キーボード２２の操作、操作盤２３上のスイッチ操作、あるいは、入出力装置２４を介しての外部信号入力等によって行なうことができる。例えば、作業者が随時、例えば毎日昼間に画面操作、キーボード操作、スイッチ操作等でＦ１＝１としても良く、あるいは、毎日定時に外部信号入力でＦ１＝１としても良い。
【００３０】
ステップＳ２；予め定められた時間（例えば３秒間）待機して、ステップＳ１へ戻る。  ステップＳ３；自動運転中か否かを表わすフラグＦ２の値をチェックする。Ｆ２＝１（自動運転中）ならステップＳ４へ進み、そうでなければステップＳ６へ進む。  
ステップＳ４；表示器２１の画面に例えば「自動運転中につき、補正係数更新動作起動できず」と表示する。
【００３１】
ステップＳ５；フラグＦ１の値をＦ１＝０として、処理を一旦終了する。  
ステップＳ６；レーザビーム出力中かどうかを表わすフラグＦ３の値をチェックする。Ｆ３＝１（出力中）ならステップＳ７へ進み、そうでなければステップＳ９へ進む。  
ステップＳ７；表示器２１の画面に例えば「レーザビーム出力中につき、補正係数更新動作起動できず」と表示する。
【００３２】
ステップＳ８；フラグＦ１の値をＦ１＝０として、処理を一旦終了する。  
ステップＳ９；シャッタ９ｃの開閉状態を表わすフラグＦ４の値をチェックする。Ｆ４＝１（開放中）ならステップＳ１０へ進み、Ｆ４＝０（閉鎖中）ならばステップＳ１２へ進む。  
ステップＳ１０；表示器２１の画面に例えば「シャッタ開放中につき、補正係数更新動作起動できず」と表示する。
ステップＳ１１；フラグＦ１の値をＦ１＝０として、処理を一旦終了する。
【００３３】
ステップＳ１２；補正係数値を１とする。これは、補正係数更新を行なう場合には、出力補正機能が実質的に働かなくするための措置である。  
ステップＳ１３；レーザ出力基準指令値を出力してレーザ光を出力させる。なお、シャッタ９ｃは閉じたままである。  
ステップＳ１４；予め定められた時間（出力が安定するに必要な時間、例えば３分間）待機して、ステップＳ１５へ進む。  
ステップＳ１５；出力測定手段９ｂにより、レーザ光実出力を計測し、新たに設定すべき補正係数を求めて記憶する。計算式は、補正係数＝レーザ出力基準指令値／レーザ光実出力である。例えばレーザ出力基準指令値が１０００Ｗで、実出力が８００Ｗであったとすれば、補正係数＝１０００／８００＝１．２５となる。
【００３４】
ステップＳ１６；出力指令値を“０”として、処理を一旦終了する。もし、再度、補正係数更新を行いたい場合には、補正係数更新動作起動信号（指令）を、表示器２１の画面操作、キーボード２２の操作、操作盤２３上のスイッチ操作、あるいは、入出力装置２４を介しての外部信号入力等によって行なった上で、このシーケンスを再実行すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態で採用される構成の概要を示したブロック図である。
【図２】レーザ発振器の本体部の構成例を示した図である。
【図３】画面操作により補正係数更新動作起動を行なう場合の画面を例示したものである。
【図４】本発明の実施形態において実行される補正係数の計算、更新を含むシーケンスの概要を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  電源
２  放電管（共振器）
３  リア鏡
４  出力鏡
５、７  熱交換器
６  ブロワ
８  媒質ガス（レーザガス）
９ａ  半透鏡
９ｂ  レーザ出力測定手段（パワー検出器）
９ｃ  シャッタ
１０  数値制御装置
１１  補正手段
１２  タイマー
１３  指令値記憶手段
１４  指令制御手段
１５  ＤＡ変換器
１６  ＡＤ変換器
１６ａ  アンプ
２１  表示器
２２  キーボード
２３  操作盤
２４  入出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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