(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、
励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、
前記励起用光源に供給される電力を測定してその電力測定値を表す電力測定値信号（ＳP）を生成する電力測定部と、
前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、
前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電力測定部からの前記電力測定値信号（ＳP）の交流分（ＳPC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳPC）の和（ＳL＋ＳPC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}を求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、
励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、
前記励起用光源に供給される電力を測定してその電力測定値を表す電力測定値信号（ＳP）を生成する電力測定部と、
前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、
帰還回路に位相補償回路を設けた誤差増幅器を有し、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電力測定部からの前記電力測定値信号（ＳP）の交流分（ＳPC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳPC）の和（ＳL＋ＳPC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}を前記誤差増幅器を用いて求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部と
を有するレーザ加工装置。
【請求項３】
所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、
励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、
前記励起用光源に供給される電流を測定してその電流測定値を表す電流測定値信号（ＳI）を生成する電流測定部と、
前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、
前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電流測定部からの前記電流測定値信号（ＳI）の交流分（ＳIC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳIC）の和（ＳL＋ＳIC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}を求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部と
を有するレーザ加工装置。
【請求項４】
所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、
励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、
前記励起用光源に供給される電流を測定してその電流測定値を表す電流測定値信号（ＳI）を生成する電流測定部と、
前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、
帰還回路に位相補償回路を設けた誤差増幅器を有し、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電流測定部からの前記電流測定値信号（ＳI）の交流分（ＳIC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳIC）の和（ＳL＋ＳIC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}を前記誤差増幅器を用いて求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部と
を有するレーザ加工装置。
【請求項５】
前記スイッチング制御部が、パルス幅変調方式により前記スイッチング素子をスイッチング制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形制御方式のレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被加工物にパルスレーザ光を照射して溶接、切断等のレーザ加工を行うレーザ加工装置では、多種多用な加工要求に対応できるように、パルスレーザ光のレーザ出力の波形を可変制御する技術が用いられている。
【０００３】
図６に、従来の波形制御式レーザ加工装置の主要な構成を示す。このレーザ加工装置は、レーザ発振部１００とレーザ電源部１０２と制御部１０４とを有している。レーザ電源部１０２は通常トランジスタからなるスイッチング素子１０６を介してレーザ発振部１００内の励起用光源（図示せず）に電気的に接続されており、制御部１０４がフィードバック方式でスイッチング素子１０６をスイッチング制御することで、レーザ電源部１０２より該励起用光源に供給される直流電力または電流が波形制御される。レーザ発振部１００では、該励起用光源より発せられた光のエネルギーで固体レーザ媒体（図示せず）を励起することにより、レーザ出力（光強度）の波形が制御されたレーザ光ＬＢを発振出力するようになっている。
【０００４】
制御部１０４は、上記のようなレーザ出力の波形制御を行うために、レーザ光ＬＢの出力を測定するレーザ出力測定部１０８と、このレーザ出力測定部１０８からのレーザ出力測定値信号ＭＬをフィードバック信号とし、これと基準信号発生部１１０からの基準信号Ｍrefとの誤差に基づいてスイッチング素子１０６をスイッチング制御するスイッチング制御部１１２とを有している。
【０００５】
スイッチング制御部１１２では、演算増幅器１１４、入力抵抗１１６，１１８および帰還抵抗１２０からなる誤差増幅器１２２が両信号ＭＬ，Ｍrefのレベルを比較して両者間の誤差または差分を表す誤差信号ｅｒを生成し、ＰＷＭ（パルス幅変調）回路１２４が誤差信号ｅｒに応じたパルス幅を有する所定周波数のＰＷＭ信号ＭＷを生成する。このＰＷＭ信号ＭＷがスイッチング制御信号として駆動回路１２６を介してスイッチング素子１０６に与えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなレーザ加工装置では、波形制御のためにＰＷＭ回路１２４よりスイッチング素子１０６に与えられるスイッチング制御信号ＭＷに対して、レーザ光ＬＢの出力の位相遅れが大きく、たとえば１８０゜前後もずれることがある。
【０００７】
このため、波形制御のフィードバックループを安定化させるように、演算増幅器１１４の帰還回路において抵抗１２０と並列にコンデンサ１２８と抵抗１３０とからなる位相補償回路を設け、負帰還、特に高周波成分の負帰還を強めることで、上記のように逆相になるほど大きな位相遅れを補償するようにしている。
【０００８】
しかしながら、それによって誤差増幅器１２２におけるゲイン、特に高周波成分のゲインが低下する。このため、レーザ光ＬＢの立ち上がり時は、レーザ出力測定値信号ＭＬおよび基準信号Ｍrefの双方それぞれに高周波成分が多く含まれるところ、両者間の高周波成分の誤差（差分）に対する誤差信号ｅｒのゲインまたは感度が低く、ＰＷＭ回路１２４の応答速度が低い。このため、図７に示すように、レーザ出力の立ち上がりが遅いうえ、その反動としてオーバーシュートを起こしやすく、波形制御の精度ないし信頼性がよくなかった。このことは、レーザ加工品質の面からも望ましくなかった。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、レーザ出力波形制御の精度ないし信頼性を向上させるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の別の目的は、レーザ出力の立ち上がり特性を改善するレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点におけるレーザ加工装置は、所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、前記励起用光源に供給される電力を測定してその電力測定値を表す電力測定値信号（ＳP）を生成する電力測定部と、前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電力測定部からの前記電力測定値信号（ＳP）の交流分（ＳPC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳPC）の和（ＳL＋ＳPC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}を求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部とを有する。
上記の構成においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して、レーザ光の出力の変化分は同期せず相当の遅れがあるのに対して、レーザ電源部より励起用光源に供給される電力の変化分つまり交流分は同期する。したがって、スイッチング制御部においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して大きく遅延する主フィードバック信号（ＳL）をスイッチング素子のオン時間に対してほぼ同相を保つ副フィードバック信号（ＳPC）で補正されることにより、基準信号（Ｓref）と比較されるべきフィードバック信号（ＳL＋ＳPC）の位相が補償され、パワーフィードバック・ループが安定化する。
【００１２】
本発明の第２の観点におけるレーザ加工装置は、所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、前記励起用光源に供給される電力を測定してその電力測定値を表す電力測定値信号（ＳP）を生成する電力測定部と、前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、帰還回路に位相補償回路を設けた誤差増幅器を有し、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電力測定部からの前記電力測定値信号（ＳP）の交流分（ＳPC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳPC）の和（ＳL＋ＳPC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}を前記誤差増幅器を用いて求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳPC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部とを有する。
上記の構成においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して、レーザ光の出力の変化分は同期せず相当の遅れがあるのに対して、レーザ電源部より励起用光源に供給される電力の変化分つまり交流分は同期する。したがって、スイッチング制御部においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して大きく遅延する主フィードバック信号（ＳL）をスイッチング素子のオン時間に対してほぼ同相を保つ副フィードバック信号（ＳPC）で補正されることにより、基準信号（Ｓref）と比較されるべきフィードバック信号（ＳL＋ＳPC）の位相が補償され、パワーフィードバック・ループが安定化する。これにより、誤差増幅器の位相補償回路による負帰還、特に高周波成分の負帰還を弱めて、周波数特性を向上させ、応答速度を改善することができる。
【００１３】
本発明の第３の観点におけるレーザ加工装置は、所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、前記励起用光源に供給される電流を測定してその電流測定値を表す電流測定値信号（ＳI）を生成する電流測定部と、前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電流測定部からの前記電流測定値信号（ＳI）の交流分（ＳIC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳIC）の和（ＳL＋ＳIC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}を求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部とを有する。
上記の構成においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して、レーザ光の出力の変化分は同期せず相当の遅れがあるのに対して、レーザ電源部より励起用光源に供給される電流の変化分つまり交流分は同期する。したがって、スイッチング制御部においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して大きく遅延する主フィードバック信号（ＳL）をスイッチング素子のオン時間に対してほぼ同相を保つ副フィードバック信号（ＳIC）で補正されることにより、基準信号（Ｓref）と比較されるべきフィードバック信号（ＳL＋ＳIC）の位相が補償され、パワーフィードバック・ループが安定化する。
【００１４】
本発明の第４の観点におけるレーザ加工装置は、所望のレーザ加工に用いるレーザ光の出力をフィードバック制御方式により制御するレーザ加工装置であって、励起用光源より発せられる励起光のエネルギーで固体レーザ媒体を励起してレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記励起用光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ光の出力を測定してそのレーザ出力測定値を表すレーザ出力測定値信号（ＳL）を生成するレーザ出力測定部と、前記励起用光源に供給される電流を測定してその電流測定値を表す電流測定値信号（ＳI）を生成する電力測定部と、前記レーザ電源部と前記励起用光源との間に接続され、所定周波数でオン・オフ動作するスイッチング素子と、帰還回路に位相補償回路を設けた誤差増幅器を有し、前記レーザ出力測定部からの前記レーザ出力測定値信号（ＳL）を主フィードバック信号とするとともに、前記電流測定部からの前記電流測定値信号（ＳI）の交流分（ＳIC）を副フィードバック信号とし、前記主フィードバック信号（ＳL）および前記副フィードバック信号（ＳIC）の和（ＳL＋ＳIC）と所望の波形を有する基準信号（Ｓref）との差を表す比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}を前記誤差増幅器を用いて求め、その比較誤差{（ＳL＋ＳIC）−Ｓref}に応じて次のスイッチングサイクルにおける前記スイッチング素子のオン時間を制御するスイッチング制御部とを有する。
上記の構成においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して、レーザ光の出力の変化分は同期せず相当の遅れがあるのに対して、レーザ電源部より励起用光源に供給される電流の変化分つまり交流分は同期する。したがって、スイッチング制御部においては、制御量であるスイッチング素子のオン時間に対して大きく遅延する主フィードバック信号（ＳL）をスイッチング素子のオン時間に対してほぼ同相を保つ副フィードバック信号（ＳIC）で補正されることにより、基準信号（Ｓref）と比較されるべきフィードバック信号（ＳL＋ＳIC）の位相が補償され、パワーフィードバック・ループが安定化する。これにより、誤差増幅器の位相補償回路による負帰還、特に高周波成分の負帰還を弱めて、周波数特性を向上させ、応答速度を改善することができる。
【００１５】
本発明では、スイッチング素子のスイッチング制御にパルス幅変調方式を好適に使用できる。もっとも、フィードバックループに適する他のスイッチング制御方式も使用可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の要部の構成を示す。このレーザ加工装置は、レーザ発振部１０、レーザ電源部１２、レーザ冷却部１４、制御部１６等から構成されている。
【００１８】
レーザ発振部１０は、チャンバ１８内に配置された励起用光源たとえば励起ランプ２０およびレーザ媒体たとえばＹＡＧロッド２２と、チャンバ１８の外でＹＡＧロッド２２の光軸上に配置された一対の光共振器ミラー２４，２６とを有している。
【００１９】
励起ランプ２０が点灯して励起光を発すると、その励起光のエネルギーでＹＡＧロッド２２が励起され、ＹＡＧロッド２２の両端面より光軸上に出た光が光共振器ミラー２４，２６の間で反射を繰り返して増幅されたのちパルスレーザ光ＬＢとして出力ミラー２４を抜け出る。出力ミラー２４より抜け出たパルスレーザ光ＬＢは、反射ミラーや光ファイバ等の光伝送系（図示せず）を介してレーザ加工場所のレーザ出射部（図示せず）に送られ、該レーザ出射部より被加工物（図示せず）に照射されるようになっている。
【００２０】
レーザ電源部１２は、レーザ発振部１０に供給すべきレーザ発振用の電力を蓄積するコンデンサ２８と、商用交流たとえば三相交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を直流に変換してコンデンサ２８を所定の直流電圧に充電するための充電回路３０とを有する。レーザ電源部１２の出力端子つまりコンデンサ２８の端子は、スイッチング素子たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）３２を介して励起ランプ２０に電気的に接続されている。
【００２１】
レーザ冷却部１４は、レーザ発振部１０の励起ランプ２０およびＹＡＧロッド２２より発生される熱をレーザ発振部１０の外へ放熱するためのもので、レーザ発振部１０に所定温度に温調された冷却媒体たとえば冷却水ＣＷを供給するように構成されている。
【００２２】
制御部１６は、装置全体ないし各部の動作を制御するためのＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４と、このＣＰＵ３４に所定の処理を行わせるための各種プログラムや各種設定値その他のデータを蓄積するためのメモリ３６と、波形制御用の各種計測手段３８〜４８およびスイッチング制御部５０等を含んでいる。
【００２３】
各種計測手段のうち、レーザ出力測定部３８は、光共振器ミラー２６の後方に漏れるレーザ光ＬＢ’を受光するフォトセンサと、このフォトセンサより出力される電気信号に基づいてパルスレーザ光ＬＢのレーザ出力を求める測定回路とを有しており、該測定回路より得られるレーザ出力測定値信号ＳＬをスイッチング制御部５０とＣＰＵ３４とに与える。
【００２４】
電圧測定回路４０は、電圧センス線４２を介して励起ランプ２０の両端子に電気的に接続されており、電源部１２より励起ランプ２０に印加される電圧（ランプ電圧）をたとえば実効値で測定し、ランプ電圧測定値を表す信号ＳＶを電力演算回路４４に与える。
【００２５】
電流測定回路４６は、電源部１２のランプ電流供給回路に取付されている電流センサたとえばホールＣＴ４８より電流検出信号を受け取って、励起ランプ２０に供給される電流（ランプ電流）Ｉを実効値で測定し、ランプ電流測定値を表す信号ＳI を電力演算回路４４に与えるとともに、スイッチング制御部５０に与える。
【００２６】
電力演算回路４４は、電圧測定回路４０からのランプ電圧測定値信号ＳＶと電流測定回路４６からのランプ電流測定値信号ＳIとを基にランプ電力測定値ＳＰを演算で求め、ランプ電力測定値を表す信号ＳＰをスイッチング制御部５０に与える。
【００２７】
スイッチング制御部５０は、波形制御用のスイッチング制御信号ＳＷを駆動回路５２を介してＩＧＢＴ３２に与える。本実施形態のレーザ出力波形制御において、スイッチング制御部５０は、レーザ出力測定部３８からのレーザ出力測定値信号ＳＬを主フィードバック信号にするとともに、電力演算回路４４からのランプ電力測定値信号ＳＰもしくは電流測定回路４６からのランプ電流測定値信号ＳIの交流分ＳＰc（ＳIc）を補正用の副フィードバック信号とし、これらのフィードバック信号ＳＬ，ＳＰc（ＳＩc）をＣＰＵ３４からの所望のパルス波形を有する基準信号Ｓrefと比較して比較誤差を求め、この比較誤差を零にするように、たとえばＰＷＭ方式のスイッチング制御信号ＳＷを生成し、このスイッチング制御信号ＳＷにより駆動回路５２を介してＩＧＢＴ３２をスイッチング制御するようになっている。
【００２８】
このようなフィードバック制御方式により、レーザ発振部１０より発振出力されるパルスレーザ光ＬＢの出力波形が基準信号Ｓrefの波形に倣うように制御される。
【００２９】
ＣＰＵ３４には、通信インタフェース部５４、入力部５６および表示部５８等も接続される。通信インタフェース部５４は外部の装置（図示せず）とのデータまたは信号のやりとりに用いられる。入力部５６は、たとえば本装置の操作パネルに取付されているキースイッチ群を含み、各種設定値の入力等に用いられる。表示部５８は、たとえば該操作パネルに取付されているディスプレイを有し、各種入力設定値や各種測定値等を表示する。なお、図１では、測定値として、レーザ出力測定部３８からのレーザ出力測定値信号ＳＬだけがＣＰＵ３４に入力され、表示可能となっている。しかし、他の計測部（４０，４４，４６）で得られる測定値信号もＣＰＵ３４に入力して、表示や所望のデータ処理を行うようにしてもよい。
【００３０】
図２に、本実施形態におけるスイッチング制御部５０の構成例を示す。このスイッチング制御部５０は、アナログ回路で構成されており、加算回路６０と、反転回路６２と、誤差増幅器６４と、ＰＷＭ回路６６とを有している。
【００３１】
加算回路６０では、レーザ出力測定部３８（図１）からのレーザ出力測定信号ＳＬが主フィードバック信号として入力抵抗７０を介して演算増幅器６８の反転入力端子（−）に入力される。さらに、電力演算回路４４（図１）からの電力測定値信号ＳＰもしくは電流測定回路４６（図１）からの電流測定値信号ＳＩがコンデンサ７２に入力され、コンデンサ７２を通ったＳＰ（ＳＩ）の交流分ＳＰc（ＳＩc）が副フィードバック信号として入力抵抗７４を介して演算増幅器６８の反転入力端子（−）に入力される。演算増幅器６８の非反転入力端子（＋）はグランド電位に接続され、出力端子と反転入力端子（−）との間には帰還抵抗７６が接続されている。
【００３２】
かかる構成の加算回路６０は、レーザ出力測定信号ＳＬに電力測定値信号ＳＰもしくは電流測定値信号ＳＩの交流分ＳＰc（ＳＩc）を加え合わせ、かつ極性反転したものを逆極性の補正フィードバック信号−ＳＦとして出力する。
【００３３】
反転回路６２は、演算増幅器７８と、入力抵抗８０と、帰還抵抗８２とで構成される。加算回路６０より出力された逆極性の補正フィードバック信号−ＳＦは、この反転回路６２で極性を反転され、正極性の補正フィードバック信号ＳＦとなる。
【００３４】
誤差増幅器６４は、演算増幅器８４と、一対の入力抵抗８６，８８と、帰還抵抗９０とで構成される。演算増幅器８４の非反転入力端子（＋）には上記反転回路６２からの補正フィードバック信号ＳＦが入力抵抗８６を介して入力され、反転入力端子（−）にはＣＰＵ３４からの基準信号Ｓrefが入力抵抗８８を介して入力される。なお、ＣＰＵ３４からの基準信号Ｓrefは、ディジタル−アナログ変換回路（図示せず）によりアナログ信号に変換されて与えられる。
【００３５】
この誤差増幅器６４では、両入力信号ＳＦ，Ｓrefの差分または誤差（ＳＦ−Ｓref）を表す誤差信号ＥＲが演算増幅器８４の出力端子に得られる。信号増幅度は入力抵抗８６，８８の抵抗値と帰還抵抗９０の抵抗値との比で規定される。
【００３６】
この誤差増幅器６４でも、波形制御のフィードバックループを安定化させるように、演算増幅器８４の帰還回路に抵抗９０と並列にコンデンサ９２と抵抗９４とからなる位相補償回路を設けている。ただし、後述するように本装置ではＰＷＭ回路６６より出力されるスイッチング制御信号ＳＷに対する補正フィードバック信号ＳＦの位相ずれ（遅れ）が小さいため、この位相補償回路による負帰還、特に高周波成分の負帰還を弱く設定できる。
【００３７】
一例として、従来装置（図６）の位相補償回路ではコンデンサ１２８のキャパシタンスを４７０００ピコ・ファラッド、抵抗１３０の抵抗値を５００オームに選定していたのに対して、本装置の位相補償回路ではコンデンサ９２のキャパシタンスを４７００ピコ・ファラッド、抵抗９４の抵抗値を２０キロオームに選定することができる。このように、位相補償回路における高周波成分の負帰還を弱められることで、誤差増幅器６４の周波数特性を大きく改善できる。
【００３８】
図３に、本実施形態における誤差増幅器６４の周波数特性の一例を従来例（図１）と比較して示す。なお、入力抵抗８６，８８（１１６，１１８）の抵抗値を２キロオーム、帰還抵抗９０（１２０）の抵抗値を１００キロオームに選んでいる。
【００３９】
ＰＷＭ回路６６は、一定周波数の比較基準信号たとえば鋸波信号を発生する回路と、誤差増幅器６４からの誤差信号ＥＲを該鋸波信号と比較してＰＷＭ信号つまりスイッチング制御信号ＳＷを生成するコンパレータとを有している。各スイッチングサイクルにおけるスイッチング制御信号ＳＷのパルス幅は、ＩＧＢＴ３２のオン時間を規定し、比較誤差ＥＲが大きくなるほど増大し、比較誤差ＥＲが小さくなるほど減少するようになっている。
【００４０】
本実施形態のレーザ出力波形制御においてスイッチング制御部５０は次のように動作する。
【００４１】
各スイッチングサイクルでは、スイッチング制御信号ＳＷまたはＩＧＢＴ３２のオン時間中に、レーザ電源部１２より直流の電流Ｉがスイッチング素子３２を介してレーザ発振部１０の励起ランプ２０に供給され、励起ランプ２０が発光する。上記したようにレーザ発振部１０では、励起ランプ２０からの励起光でＹＡＧロッド２２が励起されてレーザの元になる光を生成し、この光が光共振器ミラー２４，２６による光共振ないし増幅を経てレーザ光ＬＢとなる。ここで、制御量であるスイッチング制御信号ＳＷまたはＩＧＢＴ３２のオン時間（パルス持続時間）に対して、レーザ電源部１２より励起ランプ２０に供給される電流または電力の変化分つまり交流分は同期する。一方、レーザ光ＬＢの出力の変化分は同期せず、相当の遅れがあり、たとえば１８０゜前後遅れることもある。
【００４２】
本実施形態のスイッチング制御部５０においては、レーザ出力測定部３８からのレーザ出力測定信号ＳＬを主フィードバック信号にするとともに、電力演算回路４４からの電力測定値信号ＳＰもしくは電流測定回路４６からの電流測定値信号ＳＩの交流分ＳＰc（ＳＩc）を副フィードバック信号としており、加算回路６２で両フィードバック信号ＳＬ，ＳＰc（ＳＩc）を加え合わせ、その加算によって得られる補正フィードバック信号ＳＦを誤差増幅器６４で基準信号Ｓrefと比較して比較誤差（ＳＦ−Ｓref）を求め、その比較誤差（ＳＦ−Ｓref）に応じてＰＷＭ回路６６で次のスイッチングサイクルにおけるＩＧＢＴ３２のオン時間を決定するようにしている。
【００４３】
ここで、誤差増幅器６４に与えられる補正フィードバック信号ＳＦは、制御量であるスイッチング制御信号ＳＷに対して逆相になるほど大きく遅延する主フィードバック信号ＳＬをスイッチング制御信号ＳＷに対してほぼ同相を保つ副フィードバック信号ＳＰc（ＳＩc）で補正（位相補償）したものである。このため、波形制御フィードバックループの安定度が高い。これにより、上記のように誤差増幅器６４の位相補償回路（９２，９４）による負帰還、特に高周波成分の負帰還を弱めて、周波数特性を向上させ、応答速度を改善できる。
【００４４】
しかして、本実施形態では、図４に示すように、パルスレーザ光ＬＢの出力を安定かつ高速に立ち上げ、オーバーシュートを無くすことができる。また、このようにレーザ出力波形制御の精度および安定度を高めることによって、レーザ加工の品質を向上させることができる。
【００４５】
図５に、本実施形態におけるスイッチング制御部５０の一変形例を示す。図中、図２の各部と同様の構成を有する部分には同一の符号を付している。
【００４６】
この変形例では、基準信号Ｓrefを反転回路６２に通してから、加算回路６０で副フィードバック信号ＳＰc（ＳＩc）と加算して、第１の比較誤差{Ｓref−ＳＰc（ＳＩc）}を得る。つまり、反転回路６２と加算回路６０により、基準信号Ｓrefから副フィードバック信号ＳＰc（ＳＩc）を減算する減算回路が構成されている。次に、誤差増幅器６４において、演算増幅器８４の反転入力端子（−）に該第１の比較誤差{Ｓref−ＳＰc（ＳＩc）}を入力するとともに、非反転入力端子（＋）に主フィードバック信号ＳＬを入力することにより、第２の比較誤差{ＳＬ＋ＳＰc（ＳＩc）−Ｓref}を得る。この第２の比較誤差は上記実施例と同じ結果であり、同一の誤差信号ＥＲがＰＷＭ回路６６に与えられることになる。
【００４７】
以上、本発明の好適な一実施形態を説明したが、本発明の技術思想に基づいて種々の変形または変更が可能である。たとえば、レーザ発振部１０、レーザ電源部１２または制御部１６の構成および機能は上記実施形態のものに限定されるわけではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態では、スイッチング制御にＰＷＭ方式を用いたが、フィードバックループに適する他のスイッチング制御方式も使用可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ加工装置によれば、レーザ電源部よりレーザ発振部の励起用光源に供給される電力または電流の交流分によりフィードバック信号（レーザ出力測定値）または基準値を補正してパワーフィードバック制御を行うことにより、安定した高速応答のレーザ出力波形制御が可能であり、特にレーザ出力の立ち上がり特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のレーザ加工装置におけるスイッチング制御部の構成例を示す回路図である。
【図３】実施形態のスイッチング制御部における誤差増幅器の周波数特性を従来例と比較して示す図である。
【図４】実施形態のレーザ加工装置における各部の波形を示す図である。
【図５】実施形態のスイッチング制御部の一変形例を示す回路図である。
【図６】従来のレーザ加工装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図７】従来のレーザ加工装置における各部の波形を示す図である。
【符号の説明】
１０    レーザ発振部
１２    レーザ電源部
１６    制御部
２０    励起ランプ（励起用光源）
２２    ＹＡＧロッド（固体レーザ媒体）
２４，２６    光共振器ミラー
３２    ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
３４    ＣＰＵ
３８    レーザ出力測定部
４０    電圧測定回路
４４    電力演算回路
４６    電流測定回路
４８    電流センサ
５０    スイッチング制御部
６０    加算回路
６２    反転回路
６４    誤差増幅器
６６    ＰＷＭ（パルス幅変調）回路
８４    演算増幅器
９２    位相補償用コンデンサ
９４    位相補償用抵抗
【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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