(57)【要約】【課題】レーザ持続時間が異なる場合であっても、レーザを安定して出力可能なミラー角度を設定する。【解決手段】放電空間の両端に配置されたミラー（６、８）によりレーザを発振するレーザ発振器（１０）が、レーザ発振器を動作させるプログラムからレーザ出力指令と持続時間指令とを読取る読取手段（３５）と、読取手段により読取られたレーザ出力指令と持続時間指令とに基づいてミラーの角度指令値を決定するミラー角度決定手段（３６）と、ミラー角度決定手段により決定されたミラーの角度指令値に応じてミラーの角度を調節するミラー角度調節手段（１６、１８）とを含む。さらに、レーザ発振器を立上げてからレーザを出力した時間を積算してレーザ出力積算時間を算出する積算手段（２０）を具備し、積算手段により算出されたレーザ出力積算時間を持続時間に加算して新たな持続時間としてもよい。【選択図】図１
2009049312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間の両端に配置されたミラーによりレーザを発振するレーザ発振器において、
該レーザ発振器を動作させるプログラムからレーザ出力指令と該レーザ出力指令にてレーザ出力を持続させる持続時間指令とを読取る読取手段と、
該読取手段により読取られた前記レーザ出力指令と前記持続時間指令とに基づいて前記ミラーの角度指令値を決定するミラー角度決定手段と、
前記ミラー角度決定手段により決定された前記ミラーの角度指令値に応じて前記ミラーの角度を調節するミラー角度調節手段とを具備するレーザ発振器。
【請求項２】
さらに、前記レーザ発振器を立上げてからレーザを出力した時間を積算する積算手段を具備し、
前記積算手段により積算されたレーザ出力積算時間を前記持続時間指令に加算して新たな持続時間指令とするようにした請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記レーザ出力積算時間を、前記レーザ発振器における前回のレーザ出力からの経過時間に応じて低下させるようにした請求項２に記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ発振器に関する。特に、本発明は、レーザビームを金属または樹脂などの被加工ワークに照射して、被加工ワークを切断または溶接するのに用いられるレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器は、制御装置により作成されたレーザ出力指令に応じて電力が供給されてレーザが出力される。レーザを出力すると、レーザ発振器内の共振器の各部分の温度が上昇するので、共振器は熱歪みの影響を受ける。通常、共振器は或る一定の出力条件に対して調整されている。このため、共振器が熱歪みの影響を受けると、レーザ出力とその射出角度とが安定しなくなる場合がある。
【０００３】
特許文献１に開示されるレーザ発振器おいては、共振器の反射ミラーのガス流方向に対する角度が放電電力に比例した信号により制御されている。このため、特許文献１の場合には、共振器が熱歪みの影響を受けた場合であっても、レーザ出力とその射出角度とを補正することができる。
【特許文献１】特許第２５３９２２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、共振器に対する熱の影響はレーザの出力を持続する持続時間によっても変化する。さらに、そのような熱の影響はレーザ発振器における過去のレーザ出力によっても変化する。
【０００５】
特許文献１の場合には放電電力のみに基づいてミラーの角度を変更しているので、レーザの持続時間が異なる場合、および過去のレーザ出力による熱の影響が解消されていない場合には、ミラー角度を適切に設定できない場合がある。そのような場合には、レーザ出力およびレーザ射出角度が不安定になるので、被加工ワークを良好に加工するのが困難になる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、レーザの持続時間が異なる場合、および過去のレーザ出力による熱の影響が解消されていない場合であっても、レーザ出力とその射出角度とを安定させられるようにミラー角度を設定できるレーザ発振器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】
【０００７】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、放電空間の両端に配置されたミラーによりレーザを発振するレーザ発振器において、該レーザ発振器を動作させるプログラムからレーザ出力指令と該レーザ出力指令にてレーザ出力を持続させる持続時間指令とを読取る読取手段と、該読取手段により読取られた前記レーザ出力指令と前記持続時間指令とに基づいて前記ミラーの角度指令値を決定するミラー角度決定手段と、前記ミラー角度決定手段により決定された前記ミラーの角度指令値に応じて前記ミラーの角度を調節するミラー角度調節手段とを具備するレーザ発振器が提供される。
【０００８】
すなわち１番目の発明においては、レーザの持続時間を考慮してミラー角度指令値を決定している。このため、レーザの持続時間が異なる場合であっても、レーザ出力とその射出角度とを安定させられるようにミラー角度を設定できる。
【０００９】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記レーザ発振器を立上げてからレーザを出力した時間を積算する積算手段を具備し、前記積算手段により積算されたレーザ出力積算時間を前記持続時間指令に加算して新たな持続時間指令とするようにした。
すなわち２番目の発明においては、過去のレーザ出力による熱が残存している場合にはその影響を考慮して新たな持続時間指令を作成している。このため、熱が残存している場合であっても、レーザ出力とその射出角度とを安定させられるようにミラー角度を設定できる。
【００１０】
３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記レーザ出力積算時間を、前記レーザ発振器における前回のレーザ出力からの経過時間に応じて低下させるようにした。
前回のレーザ出力により生じた熱は前回のレーザ出力からの経過時間に応じて解消する。従って、３番目の発明においては、前回のレーザ出力からの経過時間を考慮することにより、より正確なミラー角度を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくレーザ発振器の概念図である。図１示されるレーザ発振器１０は放電励起型である比較的高出力のレーザ発振器、例えば出力１ｋＷ以上の炭酸ガスレーザである。レーザ発振器１０には、部分透過性をほとんど有しないリア鏡６（反射率９９％）と、部分透過性を有する出力鏡８（反射率５０％）とが互いに対面して設けられている。これらリア鏡６および出力鏡８の間には放電セクション２９が形成されている。レーザ発振器１０の駆動時には、レーザが出力鏡８から矢印Ｃ方向に出力される。
【００１２】
放電セクション２９には、互いに対面する放電電極対７ａ、７ｂが設けられている。これら放電電極対７ａ、７ｂは同一寸法であって、誘電体コーティングが施されている。図示されるように、これら放電電極対７ａ、７ｂは、レーザの出力方向Ｃに対して概ね平行に配置されている。
【００１３】
図１においては、リア鏡６はミラー角度調節機構部１６に連結されており、出力鏡８は他のミラー角度調節機構部１８に連結されている。これらミラー角度調節機構部１６、１８はリア鏡６および出力鏡８のそれぞれの初期位置からのミラー角度Ａ１、Ａ２を調節する。ここで、ミラー角度Ａ１、Ａ２は、レーザ出力方向Ｃに対して垂直で且つ放電電極対７ａ、７ｂに対して平行な軸線回りにリア鏡６、出力鏡８がそれぞれ回転する回転角度である。
【００１４】
さらに、図１に示されるように、これら放電電極対７ａ、７ｂはマッチング回路（図示しない）を介して高周波電源４に接続されている。高周波電源４は例えば２ＭＨｚの高周波電源である。
【００１５】
本発明に基づくレーザ発振器１０はデジタルコンピュータである制御装置３０により制御される。制御装置３０は、レーザ発振器１０のための加工プログラム３２および後述するマップ３３等を記憶する記憶部３１を含んでいる。さらに、制御装置３０は、加工プログラム３２に記述されたレーザ出力指令Ｙおよびそのレーザ出力指令Ｙでの持続時間指令Ｔを読取る読取手段３５と、レーザ出力指令Ｙおよび持続時間指令Ｔに基づいてリア鏡６および出力鏡８のためのミラー角度指令値Ａを決定するミラー角度指令値決定手段３６とを含んでいる。
【００１６】
さらに、レーザ発振器１０の高周波電源４は積算手段２０に接続されている。積算手段２０は、レーザ発振器１０を立上げた後における複数回のレーザの出力時間を積算して、レーザ出力積算時間ＴＴを算出する。レーザ出力積算時間ＴＴは、制御装置３０のミラー角度指令値決定手段３６に供給される。
【００１７】
以下、本発明に基づくレーザ発振器１０の動作について説明する。はじめに、記憶部３１に記憶された加工プログラム３２に基づいて、制御装置３０がレーザ発振器１０を駆動する。このとき、制御装置３０の読取手段３５が加工プログラム３２からレーザ出力指令Ｙを読取る。レーザ出力指令Ｙはミラー角度指令値決定手段３６に送信される。同時に、読取手段３５は、レーザ出力指令Ｙにてレーザ出力を持続させる持続時間指令Ｔを加工プログラム３２から読取り、ミラー角度指令値決定手段３６に送信する。また、レーザ出力指令Ｙは高周波電源４に送信され、高周波電源４はこのレーザ出力指令Ｙに応じた電力を放電電極対７ａ、７ｂに供給する。
【００１８】
ミラー角度指令値決定手段３６はレーザ出力指令Ｙおよび持続時間指令Ｔに基づいて、リア鏡６および出力鏡８のミラー角度指令値Ａを設定する。図２（ａ）は、一般的なミラー角度指令値Ａのマップを示す図であり、図２（ｂ）は或る実施形態におけるミラー角度指令値Ａ（単位：ｒａｄ）の具体的なマップを示す図である。
【００１９】
これら図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、ミラー角度指令値Ａは、レーザ出力指令Ｙおよび持続時間指令Ｔの関数としてマップ３３の形で記憶部３１に記憶されている。マップ３３におけるミラー角度指令値Ａは、レーザ出力およびレーザ射出角度が安定するときのミラー角度であり、実験などにより予め求められている。或る実施形態におけるミラー角度指令値Ａの具体的な値は図２（ｂ）に示されている。
【００２０】
ミラー角度指令値決定手段３６は、そのようなマップ３３からリア鏡６および出力鏡８のミラー角度指令値Ａをそれぞれ決定する。リア鏡６および出力鏡８のそれぞれのミラー角度指令値Ａは、図示されるような共通のマップから決定してもよく、またはリア鏡６および出力鏡８に固有のマップ（図示しない）からそれぞれ決定するようにしてもよい。なお、ミラー角度指令値決定手段３６は所定の式に基づいてリア鏡６および出力鏡８のミラー角度指令値を算出するようにしてもよい。
【００２１】
ミラー角度指令値決定手段３６により決定されたミラー角度指令値Ａはミラー角度調節機構部１６、１８に送信される。そして、これらミラー角度調節機構部１６、１８はミラー角度指令値Ａに基づいてリア鏡６および出力鏡８のミラー角度Ａ１、Ａ２をそれぞれ調節する。
【００２２】
このようにしてリア鏡６および出力鏡８のミラー角度Ａ１、Ａ２が調節されている場合には、レーザ出力時における、レーザ出力とその射出角度とを安定させられる。従って、レーザ発振器１０に関連するレーザ加工機においては、被加工ワークを良好に加工することが可能となり、被加工ワークの加工不良率も低下させられる。
【００２３】
ところで、レーザ発振器１０を立上げた後で複数回にわたってレーザを出力すると、過去のレーザ出力による熱の影響が解消されていない場合がある。特に前回のレーザ出力の終了後からの経過時間が比較的短い場合には、共振器に対する熱歪みの影響が解消されていないことが多い。
【００２４】
そのような場合には、以下の式（１）で示されるように、積算手段２０により算出されたレーザ出力積算時間ＴＴを持続時間指令Ｔに加算して、新たな持続時間指令Ｔを作成する。
Ｔ  ←  Ｔ  ＋  ＴＴ                                              （１）
次いで、新たな持続時間指令Ｔとレーザ出力指令Ｙとに基づいてミラー角度指令値Ａを決定し、リア鏡６および出力鏡８のミラー角度Ａ１、Ａ２を調節する。この場合には、過去のレーザ出力による残存している熱の影響を考慮して新たな持続時間指令を作成している。このため、熱が残存している場合であっても、レーザ出力とその射出角度とを安定させられるようなミラー角度を設定することが可能となる。
【００２５】
また、前回のレーザ出力の終了後からの経過時間が比較的長い場合には、共振器に対する熱歪みの影響が解消している場合がある。このような場合には、レーザ出力積算時間ＴＴを前回のレーザ出力の終了後の経過時間に応じて短くするのが好ましい。
【００２６】
図３はレーザ出力積算時間とレーザ非出力時間（前回のレーザ出力の終了後からの経過時間）との関係を示す図である。図３における縦軸はレーザ出力積算時間ＴＴを表しており、横軸はレーザ非出力時間Ｔ０を表している。図３においては、レーザ出力積算時間ＴＴは、レーザ非出力時間Ｔ０が長くなると線形的に低下する挙動を示されている。
【００２７】
そして、本実施形態においては、積算手段２０により積算されたレーザ出力積算時間ＴＴを以下の式（２）に基づいて変更する。
ＴＴ  ←  ＴＴ  −  α  ×  Ｔ０                                  （２）
なお、式（２）における符号αは図３に示される直線の傾きである。
【００２８】
このような場合には、熱歪みの影響がレーザ非出力時間Ｔ０に応じて解消されているレーザ出力積算時間ＴＴが算出される。これにより、レーザ出力積算時間ＴＴは、より正確な熱歪みの影響を含むようになる。次いで、上式（１）から新たな持続時間指令Ｔを求め、この持続時間指令Ｔおよびレーザ出力指令Ｙに基づいてミラー角度指令値Ａを同様に決定する。これにより、リア鏡６および出力鏡８のミラー角度Ａ１、Ａ２をより正確に設定できるのが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づくレーザ発振器の概念図である。
【図２】（ａ）一般的なミラー角度指令値Ａのマップを示す図である。（ｂ）或る実施形態におけるミラー角度指令値Ａのマップを示す図である。
【図３】レーザ出力積算時間とレーザ非出力時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
４    高周波電源
６    リア鏡
７ａ、７ｂ    放電電極対
８    出力鏡
１０    レーザ発振器
１６、１８    ミラー角度調節機構部
２０    積算手段
２９    放電セクション
３０    制御装置
３１    記憶部
３２    加工プログラム
３３    マップ
３５    読取手段
３６    ミラー角度指令値決定手段（ミラー角度決定手段）
Ａ    ミラー角度指令値
Ｔ    持続時間指令
Ｔ０    レーザ非出力時間
ＴＴ    レーザ出力積算時間
Ｙ    レーザ出力指令
【図１】
2009049312.tif 000003
【図２】
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【図３】
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