(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される電力に応じてレーザ光を照射するレーザ共振器と、
前記レーザ共振器へ電力を供給するスイッチング電源部と、
前記スイッチング電源部から前記レーザ共振器へ供給される電力の電流値を検出する電流検出部と、
前記レーザ共振器よりレーザ光を照射するタイミングを決める照射指令信号を出力する照射指令部と、
前記照射指令部からの照射指令信号に応答して予め設定された電流値を出力する電流値設定部と、
前記電流値設定部の出力電流値に応じて前記レーザ共振器に初期注入する電力に相当する電流値を演算し出力する電力演算部と、
前記電流検出部の検出電流値と前記電流値設定部の出力電流値とを比較して両者の差を算出し出力する比較制御部と、
前記電力演算部の出力値と比較制御部の出力値とを加算して前記スイッチング電源部へ出力する加算器とを備え、
前記スイッチング電源部は、前記加算器の出力値に応じた電力を前記レーザ共振器へ供給するようにしたレーザ発振装置。
【請求項２】
予め設定された基準値を出力する基準値設定部と、
電流検出部の検出電流値と前記基準値設定部の基準値とを比較し、前記電流検出部の検出電流値が前記基準値設定部の基準値以下になる時間を積算する電流値低下時間計測部と、
前記電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに警報を出す警報手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
警報手段に代えて、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに装置本体の運転を停止させる停止手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
電流値設定部の出力電流値の増減に連動して基準値設定部の基準値を増減させることを特徴とする請求項２または３記載のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発生させるレーザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ光の特性を活用するために、通信、エレクトロニクス、光技術もしくは精密加工等、種々の分野において、レーザ発振装置が利用されている。この種のレーザ発振装置として、従来、図５のような構成が一般的であった。図５は従来のレーザ発振装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
この従来のレーザ発振装置では、レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部５７の出力信号に基づき電流値設定部５６より電流値指令が出力され、この電流値指令と電流検出部５３の出力信号を比較制御部５５で比較後、スイッチング電源部５４に出力される。スイッチング電源部５４では直流高電圧の出力信号に変換され、レーザ共振器５１に電流検出部５３を通して供給される。一方、電流検出部５３の出力信号は比較制御部５５にフィードバックされ、レーザ共振器５１に安定した電流が供給されるようにフィードバック制御される。そして、照射指令部５７の指令時間だけレーザ共振器５１からレーザ光５２が照射される。
【０００４】
一般にガスレーザ発振装置などの放電負荷の場合、レーザ共振器に供給される注入電力と放電電流の関係は図６に示される。図６に示すように、スイッチング電源部よりレーザ共振器に供給される高電圧の注入電力は放電電流が増加するにつれ単調に増加するが、電流値の低いところでは注入電力が余分に必要になり、電流指令に対して注入電力制御が難しく、また、最悪の場合には放電電流の振動や放電遅れなどが発生し、放電電流の過渡応答性が阻害される場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のレーザ発振装置では、上記のように電流値設定部５６の電流値指令と電流検出部５３の出力信号を比較制御部５５で比較し、フィードバック制御するため、低電流指令の領域では過渡応答性が悪くなり、検出電流に誤差が発生する場合も有り、スイッチング電源部５４からレーザ共振器５１に供給する電力が影響され、レーザ光５２の再現性に大きく誤差が発生することがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するもので、低電流指令の領域での過渡応答性を改善し、レーザ共振器に安定した電力を供給してレーザ光の正確な照射再現性を実現することができるレーザ発振装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のレーザ発振装置は、供給される電力に応じてレーザ光を照射するレーザ共振器と、レーザ共振器へ電力を供給するスイッチング電源部と、スイッチング電源部からレーザ共振器へ供給される電力の電流値を検出する電流検出部と、レーザ共振器よりレーザ光を照射するタイミングを決める照射指令信号を出力する照射指令部と、照射指令部からの照射指令信号に応答して予め設定された電流値を出力する電流値設定部と、電流値設定部の出力電流値に応じてレーザ共振器に初期注入する電力に相当する電流値を演算し出力する電力演算部と、電流検出部の検出電流値と電流値設定部の出力電流値とを比較して両者の差を算出し出力する比較制御部と、電力演算部の出力値と比較制御部の出力値とを加算してスイッチング電源部へ出力する加算器とを備え、スイッチング電源部は、加算器の出力値に応じた電力をレーザ共振器へ供給するようにしたものである。
【０００８】
本発明の請求項２記載のレーザ発振装置は、請求項１記載のレーザ発振装置において、予め設定された基準値を出力する基準値設定部と、電流検出部の検出電流値と基準値設定部の基準値とを比較し、電流検出部の検出電流値が基準値設定部の基準値以下になる時間を積算する電流値低下時間計測部と、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに警報を出す警報手段とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載のレーザ発振装置は、請求項２記載のレーザ発振装置において、警報手段に代えて、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに装置本体の運転を停止させる停止手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４記載のレーザ発振装置は、請求項２または３記載のレーザ発振装置において、電流値設定部の出力電流値の増減に連動して基準値設定部の基準値を増減させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載のレーザ発振装置によれば、電流検出部の検出電流値と電流値設定部の出力電流値とを比較して両者の差を算出し出力する比較制御部を設けるとともに、電流値設定部とスイッチング電源部との間に、電流値設定部の出力電流値に応じてレーザ共振器に初期注入する電力に相当する電流値を演算し出力する電力演算部と、電力演算部の出力値と比較制御部の出力値とを加算してスイッチング電源部へ出力する加算器とを設けて、電流指令（電流値設定部の出力電流値）に対してレーザ共振器への注入電力を演算することにより、低電流指令の領域での過渡応答性を改善することができ、スイッチング電源部からレーザ共振器に安定した電力を供給して、レーザ光の正確な照射再現性を実現することができる。
【００１２】
さらに、請求項２記載のレーザ発振装置によれば、予め設定された基準値を出力する基準値設定部と、電流検出部の検出電流値と基準値設定部の基準値とを比較し、電流検出部の検出電流値が基準値設定部の基準値以下になる時間を積算する電流値低下時間計測部と、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに警報を出す警報手段とを設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射を監視することができ、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故によってレーザ光のパワー値が低下した時に警報を出して外部に知らせることで、そのレーザ光のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００１３】
また、請求項３記載のレーザ発振装置によれば、請求項２記載のレーザ発振装置において、警報手段に代えて、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに装置本体の運転を停止させる停止手段を設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射を検知することができ、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故によってレーザ光のパワー値が低下した時に装置本体の運転を停止させることで、そのレーザ光のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができるとともに、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故による機器の破損等を防止できる。
【００１４】
さらに、請求項４記載のレーザ発振装置によれば、請求項２または３記載のレーザ発振装置において、電流値設定部の出力電流値の増減に連動して基準値設定部の基準値を増減させることにより、より正確な電流監視が可能になり、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射をより正確に検知することができる。
【００１５】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態のレーザ発振装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のレーザ発振装置は、供給される電力Ｐに応じてレーザ光２を照射するレーザ共振器１と、レーザ共振器１へ電力Ｐを供給するスイッチング電源部４と、スイッチング電源部４からレーザ共振器１へ供給される電力Ｐの電流値を検出する電流検出部３と、レーザ共振器１よりレーザ光２を照射するタイミングを決める照射指令信号ａを出力する照射指令部９と、照射指令部９からの照射指令信号ａに応答して予め設定された電流値を出力する電流値設定部７と、電流値設定部７の出力電流値に応じてレーザ共振器１に初期注入する電力に相当する電流値を演算し出力する電力演算部６と、電流検出部３の検出電流値と電流値設定部７の出力電流値とを比較して両者の差を算出し出力する比較制御部８と、電力演算部６の出力値と比較制御部８の出力値とを加算してスイッチング電源部４へ出力する加算器５とを備え、スイッチング電源部４は、加算器５の出力値に応じた電力Ｐをレーザ共振器１へ供給するようにしたものである。
【００１７】
さらに、このレーザ発振装置は、予め設定された基準値を出力する基準値設定部１２と、電流検出部３の検出電流値と基準値設定部１２の基準値とを比較し、検出電流値が基準値以下のときに信号を出力する電流値比較部１１と、電流値比較部１１の出力信号をカウントまたは積分する積算手段１３と、積算手段１３の出力が所定値を超えたときに警報を出す警報手段１４とを備えている。電流値比較部１１と積算手段１３とにより、電流検出部３の検出電流値が基準値設定部１２の基準値以下になる時間を積算する電流値低下時間計測部を構成している。
【００１８】
また、本実施の形態では、電流検出部３の出力の検出電流値は検出電流値信号ＶＣとして、電流値設定部７の出力の電流値は電流値指令信号ＶＳとして、比較制御部８の出力は比較制御部出力信号ＶＸ（＝ＶＳ−ＶＣ）として、電力演算部６の出力は電力指令信号ＶＰとして、加算器５の出力は加算器出力信号ＶＡとして、基準値設定部１２の出力の基準値は基準値信号ＶＫとして、いずれも電圧で出力される。
【００１９】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしてもよい。
【００２０】
以上のように構成されるレーザ発振装置について、その動作を説明する。また、図１の各部の信号ａ，ＶＳ，ＶＰ，ＶＣ，ＶＸ，ＶＡ，Ｐの波形のタイミングチャートを図３に示す。図３において、実線が本実施の形態のものであり、破線は従来例の対応する信号を示す。
【００２１】
図１に示すように、レーザ共振器１よりレーザ光２を照射する場合は、照射指令部９の照射指令信号ａにより、電流値設定部７で予め設定された指令電流値に応じた電圧である電流値指令信号ＶＳを出力し、電流値指令信号ＶＳに対して電力演算部６で初期（放電開始時）に注入する電力に相当する電流値に応じた電圧である電力指令信号ＶＰを演算して、加算器５に出力する。一方、電流値設定部７の電流値指令信号ＶＳは比較制御部８にも出力し、電流検出部３の検出電流値に応じた電圧である検出電流値信号ＶＣと比較制御部８で比較され、その差電圧である信号ＶＸが加算器５に入力される。加算器５では、比較制御部８の出力信号ＶＸと電力指令信号ＶＰとを加算し、スイッチング電源部４に出力する。
【００２２】
図２は加算器５，電力演算部６及び比較制御部８の構成の一例を示す回路図である。演算増幅器２３と２４が電力演算部６の増幅器で、可変抵抗値ＶＲｌ、ＶＲ２は増幅器のオフセットとゲインに相当し、予めレーザ共振器１に注入する放電電流と注入電力の関係曲線（図６参照）に近似された状態で設定されていて、電流値設定部７の電流値指令信号ＶＳが入力されると、初期注入電力に応じた電力指令信号ＶＰが演算され、加算器５に出力される。また、比較制御部８は、演算増幅器２１を備え、電流値設定部７の電流値指令信号ＶＳと電流検出部３の検出電流値信号ＶＣとを比較し、その差電圧の信号ＶＸを出力する。加算器５は、演算増幅器２２を備え、比較制御部８の出力信号ＶＸと電力指令信号ＶＰとを加算し、スイッチング電源部４に出力する。
【００２３】
なお、電力指令信号ＶＰは、放電電流に対する注入電力値を想定し、電流値指令信号ＶＳの大きさにより放電初期にスイッチング電源部４へ出力する電力指令のレベル（大きさ）に相当する電圧値である。また、電力演算部６では、初期（放電開始時）の注入電力に応じた電力指令信号ＶＰが演算され、放電中一定のＶＰが出力される。そして放電中、比較制御部８の出力で補正され、スイッチング電源部４への電力指令（ＶＡ）は変化する。
【００２４】
図４は電流指令に対する初期の電力指令の関係図であり、従来例と本発明例（本実施の形態）の場合を示している。従来例と本発明例の違いは電流指令の低いところで電力指令がＰｌだけオフセットしている点で、オフセットすることにより図６に示すスイッチング電源部よりレーザ共振器に注入される高電圧の注入電力と放電電流の関係曲線に近似できる。なお、電力演算部６でＰ１をオフセットさせているため、信号ＶＰ，ＶＡともに図４の関係がある。
【００２５】
以上のように本実施の形態によれば、比較制御部８を設けるとともに、電流値設定部７とスイッチング電源部４との間に電力演算部６と加算器５とを設けて、電流指令（電流値設定部７の出力）に対して注入電力を演算することにより、低電流指令の領域での過渡応答性を改善することができ、スイッチング電源部４からレーザ共振器１に安定した電力を供給して、レーザ光２の正確な照射再現性を実現することができる。
【００２６】
また、スイッチング電源部４よりレーザ共振器１への電力の供給が不安定になるとレーザ共振器１より不安定なレーザ光２が出射されることがあるため、電流値の監視およびモニターは非常に重要である。不慮の事故により高電圧配線に断線事故や地絡事故などが発生時は、電流が急に低下または上昇することが有るため、電流値を検知して異常の検出をすることができる。そこで、図１に示すように、電流検出部３の出力値ＶＣと基準値設定部１２の所定の基準値電圧ＶＫとを電流値比較部１１で比較する構成となっている。所定の基準値電圧ＶＫは放電電流下限値の２０〜８０％の範囲に相当する値に設定されていて、電流検出部３の出力値ＶＣが基準値電圧ＶＫ以下に低下すると電流値比較部１１より出力信号が出力される。その出力信号を積算手段１３で時間の関数としてカウントまたは積分し、積算手段２３の出力が所定値を超えたときに警報手段１４が警報を出力するようにしている。このように警報を出して外部に知らせることで、レーザ光２のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００２７】
また、警報手段１４に代えて、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を備えた停止手段を設け、積算手段２３の出力が所定値を超えたときに運転を停止させることにより、レーザ光のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができるとともに、不慮の事故による機器の破損等を防止できる。ここで、停止手段は、照射指令部９に照射の中止を指令することで運転を停止させる。
【００２８】
あるいは、警報手段１４に上記の停止手段を兼ねた構成でもよい。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、基準値設定部１２の基準値電圧ＶＫを放電電流下限値の２０〜８０％の範囲内で固定的に設定していたが、図１の破線矢印で示すように電流値設定部７の出力信号ＶＳを基準値設定部１２へ入力し、電流値設定部７で設定される電流値の増減、すなわち電流値指令電圧ＶＳの増減に連動して基準値設定部１２の基準値を増減させ、指令電流に応じて異常検出電流レベルを変更できるようにしてもよい。この場合、基準値設定部１２の基準値電圧ＶＫを電流値設定部７の電流値指令電圧ＶＳに連動し変化させることにより、放電電流と基準値設定部１２の基準値電圧ＶＫとの差が少なくなり、放電電流の異常検出が、より正確かつ俊敏に行えるようになり、レーザ光の照射品質が更に向上し、パワー値が低下した時に起こる加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止をより正確に行うことができる。ここで、電流値設定部７の電流値指令電圧ＶＳの増減は、照射指令部９よりの信号で電流値設定を切り換えることで行われる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の請求項１記載のレーザ発振装置によれば、電流検出部の検出電流値と電流値設定部の出力電流値とを比較して両者の差を算出し出力する比較制御部を設けるとともに、電流値設定部とスイッチング電源部との間に、電流値設定部の出力電流値に応じてレーザ共振器に初期注入する電力に相当する電流値を演算し出力する電力演算部と、電力演算部の出力値と比較制御部の出力値とを加算してスイッチング電源部へ出力する加算器とを設け、電流指令（電流値設定部の出力電流値）に対してレーザ共振器への注入電力を演算することにより、低電流指令の領域での過渡応答性を改善することができ、スイッチング電源部からレーザ共振器に安定した電力を供給して、レーザ光の正確な照射再現性を実現することができる。
【００３１】
さらに、請求項２記載のレーザ発振装置によれば、予め設定された基準値を出力する基準値設定部と、電流検出部の検出電流値と基準値設定部の基準値とを比較し、電流検出部の検出電流値が基準値設定部の基準値以下になる時間を積算する電流値低下時間計測部と、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに警報を出す警報手段とを設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射を監視することができ、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故によってレーザ光のパワー値が低下した時に警報を出して外部に知らせることで、そのレーザ光のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００３２】
また、請求項３記載のレーザ発振装置によれば、請求項２記載のレーザ発振装置において、警報手段に代えて、電流値低下時間計測部で求めた時間が所定時間を超えたときに装置本体の運転を停止させる停止手段を設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射を検知することができ、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故によってレーザ光のパワー値が低下した時に装置本体の運転を停止させることで、そのレーザ光のパワー値が低下した時に起こるレーザ加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができるとともに、高電圧配線の短絡や地絡の不慮の事故による機器の破損等を防止できる。
【００３３】
さらに、請求項４記載のレーザ発振装置によれば、請求項２または３記載のレーザ発振装置において、電流値設定部の出力電流値の増減に連動して基準値設定部の基準値を増減させることにより、より正確な電流監視が可能になり、レーザ共振器の不安定なレーザ光の出射をより正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のレーザ発振装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態における電力演算部と比較制御部と加算器の回路構成図
【図３】図１の各部の信号ａ，ＶＳ，ＶＰ，ＶＣ，ＶＸ，ＶＡ，Ｐの波形のタイミングチャート。
【図４】電流指令に対する初期の電力指令の関係図
【図５】従来のレーザ発振装置の構成を示すブロック図
【図６】放電負荷に対する放電電流と注入電力の関係図
【符号の説明】
１  レーザ共振器
２  レーザ光
３  電流検出部
４  スイッチング電源部
５  加算器
６  電力演算部
７  電流値設定部
８  比較制御部
９  照射指令部
１１  電流値比較部
１２  基準値設定部
１３  積算手段
１４  警報手段
【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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