JP2000135579A

JP2000135579A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2000135579A
Application number: JP10324491A
Authority: JP
Inventors: Haruki Sasaki; 晴樹佐々木; Koji Kawamura; 浩二川村
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: CN1253867A; EP0997224B1; DE69908737T2; KR100657044B1; KR20000029336A; JP3837626B2; EP0997224A1; US6355905B1; DE69908737D1

Abstract

(57)【要約】【課題】励起用光源の交換時機を適確に予測ないし告
知する機能を有し、保守および生産管理を向上させる。【解決手段】パワーモニタモードでは、レーザ発振出
力中に、レーザ出力測定値、ランプ電圧測定値およびラ
ンプ電流測定値を取り込み（ステップＪ1 ）、レーザ出
力測定値の時間積分値を基にパルス１個分のエネルギー
を求める（ステップＪ2 ）。そして、一定時間Ｔa 毎に
パルス１個分のエネルギーの累積値を基にエネルギー平
均値およびレーザ出力平均値を求めて表示するととも
に、パルス１個分のランプ電力（ＳV ・ＳI ）の累積値
を基にランプ電力平均値ＱM およびランプ電力投入率Ｋ
M を演算で求める（ステップＪ5 ）。「ＯＦＦ」表示モ
ードでは、このランプ電力投入率ＫM を表示する。レー
ザ出力フィードバック制御の下では、レーザ発振部内の
経時劣化が増大するにつれて、ランプ電力投入率ＫM が
次第に上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザの励起手段
に光源を用いるレーザ加工装置に関する。

【００２０】

【従来の技術】固体レーザを用いるレーザ加工装置のレ
ーザ発振部は、固体レーザ媒体たとえばＹＡＧロッド
と、励起用光源たとえば励起ランプと、固体レーザ媒体
の光軸上に配置された一対の光共振器ミラーとで構成さ
れる。

【００３０】レーザ電源部からの電力を受けて励起ラン
プが点灯すると、その光エネルギーでＹＡＧロッドが励
起され、ＹＡＧロッドの両端面より光軸上に出た光が光
共振器ミラーの間で反射を繰り返して増幅されたのちレ
ーザ光として出力ミラーを抜け出る。出力ミラーより抜
け出たレーザ光は、所定の伝送光学系を介して加工場所
の出射ユニットへ送られ、出射ユニットより被加工物に
向けて照射されるようになっている。

【００４０】上記のようなレーザ発振部では、レーザ発
振動作の回数を重ねるにつれて励起ランプの劣化やＹＡ
Ｇロッドあるいは光共振器ミラーの汚れ等によりレーザ
発振効率が低下してくる。

【００５０】レーザ発振部内のそのような経時劣化に対
してレーザ光のレーザ出力を設定値に維持するために
は、レーザ電源部にレーザ出力フィードバック機能を設
けるのが通例である。かかるフィードバック機能におい
ては、光センサ等を用いてレーザ光のレーザ出力（光強
度）を測定し、レーザ出力測定値をレーザ出力設定値に
一致させるように、励起ランプに供給する電力、電流ま
たは電圧を制御する。

【００６０】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザ出
力フィードバック機能により、レーザ発振部の経時劣化
が補償され、レーザ光のレーザ出力は設定値に維持され
る。

【００７０】しかしながら、経時劣化が大きくなるにつ
れて、レーザ発振部より発振出力されるレーザ光のレー
ザ出力とレーザ電源部より励起ランプに投入（供給）さ
れる電力とのギャップ（誤差）は拡大する。すなわち、
レーザ発振部の経時劣化を補償する分の電力が次第に増
大する。

【００８０】このように、レーザ発振部の経時劣化が大
きくなるにつれてランプ投入電力が増大するのである
が、励起ランプにも投入電力に限界値があり、この限界
値を越えると励起ランプが壊れ（通常はランプのガラス
管が割れ）、レーザ発振が停止する。

【００９０】多くの場合、この時点で励起ランプの交換
が行われる。このランプ交換では、旧励起ランプの割れ
たガラス管の破片をきれいに取り除かなければならず、
作業に大変手間がかかっていた。しかも、励起ランプの
破壊によってレーザ加工が予期せず突然に中断してしま
うため、生産性の低下を来していた。

【０１００】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、励起用光源の交換時機を適確に予測ない
し告知する機能を有し、保守および生産管理を向上させ
るレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【０１１０】

【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のレーザ加工装置は、励起用光源よ
り発せられる光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、前記励起用光源に
供給される電力を測定する投入電力測定手段と、前記励
起用光源について投入電力の限界値を設定する投入電力
限界値設定手段と、前記投入電力測定手段より投入電力
測定値を受け取り、前記投入電力限界値に対する前記投
入電力測定値の比率を求める電力投入率演算手段と、前
記電力投入率演算手段で求められた前記比率を表示出力
する電力投入率表示手段とを具備する構成とした。

【０１２０】本発明の第２のレーザ加工装置は、上記第
１のレーザ加工装置において、前記比率について所望の
上限値を設定するための電力投入率上限値設定手段と、
前記電力投入率演算手段で求められた前記比率が前記上
限値以上になった時に所定の警告信号を出力する警告信
号出力手段とを具備する構成とした。

【０１３０】本発明の第３のレーザ加工装置は、上記第
２のレーザ加工装置において、前記警告信号に応じて所
定の警告情報を表示出力する警告表示手段を具備する構
成とした。

【０１４０】本発明の第４のレーザ加工装置は、上記第
２のレーザ加工装置において、前記警告信号に応じてレ
ーザ発振を停止させるレーザ発振停止手段を具備する構
成とした。

【０１５０】本発明の第５のレーザ加工装置は、上記第
１ないし第４のいずれかのレーザ加工装置において、前
記レーザ光について所望のレーザ出力を設定するレーザ
出力設定手段と、前記レーザ光のレーザ出力を測定する
レーザ出力測定手段と、前記レーザ出力測定手段より得
られるレーザ出力測定値を前記レーザ出力設定手段より
与えられるレーザ出力設定値と比較して比較誤差を求め
るレーザ出力比較手段と、前記レーザ出力測定値が前記
レーザ出力設定値に一致するように前記比較誤差に応じ
て前記励起用光源に供給される電力、電流または電圧を
制御するレーザ出力制御手段とを具備する構成とした。

【０１６０】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。

【０１７０】図１および図２に、本発明の一実施例によ
るレーザ加工装置の外観の構成を示す。図１は装置全体
の斜視図、図２は装置操作パネルの部分拡大平面図であ
る。

【０１８０】図１において、このレーザ加工装置は、上
部ユニット１０と下部ユニット１２を一体結合してな
る。上部ユニット１０の内部には、レーザ発振部、制御
部、マルチポジション加工用のレーザ分岐部等が収納さ
れている。上部ユニット１０の前面には、各種設定値、
測定値等を設定入力／表示出力するためのディスプレイ
および各種キースイッチ類を含む操作パネル１４や電源
供給状態、高電圧供給状態、充電完了状態等を点灯表示
するためのＬＥＤ群１５等が設けられている。上部ユニ
ット１０の上面には、マルチポジション加工用の複数本
の光ファイバ（図示せず）をそれぞれ通すための孔（開
口）１６や光ファイバ取付作業用の開閉蓋１８等が設け
られている。

【０１９０】下部ユニット１２の内部には、電源部の電
力部、外部接続端子、ブレーカ、および冷却部のタン
ク、ポンプ、熱交換器、イオン交換樹脂、フィルタ、外
部配管接続端子等が収容されている。下部ユニット１２
の前面パネル２０は扉になっている。

【０２００】図２において、操作パネル１４の中央部に
フラットパネル型ディスプレイたとえば液晶表示ディス
プレイ２２が配置され、その下に種々の機能キー２４〜
３８が配置されている。この実施例では、カーソル・キ
ー２４（２４ａ〜２４ｄ）、（＋）キー２６、（−）キ
ー２８、書き込みキー３０、メニュー・キー３２、スタ
ート・ボタン３４、リセット・ボタン３６および非常停
止ボタン３８が設けられている。

【０２１０】カーソル・キー２４（２４ａ〜２４ｄ）
は、画面上でカーソルを上下左右方向に移動させるため
のキーであり、各キー２４ａ〜２４ｄを押すとそのキー
の示す矢印方向にカーソルが移動するようになってい
る。

【０２２０】（＋）キー２６および（−）キー２８はデ
ータ入力キーであり、後述するように、数値項目に対す
る数値（十進数）の入力、「ＯＮ／ＯＦＦ」項目に対す
る「ＯＮ」または「ＯＦＦ」の選択、「ＦＩＸ／ＦＲＥ
Ｅ」項目に対する「ＦＩＸ」または「ＦＲＥＥ」の選択
等で用いられる。

【０２３０】書き込みキー３０は、カーソル位置の表示
データを確定された設定データとして取り込むためのキ
ーである。メニュー・キー３２は、装置の画面モードを
選択するためのキーである。

【０２４０】スタート・ボタン３４は、本装置に起動を
かけてパルスレーザ光を出射（発射）させるためのキー
である。リセット・ボタン３６は、トラブル発生時にデ
ィスプレイ２２に表示される『トラブル画面』（図示せ
ず）を解除するために使われる。ストップ・ボタン３８
は非常時に操作されるボタンであり、このボタンが押さ
れると、高電圧が切られ、冷却部も停止するようになっ
ている。

【０２５０】図３は、このレーザ加工装置の構成を示す
ブロック図である。本実施例のレーザ加工装置は、レー
ザ発振部４０、レーザ電源部４２、レーザ冷却部４４、
制御部４６および入出力インタフェース部４８から構成
されている。

【０２６０】レーザ発振部４０は、チャンバ５０内に配
置された励起用光源たとえば励起ランプ５２およびレー
ザ媒体たとえばＹＡＧロッド５４と、チャンバ５０の外
でＹＡＧロッド５４の光軸上に配置された一対の光共振
器ミラー５６，５８とを有している。

【０２７０】励起ランプ５２が点灯すると、その光エネ
ルギーでＹＡＧロッド５４が励起され、ＹＡＧロッド５
４の両端面より光軸上に出た光が光共振器ミラー５６，
５８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５６を抜け出る。出力ミラー
５６より抜け出たパルスレーザ光ＬＢは、レーザ分岐部
（図示せず）へ送られ、そこで複数の分岐パルスレーザ
光に分割される。そして各々の分岐パルスレーザ光が各
光ファイバ（図示せず）を介して加工場所の各出射ユニ
ット（図示せず）へ送られ、各出射ユニットより被加工
物に向けて照射されるようになっている。

【０２８０】レーザ電源部４２は、レーザ発振部４０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６
０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６０を所定の直流電圧
に充電するための充電回路６２と、コンデンサ６０とレ
ーザ発振部４０の励起ランプ５２との間に接続されたス
イッチング素子たとえばトランジスタ６４と、このトラ
ンジスタ６４を高周波数（たとえば１０ｋＨｚ）でスイ
ッチング駆動する駆動回路６６とを含んでいる。

【０２９０】レーザ冷却部４４は、レーザ発振部４０の
励起ランプ５２およびＹＡＧロッド５４より発生される
熱をレーザ発振部４０の外へ放熱するためのもので、レ
ーザ発振部４０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。

【０３００】制御部４６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）７０
と、このＣＰＵ７０に所定の処理を行わせるための各種
プログラムおよび各種設定値または演算データを保持す
るためのメモリ７２と、パルスレーザ光ＬＢのレーザ出
力またはこれに対応するレーザ電源部４２内の電気的パ
ラメータを計測するための各種計測手段７４〜８２等を
含んでいる。

【０３１０】これら計測手段のうち、レーザ出力測定部
７４は、光共振器ミラー５８の後方に漏れるレーザ光Ｌ
Ｂ’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、求めたレー
ザ出力測定値ＳL をＣＰＵ７０に与える。

【０３２０】電圧測定回路７６は、電圧センス線７８を
介して励起ランプ５２の両端子に電気的に接続されてお
り、電源部４２より励起ランプ５２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、求めたラン
プ電圧測定値ＳV をＣＰＵ７０に与える。また、電流測
定回路８０は、電源部４２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ＣＴ８２より電流
検出信号を受け取って、励起ランプ５２に供給される電
流（ランプ電流）Ｉを実効値で測定し、求めたランプ電
流測定値ＳI をＣＰＵ７０に与える。

【０３３０】ＣＰＵ７０は、電源部４２に対しては、コ
ンデンサ６０を設定電圧に充電させるための充電制御信
号ＣＦを充電回路６２に与えるとともに、波形制御用の
スイッチング制御信号ＳＷを駆動回路６６に与える。

【０３４０】本実施例の波形制御において、ＣＰＵ７０
は、レーザ出力測定部７４からのレーザ出力測定値ＳL
、電圧測定回路７６からのランプ電圧測定値ＳV また
は電流測定回路８０からのランプ電流測定値ＳI 、ある
いはランプ電圧測定値ＳV およびランプ電流測定値ＳI
から求めたランプ電力測定値ＳP （ＳV ・ＳI ）を予め
設定されている波形制御用の基準波形と比較して比較誤
差を求め、この比較誤差を零にするように、たとえばパ
ルス幅制御信号からなるスイッチング制御信号ＳＷを生
成する。

【０３５０】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４０より発振出力されるパルスレーザ
光ＬＢのレーザ出力またはこれに対応するレーザ電源部
４２内の電気的パラメータ（ランプ電流、ランプ電力、
ランプ電圧）が各波形制御用の基準波形に倣うように制
御される。

【０３６０】入出力／インタフェース部４８は、入力部
８４、表示部８６および通信インタフェース回路（Ｉ／
Ｆ）８８等を含んでいる。入力部８４は操作パネル１４
のキー・スイッチ群から構成され、表示部８６は装置前
面部のＬＥＤ群やディスプレイ２２で構成されている。
Ｉ／Ｆ８８は、外部の装置またはユニットとのデータ通
信に用いられる。

【０３７０】なお、操作パネル１４を装置本体から分離
可能なユニット（プログラムユニット）として構成する
ことも可能である。その場合、このプログラムユニット
はＣＰＵ７０、メモリ７２、入力部８４および表示部８
６を具備し、通信ケーブルを介して装置本体側と電気的
に接続されることになる。

【０３８０】図４に、本実施例においてＣＰＵ７０およ
びメモリ７２によって構築される機能的手段の構成をブ
ロック図として示す。図示のように、入力バッファ部９
０、制御信号生成部９２、演算部９４、データ管理部９
６、測定値記憶部９８、設定値記憶部１００、画像フォ
ーマット記憶部１０２および表示出力部１０４がＣＰＵ
７０およびメモリ７２によって構成される。

【０３９０】入力バッファ部９０は、ＣＰＵ７０に入力
されるデータ、たとえば入力部８４からの設定データ、
通信インタフェース回路８８からの外部データ、冷却部
４４または計測回路７４，７６，８０からの測定値デー
タ等を取り込んで一時的に保持する。

【０４００】演算部９４はＣＰＵ７０に求められる一切
の演算処理を実行する。制御信号生成部９２は、ＣＰＵ
７０から外部に対する一切の制御信号を発生する。デー
タ管理部９６は、ＣＰＵ７０およびメモリ７２内のデー
タの保存、移動の一切を管理する。

【０４１０】測定値記憶部９８はＣＰＵ７０に入力され
た測定値データを保持し、設定値記憶部１００はＣＰＵ
７０に入力された設定値データあるいはＣＰＵ７０内で
演算により求められる設定値データを保持する。

【０４２０】画像フォーマット記憶部１０２には、ディ
スプレイ２２で表示される種々の画面の中で表示内容が
固定されている定型部分の画像を表す画像データが蓄積
されている。表示出力部１０４は、画像フォーマット記
憶部１０２より与えられる定型画像にデータ管理部９６
からの設定値等の変数の画像を重ね合わせて合成画面を
組み立て、この合成画面の画像データを表示部８６に出
力する。

【０４３０】図５に、本実施例においてディスプレイ２
２で表示される主要な画面とそれら画面相互の切り換わ
りの関係を示す。

【０４４０】本実施例では、ユーザに各種設定項目につ
いて所望の設定値を入力させるための『スケジュール画
面』、装置内の主要なステータス情報を表示する『ス
テータス画面』、および直前に発射されたパルスレー
ザ光ＬＢについてのレーザ出力測定値を表示する『パワ
ーモニタ画面』の３つが主要な画面であり、その中で
も『パワーモニタ』画面が特に重要な画面である。こ
れら３つのモードの画面，，は、メニュー・キー
３２の操作により図５に示すように相互間で切換可能で
ある。

【０４５０】図６に『スケジュール画面』の表示内容例
を示す。図７に、『スケジュール画面』のモードにおけ
るＣＰＵ７０のメインの処理手順を示す。

【０４６０】なお、図６では、図解の容易化のため、画
面中で設定入力可能な項目を点線で囲んでいる。実際の
画面では、これらの点線は表示されない。また、中抜き
文字または太字で表示される数値は、各種測定値であ
り、キー入力で設定したり変更できるものではない。後
述する図８、図９および図１０でも同様の図解がなされ
ている。

【０４７０】スケジュールモードでは、先ず、前回のス
ケジュールモードの終了直前に表示されていた『スケジ
ュール画面』をディスプレイ２２に表示する（ステップ
Ｂ1）。この表示された『スケジュール画面』におい
て、ユーザは、操作パネル１４上のキー・ボタン群２４
〜３８からのキー入力により、所望の設定値入力や装置
への動作指示を行うことができる（ステップＢ2 ）。

【０４８０】すなわち、カーソルを各項目のデータ入力
位置に移動させ（ステップＢ6 ）、（＋）キー２６また
は（−）キー２８を操作して所望の数値に合わせ（ステ
ップＢ3 ，Ｂ4 ）、書き込みキー３０を押せばよい。

【０４９０】書き込みキー３０のキー入力に応動して、
ＣＰＵ７０は、カーソルで指示されている当該データ入
力位置の入力表示データの種類に応じたキー入力実行処
理を実行する（ステップＢ5 ）。

【０５００】図示の例では、波形制御用の基準波形を設
定入力するために、レーザ出力基準値「ＰＥＡＫ」およ
び波形要素「↑ＳＬＯＰＥ」、「ＦＬＡＳＨ１」、「Ｆ
ＬＡＳＨ２」、「ＦＬＡＳＨ３」、「↓ＳＬＯＰＥ」の
各項目に所望の数値データを設定入力するようになって
いる。

【０５１０】これらの項目のうち、レーザ出力基準値
「ＰＥＡＫ」には、任意のレーザ出力値をｋＷ単位で設
定入力できる。もっとも、普通は、当該スケジュールＮ
ｏ．で発射させるべきパルスレーザ光ＬＢに与えたいレ
ーザ出力の最大値付近で比率計算の基準に適した値（た
とえば１０，２０，５０，１００，１０００等）が選ば
れてよい。

【０５２０】立ち上げ区間「↑ＳＬＯＰＥ」および立ち
下げ区間「↓ＳＬＯＰＥ」については時間↑ｔ，↓ｔの
みが設定入力される。フラッシュ区間「ＦＬＡＳＨ
１」、「ＦＬＡＳＨ２」、「ＦＬＡＳＨ３」について
は、各区間の時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3とともに、区間毎の
レーザ出力値がレーザ出力基準値「ＰＥＡＫ」に対する
比率の値ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 として設定入力される。

【０５３０】基準波形設定用の各項目には数値が入力さ
れる。ユーザは、カーソルを各項目のデータ入力位置に
移動させ、（＋）キー２６または（−）キー２８を操作
して所望の数値に合わせ、書き込みキー３０を押せばよ
い。それらのキー操作に応動して、ＣＰＵ７０は、数値
入力表示処理（ステップＢ3 ，Ｂ4 ）および設定処理
（ステップＢ5 ）を実行し、入力した各設定値のデータ
を設定値記憶部１００内の所定の記憶番地に格納する。

【０５４０】図６に示す設定例では、レーザ出力基準値
「ＰＥＡＫ」を１０．０（ｋＷ）に設定し、フラッシュ
区間「ＦＬＡＳＨ１」、「ＦＬＡＳＨ２」、「ＦＬＡＳ
Ｈ３」のレーザ出力比率ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 をそれぞれ１
００．０（％）、２５．０（％）、５０．０（％）に設
定している。ｋＷ換算値では、フラッシュ区間「ＦＬＡ
ＳＨ１」、「ＦＬＡＳＨ２」、「ＦＬＡＳＨ３」のレー
ザ出力値（ｋｗ）をそれぞれ１０．０（ｋＷ）、２．５
（ｋＷ）、５．０（ｋＷ）に設定したことになる。

【０５５０】ＣＰＵ７０は、上記のような波形要素項目
の数値設定処理の中で、波形制御用の基準波形および表
示用の基準波形グラフを作成する。そして、生成した基
準波形グラフのデータを設定値記憶部１００の所定の記
憶領域に蓄積する。さらに、基準波形グラフの各部のレ
ーザ出力比率（ｒ）にレーザ出力基準値「ＰＥＡＫ」を
乗算（換算）して、波形制御用の本来の基準波形を求
め、この基準波形データも設定値記憶部１００の所定の
記憶領域に蓄積する。

【０５６０】『スケジュール』画面では、上記のような
基準波形の設定入力だけでなく、パルスレーザ光ＬＢの
繰り返し周波数「ＲＥＰＥＡＴ」およびショット数「Ｓ
ＨＯＴ」の設定入力も上記と同様のユーザ操作（キー入
力操作）および装置動作（設定処理）によって行われ
る。なお、ショット数とは、１回の起動信号に対して発
射される一連のパルスレーザ光ＬＢの総数である。

【０５７０】図８に、『ステータス画面』の表示内容例
を示す。『ステータス画面』では、マルチポジション加
工用の複数個たとえば６個の分岐パルスレーザ光（BEAM
-1〜BEAM-6）に対するシャッタのＯＮ／ＯＦＦ状態、レ
ーザ出力波形制御で現在選択されているフィードバック
・パラメータ（レーザ出力（LASER POWER)／ランプ電力
(LAMP POWER)／ランプ電流(LAMP CURRENT)）その他の主
要なステータス情報が表示される。

【０５８０】図９および図１０に『パワーモニタ画面』
の表示内容例を示す。図１１にパワーモニタモードにお
けるＣＰＵ７０のメインの処理手順を示し、図１２にパ
ワーモニタモードにおける『警報メッセージ画面』を示
す。

【０５９０】『パワーモニタ』画面では、直前に発射さ
れたパルスレーザ光ＬＢのエネルギー（Ｊ）、平均出力
（Ｗ）の測定値等が表示される。

【０６００】普通は、一回のスタート・ボタン３４の押
し下げ操作に応動して、予めスケジュールモードで設定
された個数「ＳＨＯＴ」に達するまでパルスレーザ光Ｌ
Ｂが一定のサイクル「ＲＥＰＥＡＴ」で繰り返し発射さ
れる。

【０６１０】スケジュールモードでスタート・ボタン３
４が押されると（ステップＢ7 ）、あるいは外部装置
（図示せず）よりＩＦ８８を介して起動信号が入力され
ると、ＣＰＵ７０はパルスレーザ光ＬＢの発射を開始す
る。外部装置からの起動信号はレーザ発射の開始を指示
すると同時に、スケジュールＮｏ．を指定する。

【０６２０】ＣＰＵ７０においては、先ずデータ管理部
９６が、今回選択されたスケジュールＮｏ．に係る各種
条件または項目の設定値およびステータス情報の各種設
定値を設定値記憶部１００内の所定の記憶位置から読み
出して、各部の所定のレジスタ、カウンタ等にセットす
る。

【０６３０】そして、『ステータス画面』で指定された
フィードバック制御方式にしたがって、入力バッファ部
９０、制御信号生成部９２、演算部９４等により所定の
高周波数でレーザ出力波形制御用のスイッチング制御信
号ＳＷを生成し、駆動回路６６を介してトランジスタ６
４をスイッチング制御する。

【０６４０】このような波形制御と並行して、表示部８
６のディスプレイ上には『パワーモニタ画面』が表示さ
れ、ＣＰＵ７０では演算部９４、データ管理部９６およ
び測定値記憶部９８等により図１１に示すような手順で
モニタリングが実行される。

【０６５０】このモニタリングにおいて、ＣＰＵ７０
は、レーザ発振部４０よりパルスレーザ光ＬＢが発振出
力されている間は、レーザ出力測定部７４からのレーザ
出力測定値ＳL 、電圧測定回路７６からのランプ電圧測
定値ＳV および電流測定回路８０からのランプ電流測定
値ＳI を取り込み（ステップＪ1 ）、レーザ出力測定値
ＳL の時間積分値を基にパルス１個分のエネルギーを求
める（ステップＪ2 ）。

【０６６０】そして、一定時間Ｔa たとえば１秒置きに
（ステップＪ3 ）、上記パルス１個分のエネルギーの累
積値を基にエネルギー平均値「ＥＮＥＲＧＹ」およびレ
ーザ出力平均値「ＡＶＥＲＡＧＥ」を演算で求め、これ
らのモニタ値を『パワーモニタ画面』の左半分の領域内
で表示する（ステップＪ4 ）。さらに、上記パルス１個
分のランプ電力（ＳV ・ＳI ）の累積値を基にランプ電
力平均値ＱM および電力投入率ＫM を演算で求める（ス
テップＪ5 ）。

【０６７０】ここで、電力投入率ＫM は、励起ランプ５
２について予めメモリ７２に設定（登録）されているラ
ンプ投入電力限界値ＱL に対するランプ電力平均値ＱM
の比率ＱM ／ＱL で定義される。なお、本レーザ加工装
置の型式毎に励起ランプ５２の種類が決まっており、そ
のランプ投入電力限界値ＱL も特定されている。

【０６８０】本実施例の『パワーモニタ画面』では、画
面最上段の行の波形選択項目「ＭＷ」で「ＯＮ」もしく
は「ＯＦＦ」のいずれの表示モードが指示されているの
かを判別する（ステップＪ6 ）。

【０６９０】「ＯＦＦ」の表示モードが指示されている
ときは、図１０に示すように、画面の右半分の領域にエ
ネルギー平均値の上限および下限監視値「ＨＩＧＨ」、
「ＬＯＷ」と一緒にランプ電力投入率「ＬＡＭＰＩＮ
ＰＵＴＰＷＲ」の項目を表示し、この「ＬＡＭＰＩ
ＮＰＵＴＰＷＲ」の測定値として上記ランプ電力投入
率ＫM を％値で表示する（ステップＪ7 ）。

【０７００】さらに、この「ＯＦＦ」モードでは、ラン
プ電力投入率ＫM についてユーザの希望する任意の上限
値ＫS を「ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＳＥＴ」項目に設定表
示する。ランプ電力投入率上限値ＫS の設定表示は、ス
ケジュールモードにおけるステップＢ2 〜Ｂ6 と同様の
手順で実行してよい。通常、ランプ電力投入率上限値Ｋ
s は、ランプ投入電力限界値ＱL に相当する最大値（１
００％）よりも幾らか低い値たとえば９５％に選ばれて
よい。

【０７１０】上記の表示に加えて、ランプ電力投入率Ｋ
M と上限値Ｋs との大小関係を判定する（ステップＪ9
）。新しい励起ランプ５２に交換してしばらくの間
は、フィードバック機能、特にレーザ出力フィードバッ
ク機能において、所望のレーザ出力を得るために励起ラ
ンプ５２に投入される電力はレーザ出力設定値に近い値
を維持し、ランプ投入電力限界値ＱL よりかなり小さい
のが普通であり、したがってＫM ＜Ｋs である。

【０７２０】この判定結果（ＫM ＜Ｋs ）が得られたと
きは、ランプ投入電力が安全範囲内にあると判断し、パ
ルスレーザ光ＬＢの発射回数Ｎが設定数「ＳＨＯＴ」に
達するまで上記の処理（Ｊ1 〜Ｊ9 ）を繰り返す（ステ
ップＪ10，Ｊ11）。

【０７３０】しかし、励起ランプ５２の交換後にレーザ
発振の回数を重ねるとランプの劣化やＹＡＧロッド５４
あるいは共振器ミラー５６，５８の汚れ等によりレーザ
発振効率が次第に低下する。そして、レーザ出力フィー
ドバック機能の下では、そのようなレーザ発振部４０内
の経時劣化が増大するにつれて、レーザ光ＬＢのレーザ
出力を設定値に維持するためにレーザ電源部より励起ラ
ンプに投入（供給）される電力が次第に増大する。

【０７４０】したがって、レーザ発振部４０内の経時劣
化が増大するにつれてランプ電力投入率ＫM は次第に上
昇する。そして、遂にはＫM が最大値（１００％）の手
前で上限値Ｋs に達し、あるいはＫs を越える。

【０７５０】この条件（ＫM ≧Ｋs ）が成立したなら
ば、ＣＰＵ７０は直ちにレーザ発振を止める（ステップ
Ｊ9 ，Ｊ12）。したがって、この時点でレーザ加工も停
止することになる。

【０７６０】次いで、表示部８６のディスプレイ上で
『パワーモニタ画面』を図１２に示すような『警報メッ
セージ画面』に切り換える（ステップＪ13）。この『警
報メッセージ画面』では、ユーザに停止の原因つまりラ
ンプ投入電力が限界値に近づいたことを知らせるととも
に、励起ランプ５２の点検または交換を促す。

【０７７０】『パワーモニタ画面』で、波形選択項目
「ＭＷ」に「ＯＮ」が設定入力されたときは、図９に示
すように、画面の右半分の領域にパルスレーザ光ＬＢの
レーザ出力波形（測定値）を表す波形図を表示する（ス
テップＪ8 ）。この波形図は、レーザ出力測定部７４か
らのレーザ出力測定値ＳL を基にＣＰＵ７０において演
算部９４により所要のデータ処理を行って得られるもの
であり、測定値記憶部９８に蓄積されている。

【０７８０】この「ＯＮ」表示モードでは、ランプ電力
投入率ＫM および上限値ＫS のいずれも表示されない。
しかし、両者（ＫM ，Ｋs ）の大小関係の判定は行われ
る（ステップＪ9 ）。したがって、ＫM ≧Ｋs の判定結
果が得られた時は、上記「ＯＦＦ」表示モードの場合と
同様に直ちにレーザ発振が停止し（ステップＪ12）、図
１２の『警報メッセージ画面』が表示される（ステップ
Ｊ16）。

【０７９０】上記のように、本実施例では、パルスレー
ザ光ＬＢが発振出力されるとき、使用中の励起ランプ５
２におけるランプ投入電力の限界値ＱL に対する現時の
レーザ出力平均値ＱM の比率（ランプ電力投入比率）Ｋ
M が一定期間Ｔa 毎に求められる。

【０８００】ユーザは、レーザ発振部４０内の経時劣化
が増大するにつれてランプ電力投入比率ＫM が次第に上
昇する様子を『パワーモニタ画面』の「ＯＦＦ」表示モ
ードで目視確認（認識）することができる。特に、レー
ザ出力フィードバック機能においてランプ電力投入比率
ＫM が顕著に上昇する様子を認識することができる。

【０８１０】したがって、ランプ電力投入比率ＫM が自
己の設定した上限値Ｋs に到達する前の程よい頃合で、
レーザ加工の合間にでも、励起ランプ５２の交換を行う
ことができる。これにより、励起ランプ５２の破壊を防
止し、予期しない突然のレーザ発振の停止およびレーザ
加工の停止を回避することができる。なお、ランプ交換
の際には、ＹＡＧロッド５４の端面や光共振器ミラー５
６，５８等のクリーニングも併せて行われる。

【０８２０】また、レーザ発振部４０内の経時劣化に伴
ってランプ電力投入比率ＫM が次第に上昇するのをその
まま放置または看過していても、ランプ電力投入比率Ｋ
M がランプ投入電力限界値ＱL に相当する最大値（１０
０％）に達する手前の上限値Ｋs に達した時点で、装置
が自動的にレーザ発振を停止し、停止の原因を知らせる
警告メッセージを表示するようにしたので、励起ランプ
５２の破壊を招くことなく、ユーザにランプ交換を促す
ことができる。

【０８３０】上記した実施例では、一定期間Ｔa 毎のラ
ンプ投入電力平均値ＱM をランプ電力投入比率ＫM を求
めるためのランプ投入電力測定値としたが、ランプ投入
電力の移動平均値をランプ投入電力測定値としてもよ
く、あるいはランプ投入電力の実効値や全レーザ発振期
間の平均値等を用いてもよい。

【０８４０】上記した実施例では、レーザ加工条件をス
ケジュール単位で管理しており、『スケジュール画面』
または『パワーモニタ画面』でスケジュール項目「ＳＣ
Ｈ．＃」に設定入力するスケジュール番号を変えると、
レーザ加工条件とりわけレーザ出力設定値が変わり、
『パワーモニタ画面』で表示されるランプ電力投入比率
ＫM 「ＬＡＭＰＩＮＰＵＴＰＷＲ」の値が切り替わ
ることがある。

【０８５０】つまり、レーザ出力設定値が高くなると、
励起ランプ５２に投入される電力もそれに比例して増え
るため、ランプ電力投入比率ＫM は上昇する。逆に、レ
ーザ出力設定値が低くなると、励起ランプ５２に投入さ
れる電力もそれに比例して減少して、ランプ電力投入比
率ＫM は下がる。

【０８６０】いずれにしても、同一のレーザ出力設定値
の下では、レーザ発振部４０の経時劣化の増大につれて
ランプ電力投入比率ＫM は単調増加する。したがって、
ユーザは、ＫM の値が増加する様子を監視することで、
励起ランプ５２ないしレーザ発振部４０の部品交換修理
またはクリーニング作業等を適切な時機に、かつレーザ
加工の合間の都合の良い時に行うことができる。

【０８７０】上記実施例では、ランプ電力投入比率ＫM
を％数値でディジタル表示したが、アナログ表示も可能
であり、あるいは図形型式で表示することも可能であ
る。ランプ電力投入比率上限値Ｋs についても同様であ
る。また、図１２の『警告メッセージ画面』の表示内容
は一例で、種々の変形が可能であり、メッセージに代え
て所定の警報ランプを点灯する構成としてもよい。

【０８８０】上記実施例における『スケジュール画面』
の表示内容も一例であり、表示内容だけでなくレーザ出
力波形の設定方法についても種々の変形が可能である。

【０８９０】設定値入力手段としてマウスやタブレット
等を使用可能である。レーザ発振部における励起光源は
励起ランプに限定されるものではなく、たとえば半導体
レーザであってもよい。

【０９００】上記したマルチポジション加工システムは
一例であり、レーザ発振部からのレーザ光を分岐せずに
そのまま光ファイバに入射してもよい。上記実施例では
パルスレーザ加工装置に係るものであったが、本発明は
連続発振のレーザ加工装置や波形制御機能を持たないレ
ーザ加工装置等にも適用可能である。

【０９１０】

【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、レーザ発振部内の励起用光源について
投入電力の限界値に対する投入電力測定値の比率（電力
投入率）を求め、この求めた比率を表示出力することに
より、励起用光源の交換時機を適確に予測ないし告知
し、励起用光源等の保守管理およびレーザ加工の生産管
理を大きく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ加工装置の外観
を示す斜視図である。

【図２】実施例におけるレーザ加工装置の操作パネル部
の外観を拡大して示す部分拡大平面図である。

【図３】実施例におけるレーザ加工装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】実施例におけるレーザ加工装置のＣＰＵおよび
メモリによって構築される機能手段の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】実施例の装置で表示される主な画面とそれら相
互の切り替わりの関係を示す図である。

【図６】実施例における『スケジュール画面』の表示例
を示す図である。

【図７】実施例のスケジュールモードにおけるＣＰＵの
メインの処理手順を示す図である。

【図８】実施例における『ステータス画面』の表示例を
示す図である。

【図９】実施例における『パワーモニタ画面』の「Ｏ
Ｎ」表示モードの表示例を示す図である。

【図１０】実施例における『パワーモニタ画面』の「Ｏ
ＦＦ」表示モードの表示例を示す図である。

【図１１】実施例のパワーモニタモードにおけるＣＰＵ
のメインの処理手順を示す図である。

【図１２】実施例における『警報メッセージ画面』の表
示例を示す図である。

【符号の説明】

１４操作パネル２２液晶表示ディスプレイ４０レーザ発振部４２レーザ電源部４６制御部４８入出力インタフェース部７４レーザ出力測定部７６電圧測定回路８０電流測定回路８２電流センサ９２制御信号生成部９４演算部９６データ管理部９８測定値記憶部１００設定値記憶部１０２画像フォーマット記憶部１０４表示出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E068 CA02 CA18 CB02 CC00 CC01 CC02 CK01 5F072 AB01 AK01 HH02 HH03 JJ05 JJ09 RR01 SS06 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起用光源より発せられる光エネルギー
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、前記励起用光源に供給される電力を測定する投入電力測
定手段と、前記励起用光源について投入電力の限界値を設定する投
入電力限界値設定手段と、前記投入電力測定手段より投入電力測定値を受け取り、
前記投入電力限界値に対する前記投入電力測定値の比率
を求める電力投入率演算手段と、前記電力投入率演算手段で求められた前記比率を表示出
力する電力投入率表示手段とを具備するレーザ加工装
置。
【請求項２】前記比率について所望の上限値を設定す
るための電力投入率上限値設定手段と、前記電力投入率演算手段で求められた前記比率が前記上
限値以上になった時に所定の警告信号を出力する警告信
号出力手段とを具備する請求項１に記載のレーザ加工装
置。
【請求項３】前記警告信号に応じて所定の警告情報を
表示出力する警告表示手段を具備する請求項２に記載の
レーザ加工装置。
【請求項４】前記警告信号に応じてレーザ発振を停止
させるレーザ発振停止手段を具備する請求項２に記載の
レーザ加工装置。
【請求項５】前記レーザ光について所望のレーザ出力
を設定するレーザ出力設定手段と、前記レーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定手
段と、前記レーザ出力測定手段より得られるレーザ出力測定値
を前記レーザ出力設定手段より与えられるレーザ出力設
定値と比較して比較誤差を求めるレーザ出力比較手段
と、前記レーザ出力測定値が前記レーザ出力設定値に一致す
るように前記比較誤差に応じて前記励起用光源に供給さ
れる電力、電流または電圧を制御するレーザ出力制御手
段とを具備する請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ
加工装置。