JP2016103607A - Laser processing device and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.
従来より、レーザ加工装置の技術に関し種々提案されている。
例えば、下記特許文献1に記載されたレーザマーカでは、ケースには、内外に連通する換気窓が形成され、そこにファンが取り付けられている。また、ケース内の温度を検出する第2サーミスタが設けられている。そして、第2サーミスタで検出したケース内の温度が、レーザダイオードが目標温度になったときのケース内の温度(基準温度TM)よりも高ければ、検出したケース内の温度と基準温度TMとの温度差に比例させてファンの回転数を大きくするように構成されている。
Conventionally, various proposals have been made regarding the technology of laser processing apparatuses.
For example, in the laser marker described in
しかしながら、前記した特許文献1に記載されたレーザマーカでは、第2サーミスタで検出したケース内の温度変化は、レーザダイオードの温度変化に対してタイムラグが発生する。また、レーザダイオードが目標温度になったときのケース内の温度(基準温度TM)は、ケースが配置された周囲の環境温度によって変化する。その結果、レーザダイオードの温度が目標温度を超えても、第2サーミスタで検出したケース内の温度と基準温度TMとの温度差が小さくて、ファンの回転数が低く設定される虞がある。
However, in the laser marker described in
また、レーザダイオードの温度が低下してペルチェ素子の吸熱能力に余裕が生じても、第2サーミスタで検出したケース内の温度と基準温度TMとの温度差の低下が遅れ、過剰にファンで放熱するため、電力効率が低下する虞がある。また、ファンの騒音レベルが上がるという問題がある。 In addition, even if the temperature of the laser diode is lowered and there is a margin in the heat absorption capability of the Peltier element, the temperature difference between the case temperature detected by the second thermistor and the reference temperature TM is delayed, and excessive heat is dissipated by the fan. As a result, the power efficiency may be reduced. There is also a problem that the noise level of the fan increases.
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、電力効率を向上させ、更に、ファンの騒音レベルを下げることが可能となるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a laser processing apparatus and a laser processing method capable of improving power efficiency and further reducing the noise level of a fan. For the purpose.
前記目的を達成するため請求項1に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光出射部を冷却又は加熱するペルチェ素子と、放熱材料から形成されて前記レーザ光出射部と前記ペルチェ素子から熱伝導された熱を放熱するヒートシンクと、を備え、前記レーザ光出射部は、前記ペルチェ素子が冷却又は加熱されて目標温度に保たれるレーザ加工装置であって、前記ヒートシンクを冷却するファンと、前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出する温度差検出部と、前記温度差検出部を介して検出された前記温度差に応じて前記ファンの回転数を制御するファン制御部と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to
また、請求項2に係るレーザ加工装置は、請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記ペルチェ素子を駆動する駆動電流を生成する駆動電流生成部と、前記駆動電流生成部で生成された駆動電流を前記ペルチェ素子に供給する駆動電流供給状態と、該ペルチェ素子に前記駆動電流を供給しないで該ペルチェ素子に発生する起電圧を前記温度差検出部に出力する起電圧出力状態とに交互に切り替えるように制御する切替制御部と、前記温度差検出部は、前記ペルチェ素子に発生する起電圧から前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein the driving current generator generates a driving current for driving the Peltier element and the driving generated by the driving current generator. A driving current supply state in which current is supplied to the Peltier element and an electromotive voltage output state in which an electromotive voltage generated in the Peltier element without supplying the driving current to the Peltier element is output to the temperature difference detection unit. The switching control unit that controls to switch, and the temperature difference detection unit detects a temperature difference between the temperature of the laser beam emitting unit and the temperature around the heat sink from an electromotive voltage generated in the Peltier element. And
また、請求項3に係るレーザ加工装置は、請求項2に記載のレーザ加工装置において、前記切替制御部は、前記駆動電流供給状態と前記起電圧出力状態とを所定周期毎に交互に所定比率で切り替えるように制御することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the second aspect, wherein the switching control unit alternately switches the driving current supply state and the electromotive voltage output state at a predetermined ratio every predetermined period. It is characterized by controlling so that it may switch by.
また、請求項4に係るレーザ加工装置は、請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光出射部の温度を測定する第1温度センサと、所定位置の温度を測定する第2温度センサと、を備え、前記温度差検出部は、前記第2温度センサによって測定された温度から前記ヒートシンクの前記周囲の温度を取得して、この取得した前記ヒートシンクの周囲の温度と前記第1温度センサによって測定された温度から前記温度差を検出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein the first temperature sensor that measures the temperature of the laser beam emitting portion and the second temperature sensor that measures the temperature at a predetermined position. The temperature difference detection unit acquires the ambient temperature of the heat sink from the temperature measured by the second temperature sensor, and the acquired ambient temperature of the heat sink and the first temperature sensor The temperature difference is detected from the temperature measured by the step (1).
更に、請求項5に係るレーザ加工装置は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記ペルチェ素子の駆動電流の電流値を取得する電流値取得部と、前記電流値取得部を介して取得した前記駆動電流の電流値が前記ペルチェ素子を駆動する所定の上限電流値以上であるか否かを判定する駆動電流判定部と、を備え、前記駆動電流判定部を介して前記駆動電流の電流値が前記ペルチェ素子を駆動する所定の上限電流値以上であると判定された場合には、前記ファン制御部は、前記温度差に応じた前記ファンの回転数を所定割合高くするように制御することを特徴とする。
Furthermore, the laser processing apparatus according to
また、請求項6に係るレーザ加工方法は、レーザ光を出射するレーザ光出射部と、前記レーザ光出射部を冷却又は加熱するペルチェ素子と、放熱材料から形成されて前記レーザ光出射部と前記ペルチェ素子から熱伝導された熱を放熱するヒートシンクと、前記ヒートシンクを冷却するファンと、ファン制御部と、を備え、前記レーザ光出射部は、前記ペルチェ素子が冷却又は加熱されて目標温度に保たれるレーザ加工装置で実行されるレーザ加工方法であって、前記ファン制御部が実行する、前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出する温度差検出工程と、前記温度差検出工程で検出された前記温度差に応じて前記ファンの回転数を制御するファン制御工程と、を備えたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a laser processing method comprising: a laser beam emitting portion that emits a laser beam; a Peltier element that cools or heats the laser beam emitting portion; A heat sink that dissipates heat conducted from the Peltier element; a fan that cools the heat sink; and a fan control unit. The laser beam emitting unit is maintained at a target temperature by cooling or heating the Peltier element. A laser processing method executed by a laser processing apparatus, wherein the fan control unit detects a temperature difference between a temperature of the laser beam emitting unit and a temperature around the heat sink. And a fan control step of controlling the rotational speed of the fan according to the temperature difference detected in the temperature difference detection step.
請求項1に係るレーザ加工装置、及び、請求項6に係るレーザ加工方法では、レーザ光を出射するレーザ光出射部の温度とヒートシンクの周囲の温度との温度差に応じてファンの回転数を制御する。これにより、レーザ加工装置の配置された周囲の環境温度の変化によりヒートシンクの周囲の温度が変化しても、レーザ光出射部の温度変化に迅速に追従してファンの回転数を制御することができ、電力効率の向上を図ることができる。また、レーザ光出射部の温度に対してファンの回転数を適正に制御でき、ファンの騒音レベルを下げることが可能となる。更に、使用するレーザ光出射部の目標温度がそれぞれ異なっても、制御パラメータを変更することなく温度差に応じてファンの回転数を制御することが可能となる。
In the laser processing apparatus according to
また、請求項2に係るレーザ加工装置では、ペルチェ素子が切替制御部によって駆動電流を供給されてレーザ光出射部の温度制御を行う状態と、温度差検出部に起電圧を出力する状態とに交互に切り替えられる。そして、温度差検出部は、ゼーベック効果を利用してペルチェ素子に発生する起電圧からレーザ光出射部の温度とヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出する。これにより、ペルチェ素子をレーザ光出射部の温度に基づいてヒートシンクの周囲の温度を測定する温度センサとして使用することができ、ヒートシンクの周囲の温度を測定する温度センサを別に設ける必要がなく、部品費や組み立て工数の削減化を図ることができる。
In the laser processing apparatus according to
また、請求項3に係るレーザ加工装置では、切替制御部は、駆動電流供給状態と起電圧出力状態とを所定周期毎に交互に所定比率で切り替えるように制御する。つまり、PWM(Pulse Width Modulation)制御によりペルチェ素子に駆動電流を供給することができるだけでなく、ペルチェ素子の駆動電流のオフタイムにペルチェ素子の起電圧を温度差検出部に出力することができ、効率の良い温度差の検出が可能となる。 In the laser processing apparatus according to the third aspect, the switching control unit performs control so that the driving current supply state and the electromotive voltage output state are alternately switched at a predetermined ratio every predetermined period. That is, not only can the drive current be supplied to the Peltier element by PWM (Pulse Width Modulation) control, but also the electromotive voltage of the Peltier element can be output to the temperature difference detection unit during the off-time of the drive current of the Peltier element. An efficient temperature difference can be detected.
また、請求項4に係るレーザ加工装置では、第1温度センサでレーザ光出射部の温度を測定し、第2温度センサによって測定された所定位置の温度からヒートシンクの周囲の温度を推定する。そして、レーザ光出射部の温度と推定したヒートシンクの周囲の温度との温度差に応じてファンの回転数を制御する。これにより、第2温度センサによって測定する所定位置を適正に選択することによって、ヒートシンクの周囲の温度を高精度に推定することが可能となり、簡易な構成でファンの回転数の制御を高精度に行うことが可能となる。 In the laser processing apparatus according to the fourth aspect, the temperature of the laser beam emitting portion is measured by the first temperature sensor, and the temperature around the heat sink is estimated from the temperature at the predetermined position measured by the second temperature sensor. Then, the rotational speed of the fan is controlled in accordance with the temperature difference between the temperature of the laser beam emitting portion and the estimated temperature around the heat sink. This makes it possible to estimate the temperature around the heat sink with high accuracy by appropriately selecting a predetermined position to be measured by the second temperature sensor, and to control the rotational speed of the fan with high accuracy with a simple configuration. Can be done.
更に、請求項5に係るレーザ加工装置では、ペルチェ素子の駆動電流の電流値が所定の上限電流値以上になった場合には、ファンの回転数が所定割合高くなるため、ヒートシンクの冷却能力を増大させ、ペルチェ素子の破壊を抑止することが可能となる。
Furthermore, in the laser processing apparatus according to
以下、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法を具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、本実施形態に係るレーザ加工装置1の概略構成について図1乃至図3に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, a laser processing apparatus and a laser processing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on an embodiment. First, a schematic configuration of the
図1に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置1は、レーザ加工装置本体部2と、レーザコントローラ5と、電源ユニット6と、から構成されている。レーザ加工装置本体部2は、パルスレーザ(以下、「レーザ光L」という。)を加工対象物Wの加工面WA上を2次元走査してレーザ加工を行う。
As shown in FIG. 1, a
レーザコントローラ5は、コンピュータで構成され、パーソナルコンピュータ(以下、「PC」という。)7と双方向通信可能に接続されると共に、レーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6と電気的に接続されている。図3に示すように、PC7は、マウスやキーボードを含む入力操作部71と、液晶ディスプレイ(LCD)72等から構成され、描画データの作成やコマンド入力等に用いられる。そして、レーザコントローラ5は、PC7から送信された描画データ、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6を駆動制御する。
The
[レーザ加工装置本体部の概略構成]
次に、レーザ加工装置本体部2の概略構成について説明する。尚、レーザ加工装置本体部2の説明において、レーザ発振器21のレーザ光Lの出射方向が前方向である。また、本体ベース11に対して垂直な方向が上下方向である。そして、レーザ加工装置本体部2の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザ加工装置本体部2の左右方向である。従って、図1の左方向、右方向、上方向、下方向が、それぞれレーザ加工装置本体部2の前方向、後方向、上方向、下方向である。
[Schematic configuration of laser processing equipment body]
Next, a schematic configuration of the laser processing apparatus
図1に示すように、レーザ加工装置本体部2は、レーザ光Lと可視レーザ光を、fθレンズ20から同軸上に出射するように構成されている。レーザ加工装置本体部2は、本体ベース11と、レーザ光Lを出射するレーザ発振ユニット12と、光シャッター部13と、不図示の光ダンパーと、不図示のハーフミラーと、可視レーザ光を出射する不図示のガイド光部と、反射ミラー17と、光センサ18と、ガルバノスキャナ19と、fθレンズ20等から構成され、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。
As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus
レーザ発振ユニット12は、レーザ発振器21と、ビームエキスパンダ22と、取付台とから構成されている。レーザ発振器21は、ファイバコネクタと、集光レンズと、反射鏡と、レーザ媒質と、受動Qスイッチと、出力カプラーと、ウィンドウとをケーシング内に有している。ファイバコネクタには、励起用半導体レーザ部40から延びる光ファイバFが接続されており、励起用半導体レーザ部40から出射された励起光が、光ファイバFを介して入射される。
The
集光レンズは、ファイバコネクタから入射された励起光を集光する。反射鏡は、集光レンズによって集光された励起光を透過すると共に、レーザ媒質から出射されたレーザ光を高効率で反射する。レーザ媒質は、励起用半導体レーザ部40から出射された励起光によって励起されてレーザ光を発振する。レーザ媒質としては、例えば、レーザ活性イオンとしてネオジウム(Nd)が添加されたネオジウム添加ガドリニウムバナデイト(Nd:GdVO4)結晶や、ネオジウム添加イットリウムバナデイト(Nd:YVO4)結晶や、Nd:YAG結晶等を用いることができる。
The condensing lens condenses the excitation light incident from the fiber connector. The reflecting mirror transmits the excitation light collected by the condenser lens and reflects the laser light emitted from the laser medium with high efficiency. The laser medium is excited by excitation light emitted from the excitation
受動Qスイッチは、内部に蓄えられた光エネルギーがある一定値を超えたとき、透過率が80%〜90%になるという性質持った結晶である。従って、受動Qスイッチは、レーザ媒質によって発振されたレーザ光をパルス状のパルスレーザとして発振するQスイッチとして機能する。受動Qスイッチとしては、例えば、クロームYAG(Cr:YAG)結晶やCr:MgSiO4結晶等を用いることができる。 A passive Q switch is a crystal having a property that the transmittance becomes 80% to 90% when the light energy stored inside exceeds a certain value. Therefore, the passive Q switch functions as a Q switch that oscillates the laser light oscillated by the laser medium as a pulsed pulse laser. As the passive Q switch, for example, a chrome YAG (Cr: YAG) crystal or a Cr: MgSiO 4 crystal can be used.
出力カプラーは、反射鏡とレーザ共振器を構成する。出力カプラーは、例えば、表面に誘電体層膜をコーティングした凹面鏡により構成された部分反射鏡で、波長1063nmでの反射率は、80%〜95%である。ウィンドウは、合成石英等から形成され、出力カプラーから出射されたレーザ光を外部へ透過させる。従って、レーザ発振器21は、励起用半導体レーザ部40からの励起光を受光してレーザ媒質が励起することで、受動Qスイッチを介してパルスレーザを発振し、加工対象物Wの加工面WAにマーキング加工を行うためのレーザ光Lを出力する。
The output coupler constitutes a reflecting mirror and a laser resonator. The output coupler is, for example, a partial reflecting mirror constituted by a concave mirror whose surface is coated with a dielectric layer film, and the reflectance at a wavelength of 1063 nm is 80% to 95%. The window is made of synthetic quartz or the like, and transmits the laser light emitted from the output coupler to the outside. Accordingly, the
ビームエキスパンダ22は、レーザ光Lのビーム径を調整する(例えば、ビーム径を拡大する。)ものであり、レーザ発振器21と同軸に設けられている。取付台は、レーザ発振器21がレーザ光Lの光軸を調整可能に取り付けられ、本体ベース11の前後方向中央位置よりも後側の上面に対して、各取付ネジによって固定されている。
The
光シャッター部13は、シャッターモータと、平板状のシャッターとから構成されている。当該光シャッター部13は、シャッターモータのモータ軸に取り付けられたシャッターを移動させることによって、ビームエキスパンダ22から出射されたレーザ光Lの光路を遮蔽可能に構成されている。シャッターがレーザ光Lの光路を遮る位置に移動した場合、レーザ光Lは、光シャッター部13に対して右方向に設けられた光ダンパーへ反射される。一方、シャッターがレーザ光Lの光路上に位置しない場合には、レーザ光Lは、光シャッター部13の前側に配置されたハーフミラーに入射する。
The
光ダンパーは、シャッターで反射されたレーザ光Lを吸収する。ハーフミラーは、レーザ光Lの光路に対して斜め左下方向に45度の角度を形成するように配置される。ハーフミラーは、後側から入射されたレーザ光Lのほぼ全部を透過すると共に、後側から入射されたレーザ光Lの一部を、反射ミラー17へ45度の反射角で反射する。反射ミラー17は、ハーフミラーのレーザ光Lが入射される後側面の略中央位置に対して左方向に配置される。
The optical damper absorbs the laser light L reflected by the shutter. The half mirror is arranged so as to form an angle of 45 degrees obliquely in the lower left direction with respect to the optical path of the laser beam L. The half mirror transmits almost all of the laser light L incident from the rear side and reflects a part of the laser light L incident from the rear side to the
反射ミラー17は、レーザ光Lの光路に対して平行な前後方向に対して斜め左下方向に45度の角度を形成するように配置され、ハーフミラーの後側面において反射されたレーザ光Lの一部が、反射面の略中央位置に対して45度の入射角で入射される。そして、反射ミラー17は、反射面に対して45度の入射角で入射されたレーザ光Lを45度の反射角で前側方向へ反射する。
The
光センサ18は、レーザ光Lの発光強度を検出するフォトディテクタ等で構成され、反射ミラー17のレーザ光Lが反射される略中央位置に対して、図1中、前側方向に配置されている。この結果、光センサ18は、反射ミラー17で反射されたレーザ光Lが入射され、この入射されたレーザ光Lの発光強度を検出する。従って、光センサ18を介してレーザ発振器21から出力されるレーザ光Lの発光強度を検出することができる。
The
ガルバノスキャナ19は、本体ベース11の前側端部に形成された貫通孔の上側に取り付けられ、レーザ発振ユニット12から出射されたレーザ光Lと、ハーフミラーで反射された可視レーザ光とを下方へ2次元走査する。ガルバノスキャナ19は、ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32とが、それぞれのモータ軸が互いに直交するように外側からそれぞれの取付孔に嵌入されて本体部33に取り付けられて構成されている。
The
従って、当該ガルバノスキャナ19においては、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラーが内側で互いに対向している。そして、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転をそれぞれ制御して、各走査ミラーを回転させることによって、レーザ光Lと可視レーザ光とを下方へ2次元走査する。この2次元走査方向は、前後方向(X方向)と左右方向(Y方向)である。
Therefore, in the
fθレンズ20は、下方に配置された加工対象物Wの加工面WAに対して、ガルバノスキャナ19によって2次元走査されたレーザ光Lと可視レーザ光とを同軸に集光する。従って、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転を制御することによって、レーザ光Lと可視レーザ光が、加工対象物Wの加工面WA上において、所望の加工パターンで前後方向(X方向)と左右方向(Y方向)に2次元走査される。
The
[電源ユニットの概略構成]
次に、レーザ加工装置1における電源ユニット6の概略構成について説明する。図1に示すように、電源ユニット6は、励起用半導体レーザ部40と、電源部52と、温度制御部53とを有して構成されている。当該電源ユニット6において、励起用半導体レーザ部40は、電源部52及び温度制御部53を内部に収容するケーシング55の上部に配設されている。
[Schematic configuration of power supply unit]
Next, a schematic configuration of the
励起用半導体レーザ部40は、光ファイバFによって、レーザ発振器21に光学的に接続されており、レーザ発振器21のレーザ媒質を励起するための励起光を出射し、レーザ発振器21に対して入射可能に構成されている。当該励起用半導体レーザ部40は、レーザ光出射部の一例として機能する励起用レーザ素子41及び不図示のレーザドライバ等の種々の構成要素を、励起用レーザ筐体49(図2参照)内に収容している。励起用半導体レーザ部40の具体的な構成については、後に図面を参照しつつ詳細に説明する。
The pumping
電源部52は、レーザ加工装置1の駆動源として機能する電源から供給される交流電力を、当該レーザ加工装置1で利用可能な状態に変換して供給する。当該電源部52は、励起用半導体レーザ部40の励起用レーザ素子41を駆動する駆動電流を、不図示のレーザドライバを介して供給する。
The
温度制御部53は、レーザ加工装置1を構成する各部に関する温度制御を司り、ペルチェドライバ53A(図2参照)等を有して構成されている。当該温度制御部53は、レーザ発振ユニット12と、励起用半導体レーザ部40及び電源部52の温度制御を行う。例えば、温度制御部53は、励起用レーザ素子41に配設される温度センサ41A(図2参照)の検出結果等を用いて、ペルチェ素子を用いた電子冷却方式により不図示のレーザドライバの温度制御を行う。
The
[励起用半導体レーザ部の構成]
次に、本実施形態に関する励起用半導体レーザ部40の構成について、図2に基づいて説明する。尚、励起用半導体レーザ部40の説明において、後述するファイバケーブル挿通部45が配設されている方向が、励起用半導体レーザ部40の前方向である。従って、図2の右方向、左方向、上方向、下方向が、それぞれ励起用半導体レーザ部40の前方向、後方向、上方向、下方向である。そして、励起用半導体レーザ部40の上下方向及び前後方向に直交する方向が、励起用半導体レーザ部40の左右方向である。
[Configuration of pumping semiconductor laser section]
Next, the configuration of the pumping
上述したように、励起用半導体レーザ部40は、電源ユニット6の上部に配置されており、励起用レーザ筐体49の内部に、励起用レーザ素子41と、不図示のレーザドライバと、ペルチェドライバ53A等の種々の構成部品を収容している。励起用レーザ筐体49は、略直方体状の箱型に形成されており、上部カバー49Aを有している。当該上部カバー49Aは、矩形箱型における上面及び左右側面を構成し、ネジ等によって着脱可能に取り付けられる。
As described above, the pumping
そして、図2に示すように、励起用レーザ筐体49の内部には、ダクト42、収容空間部44等に区画されている。ダクト42は、断面矩形をなす管状に形成されており、励起用レーザ筐体49の略下半分の部分において、前後方向全長に渡って直線状に延びている。ダクト42の上側外面には、励起用レーザ素子41及びペルチェドライバ53Aが取り付けられている。また、ダクト42の一方の側壁部に対向するように不図示のレーザドライバが配設されている。
As shown in FIG. 2, the inside of the
収容空間部44は、励起用レーザ筐体49内部において、ダクト42等を除いた空間によって構成されており、上部カバー49Aを取り付けることによって、励起用レーザ筐体49内部で密閉される。図2に示すように、ダクト42の上側外面には、励起用レーザ素子41及びペルチェドライバ53Aが取り付けられているため、収容空間部44は、励起用レーザ素子41と、ペルチェドライバ53Aと、不図示のレーザドライバ等を内部に収納している。
The
尚、上述したように、収容空間部44は、上部カバー49Aを取り付けることによって、励起用レーザ筐体49内部で密閉されているが、本発明における密閉とは、例えば、励起用レーザ筐体49外部からの風を通さない等、励起用レーザ筐体49外部の環境変化の影響を受けない状態を意味する。必ずしも、防塵性能、防水性能が高いことを要求するものではなく、厳密な気密性を要求するものでもない。
As described above, the
励起用レーザ素子41は、レーザドライバから入力されるパルス状の駆動電流に対して、レーザ光を発生する閾値電流を超えた電流値に比例した出力の波長のレーザ光である励起光を、励起用半導体レーザ部40の前方に向かって直線状に延びる光ファイバF内に出射する。図示は省略するが、当該光ファイバFは、励起用レーザ筐体49の前面に配設された円管状のファイバケーブル挿通部45を介して、励起用レーザ筐体49の外部へ直線状に延び、その後、レーザ加工装置本体部2のレーザ発振器21に接続される(図1参照)。従って、レーザ発振器21には、励起用レーザ素子41からの励起光が光ファイバFを介して入射される。励起用レーザ素子41は、例えば、GaAsを用いたレーザバーを用いることができる。
The
そして、当該励起用レーザ素子41は、温度センサ41Aと、ペルチェ素子41Bと、接続端子部41Cと、ヒートシンク41Dを有している。上述したように、温度センサ41Aは、励起用レーザ素子41と一体に配設されており、励起用レーザ素子41の温度を検出してペルチェドライバ53Aに設けられたペルチェ駆動電流生成部82(図3参照)へ出力する。
The
また、ペルチェ素子41Bは、励起用レーザ素子41の下側表面に沿って配設されており、後述するヒートシンク41Dとの間で、励起用レーザ素子41及びヒートシンク41Dと接触している。上述したように、ペルチェ素子41Bは、ペルチェドライバ53Aを介して駆動制御され、励起光の出射に伴い励起用レーザ素子41に生じた熱を放熱する。これにより、励起用レーザ素子41に生じた熱は、ペルチェ素子41Bを介してヒートシンク41Dに熱伝導し、後述のように励起用レーザ素子41が所定の目標温度範囲内(例えば、45±0.5℃である。)となるように温度制御される。尚、励起用レーザ素子41が目標温度に達していない場合等は、ペルチェ素子41Bを介して励起用レーザ素子41を加熱して、励起用レーザ素子41が所定の目標温度範囲内となるように温度制御することもある。
The
そして、励起用レーザ素子41の後部には、接続端子部41Cが形成されている。接続端子部41Cは、レーザドライバと電気的に接続され、レーザドライバからのパルス状の駆動電流が入力される。
A
ヒートシンク41Dは、アルミニウムや銅やステンレス等の熱伝導率が大きい放熱材料で形成されている。ヒートシンク41Dは、図2に示すように、ダクト42の内部であって、ペルチェ素子41Bを挟んで励起用レーザ素子41の下部に配置されており、ペルチェ素子41Bから熱伝導した熱を放熱し、ペルチェ素子41Bの放熱面の温度を下げる。当該ヒートシンク41Dは、ダクト42内部において、複数の薄板状の放熱フィンが前後方向に沿って平行に下方に立設され、表面積を大きくし、放熱性を向上させている。これにより、ダクト42内の気流との間の熱交換を促進させることができるので、ヒートシンク41Dによる冷却能力を向上させ得る。
The
ペルチェドライバ53Aは、後述するようにペルチェ素子41BをPWM制御して、電子冷却方式により励起用レーザ素子41を冷却すると共に、ペルチェ素子41Bの起電圧から当該ペルチェ素子41Bの吸熱面と放熱面との温度差を検出して、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度(例えば、ヒートシンク41Dの放熱フィン近傍の温度である。)との温度差を算出して、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85(図3参照)に当該温度差を出力する(図3及び図4参照)。
As will be described later, the
図2に示すように、励起用半導体レーザ部40の前方側面には、ダクト42に対向する位置に排気孔42Cが形成されている。一方、励起用半導体レーザ部40の後側側面には、ダクト42に対向する位置に連通孔42Bが形成されている。従って、ダクト42は、排気孔42Cを介して、前方側における励起用レーザ筐体49の外部と連通し、連通孔42Bを介して、後方側における励起用レーザ筐体49の外部と連通する。
As shown in FIG. 2, an
ファン42Aは、ダクト42の内部におけるヒートシンク41Dと排気孔42Cの間であって、排気孔42Cから後方へ所定距離離間した位置に配設されている。尚、この場合の所定距離は、例えば、80mmである。当該ファン42Aは、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85よる駆動制御に従って、ダクト42内を後方から前方へ向かう気流を発生させる。ファン42Aによって生じた気流により、ヒートシンク41Dにおける放熱が促進されるため、ペルチェ素子41Bの放熱面を効果的に冷却して、励起用レーザ素子41の温度を所定の温度範囲内に調整することができる。
The
また、ファン42Aの駆動に伴って、励起用レーザ筐体49外部の空気が、連通孔42Bを介して、ダクト42内に吸い込まれ、ダクト42内を流下した後、排気孔42Cを介して、励起用レーザ筐体49外部へ排気される。これにより、励起用レーザ筐体49外部の空気を用いて、ヒートシンク41Dの放熱を行うことができるので、当該レーザ加工装置1は、ヒートシンク41Dによる励起用レーザ素子41の冷却効率を、更に高めることができる。
As the
次に、励起用半導体レーザ部40を駆動する駆動回路構成について図3及び図4に基づいて説明する。図3に示すように、ペルチェ素子41Bを駆動制御するペルチェドライバ53Aには、ペルチェ駆動電流生成部81と、温度差検出部82と、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83とが設けられている。ペルチェ駆動電流生成部81には、温度センサ41Aと、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83と、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85とが電気的に接続されている。
Next, a drive circuit configuration for driving the pumping
そして、ペルチェ駆動電流生成部81は、温度センサ41Aから入力された励起用レーザ素子41の温度に基づいて、ペルチェ素子41Bを駆動する駆動電流を生成して、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83とファン制御部85に出力する。
The Peltier drive
また、温度差検出部82には、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83と、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85とが電気的に接続されている。そして、温度差検出部82は、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83から入力されたペルチェ素子41Bに発生する起電圧からゼーベック効果を利用して励起用レーザ素子41の吸熱面と放熱面との温度差を検出して、当該励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差を測定する。つまり、温度差検出部82は、「ヒートシンク41Dの周囲の温度」から「励起用レーザ素子41の温度」を減算した温度差を測定する。そして、温度差検出部82は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差をファン制御部85に出力する。
In addition, a drive current supply / temperature difference detection switching
また、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83には、ペルチェ素子41Bと、ペルチェ駆動電流生成部81と、温度差検出部82とが電気的に接続されている。駆動電流供給/温度差検出切替制御部83は、図4に示すように、PWM制御により制御周期T3(秒)毎に、供給時間T1(秒)の間、ペルチェ駆動電流生成部81とペルチェ素子41Bとを電気的に接続して、ペルチェ素子41Bに駆動電流を供給した後、出力期間T2(秒)の間、ペルチェ駆動電流生成部81とペルチェ素子41Bとを電気的に遮断する。
In addition, a
また、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83は、この出力期間T2(秒)間、温度差検出部82とペルチェ素子41Bとを電気的に接続して、ペルチェ素子41Bに発生した起電圧を温度差検出部82に出力した後、供給時間T1(秒)の間、温度差検出部82とペルチェ素子41Bとを電気的に遮断する。これにより、ペルチェ素子41Bは、PWM制御により制御周期T3(秒)毎に、供給時間T1(秒)の間、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83を介して入力される駆動電流によって励起用レーザ素子41を冷却した後、出力期間T2(秒)の間、駆動電流の供給が停止されて発生する起電圧を駆動電流供給/温度差検出切替制御部83を介して温度差検出部82に出力する。
Further, the drive current supply / temperature difference detection switching
また、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85には、ファン42と、温度差検出部82とが電気的に接続されている。また、ファン制御部85には、受付部の一例として機能するPC7が双方向通信可能に接続され、PC7から送信されたユーザからの各種指示情報等を受信可能に構成されている。ファン制御部85は、ファンの回転数制御を行う演算装置及び制御装置としてのCPU91、RAM92、ROM93、時間を計測するタイマ95、ハードディスクドライブ(以下、「HDD」という。)96等を備えている。また、CPU91、RAM92、ROM93、タイマ95は、不図示のバス線により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。また、CPU91とHDD96は、不図示の入出力インターフェースを介して接続され、相互にデータのやり取りが行われる。
The
RAM92は、CPU91により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ROM93は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、後述のファン42Aを駆動制御する「ファン駆動処理」のプログラム等を記憶している。尚、図7に示す「ファン駆動処理」のプログラムは、HDD96に記憶されていてもよいし、図示しないCD−ROM等の記憶媒体から読み込まれてもよいし、図示しないインターネットなどのネットワークからダウンロードされてもよい。
The
また、HDD96は、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、各種データファイルを記憶するものであり、図5に示す温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97、図6に示す静音優先モードのファン回転数データテーブル98を記憶する制御パラメータ記憶領域等が設けられている。後述のように、温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97は、励起用レーザ素子41の温度制御を優先する際に、ファン42Aの回転数制御に使用される。また、後述のように、静音優先モードのファン回転数データテーブル98は、励起用半導体レーザ部40の静音性を優先する際に、ファン42Aの回転数制御に使用される。
The
ここで、HDD66の制御パラメータ記憶領域に記憶される温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97の一例について図5に基づいて説明する。図5に示すように、温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97は、「温度差」と、「ファン回転数PWM設定値(%)」から構成されている。「温度差」には、温度差検出部82から入力される励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差、つまり、「ヒートシンク41Dの周囲の温度」から「励起用レーザ素子41の温度」を減算した温度差が、パラメータとして記憶されている。「ファン回転数PWM設定値(%)」には、各温度差に対して設定されるファン42Aの回転数PWM設定値(%)が記憶されている。
Here, an example of the fan rotation speed data table 97 in the temperature control priority mode stored in the control parameter storage area of the HDD 66 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the fan speed data table 97 in the temperature control priority mode is composed of “temperature difference” and “fan speed PWM setting value (%)”. The “temperature difference” includes the temperature difference between the temperature of the
例えば、「温度差」が「<0℃」、つまり、負の温度に対しては、ヒートシンク41Dの周囲の温度が励起用レーザ素子41の温度よりも低いため、「ファン回転数PWM設定値(%)」に「0%」が記憶され、ファン42Aの回転を停止する旨が記憶されている。また、例えば、「温度差」が0℃以上で5℃未満に対しては、「ファン回転数PWM設定値(%)」に「10%」が記憶されている。つまり、励起用レーザ素子41の温度制御を優先する場合には、温度差検出部82から入力される励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差が「0℃以上で5℃未満」のときには、CPU91は、ファン42Aに供給する駆動電圧のパルス幅を定格回転数で駆動する際の10%のパルス幅に設定する旨が記憶されている。
For example, when the “temperature difference” is “<0 ° C.”, that is, for a negative temperature, since the temperature around the
続いて、HDD66の制御パラメータ記憶領域に記憶される静音優先モードのファン回転数データテーブル98の一例について図6に基づいて説明する。図6に示すように、静音優先モードのファン回転数データテーブル98は、温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97と同様に、「温度差」と、「ファン回転数PWM設定値(%)」から構成されている。 Next, an example of the fan rotation speed data table 98 in the silent priority mode stored in the control parameter storage area of the HDD 66 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the fan rotation speed data table 98 in the silent priority mode is similar to the fan rotation speed data table 97 in the temperature control priority mode, and “temperature difference” and “fan rotation speed PWM setting value (%)”. ].
例えば、「温度差」が「<0℃」、つまり、負の温度に対しては、ヒートシンク41Dの周囲の温度が励起用レーザ素子41の温度よりも低いため、「ファン回転数PWM設定値(%)」に「0%」が記憶され、ファン42Aの回転を停止する旨が記憶されている。また、例えば、「温度差」が0℃以上で5℃未満に対しては、「ファン回転数PWM設定値(%)」に「5%」が記憶されている。
For example, when the “temperature difference” is “<0 ° C.”, that is, for a negative temperature, since the temperature around the
つまり、励起用半導体レーザ部40の静音性を優先する場合には、温度差検出部82から入力される励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差が「0℃以上で5℃未満」のときには、CPU91は、ファン42Aに供給する駆動電圧のパルス幅を定格回転数で駆動する際の5%のパルス幅に設定する旨が記憶されている。従って、図5及び図6に示すように、静音優先モードに設定された場合には、ファン42Aの回転数が温度制御優先モード時の回転数よりも5%減速され、励起用半導体レーザ部40の騒音レベルが下がる。尚、静音優先モード時のファン42Aの回転数の減速比率は、5%に限らず、任意に設定してもよい。
That is, when priority is given to the quietness of the excitation
[ファン駆動処理]
次に、ファン制御部85のCPU91が実行する処理であって、ファン42Aを駆動制御する「ファン駆動処理」について図7に基づいて説明する。尚、図7にフローチャートで示されるプログラムは、レーザコントローラ5の起動時から所定時間毎に、例えば、100ミリ秒毎にCPU91によって実行される。
[Fan drive processing]
Next, a “fan drive process” which is a process executed by the
図7に示すように、先ず、ステップ(以下、Sと略記する)11において、CPU91は、温度差検出部82から入力された励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差、つまり、「ヒートシンク41Dの周囲の温度」から「励起用レーザ素子41の温度」を減算した温度差をRAM42に記憶する。
As shown in FIG. 7, first, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 11, the
続いて、S12において、CPU91は、励起用レーザ素子41の温度制御を優先する「温度制御優先モード」と励起用半導体レーザ部40の静音性を優先する「静音優先モード」のうち、いずれが選択されているか判定する判定処理を実行する。具体的には、CPU91は、RAM92からファン制御フラグを読み出し、このファン制御フラグが「ON」に設定されている場合には、「静音優先モード」が選択されていると判定して、S13の処理に移行する。
Subsequently, in S <b> 12, the
また、CPU91は、RAM92からファン制御フラグを読み出し、このファン制御フラグが「OFF」に設定されている場合には、「温度制御優先モード」が選択されていると判定して、S14の処理に移行する。尚、レーザコントローラ5の起動時に、ファン制御フラグは「OFF」に設定されてRAM92に記憶される。
Further, the
尚、ユーザは、PC7の入力操作部71を操作して、CPU91に対して「温度制御優先モード」と「静音優先モード」のいずれかを選択するように指示することができる。そして、CPU91は、PC7から「温度制御優先モード」を選択するように指示された場合には、RAM92からファン制御フラグを読み出し、OFFに設定して再度、RAM92に記憶する。一方、CPU91は、PC7から「静音優先モード」を選択するように指示された場合には、RAM92からファン制御フラグを読み出し、ONに設定して再度、RAM92に記憶する。
The user can operate the
そして、図7に示すように、S13の処理に移行した場合には、CPU91は、S13において、静音優先モードのファン回転数データテーブル98をファン42の駆動制御用データテーブルとして設定した後、S15の処理に移行する。具体的には、CPU91は、テーブルフラグをRAM92から読み出し、ONに設定した後、再度RAM92に記憶した後、S15の処理に移行する。尚、レーザコントローラ5の起動時に、テーブルフラグは「OFF」に設定されてRAM92に記憶される。
Then, as shown in FIG. 7, when the process proceeds to S13, the
また、S14の処理に移行した場合には、CPU91は、S14において温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97をファン42の駆動制御用データテーブルとして設定した後、S15の処理に移行する。具体的には、CPU91は、テーブルフラグをRAM92から読み出し、OFFに設定した後、再度RAM92に記憶した後、S15の処理に移行する。
When the process proceeds to S14, the
S15において、CPU91は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差と、テーブルフラグとをRAM42から読み出す。そして、テーブルフラグがONの場合には、CPU91は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差を静音優先モードのファン回転数データテーブル98の「温度差」として、この「温度差」に対応する「ファン回転数PWM設定値(%)」、例えば、5%を読み出す。そして、CPU91は、定格回転数で駆動する際のパルス幅に「ファン回転数PWM設定値(%)」、例えば、5%を掛け算したパルス幅を、ファン42Aに供給する駆動電圧のパルス幅としてRAM92に記憶し、この駆動電圧のパルス幅でファン42AをPWM制御で回転駆動する。
In S15, the
また、テーブルフラグがOFFの場合には、CPU91は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差を温度制御優先モードのファン回転数データテーブル97の「温度差」として、この「温度差」に対応する「ファン回転数PWM設定値(%)」、例えば、10%を読み出す。そして、CPU91は、定格回転数で駆動する際のパルス幅に「ファン回転数PWM設定値(%)」、例えば、10%を掛け算したパルス幅を、ファン42Aに供給する駆動電圧のパルス幅としてRAM92に記憶し、この駆動電圧のパルス幅でファン42AをPWM制御で回転駆動する。
When the table flag is OFF, the
その後、S16において、CPU91は、ペルチェ駆動電流生成部81から入力されたペルチェ素子41Bに供給する駆動電流の電流値をRAM92に記憶する。続いて、S17において、CPU91は、HDD96からペルチェ素子41Bに供給する上限電流値を読み出し、ペルチェ駆動電流生成部81から入力されたペルチェ素子41Bに供給する駆動電流の電流値が、上限電流値以上であるか否かを判定する判定処理を実行する。
Thereafter, in S <b> 16, the
尚、ペルチェ素子41Bに供給される上限電流値は、通常は、ペルチェ素子41Bの破壊を未然に防ぐことができるように余裕を持って設定された駆動電流値であり、予めHDD96に記憶されている。従って、ペルチェ素子41Bに供給する駆動電流の電流値が、上限電流値よりも少し大きい電流値になっても、ペルチェ素子41Bは破壊されない。
The upper limit current value supplied to the
そして、ペルチェ駆動電流生成部81から入力されたペルチェ素子41Bに供給する駆動電流の電流値が、上限電流値以上であると判定した場合には(S17:YES)、CPU91は、S18の処理に移行する。S18において、CPU91は、ファン42Aに供給する駆動電圧のパルス幅をRAM92から読み出し、このパルス幅を所定割合増加して、例えば、10%増加したパルス幅で、ファン42AをPWM制御で回転駆動する。つまり、CPU91は、ファン42Aの回転数を所定割合高く、例えば、10%高く設定する。その後、CPU91は、当該処理を終了する。尚、ファン42Aの回転数は、ファン42Aの駆動電圧(電流)の大きさで調節してもよいのは、言うまでもない。
If it is determined that the current value of the drive current supplied to the
一方、ペルチェ駆動電流生成部81から入力されたペルチェ素子41Bに供給する駆動電流の電流値が、上限電流値未満であると判定した場合には(S17:NO)、CPU91は、当該処理を終了する。
On the other hand, when it is determined that the current value of the drive current supplied from the Peltier drive
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るレーザ加工装置1では、ファン制御部85のCPU91は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差に応じてファン42Aの回転数を制御する。これにより、レーザ加工装置1の配置された周囲の環境温度の変化によりヒートシンク41Dの周囲の温度が変化しても、励起用レーザ素子41の温度変化に迅速に追従してファン42Aの回転数を制御することができ、電力効率の向上を図ることができる。
As described above in detail, in the
また、励起用レーザ素子41の温度に対してファン42Aの回転数を適正に制御でき、ファン42Aの騒音レベルを下げることが可能となる。更に、使用する励起用レーザ素子41を仕様の異なるものに変更して、励起用レーザ素子41を駆動する際の目標温度がそれぞれ異なっても、制御パラメータを変更することなく励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差に応じてファン42Aの回転数を制御することが可能となる。
Further, the rotational speed of the
また、ペルチェ素子41Bが駆動電流供給/温度差検出切替制御部83によって駆動電流を供給されて励起用レーザ素子41の温度制御を行う状態と、温度差検出部82に起電圧を出力する状態とに交互に切り替えられる。そして、温度差検出部82は、ゼーベック効果を利用してペルチェ素子41Bに発生する起電圧から励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差を検出する。これにより、ペルチェ素子41Bを温度センサ41Aで検出される励起用レーザ素子41の温度と前記温度差に基づいてヒートシンク41Dの周囲の温度を測定する温度センサとして使用することができ、ヒートシンク41Dの周囲の温度を測定する温度センサを別に設ける必要がなく、部品費や組み立て工数の削減化を図ることができる。
In addition, a state in which the
また、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83は、駆動電流供給状態と起電圧出力状態とを所定周期T3(秒)毎に交互に所定比率T1(秒):T2(秒)で切り替えるように制御する。つまり、PWM制御によりペルチェ素子41Bに駆動電流を供給することができ、平均電力を低くして、電力効率をあげることができるだけでなく、ペルチェ素子41Bの駆動電流のオフタイムにペルチェ素子41Bの起電圧を温度差検出部82に出力することができ、効率良くペルチェ素子41Bの駆動と温度差の検出が可能となる。
Further, the drive current supply / temperature difference detection switching
また、ユーザは、PC7を介して「静音優先モード」を選択することによって、ファン42Aの回転数を温度制御優先モードにおけるファン42Aの回転数よりも低い回転数、例えば、5%低い回転数に設定し、ファン42Aの更なる静音化を図り、励起用半導体レーザ部40の更なる静音化を図ることができる。
In addition, the user selects the “silent priority mode” via the
更に、ペルチェ素子41Bの駆動電流の電流値が上限電流値以上になった場合には、ファン42Aの回転数が所定割合、例えば、10%高くなるため、ヒートシンク41Dの冷却能力を増大させ、ペルチェ素子41Bの破壊を抑止することが可能となる。また、ペルチェ素子41Bの破壊を未然に防いでくれるため、ペルチェ素子41Bを酷使する静音優先モードなどを選択しても、安心である。尚、ここでの上限電流値は、ペルチェ素子41Bの駆動における上限電流値であってもよいが、ペルチェ素子41Bの安全を考慮して設定されたその上限電流値よりも少し低い所定電流値であってもよい。
Further, when the current value of the drive current of the
尚、本発明は前記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。尚、以下の説明において上記図1乃至図8の前記実施形態に係るレーザ加工装置1の構成等と同一符号は、前記実施形態に係るレーザ加工装置1の構成等と同一あるいは相当部分を示すものである。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, various improvement and deformation | transformation are possible within the range which does not deviate from the summary of this invention. In the following description, the same reference numerals as those of the
(A)例えば、駆動電流供給/温度差検出切替制御部83と温度差検出部82との電気的接続を遮断してもよい。そして、第2温度センサ61をヒートシンク41D(例えば、放熱フィンである。)に設けてもよい。この場合には、温度差検出部82には、温度センサ41Aと、第2温度センサ61と、ペルチェ駆動電流生成部81と、レーザコントローラ5に設けられたファン制御部85とが電気的に接続されるようにしてもよい。
(A) For example, the electrical connection between the drive current supply / temperature difference detection switching
そして、温度差検出部82は、温度センサ41Aで励起用レーザ素子41の温度を測定し、第2温度センサ61によって測定されたヒートシンク41Dの温度からヒートシンク41Dの周囲の温度を取得するようにしてもよい。そして、温度差検出部82は、励起用レーザ素子41の温度とヒートシンク41Dの周囲の温度との温度差をファン制御部85に出力するようにしてもよい。尚、第2温度センサ61は、ヒートシンク41Dに限らず、ダクト42内のヒートシンク41Dとファン42Aとの間の位置、ダクト42内のファン42Aと排気孔42Cとの間の位置、ダクト42内の連通孔42B側端部の位置、ダクト42内の排気孔42C側端部の位置等、ヒートシンク41Dからの放熱の影響を受ける様々な位置に設けてもよい。
The
但し、第2温度センサ61の位置によっては、ヒートシンク41Dに第2温度センサ61を設けた場合と、取得する温度に位置に応じた差が出る場合があるので、予め、実験等によって位置に応じた取得温度の差を求めておき、取得した温度の値をヒートシンク41D近傍の温度相当に補正して使用するのが好ましい。尚、第2温度センサ61は、レーザコントローラ5等に収納された基板などに設けた温度センサー等でも、精度は低いが、外気温や予めの実験による補正値を求めておくことで代用は可能である。
However, depending on the position of the second temperature sensor 61, there may be a case where the second temperature sensor 61 is provided in the
これにより、第2温度センサ61によって測定する測定位置を適正に選択することによって、ヒートシンク41Dの周囲の温度を高精度に取得することが可能となり、簡易な構成でファン42Aの回転数の制御を高精度に行うことが可能となる。
Accordingly, by appropriately selecting the measurement position measured by the second temperature sensor 61, the temperature around the
(B)また、例えば、レーザ発振器21の下面にペルチェ素子41Bとヒートシンクとファン等が配置されて、当該ペルチェ素子41Bによってレーザ発振器21が電子冷却方式により冷却されるように構成してもよい。この場合には、レーザ加工装置1の温度差検出部82を使用して、ペルチェ素子41Bの起電圧からレーザ発振器21の温度とヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出するように構成してもよい。
(B) Further, for example, a
これにより、ヒートシンクの周囲の温度を測定する温度センサを個別に設ける必要がなく、部品費や組み立て工数の削減化を図ることができる。更に、使用するレーザ発振器21を仕様の異なるものに変更して、レーザ発振器21を駆動する際の目標温度がそれぞれ異なっても、制御パラメータを変更することなくレーザ発振器21の温度とヒートシンクの周囲の温度との温度差に応じてファンの回転数を制御することが可能となる。
Thereby, it is not necessary to separately provide a temperature sensor for measuring the temperature around the heat sink, and it is possible to reduce the parts cost and the number of assembling steps. Furthermore, even if the
1 レーザ加工装置
5 レーザコントローラ
7 PC
41 励起用レーザ素子
41B ペルチェ素子
41D ヒートシンク
42A ファン
71 入力操作部
72 液晶ディスプレイ
81 ペルチェ駆動電流生成部
82 温度差検出部
83 駆動電流供給/温度差検出切替制御部
85 ファン制御部
91 CPU
92 RAM
93 ROM
95 タイマ
96 HDD
41A 温度センサ
61 第2温度センサ
1
41
92 RAM
93 ROM
95
41A temperature sensor 61 second temperature sensor
Claims (6)
前記レーザ光出射部を冷却又は加熱するペルチェ素子と、
放熱材料から形成されて前記レーザ光出射部と前記ペルチェ素子から熱伝導された熱を放熱するヒートシンクと、を備え、前記レーザ光出射部は、前記ペルチェ素子が冷却又は加熱されて目標温度に保たれるレーザ加工装置であって、
前記ヒートシンクを冷却するファンと、
前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出する温度差検出部と、
前記温度差検出部を介して検出された前記温度差に応じて前記ファンの回転数を制御するファン制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 A laser beam emitting section for emitting a laser beam;
A Peltier element that cools or heats the laser beam emitting section;
A heat sink formed of a heat dissipating material and dissipating heat conducted from the Peltier element; and the laser light emitting section is maintained at a target temperature by cooling or heating the Peltier element. A laser processing device
A fan for cooling the heat sink;
A temperature difference detection unit that detects a temperature difference between the temperature of the laser beam emitting unit and the temperature around the heat sink;
A fan control unit that controls the number of revolutions of the fan according to the temperature difference detected via the temperature difference detection unit;
A laser processing apparatus comprising:
前記駆動電流生成部で生成された駆動電流を前記ペルチェ素子に供給する駆動電流供給状態と、該ペルチェ素子に前記駆動電流を供給しないで該ペルチェ素子に発生する起電圧を前記温度差検出部に出力する起電圧出力状態とに交互に切り替えるように制御する切替制御部と、
前記温度差検出部は、前記ペルチェ素子に発生する起電圧から前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 A drive current generator for generating a drive current for driving the Peltier element;
A drive current supply state in which the drive current generated by the drive current generation unit is supplied to the Peltier element, and an electromotive voltage generated in the Peltier element without supplying the drive current to the Peltier element is supplied to the temperature difference detection unit. A switching control unit for controlling to alternately switch to the output voltage output state to output,
2. The laser processing according to claim 1, wherein the temperature difference detection unit detects a temperature difference between a temperature of the laser beam emitting unit and a temperature around the heat sink from an electromotive voltage generated in the Peltier element. apparatus.
所定位置の温度を測定する第2温度センサと、
を備え、
前記温度差検出部は、前記第2温度センサによって測定された温度から前記ヒートシンクの周囲の温度を取得して、この取得した前記ヒートシンクの周囲の温度と前記第1温度センサによって測定された温度から前記温度差を検出することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 A first temperature sensor for measuring the temperature of the laser beam emitting section;
A second temperature sensor for measuring a temperature at a predetermined position;
With
The temperature difference detection unit obtains the temperature around the heat sink from the temperature measured by the second temperature sensor, and from the obtained temperature around the heat sink and the temperature measured by the first temperature sensor. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature difference is detected.
前記電流値取得部を介して取得した前記駆動電流の電流値が前記ペルチェ素子を駆動する所定の上限電流値以上であるか否かを判定する駆動電流判定部と、
を備え、
前記駆動電流判定部を介して前記駆動電流の電流値が前記ペルチェ素子を駆動する所定の上限電流値以上であると判定された場合には、前記ファン制御部は、前記温度差に応じた前記ファンの回転数を所定割合高くするように制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載のレーザ加工装置。 A current value acquisition unit for acquiring a current value of a drive current of the Peltier element;
A drive current determination unit that determines whether or not the current value of the drive current acquired via the current value acquisition unit is equal to or greater than a predetermined upper limit current value for driving the Peltier element;
With
When it is determined via the drive current determination unit that the current value of the drive current is equal to or greater than a predetermined upper limit current value for driving the Peltier element, the fan control unit 5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the rotational speed of the fan is controlled to be increased by a predetermined ratio.
前記ファン制御部が実行する、
前記レーザ光出射部の温度と前記ヒートシンクの周囲の温度との温度差を検出する温度差検出工程と、
前記温度差検出工程で検出された前記温度差に応じて前記ファンの回転数を制御するファン制御工程と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工方法。 A laser light emitting part for emitting laser light; a Peltier element for cooling or heating the laser light emitting part; and a heat sink for dissipating heat conducted from the laser light emitting part and the Peltier element. And a fan for cooling the heat sink, and a fan control unit, wherein the laser beam emitting unit is executed by a laser processing apparatus in which the Peltier element is cooled or heated and maintained at a target temperature. Because
The fan control unit executes,
A temperature difference detection step of detecting a temperature difference between the temperature of the laser beam emitting portion and the temperature around the heat sink;
A fan control step of controlling the rotational speed of the fan according to the temperature difference detected in the temperature difference detection step;
A laser processing method comprising:
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