JP2018170367A - レーザ射出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高度な安全性を確保し得るレーザ照射装置の提供。【解決手段】レーザ発振器と、レーザ発振器の駆動を制御する制御装置と、レーザ発振器からレーザを射出させないようにし得る停止機構と、を備え、前記停止機構はレーザ発振器の駆動が所定時間を超えた場合にレーザ発振器からレーザを射出させないように構成されてなる、レーザ射出装置。【選択図】図１

Description

本発明はレーザ射出装置に関する。

多岐にわたる応用分野にてレーザが利用されている。レーザの用途については高度化が進み、品質向上のために、レーザパルス列の出射時間やパルス一つ一つのエネルギーやパルス幅などを均一に揃えるための技術が多く開発されている。

レーザ技術については例えば以下の先行技術が挙げられる。
特許文献１：レーザによる貫通孔加工では、貫通すればレーザ光が反対側に抜けるので、フォトディテクタで検出しレーザを止めることが記載されている。
特許文献２：加工部からの放射光で制御するレーザ加工機の制御方法及び装置が記載されている。
特許文献３：射出されたビームを分岐することにより、ビームのエネルギーが安定になる様に制御信号を得るレーザ装置およびレーザ加工装置が記載されている。
特許文献４：出射ビームを分岐しエネルギーを計測して、想定した閾値を超えたら遮断することでエネルギーを保証するレーザ照射装置及びレーザ照射方法が記載されている。
特許文献５：パルス波形を計測してその結果に基づきパルス幅を調整するレーザ照射装置、及びレーザ照射方法が記載されている。
特許文献６：加工対象の抵抗値変化によりパルス幅やピークパワーを調整するレーザ加工装置及び加工方法が記載されている。
特許文献７：レーザが出射された（外部で検出）タイミングを基準に出射を止める時間を決めるレーザ加工装置及び加工方法が記載されている。

特開平２−２３５５８９号公報 特許第２８０９０６４号公報 特許第４２８５２４３号公報 特許第４３５６８１７号公報 特開２０１１−１４６８５号公報 特許第５３１０４５２号公報 特開２０１４−１８８５６０号公報

従来技術におけるレーザの制御では、射出されたレーザやそれによる効果を検知することで照射する時間や照射条件をフィードバックすることを主たる内容としている。しかし、外部検知が何らかの問題で正常に働かなかった場合、仕掛け上フェールセーフに働くようにはなっていない。照射完了条件を満たしたら照射をやめるという主旨であるから、条件を満たさないとレーザ照射状態が不所望に長時間維持してしまう。このように、従来技術では安全性が万全であるとはいいがたい。

これらのことを鑑みて、より高度な安全性を確保し得るレーザ照射装置の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下の内容の本発明を完成した。
本発明のレーザ射出装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器の駆動を制御する制御装置と、レーザ発振器からレーザを射出させないようにし得る停止機構と、を備える。停止機構は、レーザ発振器の駆動が所定時間を超えた場合にレーザ発振器からレーザを射出させないように構成されている。

本発明によれば、安全性をより高めたレーザ照射装置が提供される。

本発明のレーザ射出装置の模式説明図である。 本発明のレーザ射出装置の模式説明図である。 本発明のレーザ照射装置の動作を表す模式図である。 従来技術におけるレーザ照射装置の動作を表す模式図である。 停止機構近傍における信号のフロー図である。

以下、図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでない。

図１は本発明のレーザ射出装置の模式説明図である。レーザ射出装置は、レーザ発振器１３と、レーザ発振器１３の駆動を制御する制御装置１１と、レーザ発振器１３からレーザを射出させないようにし得る停止機構１２と、を備える。図１記載の態様では、レーザ発振器１３から射出されたレーザを検出し得る検出器１４も任意の構成として備えられている。

レーザ射出装置において、レーザ発振器１３においてレーザが生成及び射出される。レーザ発振器１３の駆動を制御装置１１が制御する。制御装置１１からレーザ発振器１３に対して、レーザを射出すべき制御信号が符号１５及び１６の矢印で描写されている。

通常の動作としてレーザ射出を停止させる場合、制御装置１１からレーザ発振器１３に対して停止信号が発せられる。前記停止信号は図１において符号１７及び１８の矢印で描写されている。

検出器１４はレーザ発振器１３から射出されたレーザを検出し、そのように検出した信号を、制御装置１１へ送ることができるよう構成されている。検出器１４から制御装置１１への信号の送信は図１では符号１９で描写されている。検出器１４は本発明にとって必須の構成ではなく省略することもできる。従来技術では、実際に射出されたレーザを検知することが主として行われ、検出器１４は、そのような、従来技術において行われていたレーザー射出の検出のための手段である。本発明においても、検出器１４のように、実際に射出されたレーザを検知する機能を有していてもよいが、むしろ、本発明における必須の要件は、レーザ発振器１３の駆動を検知する仕組みである。そのような仕組みは、図１の態様では、停止機構１２が担う。制御装置１１からレーザ発振器１３への信号が停止機構１２を経由することにより、実際に射出されたレーザを検知することなく、レーザ発振器１３の駆動を把握することができる。

本発明によれば、レーザ発振器１３の駆動が所定時間を超えた場合にレーザ発振器１３からレーザが射出されないように構成されている。図１の態様では、制御装置１１からレーザ射出の信号１５が発せられてから、所定時間が経過してもレーザ停止の信号１７が発せられない場合には、停止機構１２がレーザ停止の信号１８をレーザ発振器１３へ発する。これにより、制御装置１１からの信号を待たずに、レーザ発振器１３の駆動が停止してレーザの射出が停止される。

図２は本発明の他の態様のレーザ射出装置の模式説明図である。レーザ射出装置は、レーザ発振器２３と、レーザ発振器２３の駆動を制御する制御装置２１と、レーザ発振器２３からレーザを射出させないようにし得る停止機構２２と、を備える。図２記載の態様では、レーザ発振器２３から射出されたレーザを検出し得る検出器２４も任意の構成として備えられている。

レーザ射出装置において、レーザ発振器２３においてレーザが生成及び射出される。レーザ発振器２３の駆動を制御装置２１が制御する。制御装置２１からレーザ発振器２３に対して、レーザを射出すべき制御信号が符号２５及び２６の矢印で描写されている。

通常の動作としてレーザ射出を停止させる場合、制御装置２１からレーザ発振器２３に対してレーザを射出すべき制御信号２５及び２６の発出が停止される。これによって、レーザ発振器２３はレーザを射出すべき制御信号を失って、結果的にレーザの射出が停止する。

検出器２４はレーザ発振器２３から射出されたレーザを検出し、そのように検出した信号を、制御装置２１へ送ることができるよう構成されている。検出器２４から制御装置２１への信号の送信は図１では符号２９で描写されている。検出器２４は本発明にとって必須の構成ではなく省略することもできる。

図２の態様では、制御装置２１からレーザ射出の信号２５が発せられてから、所定時間が経過しても前記信号２５が停止しない場合には、停止機構２２がレーザ射出の信号２６の供給を停止する。これにより、制御装置２１からの信号の有無に関わりなく、レーザ発振器２３の駆動が停止してレーザの射出が停止される。

図１及び図２の態様の相互対比によれば、レーザ発振器からレーザが射出されないようにするために、図１の態様では停止機構からレーザの停止信号１８が発せられるのに対して、図２の態様では停止機構からレーザの射出信号２６が停止される。いずれの場合も、停止機構の作用によりレーザ発振器からレーザが射出されないように構成されている点では共通する。

停止機構によってレーザ発振器からレーザが射出されないようにする具体的な手法は、上記参照した図１及び図２の手法に限定されない。他の手法としては、例えば、レーザ発振器で発生するレーザがターゲットへ射出されないようにシャッターがレーザの光路に出現するように構成する手法や、あるいは、切り替え機でレーザの射出を防いだりする手法が、非限定的に例示される。前者のシャッターを用いる手法では、レーザを光路中で遮断し得る部材として用いられておりシャッターそのものが停止機構の一部を成していると解することができる。いずれの手法も、停止機構の作用によりレーザ発振器からレーザがターゲットに対して射出されないように構成されている点では共通する。これらの手法を２種類以上組み合わせてもよい。

図３は、本発明のレーザ照射装置の動作を表す模式図である。装置全体の制御装置３１から、射出信号、制御設定などの各種情報がレーザコントローラ３２に提供される。これら装置全体の制御装置３１及びレーザコントローラ３２を一体として、図１や図２における制御装置１１、２１に相当するものであると解することができる。レーザ発振器３３にはレーザ光を発する励起光源３３２が備えられる。射出されたレーザはレンズなどを含んでいてもよい光学経路３４を介して、ターゲット３５に至る。

符号３７で表されるデバイスは、レーザコントローラ３２からレーザ発振器３３に対するレーザ射出信号を遮断したり、レーザコントローラ３２からの信号とは無関係にレーザ発振器３３へレーザ射出の停止信号を発したりすることができるよう構成されている。符号３４２で表されるシャッタは、レーザ発振器３３とターゲット３５との間で、レーザを通したり遮断したりすることができるよう構成されている。これら、デバイス３７及びシャッタ３４２は、安全装置３６によって制御される。レーザコントローラ３２から、レーザ発振器３３の駆動の情報が安全装置３６に送られ、レーザ発振器３３の駆動が所定時間を超えた場合に、上述のデバイス３７やシャッタ３４２などに、レーザ発振器３３の駆動を停止させたり、レーザの光路中にシャッタ３４２が遮断するように、信号を発するよう構成されている。したがって、デバイス３７及び符号３４２が、それぞれ、安全装置３６と組み合わさることによって、図１や図２における停止機構１２、２２を構成していると解することができる。

なお、レーザコントローラ３２は、レーザ発振器３３内のデバイス３３１からレーザ発振器３３の駆動の有無を知らせる信号を受けるように構成されていてもよい。さらに、光学経路３４内のデバイス３４１、ターゲット３５の近傍のデバイス３８、３９ａ、３９ｂなどが、レーザ照射の情報を収集してレーザコントローラ３２等に送信されるように構成されていてもよい。これらデバイス３８、３９ａ、３９ｂとして、公知のレーザ光検出器などを用いることができる。

このレーザ射出装置は、さらに、上位の制御装置や機器全体に対して非常停止信号やエラー信号を出したりブザーや警告灯などで発報できるように構成されていてもよい。

図４は、従来技術のレーザ照射装置の動作を表す模式図である。装置全体の制御装置４１から射出信号、制御設定などの各種情報がレーザコントローラ４２に提供される。レーザ発振器４３にはレーザ光を発する励起光源４３２が備えられる。射出されたレーザはレンズなどを含んでいてもよい光学経路４４を介して、ターゲット４５に至る。

図３で表されるレーザ照射装置と同様に、図４で表されるレーザ照射装置にも、レーザ発振器４３内のデバイス４３１、光学経路４４内のデバイス４４１、ターゲット４５の近傍のデバイス４６〜４８などが、備えられている。これら検出用のデバイス４３１、４４１、４６〜４８からのデータは、レーザコントローラ４２にフィードバックされるのみであり、図３における安全装置３６に相当するデバイスの関与が無い。レーザコントローラ４２にはレーザ発振器４３の駆動が所定時間を超えた場合にこれらデバイス４３１、４４１、４６〜４８を作動させるように構成されていない。

本発明において、「レーザ発振器からの駆動が所定時間を超え」るか否かを判別する手段として、以下のような類型が挙げられる。

第１の類型として、予め、例えば０．０５秒とか０．１秒などと、固定された時間を決めておき、これを「所定時間」であるとみなす方法が挙げられる。

第２の類型として、レーザ発振器から射出されるレーザのパルス長や出射時間に依存する時間を、「所定時間」であるとみなす方法が挙げられる。例えば、パルス長がＴ［ｓ］である場合に、安全係数ｋ（ｋ＞１）や、安全時間δなどを設定して、「Ｔ×ｋ」や「Ｔ＋δ」で算出される時間を「所定時間」として定める方法が非限定的に考えられる。

上述の第１の類型や第２の類型を１つずつ以上採り入れて、「所定時間」を複数設定してもよいし、上述の第１及び第２の類型以外の決め方で「所定時間」を定めてもよい。

図５（Ａ）は、図１で示したレーザ照射装置における停止機構１２近傍における信号のフロー図である。図５（Ａ）に描写される停止機構５１の信号の入出力として、射出信号５１３、５１４、停止信号５１８、５１９、データパス５１５、エラー信号５１７があり、ＯＮタイマー５１１にはリセット５１６が入力し得るよう構成されている。停止信号のフローにはＯＲ回路５１２が設けられている。

図５（Ｂ）は、本発明の別の例示における停止機構近傍における信号のフロー図である。図５（Ｂ）に描写される停止機構５２の信号の入出力として、射出信号５２３、５２４、停止信号５２８、５２９、データパス５２５、エラー信号５２７があり、ＯＮタイマー５２１にはリセット５２６が入力し得るよう構成されている。停止信号のフローにはＯＲ回路５２２が設けられている。

図５（Ｃ）は、図２で示したレーザ照射装置における停止機構２２近傍における信号のフロー図である。図５（Ｃ）に描写される停止機構５３の信号の入出力として、射出信号５３３、５３７、データパス５３５、エラー信号５３４があり、ＯＦＦタイマー５３１にはリセット５３６が入力し得るよう構成されている。リセット信号のフローにはＮＯＴ回路５３２が設けられている。

１１・２１ 制御装置、１２・２２ 停止機構、１３・２３ レーザ発振器、
１４・２４ 検出器、
３１・４１ 装置全体の制御装置、３２・４２ レーザコントローラ、
３３・４３ レーザ発振器、３４・４４ 光学経路、３５・４５ ターゲット、
３６ 安全装置、
５１・５２・５３ 停止機構、５１１・５２１ ＯＮタイマー、５１２・５２２ ＯＲ回路
５３１ ＯＦＦタイマー、５３２ ＮＯＴ回路
５１１ｉ・５２１ｉ・５３１ｉ ＩＮ（タイマー）
５１１ｏ・５２１ｏ ＯＵＴ（タイマー）

Claims (6)

1. レーザ発振器と、レーザ発振器の駆動を制御する制御装置と、レーザ発振器からレーザを射出させないようにし得る停止機構と、を備え、前記停止機構はレーザ発振器の駆動が所定時間を超えた場合にレーザ発振器からレーザを射出させないように構成されてなる、レーザ射出装置。
2. 前記所定時間はレーザ発振器を駆動させる前に予め定めた時間である請求項１記載のレーザ射出装置。
3. 前記所定時間はレーザ発振器から射出されるレーザのパルス長に依存する時間である請求項１記載のレーザ射出装置。
4. 前記所定時間は複数設定され、少なくとも、レーザ発振器を駆動させる前に予め定めた時間及びレーザ発振器から射出されるレーザのパルス長に依存する時間の２種類が設定される、請求項１記載のレーザ射出装置。
5. 前記停止機構はレーザ発振器の駆動を停止し得るように構成されてなる請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ射出装置。
6. 前記停止機構はレーザ発振器から射出するレーザを光路中で遮断し得るように構成されてなる請求項１〜４のいずれか１項記載のレーザ射出装置。

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