JP3837626B2

JP3837626B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP3837626B2
Application number: JP32449198A
Authority: JP
Inventors: 晴樹佐々木; 浩二川村
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: DE69908737D1; DE69908737T2; KR100657044B1; CN1253867A; JP2000135579A; EP0997224B1; EP0997224A1; US6355905B1; KR20000029336A

Description

【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ＹＡＧ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、前記励起用光源にスイッチング素子を介して電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ光の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所望のレーザ出力設定値と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子を所定の高周波数でスイッチング制御する制御手段と、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電力投入率として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電力投入率を表示出力する電力投入率表示手段とを具備する。
【０１２０】
本発明の第２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パルスレーザ光を発振出力するパルスレーザ発振部と、前記励起用光源にスイッチング素子を介して電力を供給するパルスレーザ電源部と、前記パルスレーザ光の出力について所望の基準波形を設定する基準波形設定手段と、前記パルスレーザ光の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基準波形と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子を所定の高周波数でスイッチング制御する制御手段と、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電力投入率として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電力投入率を表示出力する電力投入率表示手段とを具備する。好ましくは、さらに、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に基づいてパルス１個分のレーザエネルギーを求めるレーザエネルギー演算手段と、前記レーザエネルギー演算手段で求められた前記レーザエネルギーを前記電力投入率と一緒に表示出力するレーザエネルギー表示手段とを具備してよい。
【０１３０】
本発明のレーザ加工装置では、高周波数でスイッチング動作するスイッチング素子を用いてレーザ出力フィードバック制御が行なわれる。そして、レーザ電源部より励起用光源に供給される電力が投入電力測定手段によって測定され、電力投入率演算手段において投入電力限界値設定手段より与えられる投入電力限界値に対する投入電力測定値の比率（ランプ電力投入比率）が求められ、電力投入率表示手段においてランプ電力投入比率が表示出力される。これにより、ユーザは、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比率が経時的に増大する様子を電力投入率表示手段を通じて随時目視確認して、励起用光源の劣化の進行状況を適確に把握することが可能であり、励起用光源ないしレーザ発振部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、しかもレーザ加工の合間の都合の良い時に行うことができる。
【０１４０】
上記第１または第２のレーザ加工装置においては、好ましくは、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の平均値を前記電力投入率と一緒に表示出力するレーザ出力測定値表示手段を設けてよい。ユーザにあっては、現時の電力投入率とレーザ出力測定値（平均値）とを同時に目視確認することで、励起用光源の劣化の進行状況をより適確に把握することができる。
【０１５０】
また、上記第１または第２のレーザ加工装置において、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に基づいて前記パルスレーザ光のレーザ出力波形を表示出力するレーザ出力波形表示手段を具備する構成も好ましい。
【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／ＦＲＥＥ」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５４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６０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ＬＢ’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８６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９０、制御信号生成部９２、演算部９４、データ管理部９６、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ＣＰＵ７０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、ＣＰＵ７０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ＣＰＵ７０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２２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』▲１▼、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』▲２▼、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』▲３▼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▲３▼が特に重要な画面である。これら３つのモードの画面▲１▼，▲２▼，▲３▼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」、「ＦＬＡＳＨ２」、「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Ｎｏ．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「ＦＬＡＳＨ１」、「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」、「ＦＬＡＳＨ３」のレーザ出力比率ｐ1 ，ｐ2 ，ｐ3 をそれぞれ１００．０（％）、２５．０（％）、５０．０（％）に設定している。ｋＷ換算値では、フラッシュ区間「ＦＬＡＳＨ１」、「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「ＳＨＯＴ」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ＬＢ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３４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６４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８６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５２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「ＬＡＭＰＩＮＰＵＴＰＷＲ」の項目を表示し、この「ＬＡＭＰＩＮＰＵＴＰＷＲ」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Ｋs は、ランプ投入電力限界値ＱL に相当する最大値（１００％）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ＫM 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５２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）ＫM 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５６，５８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ＫM がランプ投入電力限界値ＱL に相当する最大値（１００％）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「ＳＣＨ．＃」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）を求めて表示出力することにより、ユーザに励起用光源の劣化の進行状況を適確に知らせて、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改善することができる。
【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「ＯＮ」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「ＯＦＦ」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

Claims

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、
前記励起用光源にスイッチング素子を介して電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ光の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所望のレーザ出力設定値と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子を所定の高周波数でスイッチング制御する制御手段と、
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電力投入率として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電力投入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。
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パルスレーザ光を発振出力するパルスレーザ発振部と、
前記励起用光源にスイッチング素子を介して電力を供給するパルスレーザ電源部と、
前記パルスレーザ光の出力について所望の基準波形を設定する基準波形設定手段と、
前記パルスレーザ光の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基準波形と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子を所定の高周波数でスイッチング制御する制御手段と、
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電力投入率として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電力投入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。
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に基づいてパルス１個分のレーザエネルギーを求めるレーザエネルギー演算手段と、
前記レーザエネルギー演算手段で求められた前記レーザエネルギーを前記電力投入率と一緒に表示出力するレーザエネルギー表示手段と
を具備する請求項２に記載のレーザ加工装置。
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の平均値を前記電力投入率と一緒に表示出力するレーザ出力測定値表示手段を具備する請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
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に基づいて前記パルスレーザ光のレーザ出力波形を表示出力するレーザ出力波形表示手段を具備する請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。