JP5342616B2 - 微小なレーザ出力を安定に制御するレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ出力を制御するレーザ装置、特に微小なレーザ出力を安定に制御するレーザ装置に関する。

通常、高出力レーザ装置の出力は数ｋＷ程度である。公知であるように、そのような高出力のレーザは、厚板の切断、および溶込み深さの深い溶接などの用途に用いられている。

一方、レーザ装置は、定格出力の一割以下の微小なレーザを出力することもできる。微小なレーザを出力する場合には、被加工物の表面への印字、または次工程で用いられる指示線の描画などのレーザマーキングを行ったり、被加工物の表面を溶かすことなしに被加工物の表面を改質することができる。

例えば、定格出力が６ｋＷであるレーザ発振器を備えたレーザ切断機において、酸素アシストガスを用いてパルス周波数７００Ｈｚで平均出力４．５ｋＷに設定した場合には、毎分５５０ｍｍの送り速度により、３０ｍｍ厚の鋼板を切断することが可能である。また、そのようなレーザ切断機において、酸素アシストガスを同様に用いてパルス周波数１０００Ｈｚで出力５０Ｗ±１０Ｗに設定した場合には、毎分送り５０００ｍｍの加工速度で鋼板の表面にレーザマーキングすることができる。

ところが、定格出力の一割以下の出力である微小なレーザを出力する場合には、レーザ装置周りの外部環境およびレーザ装置内部の温度状況などの影響を受け易く、レーザ出力が不安定になる傾向がある。その理由は、微小なレーザを出力する領域においては、励起エネルギを注入することでレーザ発振の特性が敏感に変化するためである。

定格出力が６ｋＷである前述したレーザ発振器において定格出力を得るためにレーザ媒体に注入されるエネルギは３０ｋＷに相当する。従って、レーザ媒体、光学部品を含むレーザ共振器の熱的状態は、定格出力が得られる前後で、大きく異なっている。このような状況において定格出力の一割以下の出力である微小なレーザ出力は、レーザ発振器の熱的状態の影響を強く受け、その結果、レーザ出力が不安定化する。

この点に関し、特許文献１においては、複数のレーザ励起領域のそれぞれにおいて、放電位相、デューティ、およびパルス周波数を互いに異なるように制御することにより、微小なレーザ出力を安定に制御するようにしている。

特開 2006-344722 号公報

しかしながら、或る瞬間のみを考慮すると、特許文献１に開示される複数のレーザ励起領域を備える構成は、一つの励起領域における複数の部分を選択的に励起することと変わりはない。従って、レーザ励起のための注入エネルギに対するレーザ出力の増減については、その比も変わらない。つまり、微小なレーザ出力は、励起エネルギの指令値の変化に敏感に反応するので、特許文献１においても、微小なレーザ出力を制御し難いという課題は依然として残っている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高出力レーザであっても微小なレーザを安定して出力することのできる、制御性の改善されたレーザ装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザ装置において、レーザ励起領域にエネルギを注入する電源ユニットを具備し、該電源ユニットは、第一のエネルギと、該第一のエネルギよりも小さい第二のエネルギとの間でエネルギをパルス状に注入しており、前記第一のエネルギはレーザ発振が開始される臨界注入エネルギ以上の所定の励起エネルギであり、前記第二のエネルギは前記レーザ励起領域が予備放電するのに必要とされる予備励起エネルギと前記臨界注入エネルギとの間のエネルギであり、前記電源ユニットは、前記予備励起エネルギと前記臨界注入エネルギとの間で前記第二のエネルギを変更し、それにより、レーザ出力を制御するレーザ装置が提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第二のエネルギは、所定の偏差エネルギを前記予備励起エネルギに加算または前記予備励起エネルギから減算して設定されるようにした。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、レーザ出力の目標値と、前記第一のエネルギと、前記レーザ出力の目標値および前記第一のエネルギに応じて定まる第二のエネルギとを互いに対応させてデータテーブルまたは関数として記憶する記憶部を具備し、前記レーザ出力の目標値と、前記レーザ装置を動作させるプログラムに記載された第一のエネルギと、前記記憶部に記憶されたデータテーブルまたは関数とに基づいて前記第二のエネルギを定めるようにした。

４番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、レーザ出力の目標値に対応する前記第一および第二のエネルギの指令値を作成する指令作成部と、前記レーザ装置から出力されたレーザの検出値を取得する出力検出部と、前記指令作成部により作成された前記第一および第二のエネルギの指令値と前記出力検出部により検出されたレーザの検出値とに基づいて所定の演算により前記第二のエネルギの指令値を更新する指令演算部とを具備する。

１番目の発明においては、臨界注入エネルギ以上の第一のエネルギと、予備励起エネルギおよび臨界注入エネルギの間の第二のエネルギとの間でエネルギをパルス状に入力している。このため、第二のエネルギのみを変化させることにより、レーザ出力の変化率を小さくすることができる。従って、高出力のレーザ装置であっても、特にレーザ出力が比較的小さい領域において、レーザ出力を安定して微調整することができる。レーザ領域が単一である場合に特に有利である。

２番目の発明においては、第二のエネルギが比較的大きい場合であっても、レーザ出力を安定して微調整できる。

３番目の発明においては、データテーブルを利用することにより、第二のエネルギを簡易に求められる。

４番目の発明においては、第二のエネルギを更新することにより、レーザ出力をより正確に微調整できる。

本発明に基づくレーザ装置の一般的構成を示す略図である。 一つのレーザ励起領域において注入されたエネルギＥと、レーザ出力Ｐとの間の関係を示す図である。 （ａ）従来技術における時間ｔと注入されたエネルギＥとの関係を示す図である。（ｂ）本発明の第一の実施形態において時間ｔと注入されたエネルギＥとの関係を示す図である。 （ａ）従来技術において第二のレーザ励起領域におけるエネルギＥｓを臨界注入エネルギＥｔに固定したときに、第一のレーザ励起領域におけるエネルギＥｍとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。（ｂ）本発明の第一の実施形態において第一のレーザ励起領域におけるエネルギＥｍを臨界注入エネルギＥｔよりも大きい値に固定したときに、第二のレーザ励起領域におけるエネルギＥとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。 （ａ）従来技術における時間ｔと注入されたエネルギＥとの関係を示す他の図である。（ｂ）本発明の第二の実施形態において時間ｔと注入されたエネルギＥとの関係を示す図である。 （ａ）低エネルギを予備励起エネルギＥｂに固定しつつ、高エネルギを臨界注入エネルギＥｔ以上の領域で変化させたときにおける高エネルギＥ１とレーザ出力Ｐとの関係を示す図である（ｂ）本発明の第二の実施形態において高エネルギＥ１を臨界注入エネルギＥｔ以上の値に固定しつつ、低エネルギＥ２を予備励起エネルギＥｂと臨界注入エネルギＥｔとの間で変化させたときにおける低エネルギＥ２とレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）第一および第二のレーザ励起領域において予備励起エネルギＥｂが注入されている場合の時間ｔとエネルギＥとの関係を示す図である。 第二高周波電源ユニットに関する機能ブロック図である。 第二レーザ励起領域において注入された励起エネルギＥｓとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づくレーザ装置の一般的構成を示す略図である。周知であるように、一般的には、レーザ装置の複数の励起領域への注入エネルギを増減することによりレーザ出力を増減させている。そのような場合には、全ての励起領域に対して同時にエネルギを加える方式と、複数の励起領域に対して順番にエネルギを加えていく方式とが存在する。本発明のようなガスレーザの場合には放電管に励起領域が形成される。しかしながら、本発明はガスレーザに限定されず、固体レーザであってもよい。固体レーザである場合には結晶ロッドまたは光ファイバに励起領域が形成されることに留意されたい。以下においては、ガスレーザである場合について説明する。

図１に示されるレーザ装置１は、ＣＮＣ１０と、レーザ発振器２０とを主に含んでいる。レーザ発振器２０は放電励起型である比較的高出力のレーザを出力する。このレーザ発振器２０は、互いに対向するリア鏡２３と出力鏡２４とが配置された放電管２６を含んでいる。ここで、出力鏡２４は部分透過性であり、その透過率は約２０％〜８０％である。また、リア鏡２３は部分透過性をほとんど有しておらず、その透過率は０．１％程度である。

また、リア鏡２３の後方にはレーザパワーセンサ２５が配置されている。リア鏡２３から取出されたレーザ光はレーザパワーセンサ２５により検出され、そのレーザ検出値ＰｍはＣＮＣ１０の指令演算部１２に入力される。

図１においては、放電管２６を挟むように配置された二組の放電電極対２１、２２がリア鏡２３と出力鏡２４との間の光共振空間に設けられている。これら放電電極対２１、２２は放電管２６上に互いに直列に配置されている。これら放電電極対２１、２２は同一寸法であって、誘電体コーティングが施されているものとする。本願明細書においては、放電電極対２１の間の空間を第一レーザ励起領域Ａ、放電電極対２２の間の空間を第二レーザ励起領域Ｂと呼ぶこととする。

また、これら放電電極対２１、２２は、第一高周波電源ユニットＰＳＵ１、第二高周波電源ユニットＰＳＵ２にそれぞれ接続されている。なお、これら放電電極対２１、２２と、第一および第二の高周波電源ユニットＰＳＵ１、ＰＳＵ２の間には、それぞれ図示しないマッチング回路が設けられているものとする。

そして、第一および第二の高周波電源ユニットＰＳＵ１、ＰＳＵ２はＣＮＣ１０に接続されている。第一および第二のレーザ励起領域Ａ、Ｂにそれぞれ供給される励起エネルギＥｍ、ＥｓはＣＮＣ１０および高周波電源ユニットＰＳＵ１、ＰＳＵ２により制御されるものとする。

図１に示されるように、放電管２６には送風機２８が配置され、送風機２８の上流および下流には熱交換器２７、２７’がそれぞれ配置されている。さらに、レーザ発振器２０は冷却水循環システム３４に接続されており、放電管２６内のレーザガスなどが適宜冷却されるようになっている。また、放電管２６に接続されたレーザガス圧制御システム３３は、放電管２６へのレーザガスの供給および放電管２６からのレーザガスの排出を行うことができる。

ＣＮＣ１０はデジタルコンピュータであり、レーザ発振器２０全体の動作を制御する。図示されるように、ＣＮＣ１０は、レーザ出力Ｐｔの目標値に対応する第一および第二の励起エネルギＥｍ、Ｅｓの指令値を作成する指令作成部１１としての役目を果たす。さらに、ＣＮＣ１０は、指令作成部１１により作成された第一および第二の励起エネルギＥｍ、Ｅｓの指令値とレーザパワーセンサ２５により検出されたレーザの検出値Ｐｍとに基づいて所定の演算により第二の励起エネルギＥｓの指令値を更新する指令演算部１２としての役目を果たす。

さらに、ＣＮＣ１０は、レーザ出力Ｐｔの目標値と、第一レーザ励起領域Ａのための励起エネルギＥｍと、第一レーザ励起領域Ａのための励起エネルギＥｍおよびレーザ出力Ｐｔの目標値に応じて定まる第二レーザ励起領域Ｂのための励起エネルギＥｓの指令値との対応関係を予めデータテーブルまたは関数として記憶する記憶部１３を含んでいる。この記憶部１３は、レーザ装置１を動作させる動作プログラムおよび各種のデータも記憶している。なお、動作プログラムには、第一レーザ励起領域Ａのための励起エネルギＥｍの指令値が予め記載されているものとする。

図２は、一つのレーザ励起領域において注入されたエネルギＥと、レーザ出力Ｐとの間の関係を示す図である。図２に示されるように、エネルギＥが小さい場合にはレーザ出力Ｐは発生しておらず、エネルギＥが臨界注入エネルギＥｔに達すると、レーザ発振が開始してレーザ出力Ｐが得られる。なお、増幅されるレーザ光と、共振器内で損出するレーザ光は釣り合った状態とみることができる。そして、図２に示されるように、臨界注入エネルギＥｔよりも大きい励起エネルギ、例えば励起エネルギＥｍを注入していくと、レーザ出力Ｐもこれに応じて大きくなる。

ところで、現在、実用化されている多数のレーザ装置においては、レーザ出力に先立って、臨界注入エネルギＥｔよりも小さい予備励起エネルギＥｂをレーザ励起領域Ａ、Ｂに予めまたは常時注入しておく場合がある。予備励起エネルギＥｂにおいてはレーザ出力Ｐは発生しない。しかしながら、予備励起エネルギＥｂをこのように注入しておくことにより、放電管２６における放電状態を維持したり、レーザ出力時の過渡特性においてレーザ出力値がオーバシュートしないようにできる。このように予備励起エネルギＥｂを注入する方式は、予備放電またはシマー放電と呼ばれる場合がある。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ従来技術および本発明の第一の実施形態において時間ｔと注入されるエネルギＥとの関係を示す図である。これら図面においては、横軸は時間ｔを表し、縦軸はレーザ励起領域Ａ、Ｂに注入されるエネルギＥを表す。

以下、これら図面を参照して、本発明の第一の実施形態におけるレーザ装置の動作を説明する。図３（ａ）に示されるように、従来技術においては、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍを臨界注入エネルギＥｔよりも大きい励起エネルギとし、第二のレーザ励起領域Ｂには励起エネルギＥｓを注入しない。

図４（ａ）は従来技術において第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓを臨界注入エネルギＥｔに固定したときに、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。図４（ａ）から分かるように、第二のレーザ励起領域Ｂに臨界注入エネルギＥｔを注入しつつ、第一のレーザ励起領域Ａに或る励起エネルギＥｍ１を注入すると、目標としたレーザ出力Ｐｔが得られる。そして、図示されるように、レーザ出力Ｐは、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍが臨界注入エネルギＥｔ以上であるときに線形的に変化する。

しかしながら、図示されるように、エネルギＥｍを表す横軸と関係式との間のなす角度は比較的大きい。このため、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍをわずかながら変更すると、レーザ出力Ｐは大幅に変化することになる。従って、特に、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍが臨界注入エネルギＥｔに近い場合には、微小なレーザ出力Ｐを発生させるのが困難であった。

これに対し、本発明の第一の実施形態においては、図３（ｂ）に示されるように、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍを臨界注入エネルギＥｔよりも大きい励起エネルギとしつつ、第二のレーザ励起領域Ｂにおいては臨界注入エネルギＥｔ以下の励起エネルギＥｓを注入する。ここで、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓは、予備励起エネルギＥｂよりも大きいものとする。

そして、図４（ｂ）は本発明の第一の実施形態において第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍを臨界注入エネルギＥｔよりも大きい値に固定した場合における、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。図４（ｂ）に示されるように、第一の実施形態においては、レーザ出力Ｐの変化率は、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓが臨界注入エネルギＥｔ以上であるか否かに応じて異なる。

具体的には、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓが臨界注入エネルギＥｔより小さい場合におけるレーザ出力Ｐの変化率は、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓが臨界注入エネルギＥｔ以上である場合におけるレーザ出力Ｐの変化率よりも小さい。

つまり、本発明においては、レーザ出力Ｐが比較的小さい領域において、レーザ出力ＰがエネルギＥに対して比較的鈍く変化するようにしている。それゆえ、第二のレーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓが臨界注入エネルギＥｔよりも小さい場合に、微小なレーザ出力Ｐを安定して発生させて、容易に微調整できる。このような場合には、レーザ発振器２０が熱的変化に晒されたとしても、熱的変化のレーザ出力Ｐに対する影響は小さいことが分かるであろう。

ところで、第一の実施形態におけるレーザ発振器２０は二つの高周波電源ユニットＰＳＵ１、ＰＳＵ２と、これらにそれぞれ対応する二つのレーザ励起領域Ａ、Ｂを有している。しかしながら、レーザ装置１の形式によっては単一の高周波電源ユニットおよび単一のレーザ励起領域のみを有する場合がある。以下に述べる第二の実施形態のレーザ装置１においては、高周波電源ユニットＰＳＵ２および第二のレーザ励起領域Ｂが存在しないものとする。

図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ従来技術および本発明の第二の実施形態において時間ｔとエネルギＥとの関係を示す図である。これら図面においては、高エネルギＥ１と低エネルギＥ２とがパルス状に交互に入力されている。

図５（ａ）に示される従来技術における高エネルギＥ１は臨界注入エネルギＥｔよりも大きく、低エネルギＥ２は予備励起エネルギＥｂに相当している。従来技術においては、臨界注入エネルギＥｔよりも大きい領域において高エネルギＥ１を変化させることにより、レーザ出力Ｐを制御している。

また、図６（ａ）は低エネルギＥ２を予備励起エネルギＥｂに固定しつつ、高エネルギＥ１を臨界注入エネルギＥｔ以上の領域で変化させたときにおけるエネルギＥとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。図６（ａ）に示されるようにレーザ出力Ｐは、高エネルギＥ１が臨界注入エネルギＥｔ以上であるときに線形的に変化する。しかしながら、この場合にも、高エネルギＥ１を表す横軸と関係式との間のなす角度は比較的大きく、前述したのと同様な問題が発生する。

これに対し、図５（ｂ）に示される第二の実施形態においては、高エネルギＥ１を臨界注入エネルギＥｔ以上の値に固定しつつ、低エネルギＥ２を予備励起エネルギＥｂと臨界注入エネルギＥｔとの間で変化させるようにしている。なお、図５（ｂ）から分かるように、低励起エネルギＥｓの予備励起エネルギＥｂに対する偏差を偏差エネルギＥ０と称す場合がある。

そして図６（ｂ）は本発明の第二の実施形態において高エネルギＥ１を臨界注入エネルギＥｔ以上の値に固定しつつ、低エネルギＥ２を予備励起エネルギＥｂと臨界注入エネルギＥｔとの間で変化させたときにおけるエネルギＥ２とレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。

図６（ｂ）に示されるように、低エネルギＥ２が臨界注入エネルギＥｔより小さい場合におけるレーザ出力Ｐの変化率は、低エネルギＥ２が臨界注入エネルギＥｔと高エネルギＥ１との間に在る場合におけるレーザ出力Ｐの変化率よりも小さい。従って、第二の実施形態においても低エネルギＥ２が臨界注入エネルギＥｔよりも小さい場合に、微小なレーザ出力Ｐを安定して発生させ、容易に微調整できることが分かるであろう。

ところで、図７（ａ）〜図７（ｃ）は第一および第二のレーザ励起領域Ａ、Ｂにおいて予備励起エネルギＥｂが注入されている場合の時間ｔとエネルギＥとの関係を示す図３（ｂ）と同様な図である。第一および第二のレーザ励起領域Ａ、Ｂにこのようにエネルギを注入する場合には、レーザ励起領域Ｂに注入されるエネルギを偏差エネルギＥ０分だけ増加させるか（図７（ｂ））または偏差エネルギＥ０分だけ減少させる（図７（ｃ））によりレーザ出力Ｐを変更させられる。

このような場合にも同様に、微小なレーザ出力Ｐを安定して発生させ、容易に微調整できることが分かるであろう。このことは、第二のエネルギを比較的大きくする必要がある場合に特に有利である。なお、図７に示される手法は、前述した第一および第二の実施形態の両方に適用できることに留意されたい。

ところで、前述したように図４（ａ）においては第二レーザ励起領域Ｂにおいて励起エネルギＥｓを臨界注入エネルギＥｔに固定した場合に、第一レーザ励起領域Ａでの励起エネルギＥｍを変化させている。そして、図４（ｂ）においては、第一のレーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍを臨界注入エネルギＥｔよりも大きい値に固定した場合に、第二レーザ励起領域Ｂでの励起エネルギＥｓを変化させている。

これら図４（ａ）および図４（ｂ）の内容から分かるように、このような場合のレーザ出力は第一および第二の第一レーザ励起領域Ａ、Ｂに注入されるエネルギの合計値に比例するわけではない。言い換えれば、レーザ出力に基づいて第一および第二のエネルギを一義的に算出するのは困難である。

このため、本発明においては、以下の表に示されるように、レーザ出力Ｐｔの目標値と、第一レーザ励起領域Ａのための励起エネルギＥｍと、第一レーザ励起領域Ａのための励起エネルギＥｍおよびレーザ出力Ｐｔの目標値に応じて定まる第二レーザ励起領域Ｂのための励起エネルギＥｓの指令値との対応関係が予めデータテーブルまたは関数としてＣＮＣ１０の記憶部１３に記憶されている。このデータテーブルの内容は、実験等により作成されるものとする。以下の表１には、この対応関係の一部がデータテーブルとして記憶される状態が示されている。

レーザ装置１を動作させるためのプログラムには、第一レーザ励起領域Ａに注入される励起エネルギＥｍの指令値が記載されている。従って、レーザ出力Ｐｔの目標値が定まれば、プログラムとデータテーブルとに基づいて第二レーザ励起領域Ｂに注入されるべき励起エネルギＥｓの指令値も自動的に定まる。

通常は、はじめにレーザ出力Ｐｔの目標値を決定し、次いでプログラムに記載された第一レーザ励起領域Ａに注入される励起エネルギＥｍの指令値から第二レーザ励起領域Ｂに注入されるべき励起エネルギＥｓの指令値が定まる。このようにデータテーブルを利用することにより、本発明では、第二の励起エネルギＥｓを簡易に求めることが可能である。あるいは、表１の左方に示される「条件」の番号から、励起エネルギＥｓの指令値を定めるようにしてもよい。

なお、表１の条件４、５におけるレーザ出力Ｐｔの目標値は、条件１、２におけるレーザ出力Ｐｔの目標値とそれぞれ同じである。しかしながら、第一レーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍの指令値が互いに異なるので、第二レーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓの指令値も異なる値になっている。言い換えれば、第二レーザ励起領域Ｂにおける励起エネルギＥｓを決定するためには、レーザ出力Ｐｔと第一レーザ励起領域Ａにおける励起エネルギＥｍとの両方が必要とされる。

図８は第二高周波電源ユニットに関する機能ブロック図である。出力条件Ｌｘとレーザ出力Ｐｔの目標値とが与えられると、ＣＮＣ１０は第一レーザ励起領域Ａにおけるエネルギーの指令値Ｅｍ＊を所定の計算式に基づいて計算する。あるいは、レーザ装置１のプログラムに記載された第一レーザ励起領域Ａにおけるエネルギーの指令値Ｅｍ＊を採用してもよい。

そして、本発明においては、図８に示されるフィードバック回路を用いて、第二レーザ励起領域Ｂに注入されるべきエネルギの指令値Ｅｓ＊を算出する。これにより、第一および第二のレーザ励起領域Ａ、Ｂには、それぞれ指令値Ｅｍ＊、Ｅｓ＊に応じたエネルギが注入される。

図８に示されるように、レーザ出力Ｐｔの指令値とレーザパワーセンサ２５により検出されたレーザ検出値Ｐｍの差分にゲインＧ１を乗算している。ここで、出力鏡２４から出力されるレーザ光の強度は、レーザ検出値Ｐｍに比例しているので、レーザ検出値Ｐｍに所定の係数を乗算することにより、レーザ出力の値をＣＮＣ１０に与えることができる。

そして、モニタＭにより検出された注入エネルギの検出値Ｅｓｍ＊をさらに減算し、次いで、ゲインＧ２を乗算することにより、第二レーザ励起領域Ｂに注入されるべき励起エネルギＥｓの指令値を決定する。この計算は指令演算部１２が行うようにしてもよい。

言い換えれば、図８に示される実施形態においては、以下の式に基づいて第二の励起エネルギＥｓの指令値を決定している。
Ｅｓ＊＝Ｇ２×（Ｇ１×（Ｐｔ−Ｐｍ）−Ｅｓｍ＊）
この式から分かるように、Ｅｓ＊の影響によってレーザ出力は迅速に増減し、レーザ出力Ｐｔの強度は指令値に近づくようになる。

あるいは、レーザ装置１からのレーザでレーザ加工を行う前に、レーザ出力を補正することも有効である。図９は第二レーザ励起領域において注入された励起エネルギＥｓとレーザ出力Ｐとの関係を示す図である。

はじめに、高周波電源ユニットＰＳＵ１から第一レーザ励起領域Ａに励起エネルギＥｍが与えられる。次いで、高周波電源ユニットＰＳＵ２からエネルギＥＡを注入した場合のレーザ出力ＰＡと、エネルギＥＢを注入した場合のレーザ出力ＰＢとを取得する。これにより、図９に示される出力特性直線が算出される。この直線を用いて、図９に示されるレーザ出力Ｐｔに必要な注入励起エネルギＥｓ１を算出することができる。このような計算は、ＣＮＣ１０の指令演算部１２により実施される。このようにして得られた注入励起エネルギＥｓ１を使用することにより、安定したレーザ出力Ｐｔが得られ、その結果、バラツキの少ないレーザ加工を行うことができる。

また、このような手法を用いて表１に示されるデータテーブル内の注入励起エネルギＥｓを励起エネルギＥｓ１に置換える補正を行ってもよい。これにより、ＣＮＣ１０のプログラム上で指令を変更することなしに、レーザ出力をより正確に微調整することが可能となる。

なお、前述した実施形態においては励起エネルギの指令値の作成について説明した。しかしながら励起エネルギの量を実際に指令するに際し、放電管２６に対する電圧または電流により指令してもよく、あるいは最大の注入エネルギに対する比により指令してもよい。

１ レーザ装置
１０ ＣＮＣ
１１ 指令作成部
１２ 指令演算部
１３ 記憶部
２１ 放電電極対
２２ 放電電極対
２３ リア鏡
２４ 出力鏡
２５ レーザパワーセンサ
２６ 放電管
２７、２７’ 熱交換器
２８ 送風機
３３ レーザガス圧制御システム
３４ 冷却水循環システム
Ａ 第一レーザ励起領域
Ｂ 第二レーザ励起領域
Ｅｍ 第一レーザ励起領域におけるエネルギ
Ｅｓ 第二レーザ励起領域におけるエネルギ
Ｐｍ レーザ検出値
ＰＳＵ１ 第一高周波電源ユニット
ＰＳＵ２ 第二高周波電源ユニット

Claims (4)

1. レーザ装置において、
   レーザ励起領域にエネルギを注入する電源ユニットを具備し、
   該電源ユニットは、第一のエネルギと、該第一のエネルギよりも小さい第二のエネルギとの間でエネルギをパルス状に注入しており、
   前記第一のエネルギはレーザ発振が開始される臨界注入エネルギ以上の所定の励起エネルギであり、前記第二のエネルギは前記レーザ励起領域で予備放電するのに必要とされる予備励起エネルギと前記臨界注入エネルギとの間のエネルギであり、
   前記電源ユニットは、前記予備励起エネルギと前記臨界注入エネルギとの間で前記第二のエネルギを変更し、それにより、レーザ出力を制御するレーザ装置。
2. 前記第二のエネルギは、所定の偏差エネルギを前記予備励起エネルギに加算または前記予備励起エネルギから減算して設定されるようにした請求項１に記載のレーザ装置。
3. さらに、レーザ出力の目標値と、前記第一のエネルギと、前記レーザ出力の目標値および前記第一のエネルギに応じて定まる第二のエネルギとを互いに対応させてデータテーブルまたは関数として記憶する記憶部を具備し、
   前記レーザ出力の目標値と、前記レーザ装置を動作させるプログラムに記載された第一のエネルギと、前記記憶部に記憶されたデータテーブルまたは関数とに基づいて前記第二のエネルギを定めるようにした請求項１に記載のレーザ装置。
4. さらに、レーザ出力の目標値に対応する前記第一および第二のエネルギの指令値を作成する指令作成部と、
   前記レーザ装置から出力されたレーザの検出値を取得する出力検出部と、
   前記指令作成部により作成された前記第一および第二のエネルギの指令値と前記出力検出部により検出されたレーザの検出値とに基づいて所定の演算により前記第二のエネルギの指令値を更新する指令演算部とを具備する請求項１に記載のレーザ装置。

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