JP5371294B2

JP5371294B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5371294B2
Application number: JP2008165797A
Authority: JP
Inventors: 和人日下部
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP2010010274A

Description

本発明は、レーザ加工装置に係り、特に、レーザ発振器から発振したレーザ光の出力を測定してフィードバック制御するフィードバック制御型レーザ加工装置に好適に利用できるレーザ加工装置に関する。

従来のレーザ加工装置は、その一例として、レーザ発振器、レーザ受光部、出力測定部および制御部を主として備えている。

レーザ発振器からレーザ光が出力されると、レーザ受光部がレーザ光を受光して出力信号に変換する。この出力信号が出力測定部に送信されると、出力測定部はその出力信号に基づいて出力値をリアルタイムに測定する。出力測定部から得られた出力値が制御部にフィードバックされると、制御部はその出力値が予め設定された設定出力値になるようにレーザ発振器の出力を制御する。これにより、従来のレーザ加工装置は、レーザ光の出力を制御しながら所望のレーザ加工が行えるようになっていた。

特開２００７−１９０５６６号公報

しかしながら、従来のレーザ加工装置においては、レーザ光の出力値をリアルタイムにフィードバック制御するように形成されていたので、パルス発振時間が１μｓ以下の高速なレーザ出力に対してはレーザ出力の変化が速すぎて対応できず、フィードバック制御速度にずれが生じるという問題があった。

このような問題点に対しては、受光したレーザ光から得た出力信号に基づいて平均パワー値を測定・フィードバックして制御する方法も考えられる。しかし、平均パワー値はレーザ出力のピークパワーと出力時間とに基づいて得られる値であるため、平均パワー値が同一であってもピークパワーが異なってしまう場合が生じてしまう。その結果、平均パワー値のみのフィードバック制御ではレーザ加工装置の加工特性が不安定になってしまうという不都合があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、高速なレーザ出力に対応し、かつ、安定した加工特性を得ることができるレーザ加工装置を提供することを本発明の目的としている。

前述した目的を達成するため、本発明のレーザ加工装置は、パルス波形状のレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器により出力されたレーザ光を受光して出力信号に変換するレーザ受光部と、前記レーザ受光部から得られた前記出力信号に基づいてレーザ光の前記パルス波形のピークパワー値を測定するピークパワー測定部と、前記レーザ受光部から得られた前記出力信号に基づいてレーザ光の前記パルス波形の平均パワー値を測定する平均パワー測定部と、前記ピークパワー測定部からフィードバックされた前記ピークパワー値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の前記パルス波形の高さとなるピークパワーが予め設定されたピークパワー基準値になるように前記レーザ発振器によるピークパワー制御信号に係る出力を制御するとともに、前記平均パワー測定部からフィードバックされたレーザ光の前記平均パワー値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の前記パルス波形の幅内の平均パワーが予め設定された平均パワー基準値になるように前記レーザ発振器によるタイミング制御信号に係る出力を制御して、前記ピークパワー値および前記平均パワー値の両値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光のピークパワーおよび平均パワーを同時に制御する制御部とを備えていることを特徴としている。

本発明の第１の態様のレーザ加工装置によれば、制御部がレーザ光から得られたピークパワー値および平均パワー値の両値に基づいてレーザ発振器の出力である加工に供されるパルス波形状のレーザ光のピークパワー値および平均パワー値の両値を同時に予め設定されたピークパワー基準値および平均パワー基準値の両値になるようにフィードバック制御しているので、出力されるレーザ光のパルス波形の高さおよび幅が予め設定されたピークパワー基準値および平均パワー基準値の両値になるので、適正なレーザ加工を施すことができ、更にフィードバック制御速度にずれが生じることを防止することができ、高速なレーザ出力に対応し、かつ、安定した加工特性を得ることができる。

本発明の第２の態様のレーザ加工装置は、第１の態様のレーザ加工装置において、ピークパワー測定部は、入力電圧と基準電圧とを比較して所定の出力電圧を得るコンパレータ回路を有しており、レーザ受光部から得た出力信号の電圧変化に応じて変化した入力電圧に基づき出力された出力電圧をピークパワー値として測定することを特徴としている。

本発明の第２の態様のレーザ加工装置によれば、簡単な回路構成によってフィードバック制御速度を向上させることができる。

本発明の第３の態様のレーザ加工装置は、第２の態様のレーザ加工装置において、基準電圧は、ピークパワー測定部から得られた出力電圧であることを特徴としている。

本発明の第３の態様のレーザ加工装置によれば、フィードバック制御速度の高速化を図ることができる。

本発明の第４の態様のレーザ加工装置は、第１の態様のレーザ加工装置において、平均パワー測定部は、２つの異なる入力電圧の差分に基づき出力電圧を得る差動増幅回路を有しており、レーザ受光部から得た出力信号の電圧変化により変化する２つの入力電圧の差分に基づき出力された出力電圧を平均パワー値として測定することを特徴としている。

本発明の第４の態様のレーザ加工装置によれば、簡単な回路構成によって平均パワー値を測定することができる。

発明の第５の態様のレーザ加工装置は、第４態様のレーザ加工装置において、平均パワー測定部は、定電圧源から得られる定電圧を分圧して２つの異なる入力電圧を得る抵抗と、抵抗に並列に接続されているとともに差動増幅回路の２つの入力端子の間に接続されているコンデンサとを有しており、レーザ受光部を抵抗と直列に接続させることによって出力信号の電圧変化を２つの入力電圧の差分変化に反映させることを特徴としている。

発明の第５態様のレーザ加工装置によれば、レーザ光出力のピークパワーが高く、且つレーザ出力の発振速度が高速であっても平均パワー値を確実に測定できる。

本発明のレーザ加工装置によれば、レーザ光から得られたピークパワー値に基づいて制御部がレーザ発振器の出力をフィードバック制御することによって、フィードバック制御速度にずれが生じることを防止することができるので、高速なレーザ出力に対応することができるという効果を奏する。

また、本発明のレーザ加工装置によれば、ピークパワー値だけでなく、平均パワー値も測定することにより、レーザ光のパルス波形の平均パワーも得ることができるので、安定した加工特性を得ることができるという効果を奏する。

さらに、本発明のレーザ加工装置によれば、ピークパワー値および平均パワー値を同時測定してレーザ光のピークパワーおよび平均パワーを同時制御することにより、フィードバック制御を高速かつ安定的に行うことができるので、高速なレーザ出力に対応し、かつ、安定した加工特性を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明のレーザ加工装置をその一実施形態により説明する。

図１は、本実施形態のレーザ加工装置１を示している。本実施形態のレーザ加工装置１は、図１に示すように、レーザ発振部２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６、レーザ出射部１８および加工テーブル２０を備えている。また、本実施形態のレーザ発振部２は、主として、ファイバレーザ発振器１０、レーザ電源部１２、レーザ受光部４２、ピークパワー測定部３、平均パワー測定部４、制御部６２を有している。

ファイバレーザ発振器１０は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）２２と、この発振ファイバ２２の一端面にポンピング用の励起光ＭＢを照射する電気光学励起部２４と、発振ファイバ２２を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー２６、２８とを有している。

電気光学励起部２４は、レーザダイオード３０および集光用の光学レンズ３２を有している。レーザダイオード３０は、レーザ電源部１２からの励起電流によって点灯駆動され、励起用のレーザ光ＭＢを発振出力する。光学レンズ３２は、レーザダイオード３０からの励起用レーザ光ＭＢを発振ファイバ２２の一端面に集光入射させる。レーザダイオード３０と光学レンズ３２との間に配置される光共振器ミラー２６は、レーザダイオード３０側から入射した励起用レーザ光ＭＢを透過させ、発振ファイバ２２側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するように構成されている。

発振ファイバ２２は、図示省略するが、発光元素としてたとえば希土類元素のイオンをドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝播光路としている。上記のようにして発振ファイバ２２の一端面に入射した励起レーザ光ＭＢは、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ２２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の希土類元素イオンを光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー２６、２８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー２８より該所定波長を有するファイバレーザ光ＦＢが取り出される。

光学レンズ３２、３４は、発振ファイバ２２の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー２６、２８へ通し、光共振器ミラー２６、２８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ２２の端面に集光させる。また、発振ファイバ２２を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ３４および光共振器ミラー２８を透過したのち折り返しミラー３６にて側方のレーザ吸収体３８に向けて折り返される。光共振器ミラー２８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー３６をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ４０を通ってからレーザ入射部１４に入る。

ビームスプリッタ４０は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）をレーザ受光部４２側へ反射する。レーザ受光部４２の正面には、ビームスプリッタ４０からの反射により得たファイバレーザ光ＦＢを集光させる集光レンズ４４が配置されていてもよい。

レーザ入射部１４に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー４６で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット４８内で集光レンズ５０により集光されてファイバ伝送系１６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）５２の一端面に入射する。伝送用光ファイバ５２は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット４８内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１８の出射ユニット５４まで伝送する。

出射ユニット５４は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ５６と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ５８とを有しており、加工テーブル２０に載置されている被加工物６０の加工点Ｗにファイバレーザ光ＦＢを集光照射する。

図２は、本実施形態のファイバレーザ発振器１０に設けられているレーザダイオード３０の周辺の構成各部の接続状態を示している。本実施形態のレーザ発振部２は、主として、レーザダイオード３０を有するファイバレーザ発振器１０、レーザ電源部１２、レーザ受光部４２、ピークパワー測定部３、平均パワー測定部４、制御部６２を有している。

レーザ電源部１２は、レーザダイオード３０に対して励起光ＭＢを発光させるとともに最終的にファイバレーザ光ＦＢの出力源となる主電流を供給する回路であり、商用交流電源８０、充電回路８２、コンデンサ８４、フライホイール・ダイオード８８、インダクタンスコイル７２および電圧降下用ダイオード９６を有している。また、レーザ電源部１２は、第１のスイッチング素子７４、第２のスイッチング素子７６および第３のスイッチング素子８６を有している。

充電回路８２は、商用交流電源８０から商用交流を直流に変換してコンデンサ８４を設定電圧まで充電する回路であり、商用交流電源８０に接続されている。コンデンサ８４は、レーザダイオード３０の駆動電力となる充電電荷（静電エネルギー）を蓄積するものであり、充電回路８２に並列に接続されている。フライホイール・ダイオード８８は、第３のスイッチング素子８６が一時的にオフしている間もレーザダイオード３０に主電流を還流して流し続けるためのものであり、第３のスイッチング素子８６を介してコンデンサ８４に並列に接続されている。インダクタンスコイル７２は、主電流の電流値に応じてレーザダイオード３０の駆動電力を電磁エネルギーとして蓄積するものであり、第２のスイッチング素子７６と第３のスイッチング素子８６との間に直列に接続されている。電圧降下用ダイオード９６は充電回路８２およびレーザダイオード３０と並列に接続されている。電圧降下用ダイオード９６の接続方法および配設個数は、レーザダイオード３０の接続方法および配設個数と同一または近似していることが好ましい。

第１のスイッチング素子７４は、電圧降下用ダイオード９６と直列に接続されており、かつ、レーザダイオード３０と並列に接続されている。第２のスイッチング素子７６は、電圧降下用ダイオード９６と並列に接続されており、かつ、レーザダイオード３０と直列に接続されている。第３のスイッチング素子８６は、充電回路８２とインダクタンスコイル７２との間に直列に接続されており、かつ、レーザダイオード３０および電圧降下用ダイオード９６とも直列に接続されている。第１のスイッチング素子７４、第２のスイッチング素子７６および第３のスイッチング素子８６としては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が選択されている。

レーザ受光部４２としては、フォトダイオードが用いられている。このレーザ受光部４２は、ピークパワー測定部３および平均パワー測定部４に接続されている。

ピークパワー測定部３は、レーザ受光部４２から得られた出力信号に基づいてピークパワー値を測定する回路が用いられている。また、このピークパワー測定部３は、主制御部２５に接続されている。

平均パワー測定部４は、レーザ受光部４２から得られた出力信号に基づいて平均パワー値を測定する回路が用いられている。また、この平均パワー測定部４は、ピークパワー測定部３と同様、主制御部２５に接続されている。

図３は、レーザ受光部４２、ピークパワー測定部３および平均パワー測定部４の接続状態を具体的に示している。

レーザ受光部４２は、定電位源５とグランド電極８との間に直列に接続された２つの分圧用抵抗６、７の間に接続されている。レーザ受光部４２のアノードはピークパワー測定部３に直列に接続されており、そのカソードは平均パワー測定部４に直列に接続されている。

本実施形態のピークパワー測定部３としては、コンパレータ回路３ｏｐ、ダイオード３ｄおよびローパスフィルタ３Ｌが用いられている。コンパレータ回路３ｏｐとは、オペアンプの非反転入力端子に印加された入力電圧と反転入力端子に印加された基準電圧とを比較して所定の出力電圧を得る回路である。ここで、コンパレータ回路３ｏｐの反転入力端子と出力端子にアノードが接続されているダイオード３ｄのカソードとの間には負帰還ループ３ｆが形成されており、反転入力端子に印加される基準電圧がコンパレータ回路３ｏｐから得られた出力電圧となるように設定されている。また、ダイオード３ｄのカソードはローパスフィルタ３Ｌに直列に接続されている。ローパスフィルタ３Ｌは、並列に接続されたコンデンサ３ｃおよび抵抗３ｒによって形成されており、制御部６２の主制御部２５に接続されている。

本実施形態の平均パワー測定部４としては、分圧用抵抗６、コンデンサ４ｃ、差動増幅回路４ｏｐが用いられている。差動増幅回路４ｏｐとは、オペアンプの非反転入力端子および反転入力端子に印加された２つの異なる入力電圧の差分に基づき出力電圧を得る回路である。分圧用抵抗６は、定電位源５とレーザ受光部４２との間に接続されている。コンデンサ４ｃは、分圧用抵抗６に並列に接続され、かつ、差動増幅回路４ｏｐの非反転入力端子および反転入力端子の間に接続されている。

図２に示す制御部６２は、充電回路８２、レーザダイオード３０に供給する主電流、主電流供給時間、その他のファイバレーザ発振器１０における各部の電力供給や供給タイミングを統括的に制御する回路であり、主制御部２５、２つの電流測定回路９２、１００、主電流制御部９４およびＬＤ駆動制御部７８を有している。

主制御部２５は、充電回路８２、主電流制御部９４およびＬＤ駆動制御部７８にそれぞれ接続されている。この主制御部２５は、予め設定されたピークパワー基準値に基づき定められたピークパワー制御信号を主電流制御部９４に出力するとともに、予め設定された基準タイミング（ファイバレーザ光ＦＢがパルス出力されるのであれば基準波形）に基づき定められたタイミング制御信号をＬＤ駆動制御部７８に出力するように、形成されている。

また、この主制御部２５は、ピークパワー測定部３にも接続されている。この主制御部２５は、ピークパワー測定部３からフィードバックされたピークパワー値とピークパワー基準値との大小を比較し、フィードバックされたピークパワー値がピークパワー基準値を上回るときにピークパワー制御信号から得られるピークパワーを下方修正し、フィードバックされたピークパワー値がピークパワー基準値を下回るときにピークパワー制御信号から得られるピークパワーを上方修正するように形成されている。つまり、この主制御部２５は、ピークパワー測定部３からフィードバックされたピークパワー値に基づいて、ファイバレーザ発振器１０から出力されるファイバレーザ光ＦＢのピークパワーが予め設定されたピークパワー基準値になるように、ピークパワー制御信号を適宜修正する機能を有している。

さらに、この主制御部２５は、平均パワー測定部４にも接続されている。この主制御部２５は、平均パワー測定部４からフィードバックされた平均パワー値と基準タイミングの時間総和とピークパワー基準値との積から得られる平均パワー基準値との大小を比較し、フィードバックされた平均パワー値が平均パワー基準値を上回るときにタイミング制御信号によって得られる平均パワーを下方修正し、フィードバックされた平均パワー値が平均パワー基準値を下回るときにタイミング制御信号によって得られる平均パワーを上方修正するように形成されている。つまり、この主制御部２５は、平均パワー測定部４からフィードバックされた平均パワー値に基づいて、ファイバレーザ発振器１０から出力されるファイバレーザ光ＦＢのピークパワーが予め設定された平均パワー基準値になるように、タイミング制御信号を適宜修正する機能を有している。

なお、ピークパワー制御信号およびタイミング制御信号は、主制御部２５から交互に出力されても良いが、同時に出力されることが好ましい。

２つの電流測定回路９２、１００は、それぞれ電流センサ９０、９８を有している。電流センサ９０、９８は、例えばホール素子からなり、非接触方式の検査方法によりレーザダイオード３０の下流側の電流または電圧降下用ダイオード９６の下流側の電流を検出する。主電流制御部に接続している電流測定回路９２は、電流センサ９０の出力信号を入力して電流測定値を演算し、その電流測定値を主電流制御部９４に出力する。ＬＤ駆動制御部１００に接続している電流測定回路１００は、電流センサ９８の出力信号を入力して通電時間を演算し、その通電時間をＬＤ駆動制御部７８に送信する。

主電流制御部９４は、第３のスイッチング素子８６の開閉制御を行なう回路である。第３のスイッチング素子８６の開閉により、レーザダイオード３０から出力されるファイバレーザ光ＦＢのピークパワーを決める主電流のオン・オフ制御を行なう。この主電流制御部９４は、主制御部２５および電流測定回路９２に接続されている。そして、主電流制御部９４は、主制御部２５から供給されたピークパワー制御信号に基づき、電流測定回路９２から取り込んだ電圧降下用ダイオード９６の下流の電流測定値が予め設定されたピークパワー基準値に一致するように、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により第３のスイッチング素子８６をスイッチングするように形成されている。

ＬＤ駆動制御部７８は、第１のスイッチング素子７４および第２のスイッチング素子７６の制御を行なう回路である。基本開閉動作としては、レーザダイオード３０からファイバレーザ光ＦＢを発光させる場合、第１のスイッチング素子７４をオフ状態にし、第２のスイッチング素子７６をオン（またはスイッチング）する。それに対し、レーザダイオード３０からファイバレーザ光ＦＢを発光させない場合、第１のスイッチング素子７４をオン状態にし、第２のスイッチング素子７６をオフ状態にする。

また、ＬＤ駆動制御部７８は、主制御部２５および電流測定回路１００に接続されている。このＬＤ駆動制御部７８は、主制御部２５から供給されたタイミング制御信号に基づき、電流測定回路１００から取り込んだレーザダイオード３０の下流の通電時間が予め設定された基準タイミングに一致するように、第１のスイッチング素子７４および第２のスイッチング素子７６を開閉するように形成されている。言い換えると、ＬＤ駆動制御部７８は、主制御部２５から得たタイミング制御信号に基づいて、ファイバレーザ発振器１０から出力されるファイバレーザ光ＦＢの平均パワーが予め設定された平均パワー基準値になるように、第１のスイッチング素子７４および第２のスイッチング素子７６を制御している。

次に、本実施形態のレーザ加工装置１の作用を説明する。

本実施形態のレーザ加工装置１においては、図２に示すように、レーザ受光部４２が、ビームスプリッタ４０からの反射により得たファイバレーザ光ＦＢを受光し、そのレーザ出力を出力信号に光電変換して、この出力信号をピークパワー測定部３および平均パワー測定部４にそれぞれ出力する。ピークパワー測定部３は、レーザ受光部４２から得た出力信号の電圧変化に応じて変化した入力電圧に基づき出力された出力電圧をピークパワー値として測定する。制御部６２の主制御部２５においては、この測定されたピークパワー値は、ピークパワー基準値に基づいて定められたピークパワー制御信号の修正に用いられる。修正されたピークパワー制御信号に基づき、主電流制御部９４が第３のスイッチング素子８６の開閉制御を行なう。それによって、コンデンサ８４を放電させながら、レーザダイオード３０のピークパワーを決める主電流が所望のピークパワー基準値と同様になるようにレーザダイオード３０に供給される。

つまり、本実施形態のレーザ加工装置１においては、ファイバレーザ光ＦＢから得られたピークパワー値に基づいて、制御部６２がピークパワー基準値と比較制御しながらファイバレーザ発振器１０の出力をフィードバック制御しているので、ファイバレーザ発振器１０の出力をリアルタイムで測定しながらフィードバック制御するよりも制御方法が簡易になり、フィードバック制御速度が大幅に速くなる。その結果、フィードバック制御速度にずれが生じることを防止することができる。

特に、本実施形態のピークパワー測定部３としては、図３に示すように、主としてコンパレータ回路３ｏｐが用いられているので、ピークパワー測定部３の回路構成が簡単であっても、基準電圧との比較を高速に行なうことができるので、フィードバック制御速度を向上させることができる。このコンパレータ回路３ｏｐに負帰還ループ３ｆを形成すれば、このコンパレータ回路３ｏｐが高速コンパレータ回路となってピークパワー測定部３から得られた出力電圧を基準電圧に設定してピークパワー値の大小変化を高速かつ正確に判断することができる。これにより、フィードバック制御速度の高速化を図ることができる。

また、平均パワー測定部４は、図２に示すように、レーザ受光部４２から得た出力信号の電圧変化により変化する２つの入力電圧の差分に基づき出力された出力電圧を平均パワー値として測定する。そして、制御部６２の主制御部２５は、平均パワー測定部４からフィードバックされた平均パワー値に基づいて、基準タイミングにより定められたタイミング制御信号を適宜修正し、制御部６２のＬＤ駆動制御部７８がその修正されたタイミング制御信号に基づいて第１のスイッチング素子７４および第２のスイッチング素子７６を制御する。これにより、ファイバレーザ発振器１０から出力されるファイバレーザ光ＦＢの平均パワーが予め設定された平均パワー基準値になるようにファイバレーザ発振器１０の出力を制御することができる。

特に、本実施形態の平均パワー測定部４としては、図３に示すように、主として差動増幅回路４ｏｐが用いられており、レーザ受光部４２から得た出力信号の電圧変化により変化する２つの入力電圧の差分に基づき出力された出力電圧を平均パワー値として測定している。そのため、本実施形態の平均パワー測定部４が簡単な回路構成であっても、平均パワー値を確実に測定することができる。

また、本実施形態の平均パワー測定部４としては、差動増幅回路４ｏｐにコンデンサ４ｃおよび分圧用抵抗６が接続されている。コンデンサ４ｃは、非反転入力端子および反転入力端子に印加される入力電圧の安定化を図っている。分圧用抵抗６は、定電位源５から得られる定電圧を分圧して２つの異なる入力電圧を得ている。また、この分圧用抵抗６をレーザ受光部４２と直列に接続させることによって、出力信号の電圧変化を２つの入力電圧の差分変化に反映させている。これにより、レーザ光出力のピークパワーが高く、且つレーザ出力の発振速度が高速であっても平均パワー値を確実に測定できる。

制御部６２は、前述したピークパワー値または平均パワー値のどちらか一方の値に基づいて、ファイバレーザ光ＦＢのピークパワーおよび平均パワーを交互に制御しても良い。その一方、ファイバレーザ光ＦＢの出力制御を常に正確かつ適切に行なうためには、その制御部６２が、ピークパワー値および平均パワー値の両値に基づいて、ファイバレーザ発振器１０から出力されるファイバレーザ光ＦＢのピークパワーおよび平均パワーを同時に制御することが好ましい。ピークパワー値および平均パワー値の両値に基づいてファイバレーザ光ＦＢの出力を制御すれば、ファイバレーザ光ＦＢの出力を常に正確かつ適切に把握できるので、フィードバック制御を高速かつ安定的に行うことができる。

すなわち、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ファイバレーザ光ＦＢから得られたピークパワー値に基づいて制御部６２がファイバレーザ発振器１０の出力をフィードバック制御することによって、フィードバック制御速度にずれが生じることを防止することができるので、高速なレーザ出力に対応することができるという作用を生じる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ピークパワー値だけでなく、平均パワー値も測定することにより、ファイバレーザ光ＦＢのパルス波形の平均パワーも得ることができるので、安定した加工特性を得ることができるという作用を生じる。

さらに、本実施形態のレーザ加工装置１によれば、ピークパワー値および平均パワー値を同時測定してファイバレーザ光ＦＢのピークパワーおよび平均パワーを同時制御することにより、フィードバック制御を高速かつ安定的に行うことができるので、高速なレーザ出力に対応し、かつ、安定した加工特性を得ることができるという作用を生じる。

なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明の一実施形態であるレーザ加工装置を示す概略図本実施形態のレーザダイオード周辺の構成各部の接続状態を示す概略図本実施形態のレーザ受光部、ピークパワー測定部および平均パワー測定部の接続状態を示す等価回路図

符号の説明

１レーザ加工装置
２レーザ発振部
３ピークパワー測定部
４平均パワー測定部
１０ファイバレーザ発振器
１２レーザ電源部
４２レーザ受光部４２
６２制御部

Claims

パルス波形状のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器により出力されたレーザ光を受光して出力信号に変換するレーザ受光部と、
前記レーザ受光部から得られた前記出力信号に基づいてレーザ光の前記パルス波形のピークパワー値を測定するピークパワー測定部と、
前記レーザ受光部から得られた前記出力信号に基づいてレーザ光の前記パルス波形の平均パワー値を測定する平均パワー測定部と、
前記ピークパワー測定部からフィードバックされた前記ピークパワー値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の前記パルス波形の高さとなるピークパワーが予め設定されたピークパワー基準値になるように前記レーザ発振器によるピークパワー制御信号に係る出力を制御するとともに、前記平均パワー測定部からフィードバックされたレーザ光の前記平均パワー値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光の前記パルス波形の幅内の平均パワーが予め設定された平均パワー基準値になるように前記レーザ発振器によるタイミング制御信号に係る出力を制御して、前記ピークパワー値および前記平均パワー値の両値に基づいて、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光のピークパワーおよび平均パワーを同時に制御する制御部と
を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
前記ピークパワー測定部は、入力電圧と基準電圧とを比較して所定の出力電圧を得るコンパレータ回路を有しており、前記レーザ受光部から得た前記出力信号の電圧変化に応じて変化した前記入力電圧に基づき出力された前記出力電圧を前記ピークパワー値として測定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記基準電圧は、前記ピークパワー測定部から得られた前記出力電圧である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記平均パワー測定部は、２つの異なる入力電圧の差分に基づき出力電圧を得る差動増幅回路を有しており、前記レーザ受光部から得た前記出力信号の電圧変化により変化する前記２つの入力電圧の差分に基づき出力された前記出力電圧を前記平均パワー値として測定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記平均パワー測定部は、定電圧源から得られる定電圧を分圧して前記２つの異なる入力電圧を得る抵抗と、前記抵抗に並列に接続されているとともに前記差動増幅回路の２つの入力端子の間に接続されているコンデンサとを有しており、前記レーザ受光部を前記抵抗と直列に接続させることによって前記出力信号の電圧変化を前記２つの入力電圧の差分変化に反映させる
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。