JPH0423373A - レーザ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ発振器を制御するレーザ制御装置に関し
、特にレーザ発振器の保守情報を表示するレーザ制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

Ｃ０２ガスレーザ等のガスレーザ発振器は高効率で高出
力が得られ、ビーム特性も良いので、数値制御装置と結
合されたＮＣレーザ装置として金属加工等に広く使用さ
れるようになった。このようなガスレーザ発振器におい
ては、発振効率を向上させるために、レーザ発振を行っ
て高温になったレーザガスを充分再冷却する必要がある
。このため、レーザガスを絶えずルーツブロワ等の送風
機で冷却器を通して装置内を循環させている。

しかし、この送風機によりレーザガスが高速で循環して
いる送風系内部には、送風機の軸受は部に使用されてい
る潤滑剤、例えばグリースまたはオイルが封入されてお
り、この潤滑剤が送風系に微量であるが混入する。また
、レーザ発振器を製造する場合においても偶発的に送風
系内部にＳ】（シリコン）、Ｆｅ（鉄）を主成分とする
塵埃等が混入する。

混入した潤滑剤、塵埃等は送風系を経由してレーザ共振
器を構成する光学部品の表面に付着し、光学部品の反射
率または透過率を低下させる。

また、レーザ共振器に使用されている光学部品、特に出
力鏡を構成する誘電体コーティングは光耐力が弱いため
に、これらの潤滑剤、塵埃等が付着しない場合において
もレーザ発振とともに誘電体が剥離する。

このような原因により、レーザ発振効率は稼働時間とと
もに低下する。第６図はレーザの稼働時間とレーザ発振
効率の関係を示す図である。第６図の横軸はレーザ発振
器の稼働時間りであり、縦軸はレーザ発振効率ηである
。ここで、レーザ発振効率ηは励起入力に対するレーザ
呂力値を％で表している。レーザ発振効率ηが下限レー
ザ発振効率ηｐになる時Ｔｃで、レーザ発振器の光学部
品の清掃等をすべき警告が表示装置に表示することが行
われている。このような例として特開平１２７１０８１
号がある。この警告を見たオペレータはレーザ発振器内
部の光学部品の清掃を警告が発生した後、速やかに実施
しなければならない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、オペレータはレーザ発振装置を起動してみて、
始めて警告を知ることとなる。通常、オペレータはレー
ザ発振装置を使用してレーザ加工の予定を長期的に立て
ているため、突然発生する警告に対して、直ちに光学部
品の清掃、交換を実施することが不可能な場合が多い。

この結果、ともすれば光学部品の清掃や交換がなおざり
になり、レーザ発振器は指令出力と実際に出射されるレ
ーザ出力が一致するように入力電力を増加させ、過大な
負担がレーザ励起用電源にかかる。さらに、このような
状況が長く続くと、レーザ励起電源や放電管等の破壊に
至る場合も生じていた。

これらの対策として注入電力をクランプする機能を追加
することも考えられるが、レーザ励起電源や放電管が破
壊されるのが防止できるが、光学部品の清掃は積極的に
実施されないまま、光学部品の清掃で初期性能を回復す
るものが、交換をしなければならない程度まで劣化して
しまうような結果となる。

また、このような警告が発生する前に光学部品の清掃を
行う為に注意深くレーザ発振器のレーザ発振効率を起動
毎に確認し、下限レーザ発振効率ηｌより高い、レーザ
発振効率η１を目安にクリニングを行うことも可能であ
る。

第７図はレーザ発振効率の変化の異なる２つの特性曲線
を示す図である。各軸の意味は第６図と同じである。効
率特性曲線Ｃでは効率η１から稼働時間ｈａで下限レー
ザ発振効率ηｌに達する。

一方、効率特性曲線Ｂでは、発振効率η１から下限レー
ザ発振効率η１に到達するまでは長時間となる。従って
、特性曲線Ｂの場合は光学部品を清掃しなくも良いのに
清掃をすることになる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、レ
ーザ発振器の起動時にレーザ発振効率を計算し、これら
のデータから下限レーザ発振効率に到達する時間を推定
して、表示するレーザ制御装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、高周波電圧によ
る励起入力によって励起されるレーザ発振器を制御する
レーザ制御装置において、前記レーザ発振器のレーザ出
力を測定するレーザ出力測定手段と、前記励起入力と、
レーザ出力からレーザ発振効率を計算する効率計算手段
と、複数の前記レーザ発振効率を基に、レーザ発振効率
の効率特性曲線を生成する特性曲線生成手段と、前記効
率特性曲線から、下限レーザ発振効率までの稼働可能時
間を計算する稼働時間計算手段と、前記稼働可能時間を
表示する表示装置と、を有することを特徴とするレーザ
制御装置が、提供される。

〔作用〕

効率計算手段は、レーザ励起入力とレーザ出力からレー
ザ発振効率を計算する。このレーザ発振効率をレーザ発
振器の起動時毎に求め、これらのデータから効率特性曲
線を求める。稼働時間計算手段は効率特性曲線から、下
限レーザ発振効率までの稼働可能時間を計算する。この
稼働可能時間は表示装置に表示される。

従って、オペレータはレーザ発振器内部の光学部品の清
掃時期を正確に予知することが可能になる。これによっ
て、事前に光学部品の清掃を実施する計画を立てること
が出来るので、光学部品のメインテナンスが確実に、ま
た速やかに行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説肋する。

第２図は本発明の一実施例のレーザ制御装置のハードウ
ェアの構成を示したブロック図である。

図において、プロセッサ１は図示されていないＲＯＭに
格納された制御プログラムに基づいて、メモリ１０に格
納された加ニブログラムを読み出し、ＮＣレーザ装置全
体の動作を制御する。出力制御回路２は内部にＤ／Ａコ
ンバータを内蔵しており、プロセッサ１から出力された
出力指令値を電流指令値に変換して出力する。励起用電
源３は商用電源を整流した後、スイッチング動作を行っ
て高周波の電圧を発生し、電流指令値に応じた高周波電
流を放電管４に供給する。なお、励起用電源３の出力電
圧及び高周波電流は出力制御回路２を経由して、プロセ
ッサ１によって読み取れるように構成されている。この
出力電圧及び高周波電流は後述の励起入力の計算に使用
される。

放電管４の内部にはレーザガス１９が循環しており、励
起用電源３から高周波電圧が印加されると放電を生じて
レーザガス１９が励起される。

リア鏡５は反射率９９．５％のゲルマニウム（Ｇｅ）製
の鏡、出力鏡６は反射率６５％のジンクセレン（ＺｎＳ
ｅ）製の鏡であり、これらはファブリペロ−型共振器を
構成し、励起されたレーザガス分子から放圧される１０
．６μｍの光を増幅して一部を出力鏡６からレーザ光７
として外部に出力する。

出力されたレーザ光７は、後述するシャッタ２３ａが開
いている時には、ペンダミラー８で方向を変え、集光レ
ンズ９によって０．２ｍｍ以下のスポットに集光されて
ワーク１７の表面に照射される。

メモリ１０は加ニブログラム、各種のパラメータ等を格
納する不揮発性メモリであり、バツテリバックアップさ
れたＣＭＯ３が使用される。なお、この他にシステムプ
ログラムを格納するＲＯＭ。

−時的にデータを格納するＲＡＭがあるが、本図ではこ
れらを省略しである。

位置制御回路１１はプロセッサ１の指令によってサーボ
アンプ１２を介してサーボモータ１３を回転制御し、ボ
ールスクリュー°１４及びナツト１５によってテーブル
１６の移動を制御し、ワーク１７の位置を制御する。図
では１軸のみを表示しであるが、実際には複数の制御軸
がある。表示装置１８にはＣＲＴ或いは液晶表示装置等
が使用される。

送風機２０にはルーツブロワが使用され、レーザガス１
９を冷却器２１ａ及び２１ｂを通して循環する。冷却器
２１ａはレーザ発振を行って高温となったレーザガス１
９を冷却するための冷却器であり、冷却器２１ｂは送風
器２０による圧縮熱を除去するだめの冷却器である。

シャッタ制御回路２２はプロセッサ１の指令に基づいて
シャッタ２３ａを開閉する。シャッタ２３ａは表面に金
メツキが施された銅板またはアルミ板で構成されており
、閉時には出力鏡６から出力されたレーザ光７を反射し
てビームアブソーバ２３ｂに吸収させる。シャッタ２３
ａを開くきレーザ光７がワーク１７に照射される。

パワーセンサ２４は熱電あるいは光電変換素子等で構成
され、リア鏡５から一部透過して出力されたレーザ光を
入力してレーザ光７の出力パワーを測定する。Ａ／Ｄ変
換器２５はパワーセンサ２４の出力をディジタル値に変
換してプロセッサ１に入力する。

第１図は本発明の一実施例のレーザ制御装置の稼働可能
時間を求める機能を達成するだめのブロック図である。

パワーセンサ２４によって測定されたレーザ出力はＡＤ
変換器２５でディジタル値に変換されて、メモリ１０に
格納される。一方、励起用電源３の出力電圧及び高周波
電流もメモリ１０に読み込まれる。このレーザ出力、出
力電圧、高周波電流はレーザの立ち上がり時毎に記憶さ
れていく。効率計算手段３１はこの出力電圧及び高周波
電流から励起入力を求め、この励起入力とレーザ出力か
らレーザ発振効率を求める。特性曲線生成手段３２はこ
のレーザ発振効率から特性曲線を生成する。稼働時間計
算手段３３は特性曲線から下限レーザ発振効率に到達す
るまでの稼働可能時間を計算して、孝示装置１８に表示
する。

第３図は本発明の処理のフローチャートである。

図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔Ｓ１〕効率計算手段３１はメモリ１０のレーザ出力を
読み取り、励起用電源３の出力電圧、高周波電流から励
起入力を求める。この励起入力とレーザ出力からレーザ
発振効率を求める。

〔Ｓ２〕特性曲線生成手段３２はこれらのレーザ発振効
率から、特性曲線を生成する。特性曲線については後述
する。

〔Ｓ３〕稼働時間計算手段３３は、この特性曲線から、
下限レーザ発振効率ηｌに到達するまでの稼働可能時間
を計算する。

〔Ｓ４〕この稼働可能時間を表示装置１８に表示する。

なお、効率計算手段３１、特性曲線生成手段３２、稼働
時間計算手段３３はソフトウェアで構成される。

なお、稼働可能時間を越えて、レーザ装置が運転されて
いるときは、その旨の警告を表示装置１８に表示すると
ともに、オペレータへの警告音を発生する警告音発生装
置を設けることもできる。

第４図は特性曲線の例を示す図である。第４図では横軸
はレーザ発振器の稼働時間り、縦軸はレーザ発振効率η
である。特性曲線Ａは稼働時間とともに、レーザ発振効
率が低下していく様子を表している。今、点Ｐｂの位置
にあるものとすると、稼働可能時間ｈｒ経過後に下限レ
ーザ発振効率ηｐに到達するものと推定できる。特性曲
線Ａは一般に、 Ａ＝に−ｅｘｐ（−αｔ） で表すことができる。ここで、Ｋは定数、αは減衰定数
である。

第５図は第４図のＢ部の詳細を示す図である。

ここでは、点Ｐｂでのレーザ発振効率をＮとし、−回前
のレーザ発振効率を（Ｎ−１）とし、８回前のレーザ発
振効率を（Ｎ−８）で表している。

これらの点を回帰分析により、回帰曲線として、Ａ＝に
−ｅＸｐ（−αｔ） を満足するようにに１αを求める。

また、これらのレーザ発振効率のデータは連続に取らず
に、１個おき、あるいは２個おき毎にとるように、複数
個のデータから任意に抽出、選択できるようにすること
もできる。

上記の説明では、下限レーザ発振効率ηｌに到達するま
での稼働可能時間を表示装置に表示することで説明した
が、一般に一回当たりの稼働時間は一定である場合が多
いので、一回当たりの稼働時間から、使用可能な起動回
数を計算して、前記表示装置に表示するようにすること
もできる。

上記の説明では、Ｃ０２ガスレーザ装置のレーザ発振効
率を例に説明したが、光励起型固体レーザの場合には励
起光を発生させる励起入力と、励起ランプの出力との効
率に対して、同様に適用することができる。すなわち、
上記のように特性曲線を求め、励起ランプの寿命を表示
することができる。また、励起用にレーザダイオードを
使用する場合も、レーザダイオードを一定時間毎に交換
する必要があるので、同様に、レーザダイオードに注入
される注入電力と、レーザ出力から発振効率を求め、稼
働可能時間を計算して、表示装置に表示することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、レーザ発振効率から、
特性曲線を求め、稼働可能時間を計算して表示するよう
に構成したので、オペレータは残りの稼働可能時間を正
確に把握することができ、光学部品の清掃等を確実に実
施することができる。

また、的確にメインテナンスができるので、光学部品の
劣化、破損を防止できる。

さらに、本発明は固体レーザの励起ランプ、レーザダイ
オード等の交換等にも適用でき、同様の効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ制御装置の稼働可能
時間を求める機能を達成するためのブロック図、 第２図は本発明の一実施例のレーザ制御装置のハードウ
ェアの構成を示したブロック図、第３図は本発明の処理
のフローチャート、第４図は特性曲線の例を示す図、 第５図は第４図のＢ部の詳細を示す図、第６図はレーザ
の稼働時間とレーザ発振効率の関係を示す図、 第７図はレーザ発振効率の変化の異なる２つの特性曲線
を示す図である。 １−ｍ−・− ４−−・ プロセッサ 励起用電源 放電管 メモリ 表示装置 パワーセンサ 効率計算手段 特性曲線生成手段 稼働時間計算手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波電圧による励起入力によって励起されるレ
   ーザ発振器を制御するレーザ制御装置において、 前記レーザ発振器のレーザ出力を測定するレーザ出力測
   定手段と、 前記励起入力と、レーザ出力からレーザ発振効率を計算
   する効率計算手段と、 複数の前記レーザ発振効率を基に、レーザ発振効率の効
   率特性曲線を生成する特性曲線生成手段と、 前記効率特性曲線から、下限レーザ発振効率までの稼働
   可能時間を計算する稼働時間計算手段と、前記稼働可能
   時間を表示する表示装置と、 を有することを特徴とするレーザ制御装置。
2. （２）前記励起入力は、放電励起型ガスレーザの場合に
   は放電電流と印加電圧との積による電力によって決定す
   ることを特徴とする請求項１記載のレーザ制御装置。
3. （３）前記励起入力は、光励起型固体レーザの場合には
   励起光を発生させる励起ランプの励起入力、あるいはレ
   ーザダイオードの励起入力とすることを特徴とする請求
   項１記載のレーザ制御装置。
4. （４）前記レーザ出力測定手段はレーザ発振器を構成す
   るリア鏡から透過して出射されるレーザ光を測定するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ制
   御装置。
5. （５）前記稼働可能時間とともに、あるいは単独で、一
   回当たりの稼働時間から、使用可能な起動回数を計算し
   て、前記表示装置に表示することを特徴とする請求項１
   記載のレーザ制御装置。
6. （６）前記効率特性曲線が回帰曲線であることを特徴と
   する請求項１記載のレーザ制御装置。
7. （７）前記回帰曲線が指数関数曲線であることを特徴と
   する請求項６記載のレーザ制御装置。
8. （８）前記回帰曲線を生成するために使用するデータを
   前記複数個のデータから任意に抽出、選択できるように
   、前記特性曲線生成手段を構成したことを特徴とする請
   求項６記載のレーザ制御装置。
9. （９）前記稼働可能時間を越えたときに、警告表示を前
   記表示画面に表示し、同時に警告音を発する警告音発生
   装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ制
   御装置。