JPH0435078A - レーザ装置 - 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〕 本発明はレーザ装置に関し、特に先負帰還方式によるレ
ーザ出力の安定性をより高めたレーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、レーザ発振器から出力されたレーザ光を光センサ
により検出し、その先センサからの出力信号に基づいて
レーザ出力を負帰還制御してレーザ出力を安定化させた
光フイードバツク方式によるレーザ装置が知られている
。

第４図は上記光フイードバツク方式によるレーザ装置を
概念的に示したブロック図であり、第５図は第４図にお
ける各部信号の波形を示す図である。第４図及び第５図
において、レーザ発振器４１から出力された光は光セン
サ４２によって検出される。この光センサ４２からの出
力信号（フィードバック信号）Ｄは、光センサ４２の応
答遅れに応じて立ち上がりが緩やかな波形に成る。レー
ザ出力指令信号Ａは、上記光センサ４２からのフィード
バック信号りとともに加算器４３に入力され、この加算
器４３によって求狛られたレーザ出力指令信号へとフィ
ードバック信号りとの偏差に基づいて誤差増幅器４４に
より増幅補正される。

該増幅補正されたレーザ出力指令信号Ｂはレーザ発振器
４１に人力され、レーザ発振器４１によってレーザ光Ｃ
に変換され出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来の光フイードバツク方式によるレーザ
装置では、レーザ出力Ｃの応答性はフィードバック用の
光センサ４２の応答特性に左右される。特にセンサ４２
の応答性が遅い場合、レーザ出力指令信号へとフィード
バック信号りとの偏差が大きくなるため、この偏差を検
出して増幅する誤差増幅器４４の出力（増幅補正された
レーザ出力指令信号）Ｂは、指令直後に過渡的に増大し
、その結果、レーザ出力Ｃも指令直後に過渡的に増大し
過大な出力が生じる。この特性の影響は、加工、特にプ
ラスチック等の低融点材料を切断する場合に顕著であり
、切断開始時にレーザ照射面が過大なレーザ出力によっ
て過熱されるため、カーフ幅が大きくなったり、切断面
のダレ等が発生ずる。また、他の一般的な材料でも、開
始時にバーニングを起こす等問題が多い。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、指
令直後から良好に制御されたレーザ出力が得られるレー
ザ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、レーザ発振器
から出力されたレーザ光を光センサにより検出し、前記
光センサからの出力信号に基づいてレーザ出力を負帰還
制御するレーザ装置において、前記光センサと同じ応答
特性を有するフィルタと、前記フィルタを通過したレー
ザ出力指令信号と前記光センサからの出力信号との偏差
を求め、前記偏差に基づいて前記レーザ出力指令信号を
増幅補正する増幅補正手段と、を有することを特徴とす
るレーザ装置が提供される。

〔作用〕

光センサと同じ応答特性を有するフィルタを通過したレ
ーザ出力指令信号と光センサからの出力信号（フィード
バック信号）との偏差を求め、この偏差に基づいてレー
ザ出力指令信号を増幅補正し、この増幅補正されたレー
ザ出力指令信号をレーザ発振器に人力する。このため、
フィードバック信号に対するレーザ出力指令信号に、光
センサと同じ応答特性を持たせることができ、レーザ出
力指令信号とフィードバック信号との偏差は指令直後の
立ち上がり時でも小さくなり、この偏差に基づいて増幅
補正されたレーザ出力指令信号は過大な信号とはならな
い。従って、指令直後から良好に制御されたレーザ出力
が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のレーザ装置を概念的に示したブロック
図であり、第２図は第１図における各部信号の波形を示
す図である。

レーザ装置は光フイードバツク方式のもので、レーザ発
振器１０１から出力されたレーザ光Ｃを光センサ１０２
により検出し、この先センサ１０２からの出力信号（フ
ィードバック信号）Ｄに基づいてレーザ出力Ｃをフィー
ドバック制御する。

光センサ１０２は、例えば光を熱に変換しその温度を検
出する熱電対型であり、この先センサ１０２からのフィ
ードバック信号りは、光センサ１０２の応答遅れ（−次
遅れ）に応じて立ち上がり時の波形が緩やかになる。

レーザ出力指令信号Ａはフィルタ１０３を通過して、フ
ィードバック信号りとともに加算器１０４に入力される
。

フィルタ１０３は例えば抵抗器とコンデンサとから成る
遅延回路によって構成され、光センサ１０２と同じ応答
特性を有する。このフィルタ１０３の応答特性は、フィ
ルタ１０３の時定数を変更することによって容易に光セ
ンサ１０２と同じ応答特性に設定される。

加算器１０４は、フィルタ１０３を通過したレーザ出力
指令信号Ｅとフィードバック信号りとの偏差を算出する
。誤差増幅器１０５は上記偏差を検出して増幅する。

加算器１０６は、レーザ出力指令信号へと誤差増幅器１
０５からの信号とを加算し、レーザ出力指令信号Ａを増
幅補正する。増幅補正されたレーザ出力指令信号Ｂはレ
ーザ発振器１０１に人力され、レーザ発振器１０１によ
ってレーザ光Ｃに変換され出力される。

このように、フィルタ１０３は時定数を変更することに
よって光センサ１０２と同じ応答特性を有するように設
定されるので、指令直後の立ち上がり時でも、フィルタ
１０３を通過したレーザ出力指令信号Ｅとフィードバッ
ク信号りとの偏差は小さくなり、この偏差に基づいて増
幅補正されたレーザ出力指令信号Ｂも過大な信号とはな
らない。

従って、指令直後から良好に制御されたレーザ出力Ｃが
得られ、例えばプラスチック等の低融点材料を切断加工
する場合でも、レーザ照射面が過熱されることなく精度
良く切断加工される。

更に、例えば、金属等の高反射材料を切断加工する場合
にはフィルタ１０３の時定数を小くし、フィルタ１０３
を通過したレーザ出力指令信号Ｅの立ち上がりを光セン
サ１０２からの出力信号りのそれより速くすることによ
って、指令直後のレーザ出力Ｃを大きくすることができ
る。このように、フィルタ１０３の時定数を変更するこ
とによって、切断される材料に応じた適正なレーザ出力
を得ることができるという効果も生じる。

第３図は本発明のレーザ装置の全体構成をより具体的に
示したブロック図であり、本発明をガスレーザに適用し
た場合を示す。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だし、ガ
ス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。

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（ＺｎＳｅ）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
ザガス分子から放出される１０．６μｍの光を増幅して
、その一部を出力鏡６からレーザ光Ｃとして外部に出力
する。

出力されたレーザ光Ｃは、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１
７の表面に照射される、１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
、バッテリバックアップされたＣＭＯ３が使用される３
、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１
６の移動を制御し、ワーク１７の位置を制御する。図で
は、サーボアンプ及びサーボモータは１軸分のみを表示
しであるが、実際には複数の制御軸がある。表示装置１
８にはＣＲＴ或いは液晶表示装置等が使用される。

送風機としてはターボブロワ２０が使用され、ターボブ
ロワ２０は高周波インバータ（図示せず）２６によって
、８１．ＯＯＯｒｐｍで回転する。ターボブロワ２０は
レーザガス１９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１９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ための冷却
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Ｃ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を開くとレーザ光Ｃがワーク１７に照射される。

光センサ１０２は前述したように熱電対型であり、リア
鏡５から一部透過して出力されたレーザ光を検出し温度
に変換してレーザ光の出力を測定する。Ａ／Ｄ変換器２
５は光センサ１０２の出力信号りをディジタル値に変換
してプロセッサ１に入力する。

プロセッサ１に入力された光センサ１０２からの出力信
号りは、前述したようにプロセッサ１において、レーザ
出力Ｃを適正に制御すべくフィードバック信号りとして
フィードバック制御に供給される。

上記の説明では、ガスレーザ装置で説明したが、固体レ
ーザ装置等の他のレーザ装置でも同じように適用できる
。

また、フィルタは抵抗器とコンデンサとから成る遅延回
路によって構成されるとしたが、これは単なる例であり
、ハードウェアに限られることなくソフトウェアによっ
て構成されるようにしてもよい。

更に、光センサは熱電対型としたが、それ以外の例えば
光電変換型のものも同じように使用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、フィードバック信号に
対するレーザ出力指令信号に、光センサと同じ応答特性
を持たせるように構成したので、指令直後の過大な出力
発生を防止でき、指令直後から良好に制御されたレーザ
出力が得られる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ装置の構成を概念的に示すブロ
ック図、 第２図は第１図における各部信号の波形を示す図、 第３図は本発明のレーザ装置の全体構成を示すブロック
図 第４図は従来の光フイードバツク方式によるレーザ装置
を概念的に示すブロック図、 第５図は第４図における各部信号の波形を示す図である
。 １０．２ プロセッサ レーザ発振器 光センサ フィルタ 誤差増幅器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器から出力されたレーザ光を光センサ
   により検出し、前記光センサからの出力信号に基づいて
   レーザ出力を負帰還制御するレーザ装置において、 前記光センサと同じ応答特性を有するフィルタと、 前記フィルタを通過したレーザ出力指令信号と前記光セ
   ンサからの出力信号との偏差を求め、前記偏差に基づい
   て前記レーザ出力指令信号を増幅補正する増幅補正手段
   と、 を有することを特徴とするレーザ装置。
2. （２）前記フィルタは前記応答特性が可変であることを
   特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
3. （３）前記フィルタは前記応答特性が一次遅れであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
4. （４）前記フィルタはハードウェアから成ることを特徴
   とする請求項１記載のレーザ装置。
5. （５）前記フィルタはソフトウェアから成ることを特徴
   とする請求項１記載のレーザ装置。
6. （６）前記光センサは熱電対型であることを特徴とする
   請求項１記載のレーザ装置。