JPH05169284A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］レーザ装置において、レーザ光の照射される物
体等からの反射光の影響を受けずに高精度なレーザ光強
度測定を行えるようにする。 ［構成］ガラス板３２において、レーザ発振器１０側の
第１のガラス面３２ａが第１の光ピックアップ手段を構
成し、全反射ミラー２２側の第２のガラス面３２ｂが第
２の光ピックアップ手段を構成する。フォトダイオード
３４，光電流−電圧変換回路３６，Ａ／Ｄ変換器３８お
よび光強度測定部４０は、第１の光強度測定手段を構成
する。フォトダイオード４２，光電流−電圧変換回路４
４，Ａ／Ｄ変換器４６および光強度測定部４８は、第２
の光強度測定手段を構成する。レーザ光強度測定部５０
は、レーザ光強度測定値演算手段を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の物体にレーザ光
を照射するレーザ装置に係り、特にレーザ光強度を測定
または監視するレーザパワーモニタ機能の改善に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を利用して溶接、切断等の加工
を行うレーザ加工装置では、加工品質を管理するため
に、レーザ光の光強度（パワー）を測定し、その光強度
測定値を表示パネルに表示したり、監視値と比較した
り、あるいはレーザ出力制御のフィードバックに用いた
りしている。

【０００３】レーザ光の光強度を測定するレーザパワー
モニタには、大別して、熱量測定方式と光検出方式の２
つの型がある。熱量計測方式は、カロリー・メータ等に
よってレーザ光のエネルギを熱量に変換し、さらにその
熱量を電気信号に変換して電気信号のレベルからレーザ
光の光強度測定値を求める方式であるが、追随性・応答
性が低く、測定値を得るまで数十秒もの長い時間を要す
るという欠点がある。

【０００４】光検出方式は、レーザ光路上に、たとえば
ガラス板を配置し、レーザ発振器からのレーザ光の一部
（たとえば１％）を該ガラス板にて所定方向に反射さ
せ、その反射光をフォトダイオード等の光電変換素子に
受光させて電気信号に変換し、その電気信号からレーザ
光の光強度測定値を得る方式である。最近は、光検出方
式のモニタが主流になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
加工装置においては、レーザ光をワーク（被加工物）に
照射するため、ワークから反射光が発生しやすく、特に
ワークがアルミニウム、銅、銀等の反射率の高い材質の
場合、あるいはハンダ付のように加工点が鏡面状になる
場合は、ワークから強い反射光がレーザ光学系側へ発せ
られる。

【０００６】このようなワークからの反射光は、レーザ
光学系を通ってレーザ発振器の出射ミラーに入射し、こ
こで一部は反対方向に反射され、残りはレーザ発振器の
中に入り込む。出射ミラーで反対方向に反射された光
は、レーザ光と一緒にワーク側に向かう。また、出射ミ
ラーを透過してレーザ発振器の中に入り込んだ光の一部
は、発振器内で増幅されてから出射ミラーを抜けてレー
ザ光と一緒にワーク側へ伝播する。

【０００７】このようにワークからの反射光がレーザ光
路上を行き来することによって、レーザ発振器からのレ
ーザ光が直接影響されることはないが、レーザパワーモ
ニタ部の受光素子が本来のレーザ光のみならずワークか
らの反射光に起因する光をも一緒に受光するために、レ
ーザ光の光強度測定値がワークからの反射光の影響で増
大したり変動したりして、モニタ精度の信頼性が低下す
るおそれがあった。また、フィードバック方式でレーザ
発振器のレーザ出力を制御する場合は、上記のようにモ
ニタ値（レーザ光強度測定値）の信頼性が低いために、
所期のレーザ出力を安定に得るのが難しかった。

【０００８】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、レーザ光の照射される物体等からの反射光の影
響を受けずに高精度なレーザ光強度測定を行うようにし
たレーザ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、本発明のレーザ装置は、レーザ発振装置より出射
されたレーザ光を所定の物体に照射するレーザ装置にお
いて、前記レーザ発振装置側からの光の一部を取り出す
ために前記レーザ光の光路上に配置された第１の光ピッ
クアップ手段と、前記第１の光ピックアップ手段より取
り出された光を受光してその光強度を測定する第１の光
強度測定手段と、前記物体側からの光の一部を取り出す
ために前記レーザ光の光路上に配置された第２の光ピッ
クアップ手段と、前記第２の光ピックアップ手段より取
り出された光を受光してその光強度を測定する第２の光
強度測定手段と、前記第１の光強度測定手段より得られ
た光強度測定値と前記第２の光強度測定手段より得られ
た光強度測定値とに基づいて、前記レーザ発振装置より
出射されるレーザ光の光強度測定値を求めるレーザ光強
度測定値演算手段とを具備する構成とした。

【００１０】

【作用】第１の光ピックアップ手段より取り出される光
には、レーザ発振器側からのレーザ光の外に、レーザ光
を照射される物体からの反射光に起因してレーザ光路上
を行き来する光も含まれる。したがって、第１の光強度
測定手段からは、２種類の光、つまりレーザ光（第１の
光）と反射光に起因する光（第２の光）とが多重した分
の光強度測定値が得られる。

【００１１】第２の光ピックアップ手段より取り出され
る光は、該物体側からの反射光に起因する光であって、
レーザ発振器からのレーザ光は含まれない。したがっ
て、第２の光強度測定手段からは、１種類の光（反射光
に起因する光）の光強度測定値が得られ、この光強度測
定値は第１の光強度測定手段から得られる光強度測定値
のうちの反射光に起因する光（第２の光）の光強度測定
値に対応する。

【００１２】レーザ光強度測定値演算手段は、たとえ
ば、第２の光強度測定手段より得られる光強度測定値に
所定の定数を乗算した値を第１の光強度測定手段より得
られる光強度測定値から減算することで、第１の光強度
測定手段より得られる光強度測定値から反射光に起因す
る光（第２の光）の分を除いて、レーザ光（第１の光）
の分の光強度測定値を求める。

【００１３】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例によるレーザ加工装
置の全体構成を示す斜視図である。

【００１４】このレーザ加工装置において、レーザ発振
器１０は、固体レーザであって、レーザ媒体としてたと
えばＹＡＧロッド１２を有し、レーザ励起ランプとして
たとえばフラッシュランプ１４を有し、レーザ電源回路
１６によりフラッシュランプ１４を点灯させて、そのラ
ンプ光でＹＡＧロッド１２を励起してレーザ発振させ
る。レーザ発振したＹＡＧロッド１２の端面より出たレ
ーザ光は、出射ミラー１８と反射ミラー２０との間で反
射を繰り返して増幅されてから、出射ミラー１８を抜け
る。

【００１５】出射ミラー１８より外へ抜けたレーザ光Ｌ
Ｂは、所定距離だけ直進してから全反射ミラー２２で所
定方向に反射され、光入射ユニット２４を介して光ファ
ィバ２６の一端面に入射し、光ファイバ２６内を伝播し
て遠隔の加工部へ送られ、そこで光ファイバ２６の他端
面より出て出射ユニット２８によりワーク３０の加工点
に照射される。

【００１６】かかるレーザ加工装置において、ワーク３
０でレーザ光の一部が出射ユニット２８側へ反射され、
出射ユニット２８に入った反射光は光ファイバ２６、光
入射ユニット２４、全反射ミラー２２を介してレーザ発
振器１０の出射ミラー１８に達し、ここで一部は反対方
向に反射され、残りはレーザ発振器１０の中に入り込
む。出射ミラー１８で反射された光は、レーザ光ＬＢと
一緒にレーザ光路上を伝播してワーク３０側へ向かう。
また、レーザ発振器１０内に入り込んだ光の一部は、発
振器１０内で増幅されてから出射ミラー１８を抜けてレ
ーザ光ＬＢと一緒にワーク３０側へ伝播する。ワーク３
０がアルミニウム、銅、銀等の反射率の高い材質の場
合、あるいはハンダ付のようにワーク３０の加工点が鏡
面状になる場合、ワーク３０から強い（光強度の高い）
反射光が発生し、この強い光がワーク３０とレーザ発振
器１０との間でレーザ光路上を行き来することになる。

【００１７】また、上記のようなワーク３０での反射外
に、入射ユニット２４の光学レンズ２４ａ、光ファイバ
２６の端面、あるいは出射ユニット２８の光学レンズ２
８ａ等でもレーザ光ＬＢの反射が起こり、それらの反射
に基づく光もレーザ光路上で行き来する。もっとも、こ
れらの反射光は、上記ワーク３０の反射光と比較する
と、かなり弱い（光強度の低い）光ではある。

【００１８】本レーザ加工装置は、上記のように反射光
に起因してレーザ光路上で行き来する光の影響を除い
て、本来のレーザ光の光強度を正確に測定するレーザパ
ワーモニタ部を備える。以下に、本実施例におけるレー
ザパワーモニタ部の構成および作用について説明する。

【００１９】このレーザパワーモニタ部は、第１および
第２の光ピックアップ手段としてガラス板３２を有し、
第１の光強度測定手段としてフォトダイオード３４，光
電流−電圧変換回路３６，Ａ／Ｄ変換器３８および光強
度測定部４０を有し、第２の光強度測定手段としてフォ
トダイオード４２，光電流−電圧変換回路４４，Ａ／Ｄ
変換器４６および光強度測定部４８を有し、レーザ光強
度測定値演算手段としてレーザ光強度測定部５０を有す
る。また、レーザ光強度測定部５０で得た測定値を表示
するための表示部５２を有する。

【００２０】ガラス板３２は、レーザ発振器１０と全反
射ミラー２２との間のレーザ光路上に配置される。この
ガラス板３２において、レーザ発振器１０側の第１のガ
ラス面３２ａが第１の光ピックアップ手段を構成し、全
反射ミラー２２側の第２のガラス面３２ｂが第２の光ピ
ックアップ手段を構成する。

【００２１】レーザ発振器１０側からの光は、大部分が
ガラス板３２を透過するが、一部（たとえば約１％）は
第１のガラス面３２ａで所定方向に反射され、その反射
光がフォトダイオード３４の受光面に入射する。フォト
ダイオード３４は、入射光を電流に変換して、いわゆる
光電流を出力する。フォトダイオード３４からの光電流
は、変換回路３６で電圧信号に変換されてからＡ／Ｄ変
換器３８でディジタル信号にされたうえで、光強度測定
部４０に入力される。光強度測定部４０は、入力したデ
ィジタル信号の値からフォトダイオード３４の受光面に
入射した光の光強度を求め、さらには所定の定数を乗算
して、レーザ光路上でレーザ発振器１０側から第１のガ
ラス面３２ａに入射した光の光強度を算出する。光強度
測定部４０より得られた光強度測定値データはレーザ光
強度測定部５０に与えられる。

【００２２】ワーク３０側からの反射光は、大部分がガ
ラス板３２を透過するが、一部（たとえば約１％）は第
２のガラス面３２ｂで所定方向に反射され、その反射光
がフォトダイオード４２の受光面に入射する。フォトダ
イオード４２で入射光は電流に変換され、その光電流
は、変換回路４４で電圧信号に変換されＡ／Ｄ変換器４
６でディジタル信号にされたうえで、光強度測定部４８
に入力される。光強度測定部４８は、入力したディジタ
ル信号の値からフォトダイオード４２の受光面に入射し
た光の光強度を求め、さらには所定の定数を乗算して、
レーザ光路上でワーク３０側から第２のガラス面３２ｂ
に入射した光の光強度を算出する。光強度測定部４８よ
り得られた光強度測定値のデータは、レーザ光強度測定
部５０に与えられる。

【００２３】レーザ光強度測定部５０は、次のように光
強度測定部４０からの光強度測定値データを光強度測定
部４８からの光強度測定値データで校正（補正）する仕
方でレーザ光路上のレーザ光の光強度を求める。

【００２４】光強度測定部４８より得られる光強度測定
値は、第２のガラス面３２ｂで反射される光、つまりワ
ーク３０側からの反射光の光強度に対応する。一方、光
強度測定部４０より得られる光強度測定値は、第１のガ
ラス面３２ａで反射される２種類の光、つまりレーザ光
（第１の光）と、ワーク３０側からの反射光が出射ミラ
ー１８で反射された光およびワーク３０側からの反射光
が発振装置１０に入り込んで増幅されてから出射ミラー
１８を抜けてきた光（第２の光）とが多重した光の光強
度に対応する。この多重した２種類の光のうち、ワーク
３０側からの反射光に起因する光（第２の光）の光強度
はワーク３０側からの反射光に対応し、ひいては光強度
測定部４８より得られる光強度測定値に対応する。

【００２５】このような相関関係に基づき、レーザ光強
度測定部５０は、光強度測定部４８からの光強度測定値
データに所定の定数を乗算した値を光強度測定部４０か
らの光強度測定値データの値より減算することで、光強
度測定部４０より得られる光強度測定値からワーク３０
の反射光の影響分を相殺し、本来のレーザ光の光強度測
定値を求める。そして、その求めたレーザ光強度測定値
を表示部５２に表示させ、さらにはレーザ光強度測定値
を監視値（上限値、下限値）と比較して、その判定結果
をも表示部５２に表示させる。

【００２６】また、レーザ光強度測定部５０は、フィー
ドバック制御のためにレーザ電源回路１６に対してレー
ザ光強度測定値を与える。これにより、レーザ電源回路
１６は、ワーク３０でのレーザ光の反射状況に関係な
く、常に設定通りのレーザ出力を発生するようにレーザ
励起ランプ１４を点灯駆動する。

【００２７】上述した実施例では一枚のガラス板３２の
両面３２ａ，３２ｂを利用して第１および第２の光ピッ
クアップ手段としたが、図２に示すように、別々のガラ
ス板５４，５６によって第１および第２の光ピックアッ
プ手段を構成してもよい。このように構成した場合は、
フォトダイオード３４からの光がガラス板５４を透過し
てもフォトダイオード４２に入射することがなく、また
逆にフォトダイオード４２からの光がガラス板５６を透
過してもフォトダイオード４４に入射することがないの
で、より精度の高い光強度測定を行うことができる。

【００２８】また、上述した実施例ではガラス板３２で
のわずかな反射を利用してレーザ光路上から光の一部を
取り出すようにしたが、図３に示すように反射ミラー５
８でのわずかな透過を利用してレーザ光路上から光の一
部を取り出すようにしてもよく、この場合は両フォトダ
イオード３４，４４をレーザ光路の延長線上に配置すれ
ばよい。

【００２９】また、上述した実施例はレーザ加工装置に
係るものであったが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、レーザ光を物体に照射する任意のレーザ装置に
適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ装
置によれば、レーザ光を照射される物体等での反射に起
因してレーザ光路上を行き来する光を取り出してその光
強度測定値を求め、この光強度測定値でレーザ発振器側
から物体側へ向かう光の光強度測定値を補正して、本来
のレーザ光の光強度測定値を求めるようにしたので、信
頼性の高いレーザパワーモニタ機能が得られる。

【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全体
構成を示す斜視図である。

【図２】一変形例によるレーザ加工装置の要部の構成を
示す斜視図である。

【図３】別の変形例によるレーザ加工装置の要部の構成
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ レーザ発振装置 １２ ＹＡＧロッド（レーザ媒体） １４ レーザ励起ランプ １６ レーザ電源回路 １８ 出射ミラー ３２ ガラス板 ３０ ワーク ３４，４２ フォトダイオード ３６，４４ 光電流−電圧変換回路 ４０，４８ 光強度測定部 ５０ レーザ光強度測定部 ５４，５６ ガラス板 ５８ ミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器より出射されたレーザ光を
   所定の物体に照射するレーザ装置において、 前記レーザ発振装置側からの光の一部を取り出すために
   前記レーザ光の光路上に配置された第１の光ピックアッ
   プ手段と、 前記第１の光ピックアップ手段より取り出された光を受
   光してその光強度を測定する第１の光強度測定手段と、 前記物体側からの光の一部を取り出すために前記レーザ
   光の光路上に配置された第２の光ピックアップ手段と、 前記第２の光ピックアップ手段より取り出された光を受
   光してその光強度を測定する第２の光強度測定手段と、 前記第１の光強度測定手段より得られた光強度測定値と
   前記第２の光強度測定手段より得られた光強度測定値と
   に基づいて、前記レーザ発振器より出射されるレーザ光
   の光強度測定値を求めるレーザ光強度測定値演算手段
   と、を具備したことを特徴とするレーザ装置。