JPS62227587A

JPS62227587A - レ−ザモニタ装置

Info

Publication number: JPS62227587A
Application number: JP61070433A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Nagashima; 長島　一行
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1987-10-06
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0767630B2

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、レーザ加工装置等に好適なレーザモニタ装置
に関し、特に一台で連続波レーザ光もパルスレーザ光も
高速かつ高精度にモニタできるように工夫したものであ
る。

（従来の技術）レーザ加工では、用途に応じて連続波出力のレーザ光ま
たはパルス状のレーザ光が選択的に使われる。例えば、
連続波レーザ光はハンダ付やロー付等に使われ、パルス
レーザ光はシーム溶接やスポット溶接、穴開は等に使わ
れる。一般にパルスレーザ光は１〜５０パルス／秒の周
期（周波数）で繰り返し発せられることが多いが、時に
は単一のパルスレーザ光が使用されることもある。

いずれにしても、このようなレーザ光の出力ハワー密度
またはエネルギは加工品質に大きく影響するので、それ
をモニタする必要がある。

従来、連続波レーザ光をモニタする装置は、該レーザ光
を検出するフォトダイオード等の光検出器を備え、その
出力信号の平均値をレーザ出力（ワット）の計測値とし
て表示する。また、パルスレーザ光をモニタする装置は
、該パルスレーザ光を熱量に変換しさらにその熱量を電
気信号に変換する例えばカロリーメータからなる変換手
段と、該パルスレーザ光の総発生個数を計数するカウン
タ手段とを備え、変換手段の出力信号を累積して総発熱
量（ジュール）を求め、その総発熱量を該パルスレーザ
光の総発生個数で割算することによってパルス１個当た
りの平均出力（ジュール）を算出し、これを表示する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の連続波レーザ光モニタ装置では、
レーザ出力（ワット）が平均値で与えられるので、発振
期間中にレーザ出力が変動してもそれが観測されないと
いう問題がある。

また、従来のパルスレーザ光モニタ装置では、パルスレ
ーザ光の出力を一旦熱に変換するため、追随性ないし応
答速度が低く、計測値が得られるまで２０秒ないし３０
秒もかかるという欠点がある。

そして、連続波レーザ光とパルスレーザ光の双方をモニ
タしようとすれば、上述のような連続波レーザ光モニタ
装置とパルスレーザ光モニタ装置をそれぞれ用意しなけ
ればならず、モニタ装置骨のコストが重み取扱いが煩雑
になる等の不都合がある。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、一台で連続波レーザ光もパルスレーザ光も高速かつ
高精度にモニタできるレーザモニタ装置を提供すること
を目的とする・（問題点を解決するための手段）上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ発生手段よ
り出力°される連続波のレーザ光またはパルス状のレー
ザ光を検出するレーザ光検出手段と；パルスレーザ光の
発生時に前記レーザ光検出手段より得られたレーザ出力
検出信号をパルスレーザ光のパルス期間毎に逐次時間積
分する積分手段と；該積分手段の積分出力信号をパルス
レーザ光の周期に同期したタイミングで逐次サンプリン
グする第１のサンプリング手段と；該第１のサンプリン
グ手段でサンプリングされた積分値を逐次読み取り、そ
の積分ばに基づいてパルスレーザ光のレーザ出力を表す
第１のレーザ光検出データを得る第１の読取手段と；連
続波レーザ光の発生時にレーザ光検出手段より得られた
レーザ出力検出信号を所定の周期のタイミングでサンプ
リングする第２のサンプリング手段と；該第２のサンプ
リング手段でサンプリングされたレーザ出力検出値を逐
次読み取り、その検出値に基づいて連続波レーザ光のレ
ーザ出力を表す第２のレーザ光検出データを得る第２の
読取手段と；を具備することを特徴とする。

（作用）レーザ発生手段よりパルスレーザ光が発せられると、そ
れに対応したパルス状のレーザ出力検出信号がレーザ光
検出手段より生成される。このパルス状レーザ出力検出
信号は積分手段により各パ１ルス期間で時間積分される
ことによってパルス期間の平均をとられる。しかして、
積分出力信号が第１のサンプリング手段によりサンプリ
ングされることにより得られた積分値は、各パルスレー
ザ光のレーザ出力をエネルギとして表すもので、第１の
読取手段により測定データに変換または換算される。

また、レーザ発生手段より連続波レーザ光が発せられる
と、それに対応した連続波のレーザ出力検出信号がレー
ザ光検出手段より生成される。この連続波のレーザ出力
検出信号は、第２のサンプリング手段により所定の周期
のタイミングでサンプリングされることによって所定期
間毎のレーザ出力検出値が得られ、第２の読取手段によ
り測定データに変換または換算される。

このように、本発明では、各パルス期間または所定の周
期毎にレーザ出力の測定値が得られので応答性が高く、
高速繰り返しのパルスレーザ光であっても迅速に追随で
き、また連続波レーザ光に対してもきめ細かい測定が行
える。

（実施例）以下、添付図を参照して本発明の一実施例を説明する。

　　　　　゛第１図は、この実施例によるレーザモニタ装置の構成と
レーザ加工装置の要部の構成を示す。図中、点線で囲ま
れた部分がレーザモニタ装置である。

レーザレーザ加工装置において、レーザ電源１００は設定条件
にしたがってパルス状の励起用ランプ電流ＦＩまたは連
続波の励起用ランプ電流ＣＩを選択的にレーザ発振器１
０２に供給する。レーザ発振器１０２は、例えばＹＡＧ
　（イツトリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ
で、レーザロッド１０２　ａ、励起用ランプ１０２ｂ、
共振器１０２ｃおよび冷却装置（図示せず）を含み、励
起用ランプ１０２ｂが励起用パルスランプ電流ＦＩまた
は励起用連続波ランプ電流ＣＩに応じた光量の光をレー
ザロッド１０２ａに照射することによりそれが励起され
て励起用パルスランプ電流ＦＩに対応したパルスレーザ
光ＦＬＢ　（第２図ａ）または励起用連続波ランプ電流
ＣＩに対応した連続波レーザ光ＣＬＢ　（第３図ａ）を
発振出力するようになっている。そして、レーザ発振器
１０２からのレーザ光ＦＬＢまたはＣＬＢは９９．９％
の反射率をもつミラー１０４により進行方向を曲げられ
てからレンズ１０６．光ファイバ１０８を介して出射ユ
ニット１１０に送られ、そこから集光されたレーザ光Ｆ
ＬＢＷまたはＣＬＢＷが被加工物１１２に照射されるよ
うになっている。

レーザモニ　調（Ａ）測定部レーザモニタ装置において、上記ミラー１０４を透過し
た０、１％のレーザ光ＦＬＢｔまたはＣＬＢｔを受光す
る光検出器１０が設けられる。この光検出器１０は、応
答速度の早い光電変換素子例えばＰＩＮフォトダイオー
ドを有し、パルスレーザ光ＦＬＢの瞬時出力を表す電気
的なレーザ光検出信号ＰＬＦ（第２図ｂ）または連続波
レーザ光ＣＬＢの瞬時出力を表す電気的なレーザ光検出
信号ＰＬＯ（第３図ｂ）を生成する。そして、レーザ光
検出信号ＰＬＦ、ＰＬＯは、増幅器１２゜切替スイッチ
１４．１８を介して積分回路１８゜サンプル・ホールド
回路２２にそれぞれ入力される。

積分回路１８は、タイミング回路２４からのタイミング
信号ＴＳＩ　　（第２図ｄ）に応答してパルスレーザ光
ＦＬＢに対応したパルス状のレーザ光検出信号ＰＬＦを
各パルス期間Ｔａ毎に時間積分するもので、その出力端
子に得られる積分出力信号５ＰＬＦ（第２図Ｃ）はサン
プル・ホールド（Ｓ／Ｈ）回路２０に入力される。サン
プル・ホールド回路２０は、各パルスレーザ光ＦＬＢに
対しタイミング信号ＴＳＩに応答して積分出力信号ＳＰ
ＬＦをサンプリングし且つホールドするものでその出力
信号ＨＰＬＦ　　（第２図ｅ）は切替スイッチ２６を介
してアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２８に入力
される。

サンプル・ホールド回路２２は、タイミング回路２４か
らのタイミング信号ＴＳ２　　（第３図Ｃ）に応答して
連続波レーザ光ＣＬＢを所定時間毎にサンプリングし且
つホールドするもので、その出力信号ＨＰＬＣ（第３図
ｄ）は切替スイッチ２６を介してＡ／Ｄ変換器２８に入
力される。

Ａ／Ｄ変換器２８は、タイミング回路２４からのタイミ
ング信号ＴＳＩ　またはＴＳ２に応答して入力のアナロ
グ積分値ＨＰＬＦまたはＨＰＬＣをディジタル信号Ｄ　
［ＨＰＬＦコまたはＤ［ＨＰＬＣＩに変換するもので（
第２図ｆ、第３図ｅ）、そのディジタル信号Ｄ［ＨＰＬ
ＦコまたはＤ［ＨＰＬＣＩは測定値データ出力回路３０
．測定値表示部３２に供給されるとともに、比較判定部
の上限比較回路３４．下限比較回路３６にも供給される
。

測定値データ出力回路３０は、各ディジタル信号Ｄ　［
１，８ＰＬＦ　］またはＤ［ＨＰＬＣコを測定値データ
として外部装置、例えばマイクロプロセ。

すや記憶装置等に送るもので、測定後に測定値データの
詳しい分析や記録あるいはプリントアウト等が行えるよ
うになっている。測定値表示部３２は、パルスレーザ光
ＦＬＢに対してはジュール単位のレーザ出力測定値をデ
ィジタル表示し、また連続波レーザ光ＣＬＢに対しては
所定時間間隔毎のレーザ出力測定値をワット単位でディ
ジタル表示する。

なお、スイッチ１４は、後述する光伝送系異常モニタ部
のスイッチ６８と連動する電子的または機械的スイッチ
で、通常モニタモード時には開き光伝送系モニタモード
時には閉成する。また、スイッチ１８．２８も互いに連
動する電子的または機械的スイッチで、パルスレーザ光
の測定時にはそれぞれ端子１６ａｔ　２６　ａに切り替
わり、連続波レーザ光の測定時にはそれぞれ端子１６ｂ
、２６ｂに切り替わる。

（Ｂ）比較判定部上限比較回路３４は、各ディジタル信号Ｄ［ＨＰＬＦコ
、Ｄ　［ＨＰＬＣ］をそれぞれ所定の上限基準値ＳＦＵ
、ＳＣＵと比較するもので、前者が後者よりも小さいと
きに“０”のＯＫ倍信号出力しその逆の場合つまり前者
が後者より大きいときに“１”のＮＧ信号を出力する。

上限比較回路３４より出力されたＯＫ倍信号しくはＮＧ
信号は判定部３８に供給される。この判定部３８は、Ｏ
Ｋ倍信号ＮＧ信号をそれぞれ計数するカウンタを含みそ
れらの計数値に基づいた判定結果を判定表示部４２に与
える。しかして、例えばＮＧ信号の計数値が所定値に達
すると、警報ないし作業中止の判定結果が出される。

また下限比較回路３６は、各ディジタル信号Ｄ［ＨＰ　
ＬＦコ、Ｄ　［ＨＰＬＣコをそれぞれ所定の下限基準値
Ｓ　ＦＬ、Ｓ　ＣＬと比較するもので、前者が後者より
も大きいときに“０″の比較結果信号をＯＫ倍信号して
出力し、その逆の場合つまり前者が後者より小さいとき
に“１”の比較結果信号をＮＧ信号として出力する。下
限比較回路３６より出力された比較結果信号ＯＫ倍信号
しくはＮＧ信号は判定部４０に供給される。この判定部
４０は、上記判定部３８と同様に、ＯＫ倍信号ＮＧ信号
をそれぞれ計数するカウンタを含み、それらの計数値に
基づいた判定結果を判定表示部４２に与え、例えばＮＧ
信号の計数値が所定値に達すると警報ないし作業中止の
判定結果が出される。

このような比較判定部の動作は、タイミング回路２４か
らのタイミング信号ＴＳ３またはＴＳ４に同期してＡ／
Ｄ変換後の所定時間ＴｄまたはＴｇ中に行われる（第２
図ｇ、第３図ｆ）。

（Ｃ）異常モニタ部第１図に示すようなレーザ加工装置では、レーザ発振器
１０２内に故障が生じて、レーザ電源１ｏＯから励起用
ランプ電流ＦＩまたはＣＩが与えられても、実際にはレ
ーザ発振が起きないことがある。また、光ファイバ１０
８や出射ユニット１１０等の光伝送系で異常（例えばフ
ァイバ断線）が生じると、レーザ発振器１０２からレー
ザ光ＦＬＢまたはＣＬＢが発せられても、実際には出射
ユニット１１０からレーザ光ＦＬＢＷまたはＣＬＢＷが
出射されず、所期の加工が行われないことになる。

従来、上述のような事態を検出ないし判定するモニタ装
置はなかった。そこで、本実施例は、以下に説明するよ
うに、レーザ発振の異常および光伝送系の異常の検出９
判定を行う異常モニタ手段を提供する。

先ず、レーザ発振の異常の検出９判定を行う異常モニタ
手段について説明すると、第１図において、スイッチ１
４の出力端子はタイミング回路２４に接続され、これに
より光検出器１０からのレーザ光検出信号ＰＬＦまたは
ＰＬＣはタイミング回路２４にも供給される。そして、
タイミング回路２４は、レーザ光検出信号ＰＬＦまたは
ＰＬＣを受けると、それに応答した所定のタイミング信
号ＴＳ５を異常事態検出回路７０に送る。

一方、レーザ電源１００より励起用ランプ電流ＦＩまた
はＣＩの出力開始時にスタートタイミング信号ＡＴが異
常事態検出回路７０に送られる。

しかして、異常事態検出回路７０では、スタートタイミ
ング信号ＡＴを受は取ってから所定時間内にタイミング
ＴＳ５が来れば“０”のＯＫ倍信号出力し、そうでなけ
れば“１”のＮＧ信号を出力する。判定回路７２は、そ
のようなＯＫ倍信号ＮＧ信号を計数するカウンタ等を含
み、モニタ状況を判定表示部４２に送る。したがって、
例えばレーザ発振器１０２の故障でパルスレーザ光ＦＬ
Ｂｎ・が出力されなかったときには、光検出器１０から
レーザ光検出信号ＰＬＦまたはＰＬＣが発生せ′ず、し
たがってタイミング回路２４からタイミング信号ＴＳ５
が発生しないので、異常事態検出回路７０からＮＧ信号
（“１”）が出力されることになり、レーザ発振の異常
が検出される。

次に、光伝送系の異常の検出９判定を行う異常モニタ手
段について説明すると、第１図においてレーザ加工装置
の光ファイバ１０８から分岐する光ファイバ５０が設け
られ、その光ファイバ５０の終端は光コネクタ５２を介
してレンズ５４に向けられる。レンズ５４の後方にはガ
ラス板５６および光吸収体５８が配置され、これにより
光コネクタ５２から出たレーザ光ＦＬＢＷ’またはＣＬ
ＢＷ′の大部分がガラス板５６を通って光吸収体５８に
吸収される。しかし、ガラス板５６でレーザ光ＦＬＢＩ
Ｉ’またはＣＬＢＷ’の一部が反射され、この反射光は
ＮＤフィルタからなる減衰器６０．レンズ６２を通って
例えばＰＩＮフォトダイオードからなるレーザ光検出器
６４に受光される。

そして、レーザ光検出器６４の出力信号ＪＬＦまたはＪ
ＬＣは増幅器６６、スイッチ６８を通ってタイミング回
路２４に供給される。タイミング回路２４では、レーザ
光検出器６４からの信号ＪＬＦまたはＪＬＣを受けると
、それに応答した上記タイミング信号ＴＳ５を異常事態
検出回路７０に送る。一方、上述のようにレーザ電源１
００より励起用ランプ電流ＦＩまたはＣＩの出力開始時
にスタートタイミング信号ＡＴが異常事態検出回路７０
に送られてくるので、異常事態検出回路７０は、スター
トタイミング信号ＡＴが受けてから所定時間内にタイミ
ングＴＳ５が来れば“０″のＯＫ倍信号、そうでなけれ
ば“１”のＮＧ信号を判定回路７２に送る。したがって
、レンズ１０６から光ファイバ１０８にレーザ光が入ら
なかったときには、レーザ光検出器６４の出力信号ＪＬ
ＦまたはＪＬＣが発生せず、タイミング回路２４からタ
イミング信号ＴＳ５が発生しないので、異常事態検出回
路７０からＮＧ信号（“１”）が出力されることになり
、異常が検出される。

なお、スイッチ６８は、前記のようにスイッチ１４と連
動し、通常モニタモード時には開き、光伝送系モニタモ
ード時には閉成する。

実」Ｌ医９」１孟− 上述のように、本実施例では、パルスレーザ光も連続波
レーザ光もそれぞれ所定時間毎にレーザ出力測定値が逐
−得られ、詳しい測定データが得られる。また、測定デ
ータがディジタル信号として与えられるので、表示の他
に解析、記録、プリントアウト等の多様な測定処理が可
能である。

また、レーザ出力が所定の上下限値を越えたときにはＮ
Ｇ信号が出されるので、パルスレーザ光であれ連続波レ
ーザ光であれ、そのレーザ出力の変動を即座に知ること
ができる。

°　さらに、異常モニタ手段が備えられ、実際にレーザ
発振したかどうか、あるいはレーザ光が実際に光ファイ
バに入射したかどうか等を確認することができ、異常事
態が起これば直ちにそれを検出して迅速な処置を取るこ
とが可能である。

なお、本実施例の動作の説明において、繰り返しパルス
レーザ光ＦＬＢ　（第２図ａ）を例にあげたが、理解さ
れるように、単一パルスレーザ光についても同様な動作
が行われ、同様な作用が奏される。

！１目１上述した実施例において、スイッチ１４．６８を省略ま
たは常時閉成状態にして通常モニタと光伝送系モ二りと
を同時に行ってもよい。

また、光伝送系モニタの光ファイバ５０を光ファイバ１
０８の終端部（出射ユニット１１０側端部）から分岐さ
せてもよく、その場合には光ファイバ１０８の断線事故
を検出することもできる。

また、上述した実施例はレーザ加工装置に係るものであ
るが、本発明は他のレーザシステムにも適用可能である
。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、パルスレーザ光に対し
ては各パルス毎にレーザ出力測定値が得られるので応答
速度が極めて高く、高速繰り返しのパルスレーザ光であ
っても迅速に追随できる。

また、連続波レーザ光に対しては所定の周期毎に測定値
データが得られるので、従来の平均値測定と比較してよ
り精細であり、例えばレーザ出力の変動の様子を観測す
ることも可能である。

そして、パルスレーザ光と連続波レーザ光に対する測定
方式、構成が共通しているため、本発明のレーザモニタ
装置１台でパルスレーザ光も連続波レーザ光も測定でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にょるレーザモニタ装置の
構成、およびそのレーザモニタ装置を使用するレーザ加
工装置の主要な構成を示すブロック図、第２図は、パルスレーザ光に対する上記レーザモニタ装
置の動作を説明するためのタイミング図および第３図は、連続波レーザ光に対する上記レーザモニタ装
置の動作を説明するためのタイミング図である。１０・・・・光検出器、　　１４．１８．２６曲スイッ
チ、　　１８・・・・積分回路、　２ｏ、２２間サンプ
ル会ホールド回路、　２４曲タイミング回路、　２８・
・・・アナログ−ディジタル変換回路、　３ｏ・・・・
測定データ出力回路、　３２曲測定値表示部、　３４・
・・・上限比較回路、　３Ｂ・・・・下限比較回路、　
３８．４０・・・・判定回路、　５０曲光フアイバ、６
４・・・・レーザ光検出器、　７０・・・・異常事態検
出回路、７２・・・・判定回路。特許出願人　宮　地　電　子　株　式　会　社代理人　
弁理士　佐々木　を　孝手続補正組自発）昭和６１年５月１日特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 ■、事件の表示昭和６１年特許願第７０４３３号２、発明の名称レーザモニタ装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　　　　　千葉県野田市ニッ塚９５番地の３氏名（
名称）宮地電子株式会社代表者西澤敬次４、代理人住所〒１０１東京都千代田区神田駿河台２−１１−１６
駿河台さいかち坂ビル３０２号図面６、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ発生手段より出力される連続波のレーザ光
またはパルス状のレーザ光を検出するレーザ光検出手段
と、パルスレーザ光の発生時に前記レーザ光検出手段より得
られたレーザ出力検出信号を前記パルスレーザ光の各パ
ルス期間毎に逐次時間積分する積分手段と、前記積分手段からの積分出力信号を前記パルスレーザ光
の周期に同期したタイミングで逐次サンプリングする第
１のサンプリング手段と、前記第１のサンプリング手段でサンプリングされた積分
値を逐次読み取り、その積分値に基づいて前記パルスレ
ーザ光のレーザ出力を表す第１のレーザ光測定データを
得る第１の読取手段と、連続波レーザ光の発生時に前記
レーザ光検出手段より得られたレーザ出力検出信号を所
定の周期のタイミングでサンプリングする第２のサンプ
リング手段と、前記第２のサンプリング手段でサンプリングされたレー
ザ出力検出値を逐次読み取り、その検出値に基づいて前
記連続波レーザ光のレーザ出力を表す第２のレーザ光測
定データを得る第２の読取手段と、を具備することを特徴とするレーザモニタ装置。
（２）前記第１の読取手段より得られた第１のレーザ光
測定データまたは前記第２の読取手段より得られた第２
のレーザ光測定データをそれぞれ基準値と比較して所定
の判定を出す比較判定手段を備える特許請求の範囲第１
項に記載のレーザモニタ装置。
（３）前記レーザ発生手段における励起動作に同期して
所定の時間期間中に前記レーザ光検出手段より所定の出
力信号が発生されたかどうかを監視するレーザ発生判定
手段を備える特許請求の範囲第１項に記載のレーザモニ
タ装置。
（４）前記レーザ発生手段より出力されたレーザ光を伝
送して所定の場所で出射する光伝送系における前記レー
ザ光を検出するための光伝送系用レーザ光検出装置と、
前記レーザ発生手段における励起動作に同期して所定の
時間期間中に前記光伝送系用レーザ光検出手段より所定
の出力信号が発生されたかどうかを監視する判定手段と
を有する光伝送系異常モニタ手段を備える特許請求の範
囲第１項に記載のレーザモニタ装置。