WO2023002620A1

WO2023002620A1 - レーザ発振器

Info

Publication number: WO2023002620A1
Application number: PCT/JP2021/027378
Authority: WO
Inventors: 純中島; 拓馬宝田
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-01-26
Also published as: JPWO2023002620A1

Abstract

レーザ発振器は、異なる送出元からのパワー指令とパルス指令を重畳する指令重畳部と、重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ光を発振する光学部と、を備え、光学部は重畳したレーザ光のモニタ値を送出するモニタ部を備え、モニタ値がレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合にレーザ出力異常が検出される。

Description

レーザ発振器

　本発明はレーザ発振器に関し、特にレーザ出力異常を検出するレーザ発振器に関する。

　一般にレーザ発振器においてレーザ発振を行う場合、パワー指令にパルス指令を重畳したレーザ出力指令を生成し、レーザ出力指令に基づいてレーザ発振に必要な電気エネルギを生成し、電気エネルギをレーザ光に変換して増幅し、レーザ光を出射する。一方、レーザ発振器では、電源ユニット、光学ユニット等の各ユニットのモニタ値と指令値との乖離を監視することで、各ユニットの異常を高速に検出する必要がある。

　斯かるレーザ発振器において、異なる送出元からのパワー指令とパルス指令を重畳する構成を採用した場合、一方の送出元又はいずれの送出元でもない箇所においては、パワー指令又はパルス指令がオフされてモニタ値が指令値から乖離したのか、或いは各ユニットの異常でモニタ値が指令値から乖離したのかを特定できない。また、高周波パルスでは、短いパルス幅の期間に各ユニットのモニタ値と指令値との乖離を判定してレーザ出力異常を検出する必要があるが、パルス波の各ピークの平均値で判定する方法や、モニタ値を監視しないマスク時間を設ける方法等では、正確に且つ高速にレーザ出力異常を検出できないという問題がある。本願に関連する先行技術としては、次の文献が公知である。

　特許文献１には、レーザ出力の低下原因を判定可能なレーザ発振器が記載されている。レーザ発振器は、連続発振時において、レーザ光の強度が予め定めた第一強度である場合に電源から励起光源に供給される第一電流値、及びパルス発振時において、レーザ光の強度が予め定めた第二強度である場合に電源から励起光源に供給される第二電流値のいずれかが所定の基準値よりも大きく、且つ、第一電流値と第二電流値の差が所定の閾値よりも小さい場合に、励起光源が劣化していると判定するプロセッサを備えている。

　特許文献２には、レーザ発振器の制御装置を様々なタイプのシステムに適用可能とする技術が記載されている。レーザ発振器の制御装置は、レーザ出力を制御するための出力制御信号、又は運転モードを制御するためのモード制御信号を、アナログ信号として受付けるアナログ信号入力部と、デジタル信号として受付けるデジタル信号入力部と、受付けた出力制御信号に応じたレーザ出力を制御するためのレーザ指令をレーザ発振器に送信し、受付けたモード制御信号に応じた運転モードでレーザ発振器を動作させるための運転指令をレーザ発振器に送信する制御部と、を備えている。

特開２００７－１４１８７９号公報特開２０２１－２２６４７号公報

　本発明は、従来の問題点に鑑み、レーザ発振器におけるレーザ出力異常を正確に且つ高速に検出する技術を提供することを目的とする。

　本開示の一態様は、異なる送出元からのパワー指令とパルス指令を重畳する指令重畳部と、重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ光を発振する光学部と、を備え、光学部はレーザ光のモニタ値を送出するモニタ部を備え、モニタ値が重畳したレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合にレーザ出力異常が検出される、レーザ発振器を提供する。

　本開示の一態様によれば、異なる送出元からのパワー指令とパルス指令を重畳した後のレーザ出力指令のモニタ値を光学部のモニタ値と比較するため、重畳する前のパワー指令又はパルス指令を光学部のモニタ値と比較する場合に比べ、レーザ出力異常を正確に且つ高速に検出できる。

第一実施形態のレーザ発振器のブロック図である。重畳したレーザ出力指令値（本例では電流指令値）とレーザパワーとの関係の一例を示すグラフである。重畳したレーザ出力指令値（本例では電流指令値）と時間との関係の一例を示すグラフである。第二実施形態のレーザ発振器のブロック図である。第三実施形態のレーザ発振器のブロック図である。第四実施形態のレーザ発振器のブロック図である。第五実施形態のレーザ発振器のブロック図である。第六実施形態のレーザ発振器のブロック図である。

　以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。

　図１は第一実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。レーザ発振器１は、固体レーザ発振器、気体レーザ発振器等で構成される。本実施形態のレーザ発振器１は、ファイバレーザ発振器で構成されるが、他の実施形態では、ＹＡＧレーザ発振器、炭酸ガスレーザ発振器等で構成されてもよい。本実施形態のレーザ発振器１は、発振器内部からのパワー指令と、発振器外部からのパルス指令とを重畳し、重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ発振を行う。パワー指令は発振器内部の制御部１０から送出され、パルス指令は発振器外部のパルス生成装置２から送出される。本実施形態において、パワー指令は、予め指定されたピークパワー、ビームオンオフ等で構成された電圧指令であり、パルス指令は、予め指定されたパルス周波数、パルスデューティ等で構成されたパルス指令である。また、本実施形態において、重畳したレーザ出力指令は、電圧指令をパルス指令で変調したパルス電圧指令であるが、後述する他の実施形態では、変調したパルス電圧指令をさらに電圧－電流変換したパルス電流指令でもよい。レーザ発振器１は、パワー指令を送出する制御部１０と、種々の構成要素間で信号を受け渡すインタフェース部２０と、重畳したレーザ出力指令に基づいて電気エネルギを生成する電源部３０と、重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ光を発振する光学部４０と、を備えている。

　制御部１０は、プロセッサ、メモリ、入出力部等を備えた公知のコンピュータで構成される。プロセッサは例えばＣＰＵ（central processing unit）を含み、メモリは例えばＲＡＭ（random access memory）、ＲＯＭ（read only memory）、ＳＤＤ（solid state drive）等を含み、入出力部は例えばキーボード、タッチパネルディスプレイ、ランプ、スピーカ等のユーザインタフェースを含む。プロセッサはコンピュータで読取り可能なプログラムを実行し、メモリは種々のデータ、プログラム等を記憶し、入出力部は種々のデータを入出力する。制御部１０は、例えばコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）であるが、他の実施形態では他の制御装置でもよい。

　制御部１０は、指令部１１、判定部１２、及び警告部１３を備えている。指令部１１、判定部１２、及び警告部１３は、ソフトウェア（コンピュータで読取り可能なプログラムの一部又は全部等）で構成され、プロセッサによって実行されるが、他の実施形態では、ハードウェア（ＦＰＧＡ（field programmable gate array）のようなＰＬＤ（programmable logic device）等の半導体集積回路）で構成されてもよい。

　指令部１１は、予め指定されたレーザ出力条件に基づいてパワー指令を生成してインタフェース部２０へ送出する。例えば指令部１１は、予め指定されたピークパワー、ビームオンオフ等に基づいてパワー指令を生成する。判定部１２は、レーザ発振器１の各構成要素（インタフェース部２０、電源部３０、及び光学部４０）からのモニタ値に基づいてレーザ出力異常の有無や原因箇所を判定する。警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常をユーザに警告する。

　インタフェース部２０は、制御部１０、電源部３０、及びパルス生成装置２の構成要素間で信号を変換して受け渡す。パルス生成装置２は、レーザ発振器１の外部装置であり、公知のパルス発生器（パルス発生回路）を備えている。例えばインタフェース部２０は、ハードウェアインタフェースで構成され、デジタル部２１とアナログ部２２を備えている。デジタル部２１はインタフェース部２０以外の構成要素との間でデジタル信号を送受信し、アナログ部２２はインタフェース部２０以外の構成要素との間でアナログ信号を送受信する。デジタル部２１は、デジタル－アナログ（ＤＡ）変換部２３と、アナログ－デジタル（ＡＤ）変換部２４と、を備え、アナログ部２２は、指令重畳部２５を備えている。

　ＤＡ変換部２３は、制御部１０からのパワー指令をデジタル信号からアナログ信号へＤＡ変換して指令重畳部２５へ送出する。例えばＤＡ変換部２３は公知のＤＡコンバータで構成される。パルス生成装置２は、パルス指令をインタフェース部２０へアナログ信号で送出する。指令重畳部２５は、異なる送出元（制御部１０と外部装置（パルス生成装置２））からのパワー指令とパルス指令をアナログ信号で重畳する。例えば指令重畳部２５は、パワー指令をパルス指令で変調する公知のアナログパルス変調器（アナログパルス変調回路）で構成される。指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではアナログパルス電圧指令）を電源部３０へ送出する。また、指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではアナログパルス電圧指令）のモニタ値（太矢印で示す）をＡＤ変換部２４へ送出する。例えばモニタ値はレーザ出力指令の電圧値でよい。ＡＤ変換部２４は、発振器内部の各構成要素（インタフェース部２０、電源部３０、及び光学部４０）からのモニタ値をアナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換して制御部１０へ送出する。例えばＡＤ変換部２４は公知のＡＤコンバータで構成される。

　電源部３０は、重畳したレーザ出力指令に基づいて電気エネルギを生成する。電源部３０は、ｎ個（ｎは１以上の整数）の電源ユニット３１を備えている。各電源ユニット３１は、インタフェース部２０からのレーザ出力指令に基づいてパルス電流指令を生成して光学部４０へ送出する。各電源ユニット３１は、電圧－電流変換部３２及びモニタ部３３を備えている。電圧－電流変換部３２は、レーザ出力指令であるパルス電圧指令をパルス電流指令へ変換する。例えば電圧－電流変換部３２は公知の電圧－電流変換器（電圧－電流変換回路）で構成される。モニタ部３３は、電源ユニット３１の電気エネルギ（本実施形態ではパルス電流指令）を監視し、電気エネルギのモニタ値をＡＤ変換部２４へ送出する。例えばモニタ部３３は公知の電流検出モニタ（電流検出回路）で構成される。例えばモニタ値はパルス電流指令の電圧値でよい。

　光学部４０は、重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ光を発振する。光学部４０は、ｎ個（ｎは１以上の整数）の光学ユニット４１と、１個の結合ユニット４２と、を備えている。各光学ユニット４１は、電源部３０からの電気エネルギ（本実施形態ではパルス電流指令）に基づき、レーザ光を生成して結合ユニット４２へ送出する。各光学ユニット４１は、電流－光変換部４３及びモニタ部４４を備えている。電流－光変換部４３は、パルス電流指令をレーザ光へ変換する。例えば電流－光変換部４３は、公知の励起源、レーザ媒質、光共振器（入力鏡及び出力鏡）等で構成される。例えばファイバレーザ発振器の場合は、公知の励起用半導体レーザ、光ファイバ、２個のＦＢＧ（fiber bragg grating）等で構成され、例えば炭酸ガスレーザ発振器の場合は、公知の放電管（放電用電源及び電極を含む）、炭酸ガス、２枚の反射鏡等で構成される。モニタ部４４は、電流－光変換されたレーザ光（本実施形態ではレーザパワー）を監視し、レーザ光のモニタ値をＡＤ変換部２４へ送出する。例えばモニタ部４４は公知の光検出器（パワーモニタ）で構成される。例えばモニタ値はレーザパワーの電圧値でよい。

　結合ユニット４２は、ｎ個の光学ユニット４１からのレーザ光を結合して発振器外部へ出力する。光学ユニット４１が１個（ｎ＝１）の場合は、結合ユニット４２が不要になることに留意されたい。結合ユニット４２は、光結合部４５及びモニタ部４６を備えている。光結合部４５は、ｎ個の光学ユニット４１からのレーザ光を結合する。例えば光結合部４５は公知のビームコンバイナで構成される。モニタ部４６は、結合されたレーザ光（本実施形態ではレーザパワー）を監視し、レーザ光のモニタ値をＡＤ変換部２４へ送出する。例えばモニタ部４６は公知の光検出器（パワーモニタ）で構成される。例えばモニタ値はレーザパワーの電圧値でよい。

　ＡＤ変換部２４は、インタフェース部２０からのレーザ出力指令（本実施形態では電圧指令）のモニタ値、電源部３０からの電気エネルギ（本実施形態では電流指令）のモニタ値、光学部４０からのレーザ光（本実施形態ではレーザパワー）のモニタ値をアナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換して判定部１２へ送出する。

　判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合には、パワー指令の送出元（本実施形態では制御部１０の指令部１１）又は送出経路（本実施形態では制御部１０の指令部１１からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。レーザ発振器１は、レーザ発振時は常にレーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされるレーザ出力指令（本実施形態では電圧指令）が送出されているため、第一閾値は、レーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされるレーザ出力指令値であるか又はその値からオフセット分だけ減算した値でよい。

　また、判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値より高い第二閾値以下である場合には、パルス指令の送出元（本実施形態ではパルス生成装置２）又は送出経路（本実施形態ではパルス生成装置２からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。第二閾値は、所定期間のパルス指令の平均値又はパルス指令の各ピークの平均値でよい。レーザ発振器１は、図示しないが、前述のユーザインタフェース（タッチパネルディスプレイ等）を介して第一閾値及び第二閾値の少なくとも一方を指定する閾値設定部を備えているとよい。

　図２は、重畳したレーザ出力指令値とレーザパワーとの関係の一例を示すグラフである。本例では、レーザ出力指令値は、電流指令値で表されているが、抵抗を１Ωと仮定した場合は電圧指令値と等価であることに留意されたい。レーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされる電流指令値が１Ａであると仮定した場合、理想的な関係では、電流指令値が大きくなるとレーザパワーも電流指令値に比例して大きくなる。従って、レーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされる電流指令値が１Ａである場合は、前述の第一閾値を１Ａに設定するか、又は１Ａから０．０５Ａのオフセット分だけ減算した値（０．９５Ａ）等に設定するとよい。

　図３は、重畳したレーザ出力指令値（本例では電流指令値）と時間との関係の一例を示すグラフである。図２と同じく、レーザ出力指令値は、電流指令値で表されているが、抵抗を１Ωと仮定した場合は電圧指令値と等価であることに留意されたい。本例では、第一閾値が０．９５Ａに設定され、第二閾値は所定期間のパルス指令の平均値（例えば４Ａ）に設定される。本例では、レーザ出力指令のモニタ値が０．９５Ａ以下である場合は、パワー指令の送出元又は送出経路にレーザ出力異常の原因があると判定され、レーザ出力指令のモニタ値が０．９５Ａ以上で４Ａ以下の場合は、パルス指令の送出元又は送出経路にレーザ出力異常の原因があると判定される。

　図１を再び参照すると、判定部１２は、光学部４０のレーザ光（本実施形態では、ｎ個の光学ユニット４１のレーザパワーと結合ユニット４２のレーザパワーのそれぞれ）のモニタ値がレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）にレーザ出力異常の原因があると判定する。

　また、判定部１２は、電源部３０の電気エネルギ（本実施形態では、ｎ個の電源ユニット３１の電流指令値のそれぞれ）のモニタ値がレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、電源部３０（特定の電源ユニット３１）にレーザ出力異常の原因があると判定する。レーザ発振器１は、図示しないが、前述のユーザインタフェース（タッチパネルディスプレイ等）を介して乖離値を指定する乖離値設定部を備えているとよい。

　判定部１２は、前述の判定結果（レーザ出力異常の有無や原因箇所）を指令部１１及び警告部１３に送出する。レーザ出力異常が有ると判定された場合は、指令部１１はパワー指令の送出を停止し、警告部１３は前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常が有る旨をユーザに警告する。また、レーザ出力異常の原因箇所（パワー指令の送出元又は送出経路、又はパルス指令の送出元又は送出経路、又は電源部３０（特定の電源ユニット３１）、又は光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）等）が特定された場合、警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ等）を介してレーザ出力異常の原因箇所をユーザに警告する。

　以上のように第一実施形態のレーザ発振器１によれば、異なる送出元（本実施形態では、制御部１０とパルス生成装置２）からのパワー指令とパルス指令を重畳した後のレーザ出力指令のモニタ値を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較するため、重畳する前のパワー指令又はパルス指令を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較する場合に比べ、レーザ出力異常を正確に且つ高速に検出できる。

　以下、第二実施形態のレーザ発振器１について説明する。図４は、第二実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。第二実施形態のレーザ発振器１は、発振器外部からのパワー指令と、発振器内部からのパルス指令とを重畳する点で、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。つまり、パワー指令は発振器外部の制御装置３から送出され、パルス指令は発振器内部のパルス生成部５０から送出される。

　制御装置３は、図１の制御部１０と同じく、プロセッサ、メモリ、入出力部等を備えた公知のコンピュータで構成される。制御装置３は、例えばロボット制御装置であるが、他の実施形態ではコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）でもよい。制御装置３は、図１の制御部１０と同じく、指令部１１、判定部１２、及び警告部１３を備えている。指令部１１は、予め指定されたレーザ出力条件に基づいてパワー指令を生成してインタフェース部２０へ送出する。判定部１２は、レーザ発振器１の各構成要素（インタフェース部２０、電源部３０、光学部４０等）のモニタ値に基づいてレーザ出力異常の有無や原因箇所を判定する。警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常をユーザに警告する。

　パルス生成部５０は、公知のパルス発生器（パルス発生回路）で構成され、パルス指令をインタフェース部２０へアナログ信号で送出する。指令重畳部２５は、異なる送出元（外部装置（制御装置３）とパルス生成部５０）からのパワー指令とパルス指令をアナログ信号で重畳する。指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではパルス電圧指令）を電源部３０へ送出する。また、指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令のモニタ値（太矢印で示す）をＡＤ変換部２４へ送出する。

　判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合には、パワー指令の送出元（本実施形態では制御装置３の指令部１１）又は送出経路（本実施形態では制御装置３の指令部１１からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。また、判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値より高い第二閾値以下である場合には、パルス指令の送出元（本実施形態ではパルス生成部５０）又は送出経路（本実施形態ではパルス生成部５０からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。

　さらに、判定部１２は、光学部４０のレーザ光（本実施形態では、ｎ個の光学ユニット４１のレーザパワーと結合ユニット４２のレーザパワーのそれぞれ）のモニタ値がレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）にレーザ出力異常の原因があると判定する。また、判定部１２は、電源部３０の電気エネルギ（本実施形態では、ｎ個の電源ユニット３１の電流指令値のそれぞれ）のモニタ値がレーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、電源部３０（特定の電源ユニット３１）にレーザ出力異常の原因があると判定する。

　判定部１２は、前述の判定結果（レーザ出力異常の有無や原因箇所）を指令部１１及び警告部１３に送出する。レーザ出力異常が有ると判定された場合は、指令部１１はパワー指令の送出を停止し、警告部１３は前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常が有る旨をユーザに警告する。また、レーザ出力異常の原因箇所（パワー指令の送出元又は送出経路、又はパルス指令の送出元又は送出経路、又は電源部３０（特定の電源ユニット３１）、又は光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）等）が特定された場合は、警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ等）を介してレーザ出力異常の原因箇所をユーザに警告する。

　以上のように第二実施形態のレーザ発振器１によれば、異なる送出元（本実施形態では、制御装置３とパルス生成部５０）からのパワー指令とパルス指令を重畳した後のレーザ出力指令のモニタ値を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較するため、重畳する前のパワー指令又はパルス指令を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較する場合に比べ、レーザ出力異常を正確に且つ高速に検出できる。

　第一実施形態及び第二実施形態のレーザ発振器１の変形例として、指令重畳部２５は、発振器内部からのパワー指令と、発振器内部からのパルス指令とを重畳するように構成されてもよい。つまり、パワー指令は発振器内部の制御部１０（図１参照）から送出され、パルス指令は発振器内部のパルス生成部５０（図４参照）から送出され、指令重畳部２５は、発振器内部の異なる送出元（制御部１０とパルス生成部５０）からのパワー指令とパルス指令を重畳してもよい。

　以下、第三実施形態のレーザ発振器１について説明する。図５は、第三実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。第三実施形態のレーザ発振器１は、レーザ発振器１の各構成要素（インタフェース部２０、電源部３０、光学部４０等）からのアナログ信号のモニタ値（本実施形態ではアナログ電圧値）に基づいてレーザ出力異常の有無や原因箇所を判定する判定部１２を備えている点で、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。例えば判定部１２は、公知のコンパレータで構成され、インタフェース部２０のアナログ部２２に設けられている。

　判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値を第一閾値又は第二閾値と比較した判定結果、レーザ出力指令のモニタ値を各電源ユニット３１の電気エネルギのモニタ値と比較した判定結果、レーザ出力指令のモニタ値と各光学ユニット４１のレーザ光のモニタ値とを比較した判定結果、及びレーザ出力指令のモニタ値を結合ユニット４２のレーザ光のモニタ値と比較した判定結果を、ＡＤ変換部２４へ送出する。ＡＤ変換部２４は、これら判定結果をアナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換し、判定結果を指令部１１及び警告部１３へデジタル信号で送出する。

　レーザ出力異常が有ると判定された場合は、指令部１１はパワー指令の送出を停止し、警告部１３は前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常が有る旨をユーザに警告する。また、レーザ出力異常の原因箇所（パワー指令の送出元又は送出経路、又はパルス指令の送出元又は送出経路、又は電源部３０（特定の電源ユニット３１）、又は光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）等）が特定された場合は、警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ等）を介してレーザ出力異常の原因箇所をユーザに警告する。

　以上のように第三実施形態のレーザ発振器１によれば、判定部１２が種々のモニタ値をアナログ信号で比較し、二値の判定結果をアナログ信号からデジタル信号へ変換して送出するため、レーザ出力異常をより正確に且つより高速に検出できる。

　以下、第四実施形態のレーザ発振器１について説明する。図６は、第四実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。第四実施形態のレーザ発振器１は、パワー指令とパルス指令をデジタル信号で重畳する指令重畳部２５を備えており、アナログ部２２を備えていない点で、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。

　指令部１１は、予め指定されたレーザ出力条件（例えばピークパワー、ビームオンオフ等）に基づいてパワー指令を生成して指令重畳部２５へ送出する。指令重畳部２５は、異なる送出元（制御部１０と外部装置（パルス生成装置２））からのパワー指令とパルス指令をデジタル信号で重畳する。例えば指令重畳部２５は、パワー指令をパルス指令で変調する公知のデジタルパルス変調器（デジタルパルス変調回路）で構成される。ＤＡ変換部２３は、重畳されたレーザ出力指令（本実施形態ではデジタルパルス電圧指令）をデジタル信号からアナログ信号へＤＡ変換し、ＤＡ変換したレーザ出力指令を電源部３０へ送出する。また、指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではデジタルパルス電圧指令）のモニタ値をデジタル信号で判定部１２へ送出する。ＡＤ変換部２４は、レーザ出力指令以外のモニタ値（電源部３０からのモニタ値と光学部４０からのモニタ値）をアナログ信号からデジタル信号にＡＤ変換して判定部１２へ送出する。

　第四実施形態のレーザ発振器１によれば、指令重畳部２５は、レーザ出力指令（本実施形態ではデジタルパルス電圧指令）のモニタ値をデジタル信号のまま判定部１２へ送出するため、第一実施形態から第三実施形態までのレーザ発振器１と比べ、ＤＡ変換部２３やＡＤ変換部２４に起因するノイズの影響を抑制できる。レーザ出力指令のモニタ値は電源部３０又は光学部４０のモニタ値の基準値として使用されるため、ノイズの影響を抑制できることにより、判定部１２における判定精度を高めることができる。

　以下、第五実施形態のレーザ発振器１について説明する。図７は、第五実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。第五実施形態のレーザ発振器１は、発振器外部からのパワー指令と、発振器外部からのパルス指令とを重畳する点で、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。つまり、パワー指令は発振器外部の制御装置３から送出され、パルス指令は発振器外部のパルス生成装置２から送出される。また、レーザ発振器１は、パワー指令とパルス指令の双方をアナログ信号でインタフェース部２０に入力する。

　さらに、レーザ発振器１は、外部装置である制御装置３から入力したパワー指令を制御部２０に一旦戻し、所定の処理をパワー指令に施した後、再びインタフェース部２０へ送出し、処理を施したパワー指令とパルス指令を重畳する。つまり、レーザ発振器１は、指令部１１の代わりに、所定の処理をパワー指令に施す処理部１４を備えている点でも、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。処理部１４は、ソフトウェア（コンピュータで読取り可能なプログラムの一部又は全部等）で構成され、プロセッサによって実行されるが、他の実施形態では、ハードウェア（ＦＰＧＡ（field programmable gate array）のようなＰＬＤ（programmable logic device）等の半導体集積回路）で構成されてもよい。

　ＡＤ変換部２４は、外部装置である制御装置３からパワー指令（本実施形態ではアナログ電圧指令）をアナログ信号で入力し、入力したパワー指令をアナログ信号からデジタル信号へＡＤ変換して処理部１４へ送出する。本実施形態の処理部１４は、レーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされるレーザ出力指令（電圧指令）を外部装置からのパワー指令に加算する処理を施してＤＡ変換部２３へ送出するが、他の実施形態において処理部１４は、例えばビームオンオフ指令を外部装置からのパワー指令に加算する処理を施してＤＡ変換部２３へ送出してもよい。ＤＡ変換部２３は、処理を施したパワー指令をデジタル信号からアナログ信号へＤＡ変換して指令重畳部２５へ送出する。指令重畳部２５は、外部装置である制御装置３から入力し且つ処理を施したパワー指令と、外部装置であるパルス生成装置２から入力したパルス指令と、を重畳する。指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではパルス電圧指令）を電源部３０へ送出する。また、指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令のモニタ値（太矢印で示す）をＡＤ変換部２４へ送出する。

　判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合には、パワー指令（本実施形態ではレーザパワーが０Ｗを超えるために最低限必要とされるレーザ出力指令）の送出元（本実施形態では制御部１０の処理部１４であるが、他の実施形態では制御装置３になることもある）又は送出経路（本実施形態では制御部１０の処理部１４からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路であるが、他の実施形態では制御装置３から制御部１０の処理部１４を介してインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路になることもある）にレーザ出力異常の原因があると判定する。また、判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値より高い第二閾値以下である場合には、パルス指令の送出元（本実施形態ではパルス生成装置２）又は送出経路（本実施形態ではパルス生成装置２からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。

　判定部１２は、前述の判定結果（レーザ出力異常の有無や原因箇所）を処理部１４及び警告部１３に送出する。レーザ出力異常が有ると判定された場合は、処理部１４はパワー指令に施す所定の処理及びその送出を停止し、警告部１３は前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常が有る旨をユーザに警告する。また、レーザ出力異常の原因箇所（パワー指令の送出元又は送出経路、又はパルス指令の送出元又は送出経路、又は電源部３０（特定の電源ユニット３１）、又は光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）等）が特定された場合は、警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ等）を介してレーザ出力異常の原因箇所をユーザに警告する。

　以上のように第五実施形態のレーザ発振器１によれば、外部装置（本実施形態では、制御装置３）から入力したアナログ信号のパワー指令に所定の処理を施したとしても、処理を施したパワー指令とパルス指令を重畳した後のレーザ出力指令のモニタ値を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較するため、重畳する前のパワー指令又はパルス指令を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較する場合に比べ、レーザ出力異常を正確に且つ高速に検出できる。

　以下、第六実施形態のレーザ発振器１について説明する。図８は、第六実施形態のレーザ発振器１のブロック図である。第六実施形態のレーザ発振器１は、発振器外部からのパワー指令と、発振器外部からのパルス指令とを重畳する点で、第一実施形態のレーザ発振器１とは異なる。つまり、パワー指令は発振器外部の制御装置３から送出され、パルス指令は発振器外部のパルス生成装置２から送出される。また、レーザ発振器１は、パワー指令とパルス指令の双方をアナログ信号でインタフェース部２０に入力する。

　指令重畳部２５は、外部装置である制御装置３から入力したパワー指令と、外部装置であるパルス生成装置２から入力したパルス指令と、を重畳する。指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令（本実施形態ではパルス電圧指令）を電源部３０へ送出する。また、指令重畳部２５は、重畳したレーザ出力指令のモニタ値（太矢印で示す）をＡＤ変換部２４へ送出する。

　判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合には、パワー指令の送出元（本実施形態では外部装置である制御装置３）又は送出経路（本実施形態では制御装置３からインタフェース部２０の指令重畳部２２までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。また、判定部１２は、レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値より高い第二閾値以下である場合には、パルス指令の送出元（本実施形態では外部装置であるパルス生成装置２）又は送出経路（本実施形態ではパルス生成装置２からインタフェース部２０の指令重畳部２５までの経路）にレーザ出力異常の原因があると判定する。

　判定部１２は、前述の判定結果（レーザ出力異常の有無や原因箇所）を、ＤＡ変換部２３を介して指令重畳部２５に送出すると共に、警告部１３に送出する。レーザ出力異常が有ると判定された場合は、指令重畳部２５が外部装置である制御装置３からのパワー指令と外部装置であるパルス生成装置２からのパルス指令の重畳を停止し、警告部１３は前述のユーザインタフェース（ディスプレイ、ランプ、スピーカ等）を介してレーザ出力異常が有る旨をユーザに警告する。また、レーザ出力異常の原因箇所（パワー指令の送出元又は送出経路、又はパルス指令の送出元又は送出経路、又は電源部３０（特定の電源ユニット３１）、又は光学部４０（特定の光学ユニット４１又は結合ユニット４２）等）が特定された場合は、警告部１３は、前述のユーザインタフェース（ディスプレイ等）を介してレーザ出力異常の原因箇所をユーザに警告する。

　以上のように第六実施形態のレーザ発振器１によれば、異なる外部装置（本実施形態では、制御装置３とパルス生成装置２）から入力したアナログ信号のパワー指令とパルス指令を重畳した後のレーザ出力指令のモニタ値を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較するため、重畳する前のパワー指令又はパルス指令を電源部３０又は光学部４０のモニタ値と比較する場合に比べ、レーザ出力異常を正確に且つ高速に検出できる。

　第一実施形態から第六実施形態までのレーザ発振器１の比較例として、重畳したレーザ出力指令が電源部３０で電圧－電流変換した後のパルス電流指令である場合を検討する。この場合、重畳したレーザ出力指令のモニタ値は、電源部３０の電気エネルギ（本例ではパルス電流指令）のモニタ値になる。つまり判定部１２は、電源部３０からのレーザ出力指令（本例ではパルス電流指令）のモニタ値を、第一閾値、又は第二閾値、又は光学部４０のモニタ値と比較することになるが、レーザ出力異常の原因が電源部３０にあった場合、判定部１２はレーザ出力異常の有無や原因箇所を正確に検出できなくなることに留意されたい。

　また、前述のプロセッサ、他の半導体集積回路等で実行されるプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばＣＤ－ＲＯＭ等に記録して提供してもよいし、或いは有線又は無線を介してＷＡＮ（wide area network）又はＬＡＮ（local area network）上のサーバ装置から配信して提供してもよい。

　本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。

　１　レーザ発振器
　２　パルス生成装置
　３　制御装置
　１０　制御部
　１１　指令部
　１２　判定部
　１３　警告部
　１４　処理部
　２０　インタフェース部
　２１　デジタル部
　２２　アナログ部
　２３　ＤＡ変換部
　２４　ＡＤ変換部
　２５　指令重畳部
　３０　電源部
　３１　電源ユニット
　３２　電圧－電流変換部
　３３　モニタ部
　４０　光学部
　４１　光学ユニット
　４２　結合ユニット
　４３　電流－光変換部
　４４　モニタ部
　４５　光結合部
　４６　モニタ部
　５０　パルス生成部

Claims

　異なる送出元からのパワー指令とパルス指令を重畳する指令重畳部と、
　重畳したレーザ出力指令に基づいてレーザ光を発振する光学部と、
　を備え、
　前記光学部は前記レーザ光のモニタ値を送出するモニタ部を備え、前記モニタ値が前記レーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合にレーザ出力異常が検出される、レーザ発振器。
　前記重畳したレーザ出力指令に基づいて電気エネルギを生成する電源部をさらに備え、前記電源部は前記電気エネルギのモニタ値を送出するモニタ部を備え、前記モニタ値が前記レーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合にレーザ出力異常が検出される、請求項１に記載のレーザ発振器。
　前記レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合に前記パワー指令の異常が検出される、請求項１又は２に記載のレーザ発振器。
　前記レーザ出力指令のモニタ値が前記第一閾値より高い第二閾値以下である場合に前記パルス指令の異常が検出される、請求項３に記載のレーザ発振器。
　前記パワー指令を送出する制御部をさらに備え、前記指令重畳部は、前記パワー指令を前記制御部から受入れ、前記パルス指令を外部装置から受入れる、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
　前記パルス指令を送出するパルス生成部をさらに備え、前記指令重畳部は、前記パワー指令を外部装置から受入れ、前記パルス指令を前記パルス生成部から受入れる、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
　前記レーザ出力指令のモニタ値が第一閾値以下である場合には、前記パワー指令の送出元又は送出経路に前記レーザ出力異常の原因があると判定し、前記レーザ出力指令のモニタ値が前記第一閾値より高い第二閾値以下である場合には、前記パルス指令の送出元又は送出経路に前記レーザ出力異常の原因があると判定する判定部をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
　前記第一閾値及び前記第二閾値の少なくとも一方を指定する閾値設定部を備える、請求項４又は７に記載のレーザ発振器。
　前記光学部のモニタ値が前記レーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、前記光学部に前記レーザ出力異常の原因があると判定し、前記電源部のモニタ値が前記レーザ出力指令のモニタ値に対して所定以上の乖離がある場合には、前記電源部に前記レーザ出力異常の原因があると判定する判定部をさらに備える、請求項２に記載のレーザ発振器。