ファイバレーザ加工装置及び励起用レーザダイオード電源装置
【課題】ファイバレーザ加工装置において、アイソレーション・アンプを要することなく小規模で低コストの装置構成によって励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障を確実に検出すること。
【解決手段】このポンプＬＤ電源回路５０において、スイッチング制御部６６は、ポンプＬＤ３６（３８）と直流電源５２との間に接続されるスイッチング素子５４をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式によってスイッチング制御し、ポンプＬＤ３６（３８）に流れる駆動電流Ｉdの電流値を設定値に一致または近似させるようにしている。デューティ監視部６８は、スイッチング素子５４のスイッチング動作のデューティを監視し、デューティに基づいてポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障またはショート故障を検出する。
【解決手段】このポンプＬＤ電源回路５０において、スイッチング制御部６６は、ポンプＬＤ３６（３８）と直流電源５２との間に接続されるスイッチング素子５４をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式によってスイッチング制御し、ポンプＬＤ３６（３８）に流れる駆動電流Ｉdの電流値を設定値に一致または近似させるようにしている。デューティ監視部６８は、スイッチング素子５４のスイッチング動作のデューティを監視し、デューティに基づいてポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障またはショート故障を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置およびこれに使用可能な励起用レーザダイオード電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファイバレーザ加工装置では、レーザ発振用または増幅用の光ファイバを励起するための光源にレーザダイオード（ＬＤ）がよく用いられている（たとえば特許文献１，２）。
【０００３】
一般に、この種の励起用ＬＤを駆動するための電源回路は、励起用ＬＤに電力を供給するための直流電源と、この直流電源と励起用ＬＤとの間に接続されるスイッチング素子とを有し、このスイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式でスイッチング制御することにより、励起用ＬＤに所望の駆動電流を流すようにしている。これによって、励起用ＬＤは、駆動電流の電流値に応じたパワーで励起光を発振出力する。特に、高出力のファイバレーザ加工装置では、通常数十アンペア以上の大きな駆動電流が励起用ＬＤに流され、励起用ＬＤより数十ワット以上のハイパワーな励起光が発生される。
【０００４】
このようにファイバレーザ加工装置に用いられる励起用ＬＤは、ファイバレーザ光の生成に不可欠なものであるが、経時的に消耗・劣化するだけでなく、突発的にオープン（開路）故障またはショート（短絡）故障を起こすことがある。このようなオープン故障またはショート故障の多くは、励起用ＬＤ内で発生する熱によって引き起こされる。たとえば、活性領域内のＰ−Ｎ接合が熱で破壊されることによってショート故障になることがある。あるいは、励起用ＬＤと周囲の接続端子との間で半田が溶融することによって、半田付け結合（電気的接続）が破壊して、オープン故障に至ることがある。
【０００５】
いずれにしても、レーザ加工の最中に励起用ＬＤがオープン故障またはショート故障を起こしたときは、加工用レーザ光のパワーが全く意図しないものになるので、直ちにその事態を検出してレーザ加工を停止する必要がある。さらには、ユーザ（現場の作業員等）に励起用ＬＤの部品交換を促す必要がある。
【０００６】
この点に関して、従来の励起用ＬＤ電源装置は、励起用ＬＤの故障を検出するために、励起用ＬＤの端子（アノード端子／カソード端子）間の電圧をアイソレーション・アンプを通じて監視し、ＬＤ端子間電圧が異常に高くなったときはオープン故障とみなし、ＬＤ端子間電圧が異常に低くなったときはショート故障とみなすようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２７５２５０号
【特許文献２】特開２００９−２４８１５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の励起用ＬＤ電源装置は、上記のように励起用ＬＤの故障検出にアイソレーション・アンプを用いることにより、部品が多くて大規模かつコスト高になることが問題となっている。また、励起用ＬＤの端子がアイソレーション・アンプに直接接続されるため、アイソレーション・アンプが故障したならば、励起用ＬＤがその影響をまともに受けて、励起光を正常に発振出力できなくなるという不利点もある。
【０００９】
なお、励起用ＬＤの故障を検出するために、励起用ＬＤが含まれる負荷回路を流れる駆動電流を監視する従来手法もある。この手法は、励起用ＬＤがオープン故障を起こしたときは、負荷回路に電流が全く流れなくなるので、正しく故障検出を行える。しかし、励起用ＬＤがショート故障を起こしたときは、フィードバック制御により負荷回路には電流が正常に流れるので、そのショート故障を検出することができない。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、アイソレーション・アンプを要することなく小規模で低コストの装置構成によって励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障を確実に検出できるようにした励起用レーザダイオード電源装置およびこれを用いるファイバレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、前記駆動電流の電流値を測定する駆動電流測定部と、前記駆動電流測定部より得られる電流測定値が電流設定値に一致または近似するように、パルス幅変調制御方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部とを有する。
【００１２】
上記の装置構成において、レーザダイオードが正常に機能している限りは、駆動電流の電流値が電流設定値に対して大きくなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなって、駆動電流の電流値が増大する。また、駆動電流の電流値が電流設定値に対して小さくなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが小さくなって、駆動電流の電流値が減少する。
【００１３】
しかし、レーザダイオードがオープン故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に減少し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく大きくなる。また、レーザダイオードがショート故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に増大し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく小さくなる。
【００１４】
デューティ監視部は、スイッチング動作のデューティを監視し、上記のようにデューティが異常に大きくなった状態、またはデューティが異常に小さくなった状態を捉えて、レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたことを検出する。
【００１５】
本発明の第２の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、前記ファイバレーザより生成されるレーザ光のパワーを測定するレーザパワー測定部より得られるレーザパワー測定値がレーザパワー設定値に一致または近似するように、パルス幅制御変調方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部とを有する。
【００１６】
上記の装置構成において、レーザダイオードが正常に機能している限りは、ファイバレーザ光のパワーがレーザパワー設定値に対して高くなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなって、駆動電流の電流値が増大する。また、ファイバレーザ光のパワーがレーザパワー設定値に対して低くなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが小さくなって、駆動電流の電流値が減少する。
【００１７】
しかし、レーザダイオードがオープン故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に減少して、ファイバレーザ光のパワーが急激に低下し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく大きくなる。また、レーザダイオードがショート故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に増大して、ファイバレーザ光のパワーが急激に上昇し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく小さくなる。
【００１８】
デューティ監視部は、スイッチング動作のデューティを監視し、上記のようにデューティが異常に大きくなった状態、またはデューティが異常に小さくなった状態を捉えて、レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたことを検出する。
【００１９】
本発明の好適な一態様においては、デューティ監視部が、デューティ上限値を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値を超えたときに、当該レーザダイオードがオープン故障を起こしているとの通報を出力する。さらに好ましくは、デューティ監視部が、第１の判定時限時間を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値を超えた状態が第１の判定時限時間続いたときに、レーザダイオードがオープン故障を起こしていると判定する。
【００２０】
別の好適な一態様においては、デューティ監視部が、デューティ下限値を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値を割ったときに、レーザダイオードがショート故障を起こしているとの通報を出力する。さらに好ましくは、デューティ監視部が、第２の判定時限時間を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値を割った状態が第２の判定時限時間続いたときに、レーザダイオードがショート故障を起こしていると判定する。
【００２１】
本発明の好適な一態様においては、スイッチング制御部が、上記測定値と上記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、この誤差信号に基づいてスイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有する。そして、デューティ監視部が、誤差信号のレベルをデューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する。あるいは、デューティ監視部が、パルス幅変調制御信号のパルス幅をデューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値よりも大きいか否かを判定する。
【００２２】
別の好適な一態様においては、スイッチング制御部が、上記測定値と上記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、その誤差信号に基づいてスイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有する。そして、デューティ監視部が、誤差信号のレベルをデューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値よりも小さい否かを判定する。あるいは、デューティ監視部が、パルス幅変調制御信号のパルス幅をデューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値よりも小さいか否かを判定する。
【００２３】
本発明の第１のファイバレーザ加工装置は、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形のレーザ光を被加工物に集光照射するレーザ照射部と、前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは前記通報に応答して前記シード光源および前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部とを有する。
【００２４】
本発明の第２のファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と、前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部とを有する。
【００２５】
上記第１および第２のファイバレーザ加工装置は、本発明の励起用レーザダイオード電源装置を備えることより、励起用レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたときに適切に対応することが可能であり、装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置によれば、上記のような構成および作用により、アイソレーション・アンプを要することなく小規模で低コストな装置構成によって、励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障を確実に検出することができる。
【００２７】
本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障に対して適切な対処を行うことが可能であり、装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態によるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】上記ファイバレーザ加工装置のマーキング加工におけるマーキングパターンの一例を示す図である。
【図３】上記マーキング加工における各部の波形およびタイミングを示す図である。
【図４】上記ファイバレーザ加工装置で用いられるポンプＬＤ電源回路の構成を示す図である。
【図５】上記ポンプＬＤ電源回路に含まれるスイッチング制御部およびデューティ監視部の回路構成を示す図である。
【図６】上記スイッチング制御部のスイッチング動作における各部の波形を示す図である。
【図７Ａ】上記デューティ監視部の一作用を説明するための各部の波形を示す図である。
【図７Ｂ】上記デューティ監視部の一作用を説明するための各部の波形を示す図である。
【図８】一変形例におけるデューティ監視部の回路構成を示す図である。
【図９】一変形例におけるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３０】
図１に、本発明の一実施形態におけるＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式ファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、シード光発生部１０、第１および第２の増幅用光ファイバ（以下「アクティブファイバ」と称する）１２，１４およびレーザ照射部１６をアイソレータ１８，２０，２２および光結合器２４，２６を介して光学的に縦続接続している。
【００３１】
シード光発生部１０は、シード用のレーザダイオード（以下「シードＬＤ」と称する。）３０と、このシードＬＤ３０をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシードＬＤ電源回路３２と、シードＬＤ３０の温度を制御するＬＤ温調部３４とを有している。シードＬＤ３０は、ファイバカップリングＬＤとして構成されている。
【００３２】
シード光発生部１０と第１のアクティブファイバ１２との間に設けられる光結合器２４は、複数たとえば３つの入力ポート２４IN(1)，２４IN(2)，２４IN(3)と１つの出力ポート２４OUTとを有している。第１の入力ポート２４IN(1)には、アイソレータ１８を介してシードＬＤ３０が接続される。第２の入力ポート２４IN(2)には、第１のアクティブファイバ１２のコアを励起するための励起用ＬＤ（以下「ポンプＬＤ」と称する。）３６が接続される。第３の入力ポート２４IN(3)は、増設ポートであり、ここに別のポンプＬＤ３６（図示せず）を接続することも可能となっている。出力ポート２４OUTには、アクティブファイバ１２の入力端が接続される。
【００３３】
シード光発生部１０、アイソレータ１８および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対するシード光注入部が構成されている。また、ポンプＬＤ３６および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対する励起光注入部が構成されている。
【００３４】
第１のアクティブファイバ１２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ１２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３６の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３５】
第１のアクティブファイバ１２と第２のアクティブファイバ１４との間に設けられる光結合器２６は、複数たとえば７つの入力ポート２６IN(1)，２６IN(2)〜２６IN(7)と１つの出力ポート２６OUTとを有している。第１の入力ポート２６IN(1)には、アイソレータ２０を介して第１のアクティブファイバ１２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポート２６IN(2) 〜２６IN(5)には、第２のアクティブファイバ１４のコアを励起するためのポンプＬＤ３８がそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポート２６IN(2)，２６IN(7)は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプＬＤを増設することもできる。出力ポート２６OUTには、第２のアクティブファイバ１４の入力端が接続される。
【００３６】
第２のアクティブファイバ１４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ１４（第２段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３８の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３７】
レーザ照射部１６は、第２のアクティブファイバ１４の出力端より取り出されるパルス波形の加工用光ビームＬＢをたとえばコリメータ３９、ベントミラー４０等の光伝送系を介して受け取り、受け取った光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射するようになっている。たとえば、マーキング加工を行う場合、レーザ照射部１６にはガルバノスキャナが搭載される。
【００３８】
主制御部４４は、キーボードあるいはマウス等の入力部４６ａおよびディスプレイ等の表示部４６ｂを有するタッチパネル４６と接続するマイクロコンピュータからなり、メモリに格納された制御プログラムに基づいて上述した装置内の各部および装置全体の制御を行う。
【００３９】
このファイバレーザ加工装置において、マーキング加工を行う場合、シード光発生部１０は、所定の波長を有するパルス波形のシード光（ＬＤ光）を所望のパルス幅（たとえば０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（たとえば１０〜１００ｍＷ）および所望の繰り返し周波数（たとえば２０〜５００ｋＨｚ）で出力するように構成されている。なお、繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で出力するように構成することができる。シード光発生部１０より出力されたパルス波形のシード光は、アイソレータ１８および光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００４０】
一方、ポンプＬＤ３６は、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光を出力するように構成されている。ポンプＬＤ３６より出力される連続波の励起光は光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００４１】
第１のアクティブファイバ１２の中で、シード光は、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬する。一方、励起光は、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアクティブファイバ１２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のＹｂイオンを光励起する。
【００４２】
こうして、シード光と励起光とがアクティブファイバ１２を伝搬する間に、そのＹｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ１２の出力端より所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）を有するまでに増幅されたシード光つまり第１段増幅パルスの光ビームが出力される。
【００４３】
第１のアクティブファイバ１２の出力端から出た第１段増幅パルスの光ビームは、アイソレータ２０および光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。一方で、ポンプＬＤ３８からの連続波（ｃｗ）の励起光が光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。
【００４４】
第２のアクティブファイバ１４においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第１段増幅光ビームに置き換わるだけで、第１のアクティブファイバ１２と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ１４の出力端より所望のパワー（たとえば２０ｋＷのピークパワー）を有する第２段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４５】
こうして、第２のアクティブファイバ１４の出力端から取り出された第２段増幅パルスの光ビームが、加工用のレーザ光ＬＢとして、たとえばコリメータ３９、ベントミラー４０を介してレーザ照射部１６へ送られる。
【００４６】
レーザ照射部１６は、マーキング加工用のガルバノスキャナおよびｆθレンズを備えている。ガルバノスキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部４４の制御の下でシード光発生部１０のパルス発振動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、加工用レーザ光ＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Ｗの表面に施されるレーザ加工は、典型的には文字や図形等を描画するマーキング加工であるが、トリミング等の他の表面除去加工等も可能である。
【００４７】
図２および図３にこのファイバレーザ加工装置におけるマーキング加工の一例を示す。
【００４８】
図２に示すように、たとえば文字“Ａ”のマーキングパターンは、ｆ1→ｆ2の連続した第１ストロークの描画と、ｆ3→ｆ4の連続した第２ストロークの描画とで形成される。ここで、第１および第２のストロークを描画する期間（ｔ1〜ｔ2），（ｔ3〜ｔ4）中は、図３に示すように、シードＬＤ３０およびポンプＬＤ３６，３８よりシード光および励起光がそれぞれ出力されて、加工用レーザ光ＬＢが生成され、ガルバノスキャナが可動ミラーを首振り走査する。しかし、図２の点線で示すｆ2→ｆ3の期間（ｔ2〜ｔ3）中は、シードＬＤ３０およびポンプＬＤ３６，３８が発光動作を停止し、シード光および励起光ひいては加工用レーザ光ＬＢが出力されないまま、ガルバノスキャナが可動ミラーを首振り走査する。このように、各ストロークの描画が行われる期間中にポンプＬＤ３６，３８は励起光を発生するようになっている。
【００４９】
このファイバレーザ加工装置において、第１および第２のアクティブファイバ１２，１４のポンピングに用いられる各々のポンプＬＤ３６，３８は、主制御部４４からの制御信号および設定値ＰＣにしたがいポンプＬＤ電源回路５０によって駆動される。
【００５０】
一方で、ポンプＬＤ３６，３８がオープン（開路）故障またはショート（短絡）故障を起こしたときは、ポンプＬＤ電源回路５０からその旨の通報ＡＲが主制御部４４に送られる。主制御部４４は、レーザ加工の最中にポンプＬＤ電源回路５０より通報ＡＲを受け取ると、直ちにレーザ加工を停止するか、あるいは補償処置をとってレーザ加工を続行し、タッチパネル４６の表示部４６ｂを通じてその故障状況をユーザ（現場の作業員等）に伝えるようになっている。その際、故障を起こした当該ポンプＬＤ３６（３８）を特定する識別情報を表示することもできる。
【００５１】
以下、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０の構成および作用を説明する。
【００５２】
図４に示すように、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４およびチョークコイル５６を有している。さらに、直流電源５２と並列に平滑用のコンデンサ５８を接続するとともに、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）と並列にフライホイール・ダイオード６０を接続し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）にたとえばホール素子からなる電流センサ６２を取り付けている。駆動電流測定回路６４は、電流センサ６２の出力信号を基に駆動電流Ｉdの電流測定値ＭＩdとしてたとえば電流実効値を演算し、駆動電流測定値ＭＩdをフィードバック信号として後述するスイッチング制御部６６に与える。
【００５３】
直流電源５２は、たとえばＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータあるいはバッテリからなり、一定レベルの直流電圧を安定に出力するようになっている。スイッチング素子５４は、応答速度の高いトランジスタ、たとえば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００５４】
スイッチング制御部６６は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式のスイッチング制御信号ＳPWMによりスイッチング素子５４をたとえば２０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの一定周波数でオン・オフ制御する。スイッチング素子５４がスイッチング・オンしている期間中は、直流電源５２、スイッチング素子５４、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）を含む閉回路で駆動電流Ｉdが流れる。スイッチング素子５４がスイッチング・オフしている期間中は、チョークコイル５６に蓄積されていた電磁エネルギーが駆動電流ＩdとなってポンプＬＤ３６（３８）およびフライホイール・ダイオード６０を還流する。
【００５５】
こうして、スイッチング素子５４がスイッチング動作を行っている間は、ポンプＬＤ３６（３８）に直流の駆動電流Ｉdが持続的に流れ、ポンプＬＤ３６（３８）より駆動電流Ｉdの電流値に応じた光出力を有するＬＤ光が励起光として生成される。
【００５６】
上記ＰＷＭ制御において、スイッチング制御部６６は、主制御部４４より駆動電流設定値（電流制御信号）ＰＣAを受け取り、駆動電流測定回路６４より駆動電流測定値（フィードバック信号）ＭＩdを受け取る。
【００５７】
たとえばマーキング加工が行われる場合は、１回の連続したストロークの描画が終了すると、いったんそこでスイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が停止し、次のストロークの描画が開始すると、スイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が再開する。主制御部４４よりスイッチング制御部６６に与えられる駆動時間制御信号ＰＣtにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉd（つまり励起光）の持続時間および／または休止時間が任意に可変されるようになっている。
【００５８】
この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、スイッチング制御部６６によって制御されるスイッチング素子５４のスイッチング動作のデューティを監視し、デューティに基づいてポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障またはショート故障を検出するデューティ監視部６８を備えている。
【００５９】
図５に、スイッチング制御部６６およびデューティ監視部６８の構成を示す。
【００６０】
スイッチング制御部６６は、誤差増幅器７０、三角波発生回路７２、コンパレータ７４およびゲート回路７６を有している。誤差増幅器７０には、駆動電流測定回路６４からの駆動電流測定値（フィードバック信号）ＭＩdが入力されるとともに、主制御部４４（図１）からの駆動電流設定値（電流制御信号）ＰＣAが入力される。誤差増幅器７０は、たとえば差動増幅器からなり、駆動電流測定値ＭＩdを駆動電流設定値ＰＣAと比較して、その比較誤差（ＭＩd−ＰＣA）に応じた電圧レベルを有する誤差信号ＥＲを出力する。
【００６１】
三角波発生回路７２は、クロック回路７８よりＰＷＭ用の２０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚのクロック信号ＣＫを入力し、このクロック信号ＣＫに同期した三角波信号（または鋸波信号）ＫＭを出力する。
【００６２】
コンパレータ７４は、誤差増幅器７０からの誤差信号ＥＲおよび三角波発生回路７２からの三角波信号ＫＭを両入力端子(-),(+)にそれぞれ入力し、両入力信号ＥＲ，ＫＭのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ＞ＫＭのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ≦ＫＭのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をＰＷＭ制御信号ＳPWMとして発生する。
【００６３】
コンパレータ７４より出力されるＰＷＭ制御信号ＳPWMは、ＡＮＤ回路からなるゲート回路７６を介してスイッチング素子５４の制御端子に与えられる。スイッチング素子５４は、ＰＷＭ制御信号ＳPWMが論理値Ｌのときはオフし、ＰＷＭ制御信号ＳPWMが論理値Ｈのときはオンする。
【００６４】
ゲート回路７６は、主制御部４４（図１）からの駆動時間制御信号ＰＣtを入力し、この制御信号ＰＣtが論理値ＨのときはＰＷＭ制御信号ＳPWMの出力を可能とし、制御信号ＰＣtが論理値ＬのときはＰＷＭ制御信号ＳPWMの出力を禁止化または強制停止する。
【００６５】
上記のようなＰＷＭ制御方式のスイッチング動作において、たとえば、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに対して小さくなる方向に変化すると、図６の（ａ）に示すように誤差信号ＥＲ（ＭＩd−ＰＣA）のレベルが低下し、図６の（ｂ）に示すようにＰＷＭ制御信号ＳPWMのＨレベル期間ＰＷが大きくなる。それによって、スイッチング素子５４のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなり、図６の（ｃ）に示すように駆動電流Ｉdの電流値が増大する。こうして、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに再び一致または近似するようになる。
【００６６】
また、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに対して大きくなる方向に変化すると、図示省略するが、上記のようなＰＷＭ制御方式のフィードバックループ機構が働くことにより、駆動電流Ｉdの電流値が減少して、駆動電流設定値ＰＣAに再び一致または近似するようになる。
【００６７】
この実施形態では、上記のように、誤差信号ＥＲとデューティが逆比例関係にあり、誤差信号ＥＲが大きくなるほどデューティが小さくなり、誤差信号ＥＲが小さくなるほどデューティが大きくなる。もっとも、変形例として、誤差信号ＥＲが大きくなるほどデューティが大きくなり、誤差信号ＥＲが小さくなるほどデューティが小さくなるような比例関係にあってもよい。
【００６８】
次に、デューティ監視部６８（図５）の構成および作用を説明する。デューティ監視部６８は、設定部８０、コンパレータ８２，８４、ＯＲ回路８６およびカウンタ回路８８を有している。
【００６９】
設定部８０は、主制御部４４（図１）よりポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障およびショート故障の検出に必要な設定値ＰＣDを受け取る。この設定値ＰＣDには、デューティ上限値ＤＵ、デューティ下限値ＤＬおよび判定時限時間ＤＴが含まれる。
【００７０】
ここで、デューティ上限値ＤＵは、ポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障を起こしたときにスイッチング制御部６６においてスイッチング動作のデューティが顕著に大きくなる特性に鑑みて、たとえばデューティ８０％の値に選ばれる。また、デューティ下限値ＤＬは、ポンプＬＤ３６（３８）がショート故障を起こしたときにスイッチング制御部６６においてスイッチング動作のデューティが顕著に小さくなる特性に鑑みて、たとえばデューティ２０％の値に選ばれる。また、判定時限時間ＤＴは、ポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしたときはスイッチング制御部６６においてデューティの異常に大きい状態または小さい状態が持続される特性に鑑みて、たとえばＰＷＭのクロックベースで１０サイクルの長さに選ばれる。因みに、クロックＣＫが１００ｋＨｚの場合、１０サイクルの時間は０．１ｍｓｅｃである。
【００７１】
設定部８０は、デューティ上限値ＤＵに対応した電圧レベルを有する第１基準値ＥＲDUをコンパレータ８２の一方の入力端子(+）に与え、デューティ下限値ＤＬに対応した電圧レベルを有する第２基準値ＥＲDLをコンパレータ８４の一方の入力端子(-）に与え、判定時限時間ＤＴに対応するカウント値ＮDTをカウンタ８８のプリセット端子(P)に与える。
【００７２】
コンパレータ８２，８４は、それぞれの他方の入力端子(-),(+)に、スイッチング制御部６６内で生成される誤差信号ＥＲを受け取る。一方のコンパレータ８２は、両入力信号ＥＲ，ＥＲDUのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ≦ＥＲDUのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ＞ＥＲDUのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUとして発生する。このデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUは、ＯＲ回路８６を介してカウンタ８８のセット端子(S)およびリセット端子(R)に与えられる。
【００７３】
他方のコンパレータ８４は、両入力信号ＥＲ，ＥＲDLのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ≦ＥＲDLのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ＞ＥＲDLのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLとして発生する。このデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLも、ＯＲ回路８６を介してカウンタ８８のセット端子(S)およびリセット端子(R)に与えられる。
【００７４】
カウンタ８８は、クロック回路７８からのクロック信号ＣＫをクロック端子(C)に受け取り、セット端子(S)およびリセット端子(R)に論理値Ｈの信号を入力している間はクロック信号ＣＫをカウントし、計数値がプリセット値ＮDTに到達すると、出力端子(Q)より論理値Ｈの信号を出力するようになっている。この論理値Ｈの出力信号は、上記通報ＡＲとして、主制御部４４へ与えられる。また、セット端子(S)およびリセット端子(R)に論理値Ｌの信号を入力した時または入力している間は、カウント動作を停止し、計数値を初期値に戻し、または初期値にホールドされるようになっている。
【００７５】
図７Ａおよび図７Ｂにつき、デューティ監視部６８の作用を説明する。
【００７６】
上記ファイバレーザ加工装置（図１）において、レーザ加工の最中にいずれかのポンプＬＤ３６（３８）が突発的にショート故障を起こしたとする。その場合、当該ポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０においては、それまでは正常であった（つまり、駆動電流設定値ＰＣAに一致または近似していた）駆動電流Ｉdの電流値がポンプＬＤ３６（３８）の短絡によって急激に増大する。
【００７７】
当該ポンプＬＤ電源回路５０に備えられる上記ＰＷＭ制御フィードバックループ機構においては、駆動電流Ｉdの増大に応じて駆動電流測定値ＭＩdが増大し、それによって図７Ａに示すように誤差信号ＥＲのレベルが増大し、ＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈの期間）ＰＷの比率つまりデューティが減少する。そして、デューティがデューティ下限値（たとえば２０％）を割った時、つまり誤差信号ＥＲが第２基準値ＥＲDLより大きくなった時（図７Ａの時点ｔp）に、コンパレータ８４より出力されるデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLがそれまで論理値Ｌから論理値Ｈに変わる。なお、コンパレータ８２においては、第１基準値ＥＲDUのレベルが相当低いため、この場面では定常的にＥＲ＞ＥＲDUであり、デューティ上限超過モニタ信号ＤＭUは論理値Ｌを維持する。
【００７８】
上記のように、コンパレータ８４より出力されるデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLが論理値Ｌから論理値Ｈに変わると、それに応答してカウンタ８８がクロック信号ＣＫのカウント動作を開始する。この場合、駆動電流Ｉdの増大はポンプＬＤ３６（３８）のショート故障が原因であるので、上記のようなデューティを減少させる方向のフィードバック制御（ＰＷＭ制御）は持続する。これにより、カウンタ８８はプリセット値ＮDTまでカウントし、出力端子(Q)より論理値Ｈの通報ＡＲを出力する。
【００７９】
次に、別のケースとして、レーザ加工の最中にいずれかのポンプＬＤ３６（３８）が突発的にオープン故障を起こしたとする。この場合は、当該ポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０において、それまでは正常であった（つまり、駆動電流設定値ＰＣAに一致または近似していた）駆動電流Ｉdの電流値がポンプＬＤ３６（３８）の開路または遮断によって急激に減少する。
【００８０】
当該ポンプＬＤ電源回路５０に備えられている上記ＰＷＭ制御フィードバックループ機構においては、駆動電流Ｉdの急激な減少に応じて駆動電流測定値ＭＩdが急激に減少し、それによって図７Ｂに示すように誤差信号ＥＲのレベルが減少し、ＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈの期間）ＰＷの比率つまりデューティが増大する。そして、デューティがデューティ上限値（たとえば８０％）を超えた時、つまり誤差信号ＥＲが第１基準値ＥＲDUより小さくなった時（図７Ｂの時点ｔp）に、コンパレータ８２より出力されるデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUがそれまでの論理値Ｌから論理値Ｈに変わる。なお、コンパレータ８４においては、第２基準値ＥＲDLのレベルが相当高いため、この場面では定常的にＥＲ＜ＥＲDUであり、デューティ下限未満モニタ信号ＤＭLは論理値Ｌを維持する。
【００８１】
上記のように、コンパレータ８２より論理値Ｈのデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUが出力されると、それに応答してカウンタ８８がクロック信号ＣＫをカウントする動作（計時動作）を開始する。この場合、上記のような駆動電流Ｉdの顕著な減少はポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障が原因であるので、上記のようなデューティを増大させる方向のフィードバック制御（ＰＷＭ制御）は持続する。これにより、カウンタ８８はプリセット値ＮDT（判定時限時間ＤＴ）までカウント（計時）し、出力端子(Q)より論理値Ｈの通報ＡＲを出力する。
【００８２】
上記のように、ポンプＬＤ３６（３８）で突発的なオープン故障またはショート故障が起こると、このポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０のデューティ監視部６８よりその故障状況を知らせる通報ＡＲが出力される。この通報ＡＲは、主制御部４４（図１）に送られる。
【００８３】
なお、ポンプＬＤ３６（３８）が故障しないで正常に機能していても、スイッチング動作の中でデューティがデューティ下限値（２０％）を割り、またはデューティ上限値（８０％）を超えることがある。しかし、それは一瞬であり、ＰＷＭ制御フィードバックループ機構の働きにより、直ぐにデューティが定常ダイナミック範囲（上記の例では２０％〜８０％）に戻る。これにより、正常動作中には、コンパレータ８２，８４より論理値Ｈのデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUまたはデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLが出力されて、カウンタ８８がクロックＣＫのカウント（計時）を開始したとしても、判定時限時間ＤＴが経過する前に、そのモニタ信号ＤＭU（ＤＭL）が論理値Ｈから論理値Ｌに戻ってカウンタ８８がリセットされる。したがって、誤って通報ＡＲが発生されることはない。
【００８４】
主制御部４４は、いずれかのポンプＬＤ電源回路５０より通報ＡＲを受け取ると、一態様として、装置内の全てのポンプＬＤ電源回路５０およびシードＬＤ電源回路３２のＬＤ駆動動作を停止させて、つまり装置内の全てのポンプＬＤ３６（３８）およびシードＬＤ３２の励起光発振出力動作を止めて、レーザ加工を停止する。そして、停止の原因として、いずれかのポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしたことを表示する。その際、故障を起こした当該ポンプＬＤ３６（３８）を特定して表示することもできる。
【００８５】
別の一態様として、主制御部４４は、故障したポンプＬＤ３６（３８）を駆動している当該ポンプＬＤ電源回路５０だけを停止させ、残りの全てのポンプＬＤ電源回路５０を止めないで、レーザ加工を続行または継続することも可能である。その場合、故障によって欠けたポンプＬＤ３６（３８）の励起光を残りの全てのポンプＬＤ３６（３８）が補うように、継続使用される各ＬＤ電源回路５０において駆動電流設定値ＰＣAを調整するようにしてもよい。あるいは、増設ポートに接続されている予備のポンプＬＤ３６（３８）およびポンプＬＤ電源回路５０を使用することも可能である。もちろん、この場合も、故障を起こしたポンプＬＤ３６（３８）を特定表示して、その部品交換を促してよい。
【００８６】
上記のように、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、アイソレーション・アンプを必要とせず、代わりに小規模で低コストな回路構成のデューティ監視部６８によって、ポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障およびショート故障を確実に検出することができる。
【００８７】
また、この実施形態におけるファイバレーザ加工装置は、上記のような構成および機能を有するポンプＬＤ電源回路５０を備えることにより、いずれかのポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしても適切に対応することが可能であり、装置の信頼性を大きく向上させることができる。
【００８８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００８９】
たとえば、上記実施例では、デューティ監視部６８の設定部８０においてデューティ上限値ＤＵおよびデューティ下限値ＤＬにそれぞれ対応した電圧レベルを有する第１および第２基準値ＥＲDU，ＥＲDLを設定し、スイッチング制御部６６の誤差増幅器７０より出力される誤差信号ＥＲをコンパレータ８２，８４により第１および第２基準値ＥＲDU，ＥＲDLと比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値ＤＵより大きいか否か、およびデューティ下限値ＤＬより小さいか否かを判定するようにした。
【００９０】
別の実施例として、図８に示すように、設定部８０においてデューティ上限値ＤＵおよびデューティ下限値ＤＬにそれぞれ対応したパルス幅を有する第１および第２基準値ＰＷDU，ＰＷDLを設定し、スイッチング制御部６６のコンパレータ７４より出力されるＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈ期間）ＰＷをパルス幅測定部９０により測定または監視し、そのパルス幅測定値または監視値ＰＷをパルス幅比較器９２，９４により第１および第２基準値ＰＷDU，ＰＷDLと比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値ＤＵより大きいか否か、およびデューティ下限値ＤＬより小さいか否かを判定することも可能である。
【００９１】
上記実施形態はＭＯＰＡファイバレーザ加工装置に係わるものであったが、本発明は任意のファイバレーザ加工装置に適用可能であり、たとえば図９に示すようなファイバレーザ加工装置にも適用可能である。
【００９２】
このファイバレーザ加工装置は、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接に好適に使用可能なレーザ加工機であり、主としてファイバレーザ発振器１００、励起用ＬＤ１０２、励起用ＬＤ電源回路１０４、ファイバ伝送系１０６、レーザ出射部１０８、主制御部１１０、タッチパネル１１２等で構成されている。
【００９３】
ファイバレーザ発振器１００は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）１１４と、この発振ファイバ１１４を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー１１６，１１８とを有している。
【００９４】
励起用のＬＤ１０２は、励起用ＬＤ電源回路１０４より供給されるパルス状の駆動電流Ｉdによって発光駆動され、ファイバレーザ発振器１００内のレーザ励起（ポンピング）に用いるパルス状のＬＤ光つまり励起光ＭＢを発振出力する。ＬＤ１０２を構成するＬＤ素子の個数は任意であり、アレイ構造あるいはスタック構造をとることも可能である。
【００９５】
ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２０は、ＬＤ１０２からの励起光ＭＢを発振ファイバ１１２の一端面に集光入射させる。ＬＤ１０２と光学レンズ１２０との間に配置される光共振器ミラー１１６は、ＬＤ１０２側から入射した励起光ＭＢを透過させ、発振ファイバ１１４側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するようにコーティングがなされている。
【００９６】
発振ファイバ１１４は、希土類元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ１１４の一端面に入射した励起光ＭＢは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ１１４の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー１１６，１１８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー１１８より上記所定波長を有するパルス状のファイバレーザ光ＦＢが取り出される。
【００９７】
なお、ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２２は、発振ファイバ１１４の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー１１８へ通し、光共振器ミラー１１８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ１１４の端面に集光させる。また、発振ファイバ１１４を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ１２２および光共振器ミラー１１８を透過したのち折り返しミラー１２４にて側方のレーザ吸収体１２６に向けて折り返される。光共振器ミラー１１８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー１２４をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ１２８を通ってからファイバ伝送系１０６のレーザ入射部１３０に入る。
【００９８】
ビームスプリッタ１２８は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）１３２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）１３２の正面に、ビームスプリッタ１２８からの反射光またはモニタ光ＲFBを集光させる集光レンズ１３４が配置されてよい。
【００９９】
フォトダイオード（ＰＤ）１３２は、ビームスプリッタ１２８からのモニタ光ＲFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（レーザパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）を出力する。レーザ出力測定回路１３６は、フォトダイオード１３２の出力信号を基に、アナログ信号処理によってファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力測定値ＭFBを求める。レーザ出力測定回路１３６で得られたレーザ出力測定値ＭFBは、パワーフィードバック制御用のフィードバック信号として励起用ＬＤ電源回路１０４に与えられる。
【０１００】
ビームスプリッタ１２８をまっすぐ透過してレーザ入射部１３０に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー１３８で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット１４０内で集光レンズ１４２により集光されてファイバ伝送系１０６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）１４４の一端面に入射する。伝送用光ファイバ１４４は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット１４０内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１０８の出射ユニット１４６まで伝送する。出射ユニット１４６は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ１４８と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ１５０とを有している。
【０１０１】
レーザ溶接加工が行われる時は、励起用ＬＤ電源回路１０４より波形制御された駆動電流ＩdがＬＤ１０２に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００内でＬＤ１０２より駆動電流Ｉdの波形に対応した出力波形の励起光ＭＢが発振ファイバ１０４に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００よりＬＤ出力波形に対応したレーザ出力波形を有するファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。この波形制御されたファイバレーザ光ＦＢが、レーザ入射部１３０、ファイバ伝送系１０６およびレーザ出射部１０８を介して被加工物Ｗの溶接ポイントまたは溶接ラインに集光照射される。該溶接ポイントまたは溶接ラインにおいては、ファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【０１０２】
このファイバレーザ加工装置においては、励起用ＬＤ電源回路１０４に本発明を適用することができる。この励起用ＬＤ電源回路１０４は、上記実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０と同様の構成を有してよく、レーザ出力測定回路１３６で得られるレーザ出力測定値ＭFBが設定値に一致または近似するように、ＰＷＭ制御方式によりスイッチング素子５４のスイッチング動作を制御するようになっている。
【０１０３】
この場合、スイッチング制御部６６の誤差増幅器７０（図５、図８）には、レーザ出力測定回路１３６からのレーザ出力測定値ＭFBと主制御部１１０からのレーザ出力設定値ＰＣPが入力される。誤差増幅器７０は、レーザ出力測定値ＭFBをレーザ出力設定値ＰＣPと比較して、その比較誤差（ＭFB−ＰＣP）に応じた電圧レベルを有する誤差信号ＥＲを出力する。コンパレータ７４は、誤差増幅器７０からの誤差信号ＥＲおよび三角波発生回路７２からの三角波信号ＫＭを両入力端子(-),(+)にそれぞれ入力し、両入力信号ＥＲ，ＫＭのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ＞ＫＭのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ≦ＫＭのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をＰＷＭ制御信号ＳPWMとして発生する。
【０１０４】
この励起用ＬＤ電源回路１０４にも、上記実施形態と同様のデューティ監視部６８が備えられている。したがって、ＬＤ１０２で突発的なオープン故障またはショート故障が起こると、励起用ＬＤ電源回路１０４内のデューティ監視部６８よりその故障状況を知らせる通報ＡＲが主制御部１１０に送られる。
【０１０５】
主制御部１１０は、励起用ＬＤ電源回路１０４より通報ＡＲを受け取ると、励起用ＬＤ電源回路１０４のＬＤ駆動動作を停止させて、ファイバレーザ光ＦＢの発振出力動作を止めて、レーザ加工を停止する。これによって、ＬＤ１０２のオープン故障またはショート故障に起因するレーザ加工の不良を防止することができる。
【０１０６】
なお、使用する励起用ＬＤの故障原因が常にオープン故障もしくはショート故障のいずれかに決まっている場合は、デューティ監視部は可能性の高いオープン故障もしくはショート故障のいずれかのみを検出する機能で済ますことも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ シード光発生部
１２ 第１のアクティブファイバ
１４ 第２のアクティブファイバ
１６ レーザ照射部
３０ シードＬＤ
３２ シード用ＬＤ電源回路
３６，３８ ポンプＬＤ
４４ 主制御部
５０ ポンプＬＤ電源回路
５２ 直流電源
５４ スイッチング素子
６２ 電流センサ
６４ 駆動電流測定回路
６６ スイッチング制御部
６８ デューティ監視部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置およびこれに使用可能な励起用レーザダイオード電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファイバレーザ加工装置では、レーザ発振用または増幅用の光ファイバを励起するための光源にレーザダイオード（ＬＤ）がよく用いられている（たとえば特許文献１，２）。
【０００３】
一般に、この種の励起用ＬＤを駆動するための電源回路は、励起用ＬＤに電力を供給するための直流電源と、この直流電源と励起用ＬＤとの間に接続されるスイッチング素子とを有し、このスイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）方式でスイッチング制御することにより、励起用ＬＤに所望の駆動電流を流すようにしている。これによって、励起用ＬＤは、駆動電流の電流値に応じたパワーで励起光を発振出力する。特に、高出力のファイバレーザ加工装置では、通常数十アンペア以上の大きな駆動電流が励起用ＬＤに流され、励起用ＬＤより数十ワット以上のハイパワーな励起光が発生される。
【０００４】
このようにファイバレーザ加工装置に用いられる励起用ＬＤは、ファイバレーザ光の生成に不可欠なものであるが、経時的に消耗・劣化するだけでなく、突発的にオープン（開路）故障またはショート（短絡）故障を起こすことがある。このようなオープン故障またはショート故障の多くは、励起用ＬＤ内で発生する熱によって引き起こされる。たとえば、活性領域内のＰ−Ｎ接合が熱で破壊されることによってショート故障になることがある。あるいは、励起用ＬＤと周囲の接続端子との間で半田が溶融することによって、半田付け結合（電気的接続）が破壊して、オープン故障に至ることがある。
【０００５】
いずれにしても、レーザ加工の最中に励起用ＬＤがオープン故障またはショート故障を起こしたときは、加工用レーザ光のパワーが全く意図しないものになるので、直ちにその事態を検出してレーザ加工を停止する必要がある。さらには、ユーザ（現場の作業員等）に励起用ＬＤの部品交換を促す必要がある。
【０００６】
この点に関して、従来の励起用ＬＤ電源装置は、励起用ＬＤの故障を検出するために、励起用ＬＤの端子（アノード端子／カソード端子）間の電圧をアイソレーション・アンプを通じて監視し、ＬＤ端子間電圧が異常に高くなったときはオープン故障とみなし、ＬＤ端子間電圧が異常に低くなったときはショート故障とみなすようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２７５２５０号
【特許文献２】特開２００９−２４８１５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の励起用ＬＤ電源装置は、上記のように励起用ＬＤの故障検出にアイソレーション・アンプを用いることにより、部品が多くて大規模かつコスト高になることが問題となっている。また、励起用ＬＤの端子がアイソレーション・アンプに直接接続されるため、アイソレーション・アンプが故障したならば、励起用ＬＤがその影響をまともに受けて、励起光を正常に発振出力できなくなるという不利点もある。
【０００９】
なお、励起用ＬＤの故障を検出するために、励起用ＬＤが含まれる負荷回路を流れる駆動電流を監視する従来手法もある。この手法は、励起用ＬＤがオープン故障を起こしたときは、負荷回路に電流が全く流れなくなるので、正しく故障検出を行える。しかし、励起用ＬＤがショート故障を起こしたときは、フィードバック制御により負荷回路には電流が正常に流れるので、そのショート故障を検出することができない。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、アイソレーション・アンプを要することなく小規模で低コストの装置構成によって励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障を確実に検出できるようにした励起用レーザダイオード電源装置およびこれを用いるファイバレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、前記駆動電流の電流値を測定する駆動電流測定部と、前記駆動電流測定部より得られる電流測定値が電流設定値に一致または近似するように、パルス幅変調制御方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部とを有する。
【００１２】
上記の装置構成において、レーザダイオードが正常に機能している限りは、駆動電流の電流値が電流設定値に対して大きくなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなって、駆動電流の電流値が増大する。また、駆動電流の電流値が電流設定値に対して小さくなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが小さくなって、駆動電流の電流値が減少する。
【００１３】
しかし、レーザダイオードがオープン故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に減少し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく大きくなる。また、レーザダイオードがショート故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に増大し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく小さくなる。
【００１４】
デューティ監視部は、スイッチング動作のデューティを監視し、上記のようにデューティが異常に大きくなった状態、またはデューティが異常に小さくなった状態を捉えて、レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたことを検出する。
【００１５】
本発明の第２の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、前記ファイバレーザより生成されるレーザ光のパワーを測定するレーザパワー測定部より得られるレーザパワー測定値がレーザパワー設定値に一致または近似するように、パルス幅制御変調方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部とを有する。
【００１６】
上記の装置構成において、レーザダイオードが正常に機能している限りは、ファイバレーザ光のパワーがレーザパワー設定値に対して高くなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなって、駆動電流の電流値が増大する。また、ファイバレーザ光のパワーがレーザパワー設定値に対して低くなる方向に変化すると、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが小さくなって、駆動電流の電流値が減少する。
【００１７】
しかし、レーザダイオードがオープン故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に減少して、ファイバレーザ光のパワーが急激に低下し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく大きくなる。また、レーザダイオードがショート故障を起こすと、駆動電流の電流値が急激に増大して、ファイバレーザ光のパワーが急激に上昇し、これに対してＰＷＭ方式のフィードバック制御が効かなくなり、スイッチング素子のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが著しく小さくなる。
【００１８】
デューティ監視部は、スイッチング動作のデューティを監視し、上記のようにデューティが異常に大きくなった状態、またはデューティが異常に小さくなった状態を捉えて、レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたことを検出する。
【００１９】
本発明の好適な一態様においては、デューティ監視部が、デューティ上限値を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値を超えたときに、当該レーザダイオードがオープン故障を起こしているとの通報を出力する。さらに好ましくは、デューティ監視部が、第１の判定時限時間を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値を超えた状態が第１の判定時限時間続いたときに、レーザダイオードがオープン故障を起こしていると判定する。
【００２０】
別の好適な一態様においては、デューティ監視部が、デューティ下限値を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値を割ったときに、レーザダイオードがショート故障を起こしているとの通報を出力する。さらに好ましくは、デューティ監視部が、第２の判定時限時間を設定し、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値を割った状態が第２の判定時限時間続いたときに、レーザダイオードがショート故障を起こしていると判定する。
【００２１】
本発明の好適な一態様においては、スイッチング制御部が、上記測定値と上記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、この誤差信号に基づいてスイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有する。そして、デューティ監視部が、誤差信号のレベルをデューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する。あるいは、デューティ監視部が、パルス幅変調制御信号のパルス幅をデューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ上限値よりも大きいか否かを判定する。
【００２２】
別の好適な一態様においては、スイッチング制御部が、上記測定値と上記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、その誤差信号に基づいてスイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有する。そして、デューティ監視部が、誤差信号のレベルをデューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値よりも小さい否かを判定する。あるいは、デューティ監視部が、パルス幅変調制御信号のパルス幅をデューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティがデューティ下限値よりも小さいか否かを判定する。
【００２３】
本発明の第１のファイバレーザ加工装置は、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形のレーザ光を被加工物に集光照射するレーザ照射部と、前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは前記通報に応答して前記シード光源および前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部とを有する。
【００２４】
本発明の第２のファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と、前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部とを有する。
【００２５】
上記第１および第２のファイバレーザ加工装置は、本発明の励起用レーザダイオード電源装置を備えることより、励起用レーザダイオードがオープン故障またはショート故障を起こしたときに適切に対応することが可能であり、装置の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の励起用レーザダイオード電源装置によれば、上記のような構成および作用により、アイソレーション・アンプを要することなく小規模で低コストな装置構成によって、励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障を確実に検出することができる。
【００２７】
本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、励起用レーザダイオードのオープン故障およびショート故障に対して適切な対処を行うことが可能であり、装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態によるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】上記ファイバレーザ加工装置のマーキング加工におけるマーキングパターンの一例を示す図である。
【図３】上記マーキング加工における各部の波形およびタイミングを示す図である。
【図４】上記ファイバレーザ加工装置で用いられるポンプＬＤ電源回路の構成を示す図である。
【図５】上記ポンプＬＤ電源回路に含まれるスイッチング制御部およびデューティ監視部の回路構成を示す図である。
【図６】上記スイッチング制御部のスイッチング動作における各部の波形を示す図である。
【図７Ａ】上記デューティ監視部の一作用を説明するための各部の波形を示す図である。
【図７Ｂ】上記デューティ監視部の一作用を説明するための各部の波形を示す図である。
【図８】一変形例におけるデューティ監視部の回路構成を示す図である。
【図９】一変形例におけるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３０】
図１に、本発明の一実施形態におけるＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式ファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、シード光発生部１０、第１および第２の増幅用光ファイバ（以下「アクティブファイバ」と称する）１２，１４およびレーザ照射部１６をアイソレータ１８，２０，２２および光結合器２４，２６を介して光学的に縦続接続している。
【００３１】
シード光発生部１０は、シード用のレーザダイオード（以下「シードＬＤ」と称する。）３０と、このシードＬＤ３０をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシードＬＤ電源回路３２と、シードＬＤ３０の温度を制御するＬＤ温調部３４とを有している。シードＬＤ３０は、ファイバカップリングＬＤとして構成されている。
【００３２】
シード光発生部１０と第１のアクティブファイバ１２との間に設けられる光結合器２４は、複数たとえば３つの入力ポート２４IN(1)，２４IN(2)，２４IN(3)と１つの出力ポート２４OUTとを有している。第１の入力ポート２４IN(1)には、アイソレータ１８を介してシードＬＤ３０が接続される。第２の入力ポート２４IN(2)には、第１のアクティブファイバ１２のコアを励起するための励起用ＬＤ（以下「ポンプＬＤ」と称する。）３６が接続される。第３の入力ポート２４IN(3)は、増設ポートであり、ここに別のポンプＬＤ３６（図示せず）を接続することも可能となっている。出力ポート２４OUTには、アクティブファイバ１２の入力端が接続される。
【００３３】
シード光発生部１０、アイソレータ１８および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対するシード光注入部が構成されている。また、ポンプＬＤ３６および光結合器２４によって、第１のアクティブファイバ１２に対する励起光注入部が構成されている。
【００３４】
第１のアクティブファイバ１２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ１２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３６の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３５】
第１のアクティブファイバ１２と第２のアクティブファイバ１４との間に設けられる光結合器２６は、複数たとえば７つの入力ポート２６IN(1)，２６IN(2)〜２６IN(7)と１つの出力ポート２６OUTとを有している。第１の入力ポート２６IN(1)には、アイソレータ２０を介して第１のアクティブファイバ１２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポート２６IN(2) 〜２６IN(5)には、第２のアクティブファイバ１４のコアを励起するためのポンプＬＤ３８がそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポート２６IN(2)，２６IN(7)は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプＬＤを増設することもできる。出力ポート２６OUTには、第２のアクティブファイバ１４の入力端が接続される。
【００３６】
第２のアクティブファイバ１４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）がたとえば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ１４（第２段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３８の総合出力によりたとえば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。
【００３７】
レーザ照射部１６は、第２のアクティブファイバ１４の出力端より取り出されるパルス波形の加工用光ビームＬＢをたとえばコリメータ３９、ベントミラー４０等の光伝送系を介して受け取り、受け取った光ビームＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射するようになっている。たとえば、マーキング加工を行う場合、レーザ照射部１６にはガルバノスキャナが搭載される。
【００３８】
主制御部４４は、キーボードあるいはマウス等の入力部４６ａおよびディスプレイ等の表示部４６ｂを有するタッチパネル４６と接続するマイクロコンピュータからなり、メモリに格納された制御プログラムに基づいて上述した装置内の各部および装置全体の制御を行う。
【００３９】
このファイバレーザ加工装置において、マーキング加工を行う場合、シード光発生部１０は、所定の波長を有するパルス波形のシード光（ＬＤ光）を所望のパルス幅（たとえば０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（たとえば１０〜１００ｍＷ）および所望の繰り返し周波数（たとえば２０〜５００ｋＨｚ）で出力するように構成されている。なお、繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で出力するように構成することができる。シード光発生部１０より出力されたパルス波形のシード光は、アイソレータ１８および光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００４０】
一方、ポンプＬＤ３６は、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光を出力するように構成されている。ポンプＬＤ３６より出力される連続波の励起光は光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに注入される。
【００４１】
第１のアクティブファイバ１２の中で、シード光は、コアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬する。一方、励起光は、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながらアクティブファイバ１２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のＹｂイオンを光励起する。
【００４２】
こうして、シード光と励起光とがアクティブファイバ１２を伝搬する間に、そのＹｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ１２の出力端より所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）を有するまでに増幅されたシード光つまり第１段増幅パルスの光ビームが出力される。
【００４３】
第１のアクティブファイバ１２の出力端から出た第１段増幅パルスの光ビームは、アイソレータ２０および光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。一方で、ポンプＬＤ３８からの連続波（ｃｗ）の励起光が光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに注入される。
【００４４】
第２のアクティブファイバ１４においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第１段増幅光ビームに置き換わるだけで、第１のアクティブファイバ１２と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ１４の出力端より所望のパワー（たとえば２０ｋＷのピークパワー）を有する第２段増幅パルスの光ビームが出される。
【００４５】
こうして、第２のアクティブファイバ１４の出力端から取り出された第２段増幅パルスの光ビームが、加工用のレーザ光ＬＢとして、たとえばコリメータ３９、ベントミラー４０を介してレーザ照射部１６へ送られる。
【００４６】
レーザ照射部１６は、マーキング加工用のガルバノスキャナおよびｆθレンズを備えている。ガルバノスキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、制御部４４の制御の下でシード光発生部１０のパルス発振動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、加工用レーザ光ＬＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Ｗの表面に施されるレーザ加工は、典型的には文字や図形等を描画するマーキング加工であるが、トリミング等の他の表面除去加工等も可能である。
【００４７】
図２および図３にこのファイバレーザ加工装置におけるマーキング加工の一例を示す。
【００４８】
図２に示すように、たとえば文字“Ａ”のマーキングパターンは、ｆ1→ｆ2の連続した第１ストロークの描画と、ｆ3→ｆ4の連続した第２ストロークの描画とで形成される。ここで、第１および第２のストロークを描画する期間（ｔ1〜ｔ2），（ｔ3〜ｔ4）中は、図３に示すように、シードＬＤ３０およびポンプＬＤ３６，３８よりシード光および励起光がそれぞれ出力されて、加工用レーザ光ＬＢが生成され、ガルバノスキャナが可動ミラーを首振り走査する。しかし、図２の点線で示すｆ2→ｆ3の期間（ｔ2〜ｔ3）中は、シードＬＤ３０およびポンプＬＤ３６，３８が発光動作を停止し、シード光および励起光ひいては加工用レーザ光ＬＢが出力されないまま、ガルバノスキャナが可動ミラーを首振り走査する。このように、各ストロークの描画が行われる期間中にポンプＬＤ３６，３８は励起光を発生するようになっている。
【００４９】
このファイバレーザ加工装置において、第１および第２のアクティブファイバ１２，１４のポンピングに用いられる各々のポンプＬＤ３６，３８は、主制御部４４からの制御信号および設定値ＰＣにしたがいポンプＬＤ電源回路５０によって駆動される。
【００５０】
一方で、ポンプＬＤ３６，３８がオープン（開路）故障またはショート（短絡）故障を起こしたときは、ポンプＬＤ電源回路５０からその旨の通報ＡＲが主制御部４４に送られる。主制御部４４は、レーザ加工の最中にポンプＬＤ電源回路５０より通報ＡＲを受け取ると、直ちにレーザ加工を停止するか、あるいは補償処置をとってレーザ加工を続行し、タッチパネル４６の表示部４６ｂを通じてその故障状況をユーザ（現場の作業員等）に伝えるようになっている。その際、故障を起こした当該ポンプＬＤ３６（３８）を特定する識別情報を表示することもできる。
【００５１】
以下、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０の構成および作用を説明する。
【００５２】
図４に示すように、このポンプＬＤ電源回路５０は、ポンプＬＤ３６（３８）に電力を供給するための直流電源５２と、この直流電源５２とポンプＬＤ３６（３８）との間に直列に接続されるスイッチング素子５４およびチョークコイル５６を有している。さらに、直流電源５２と並列に平滑用のコンデンサ５８を接続するとともに、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）と並列にフライホイール・ダイオード６０を接続し、駆動電流Ｉdが流れる電流路（導体）にたとえばホール素子からなる電流センサ６２を取り付けている。駆動電流測定回路６４は、電流センサ６２の出力信号を基に駆動電流Ｉdの電流測定値ＭＩdとしてたとえば電流実効値を演算し、駆動電流測定値ＭＩdをフィードバック信号として後述するスイッチング制御部６６に与える。
【００５３】
直流電源５２は、たとえばＡＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータあるいはバッテリからなり、一定レベルの直流電圧を安定に出力するようになっている。スイッチング素子５４は、応答速度の高いトランジスタ、たとえば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。
【００５４】
スイッチング制御部６６は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式のスイッチング制御信号ＳPWMによりスイッチング素子５４をたとえば２０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの一定周波数でオン・オフ制御する。スイッチング素子５４がスイッチング・オンしている期間中は、直流電源５２、スイッチング素子５４、チョークコイル５６およびポンプＬＤ３６（３８）を含む閉回路で駆動電流Ｉdが流れる。スイッチング素子５４がスイッチング・オフしている期間中は、チョークコイル５６に蓄積されていた電磁エネルギーが駆動電流ＩdとなってポンプＬＤ３６（３８）およびフライホイール・ダイオード６０を還流する。
【００５５】
こうして、スイッチング素子５４がスイッチング動作を行っている間は、ポンプＬＤ３６（３８）に直流の駆動電流Ｉdが持続的に流れ、ポンプＬＤ３６（３８）より駆動電流Ｉdの電流値に応じた光出力を有するＬＤ光が励起光として生成される。
【００５６】
上記ＰＷＭ制御において、スイッチング制御部６６は、主制御部４４より駆動電流設定値（電流制御信号）ＰＣAを受け取り、駆動電流測定回路６４より駆動電流測定値（フィードバック信号）ＭＩdを受け取る。
【００５７】
たとえばマーキング加工が行われる場合は、１回の連続したストロークの描画が終了すると、いったんそこでスイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が停止し、次のストロークの描画が開始すると、スイッチング素子５４のスイッチング動作つまりポンプＬＤ３６（３８）の駆動が再開する。主制御部４４よりスイッチング制御部６６に与えられる駆動時間制御信号ＰＣtにしたがって、ポンプＬＤ３６（３８）に供給する駆動電流Ｉd（つまり励起光）の持続時間および／または休止時間が任意に可変されるようになっている。
【００５８】
この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、スイッチング制御部６６によって制御されるスイッチング素子５４のスイッチング動作のデューティを監視し、デューティに基づいてポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障またはショート故障を検出するデューティ監視部６８を備えている。
【００５９】
図５に、スイッチング制御部６６およびデューティ監視部６８の構成を示す。
【００６０】
スイッチング制御部６６は、誤差増幅器７０、三角波発生回路７２、コンパレータ７４およびゲート回路７６を有している。誤差増幅器７０には、駆動電流測定回路６４からの駆動電流測定値（フィードバック信号）ＭＩdが入力されるとともに、主制御部４４（図１）からの駆動電流設定値（電流制御信号）ＰＣAが入力される。誤差増幅器７０は、たとえば差動増幅器からなり、駆動電流測定値ＭＩdを駆動電流設定値ＰＣAと比較して、その比較誤差（ＭＩd−ＰＣA）に応じた電圧レベルを有する誤差信号ＥＲを出力する。
【００６１】
三角波発生回路７２は、クロック回路７８よりＰＷＭ用の２０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚのクロック信号ＣＫを入力し、このクロック信号ＣＫに同期した三角波信号（または鋸波信号）ＫＭを出力する。
【００６２】
コンパレータ７４は、誤差増幅器７０からの誤差信号ＥＲおよび三角波発生回路７２からの三角波信号ＫＭを両入力端子(-),(+)にそれぞれ入力し、両入力信号ＥＲ，ＫＭのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ＞ＫＭのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ≦ＫＭのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をＰＷＭ制御信号ＳPWMとして発生する。
【００６３】
コンパレータ７４より出力されるＰＷＭ制御信号ＳPWMは、ＡＮＤ回路からなるゲート回路７６を介してスイッチング素子５４の制御端子に与えられる。スイッチング素子５４は、ＰＷＭ制御信号ＳPWMが論理値Ｌのときはオフし、ＰＷＭ制御信号ＳPWMが論理値Ｈのときはオンする。
【００６４】
ゲート回路７６は、主制御部４４（図１）からの駆動時間制御信号ＰＣtを入力し、この制御信号ＰＣtが論理値ＨのときはＰＷＭ制御信号ＳPWMの出力を可能とし、制御信号ＰＣtが論理値ＬのときはＰＷＭ制御信号ＳPWMの出力を禁止化または強制停止する。
【００６５】
上記のようなＰＷＭ制御方式のスイッチング動作において、たとえば、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに対して小さくなる方向に変化すると、図６の（ａ）に示すように誤差信号ＥＲ（ＭＩd−ＰＣA）のレベルが低下し、図６の（ｂ）に示すようにＰＷＭ制御信号ＳPWMのＨレベル期間ＰＷが大きくなる。それによって、スイッチング素子５４のスイッチング・オンする期間の割合つまりデューティが大きくなり、図６の（ｃ）に示すように駆動電流Ｉdの電流値が増大する。こうして、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに再び一致または近似するようになる。
【００６６】
また、駆動電流Ｉdの電流値が駆動電流設定値ＰＣAに対して大きくなる方向に変化すると、図示省略するが、上記のようなＰＷＭ制御方式のフィードバックループ機構が働くことにより、駆動電流Ｉdの電流値が減少して、駆動電流設定値ＰＣAに再び一致または近似するようになる。
【００６７】
この実施形態では、上記のように、誤差信号ＥＲとデューティが逆比例関係にあり、誤差信号ＥＲが大きくなるほどデューティが小さくなり、誤差信号ＥＲが小さくなるほどデューティが大きくなる。もっとも、変形例として、誤差信号ＥＲが大きくなるほどデューティが大きくなり、誤差信号ＥＲが小さくなるほどデューティが小さくなるような比例関係にあってもよい。
【００６８】
次に、デューティ監視部６８（図５）の構成および作用を説明する。デューティ監視部６８は、設定部８０、コンパレータ８２，８４、ＯＲ回路８６およびカウンタ回路８８を有している。
【００６９】
設定部８０は、主制御部４４（図１）よりポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障およびショート故障の検出に必要な設定値ＰＣDを受け取る。この設定値ＰＣDには、デューティ上限値ＤＵ、デューティ下限値ＤＬおよび判定時限時間ＤＴが含まれる。
【００７０】
ここで、デューティ上限値ＤＵは、ポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障を起こしたときにスイッチング制御部６６においてスイッチング動作のデューティが顕著に大きくなる特性に鑑みて、たとえばデューティ８０％の値に選ばれる。また、デューティ下限値ＤＬは、ポンプＬＤ３６（３８）がショート故障を起こしたときにスイッチング制御部６６においてスイッチング動作のデューティが顕著に小さくなる特性に鑑みて、たとえばデューティ２０％の値に選ばれる。また、判定時限時間ＤＴは、ポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしたときはスイッチング制御部６６においてデューティの異常に大きい状態または小さい状態が持続される特性に鑑みて、たとえばＰＷＭのクロックベースで１０サイクルの長さに選ばれる。因みに、クロックＣＫが１００ｋＨｚの場合、１０サイクルの時間は０．１ｍｓｅｃである。
【００７１】
設定部８０は、デューティ上限値ＤＵに対応した電圧レベルを有する第１基準値ＥＲDUをコンパレータ８２の一方の入力端子(+）に与え、デューティ下限値ＤＬに対応した電圧レベルを有する第２基準値ＥＲDLをコンパレータ８４の一方の入力端子(-）に与え、判定時限時間ＤＴに対応するカウント値ＮDTをカウンタ８８のプリセット端子(P)に与える。
【００７２】
コンパレータ８２，８４は、それぞれの他方の入力端子(-),(+)に、スイッチング制御部６６内で生成される誤差信号ＥＲを受け取る。一方のコンパレータ８２は、両入力信号ＥＲ，ＥＲDUのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ≦ＥＲDUのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ＞ＥＲDUのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUとして発生する。このデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUは、ＯＲ回路８６を介してカウンタ８８のセット端子(S)およびリセット端子(R)に与えられる。
【００７３】
他方のコンパレータ８４は、両入力信号ＥＲ，ＥＲDLのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ≦ＥＲDLのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ＞ＥＲDLのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLとして発生する。このデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLも、ＯＲ回路８６を介してカウンタ８８のセット端子(S)およびリセット端子(R)に与えられる。
【００７４】
カウンタ８８は、クロック回路７８からのクロック信号ＣＫをクロック端子(C)に受け取り、セット端子(S)およびリセット端子(R)に論理値Ｈの信号を入力している間はクロック信号ＣＫをカウントし、計数値がプリセット値ＮDTに到達すると、出力端子(Q)より論理値Ｈの信号を出力するようになっている。この論理値Ｈの出力信号は、上記通報ＡＲとして、主制御部４４へ与えられる。また、セット端子(S)およびリセット端子(R)に論理値Ｌの信号を入力した時または入力している間は、カウント動作を停止し、計数値を初期値に戻し、または初期値にホールドされるようになっている。
【００７５】
図７Ａおよび図７Ｂにつき、デューティ監視部６８の作用を説明する。
【００７６】
上記ファイバレーザ加工装置（図１）において、レーザ加工の最中にいずれかのポンプＬＤ３６（３８）が突発的にショート故障を起こしたとする。その場合、当該ポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０においては、それまでは正常であった（つまり、駆動電流設定値ＰＣAに一致または近似していた）駆動電流Ｉdの電流値がポンプＬＤ３６（３８）の短絡によって急激に増大する。
【００７７】
当該ポンプＬＤ電源回路５０に備えられる上記ＰＷＭ制御フィードバックループ機構においては、駆動電流Ｉdの増大に応じて駆動電流測定値ＭＩdが増大し、それによって図７Ａに示すように誤差信号ＥＲのレベルが増大し、ＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈの期間）ＰＷの比率つまりデューティが減少する。そして、デューティがデューティ下限値（たとえば２０％）を割った時、つまり誤差信号ＥＲが第２基準値ＥＲDLより大きくなった時（図７Ａの時点ｔp）に、コンパレータ８４より出力されるデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLがそれまで論理値Ｌから論理値Ｈに変わる。なお、コンパレータ８２においては、第１基準値ＥＲDUのレベルが相当低いため、この場面では定常的にＥＲ＞ＥＲDUであり、デューティ上限超過モニタ信号ＤＭUは論理値Ｌを維持する。
【００７８】
上記のように、コンパレータ８４より出力されるデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLが論理値Ｌから論理値Ｈに変わると、それに応答してカウンタ８８がクロック信号ＣＫのカウント動作を開始する。この場合、駆動電流Ｉdの増大はポンプＬＤ３６（３８）のショート故障が原因であるので、上記のようなデューティを減少させる方向のフィードバック制御（ＰＷＭ制御）は持続する。これにより、カウンタ８８はプリセット値ＮDTまでカウントし、出力端子(Q)より論理値Ｈの通報ＡＲを出力する。
【００７９】
次に、別のケースとして、レーザ加工の最中にいずれかのポンプＬＤ３６（３８）が突発的にオープン故障を起こしたとする。この場合は、当該ポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０において、それまでは正常であった（つまり、駆動電流設定値ＰＣAに一致または近似していた）駆動電流Ｉdの電流値がポンプＬＤ３６（３８）の開路または遮断によって急激に減少する。
【００８０】
当該ポンプＬＤ電源回路５０に備えられている上記ＰＷＭ制御フィードバックループ機構においては、駆動電流Ｉdの急激な減少に応じて駆動電流測定値ＭＩdが急激に減少し、それによって図７Ｂに示すように誤差信号ＥＲのレベルが減少し、ＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈの期間）ＰＷの比率つまりデューティが増大する。そして、デューティがデューティ上限値（たとえば８０％）を超えた時、つまり誤差信号ＥＲが第１基準値ＥＲDUより小さくなった時（図７Ｂの時点ｔp）に、コンパレータ８２より出力されるデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUがそれまでの論理値Ｌから論理値Ｈに変わる。なお、コンパレータ８４においては、第２基準値ＥＲDLのレベルが相当高いため、この場面では定常的にＥＲ＜ＥＲDUであり、デューティ下限未満モニタ信号ＤＭLは論理値Ｌを維持する。
【００８１】
上記のように、コンパレータ８２より論理値Ｈのデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUが出力されると、それに応答してカウンタ８８がクロック信号ＣＫをカウントする動作（計時動作）を開始する。この場合、上記のような駆動電流Ｉdの顕著な減少はポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障が原因であるので、上記のようなデューティを増大させる方向のフィードバック制御（ＰＷＭ制御）は持続する。これにより、カウンタ８８はプリセット値ＮDT（判定時限時間ＤＴ）までカウント（計時）し、出力端子(Q)より論理値Ｈの通報ＡＲを出力する。
【００８２】
上記のように、ポンプＬＤ３６（３８）で突発的なオープン故障またはショート故障が起こると、このポンプＬＤ３６（３８）を駆動するポンプＬＤ電源回路５０のデューティ監視部６８よりその故障状況を知らせる通報ＡＲが出力される。この通報ＡＲは、主制御部４４（図１）に送られる。
【００８３】
なお、ポンプＬＤ３６（３８）が故障しないで正常に機能していても、スイッチング動作の中でデューティがデューティ下限値（２０％）を割り、またはデューティ上限値（８０％）を超えることがある。しかし、それは一瞬であり、ＰＷＭ制御フィードバックループ機構の働きにより、直ぐにデューティが定常ダイナミック範囲（上記の例では２０％〜８０％）に戻る。これにより、正常動作中には、コンパレータ８２，８４より論理値Ｈのデューティ上限超過モニタ信号ＤＭUまたはデューティ下限未満モニタ信号ＤＭLが出力されて、カウンタ８８がクロックＣＫのカウント（計時）を開始したとしても、判定時限時間ＤＴが経過する前に、そのモニタ信号ＤＭU（ＤＭL）が論理値Ｈから論理値Ｌに戻ってカウンタ８８がリセットされる。したがって、誤って通報ＡＲが発生されることはない。
【００８４】
主制御部４４は、いずれかのポンプＬＤ電源回路５０より通報ＡＲを受け取ると、一態様として、装置内の全てのポンプＬＤ電源回路５０およびシードＬＤ電源回路３２のＬＤ駆動動作を停止させて、つまり装置内の全てのポンプＬＤ３６（３８）およびシードＬＤ３２の励起光発振出力動作を止めて、レーザ加工を停止する。そして、停止の原因として、いずれかのポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしたことを表示する。その際、故障を起こした当該ポンプＬＤ３６（３８）を特定して表示することもできる。
【００８５】
別の一態様として、主制御部４４は、故障したポンプＬＤ３６（３８）を駆動している当該ポンプＬＤ電源回路５０だけを停止させ、残りの全てのポンプＬＤ電源回路５０を止めないで、レーザ加工を続行または継続することも可能である。その場合、故障によって欠けたポンプＬＤ３６（３８）の励起光を残りの全てのポンプＬＤ３６（３８）が補うように、継続使用される各ＬＤ電源回路５０において駆動電流設定値ＰＣAを調整するようにしてもよい。あるいは、増設ポートに接続されている予備のポンプＬＤ３６（３８）およびポンプＬＤ電源回路５０を使用することも可能である。もちろん、この場合も、故障を起こしたポンプＬＤ３６（３８）を特定表示して、その部品交換を促してよい。
【００８６】
上記のように、この実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０は、アイソレーション・アンプを必要とせず、代わりに小規模で低コストな回路構成のデューティ監視部６８によって、ポンプＬＤ３６（３８）のオープン故障およびショート故障を確実に検出することができる。
【００８７】
また、この実施形態におけるファイバレーザ加工装置は、上記のような構成および機能を有するポンプＬＤ電源回路５０を備えることにより、いずれかのポンプＬＤ３６（３８）がオープン故障またはショート故障を起こしても適切に対応することが可能であり、装置の信頼性を大きく向上させることができる。
【００８８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００８９】
たとえば、上記実施例では、デューティ監視部６８の設定部８０においてデューティ上限値ＤＵおよびデューティ下限値ＤＬにそれぞれ対応した電圧レベルを有する第１および第２基準値ＥＲDU，ＥＲDLを設定し、スイッチング制御部６６の誤差増幅器７０より出力される誤差信号ＥＲをコンパレータ８２，８４により第１および第２基準値ＥＲDU，ＥＲDLと比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値ＤＵより大きいか否か、およびデューティ下限値ＤＬより小さいか否かを判定するようにした。
【００９０】
別の実施例として、図８に示すように、設定部８０においてデューティ上限値ＤＵおよびデューティ下限値ＤＬにそれぞれ対応したパルス幅を有する第１および第２基準値ＰＷDU，ＰＷDLを設定し、スイッチング制御部６６のコンパレータ７４より出力されるＰＷＭ制御信号ＳPWMのパルス幅（論理値Ｈ期間）ＰＷをパルス幅測定部９０により測定または監視し、そのパルス幅測定値または監視値ＰＷをパルス幅比較器９２，９４により第１および第２基準値ＰＷDU，ＰＷDLと比較して、その比較結果から、スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値ＤＵより大きいか否か、およびデューティ下限値ＤＬより小さいか否かを判定することも可能である。
【００９１】
上記実施形態はＭＯＰＡファイバレーザ加工装置に係わるものであったが、本発明は任意のファイバレーザ加工装置に適用可能であり、たとえば図９に示すようなファイバレーザ加工装置にも適用可能である。
【００９２】
このファイバレーザ加工装置は、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接に好適に使用可能なレーザ加工機であり、主としてファイバレーザ発振器１００、励起用ＬＤ１０２、励起用ＬＤ電源回路１０４、ファイバ伝送系１０６、レーザ出射部１０８、主制御部１１０、タッチパネル１１２等で構成されている。
【００９３】
ファイバレーザ発振器１００は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）１１４と、この発振ファイバ１１４を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー１１６，１１８とを有している。
【００９４】
励起用のＬＤ１０２は、励起用ＬＤ電源回路１０４より供給されるパルス状の駆動電流Ｉdによって発光駆動され、ファイバレーザ発振器１００内のレーザ励起（ポンピング）に用いるパルス状のＬＤ光つまり励起光ＭＢを発振出力する。ＬＤ１０２を構成するＬＤ素子の個数は任意であり、アレイ構造あるいはスタック構造をとることも可能である。
【００９５】
ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２０は、ＬＤ１０２からの励起光ＭＢを発振ファイバ１１２の一端面に集光入射させる。ＬＤ１０２と光学レンズ１２０との間に配置される光共振器ミラー１１６は、ＬＤ１０２側から入射した励起光ＭＢを透過させ、発振ファイバ１１４側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するようにコーティングがなされている。
【００９６】
発振ファイバ１１４は、希土類元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ１１４の一端面に入射した励起光ＭＢは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ１１４の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー１１６，１１８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー１１８より上記所定波長を有するパルス状のファイバレーザ光ＦＢが取り出される。
【００９７】
なお、ファイバレーザ発振器１００内の光学レンズ１２２は、発振ファイバ１１４の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー１１８へ通し、光共振器ミラー１１８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ１１４の端面に集光させる。また、発振ファイバ１１４を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ１２２および光共振器ミラー１１８を透過したのち折り返しミラー１２４にて側方のレーザ吸収体１２６に向けて折り返される。光共振器ミラー１１８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー１２４をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ１２８を通ってからファイバ伝送系１０６のレーザ入射部１３０に入る。
【００９８】
ビームスプリッタ１２８は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）１３２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）１３２の正面に、ビームスプリッタ１２８からの反射光またはモニタ光ＲFBを集光させる集光レンズ１３４が配置されてよい。
【００９９】
フォトダイオード（ＰＤ）１３２は、ビームスプリッタ１２８からのモニタ光ＲFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（レーザパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）を出力する。レーザ出力測定回路１３６は、フォトダイオード１３２の出力信号を基に、アナログ信号処理によってファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力測定値ＭFBを求める。レーザ出力測定回路１３６で得られたレーザ出力測定値ＭFBは、パワーフィードバック制御用のフィードバック信号として励起用ＬＤ電源回路１０４に与えられる。
【０１００】
ビームスプリッタ１２８をまっすぐ透過してレーザ入射部１３０に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー１３８で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット１４０内で集光レンズ１４２により集光されてファイバ伝送系１０６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）１４４の一端面に入射する。伝送用光ファイバ１４４は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット１４０内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１０８の出射ユニット１４６まで伝送する。出射ユニット１４６は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ１４８と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ１５０とを有している。
【０１０１】
レーザ溶接加工が行われる時は、励起用ＬＤ電源回路１０４より波形制御された駆動電流ＩdがＬＤ１０２に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００内でＬＤ１０２より駆動電流Ｉdの波形に対応した出力波形の励起光ＭＢが発振ファイバ１０４に供給（注入）され、ファイバレーザ発振器１００よりＬＤ出力波形に対応したレーザ出力波形を有するファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。この波形制御されたファイバレーザ光ＦＢが、レーザ入射部１３０、ファイバ伝送系１０６およびレーザ出射部１０８を介して被加工物Ｗの溶接ポイントまたは溶接ラインに集光照射される。該溶接ポイントまたは溶接ラインにおいては、ファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【０１０２】
このファイバレーザ加工装置においては、励起用ＬＤ電源回路１０４に本発明を適用することができる。この励起用ＬＤ電源回路１０４は、上記実施形態におけるポンプＬＤ電源回路５０と同様の構成を有してよく、レーザ出力測定回路１３６で得られるレーザ出力測定値ＭFBが設定値に一致または近似するように、ＰＷＭ制御方式によりスイッチング素子５４のスイッチング動作を制御するようになっている。
【０１０３】
この場合、スイッチング制御部６６の誤差増幅器７０（図５、図８）には、レーザ出力測定回路１３６からのレーザ出力測定値ＭFBと主制御部１１０からのレーザ出力設定値ＰＣPが入力される。誤差増幅器７０は、レーザ出力測定値ＭFBをレーザ出力設定値ＰＣPと比較して、その比較誤差（ＭFB−ＰＣP）に応じた電圧レベルを有する誤差信号ＥＲを出力する。コンパレータ７４は、誤差増幅器７０からの誤差信号ＥＲおよび三角波発生回路７２からの三角波信号ＫＭを両入力端子(-),(+)にそれぞれ入力し、両入力信号ＥＲ，ＫＭのレベルの大小関係に応じて、ＥＲ＞ＫＭのときは論理値Ｌとなり、ＥＲ≦ＫＭのときは論理値Ｈとなるような二値の出力信号をＰＷＭ制御信号ＳPWMとして発生する。
【０１０４】
この励起用ＬＤ電源回路１０４にも、上記実施形態と同様のデューティ監視部６８が備えられている。したがって、ＬＤ１０２で突発的なオープン故障またはショート故障が起こると、励起用ＬＤ電源回路１０４内のデューティ監視部６８よりその故障状況を知らせる通報ＡＲが主制御部１１０に送られる。
【０１０５】
主制御部１１０は、励起用ＬＤ電源回路１０４より通報ＡＲを受け取ると、励起用ＬＤ電源回路１０４のＬＤ駆動動作を停止させて、ファイバレーザ光ＦＢの発振出力動作を止めて、レーザ加工を停止する。これによって、ＬＤ１０２のオープン故障またはショート故障に起因するレーザ加工の不良を防止することができる。
【０１０６】
なお、使用する励起用ＬＤの故障原因が常にオープン故障もしくはショート故障のいずれかに決まっている場合は、デューティ監視部は可能性の高いオープン故障もしくはショート故障のいずれかのみを検出する機能で済ますことも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ シード光発生部
１２ 第１のアクティブファイバ
１４ 第２のアクティブファイバ
１６ レーザ照射部
３０ シードＬＤ
３２ シード用ＬＤ電源回路
３６，３８ ポンプＬＤ
４４ 主制御部
５０ ポンプＬＤ電源回路
５２ 直流電源
５４ スイッチング素子
６２ 電流センサ
６４ 駆動電流測定回路
６６ スイッチング制御部
６８ デューティ監視部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、
前記駆動電流の電流値を測定する駆動電流測定部と、
前記駆動電流測定部より得られる電流測定値が電流設定値に一致または近似するように、パルス幅変調制御方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、
前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項２】
ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、
前記ファイバレーザより生成されるレーザ光のパワーを測定するレーザパワー測定部より得られるレーザパワー測定値がレーザパワー設定値に一致または近似するように、パルス幅制御変調方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、
前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項３】
前記デューティ監視部は、デューティ上限値を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値を超えたときに、前記レーザダイオードがオープン故障を起こしているとの通報を出力する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項４】
前記デューティ監視部は、第１の判定時限時間を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値を超えた状態が前記第１の判定時限時間続いたときに、前記レーザダイオードがオープン故障を起こしていると判定する、請求項３に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項５】
前記デューティ監視部は、デューティ下限値を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値を割ったときに、前記レーザダイオードがショート故障を起こしているとの通報を出力する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項６】
前記デューティ監視部は、第２の判定時限時間を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値を割った状態が前記第２の判定時限時間続いたときに、前記レーザダイオードがショート故障を起こしていると判定する、請求項５に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項７】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記誤差信号のレベルを前記デューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する、
請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項８】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記パルス幅変調制御信号のパルス幅を前記デューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する、
請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項９】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記誤差信号のレベルを前記デューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値よりも小さい否かを判定する、
請求項５または請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１０】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記パルス幅変調制御信号のパルス幅を前記デューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値よりも小さいか否かを判定する、
請求項５または請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１１】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項３〜６のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、
前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形のレーザ光を被加工物に集光照射するレーザ照射部と、
前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記シード光源および前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【請求項１２】
発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、
前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項３〜６のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と、
前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【請求項１】
ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、
前記駆動電流の電流値を測定する駆動電流測定部と、
前記駆動電流測定部より得られる電流測定値が電流設定値に一致または近似するように、パルス幅変調制御方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、
前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項２】
ファイバレーザ加工装置においてファイバレーザに用いる励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続されるスイッチング素子と、
前記ファイバレーザより生成されるレーザ光のパワーを測定するレーザパワー測定部より得られるレーザパワー測定値がレーザパワー設定値に一致または近似するように、パルス幅制御変調方式により前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、
前記レーザダイオードのオープン故障またはショート故障を検出するために前記スイッチング動作のデューティを監視するデューティ監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項３】
前記デューティ監視部は、デューティ上限値を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値を超えたときに、前記レーザダイオードがオープン故障を起こしているとの通報を出力する、請求項１または請求項２に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項４】
前記デューティ監視部は、第１の判定時限時間を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値を超えた状態が前記第１の判定時限時間続いたときに、前記レーザダイオードがオープン故障を起こしていると判定する、請求項３に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項５】
前記デューティ監視部は、デューティ下限値を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値を割ったときに、前記レーザダイオードがショート故障を起こしているとの通報を出力する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項６】
前記デューティ監視部は、第２の判定時限時間を設定し、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値を割った状態が前記第２の判定時限時間続いたときに、前記レーザダイオードがショート故障を起こしていると判定する、請求項５に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項７】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記誤差信号のレベルを前記デューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する、
請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項８】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記パルス幅変調制御信号のパルス幅を前記デューティ上限値に対応する第１の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ上限値よりも大きいか否かを判定する、
請求項３または請求項４に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項９】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、その比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記誤差信号のレベルを前記デューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値よりも小さい否かを判定する、
請求項５または請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１０】
前記スイッチング制御部が、前記測定値と前記設定値とを比較して、比較誤差を表わす誤差信号を生成する誤差生成部と、前記誤差信号に基づいて前記スイッチング素子に供給すべき二値のパルス幅変調制御信号を生成する制御信号生成部とを有し、
前記デューティ監視部は、前記パルス幅変調制御信号のパルス幅を前記デューティ下限値に対応する第２の基準値と比較して、その比較結果から、前記スイッチング動作のデューティが前記デューティ下限値よりも小さいか否かを判定する、
請求項５または請求項６に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
【請求項１１】
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともＹｂを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項３〜６のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、
前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形のレーザ光を被加工物に集光照射するレーザ照射部と、
前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記シード光源および前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【請求項１２】
発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、
前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項３〜６のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と、
前記励起用レーザダイオード電源装置より前記通報が出力されたときは、前記通報に応答して前記励起用レーザダイオード電源装置を停止させる制御部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−７９９６６（Ｐ２０１２−７９９６６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４７７９（Ｐ２０１０−２２４７７９）
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月４日（２０１０．１０．４）
【出願人】（０００１６１３６７）ミヤチテクノス株式会社 (103)
【Ｆターム（参考）】
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