レーザ装置

【目的】簡単且つ安価な構成でレーザ光出力を設定値どおりに得られるように励起出力を制御する。
【構成】共振器１の放電電極２，３には高圧電源装置４から励起出力が与えられる。高圧電源装置４および共振器１は冷却装置５により一定温度に保持される。高圧電源装置４および冷却装置５は、制御装置６により駆動制御される。光センサ７は共振器１から出力されるレーザ光の強度を検出して制御装置６に検出信号を与える。制御装置６は、電源投入時に立ち上げ処理を行った後、一定時間だけ所定励起出力で運転を行った後に、初期設定動作としての自動出力較正を実施する。これにより、自動出力較正は、レーザ光出力が安定領域に入ってから実施されるので、励起出力に対応した正確な値として得られる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光出力を検出する検出手段と、電源投入後に初期設定動作を行なってレーザ媒質の励起出力に対応した前記検出手段によるレーザ光出力を測定して換算値を算出しその結果に基づいてレーザ光出力が設定値となるように前記励起出力を制御する制御装置とを有するレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガスレーザ装置においては、レーザガスが充填された共振器に一対の放電電極を設け、この放電電極間に高圧電源から励起出力を供給して共振器内部で放電させる構成としており、これによりレーザガスが励起され、発生される光が共振器により共振されると発振作用によりレーザ光が出力されるようになっている。この場合、レーザ光出力の設定は、一般に、高圧電源の出力を調節することにより間接的に行なうようにしているが、共振器が経時変化により性能劣化等を起こすため、設定した高圧電源の励起出力に対していつも同じレーザ光出力が得られるとは限らない。
【０００３】そこで、従来では、このような不具合を解消するために、レーザ光出力を検出する光センサを設けた構成とし、電源投入時に、図８に示すようなプログラムを実施して例えば自動出力較正と呼ばれる処理を行なっている。即ち、装置の起動を行なうと、制御装置により、レーザ発振動作を開始して立ち上げ動作を行ない（ステップＳ１）、続いて自動出力較正を行なう（ステップＳ２）と、発振準備が完了する。
【０００４】さて、上述の自動出力較正において、制御装置は、高圧電源の励起出力を複数段階の出力基準値に設定してその各出力基準値に対するレーザ光出力を光センサにより検出し、その結果から両者の相関を求めるようにしている。そして、これにより、制御装置は、使用者によるレーザ光出力の設定値に対応して上述の相関から高圧電源の励起出力の値を換算して設定することができるので、共振器の経時変化がある場合でも、使用時毎に相関を求めて設定することにより、極力誤差を低減して所望のレーザ光出力で発振動作させることができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ光出力の変動の原因としては、上述した共振器の経時変化による性能劣化の他に、発振装置の運転に伴なう温度変化やレーザガスの組成変化等がある。即ち、一般に、レーザ発振装置を一定の高圧電源の出力基準により長時間連続運転した場合に、レーザ光出力は、図９に示すように、運転開始直後の変動があるときの状態に比べて、その数分後から数時間後には何％かが低下してしまう。
【０００６】そこで、従来では、このようなレーザ光出力が変動する初期変動領域にある状態では、その誤差を低減するために、例えばフィードバック制御を行なう等してレーザ光出力の変動に対応するように構成している。しかしながら、このようなフィードバック制御を行なうための構成が複雑になると共に、ソフトウェアの大幅な改善が必要となる不具合があり、総じてコストの上昇が避けられない状況である。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単且つ安価な構成としながら、レーザ光出力の設定値に対して対応する励起出力を正確に設定でき、実際のレーザ光出力を設定値どおりの変動のない状態で得ることができるレーザ装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光出力を検出する検出手段と、電源投入後に初期設定動作を行なってレーザ媒質の励起出力に対応した前記検出手段によるレーザ光出力を測定して換算値を算出しその結果に基づいてレーザ光出力が設定値となるように前記励起出力を制御する制御装置とを有するレーザ装置を対象とするものであり、前記制御装置を、前記電源の投入時から一定時間だけ所定励起出力で運転した後に前記初期設定動作を実施させるように構成したところに特徴を有する。
【０００９】また、上記対象において、運転停止時に計時動作を開始する計時手段を設け、前記制御装置を、前記電源の投入時に前記計時手段による計時時間が所定時間を超えているときに一定時間だけ所定励起出力で運転した後に前記初期設定動作を実施させるように構成しても良い。
【００１０】
【作用】請求項１記載のレーザ装置によれば、制御装置は、電源投入時から一定時間の間は所定励起出力で運転し、これに続いて初期設定動作を行なうようになる。これにより、初期設定動作は、レーザ光出力が不安定となる立上がり時の初期変動領域を過ぎてから行なわれる。そして、この初期設定動作においては、制御装置は、レーザ媒質の励起出力に対する検出手段からのレーザ光出力の相関を求め、使用者により設定されるレーザ光出力の設定値に応じて、励起出力の換算値を求めて設定する。つまり、励起出力に対するレーザ光出力が変動する電源投入時を避けて初期設定動作を行なっているので、両者の対応関係が正確になり、その後のレーザ光出力の設定値に対する励起出力の設定を安定した状態で行なうことができ、誤差の少ない正確な制御を行なうことができる。
【００１１】また、請求項２記載のレーザ装置によれば、制御装置は、電源が投入された時点で、計時手段による計時時間が所定時間を超えているときに一定時間だけ所定励起出力で運転を行ない、その後に初期設定動作を行なうので、例えば、計時時間が所定時間に達していない場合、つまり、装置の停止期間が短く運転を開始する時点では殆ど安定領域にある場合においては、不必要に待機することなく、すぐに初期設定動作を実行させることができ、従って、迅速に設定されたレーザ光出力に制御することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。全体の概略的なブロック構成を示す図１において、発振器１には一対の放電電極２，３が設けられ、高圧電源装置４から給電されるようになっている。発振器１の内部にはレーザガスが封入され放電電極２，３の放電によりレーザガスが励起されると発振動作を行なってレーザ光を出力するようになっている。
【００１３】共振器１および高圧電源装置４は、冷却装置５から循環される冷却水により冷却され、一定温度に保持されるようになっている。そして、高圧電源装置４および冷却装置５は制御装置６により駆動制御される。共振器１から出力されるレーザ光は、検出手段としての光センサ７によりその出力強度が検出されるようになっており、その検出信号は制御装置６に与えられるようになっている。
【００１４】レーザ光出力は、使用者により設定可能になっており、制御装置６において設定レーザ光出力として設定するようになっている。この場合、例えば、設定レーザ光出力の値は、定格の出力に対して何％の出力という具合に設定するようになっており、制御装置６は、この設定レーザ光出力値に対応して、後述するように高圧電源装置４に対応した励起出力を演算して自動的に設定するようになっている。
【００１５】次に、本実施例の作用について説明する。まず、電源が投入されると、制御装置６は、予め記憶されている立上げプログラムを読出して図２に示すフローチャートに従って制御を実施するようになる。即ち、制御装置６は、レーザ光発振動作を行なうべく立ち上げ処理を実行し（ステップＴ１）、高圧電源装置４および冷却装置５を駆動制御して動作開始が可能な状態となる。制御装置６は、立ち上げ処理が終了すると（時刻ｔ０）、続いてステップＴ２において、ウォームアップ運転を実行するようになる。
【００１６】このウォームアップ運転においては、制御装置６は、高圧電源装置４により所定の励起出力で一定時間Ｔ（例えば数分間）だけ発振動作を行なわせる。この場合、一定時間Ｔは、例えば、図３に示すように、レーザ光出力が変動し易い初期変動領域の期間と略一致する時間に設定されており、このウォームアップ運転が終了すると（時刻ｔ１）、装置の稼働状態が略安定する安定領域に達するようになっている。
【００１７】続いて、制御装置６は、ステップＴ３に移行して初期設定動作としての自動出力較正の処理を実行する。この自動出力較正において、制御装置６は、高圧電源装置４の励起出力レベルＶを例えば零から定格出力レベルまでの範囲で複数段階に順次設定し、それら各励起出力レベルに対応するレーザ光出力Ｌを光センサ７により検出して対応関係を求める。
【００１８】この場合、励起出力レベルＶは、定格出力レベルに対して、２０％（Ｖ１），４０％（Ｖ２），６０％（Ｖ３），８０％（Ｖ４）および１００％（Ｖ５）の５段階に設定している。一方、このような励起出力に応じて、レーザ光出力Ｌ（Ｌ１ないしＬ５）は、図４に示すように、高圧電源装置４の励起出力が大きくなるに従って増加の度合いが小さくなるような特性となっており、例えば、励起出力Ｖが定格の８０％（Ｖ４）のときに定格（１００％）のレーザ光出力Ｌ４が得られるようになっている。
【００１９】さて、このように自動出力較正の処理が終了すると（時刻ｔ２）、制御装置６は立上げプログラムを終了し、レーザ発振準備を完了する。この後、使用者により設定されるレーザ光出力設定値Ｌｓに対して、制御装置６は、前述の対応関係に基づいて折れ線近似等の演算を行なって補間することにより、高圧電源装置４の励起出力を適切な値に設定する。これにより、レーザ光出力Ｌは、運転中に変動することなく従って安定した出力レベルで得られるようになる。
【００２０】このような本実施例によれば、電源投入後に、制御装置６により一定時間（例えば数分間程度）だけ高圧電源装置４を所定励起出力で運転させた後に自動出力較正動作を行なうようにしたので、運転開始直後の初期変動領域を経過して安定領域に入った状態で自動出力較正を行なうことができ、従って、ソフトおよびハードの両面においてフィードバック制御方式のものに比べてコストを大幅に低減しながら、使用者による設定レーザ光出力Ｌｓの値に対して変動を極力低減して安定且つ正確な発振動作制御を行なわせることができる。
【００２１】図５および図６は本発明の第２の実施例を示しており、以下、第１の実施例と異なる部分について説明する。即ち、図５は全体構成を示す概略図で、計時手段としての時計８を設けると共に、制御装置６に運転停止時刻の検出する検出部６ａを設けてこれに時計８を接続して構成している。この時計８は、図示しない電池等の別電源により駆動されているもので、装置の運転状態に関係なく時間信号を制御装置６の検出部６ａに与えるようになっている。
【００２２】さて、制御装置６は、時計８から与えられる時間信号に基づいて次のように制御を行なう。即ち、制御装置６の検出部６ａは、前回装置が停止されたときの時刻を記憶しており、次に電源が投入されたときに、時計８から与えられる時間信号に基づいて運転停止時間ｔｓを演算して求める。
【００２３】そして、制御装置６は、図６に示す立上げプログラムを開始すると、まず、ステップＰ１で、運転停止時間ｔｓが所定時間ｔａを超えているか否かを判断する。そして、運転停止時間ｔｓが所定時間ｔａを超えているときには、制御装置６は、「ＹＥＳ」と判断してステップＰ２に移行して前述と同様にして一定時間Ｔだけウォームアップ運転を行ない、この後自動出力較正のステップＰ３に移行し、一方、ステップＰ１で「ＮＯ」と判断したときには、ステップＰ３にジャンプして自動出力較正を行なうようになる。
【００２４】即ち、前回運転を停止してから運転を開始するまでの運転停止時間ｔｓが短く、実質的には装置の余熱が十分でウォームアップ運転が不要となる場合には、これを省略して自動出力較正の処理に移行するので、運用の効率を向上し得ると共に、不必要なウォームアップ運転により熱平衡状態に悪影響を与えて自動出力較正に誤差を生じることもなくなる。
【００２５】このような第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られると共に、装置の停止時間ｔｓが少ないとき（ｔｓ＜ｔａ）には，制御装置６によりウォームアップ運転を省略して自動出力較正の処理に以降するようにしたので、電源投入時に前回からの停止時間が短く、ウォームアップ運転を行なわなくとも直ぐに安定領域に入る場合には、不必要に待機時間を取ることがなくなり、稼働効率を向上できるようになる。
【００２６】図７は本発明の第３の実施例を示しており、以下、第２の実施例と異なる部分について説明する。即ち、この実施例においては、運転を開始してから検出部６ａにより検出した運転停止時間ｔｓが所定時間ｔａよりも大きいときに（ステップＱ１）、ステップＱ２に移行し、その運転停止時間ｔｓが所定時間ｔｂよりも小さいときには、ステップＱ３に移行してウォームアップ運転を時間Ｔ１だけ実施し、運転停止時間ｔｓが所定時間ｔｂ以上であるときには＜ステップＱ４に移行してウォームアップ運転を時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）だけ実施するようにしている。
【００２７】これにより、運転停止時間ｔｓの大小に応じて，適切な時間Ｔ１或はＴ２でウォームアップ運転を行なわせることができるので、無駄な時間を省きながら適切なウォームアップ運転を行なわせることができ、従って、第２の実施例に比べて、さらにきめ細かな運転制御を行なうことができ、例えば、昼休みや点検のための一時停止等においては不必要に装置の立ち上げに時間を要することがなくなり、稼働率を向上することができる。
【００２８】尚、上記実施例においては、計時手段として時計８を用いたが、これに限らず、バックアップされたタイマを設けてこのタイマからの信号に基づいてウォームアップ運転の要否を判断する構成としても良い。
【００２９】また、上記実施例においては、ウォームアップ運転の時間をＴ１およびＴ２の２段階に設定したが、これに限らず、運転停止時間ｔｓに応じてさらに複数段階に分けて実施するようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】請求項１記載のレーザ装置によれば、制御装置により、電源投入時に一定時間だけ所定励起出力で運転した後に初期設定動作を行なわせるようにしたので、初期設定動作は、レーザ光出力が不安定となる立上がり時の初期変動領域を過ぎてから行なわれるようになり、レーザ光出力と励起出力との相関関係を正確に検出でき、使用者によるレーザ光出力の設定値に対して正確なレーザ光出力を設定させることができ、しかも簡単且つ安価な構成で実現できるという優れた効果を奏する。
【００３１】請求項２記載のレーザ装置によれば、計時手段により計時した装置の停止時間が所定時間を超えているときには、制御装置により一定時間だけ所定励起出力で運転させるようにしたので、運転停止時間が短く装置がすぐに安定領域に入るような場合には、不必要な時間を要することなく迅速に初期設定動作を実行させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的なブロック構成図
【図２】立上げプログラムのフローチャート
【図３】レーザ光出力の時間推移特性図
【図４】励起出力とレーザ光出力の相関図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図６】図２相当図
【図７】本発明の第３の実施例を示す図２相当図
【図８】従来例を示す図２相当図
【図９】レーザ光出力の時間推移特性
【符号の説明】
１は共振器、２，３は放電電極、４は高圧電源装置、６は制御装置、６ａは検出部、７は光センサ（検出手段）、８は時計（計時手段）である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】レーザ光出力を検出する検出手段と、電源投入後に初期設定動作を行なってレーザ媒質の励起出力に対応した前記検出手段によるレーザ光出力を測定して換算値を算出しその結果に基づいてレーザ光出力が設定値となるように前記励起出力を制御する制御装置とを有するレーザ装置において、前記制御装置は、前記電源の投入時から一定時間だけ所定励起出力で運転した後に前記初期設定動作を実施することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】レーザ光出力を検出する検出手段と、電源投入後に初期設定動作を行なってレーザ媒質の励起出力に対応した前記検出手段によるレーザ光出力を測定して換算値を算出しその結果に基づいてレーザ光出力が設定値となるように前記励起出力を制御する制御装置とを有するレーザ装置において、運転停止時に計時動作を開始する計時手段を設け、前記制御装置は、前記電源の投入時に前記計時手段による計時時間が所定時間を超えているときに一定時間だけ所定励起出力で運転した後に前記初期設定動作を実施することを特徴とするレーザ装置。

【図１】