レーザ装置
【課題】レーザ装置の定格出力範囲の全体に渡り、環境の変化や構成要素の位置ずれ等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、指令値に正確に対応した出力を確保する。
【解決手段】レーザ装置１０の電源制御部１８は、レーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する電力供給指令部２０と、電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値Ｃとそれらレーザ発振指令値に従いレーザ発振部が発振したレーザビームＬに関して出力測定部１６で得た複数の異なるレーザ出力測定値Ｍとに基づいて、レーザ発振指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数Ｆを求める関数演算部２２とを備える。電力供給指令部は、関数演算部が関数を求めた後には、その関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値に従い、電源に電力供給動作を指令する。
【解決手段】レーザ装置１０の電源制御部１８は、レーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する電力供給指令部２０と、電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値Ｃとそれらレーザ発振指令値に従いレーザ発振部が発振したレーザビームＬに関して出力測定部１６で得た複数の異なるレーザ出力測定値Ｍとに基づいて、レーザ発振指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数Ｆを求める関数演算部２２とを備える。電力供給指令部は、関数演算部が関数を求めた後には、その関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値に従い、電源に電力供給動作を指令する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、レーザビームの出力の自動補正機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工、医療、計測等の分野で用いられるレーザ装置において、レーザ発振部と、レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、オペレータが入力するレーザ発振指令値（通常は出力指令値）と出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて、レーザ発振部の動作を制御する発振制御部とを備えたものが知られている。レーザ発振部は通常、流動ガス、結晶体等のレーザ媒質を励起する励起部（放電、光、熱、化学反応等による）と、励起部により励起したレーザ媒質の光エネルギを増幅してレーザビームとして出射する光共振部（互いに対向する出射ミラー（部分透過鏡）及びリアミラーを含む）とを備えて構成される。
【０００３】
出力測定部は、フォトダイオードやサーモパイル等の光検出器を備え、この光検出器が、レーザ発振部の外側で光共振部のリアミラーに近接して配置される。そして、光共振部のリアミラーを、僅かな透過率を有する部分透過鏡から構成することにより、リアミラーを透過したレーザビームの一部分が、光検出器によって検出される。リアミラーを透過する部分光の出力は、出射ミラーから出射されるレーザビームの出力に比例するので、結果として出力測定部により、レーザビームの実効出力が測定される。
【０００４】
上記構成を有するレーザ装置においては、環境（温度、湿度等）の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等により、レーザ発振（出力）指令値に対する実際のレーザビームの出力の偏差が大きくなる場合がある。このような場合に、発振制御部は、出力測定部で得たレーザ出力測定値に基づいて、出力偏差を収束させるフィードバック制御を行なうことができる。しかし、応答性に優れたフィードバック制御を実行するためには、出力測定部の測定精度を可及的に向上させる必要がある。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１に開示されるレーザ装置では、レーザ発振の立ち上げ時に、数値制御装置（電源制御部）が、出力の所望の指令値と対応の測定値との比率を計算し、この比率を補正係数として、実際の作業時の指令値を自動的に補正する構成を採用している。この補正係数は、予め定めた複数の異なる指令値範囲に関して、各範囲における任意の指令値と対応の測定値との比率として、それぞれ求めておくこともできる。この構成によれば、環境の変化や構成要素の位置ずれ等に起因して生じる出力の偏差を相殺するように自動補正された指令値に従って、レーザ発振部が動作するので、出力測定部の測定精度に依存することなく、要求される出力のレーザビームを発振することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第２８０４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ装置におけるレーザビームの出力の指令値と測定値とは、レーザ装置の定格出力範囲の全体に渡って線形的な関係を呈する訳ではないことが知られている。例えば、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて低下する場合がある。そこで、上記特許文献１に開示されるレーザ装置の出力補正手法では、複数の異なる指令値範囲のそれぞれに関して予め補正係数を求めることで、補正の信頼性を向上させるようにしている。しかしこの構成では、出力の個々の指令値範囲における任意の指令値を基準として補正係数を求めているから、指令値範囲内で指令値と測定値とが非線形的な関係を呈している場合は、補正係数の算出基準となった指令値以外の指令値に関し、正確に対応した出力を確保することが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、レーザ装置の定格出力範囲の全体に渡り、環境の変化や、経時での構成要素の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、指令値に正確に対応した出力を確保できるレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ発振部と、レーザ発振部に発振用電力を供給する電源と、レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、レーザ発振指令値と出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて電源を制御する電源制御部とを具備するレーザ装置において、電源制御部は、レーザ発振指令値に従い、電源にレーザ発振部への電力供給動作を指令する電力供給指令部と、電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値とそれらレーザ発振指令値に従いレーザ発振部が発振したレーザビームに関して出力測定部で得た複数の異なるレーザ出力測定値とに基づいて、レーザ発振指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求める関数演算部とを具備し、電力供給指令部は、関数演算部が関数を求めた後には、その関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値に従い、電源に電力供給動作を指令すること、を特徴とするレーザ装置を提供する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、関数演算部は、レーザ発振指令値として供給電力指令値を用いて、供給電力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求め、電力供給指令部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、レーザ発振指令値に施す補正処理として、関数演算部が求めた関数の逆関数に従い、レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、供給電力指令値を電源に与えることで電力供給動作を指令する、レーザ装置を提供する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、関数演算部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いて、レーザ出力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求め、電力供給指令部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、レーザ発振指令値に施す補正処理として、関数演算部が求めた関数が表す相関性とは反対の相関性に従い、レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、その供給電力指令値を電源に与えることで電力供給動作を指令する、レーザ装置を提供する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、電源制御部は、複数の異なるレーザ発振指令値及び複数の異なるレーザ出力測定値と、関数との、少なくとも一方を記憶する記憶部をさらに具備する、レーザ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、指令値補正前の状態でのレーザ発振指令値とレーザ出力測定値との相関性を考慮に入れて、レーザ発振部が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値に正確に対応する出力のレーザビームを発振できるように、レーザ発振指令値を自動的に補正することができる。したがって、例えばレーザ装置が、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて徐々に低下するような、非線形的な入出力特性を有している場合にも、与えられたレーザ発振指令値を、そのような非線形的な特性に追従するように的確に自動補正して、レーザ発振部に、レーザ発振指令値に正確に対応する出力のレーザビームを発振させることができる。このようなレーザ発振指令値の補正処理は、例えばレーザ装置を起動させる度に、或いはオペレータが要求する時点で、自動的に実行することができる。その結果、レーザ装置によれば、定格出力範囲の全体に渡り、環境（温度、湿度等)の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、レーザ発振指令値に正確に対応した出力を確保することが可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、電力供給指令部は、関数演算部が求めた関数の逆関数を、レーザ工程用のレーザ出力指令値から供給電力指令値を演算するための規則として用いる。この規則の下で、電力供給指令部がレーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値は、補正処理前の状態での供給電力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性における、非線形領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値が、供給電力指令値に線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力を上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値を増加させることになる。電力供給指令部は、この演算規則に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値から求めた供給電力指令値を、電源に与えることで、電源にレーザ発振部への電力の供給を指令する。その結果、レーザ発振部は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値に正確に対応する出力で、レーザビームを発振する。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、電力供給指令部は、関数演算部が求めた関数が表す相関性とは反対の相関性を、レーザ工程用のレーザ出力指令値から供給電力指令値を演算するための規則として用いる。この規則の下で、電力供給指令部がレーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値は、補正処理前の状態でのレーザ出力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性における、非線形領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値がレーザ出力指令値よりも低くなっている領域では、不足分だけ出力を上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値を増加させることになる。電力供給指令部は、この演算規則に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値から求めた供給電力指令値を、電源に与えることで、電源にレーザ発振部への電力の供給を指令する。その結果、レーザ発振部は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値に正確に対応する出力で、レーザビームを発振する。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、外部の記憶装置に依存することなく、適正な指令値自動補正処理を迅速かつ正確に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るレーザ装置１０の基本構成を機能ブロック図で示す。レーザ装置１０は、レーザ発振部１２と、レーザ発振部１２に発振用電力Ｅを供給する電源１４と、レーザ発振部１２で発振されるレーザビームＬの出力Ｐを測定する出力測定部１６と、レーザ発振指令値Ｃと出力測定部１６で得たレーザ出力測定値Ｍとに基づいて電源１４を制御する電源制御部１８とを備える。
【００１８】
電源制御部１８は、レーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する電力供給指令部２０と、電力供給指令部２０に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）とそれらレーザ発振指令値Ｃに従いレーザ発振部１２が発振したレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）に関して出力測定部１４で得た複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づいて、レーザ発振指令値Ｃに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆを求める関数演算部２２とを備える。電力供給指令部２０は、関数演算部２２が関数Ｆを求めた後には、関数Ｆに基づいてレーザ発振指令値Ｃに補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４に電力供給動作を指令する。
【００１９】
さらに詳述すると、電源制御部１８の電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）から得た供給電力指令値Ｃｓを電源１４に与えることで、電源１４に電力供給動作を指令することができる。ここで、レーザ発振指令値Ｃがレーザ出力指令値である場合には、電力供給指令部２０は、所与の規則（初期状態では一次関数）に従って、レーザ出力指令値から、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、レーザ発振指令値Ｃが供給電力指令値である場合には、電力供給指令部２０は、その供給電力指令値を適正化して（初期状態ではそのままで）、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを得る。
【００２０】
レーザ装置１０が初期状態（或いは指令値補正前の状態）にあるときに、電力供給指令部２０は、予備補正用の複数の異なるレーザ発振指令値（レーザ出力指令値又は供給電力指令値）Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）に従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する。それにより電源１４は、それらレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）に対応する電力Ｅ（Ｅ１、Ｅ２、…Ｅｎ）をレーザ発振部１２に供給し、レーザ発振部１２が、それら電力Ｅ（Ｅ１、Ｅ２、…Ｅｎ）に対応する出力Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ）で、複数の異なるレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）を発振する。そして、出力測定部１６が、それらレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）の出力Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ）を個々に測定して、複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）を得る。
【００２１】
そこで、関数演算部２２は、複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）と、それらレーザ発振指令値Ｃに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づいて、補間法により、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）におけるレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を近似的に表す関数Ｆを求める。このようにして求めた関数Ｆは、線形領域及び非線形領域の双方を含み得るものである。
【００２２】
関数演算部２２が関数Ｆを求めた後に、加工、医療、計測等のレーザ工程を実施する際には、電力供給指令部２０は、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）に対し、関数Ｆに基づいた適当な補正処理を施す。この補正処理は、関数Ｆに基づくことにより、前述した初期状態でのレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を考慮に入れて、レーザ発振部１２が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振できるように、レーザ発振指令値Ｃを自動的に改変ないし適正化するものとなる。
【００２３】
このようにして適正化したレーザ発振指令値Ｃを電源１４に与えることで、電源１４は、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）に正確に対応する電力Ｅをレーザ発振部１２に供給する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する。
【００２４】
このように、レーザ装置１０では、初期状態でのレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を考慮に入れて、レーザ発振部１２が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振できるように、レーザ発振指令値Ｃを自動的に補正することができる。したがって、例えばレーザ装置１０が、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて徐々に低下するような、非線形的な入出力特性を有している場合にも、与えられたレーザ発振指令値Ｃを、そのような非線形的な特性に追従するように的確に自動補正して、レーザ発振部１２に、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振させることができる。
【００２５】
上記したレーザ発振指令値Ｃの補正処理は、例えばレーザ装置１０を起動させる度に、或いはオペレータが要求する時点で、自動的に実行することができる。その結果、レーザ装置１０によれば、定格出力範囲の全体に渡り、環境（温度、湿度等)の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応した出力Ｐを確保することが可能になる。
【００２６】
図２は、上記したレーザ装置１０の具体的構成を模式図的に示す。レーザ装置１０のレーザ発振部１２は、流動ガス、結晶体等のレーザ媒質を励起する励起部２４（放電、光、熱、化学反応等による）と、励起部２４により励起したレーザ媒質の光エネルギを増幅してレーザビームＬとして出射する光共振部２６とを備える。電源１４は、励起部２４に接続され、電源制御部１８の制御下で、励起部２４に所望の電力を供給する。
【００２７】
光共振部２６は、励起部２４の両側に互いに対向して設置される出射ミラー（部分透過鏡）２８とリアミラー（部分透過鏡）３０とを有する。出力測定部１６は、フォトダイオードやサーモパイル等の光検出器３２を備え、光検出器３２が、レーザ発振部１２の外側で光共振部２６のリアミラー３０に近接して配置される。リアミラー３０は、僅かな透過率を有する部分透過鏡から形成され、リアミラー３０を透過したレーザビームＬの一部分が、光検出器３２によって検出される。リアミラー３０を透過する部分光の出力は、出射ミラー２８から出射されるレーザビームＬの出力に比例するので、結果として出力測定部１６により、レーザビームＬの実効出力が測定される。
【００２８】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の幾つかの好適な実施形態によるレーザ装置１０の作用効果を説明する。なお、以下に説明する実施形態の構成は、上記した図１及び図２に示す基本構成と実質的に同一である。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施形態によるレーザ装置１０の、指令値自動補正機能を説明するものである。この実施形態では、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃとしてレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、所与の規則（初期状態では一次関数）に従い、レーザ出力指令値Ｃｐから、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、この実施形態では、供給電力指令値Ｃｓの特定の閾値を境として、閾値未満の領域ではレーザ出力Ｐが供給電力指令値Ｃｓに対して一次関数的に生起され、閾値以上の領域ではレーザ出力Ｐが供給電力指令値Ｃｓに対して二次関数的に生起されることが、経験上予測されているものとする。
【００３０】
まず、電源制御部１８の関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０がレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なる供給電力指令値Ｃｓ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、…Ｃｓｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｓを求める（図３（ａ））。関数Ｆｓは、上記した予測に従ってデータを補間することにより、供給電力指令値Ｃｓの閾値Ｃｓ２未満では一次関数として求められ、閾値Ｃｓ２以上では二次関数として求められている。
【００３１】
次いで、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す前述した補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｓの逆関数ＩＦｓ（図３（ｂ））を、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを演算するための規則として用いる（図３（ｃ））。この規則（つまり逆関数ＩＦｓ）の下で、電力供給指令部２０がレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態での供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍが、供給電力指令値Ｃｓに線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓを増加させる、適正化された新たな演算規則が適用される（図３（ｃ））。
【００３２】
電力供給指令部２０は、上記した演算規則（つまり逆関数ＩＦｓ）に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを、電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する（図３（ｄ））。なお、上記した演算規則（つまり逆関数ＩＦｓ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０でレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを求めるために使用される。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態によるレーザ装置１０の、指令値自動補正機能を説明するものである。この実施形態では、図３の実施形態と同様に、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃとしてレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、所与の規則（初期状態では一次関数）に従い、レーザ出力指令値Ｃｐから、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、この実施形態では、レーザ出力指令値Ｃｐの特定の閾値を境として、閾値未満の領域ではレーザ出力Ｐがレーザ出力指令値Ｃｐに対して一次関数的に生起され、閾値以上の領域ではレーザ出力Ｐがレーザ出力指令値Ｃｐに対して二次関数的に生起されることが、経験上予測されているものとする。
【００３４】
まず、電源制御部１８の関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０に与えられるレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なるレーザ出力指令値Ｃｐ（Ｃｐ１、Ｃｐ２、…Ｃｐｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、レーザ出力指令値Ｃｐに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｐを求める（図４（ａ））。関数Ｆｐは、上記した予測に従ってデータを補間することにより、レーザ出力指令値Ｃｐの閾値Ｃｐ１未満では一次関数として求められ、閾値Ｃｐ１以上では二次関数として求められている。
【００３５】
次いで、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す前述した補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｐが表す相関性とは反対の相関性を表す関数ＲＦｐを、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを演算するための規則として用いる（図４（ｂ））。この規則（つまり関数ＲＦｐ）の下で、電力供給指令部２０がレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態でのレーザ出力指令値Ｃｐに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍがレーザ出力指令値Ｃｐよりも低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓを増加させる、適正化された新たな演算規則が適用される（図４（ｂ））。
【００３６】
電力供給指令部２０は、上記した演算規則（つまり関数ＲＦｐ）に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを、電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する（図４（ｃ））。なお、上記した演算規則（つまり関数ＲＦｐ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０でレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを求めるために使用される。
【００３７】
図示しないが、本発明に係るレーザ装置１０は、電力供給指令部２０に与えられるレーザ発振指令値Ｃが、電源１４に対して直接的な指令となる供給電力指令値Ｃｓである場合にも、有効な指令値自動補正機能を発揮できる。この場合には、関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０に与えられる供給電力指令値Ｃｓを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なる供給電力指令値Ｃｓ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、…Ｃｓｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｓを求める（図３（ａ））。
【００３８】
そして、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｓに従い、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓを補正する。この補正により、電力供給指令部２０が電源１４に与えるレーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態での供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍが、供給電力指令値Ｃｓに線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓを増加させる補正が施される（図３（ｃ））。
【００３９】
電力供給指令部２０は、上記した補正後の供給電力指令値Ｃｓを電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する。なお、上記した補正規則（つまり関数Ｆｓ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０で供給電力指令値Ｃｓを補正するために使用される。
【００４０】
本発明に係るレーザ装置１０において、電源制御部１８は、予備補正用の複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）及びそれらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）と、関数演算部２２が求めた補正処理用の関数Ｆとの、少なくとも一方を記憶する記憶部３４を、さらに備えることが有利である（図５参照）。このような構成によれば、外部の記憶装置に依存することなく、適正な指令値自動補正処理を迅速かつ正確に実行することができる。
【００４１】
本発明に係るレーザ装置１０は、例えば切断や溶接等のレーザ加工システム（例えばロボットシステム）に、好適に採用できる。また、医療用途（例えば診断や治療）等の、レーザ加工システム以外の種々のレーザシステム（例えばロボットシステム）にも適用できる。いずれの場合も、レーザ装置１０は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振できるので、レーザ工程の安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るレーザ装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のレーザ装置の具体的構成を模式図的に示す。
【図３】本発明の第１実施形態によるレーザ装置の指令値自動補正機能を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるレーザ装置の指令値自動補正機能を説明する図である。
【図５】変形例によるレーザ装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ レーザ装置
１２ レーザ発振部
１４ 電源
１６ 出力測定部
１８ 電源制御部
２０ 電力供給指令部
２２ 関数演算部
３４ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、レーザビームの出力の自動補正機能を備えたレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工、医療、計測等の分野で用いられるレーザ装置において、レーザ発振部と、レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、オペレータが入力するレーザ発振指令値（通常は出力指令値）と出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて、レーザ発振部の動作を制御する発振制御部とを備えたものが知られている。レーザ発振部は通常、流動ガス、結晶体等のレーザ媒質を励起する励起部（放電、光、熱、化学反応等による）と、励起部により励起したレーザ媒質の光エネルギを増幅してレーザビームとして出射する光共振部（互いに対向する出射ミラー（部分透過鏡）及びリアミラーを含む）とを備えて構成される。
【０００３】
出力測定部は、フォトダイオードやサーモパイル等の光検出器を備え、この光検出器が、レーザ発振部の外側で光共振部のリアミラーに近接して配置される。そして、光共振部のリアミラーを、僅かな透過率を有する部分透過鏡から構成することにより、リアミラーを透過したレーザビームの一部分が、光検出器によって検出される。リアミラーを透過する部分光の出力は、出射ミラーから出射されるレーザビームの出力に比例するので、結果として出力測定部により、レーザビームの実効出力が測定される。
【０００４】
上記構成を有するレーザ装置においては、環境（温度、湿度等）の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等により、レーザ発振（出力）指令値に対する実際のレーザビームの出力の偏差が大きくなる場合がある。このような場合に、発振制御部は、出力測定部で得たレーザ出力測定値に基づいて、出力偏差を収束させるフィードバック制御を行なうことができる。しかし、応答性に優れたフィードバック制御を実行するためには、出力測定部の測定精度を可及的に向上させる必要がある。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１に開示されるレーザ装置では、レーザ発振の立ち上げ時に、数値制御装置（電源制御部）が、出力の所望の指令値と対応の測定値との比率を計算し、この比率を補正係数として、実際の作業時の指令値を自動的に補正する構成を採用している。この補正係数は、予め定めた複数の異なる指令値範囲に関して、各範囲における任意の指令値と対応の測定値との比率として、それぞれ求めておくこともできる。この構成によれば、環境の変化や構成要素の位置ずれ等に起因して生じる出力の偏差を相殺するように自動補正された指令値に従って、レーザ発振部が動作するので、出力測定部の測定精度に依存することなく、要求される出力のレーザビームを発振することができる。
【０００６】
【特許文献１】特許第２８０４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ装置におけるレーザビームの出力の指令値と測定値とは、レーザ装置の定格出力範囲の全体に渡って線形的な関係を呈する訳ではないことが知られている。例えば、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて低下する場合がある。そこで、上記特許文献１に開示されるレーザ装置の出力補正手法では、複数の異なる指令値範囲のそれぞれに関して予め補正係数を求めることで、補正の信頼性を向上させるようにしている。しかしこの構成では、出力の個々の指令値範囲における任意の指令値を基準として補正係数を求めているから、指令値範囲内で指令値と測定値とが非線形的な関係を呈している場合は、補正係数の算出基準となった指令値以外の指令値に関し、正確に対応した出力を確保することが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、レーザ装置の定格出力範囲の全体に渡り、環境の変化や、経時での構成要素の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、指令値に正確に対応した出力を確保できるレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、レーザ発振部と、レーザ発振部に発振用電力を供給する電源と、レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、レーザ発振指令値と出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて電源を制御する電源制御部とを具備するレーザ装置において、電源制御部は、レーザ発振指令値に従い、電源にレーザ発振部への電力供給動作を指令する電力供給指令部と、電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値とそれらレーザ発振指令値に従いレーザ発振部が発振したレーザビームに関して出力測定部で得た複数の異なるレーザ出力測定値とに基づいて、レーザ発振指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求める関数演算部とを具備し、電力供給指令部は、関数演算部が関数を求めた後には、その関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値に従い、電源に電力供給動作を指令すること、を特徴とするレーザ装置を提供する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、関数演算部は、レーザ発振指令値として供給電力指令値を用いて、供給電力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求め、電力供給指令部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、レーザ発振指令値に施す補正処理として、関数演算部が求めた関数の逆関数に従い、レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、供給電力指令値を電源に与えることで電力供給動作を指令する、レーザ装置を提供する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、関数演算部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いて、レーザ出力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求め、電力供給指令部は、レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、レーザ発振指令値に施す補正処理として、関数演算部が求めた関数が表す相関性とは反対の相関性に従い、レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、その供給電力指令値を電源に与えることで電力供給動作を指令する、レーザ装置を提供する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、電源制御部は、複数の異なるレーザ発振指令値及び複数の異なるレーザ出力測定値と、関数との、少なくとも一方を記憶する記憶部をさらに具備する、レーザ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、指令値補正前の状態でのレーザ発振指令値とレーザ出力測定値との相関性を考慮に入れて、レーザ発振部が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値に正確に対応する出力のレーザビームを発振できるように、レーザ発振指令値を自動的に補正することができる。したがって、例えばレーザ装置が、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて徐々に低下するような、非線形的な入出力特性を有している場合にも、与えられたレーザ発振指令値を、そのような非線形的な特性に追従するように的確に自動補正して、レーザ発振部に、レーザ発振指令値に正確に対応する出力のレーザビームを発振させることができる。このようなレーザ発振指令値の補正処理は、例えばレーザ装置を起動させる度に、或いはオペレータが要求する時点で、自動的に実行することができる。その結果、レーザ装置によれば、定格出力範囲の全体に渡り、環境（温度、湿度等)の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、レーザ発振指令値に正確に対応した出力を確保することが可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、電力供給指令部は、関数演算部が求めた関数の逆関数を、レーザ工程用のレーザ出力指令値から供給電力指令値を演算するための規則として用いる。この規則の下で、電力供給指令部がレーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値は、補正処理前の状態での供給電力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性における、非線形領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値が、供給電力指令値に線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力を上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値を増加させることになる。電力供給指令部は、この演算規則に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値から求めた供給電力指令値を、電源に与えることで、電源にレーザ発振部への電力の供給を指令する。その結果、レーザ発振部は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値に正確に対応する出力で、レーザビームを発振する。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、電力供給指令部は、関数演算部が求めた関数が表す相関性とは反対の相関性を、レーザ工程用のレーザ出力指令値から供給電力指令値を演算するための規則として用いる。この規則の下で、電力供給指令部がレーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値は、補正処理前の状態でのレーザ出力指令値に対するレーザ出力測定値の相関性における、非線形領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値がレーザ出力指令値よりも低くなっている領域では、不足分だけ出力を上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値から求める供給電力指令値を増加させることになる。電力供給指令部は、この演算規則に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値から求めた供給電力指令値を、電源に与えることで、電源にレーザ発振部への電力の供給を指令する。その結果、レーザ発振部は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値に正確に対応する出力で、レーザビームを発振する。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、外部の記憶装置に依存することなく、適正な指令値自動補正処理を迅速かつ正確に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るレーザ装置１０の基本構成を機能ブロック図で示す。レーザ装置１０は、レーザ発振部１２と、レーザ発振部１２に発振用電力Ｅを供給する電源１４と、レーザ発振部１２で発振されるレーザビームＬの出力Ｐを測定する出力測定部１６と、レーザ発振指令値Ｃと出力測定部１６で得たレーザ出力測定値Ｍとに基づいて電源１４を制御する電源制御部１８とを備える。
【００１８】
電源制御部１８は、レーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する電力供給指令部２０と、電力供給指令部２０に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）とそれらレーザ発振指令値Ｃに従いレーザ発振部１２が発振したレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）に関して出力測定部１４で得た複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づいて、レーザ発振指令値Ｃに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆを求める関数演算部２２とを備える。電力供給指令部２０は、関数演算部２２が関数Ｆを求めた後には、関数Ｆに基づいてレーザ発振指令値Ｃに補正処理を施すとともに、補正処理を施したレーザ発振指令値Ｃに従い、電源１４に電力供給動作を指令する。
【００１９】
さらに詳述すると、電源制御部１８の電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）から得た供給電力指令値Ｃｓを電源１４に与えることで、電源１４に電力供給動作を指令することができる。ここで、レーザ発振指令値Ｃがレーザ出力指令値である場合には、電力供給指令部２０は、所与の規則（初期状態では一次関数）に従って、レーザ出力指令値から、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、レーザ発振指令値Ｃが供給電力指令値である場合には、電力供給指令部２０は、その供給電力指令値を適正化して（初期状態ではそのままで）、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを得る。
【００２０】
レーザ装置１０が初期状態（或いは指令値補正前の状態）にあるときに、電力供給指令部２０は、予備補正用の複数の異なるレーザ発振指令値（レーザ出力指令値又は供給電力指令値）Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）に従い、電源１４にレーザ発振部１２への電力供給動作を指令する。それにより電源１４は、それらレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）に対応する電力Ｅ（Ｅ１、Ｅ２、…Ｅｎ）をレーザ発振部１２に供給し、レーザ発振部１２が、それら電力Ｅ（Ｅ１、Ｅ２、…Ｅｎ）に対応する出力Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ）で、複数の異なるレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）を発振する。そして、出力測定部１６が、それらレーザビームＬ（Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｎ）の出力Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ）を個々に測定して、複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）を得る。
【００２１】
そこで、関数演算部２２は、複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）と、それらレーザ発振指令値Ｃに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づいて、補間法により、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）におけるレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を近似的に表す関数Ｆを求める。このようにして求めた関数Ｆは、線形領域及び非線形領域の双方を含み得るものである。
【００２２】
関数演算部２２が関数Ｆを求めた後に、加工、医療、計測等のレーザ工程を実施する際には、電力供給指令部２０は、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）に対し、関数Ｆに基づいた適当な補正処理を施す。この補正処理は、関数Ｆに基づくことにより、前述した初期状態でのレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を考慮に入れて、レーザ発振部１２が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振できるように、レーザ発振指令値Ｃを自動的に改変ないし適正化するものとなる。
【００２３】
このようにして適正化したレーザ発振指令値Ｃを電源１４に与えることで、電源１４は、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃ（例えばオペレータが入力したもの）に正確に対応する電力Ｅをレーザ発振部１２に供給する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する。
【００２４】
このように、レーザ装置１０では、初期状態でのレーザ発振指令値Ｃとレーザ出力測定値Ｍとの相関性を考慮に入れて、レーザ発振部１２が、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振できるように、レーザ発振指令値Ｃを自動的に補正することができる。したがって、例えばレーザ装置１０が、定格出力範囲における比較的高い出力領域で、指令値の増分に対する測定値の増分率が、比較的低い出力領域に比べて徐々に低下するような、非線形的な入出力特性を有している場合にも、与えられたレーザ発振指令値Ｃを、そのような非線形的な特性に追従するように的確に自動補正して、レーザ発振部１２に、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力ＰのレーザビームＬを発振させることができる。
【００２５】
上記したレーザ発振指令値Ｃの補正処理は、例えばレーザ装置１０を起動させる度に、或いはオペレータが要求する時点で、自動的に実行することができる。その結果、レーザ装置１０によれば、定格出力範囲の全体に渡り、環境（温度、湿度等)の変化や、経時での構成要素（ミラー等）の位置ずれ、汚損等に起因して生じ得る出力偏差を排除して、レーザ発振指令値Ｃに正確に対応した出力Ｐを確保することが可能になる。
【００２６】
図２は、上記したレーザ装置１０の具体的構成を模式図的に示す。レーザ装置１０のレーザ発振部１２は、流動ガス、結晶体等のレーザ媒質を励起する励起部２４（放電、光、熱、化学反応等による）と、励起部２４により励起したレーザ媒質の光エネルギを増幅してレーザビームＬとして出射する光共振部２６とを備える。電源１４は、励起部２４に接続され、電源制御部１８の制御下で、励起部２４に所望の電力を供給する。
【００２７】
光共振部２６は、励起部２４の両側に互いに対向して設置される出射ミラー（部分透過鏡）２８とリアミラー（部分透過鏡）３０とを有する。出力測定部１６は、フォトダイオードやサーモパイル等の光検出器３２を備え、光検出器３２が、レーザ発振部１２の外側で光共振部２６のリアミラー３０に近接して配置される。リアミラー３０は、僅かな透過率を有する部分透過鏡から形成され、リアミラー３０を透過したレーザビームＬの一部分が、光検出器３２によって検出される。リアミラー３０を透過する部分光の出力は、出射ミラー２８から出射されるレーザビームＬの出力に比例するので、結果として出力測定部１６により、レーザビームＬの実効出力が測定される。
【００２８】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の幾つかの好適な実施形態によるレーザ装置１０の作用効果を説明する。なお、以下に説明する実施形態の構成は、上記した図１及び図２に示す基本構成と実質的に同一である。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施形態によるレーザ装置１０の、指令値自動補正機能を説明するものである。この実施形態では、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃとしてレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、所与の規則（初期状態では一次関数）に従い、レーザ出力指令値Ｃｐから、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、この実施形態では、供給電力指令値Ｃｓの特定の閾値を境として、閾値未満の領域ではレーザ出力Ｐが供給電力指令値Ｃｓに対して一次関数的に生起され、閾値以上の領域ではレーザ出力Ｐが供給電力指令値Ｃｓに対して二次関数的に生起されることが、経験上予測されているものとする。
【００３０】
まず、電源制御部１８の関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０がレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なる供給電力指令値Ｃｓ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、…Ｃｓｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｓを求める（図３（ａ））。関数Ｆｓは、上記した予測に従ってデータを補間することにより、供給電力指令値Ｃｓの閾値Ｃｓ２未満では一次関数として求められ、閾値Ｃｓ２以上では二次関数として求められている。
【００３１】
次いで、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す前述した補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｓの逆関数ＩＦｓ（図３（ｂ））を、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを演算するための規則として用いる（図３（ｃ））。この規則（つまり逆関数ＩＦｓ）の下で、電力供給指令部２０がレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態での供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍが、供給電力指令値Ｃｓに線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓを増加させる、適正化された新たな演算規則が適用される（図３（ｃ））。
【００３２】
電力供給指令部２０は、上記した演算規則（つまり逆関数ＩＦｓ）に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを、電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する（図３（ｄ））。なお、上記した演算規則（つまり逆関数ＩＦｓ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０でレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを求めるために使用される。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態によるレーザ装置１０の、指令値自動補正機能を説明するものである。この実施形態では、図３の実施形態と同様に、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃとしてレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、所与の規則（初期状態では一次関数）に従い、レーザ出力指令値Ｃｐから、電源１４に与える供給電力指令値Ｃｓを演算する。また、この実施形態では、レーザ出力指令値Ｃｐの特定の閾値を境として、閾値未満の領域ではレーザ出力Ｐがレーザ出力指令値Ｃｐに対して一次関数的に生起され、閾値以上の領域ではレーザ出力Ｐがレーザ出力指令値Ｃｐに対して二次関数的に生起されることが、経験上予測されているものとする。
【００３４】
まず、電源制御部１８の関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０に与えられるレーザ出力指令値Ｃｐを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なるレーザ出力指令値Ｃｐ（Ｃｐ１、Ｃｐ２、…Ｃｐｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、レーザ出力指令値Ｃｐに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｐを求める（図４（ａ））。関数Ｆｐは、上記した予測に従ってデータを補間することにより、レーザ出力指令値Ｃｐの閾値Ｃｐ１未満では一次関数として求められ、閾値Ｃｐ１以上では二次関数として求められている。
【００３５】
次いで、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す前述した補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｐが表す相関性とは反対の相関性を表す関数ＲＦｐを、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを演算するための規則として用いる（図４（ｂ））。この規則（つまり関数ＲＦｐ）の下で、電力供給指令部２０がレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態でのレーザ出力指令値Ｃｐに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍがレーザ出力指令値Ｃｐよりも低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求める供給電力指令値Ｃｓを増加させる、適正化された新たな演算規則が適用される（図４（ｂ））。
【００３６】
電力供給指令部２０は、上記した演算規則（つまり関数ＲＦｐ）に従ってレーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐから求めた供給電力指令値Ｃｓを、電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ出力指令値Ｃｐに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する（図４（ｃ））。なお、上記した演算規則（つまり関数ＲＦｐ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０でレーザ出力指令値Ｃｐから供給電力指令値Ｃｓを求めるために使用される。
【００３７】
図示しないが、本発明に係るレーザ装置１０は、電力供給指令部２０に与えられるレーザ発振指令値Ｃが、電源１４に対して直接的な指令となる供給電力指令値Ｃｓである場合にも、有効な指令値自動補正機能を発揮できる。この場合には、関数演算部２２は、レーザ発振指令値Ｃとして、電力供給指令部２０に与えられる供給電力指令値Ｃｓを用いて、前述したように、予備補正用の複数の異なる供給電力指令値Ｃｓ（Ｃｓ１、Ｃｓ２、…Ｃｓｎ）と、それらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）とに基づき、供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性を近似的に表す関数Ｆｓを求める（図３（ａ））。
【００３８】
そして、電力供給指令部２０は、レーザ発振指令値Ｃに施す補正処理として、関数演算部２２が求めた関数Ｆｓに従い、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓを補正する。この補正により、電力供給指令部２０が電源１４に与えるレーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓは、補正処理前の状態での供給電力指令値Ｃｓに対するレーザ出力測定値Ｍの相関性における、二次関数的領域を相殺するものとなる。つまり、補正処理前の状態でレーザ出力測定値Ｍが、供給電力指令値Ｃｓに線形対応する理想のレーザ出力測定値に比べて低くなっている領域では、不足分だけ出力Ｐを上昇させるべく、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓを増加させる補正が施される（図３（ｃ））。
【００３９】
電力供給指令部２０は、上記した補正後の供給電力指令値Ｃｓを電源１４に与えることで、電源１４にレーザ発振部１２への電力Ｅの供給を指令する。その結果、レーザ発振部１２は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用の供給電力指令値Ｃｓに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振する。なお、上記した補正規則（つまり関数Ｆｓ）は、次の指令値自動補正処理が実行されるまでの間、電力供給指令部２０で供給電力指令値Ｃｓを補正するために使用される。
【００４０】
本発明に係るレーザ装置１０において、電源制御部１８は、予備補正用の複数の異なるレーザ発振指令値Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃｎ）及びそれらに対応する複数の異なるレーザ出力測定値Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、…Ｍｎ）と、関数演算部２２が求めた補正処理用の関数Ｆとの、少なくとも一方を記憶する記憶部３４を、さらに備えることが有利である（図５参照）。このような構成によれば、外部の記憶装置に依存することなく、適正な指令値自動補正処理を迅速かつ正確に実行することができる。
【００４１】
本発明に係るレーザ装置１０は、例えば切断や溶接等のレーザ加工システム（例えばロボットシステム）に、好適に採用できる。また、医療用途（例えば診断や治療）等の、レーザ加工システム以外の種々のレーザシステム（例えばロボットシステム）にも適用できる。いずれの場合も、レーザ装置１０は、所望の出力範囲（例えばレーザ装置１０の定格出力範囲）に渡り、レーザ工程用のレーザ発振指令値Ｃに正確に対応する出力Ｐで、レーザビームＬを発振できるので、レーザ工程の安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るレーザ装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１のレーザ装置の具体的構成を模式図的に示す。
【図３】本発明の第１実施形態によるレーザ装置の指令値自動補正機能を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるレーザ装置の指令値自動補正機能を説明する図である。
【図５】変形例によるレーザ装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０ レーザ装置
１２ レーザ発振部
１４ 電源
１６ 出力測定部
１８ 電源制御部
２０ 電力供給指令部
２２ 関数演算部
３４ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振部と、該レーザ発振部に発振用電力を供給する電源と、該レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、レーザ発振指令値と該出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて該電源を制御する電源制御部とを具備するレーザ装置において、
前記電源制御部は、
レーザ発振指令値に従い、前記電源に前記レーザ発振部への電力供給動作を指令する電力供給指令部と、
前記電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値とそれらレーザ発振指令値に従い前記レーザ発振部が発振したレーザビームに関して前記出力測定部で得た複数の異なるレーザ出力測定値とに基づいて、該レーザ発振指令値に対する該レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求める関数演算部とを具備し、
前記電力供給指令部は、前記関数演算部が前記関数を求めた後には、該関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、該補正処理を施した該レーザ発振指令値に従い、前記電源に前記電力供給動作を指令すること、
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記関数演算部は、前記レーザ発振指令値として供給電力指令値を用いて、該供給電力指令値に対する前記レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す前記関数を求め、前記電力供給指令部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、前記レーザ発振指令値に施す前記補正処理として、前記関数演算部が求めた前記関数の逆関数に従い、該レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、該供給電力指令値を前記電源に与えることで前記電力供給動作を指令する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記関数演算部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いて、該レーザ出力指令値に対する前記レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す前記関数を求め、前記電力供給指令部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、前記レーザ発振指令値に施す前記補正処理として、前記関数演算部が求めた前記関数が表す前記相関性とは反対の相関性に従い、該レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、該供給電力指令値を前記電源に与えることで前記電力供給動作を指令する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記電源制御部は、前記複数の異なるレーザ発振指令値及び前記複数の異なるレーザ出力測定値と、前記関数との、少なくとも一方を記憶する記憶部をさらに具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１】
レーザ発振部と、該レーザ発振部に発振用電力を供給する電源と、該レーザ発振部で発振されるレーザビームの出力を測定する出力測定部と、レーザ発振指令値と該出力測定部で得たレーザ出力測定値とに基づいて該電源を制御する電源制御部とを具備するレーザ装置において、
前記電源制御部は、
レーザ発振指令値に従い、前記電源に前記レーザ発振部への電力供給動作を指令する電力供給指令部と、
前記電力供給指令部に与えられる複数の異なるレーザ発振指令値とそれらレーザ発振指令値に従い前記レーザ発振部が発振したレーザビームに関して前記出力測定部で得た複数の異なるレーザ出力測定値とに基づいて、該レーザ発振指令値に対する該レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す関数を求める関数演算部とを具備し、
前記電力供給指令部は、前記関数演算部が前記関数を求めた後には、該関数に基づいてレーザ発振指令値に補正処理を施すとともに、該補正処理を施した該レーザ発振指令値に従い、前記電源に前記電力供給動作を指令すること、
を特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記関数演算部は、前記レーザ発振指令値として供給電力指令値を用いて、該供給電力指令値に対する前記レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す前記関数を求め、前記電力供給指令部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、前記レーザ発振指令値に施す前記補正処理として、前記関数演算部が求めた前記関数の逆関数に従い、該レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、該供給電力指令値を前記電源に与えることで前記電力供給動作を指令する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記関数演算部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いて、該レーザ出力指令値に対する前記レーザ出力測定値の相関性を近似的に表す前記関数を求め、前記電力供給指令部は、前記レーザ発振指令値としてレーザ出力指令値を用いるとともに、前記レーザ発振指令値に施す前記補正処理として、前記関数演算部が求めた前記関数が表す前記相関性とは反対の相関性に従い、該レーザ出力指令値から供給電力指令値を演算し、該供給電力指令値を前記電源に与えることで前記電力供給動作を指令する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記電源制御部は、前記複数の異なるレーザ発振指令値及び前記複数の異なるレーザ出力測定値と、前記関数との、少なくとも一方を記憶する記憶部をさらに具備する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２８３１７（Ｐ２００８−２８３１７Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０１９７８（Ｐ２００６−２０１９７８）
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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