JP2000317658A

JP2000317658A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2000317658A
Application number: JP11128512A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Adachi; 正足立; Naoki Inoue; 直樹井上; Hironori Hara; 裕紀原; Masayuki Kanda; 雅之神田; Makoto Maeda; 誠前田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21

Abstract

(57)【要約】【構成】レーザ光源から出射されたレーザ光が、アッ
テネータによって出力調整された後、ハーフミラーにお
いて二分割され、分割されたレーザ光の一方がエネルギ
検出器２４の受光部３０に照射される。受光部３０を構
成する熱電対素子３０ｂは二重カバー３２によって周辺
環境から隔絶される。【効果】熱電対素子３０ｂが周辺環境（温度または気
流等）の影響を受けるのを防止できるので、レーザ光の
出力を精度よく測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザ加工装置に関
し、特にたとえばレーザ光源から出射されたレーザ光の
出力を測定し、その測定値をフィードバックさせてレー
ザ光出力を制御するようにした、レーザ加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のレーザ加工装置の一例
が、特開昭６３−２１２０８０号公報および特開昭６４
−８７７１３号公報において開示されている。前者は、
集光素子の温度を検出することによってレーザ光の出力
を測定し、その測定値に基づいてレーザ光源の出力を制
御するようにしたものであり、後者は、被加工物の温度
を検出することによってレーザ光の出力を測定し、その
測定値に基づいてレーザ光源の出力を制御するようにし
たものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したそれぞれの従
来技術では、集光素子または被加工物の温度を検出する
ことによってレーザ光の出力を測定していたので、レー
ザ光出力の正確な測定が困難であるという問題点があっ
た。

【０００４】この問題点を解決する一手段として、レー
ザ光源から出射されたレーザ光の一部を受光部で受光
し、受光部で発生された熱を熱電対素子で電流に変換
し、その電流の大きさに基づいてレーザ光の出力を測定
し、制御するようにしたレーザ加工装置が知られてい
る。この従来技術によれば、レーザ光出力の測定に適し
た専用の受光部を用いることができるので、測定精度を
ある程度は向上できるものの、熱電対素子は空調等によ
る周辺温度の変化をも検出してしまうので、なお不十分
であった。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、熱
電対素子のような熱応答出力測定素子を用いてもレーザ
光出力をより精度よく測定できる、レーザ加工装置を提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザ光源
から出射されたレーザ光の一部を受光する受光部と、受
光部で発生された熱に応答してレーザ光の出力を測定す
る熱応答出力測定素子とを備える、レーザ加工装置にお
いて、熱応答出力測定素子とその周辺環境とを熱的に隔
絶するカバーをさらに備えることを特徴とする、レーザ
加工装置である。

【０００７】

【作用】たとえば、レーザ光源から出射されたレーザ光
がハーフミラー等のような分割手段によって分割され、
分割された一方のレーザ光が被加工物に集光され、その
レーザ光によって被加工物が加工される。また、分割さ
れた他方のレーザ光が受光部に照射され、受光部で発生
された熱に基づいて熱応答出力測定素子がレーザ出力を
測定する。熱応答出力測定素子が熱電対素子の場合、そ
の熱電対素子によって熱が電流に変換され、その電流の
大きさに基づいてレーザ光の出力が測定される。熱応答
出力測定素子すなわち熱電対素子とその周辺環境とはカ
バーによって熱的に隔絶されているので、熱電対素子が
その周辺の温度に反応する心配はない。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、熱応答出力測定素子
が周辺の熱的環境の影響を受けないので、レーザ光出力
をより精度よく測定できる。また、その測定値をフィー
ドバックさせてレーザ光出力を制御することによって、
より安定した加工を行うことができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【実施例】図１に示すこの実施例のレーザ加工装置１０
は、被加工物１２を載置する可動テーブル１４を含み、
可動テーブル１４の上方には、ＣＯ₂レーザ等のような
レーザ光源１６が配置される。このレーザ光源１６から
は、たとえば１０．６μｍ程度の波長のレーザ光が出射
される。なお、この波長は適宜変更可能であるが、後述
の熱電対素子３０を用いることを考慮すると、５μｍ以
上であることが望ましい。また、レーザ光源１６と可動
テーブル１４との間には、アッテネータ１８，分割手段
としてのハーフミラー（または無偏光ビームスプリッ
タ）２０および集光レンズ２２が配置され、ハーフミラ
ー２０の側方にはエネルギ検出器２４が配置される。そ
して、エネルギ検出器２４がパワーメータ２６に接続さ
れ、アッテネータ１８およびパワーメータ２６がコンピ
ュータ２８に接続される。

【００１１】アッテネータ１８は、レーザ光源１６から
出射されたレーザ光の出力（エネルギ量）を調整するた
めのものであり、たとえばセレン化亜鉛基板をブリュー
スター角に設置したものが用いられる。レーザ光源１６
がＣＯ₂レーザのような直線偏光であれば、このアッテ
ネータ１８をパルスモータ等のような駆動手段１８ａで
回転させることによって、レーザ光の出力が調整され
る。

【００１２】ハーフミラー２０は、アッテネータ１８に
よって出力調整されたレーザ光を二分割するためのもの
であり、この実施例では、与えられたレーザ光の９５％
を透過し、かつ、５％を反射するものが用いられる。た
だし、レーザ光の透過率および反射率は適宜変更されて
もよい。

【００１３】エネルギ検出器２４は、図２に示すよう
に、受光部３０およびこれを収容する二重カバー３２を
含む。受光部３０は、Ｎｉ−Ｐ合金等からなる受光板３
０ａと、受光板３０ａにおいて発生された熱を電流に変
換するための熱電対素子３０ｂとを含み、受光板３０ａ
の受光面積は、レーザ光の全てを受光し得るように、レ
ーザ光のスポット面積よりも大きく設定される。

【００１４】二重カバー３２は、内カバー３４およびこ
れを覆う外カバー３６を含む。内カバー３４は、水漏れ
の生じない密封容器として構成され、図示しない循環ポ
ンプ，ヒータおよびサーモスタット等によって水温２０
℃程度の恒温水が循環される。外カバー３６は、合成樹
脂（アクリル等）または金属（アルミニウム等）等から
なる収容ケース３８を含み、収容ケース３８の内部に
は、ウレタン，発泡スチロールまたはグラスファイバー
等からなる断熱材４０が収容される。そして、内カバー
３４および外カバー３６のそれぞれには、ハーフミラー
２０からのレーザ光を取り込むための窓３４ａおよび３
６ａが形成され、窓３４ａには、セレン化亜鉛等のよう
なレーザ光（波長：１０．６μｍ）を透過させることは
できるが温度変化ないし気流を遮断する材料からなる遮
温部材３８が装着される。ただし、遮温部材３８は、窓
３４ａおよび３６ａの双方に装着されてもよいし、窓３
６ａのみに装着されてもよい。

【００１５】レーザ加工装置１０において、レーザ光源
１６からレーザ光が出射されると、まず、そのレーザ光
の出力（エネルギ量）がアッテネータ１８によって調整
される。そして、出力調整されたレーザ光がハーフミラ
ー２０によって二分割され、レーザ光出力の９５％がハ
ーフミラー２０および集光レンズ２２を通して被加工物
１２に集光され、それによって被加工物１２が加工され
る。

【００１６】一方、レーザ光出力の５％がハーフミラー
２０で反射され、窓３４ａおよび３６ａを通してエネル
ギ検出器２４の受光部３０に与えられる。したがって、
レーザ光によって受光板３０ａが加熱され、発生された
熱が熱電対素子３０ｂによって電流に変換されて、パワ
ーメータ２６に与えられる。ここで、熱電対素子３０ｂ
は二重カバー３２によって周辺環境から熱的に隔絶され
ているので、熱電対素子３０ｂから出力される電流の大
きさはレーザ光によって受光部３０に発生された熱量に
のみ依存することになる。

【００１７】パワーメータ２６では、エネルギ検出器２
４（熱電対素子３０ｂ）から与えられた電流に基づいて
レーザ光の出力すなわち実エネルギ量が求められ、この
実エネルギ量がコンピュータ２８に与えられる。コンピ
ュータ２８では、パワーメータ２６から与えられた実エ
ネルギ量と予め設定された最適エネルギ量とが比較さ
れ、実エネルギ量と最適エネルギ量とを一致させるよう
に、アッテネータ１８の駆動手段１８ａに対して制御信
号が与えられる。したがって、実エネルギ量が最適エネ
ルギ量よりも小さい場合には、実エネルギ量を増大する
方向にアッテネータ１８が回動され、実エネルギ量が最
適エネルギ量よりも大きい場合には、実エネルギ量を減
少させる方向にアッテネータ１８が回動される。

【００１８】この実施例によれば、熱電対素子３０ｂが
その周辺温度や気流の影響を受けるのを二重カバー３２
によって防止できる。つまり、内カバー３４によって内
部温度を一定に保持でき、外カバー３６によって外部の
熱や気流を遮断できる。したがって、レーザ光の出力
（実エネルギ量）を精度よく測定できる。

【００１９】発明者等は、光源１６を停止した状態にお
いて、二重カバー３２の断熱効果を検証するための実験
を行い、その結果を図３のグラフに示した。すなわち、
二重カバー３２がない場合における周辺温度およびパワ
ーメータ出力の経時的変化と、二重カバーがある場合
（本実施例）の周辺温度，内部温度およびパワーメータ
出力の経時的変化とを測定し、その結果を図３（Ａ）お
よび（Ｂ）のグラフにそれぞれ示した。ただし、周辺温
度とは、熱電対素子３０ｂの周辺環境の温度、より具体
的には定盤上の温度をいい、内部温度とは、二重カバー
３２の内部温度をいうものとする。図３のグラフから、
二重カバー３２がない場合（図３（Ａ））には、パワー
メータ出力が、空調等の影響を受けて正弦波状に大きく
変動するとともに、風や気流等の影響を受けて短時間間
隔でスパイク状に変動するのに対し、本実施例（図３
（Ｂ））によれば、周辺温度が変動しても、内部温度お
よびパワーメータ出力の変動を小さく抑えられることが
分かる。

【００２０】なお、上述の実施例では、受光部３０を二
重カバー３２で覆うようにしているが、受光部３０を内
カバー３４または外カバー３６のいずれか一方のみで覆
うようにしてもよい。

【００２１】また、外カバー３６を構成する収容ケース
３８が気密性を有するものであれば、その内側の空気層
による断熱効果を期待できるので、断熱材３８は設けな
くてもよい。一方、外カバー３６を構成する断熱材３８
が、それ自体でエネルギ検出器２４の外面を構成し得る
もの（ウレタンまたは発泡スチロール等）であれば、収
容ケース４０は設けなくてもよい。

【００２２】そして、内カバー３４としては、ペルチェ
素子を用いた恒温カバー等のような恒温機能を有する他
のものを用いるようにしてもよい。

【００２３】さらに、隔絶部材３８としてダイクロイッ
クミラーまたはバンドパスフィルター等を使用し、レー
ザ光の波長（たとえば１０．６μｍ）に対しての選択的
透過性を高めることによって、熱輻射の影響を取り除く
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】図１実施例に用いられるエネルギ検出器を示す
図解図である。

【図３】エネルギ検出器における二重カバーの効果を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０ …レーザ加工装置１４ …可動テーブル１６ …レーザ光源１８ …アッテネータ２０ …ハーフミラー２２ …レンズ２４ …エネルギ検出器２６ …パワーメータ３０ …受光部３０ａ …受光板３０ｂ …熱電対素子３２ …二重カバー３４ …内カバー３６ …外カバー３８ …隔絶部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原裕紀兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ内 (72)発明者神田雅之兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ内 (72)発明者前田誠兵庫県伊丹市奥畑５丁目10番地株式会社クボタ内Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 AB03 AB09 BA11 BA36 BA38 BB14 BC35 CA16 CA19 CA21 CA25 4E068 CA02 CB06 CC00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から出射されたレーザ光の一部
を受光する受光部と、前記受光部で発生された熱に応答
して前記レーザ光の出力を測定する熱応答出力測定素子
とを備える、レーザ加工装置において、前記熱応答出力測定素子とその周辺環境とを熱的に隔絶
するカバーをさらに備えることを特徴とする、レーザ加
工装置。
【請求項２】前記カバーは２重カバーを含む、請求項１
記載のレーザ加工装置。
【請求項３】前記２重カバーは恒温カバーと断熱カバー
とを含む、請求項２記載のレーザ加工装置。