專利名稱：能夠精確修正激光輸出的高輸出激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光裝置，特別涉及能夠更精確地修正激光輸出的高輸出激光裝置。
背景技術：
在出于激光加工等目的而使用的激光裝置中，為得到預定的加工性能，多數(shù)情況下需要修正激光輸出。例如在日本特開2005-251855號公報中公開了ー種激光裝置，其對激光振蕩器進行預熱或者冷卻，使激光振蕩器或者激光應用裝置的預定部位的測定溫度在一定的溫度范圍內，在此基礎上決定修正激光輸出指令值的修正系數(shù)。另外，在日本特開平9-107146號公報中公開了ー種激光輸出控制裝置，其具有以下単元，該單元通過在激光器實際運行前預先對激光器電源以不同的電平隨機地提供多個指令電壓，生成表示指令電壓值或者指令電流值和激光的能量值的關系的數(shù)據(jù)表，在激光器實際運行時從該數(shù)據(jù)表中讀出與輸出指令值對應的指令電壓或者指令電流，對激光器電源進行輸出。進而，在日本特開平6-61565號公報中記載有下面的內容，在毎次開始連續(xù)振蕩時至少將最初振蕩的激光的能量以及與激光器激勵強度關聯(lián)的信息存儲在存儲單元中，在振蕩休止后決定下次連續(xù)振蕩開始時的激光器激勵強度時，通過使用該存儲的上次連續(xù)振蕩時的最初的振蕩的激光的能量以及與激光器激勵強度關聯(lián)的信息，可以從振蕩開始后立即修正激光能量相對于目標能量設定值的偏離量，使激光輸出固定。在激光裝置中，作為獲得與指令值一致的激光輸出的方法，有使用反饋控制的方法。但是在反饋控制中，激光功率監(jiān)視器等迅速且精確地測定激光輸出的單元是不可缺少的。但是激光功率監(jiān)視器根據(jù)波段而價格高且可靠性差，所以有時使用檢測周期長的功率監(jiān)視器。在這樣的情況下無法進行精度高的反饋控制，多代之采用使用開環(huán)控制或者組合了前饋控制的反饋控制，獲得與指令值一致的激光輸出的方法。并且，在這些情況下，為了預先預測與輸出指令對應的實際的激光輸出，需要進行用于求出某個系數(shù)的激光輸出的修正。另外，因為將激光器設計為能夠輸出額定輸出，所以在小的輸出下變動的比例變大。并且，關于激光功率監(jiān)視器，也設計為精確測定額定輸出，所以在小的輸出下誤差相對變大。另外，因為該變動或者誤差很大程度上由激光裝置的內外的環(huán)境因素左右，所以難以進行精確的輸出修正。進而，因為激光器以及激光功率監(jiān)視器受各種因素的影響，所以小的激光的輸出及其測定也由到測定時的溫度變化的經歷左右。即，即使激光器以及功率監(jiān)視器的內外的數(shù)個部位的溫度和以前的測定時相同，也不一定得到相同的測定結果
發(fā)明內容

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種高輸出激光裝置，其即使是具有在很大程度上受激光裝置的內外環(huán)境因素左右的激光器以及激光功率監(jiān)視器的激光裝置，也能夠有效地減小該環(huán)境因素的影響，從額定輸出到低輸出，精確地修正激光輸出。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光裝置，具有激光輸出指令部，其根據(jù)預定的程序或者操作者的輸入生成激光輸出指令；激勵能量指令部，其根據(jù)上述激光輸出指令生成向激光器電源發(fā)送的激勵能量指令；激光功率監(jiān)視器，其測定通過上述激光器電源輸出的激勵能量所得到的激光輸出；和輸出修正部，其為使通過上述激光功率監(jiān)視器測定的激光輸出與在上述激光輸出指令中包含的指令輸出一致，決定用于修正上述指令輸出的修正系數(shù)，上述激光裝置還具有預備激光輸出部，其以與用于決定修正系數(shù)的激光輸出指令不同的、預先設定的單一或者多個激光輸出指令條件以及持續(xù)時間進行預備激光輸出；和修正用激光輸出部，其在所述預備激光輸出后，以用于決定修正系數(shù)的激光輸出指令條件以及持續(xù)時間進行修正用激光輸出，上述輸出修正部根據(jù)上述預備激光輸出以及上述修正用激光輸出的測定結果決定修正系數(shù)。在適當?shù)膶嵤┓绞街校鲜鲱A備激光輸出的激光輸出，通過輸出值不同的多個激光輸出指令被輸出，上述輸出值不同的多個激光輸出指令包含以從輸出值高的激光輸出到輸出值低的激光輸出的順序進行激光輸出的指令。在適當?shù)膶嵤┓绞街?，上述輸出修正部根?jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且僅在比預先決定的值低的激光輸出指令條件時，上述輸出修正部修正上述指令輸出，以使通過上述激光功率監(jiān)視器測定的激光輸出與指令輸出一致。在適當?shù)膶嵤┓绞街?，上述輸出修正部根?jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且根據(jù)其他激光輸出指令條件下的輸出測定結果計算最低的激光輸出指令條件。在適當?shù)膶嵤┓绞街?，上述輸出修正部根?jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且根據(jù)其他激光輸出指令條件以及預先存儲的過去的輸出修正中的測定結果計算最低的激光輸出指令條件。


通過以下參照附圖對優(yōu)選的實施方式的說明能夠更加明了本發(fā)明的上述或者其他目的、特征以及優(yōu)點。圖I是表示本發(fā)明的第一實施方式的激光裝置的概略結構的圖。圖2是表不指令輸出和激勵能量的關系的圖表。圖3是表不激勵能量和激光輸出的關系的圖表。圖4是表不指令輸出和激光輸出的關系的圖表。圖5是表示指令輸出和激光輸出的關系的圖表，是說明激光輸出的修正例的圖表。圖6a表示激勵能量和激光輸出的關系，同時是說明激光輸出的修正例的圖表。圖6b是圖6a的局部放大圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式的激光裝置的概略結構的圖。圖8是表示在執(zhí)行激光輸出的修正操作吋，此前以與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出指令條件，以預定的順序依次進行激光輸出的情形的圖表。、
圖9是表示以與圖8不同的輸出指令條件依次進行激光輸出的情形的圖表。
具體實施例方式圖I是表示本發(fā)明的激光裝置的概略結構的圖。激光裝置10具有測定激光輸出值的激光功率監(jiān)視器12、和具有為使通過該激光功率監(jiān)視器12測定的激光輸出測定值和激光輸出指令值一致，而修正對激光器電源14的激勵能量注入量的輸出修正功能的激光控制裝置16。激光控制裝置16具有激光輸出指令部18，用于解讀NC程序等預定的程序或者來自操作員的直接輸入來生成激光輸出指令，該激光輸出指令，在不需要制造后的立即修正等的情況下，在激勵能量指令部20中被換算為電壓或者光量等激勵能量指令值，向激光器電源14指示。激光器電源14遵照該激勵能量指令值，向放電管22內的激光氣體等激光介質給予放電或者激勵光這樣的能量，引起激光器振蕩。另ー方面，在需要修正激光輸出指令的情況下，激光控制裝置16的輸出修正部24修正激光輸出指令，關于這點后述。 在放電管22的各端配置作為全反射鏡的后鏡26以及作為部分反射鏡的輸出鏡28，通過這些鏡和放電管22構成光共振器。當從激光器電源14對放電管22供給高頻電カ時，放電管內的激光氣體通過放電被激勵，在光共振器中產生光。該光在后鏡26和輸出鏡28之間ー邊重復反射，ー邊通過受激發(fā)射而被放大，其一部分從輸出鏡28作為激光被取出到外部。從輸出鏡28輸出的激光的一部分透過在該激光的光路上配置的部分透過鏡30，通過上述激光功率監(jiān)視器12被測定。相對于激光器向外部輸出的激光的、在用激光功率監(jiān)視器12測定中使用的能量的比例為O. I O. 5%左右。用部分透過鏡30反射的激光向振蕩器外射出，在各種應用中使用，但是也能設置能夠遮斷或者向光束吸收器32反射用部分透過鏡30反射的激光的遮光器34，通過該遮光器34使激光不向振蕩器外泄漏。此外，也能把后鏡26作為部分透過鏡，使其也具有圖I中的部分透過鏡的功能，成為把激光功率監(jiān)視器12配置在后鏡26的背后的結構。在來自激光功率監(jiān)視器12的激光輸出測定值是模擬值的情況下，激光控制裝置16具有把該激光輸出測定值變換為模擬信號值的功率監(jiān)視器值換算部(換算器)36。功率監(jiān)視器值換算器36在對來自激光功率監(jiān)視器12的輸出值(模擬信號)進行A/D變換后，修正零點并乘以預定的倍率，作為正確的激光輸出值，使其成為激光控制裝置16能夠處理的信息。下面，參照圖2 圖4說明在輸出指令中包含的指令輸出、激勵能量以及激光輸出的關系。如在圖2中用曲線狀的換算函數(shù)所示那樣，當給出指令輸出時，上述激勵能量指令部20計算與該指令輸出相當?shù)募钅芰康牧?。圖3表示激光輸出特性，當從激光器電源14被提供激勵能量時，與其對應地得到激光輸出。這里，如果圖2中的換算函數(shù)的曲線成為圖3中的激光輸出特性的逆函數(shù)，則如圖4所示，能夠得到與指令輸出成比例的理想的激光輸出。但是一般由于激光裝置的環(huán)境或者激光裝置的構成部件的隨時間的變化等，圖3中的激光輸出特性變化?？紤]幾種應對的方法，其一是采用反饋控制，但是為此不可缺少能夠精確而且迅速地測定激光輸出的激光功率監(jiān)視器。但是，這樣的激光功率監(jiān)視器有時根據(jù)波段而價格高，可靠性差。因此考慮使用檢測周期長的功率監(jiān)視器，但是在那樣的情況下，無法進行精度高的反饋控制，所以代之多為采用使用開環(huán)控制或者并用前饋控制的反饋控制來得到與指令相同的激光輸出的方法。此時，如果時常修正圖2 圖4中表示的函數(shù)，則能夠提高激光輸出的精度。例如，假定圖4中表示的指令輸出和激光輸出的關系如圖5所示，從特性曲線40變化為特性曲線42。在這種情況下，當給出與Pc4相當?shù)闹噶钶敵鰰r，應該得到激光輸出P4 (特性曲線40的A點)，但是得到了比P4大的激光輸出P4’ (特性曲線42的B點)。此時，通過在Pc4上乘以A點和B點的激光輸出的比、即P4AV，得到Pc/，把該Pc/作為指令輸出，大體能夠得到輸 出P4。通過把在上述那樣的修正中使用的點増加到例如4個(P1 P4)，能夠得到更精確的激光輸出。進而，激光輸出在OW附近的Ptl處的修正，能夠提高在微小的激光輸出處的精度。另外，如果能夠修正圖3的表示激勵能量和激光輸出的關系的特性曲線，則因為圖2的指令輸出和激勵能量指令值的關系曲線是其逆函數(shù)，所以如圖4所示，能夠使激光輸出指令值與激光輸出一致(Pc = Pa)。圖6a以及圖6b表示那樣的思路的具體例子。圖6a表示在特性曲線從44變化為46時，對應于從E1到E4的激勵能量注入量得到了從P1到P4的激光輸出的位置分別變化的狀態(tài)。這里，如果在激光裝置運行前預先測定對應于從E1到E4的激勵能量的激光輸出值，基于該測定值并與在曲線44所表示的本來的輸出特性時得到的輸出對應地修正能量注入量，則在激光裝置運行時得到與輸出指令值大體一致的激光輸出。在圖6a以及圖6b的特性曲線中，即使在考慮輸出修正的情況下，預先求出成為接近振蕩閾值的Po的例如Etl那樣的能量注入量(參照圖6b)，為了得到精確的微小的激光輸出也是有效的。并且，作為進行修正的計算式，例如在用以下的式(I)表示原來的特性曲線44時，修正后的特性曲線46可以通過以下的式⑵計算。Pa = f (Ec) +Ect(I)Pa = kX f (Ec)+Ect’(2)這里，f是用于根據(jù)Ec求Pa的函數(shù)，作為輸出特性表，可以根據(jù)在激勵能量指令單元中存儲的參數(shù)進行插補計算等來求出。另外，Ect如圖所示，是與振蕩閾值相當?shù)腅c (激勵能量指令值)。此外，k是修正系數(shù)，但是在根據(jù)多個輸出進行修正的情況下，也可以根據(jù)各個區(qū)間，如kl2、k23...那樣使用多個修正系數(shù)。這里，因為有時難以精確地求出Ect或者Ect’，所以也能夠用下式(3)表示原來的特性曲線44，并通過式(4)計算修正后的特性曲線46。Pa = f (Ec)(3)Pa = k X f (Ec) + Δ Ect(4)在此，AEct通過下式(5)而求出，但是從對圖6a的振蕩閾值附近進行放大后的圖6b可知，因為AEct能夠用(EcZ-Etl)近似，所以式⑷也可以變更為式(6)那樣的更實用的式子。這樣,也可以把AEct考慮為修正系數(shù)之一。ΔEct = Ect’ -Ect(5)Pa = kXf (Ec) + (Eq，-E0)(6)
如上所述，根據(jù)激光輸出特性的變化進行輸出修正是非常有效的，這在不使用反饋的控制中，成為計算對于輸出指令值或者激勵能量注入量的修正系數(shù)，在并用前饋控制的反饋控制中，成為求出與前饋量的增減相關的系數(shù)，如果是PI控制，則成為求出用于計算成為根據(jù)指令輸出而提供給積分器的預設定值的要素的值。
求出上述那樣的修正系數(shù)的操作(以下稱為系數(shù)決定操作)，例如作為運行激光裝置來進行激光加工等前的預備操作而進行。以下，說明在圖I的激光裝置中如何進行系數(shù)決定操作。在圖I中，在運行激光裝置10來輸出激光時，打開遮光器34將激光光線向外部射出，但是在進行系數(shù)決定操作時，關閉遮光器34不向外部射出激光,而向光束吸收器32輸出激光。光束吸收器32幾乎100%吸收激光光束，起到轉變?yōu)闊岬淖饔谩＜す廨敵鲋噶畈?8生成包含指令輸出的輸出指令，同時向輸出修正部24輸出修正命令。修正命令包含幾個信號，在這些信號中包含用于在激光裝置10向外部進行激光輸出運行時關于指令輸出進行修正計算，對于針對激勵能量指令部20的指令輸出實施使用修正系數(shù)的運算的信號；或者指示系數(shù)決定操作的執(zhí)行的信號等。另外，激光輸出指令部18也能夠生成用于進行后述的預備激光輸出或者修正用激光輸出的指令。例如用以下的順序執(zhí)行系數(shù)決定操作。首先，通過來自操作員的直接輸入或者預先準備的NC程序的指示，起動求出用于修正激光輸出的修正系數(shù)的程序。激光輸出指令部18在向輸出修正部24輸出包含已決定的指令輸出的輸出指令的同時，作為修正命令，向輸出修正部24輸出求修正系數(shù)的指令。輸出修正部24遵照來自激光輸出指令部18的指令，在激光輸出穩(wěn)定前一定時間或者輸出的變動變小前，向激勵能量指令部20發(fā)送包含指令輸出的輸出指令。此時，假定與運行時不同，在指令輸出上不乘以修正系數(shù)。激勵能量指令部20向激光器電源14發(fā)出與來自輸出修正部的指令輸出對應的激勵能量指令值。激光器電源14與之對應，向輸出鏡28和后鏡26之間的激光介質注入能量。通過所注入的能量被激勵的激光介質開始發(fā)光，該光由后鏡26和輸出鏡28振蕩/放大，從作為部分透過鏡的輸出鏡28射出激光光束。用功率監(jiān)視器12對其進行測定，所測定的激光輸出值用輸出修正部24與指令輸出進行比較。如果激光輸出值與指令輸出一致，則修正系數(shù)成為1，但是如果不一致，則遵照在輸出修正部24中存儲的計算式計算修正系數(shù)。算出的修正系數(shù)被存儲在輸出修正部24中。如上所述，修正系數(shù)不限于ー個，有時根據(jù)幾個點的輸出而準備多個。此外，因為此時關閉遮光器34,激光輸出由光束吸收器32吸收，所以不向外部輸出激光。接著，在運行激光裝置10來進行激光加工等的情況下，激光輸出指令部18對輸出修正部24發(fā)出對于指令輸出使用修正系數(shù)進行運算的指示，同時發(fā)送輸出指令。輸出修正部24向激勵能量指令部20發(fā)送根據(jù)指令輸出和修正系數(shù)計算出的結果。這樣ー來，所輸出的激光的激光輸出值大體與指令輸出一致。此外，在用多個輸出進行修正的情況下，關于在修正中使用的輸出以外的指令輸出，對修正系數(shù)進行插補運算。這樣，能夠適當?shù)靥幚硭械闹噶钶敵觥D7是表不本發(fā)明的第二實施方式的激光裝置10’的圖,表不對于圖6a以及圖6b所示那樣的激勵能量指令量進行修正的情況下的結構例。此外，對具有與圖I的形式等同的功能的結構要素附加相同的參照符號，省略詳細的說明。另外，因為激光器電源和功率監(jiān)視器等激光控制裝置16’以外的部分也可以和圖I等同，所以省略圖示。在激光控制裝置16’中，當把系數(shù)決定操作的執(zhí)行作為修正命令來給出時，對于一個或者多個激勵能量依次測定實際的激光輸出值。實際上，激勵能量指令值作為指令輸出值而被給出，所以在圖7表示的第二實施方式中，通過用輸出修正部24’比較激勵能量指令值和用功率監(jiān)視器測定的激光輸出值，求出針對激勵能量的修正系數(shù)。在運行激光裝置10’時，通過在激勵能量指令值上乘以修正系數(shù)，指令輸出和激光輸出值大體一致。以往，每次進行系數(shù)決定操作時，將輸出指令條件保持一定，在將其保持一定時間使其穩(wěn)定后，或者在等到激光輸出或者激光裝置內的溫度的變化落在預定的范圍內后，得 到在修正中使用的激光輸出值。與此相對，本發(fā)明的特征是，在與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出條件下，以預定的順序依次進行激光輸出，此后進行用于修正激光輸出的激光輸出并且測定該激光輸出，根據(jù)該激光輸出測定值進行激光輸出的修正。此外，與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出指令條件與其輸出順序，也可以存儲在輸出修正部或者激光輸出指令部中，或者也可以通過NC程序等從外部提供?，F(xiàn)有的方法受到在系數(shù)決定操作前的激光裝置的運行經歷的影響。具體說，這是因為根據(jù)激光裝置是否是剛剛啟動、或者在這之外由于啟動時的激光裝置內外的溫度狀況等因素，求得的輸出修正系數(shù)有可能受到影響而變得不同。特別是接近激光振蕩還是不振蕩的振蕩閾值的微小的激光輸出容易在很大程度上受其影響。與此相對，在本發(fā)明中，因為在與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出指令條件下事前遵照一定的順序進行激光輸出，所以激光器的輸出特性以及激光功率監(jiān)視器的測定特性穩(wěn)定，即使在接近振蕩閾值的微小的激光輸出處也能夠進行精確的輸出修正。進而，在本發(fā)明中，在接續(xù)高的輸出指令發(fā)出低的輸出指令，進行激光裝置的預熱運行后，可以進行激光器的系數(shù)決定操作。因為激光輸出是注入激光裝置的能量的從百分之幾最多到30%，所以剰余的能量作為熱被除去，但是為了在有某激光輸出指令吋，構成激光裝置的大量部件達到穩(wěn)定的溫度狀態(tài)，對于激光裝置的各個結構要素，需要使吸熱量、除去的熱量以及內部的溫度狀態(tài)成為平衡狀態(tài)，這要花費長的時間。因此，通過在用高輸出迅速預熱激光裝置后，以低輸出除去激光裝置以及功率監(jiān)視器的過剩的熱，能夠迅速而且精確地進行系數(shù)決定操作。一般，像功率監(jiān)視器那樣的高靈敏度的傳感器類，在激光裝置內成為高溫時有無法穩(wěn)定地進行精確的測定的傾向。特別在要測定接近振蕩閾值的微小的激光輸出的情況下，因為在剛剛停止高輸出的激光振蕩后激光裝置內是高溫，所以功率監(jiān)視器如果不冷卻到一定溫度則不輸出正常的值。另ー方面，在容積大的部件中，從激光裝置啟動后到其溫度穩(wěn)定為止有時需要很長的時間。對于這樣的部件，在激光輸出高的情況下溫度比較快地成為穩(wěn)定狀態(tài)，但是當想要在激光裝置啟動后立即在接近振蕩閾值的微小的輸出處進行測定時，到激光裝置達到溫度穩(wěn)定狀態(tài)為止需要很長的時間。因此，如上所述，一旦用高輸出加熱后，間隔冷卻時間后執(zhí)行系數(shù)決定操作是極為有效的。即，通過用高輸出迅速預熱后，用低輸出除去激光器以及功率監(jiān)視器的過剩的熱使其成為穩(wěn)定的狀態(tài)，溫度等參數(shù)的重復性好，能夠迅速地進行準確的激光輸出修正。圖8以及圖9表示其具體例，表示在根據(jù)通過修正系數(shù)決定用的激光輸出指令得到的修正用激光輸出執(zhí)行修正系數(shù)決定操作時，在此之前以與修正系數(shù)決定用的激光輸出指令不同的、預先設定的單一或者多個激光輸出指令條件以及持續(xù)時間，以預定的順序依次進行激光輸出(也將其稱為預備激光輸出)的樣子。首先，圖8表示預先用輸出條件I進行激光振蕩后，以一定時間保持超過振蕩閾值Ect的、應該測定的激勵能量注入量Etl (輸出條件2)，最后進行激光輸出的測定，實施系數(shù)決定操作。另ー方面，圖9表示預先用輸出條件I進行激光振蕩后，以一定時間保持稍低于振蕩閾值Ect的激勵能量注入量(輸出條件2’)，此后，以指定超過振蕩閾值Ect的兩點的激勵能量注入量(EhEtl)的輸出條件3、4分別進行激光輸出的測定，實施系數(shù)決定操作。
另外，在本發(fā)明中，在多個激光輸出指令條件下進行激光輸出的修正的激光裝置中，也能夠僅在低的激光輸出指令條件吋，在與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出指令條件下進行激光輸出后，進行激光輸出的修正。一般，高輸出下的激光輸出，因為如果是高輸出激光則迅速穩(wěn)定，另外功率監(jiān)視器也選擇了高輸出測定用的功率監(jiān)視器，所以對于高輸出下的激光輸出能夠精確地修正。但是，在高輸出激光中，關于接近振蕩閾值的低輸出下的系數(shù)決定操作，激光的狀態(tài)也不穩(wěn)定，功率監(jiān)視器的測定值也容易包含誤差。因此，通過僅對于那樣的低輸出下的修正應用本發(fā)明，能夠減少修正操作花費的時間以及成本。求出與得到振蕩閾值附近的微小的激光輸出相當?shù)哪芰孔⑷肓?，在進行微小的激光輸出下的輸出修正方面是重要的事情，但是伴隨有以下那樣的困難。在圖6a以及圖6b中的特性曲線44中，用激勵能量注入量Etl能夠得到接近振蕩閾值的微小的激光輸出PJC點)。但是，在輸出特性變化為特性曲線46的情況下，與Etl相當?shù)募す廨敵龀蔀榱?。因此，如果能夠使能量注入量變化，簡單地求出與激光輸出零相當?shù)募钅芰孔⑷肓縀ct’則沒有問題，但是在嘗試中要花費很多的時間。另ー方面，也有漸增或者漸減激勵能量注入量的方法，但是在這些方法中從激光輸出的測定開始到得到與Ect’相當?shù)哪芰孔⑷肓康臅r間各種各樣，不能實現(xiàn)本發(fā)明打算的、一定的溫度經歷中的激光輸出測定。因此，在本發(fā)明中，在多個激光輸出指令條件下測定激光輸出，成為應該得到的最低的激光輸出的輸出條件，根據(jù)其他激光輸出指令條件下的輸出結果來計算。例如，如圖6b所示，在激光輸出特性從曲線44變化為曲線46時，首先測定在特性曲線44中得到激光輸出P1 (D點)的激勵能量處的激光輸出。根據(jù)特性曲線46得到激光輸出P/ (F點)。同樣，如圖6a所示，得到特性曲線46中的、在特性曲線44中得到激光輸出P2的激勵能量處的激光輸出P2’。根據(jù)P/和P2’得到特性曲線46的激光輸出相對于振蕩閾值附近的激勵能量的的斜率。因此，如果根據(jù)F點計算G點，則能夠在特性曲線46中求出與輸出Ptl相當?shù)募钅芰縀tl'換言之，如果在激勵能量Etl’中測定激光輸出，則能夠通過一次測定得到大體接近Ptl的激光輸出，能夠求出精確的輸出修正系數(shù)?；蛘撸诒景l(fā)明中，也可以使用過去的輸出修正時取得的數(shù)據(jù)以及從那里通過計算得到的數(shù)值，通過預先計算來求出成為修正時使用的最低的激光輸出的輸出條件，例如激勵能量指令值。在圖6b中，特性曲線44或者46的斜率一般需要根據(jù)多個測定點來求出。在特性從曲線44變化為46的情況下，在激勵能量Ect以及Ect’ (即X切片)移動的同吋，嚴格講曲線的斜率也變化。但是，斜率的變化至少在從作為振蕩閾值附近的Ptl到P1的范圍內與X切片的移動相比，對激勵能量和激光輸出的關系造成的影響小。因此，在過去的系數(shù)決定操作時在特性曲線46中根據(jù)F點計算G點時，可以在計算中使用變化前的特性曲線44中的CD間的斜率。即，預先存儲了以前的特性曲線中的斜率，在系數(shù)決定操作時使用該斜率計算Etl’。通過這樣做，對于振蕩閾值附近的微小的激光輸出處的系數(shù)決定操作，能夠用兩點作為測定點。此外，在圖9表示的例子中，根據(jù)在輸出條件3下測定的激光輸出值、和過去的系數(shù)決定操作時的測定、計算的特性曲線的斜率求出輸出條件4并輸出激光后，能夠進行比較接近振蕩閾值的微小的激光輸出處的系數(shù)決定操作。在激光振蕩還是不振蕩的小的激光輸出中，在測定輸出高的其他修正點后，考慮預先計算激光輸出條件來進行修正，但是在進行預熱運行后測定的輸出未成為打算的激光輸出附近的值時，在那樣的低輸出下的修正不是精確的修正。這里，當在再測定的情況下不從預熱運行開始時，無法進行精確的輸出測定。因此，在非常小的激光輸出的測定中，在根據(jù)預先測定的比較大的輸出測定的結果計算出能夠預想的激光輸出條件后實施修正。通過這樣做，能夠用必要最小限度的時間進行精確的低輸出下的修正。以上，以激光輸出條件是連續(xù)輸出為前提進行了說明，但是在一般的激光裝置中， 輸出頻率從IHz到IOkHz左右的脈沖，進行與脈沖波形對應的激光輸出的情況較多。在這種情況下，作為輸出條件，也附加脈沖頻率、脈沖占空比、每單位時間的脈沖數(shù)、脈沖導通時間以及脈沖關斷時間等條件。另外，作為激光輸出條件，也可以代替數(shù)千W這樣的激光輸出而使用放電電流值或者激勵光量等激光以外的物理量。而且，假定例如用式(4)的AEct表示那樣，對于激光輸出、放電電流值、激勵光量等操作物理量另外指定偏移部，或者進而把該偏移部分為固定部分和可變部分來指定的情況也包含在激光輸出條件中。另外，作為激光輸出的測定值，有時使用進行了時間平均的能量、或者每ー脈沖的熱量或者峰值。另外，在圖8以及圖9中，即使在輸出修正的前后(輸出條件I前，輸出條件2或4后)也供給振蕩閾值以下的激勵能量，但是這在許多激光裝置中采用，與預備放電或者被稱為預燃(simmer)放電的放電相當，具有在激光輸出指令時實現(xiàn)迅速而且穩(wěn)定的啟動的效果。另外，在圖9中，通過在輸出條件2’中供給稍低于激光振蕩閾值Ect的能量，一面有效地進行冷卻，一面防止一部分激光裝置的構成要素過度冷卻。另外，也可以發(fā)出使振蕩閾值Ect或者預燃放電的放電電流值變化后的輸出指令，并測定修正中使用的激光輸出值。根據(jù)本發(fā)明，通過在與修正用的激光輸出指令不同的激光輸出指令條件下事前遵照一定的順序進行激光輸出，激光器的輸出特性以及激光功率監(jiān)視器的測定特性穩(wěn)定，能夠進行精確的輸出修正。參照為說明而選定的特定的實施方式說明了本發(fā)明，但是本領域技術人員明了在不脫離本發(fā)明的基本概念以及范圍的情況下能夠進行多種變更。
權利要求
1.一種激光裝置，具有 激光輸出指令部(18)，其根據(jù)預定的程序或者操作者的輸入生成激光輸出指令； 激勵能量指令部(20)，其根據(jù)上述激光輸出指令生成向激光器電源(14)發(fā)送的激勵能量指令； 激光功率監(jiān)視器(12)，其測定通過上述激光器電源(14)輸出的激勵能量所得到的激光輸出；和 輸出修正部(24)，其為使通過上述激光功率監(jiān)視器(12)測定的激光輸出與在上述激光輸出指令中包含的指令輸出一致，決定用于修正上述指令輸出的修正系數(shù)， 上述激光裝置的特征在于，還具有 預備激光輸出部(18)，其以與用于決定修正系數(shù)的激光輸出指令不同的、預先設定的単一或者多個激光輸出指令條件以及持續(xù)時間進行預備激光輸出；知 修正用激光輸出部(18)，其在所述預備激光輸出后，以用于決定修正系數(shù)的激光輸出指令條件以及持續(xù)時間進行修正用激光輸出， 上述輸出修正部(24)根據(jù)上述預備激光輸出以及上述修正用激光輸出的測定結果決定修正系數(shù)。
2.根據(jù)權利要求I所述的激光裝置，其特征在干， 上述預備激光輸出的激光輸出，通過輸出值不同的多個激光輸出指令被輸出， 上述輸出值不同的多個激光輸出指令包含以從輸出值高的激光輸出到輸出值低的激光輸出的順序進行激光輸出的指令。
3.根據(jù)權利要求I所述的激光裝置，其特征在干， 上述輸出修正部(24)根據(jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且僅在比預先決定的值低的激光輸出指令條件時，上述輸出修正部(24)修正上述指令輸出，以使通過上述激光功率監(jiān)視器(12)測定的激光輸出與指令輸出—致。
4.根據(jù)權利要求I所述的激光裝置，其特征在干， 上述輸出修正部(24)根據(jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且根據(jù)其他激光輸出指令條件下的輸出測定結果計算最低的激光輸出指令條件。
5.根據(jù)權利要求I所述的激光裝置，其特征在干， 上述輸出修正部(24)根據(jù)多個激光輸出指令條件中的激光輸出的測定結果進行激光輸出指令的修正，而且根據(jù)其他激光輸出指令條件以及預先存儲的過去的輸出修正中的測定結果計算最低的激光輸出指令條件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠精確修正激光輸出的高輸出激光裝置，其即使是具有在很大程度上受激光裝置的內外的環(huán)境因素左右的激光器以及激光功率監(jiān)視器的激光裝置，也能夠有效地減小該環(huán)境因素的影響，從額定輸出到低輸出，精確地修正激光輸出。激光裝置具有測定激光輸出值的激光功率監(jiān)視器、和激光控制裝置，后者具有修正向激光器電源的激勵能量注入量以使通過激光功率監(jiān)視器測定的輸出測定值和激光輸出指令值一致的輸出修正功能，激光控制裝置具有生成激光輸出指令的激光輸出指令部，在不需要修正的情況下，激光輸出指令被換算為激勵能量指令后被發(fā)送到激光器電源，但是在需要修正的情況下，激光控制裝置的輸出修正部修正激光輸出指令。
文檔編號H01S3/10GK102646919SQ201210027968
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權日2011年2月17日
發(fā)明者早野浩次, 森敦, 西川佑司 申請人:發(fā)那科株式會社