特開 2024-93402 レーザ電源の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024093402

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】レーザ電源の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/097 20060101AFI20240702BHJP

   H01S 3/104 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H01S3/097

H01S3/104

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209764

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】田坂 泰久

【テーマコード（参考）】

5F071

【Ｆターム（参考）】

5F071AA05

5F071GG02

5F071GG05

5F071GG06

5F071JJ05

(57)【要約】

【課題】発光の繰り返し周波数が低下した場合でも、ＤＣリンク電圧の調整が必要となる頻度を低下させることが可能なレーザ電源の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置が、レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源を含むレーザ電源を制御する。制御装置は、励振指令をレーザ電源にパルス的に送出するとともに、励振指令の送出から次の励振指令の送出までの期間に、シマー指令をレーザ電源に送出する。さらに、励振条件及び設定されたシマー条件で励振指令及びシマー指令を送出している期間に、レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームのレーザパワーに依存する物理量を取得し、物理量が許容範囲か否かの判定を行う。物理量が許容範囲に収まるまで、シマー条件の設定を変更して、物理量の取得及び判定を繰り返す。物理量が許容範囲に収まった時のシマー条件を記憶する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源を含むレーザ電源を制御する制御装置であって、
前記レーザ発振器からのパルスレーザビームの出力の合間に、設定されたシマー条件で前記レーザ電源にシマー指令を送出して前記レーザ発振器にシマー放電を生じさせる機能と、
前記レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームのレーザパワーに依存する物理量が許容範囲外のとき、前記物理量が許容範囲に収まるまで前記シマー条件を変更する機能と
を有する制御装置。

【請求項2】

前記物理量が前記許容範囲に収まったときの前記シマー条件を記憶する機能を、さらに有する請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記シマー条件は、１回の前記シマー放電で前記高周波電源を動作させる時間幅、前記シマー放電の繰り返し周波数、及び前記高周波電源から前記レーザ発振器に供給する前記高周波電力の周波数のうち少なくとも１つの条件を含む請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記物理量が前記許容範囲に収まるまで前記シマー条件を変更する機能は、
まず、前記時間幅の設定を変更し、
前記時間幅の設定を、変更可能範囲内で変更しても、前記物理量が前記許容範囲に収まらない場合は、次に、前記繰り返し周波数の設定を変更し、
前記時間幅の設定を、変更可能範囲内で変更しても、前記物理量が前記許容範囲に収まらない場合は、次に、前記高周波電力の周波数の設定を変更する機能を含む請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記レーザ電源は、前記高周波電源に直流電力を供給し、前記高周波電源に印加するＤＣリンク電圧を変化させることができる充電電源を含み、
前記シマー条件の設定を変更可能範囲内で変更しても、前記物理量が前記許容範囲内に収まらない場合、前記物理量が前記許容範囲に収まるまで前記ＤＣリンク電圧を変更する機能を、さらに有する請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項6】

前記ＤＣリンク電圧を変更可能範囲内で変更しても、前記物理量が前記許容範囲内に収まらない場合、調整未完了を報知する機能を、さらに有する請求項５に記載の制御装置。

【請求項7】

前記シマー条件を記憶する機能において、前記レーザ発振器を励振させる複数の励振条件のそれぞれについて、励振条件と関連付けて前記シマー条件を記憶し、
励振条件が与えられると、与えられた励振条件に関連付けられた前記シマー条件で前記レーザ電源を動作させる機能を、さらに有する請求項２に記載の制御装置。

【請求項8】

レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源を含むレーザ電源を制御する制御装置であって、
設定された励振条件で前記高周波電源を駆動して前記レーザ発振器を励振させる励振指令を、前記レーザ電源にパルス的に送出するとともに、前記励振指令の送出から次の前記励振指令の送出までの期間に、設定されているシマー条件で前記高周波電源を周期的にシマー動作させて前記レーザ発振器をシマー放電させるシマー指令を、前記レーザ電源に送出する機能を有し、
前記シマー指令は、前記高周波電源がシマー動作する時間幅、前記シマー放電の繰り返し周波数、及び前記高周波電源が出力する高周波電力の周波数を指令する情報を含み、
さらに、前記励振指令を送出する周波数に応じて、前記高周波電源がシマー動作する時間幅、前記シマー放電の繰り返し周波数、及び前記高周波電源が出力する高周波電力の周波数のうち少なくとも１つを異ならせる機能を有する制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ電源の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

放電電極を有するガスレーザ発振器において、パルスレーザビームを安定に出力させるために、放電電極に高周波短パルスを印加してシマー放電を生じさせる技術が公知である（ 特許文献１等参照。） 。シマー放電でレーザ媒質ガスが励振前にイオン化されることにより、パルスレーザビームの出力が安定化される。シマー放電の時間は、放電開始からレーザビームが出力されるまでの時間に比べて十分短い。このため、シマー放電によってレーザビームが出力されることはない。シマー放電は、通常、一定の周波数で繰り返される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１２１９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

パルスレーザビームを一定の繰り返し周波数で出力する場合は、安定した発光が得られるが、繰り返し周波数を低くすると、発光しない場合や、十分なパルスエネルギが得られない場合がある。これは、直近の発光時に供給されたエネルギの一部がレーザ媒質ガス中に残存しており、時間の経過とともに残存エネルギが減少するためと考えられる。発光の繰り返し周波数が低くなると、直前の発光から次の発光までの時間が長くなり、レーザ媒質ガス中に残存しているエネルギの減少量が大きくなる。このため、発光の繰り返し周波数が低くなると、発光しない場合や、十分なパルスエネルギが得られない場合が発生する。

【0005】

発光の繰り返し周波数が低くなって発光しない状態が発生すると、高周波電源に印加されるＤＣリンク電圧を高くして、より大きな高周波電力をレーザ発振器に供給しなければならない。ＤＣリンク電圧の調整を行うために、一時的に加工待機状態になり、ＤＣリンク電圧の調整が完了した後、加工が再開される。加工待機状態が頻繁に発生すると、スループットが低下してしまう。

【0006】

本発明の目的は、発光の繰り返し周波数が低下した場合でも、ＤＣリンク電圧の調整が必要となる頻度を低下させることが可能なレーザ電源の制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源を含むレーザ電源を制御する制御装置であって、
前記レーザ発振器からのパルスレーザビームの出力の合間に、設定されたシマー条件で前記レーザ電源にシマー指令を送出して前記レーザ発振器にシマー放電を生じさせる機能と、
前記レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームのレーザパワーに依存する物理量が許容範囲外のとき、前記物理量が許容範囲に収まるまで前記シマー条件を変更する機能と
を有する制御装置が提供される。

【0008】

本発明の他の観点によると、
レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源を含むレーザ電源を制御する制御装置であって、
設定された励振条件で前記高周波電源を駆動して前記レーザ発振器を励振させる励振指令を、前記レーザ電源にパルス的に送出するとともに、前記励振指令の送出から次の前記励振指令の送出までの期間に、設定されているシマー条件で前記高周波電源を周期的にシマー動作させて前記レーザ発振器をシマー放電させるシマー指令を、前記レーザ電源に送出する機能を有し、
前記シマー指令は、前記高周波電源がシマー動作する時間幅、前記シマー放電の繰り返し周波数、及び前記高周波電源が出力する高周波電力の周波数を指令する情報を含み、
さらに、前記励振指令を送出する周波数に応じて、前記高周波電源がシマー動作する時間幅、前記シマー放電の繰り返し周波数、及び前記高周波電源が出力する高周波電力の周波数のうち少なくとも１つを異ならせる機能を有する制御装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

物理量が許容範囲内に収まるようにシマー条件を変更するため、物理量が許容範囲内に収まるようにするためにＤＣリンク電圧を変更する頻度を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施例によるレーザ電源の制御装置を搭載したレーザ加工機のブロック図である。

【図2】図２は、充電電源の等価回路図及びブロック図である。

【図3】図３は、一定の繰り返し周波数で発光させているときの各信号のタイミングチャートである。

【図4】図４は、ある時点（時刻ｔ_１０）において、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が低くなる場合の各信号のタイミングチャートである。

【図5】図５は、本実施例による好ましいシマー条件の設定方法の手順を示すフローチャートである。

【図6】図６は、ステップＳ０５（図５）の詳細な手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、ステップＳ１０（図５）において記憶される情報を表形式で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１～図７を参照して、本発明の一実施例によるレーザ電源の制御装置について説明する。

【0012】

図１は、本実施例によるレーザ電源の制御装置５０を搭載したレーザ加工機のブロック図である。レーザ電源１０からレーザ発振器４０に高周波電力Ｐｒｆが供給されることにより、レーザ発振器４０がパルスレーザビームＬｐを出力する。レーザ発振器４０として、ガスレーザ発振器、例えば炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。レーザ発振器４０は、一対の放電電極４１を含む。レーザ発振器４０に高周波電力Ｐｒｆが供給されると、一対の放電電極４１の間で放電が生じ、パルスレーザビームＬｐが出力される。

【0013】

レーザ発振器４０から出力されたパルスレーザビームＬｐは、部分反射鏡５１で反射され、ビーム走査器５２、集光レンズ５３を経由して加工対象物６０に入射する。加工対象物６０は、可動ステージ５４に保持されている。可動ステージ５４は、制御装置５０からの制御により、加工対象物６０を被加工面に平行な二方向及び被加工面に垂直な方向に移動させる。

【0014】

ビーム走査器５２は、制御装置５０からの制御により、パルスレーザビームを走査することにより、加工対象物６０の被加工面上でビームスポットを移動させる。ビーム走査器５２として、例えばガルバノスキャナを用いることができる。集光レンズ５３は、パルスレーザビームを加工対象物６０の被加工面に集光する。集光レンズ５３として、例えばｆθレンズを用いることができる。なお、必要に応じて、ビームエキスパンダ、アパーチャ、アッテネータ等をビーム経路に配置してもよい。

【0015】

加工対象物６０は、例えばプリント基板であり、ビーム走査器５２によってパルスレーザビームＬｐのビームスポットを移動させることにより、走査可能範囲内の穴あけ加工が行われる。可動ステージ５４を動作させて、加工対象物６０の表面の加工すべき領域を、ビーム走査器５２の走査可能範囲内に順次配置することにより、加工対象物６０の表面の全域の加工が行われる。

【0016】

部分反射鏡５１に入射したパルスレーザビームのパワーの一部は、部分反射鏡５１を透過し、パワーメータ５５に入射する。パワーメータ５５は、パルスレーザビームの平均パワーを測定する。パワーメータ５５に入射したパルスレーザビームの一部は散乱され、散乱光の一部が光検出器５６に入射する。光検出器５６は、パルスレーザビームＬｐの各レーザパルスの波形に追従できる程度の応答速度を有している。このため、レーザ発振器４０に、パルス的に励振用の高周波電力Ｐｒｆが供給されたときのパルスごとの発光の有無を検出することができる。パワーメータ５５及び光検出器５６による検出結果が制御装置５０に入力される。

【0017】

制御装置５０は、レーザ電源１０に対して、励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを与える。レーザ電源１０は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受信すると、レーザ発振器４０に励振用の高周波電力Ｐｒｆを供給する。これにより、レーザ発振器４０からパルスレーザビームＬｐが出力される。また、レーザ電源１０は、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受信すると、レーザ発振器４０にシマー用の高周波電力Ｐｒｆを供給する。これにより、レーザ発振器４０内でシマー放電が生じ、レーザ媒質ガスが励起される。ただし、レーザパルスは出力されない。

【0018】

次に、レーザ電源１０の構成について説明する。レーザ電源１０は、整流器１１、制御電源１２、充電電源２０、バンクコンデンサ２５、高周波電源３０、及び電源制御部３１を含む。

【0019】

外部の交流電源７０から整流器１１に三相交流電流が供給される。整流器１１で整流された直流電流が充電電源２０に供給される。制御電源１２が、交流電源７０から供給される交流電力を直流電力に変換して電源制御部３１に供給する。

【0020】

充電電源２０は、入力された直流電圧を昇圧して、バンクコンデンサ２５を充電する。バンクコンデンサ２５が高周波電源３０に直流電力を供給する。高周波電源３０は、バンクコンデンサ２５から供給された直流電力を高周波電力Ｐｒｆに変換し、高周波電力Ｐｒｆをレーザ発振器４０にパルス的に供給する。

【0021】

電源制御部３１が、制御装置５０から励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受ける。電源制御部３１は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅ及びシマー指令Ｓｉｇ＿ｓに基づいて充電電源２０及び高周波電源３０を制御する。具体的には、電源制御部３１は、高周波電源３０に動作指令Ｔｒｇ１を送出し、充電電源２０に動作指令Ｔｒｇ２を送出する。

【0022】

充電電源２０として、例えば昇降圧コンバータが用いられる。バンクコンデンサ２５の電極間の電圧を、ＤＣリンク電圧ＶＣということとする。昇降圧コンバータのスイッチングのデューティ比を変化させることにより、ＤＣリンク電圧ＶＣを調整することができる。スイッチングのデューティ比は、動作指令Ｔｒｇ２により指令される。高周波電源３０には、例えばインバータが用いられる。レーザ発振器４０にパルス的に高周波電力Ｐｒｆを供給するタイミング及び時間幅は、動作指令Ｔｒｇ１により指令される。

【0023】

図２は、充電電源２０の等価回路図及びブロック図である。
充電電源２０は、昇降圧コンバータ２１及びコンバータコントローラ２２を含む。昇降圧コンバータ２１は、リアクトルＬ１、昇圧用トランジスタＱ１、降圧用トランジスタＱ２、還流ダイオードＤ１、Ｄ２を含む。なお、昇降圧コンバータ２１に代えて、昇圧動作のみを行うコンバータを用いてもよい。

【0024】

電源制御部３１からコンバータコントローラ２２に、動作指令Ｔｒｇ２が与えられると、コンバータコントローラ２２は、昇圧用トランジスタＱ１をスイッチングする。スイッチング時における昇圧用トランジスタＱ１のオン時間をＴｏｎと標記する。図２に、昇圧用トランジスタＱ１を１回スイッチングしたときに、リアクトルＬ１を流れる電流Ｉ_Ｌ１及びバンクコンデンサ２５の充電電流Ｉｃｈｇの波形の一例を示す。

【0025】

整流器１１から昇降圧コンバータ２１に直流電圧が印加される。昇圧用トランジスタＱ１がオンになると、リアクトルＬ１及び昇圧用トランジスタＱ１からなる回路を流れる電流Ｉ_Ｌ１が徐々に増加する。昇圧用トランジスタＱ１がオフになると、リアクトルＬ１及び還流ダイオードＤ２を通ってバンクコンデンサ２５に流れる充電電流Ｉｃｈｇが急激に立ち上がる。充電電流Ｉｃｈｇは、時間の経過とともに減少する。バンクコンデンサ２５が充電されると、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが上昇する。電流Ｉ_Ｌ１の増加の傾き及び充電電流Ｉｃｈｇの減少の傾きは、リアクトルＬ１のインダクタンス及びバンクコンデンサ２５のキャパシタンスに応じて変化する。すなわち、リアクトルＬ１のインダクタンス及びバンクコンデンサ２５のキャパシタンスを調整することにより、電流Ｉ_Ｌ１及び充電電流Ｉｃｈｇの増加及び減少の傾きを調整することができる。

【0026】

昇圧用トランジスタＱ１のオン時間Ｔｏｎを調整することにより、昇降圧コンバータ２１を１パルス駆動したときにバンクコンデンサ２５に供給される電力量を調整することができる。励振用の動作指令Ｔｒｇ２を受信したときと、シマー用の動作指令Ｔｒｇ２を受信したときとで、オン時間Ｔｏｎを異ならせることにより、充電電力量を異ならせることができる。オン時間Ｔｏｎは、例えば、１回の励振または１回のシマー放電によってバンクコンデンサ２５から放電される電力量に相当する電力量が、新たにバンクコンデンサ２５に供給されるように設定される。

【0027】

図３は、一定の繰り返し周波数で発光させているときの各信号のタイミングチャートである。制御装置５０（図１）は、一定の繰り返し周波数で励振指令Ｓｉｇ＿ｅを発生する。励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立ち上がり（時刻ｔ_１等）が、励振の開始の指令に相当し、立ち下がり（時刻ｔ_３等）が、励振の停止の指令に相当する。励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数は、例えば１ｋＨｚ～５．５ｋＨｚである。制御装置５０は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数より高い繰り返し周波数でシマー指令Ｓｉｇ＿ｓを発生する。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの立ち上がり（時刻ｔ_４等）が、シマー放電の開始の指令に相当し、立下り（時刻ｔ_５等）が、シマー放電の停止の指令に相当する。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓが励振指令Ｓｉｇ＿ｅと時間的に重なる場合は、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓは発生させない。シマー放電を生じさせる繰り返し周波数を、シマー放電の繰り返し周波数という場合がある。

【0028】

励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立ち上がり（時刻ｔ_１）に同期して、高周波電源３０（図１）からレーザ発振器４０（図１）への、励振用の高周波電力Ｐｒｆの供給が開始される。高周波電力Ｐｒｆの供給開始からやや遅れて、パルスレーザビームＬｐのパルスが立ち上がる。励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立ち下がり（時刻ｔ_３）に同期して、励振用の高周波電力Ｐｒｆの供給が停止され、パルスレーザビームＬｐのパルスが立ち下がる。このパルスレーザビームＬｐの複数のパルス出力の合間に、シマー放電が生じる。

【0029】

レーザ発振器４０に高周波電力Ｐｒｆが供給されることにより、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが低下し始める。励振指令Ｓｉｇ＿ｅの立ち上がりに同期して、昇降圧コンバータ２１（図２）の昇圧用トランジスタＱ１がオンになり、リアクトルＬ１を流れる電流Ｉ_Ｌ１（図２）が増加し始める。オン時間Ｔｏｎが経過した時点で昇圧用トランジスタＱ１がオフになり、充電電流Ｉｃｈｇが流れ始める（時刻ｔ_２等）。充電電流Ｉｃｈｇが流れることにより、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが上昇し始める。励振指令Ｓｉｇ＿ｅを受信したときに高周波電源３０を動作させて励振用の高周波電力Ｐｒｆを供給するとともに、充電電源２０を動作させてバンクコンデンサ２５を充電する動作を励振動作ということする。

【0030】

図３では、励振用の高周波電力Ｐｒｆがレーザ発振器４０に供給されている期間内に、充電電流Ｉｃｈｇがゼロになる例を示しているが、励振用の高周波電力Ｐｒｆの供給が停止（時刻ｔ_３）された後に、充電電流Ｉｃｈｇがゼロになるようにしてもよい。

【0031】

シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの立ち上がり（時刻ｔ_４）に同期して、レーザ発振器４０（図１）への、シマー放電用の高周波電力Ｐｒｆの供給が開始される。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの立ち下がり（時刻ｔ_５）に同期して、シマー放電用の高周波電力Ｐｒｆの供給が停止される。このとき、パルスレーザビームＬｐは出力されない。このように、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓは、シマー放電用の高周波電力Ｐｒｆを供給する時間幅、及びシマー放電の繰り返し周波数を指令する情報を含んでいる。

【0032】

なお、シマー放電用の高周波電力Ｐｒｆがレーザ発振器４０に供給されることにより、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが低下するが、その低下幅は励振用の高周波電力Ｐｒｆの供給時に比べてわずかであるため、図３では、シマー放電中のＤＣリンク電圧Ｖｄｃの低下をほぼゼロとして表している。シマー指令Ｓｉｇ＿ｓを受信したときに高周波電源３０を動作させてシマー用の高周波電力Ｐｒｆをレーザ発振器４０に供給する動作をシマー動作ということとする。

【0033】

なお、シマー放電によって低下したＤＣリンク電圧Ｖｄｃを元の値まで回復させるために、シマー放電に同期させてバンクコンデンサ２５の充電を行うようにしてもよい。または、励振指令Ｓｉｇ＿ｅと次の励振指令Ｓｉｇ＿ｅとの間の期間に、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが所定の下限値以下になった場合に、バンクコンデンサ２５を充電してＤＣリンク電圧Ｖｄｃを所定の目標値まで回復させるようにしてもよい。

【0034】

次に、図４を参照して励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が、ある時点から低くなる場合について説明する。本実施例では、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が低くなっても、安定した発光を可能にするように、シマー条件を変更する。

【0035】

図４は、ある時点（時刻ｔ_１０）において、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が低くなる場合の各信号のタイミングチャートである。

【0036】

制御装置５０は、設定された励振条件で励振指令Ｓｉｇ＿ｅを、レーザ電源１０にパルス的に送出する。同時に、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの送出から次の励振指令Ｓｉｇ＿ｅの送出までの期間に、設定されているシマー条件で、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓをレーザ電源に送出する。時刻ｔ_１０より前の、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が高い時間帯においては、複数のシマー指令Ｓｉｇ＿ｓのそれぞれのパルス幅がＰＷ１であり、時刻ｔ_１０以降の、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が低い時間帯においては、複数のシマー指令Ｓｉｇ＿ｓのそれぞれのパルス幅がＰＷ２である。時間幅ＰＷ２は時間幅ＰＷ１より長い。このため、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が相対的に低い時間帯に供給されるシマー用の高周波電力Ｐｒｆの時間幅は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数が相対的に高い時間帯に供給されるシマー用の高周波電力Ｐｒｆの時間幅より長い。

【0037】

このように、制御装置５０は、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数に応じてシマー動作における高周波電源３０を動作させる時間幅を変更する。なお、高周波電源３０を動作させる時間幅以外のシマー条件を変更してもよい。例えば、シマー放電の繰り返し周波数、及び高周波電源３０からレーザ発振器４０に供給するシマー用の高周波電力Ｐｒｆの周波数の少なくとも一方を変更してもよい。シマー用の高周波電力Ｐｒｆの周波数は、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓにより制御装置５０が電源制御部３１（図１）に通知するようにするとよい。

【0038】

次に、図５及び図６を参照して、安定したパルス発光を生じさせるためのシマー条件の調整方法について説明する。図５は、本実施例によるシマー条件の調整方法の手順を示すフローチャートである。この手順は、実際の加工を行う前の発光準備調整期間に制御装置５０の制御の下で実行される。

【0039】

制御装置５０が励振条件を取得する（ステップＳ０１）。励振条件には、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの繰り返し周波数、励振指令Ｓｉｇ＿ｅのパルス幅（すなわち、励振時に高周波電源３０から高周波電力Ｐｒｆを供給する時間幅）、高周波電力Ｐｒｆの周波数、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが含まれる。

【0040】

制御装置５０は、シマー条件を初期条件に設定し、ＤＣリンク電圧を励振条件で指定された値（初期値）に設定して、励振を開始する（ステップＳ０２）。例えば、制御装置５０は、レーザ電源１０に、高周波電力Ｐｒｆの周波数を通知する。さらに、制御装置５０は、励振条件で指定された繰り返し周波数及びパルス幅で、励振指令Ｓｉｇ＿ｅの送出を開始する。さらに、シマー条件に基づいて、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓの送出を開始する。シマー条件には、シマー動作時に高周波電源３０を動作させる時間幅、シマー放電の繰り返し周波数、及び高周波電力Ｐｒｆの周波数が含まれる。シマー動作時の高周波電力Ｐｒｆの周波数は、制御装置５０からレーザ電源１０に通知される。

【0041】

制御装置５０は、パワーメータ５５及び光検出器５６の測定結果を取得し、レーザパワーが許容範囲内か否かを比較する（ステップＳ０３）。例えば、光検出器５６により、レーザパルスの出力が確認され、かつ、ある時間幅におけるレーザパワーが許容範囲内である場合は、レーザパワーが許容範囲内であると判定する。すなわち、レーザ発振器４０から出力されるパルスレーザビームのレーザパワーに依存する物理量が許容範囲内であるか否かを判定する。レーザパワーが許容範囲内である場合、励振を停止させ（ステップＳ０９）、現在のシマー条件及びＤＣリンク電圧Ｖｄｃの値を、現在の励振条件と関連付けて記憶する（ステップＳ１０）。

【0042】

レーザパワーが許容範囲内ではない場合（ステップＳ０３）、変更可能範囲内の全シマー条件について評価済か否かを判定する（ステップＳ０４）。評価を行っていないシマー条件が残っている場合は、シマー条件を変更して（ステップＳ０５）、ステップＳ０３及びステップＳ０４の手順を繰り返す。シマー条件の変更の手順については、後に図６を参照して詳細に説明する。変更可能範囲内のすべてのシマー条件について評価を行っても、レーザパワーが許容範囲内に収まらなかった場合は、変更可能なＤＣリンク電圧Ｖｄｃの範囲内のすべてのＤＣリンク電圧Ｖｄｃについて評価済か否かを判定する（ステップＳ０６）。

【0043】

評価を行っていないＤＣリンク電圧Ｖｄｃの条件が残っている場合は、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを変更する（ステップＳ０７）。例えば、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを、予め決められている電圧刻み幅分だけ上昇させる。その後、レーザパワーが許容範囲内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ０８）。レーザパワーが許容範囲内に収まっている場合は、励振を停止させ（ステップＳ０９）、現在のシマー条件及びＤＣリンク電圧Ｖｄｃの値を、励振条件と関連付けて記憶する（ステップＳ１０）。レーザパワーが許容範囲内に収まっていない場合は、ステップＳ０６及びステップＳ０７の手順を繰り返す。

【0044】

変更可能な未評価のＤＣリンク電圧Ｖｄｃの条件が残っていない場合（ステップＳ０６）は、励振を停止させ（ステップＳ１１）、発光準備調整未完了を報知する（ステップＳ１２）。例えば、制御装置５０は、表示装置に発光準備調整未完了のメッセージを表示することにより、オペレータに調整未完了を通知する。

【0045】

図６は、ステップＳ０５（図５）の詳細な手順を示すフローチャートである。制御装置５０は、まず、シマー条件として、シマー放電の時間幅の変更可能範囲内の全条件について、評価済か否かを判定する（ステップＳ０５１）。シマー放電の時間幅は、シマー指令Ｓｉｇ＿ｓのパルス幅に相当し、高周波電源３０に供給する高周波電力Ｐｒｆの時間幅に等しい。シマー放電の時間幅について未評価の条件が残っている場合は、シマー放電の時間幅の条件を変更して（ステップＳ０５２）、図５のステップＳ０３に戻る。なお、シマー放電の時間幅の下限値及び上限値、時間幅変更の刻み幅は、予め決められている。シマー放電の時間幅の初期値として、下限値が設定されており、ステップＳ０５２において、シマー放電の時間幅を、刻み幅分だけ長くする。

【0046】

シマー放電の時間幅の条件を変更すると上限値を超えてしまう場合は、ステップＳ０５１において、シマー放電の時間幅の変更可能範囲内の全条件について評価済であると判定される。この場合は、シマー放電の繰り返し周波数の変更可能範囲内の全条件について評価済か否かを判定する（ステップＳ０５３）。シマー放電の繰り返し周波数について、未評価の条件が残っている場合は、シマー放電の繰り返し周波数の条件を変更して（ステップＳ０５４）、図５のステップＳ０３に戻る。なお、シマー放電の繰り返し周波数の下限値及び上限値、周波数変更の刻み幅は、予め決められている。シマー放電の繰り返し周波数の初期値として、下限値が設定されており、ステップＳ０５４において、シマー放電の繰り返し周波数を、刻み幅分だけ高くする。

【0047】

シマー放電の繰り返し周波数を刻み幅分だけ高くすると上限値を超えてしまう場合は、ステップＳ０５３において、シマー放電の繰り返し周波数の変更可能範囲内の全条件について評価済であると判定される。この場合は、高周波電源３０がレーザ発振器４０に供給する高周波電力の周波数の条件を変更し（ステップＳ０５５）、図５のステップＳ０３に戻る。高周波電力の下限値と上限値、及び周波数変更の刻み幅はあらかじめ決められている。ステップＳ０５５において、周波数の設定値を刻み幅分だけ高くする。

【0048】

高周波電力の周波数を刻み幅分だけ高くすると上限値を超えてしまう場合は、ステップＳ０４（図５）において、変更可能範囲内の全シマー条件について評価済であると判定される。

【0049】

図５及び図６に示したように、発光準備期間に、制御装置５０は、許容範囲に収まるレーザパワーが得られるように、シマー条件及びＤＣリンク電圧Ｖｄｃの条件を調整する。この調整において、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの調整（ステップＳ０７）を行う前に、シマー条件の調整（ステップＳ０５）を行う。

【0050】

シマー条件の調整においては、発光が生じにくい条件から、生じやすい条件に、徐々に変更する。具体的には、シマー放電の時間幅を、下限値から上限値に向かって変更し、シマー放電の繰り返し周波数を下限値から上限値に向かって変更し、高周波電力の周波数を下限値から上限値に向かって変更する。

【0051】

また、シマー条件については、発光の有無に影響を与えやすい条件を優先して変更する。例えば、シマー放電の時間幅が最も発光の有無に影響を与えやすく、次に、シマー放電の繰り返し周波数が発光の有無に影響を与えやすい。したがって、シマー放電の時間幅を先に変更し、次に、シマー放電の繰り返し周波数を変更し、最後に、高周波電力の周波数を変更する。

【0052】

次に、図７を参照して、ステップＳ１０（図５）において記憶される情報について説明する。図７は、ステップＳ１０（図５）において記憶される情報を表形式で示す図である。図５のステップＳ０３またはステップＳ０８で、レーザパワーが許容範囲内に収まった時のシマー放電の時間幅、シマー放電の繰り返し周波数、高周波電力の周波数、及びＤＣリンク電圧Ｖｄｃが、励振条件と関連付けて記憶されている。例えば、図７に示されているように、励振条件がＡのときに、シマー放電の時間幅がＰＷａ、シマー放電の繰り返し周波数がＲＦａ、高周波電力の周波数がＦａ、ＤＣリンク電圧ＶｄｃがＶａのときに、レーザパワーが許容範囲内に収まる。

【0053】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、励振条件が決まったとき、レーザパワーを許容範囲内に収めるために、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを調整する前に、シマー条件を変化させる。このため、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを変化させることなく、加工に適切な条件を見つけ出す可能性が高まる。その結果、励振条件を変えて加工を行う際に、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを変更する頻度が少なくなるという優れた効果を有する。

【0054】

また、励振条件が決まれば、制御装置５０は、図７に示されている励振条件、シマー条件、及びＤＣリンク電圧条件の対応表から、適切なシマー条件及びＤＣリンク電圧条件を抽出することができる。このため、励振条件が与えられると、制御装置５０は、評価済の適切なシマー条件及びＤＣリンク電圧Ｖｄｃの条件で、直ちに加工を開始することができる。

【0055】

実際の加工では、異なる励振条件で加工を行うべき多種多様な加工対象物６０を何枚も加工することになる。長時間加工を行うことが多い場合、事前に励振条件、シマー条件、及びＤＣリンク電圧条件の対応関係を求めておくことで、時間的なロスが少なくなる。また、実際の加工の前には、通常、暖機運転を行う必要がある。この暖機運転の時間を利用して励振条件、シマー条件、及びＤＣリンク電圧条件の対応関係を求めておくと、対応関係を求めるための時間を新たに確保する必要がない。

【0056】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、図７に示した励振条件、シマー条件、ＤＣリンク電圧条件の対応関係情報が、制御装置５０に記憶されているが、この対応関係情報を電源制御部３１に格納してもよい。この場合、制御装置５０が電源制御部３１に励振条件を通知すると、電源制御部３１は、通知された励振条件から、シマー条件及びＤＣリンク電圧条件を抽出し、抽出されたシマー条件及びＤＣリンク電圧条件に基づいて、充電電源２０及び高周波電源３０を動作させる。

【0057】

上記実施例では、調整可能なシマー条件として、シマー放電の時間幅、シマー放電の繰り返し周波数、及び高周波電力の周波数を採用しているが、これらの条件のうち少なくとも１つを調整可能な条件とし、他の条件を固定してもよい。

【0058】

上述の実施例は例示であり、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0059】

１０ レーザ電源
１１ 整流器
１２ 制御電源
２０ 充電電源
２１ 昇降圧コンバータ
２２ コンバータコントローラ
２５ バンクコンデンサ
３０ 高周波電源
３１ 電源制御部
４０ レーザ発振器
４１ 放電電極
５０ 制御装置
５１ 部分反射鏡
５２ ビーム走査器
５３ 集光レンズ
５４ 可動ステージ
５５ パワーメータ
５６ 光検出器
６０ 加工対象物
７０ 交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】