JPH11241946A - レーザ出力測定装置 - Google Patents
レーザ出力測定装置Info
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- JPH11241946A JPH11241946A JP10059011A JP5901198A JPH11241946A JP H11241946 A JPH11241946 A JP H11241946A JP 10059011 A JP10059011 A JP 10059011A JP 5901198 A JP5901198 A JP 5901198A JP H11241946 A JPH11241946 A JP H11241946A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
-
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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Abstract
(57)【要約】
[課題] 変動の少ない安定した温調を低消費電力で効
率よく行い、トータル的に低コストで信頼性の高いレー
ザ出力測定値を得る。 [解決手段] ハウジング内に入ったレーザ光LBは、
反射ミラー、光拡散板、NDフィルタ42および可視光
遮断フィルタ44を通ってフォトダイオード46の受光
面に入射する。熱伝導性の第2保持体28の肉厚側壁2
8d,28eの外壁面には、たとえば金属被膜抵抗体か
らなる抵抗発熱体48とこの抵抗発熱体48に電力を供
給するためのパワートランジスタ50とがそれぞれ熱伝
導性の絶縁シートを介してボルトによって固着されてい
る。第2保持体28は、抵抗発熱体48より発生される
熱とトランジスタ50より発生される熱とによって加熱
される。第2保持体28には温度センサ52も取付され
ている。温度制御回路は、温度センサ52の出力信号を
受け取り、第2保持体28の温度が設定温度に一致する
ようにトランジスタ50の出力信号を制御する。
率よく行い、トータル的に低コストで信頼性の高いレー
ザ出力測定値を得る。 [解決手段] ハウジング内に入ったレーザ光LBは、
反射ミラー、光拡散板、NDフィルタ42および可視光
遮断フィルタ44を通ってフォトダイオード46の受光
面に入射する。熱伝導性の第2保持体28の肉厚側壁2
8d,28eの外壁面には、たとえば金属被膜抵抗体か
らなる抵抗発熱体48とこの抵抗発熱体48に電力を供
給するためのパワートランジスタ50とがそれぞれ熱伝
導性の絶縁シートを介してボルトによって固着されてい
る。第2保持体28は、抵抗発熱体48より発生される
熱とトランジスタ50より発生される熱とによって加熱
される。第2保持体28には温度センサ52も取付され
ている。温度制御回路は、温度センサ52の出力信号を
受け取り、第2保持体28の温度が設定温度に一致する
ようにトランジスタ50の出力信号を制御する。
Description
【0010】
【産業上の利用分野】本発明は、光検出方式のレーザ出
力測定装置に関する。
力測定装置に関する。
【0020】
【従来の技術】たとえばレーザ加工分野では、加工品質
を自動的に管理するために、レーザ光の出力(光強度)
を検出するレーザ出力測定装置が使われている。一般
に、レーザ出力測定装置は、カロリーメータのような光
熱変換器を用いる熱量計測方式のものと、フォトダイオ
ードのような光電変換素子を用いる光検出方式のものと
に大別される。最近は、応答速度の点から光検出方式が
主流になっている。
を自動的に管理するために、レーザ光の出力(光強度)
を検出するレーザ出力測定装置が使われている。一般
に、レーザ出力測定装置は、カロリーメータのような光
熱変換器を用いる熱量計測方式のものと、フォトダイオ
ードのような光電変換素子を用いる光検出方式のものと
に大別される。最近は、応答速度の点から光検出方式が
主流になっている。
【0030】ところで、この種の光電変換素子は、温度
に応じて光電変換特性が変化し、同じ出力のレーザ光を
受光しても出力信号が変わってしまう。したがって、光
電変換素子が周囲温度(大気または室内の温度)の影響
を受けるようであれば、たとえば朝と昼とではレーザ光
の出力が同じでも光電変換素子の出力信号が異なり、ひ
いてはレーザ出力測定値が違ってくる。
に応じて光電変換特性が変化し、同じ出力のレーザ光を
受光しても出力信号が変わってしまう。したがって、光
電変換素子が周囲温度(大気または室内の温度)の影響
を受けるようであれば、たとえば朝と昼とではレーザ光
の出力が同じでも光電変換素子の出力信号が異なり、ひ
いてはレーザ出力測定値が違ってくる。
【0040】そこで、周囲温度に左右されないように光
電変換素子を一定温度に保つための温調機構を設けるの
が通例となっている。従来の代表的な温調機構は、熱伝
導性の保持体に光電変換素子を取り付けるとともに、抵
抗発熱体と温度センサも取り付ける。そして、抵抗発熱
体を通電により発熱させて保持体を加熱しながら、温度
センサで保持体の温度を検出し、保持体の温度を一定に
保つように抵抗発熱体の発熱動作をオンオフ制御方式で
制御するようにしている。
電変換素子を一定温度に保つための温調機構を設けるの
が通例となっている。従来の代表的な温調機構は、熱伝
導性の保持体に光電変換素子を取り付けるとともに、抵
抗発熱体と温度センサも取り付ける。そして、抵抗発熱
体を通電により発熱させて保持体を加熱しながら、温度
センサで保持体の温度を検出し、保持体の温度を一定に
保つように抵抗発熱体の発熱動作をオンオフ制御方式で
制御するようにしている。
【0050】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなオンオフ
制御方式の温調機構では、加熱(オン)と冷却(オフ)
とを交互に繰り返すため、保持体ないし光電変換素子の
温度が設定温度付近で周期的に変動し、そのリップルが
光電変換素子の出力信号ひいてはレーザ出力測定値に影
響するという不具合がある。
制御方式の温調機構では、加熱(オン)と冷却(オフ)
とを交互に繰り返すため、保持体ないし光電変換素子の
温度が設定温度付近で周期的に変動し、そのリップルが
光電変換素子の出力信号ひいてはレーザ出力測定値に影
響するという不具合がある。
【0060】この問題の解決法として、温調の制御方式
をPI(比例積分)制御方式あるいはPWM制御方式と
することが考えられる。これらの制御方式は、連続的に
(間断なく)抵抗発熱体を発熱させてその発熱量を可変
制御するため、リップルのない温度制御を行える。
をPI(比例積分)制御方式あるいはPWM制御方式と
することが考えられる。これらの制御方式は、連続的に
(間断なく)抵抗発熱体を発熱させてその発熱量を可変
制御するため、リップルのない温度制御を行える。
【0070】しかしながら、両方式とも制御回路の価格
が高くつくため、特別の工夫を用いなければトータルコ
ストの上昇を来し、リップル防止に見合うだけの利点が
得られない。さらに、PWM制御方式は、制御回路にお
ける高周波スイッチングによって光電変換素子側の測定
回路にノイズが入るおそれがあり、この点でも採用が難
しい。
が高くつくため、特別の工夫を用いなければトータルコ
ストの上昇を来し、リップル防止に見合うだけの利点が
得られない。さらに、PWM制御方式は、制御回路にお
ける高周波スイッチングによって光電変換素子側の測定
回路にノイズが入るおそれがあり、この点でも採用が難
しい。
【0080】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、変動の少ない安定した温調を低消費電力で効率
よくかつ容易に行い、トータル的に低コストで信頼性の
高いレーザ出力測定値を得るようにしたレーザ出力測定
装置を提供することを目的とする。
もので、変動の少ない安定した温調を低消費電力で効率
よくかつ容易に行い、トータル的に低コストで信頼性の
高いレーザ出力測定値を得るようにしたレーザ出力測定
装置を提供することを目的とする。
【0090】また、本発明は、温度変動に対して安定な
レーザ出力測定値を得るようにしたレーザ出力測定装置
を提供することを目的とする。
レーザ出力測定値を得るようにしたレーザ出力測定装置
を提供することを目的とする。
【0100】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のうち請求項1の発明は、レーザ光の出力
を検出するレーザ出力測定装置において、前記レーザ光
を受光して前記レーザ光の出力を電気信号に変換する光
電変換素子と、前記光電変換素子を保持する熱伝導性の
保持体と、前記保持体に熱的に結合して取付され、通電
により発熱する発熱体と、前記保持体に熱的に結合して
取付され、前記発熱体に電力を供給する放熱性の電力用
トランジスタと、前記保持体の温度を検出する温度セン
サと、前記保持体の温度を設定温度に一致させるように
前記温度センサの出力信号にしたがって前記トランジス
タの出力電流を制御する温度制御回路とを具備すること
を特徴とする。
めに、本発明のうち請求項1の発明は、レーザ光の出力
を検出するレーザ出力測定装置において、前記レーザ光
を受光して前記レーザ光の出力を電気信号に変換する光
電変換素子と、前記光電変換素子を保持する熱伝導性の
保持体と、前記保持体に熱的に結合して取付され、通電
により発熱する発熱体と、前記保持体に熱的に結合して
取付され、前記発熱体に電力を供給する放熱性の電力用
トランジスタと、前記保持体の温度を検出する温度セン
サと、前記保持体の温度を設定温度に一致させるように
前記温度センサの出力信号にしたがって前記トランジス
タの出力電流を制御する温度制御回路とを具備すること
を特徴とする。
【0110】また、請求項2の発明は、上記請求項1の
発明の構成において、前記温度制御回路が、前記設定温
度に対応した基準値を与える基準値発生部と、前記温度
センサの出力信号を前記設定温度に対応した基準値と比
較してその比較誤差を表す誤差信号を発生する比較回路
と、前記誤差信号を所定の増幅率で比例増幅する比例制
御用の増幅回路と、前記誤差信号を積分する積分制御用
の積分回路と、前記増幅回路の出力信号と前記積分回路
の出力信号とを足し合わせる加算回路と、前記加算回路
の出力信号に応じて前記トランジスタの出力電流を定電
流で制御する駆動回路とを有することを特徴とする。
発明の構成において、前記温度制御回路が、前記設定温
度に対応した基準値を与える基準値発生部と、前記温度
センサの出力信号を前記設定温度に対応した基準値と比
較してその比較誤差を表す誤差信号を発生する比較回路
と、前記誤差信号を所定の増幅率で比例増幅する比例制
御用の増幅回路と、前記誤差信号を積分する積分制御用
の積分回路と、前記増幅回路の出力信号と前記積分回路
の出力信号とを足し合わせる加算回路と、前記加算回路
の出力信号に応じて前記トランジスタの出力電流を定電
流で制御する駆動回路とを有することを特徴とする。
【0120】また、請求項3の発明は、レーザ光の出力
を検出するレーザ出力測定装置において、前記レーザ光
を受光して前記レーザ光の出力を電流信号に変換する光
電変換素子と、前記光電変換素子からの電流信号を入力
し、前記電流信号に対応した電圧信号を出力するための
演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子と
の間に接続され、正の温度係数を有する第1の抵抗およ
び負の温度係数を有する第2の抵抗を含む帰還回路とを
具備することを特徴とする。
を検出するレーザ出力測定装置において、前記レーザ光
を受光して前記レーザ光の出力を電流信号に変換する光
電変換素子と、前記光電変換素子からの電流信号を入力
し、前記電流信号に対応した電圧信号を出力するための
演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子と
の間に接続され、正の温度係数を有する第1の抵抗およ
び負の温度係数を有する第2の抵抗を含む帰還回路とを
具備することを特徴とする。
【0130】また、請求項4の発明は、上記請求項3の
発明の構成において、前記光電変換素子の温度を設定温
度に制御するための温調手段を有し、前記演算増幅器の
出力端子に得られるレーザ出力測定値の温度特性曲線の
極大点または極小点の温度を前記設定温度付近に合わせ
ることを特徴とする。
発明の構成において、前記光電変換素子の温度を設定温
度に制御するための温調手段を有し、前記演算増幅器の
出力端子に得られるレーザ出力測定値の温度特性曲線の
極大点または極小点の温度を前記設定温度付近に合わせ
ることを特徴とする。
【0140】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
実施例を説明する。
実施例を説明する。
【0150】図1は本発明の一実施例によるレーザ出力
測定装置のレーザ受光ユニットの全体構成を示す縦断面
図であり、図2はこの受光ユニットの要部の構成を示す
部分断面図である。
測定装置のレーザ受光ユニットの全体構成を示す縦断面
図であり、図2はこの受光ユニットの要部の構成を示す
部分断面図である。
【0160】このレーザ受光ユニット10において、取
付基板11上には、一側面にレーザ光導入窓12aを有
する箱状のハウジング12が設けられている。ハウジン
グ12内には該レーザ光導入窓12aに対して45゜の
向きで反射ミラー14がミラー支持体16に取付されて
いる。反射ミラー14からみて反射方向に位置するハウ
ジング12の側面には開口12bが設けられている。
付基板11上には、一側面にレーザ光導入窓12aを有
する箱状のハウジング12が設けられている。ハウジン
グ12内には該レーザ光導入窓12aに対して45゜の
向きで反射ミラー14がミラー支持体16に取付されて
いる。反射ミラー14からみて反射方向に位置するハウ
ジング12の側面には開口12bが設けられている。
【0170】ハウジング12の中央部には光軸と垂直な
方向に一対の棒状支持部材18がハウジング12の側面
にボルト20で固定されている。これらの棒状支持部材
18に遮光性の絶縁材たとえば樹脂からなる四角筒状の
第1保持体22の一方の開口部(レーザ光入口部)22
aがボルト24で固定されている。
方向に一対の棒状支持部材18がハウジング12の側面
にボルト20で固定されている。これらの棒状支持部材
18に遮光性の絶縁材たとえば樹脂からなる四角筒状の
第1保持体22の一方の開口部(レーザ光入口部)22
aがボルト24で固定されている。
【0180】そして、ハウジング12の開口12b付近
で、第1保持体22の他方の開口部(レーザ光出口部)
22bに遮光性の絶縁材たとえば樹脂からなる四角筒状
の連結部材26を介して熱伝導率の高い金属たとえばア
ルミニウムからなる四角筒状の第2保持体28の一方の
開口部(レーザ光入口部)28aが接続され、この第2
保持体28の他方の開口部(レーザ光出口部)28bに
回路基板30が接続されている。棒状支持部材18には
光軸と平行に4本の棒状支持部材32の一端が固定さ
れ、これらの棒状支持部材32の他端に回路基板30が
ボルト34で固着されている。取付基板11の四隅には
ボルトを通すための取付穴11aが形成されている。
で、第1保持体22の他方の開口部(レーザ光出口部)
22bに遮光性の絶縁材たとえば樹脂からなる四角筒状
の連結部材26を介して熱伝導率の高い金属たとえばア
ルミニウムからなる四角筒状の第2保持体28の一方の
開口部(レーザ光入口部)28aが接続され、この第2
保持体28の他方の開口部(レーザ光出口部)28bに
回路基板30が接続されている。棒状支持部材18には
光軸と平行に4本の棒状支持部材32の一端が固定さ
れ、これらの棒状支持部材32の他端に回路基板30が
ボルト34で固着されている。取付基板11の四隅には
ボルトを通すための取付穴11aが形成されている。
【0190】第1保持体22のレーザ光入口部22aに
防塵用ガラス板36が取付され、このガラス板36の内
側にOリング38を介して光拡散板40が取付されてい
る。第2保持体28には、レーザ光入口部28aから内
奥へ向かって順に複数枚たとえば3枚のNDフィルタ4
2と1枚の可視光遮断フィルタまたは赤外線透過フィル
タ44が光軸方向に並べて配置され、レーザ光出口部2
8b付近に光電変換素子たとえばPINフォトダイオー
ド46が受光面をフィルタ側に向けて回路基板30上に
取付されている。
防塵用ガラス板36が取付され、このガラス板36の内
側にOリング38を介して光拡散板40が取付されてい
る。第2保持体28には、レーザ光入口部28aから内
奥へ向かって順に複数枚たとえば3枚のNDフィルタ4
2と1枚の可視光遮断フィルタまたは赤外線透過フィル
タ44が光軸方向に並べて配置され、レーザ光出口部2
8b付近に光電変換素子たとえばPINフォトダイオー
ド46が受光面をフィルタ側に向けて回路基板30上に
取付されている。
【0200】第2保持体28の内壁面において、フォト
ダイオード46の受光面より少し中心部寄りの位置に段
部28cが形成され、この段部28cをストッパにして
光学フィルタ42,44が筒状連結部材26の端面で押
し込められることにより、光学フィルタ42,44が第
2保持体28内でしっかりと保持されている。
ダイオード46の受光面より少し中心部寄りの位置に段
部28cが形成され、この段部28cをストッパにして
光学フィルタ42,44が筒状連結部材26の端面で押
し込められることにより、光学フィルタ42,44が第
2保持体28内でしっかりと保持されている。
【0210】レーザ光導入窓12aには、たとえばレー
ザ発振部(図示せず)より出射されたレーザ光をビーム
スプリッタ(図示せず)に通し、そこで反射した一部
(たとえば1%)のレーザ光LBが入射される。ハウジ
ング12内に入ったレーザ光LBは、反射ミラー14で
光路を90゜曲げて、ガラス板36、光拡散板40、N
Dフィルタ42および可視光遮断フィルタ44を通って
フォトダイオード46の受光面に入射するようになって
いる。
ザ発振部(図示せず)より出射されたレーザ光をビーム
スプリッタ(図示せず)に通し、そこで反射した一部
(たとえば1%)のレーザ光LBが入射される。ハウジ
ング12内に入ったレーザ光LBは、反射ミラー14で
光路を90゜曲げて、ガラス板36、光拡散板40、N
Dフィルタ42および可視光遮断フィルタ44を通って
フォトダイオード46の受光面に入射するようになって
いる。
【0220】第2保持体28の4辺の側壁は、図1に示
すように相対向する一対の肉薄な側壁と、図2に示すよ
うに相対向する一対の肉厚な側壁とからなる。
すように相対向する一対の肉薄な側壁と、図2に示すよ
うに相対向する一対の肉厚な側壁とからなる。
【0230】図2に示すように、第2保持体28の一方
の肉厚側壁28dの外壁面には、たとえば金属被膜抵抗
体からなる抵抗発熱体48が熱伝導性の絶縁シート(図
示せず)を介してボルト(図示せず)によって固着され
ている。また、第2保持体28の他方の肉厚側壁28e
の外壁面には、トランジスタ50が熱伝導性の絶縁シー
ト(図示せず)を介してボルト(図示せず)によって固
着されている。
の肉厚側壁28dの外壁面には、たとえば金属被膜抵抗
体からなる抵抗発熱体48が熱伝導性の絶縁シート(図
示せず)を介してボルト(図示せず)によって固着され
ている。また、第2保持体28の他方の肉厚側壁28e
の外壁面には、トランジスタ50が熱伝導性の絶縁シー
ト(図示せず)を介してボルト(図示せず)によって固
着されている。
【0240】抵抗発熱体48は、回路基板30またはこ
れとは別の回路基板(図示せず)に実装されている後述
する温度制御回路の制御の下でトランジスタ50より電
流(電力)を間断なく供給され、抵抗発熱する。抵抗発
熱体48は第2保持体28に熱的に結合して取付されて
いるため、抵抗発熱体48より発生される熱で第2保持
体28が加熱されるようになっている。
れとは別の回路基板(図示せず)に実装されている後述
する温度制御回路の制御の下でトランジスタ50より電
流(電力)を間断なく供給され、抵抗発熱する。抵抗発
熱体48は第2保持体28に熱的に結合して取付されて
いるため、抵抗発熱体48より発生される熱で第2保持
体28が加熱されるようになっている。
【0250】一方、トランジスタ50も、抵抗発熱体4
8に供給する電流が内部抵抗を間断なく流れることで、
発熱し放熱する。そして、トランジスタ50も第2保持
体28に熱的に結合して取付されているため、トランジ
スタ50より発生された熱によっても第2保持体28が
加熱されるようになっている。
8に供給する電流が内部抵抗を間断なく流れることで、
発熱し放熱する。そして、トランジスタ50も第2保持
体28に熱的に結合して取付されているため、トランジ
スタ50より発生された熱によっても第2保持体28が
加熱されるようになっている。
【0260】このように、本実施例のレーザ出力測定装
置では、レーザ受光ユニット10において、フォトダイ
オード46および光学フィルタ42,44を保持する熱
伝導性の第2保持体28に本来の加熱用の抵抗発熱体4
8に加えて、この抵抗発熱体48に電力を供給するため
の放熱性のトランジスタ50も熱的に結合して取付さ
れ、抵抗発熱体48より発生される熱とトランジスタ5
0より発生される熱とが相まって抵抗発熱体48を加温
するように構成されている。
置では、レーザ受光ユニット10において、フォトダイ
オード46および光学フィルタ42,44を保持する熱
伝導性の第2保持体28に本来の加熱用の抵抗発熱体4
8に加えて、この抵抗発熱体48に電力を供給するため
の放熱性のトランジスタ50も熱的に結合して取付さ
れ、抵抗発熱体48より発生される熱とトランジスタ5
0より発生される熱とが相まって抵抗発熱体48を加温
するように構成されている。
【0270】第2保持体28の肉厚側壁28eの中には
温度センサたとえばサーミスタ52が埋め込まれてい
る。この温度センサ52の端子52aは、回路基板30
の外側に突出し、回路基板30上の配線を介して上記温
度制御回路の入力端子に接続されている。
温度センサたとえばサーミスタ52が埋め込まれてい
る。この温度センサ52の端子52aは、回路基板30
の外側に突出し、回路基板30上の配線を介して上記温
度制御回路の入力端子に接続されている。
【0280】図3に、本実施例における温度制御回路の
回路構成を示す。この温度制御回路54は、アナログ式
の比較回路56、基準値発生部58、比例増幅回路6
0、積分回路62、加算回路64および演算増幅器66
を有し、PI制御方式の温度制御を行うように構成され
ている。
回路構成を示す。この温度制御回路54は、アナログ式
の比較回路56、基準値発生部58、比例増幅回路6
0、積分回路62、加算回路64および演算増幅器66
を有し、PI制御方式の温度制御を行うように構成され
ている。
【0290】比較回路56は、温度センサ52からの温
度検出信号TSを基準値発生部58からの設定温度(た
とえば45゜C)に対応した基準値TAと比較し、その
比較誤差(TA−TS)を表す誤差信号δを生成する。
比較回路56からの誤差信号δは比例増幅回路60で比
例増幅されるとともに積分回路62で積分され、両回路
60,62の出力信号が加算回路64で足し合わされた
ものが制御信号CSとして演算増幅器66の非反転入力
端子に入力される。
度検出信号TSを基準値発生部58からの設定温度(た
とえば45゜C)に対応した基準値TAと比較し、その
比較誤差(TA−TS)を表す誤差信号δを生成する。
比較回路56からの誤差信号δは比例増幅回路60で比
例増幅されるとともに積分回路62で積分され、両回路
60,62の出力信号が加算回路64で足し合わされた
ものが制御信号CSとして演算増幅器66の非反転入力
端子に入力される。
【0300】演算増幅器66は、その出力端子がNPN
型パワートランジスタ50のベース端子に接続され、反
転入力端子がトランジスタ50のエミッタ端子に接続さ
れるとともに抵抗68を介してアースに接続されてい
る。そして、トランジスタ50のコレクタ端子は抵抗発
熱体48を介して電源電圧VB の電圧端子70に接続さ
れている。これら演算増幅器66、トランジスタ50、
抵抗68および電源電圧VB によって、制御信号CSに
応じた一定の出力電流IC を抵抗発熱体48に流すため
の定電流回路が構成されている。
型パワートランジスタ50のベース端子に接続され、反
転入力端子がトランジスタ50のエミッタ端子に接続さ
れるとともに抵抗68を介してアースに接続されてい
る。そして、トランジスタ50のコレクタ端子は抵抗発
熱体48を介して電源電圧VB の電圧端子70に接続さ
れている。これら演算増幅器66、トランジスタ50、
抵抗68および電源電圧VB によって、制御信号CSに
応じた一定の出力電流IC を抵抗発熱体48に流すため
の定電流回路が構成されている。
【0310】この温度制御回路54において、第2保持
体28の温度が設定温度より下がると、比較回路56よ
り正の誤差信号+δが生成され、制御信号CSが大きく
なってトランジスタ50の出力電流IC が増大する。そ
うすると、抵抗発熱体48およびトランジスタ50より
それぞれ発生される熱が増加し、第2保持体28の温度
が上昇する。
体28の温度が設定温度より下がると、比較回路56よ
り正の誤差信号+δが生成され、制御信号CSが大きく
なってトランジスタ50の出力電流IC が増大する。そ
うすると、抵抗発熱体48およびトランジスタ50より
それぞれ発生される熱が増加し、第2保持体28の温度
が上昇する。
【0320】反対に、第2保持体28の温度が設定温度
を越えて高くなると、比較回路56より負の誤差信号−
δが生成され、制御信号CSが小さくなってトランジス
タ50の出力電流IC が減少する。そうすると、抵抗発
熱体48およびトランジスタ50よりそれぞれ発生され
る熱が減少し、第2保持体28の温度が下がる。
を越えて高くなると、比較回路56より負の誤差信号−
δが生成され、制御信号CSが小さくなってトランジス
タ50の出力電流IC が減少する。そうすると、抵抗発
熱体48およびトランジスタ50よりそれぞれ発生され
る熱が減少し、第2保持体28の温度が下がる。
【0330】こうして、トランジスタ50の出力電流I
C に応じて抵抗発熱体48およびトランジスタ50がそ
れぞれ発熱し、それらを足し合わせた熱で第2保持体2
8が加温され、この第2保持体28の温度が設定温度に
一致するようにトランジスタ50の出力電流IC が連続
的に間断なく制御される。
C に応じて抵抗発熱体48およびトランジスタ50がそ
れぞれ発熱し、それらを足し合わせた熱で第2保持体2
8が加温され、この第2保持体28の温度が設定温度に
一致するようにトランジスタ50の出力電流IC が連続
的に間断なく制御される。
【0340】このように、第2保持体28の温度が設定
温度付近に安定に保たれることで、第2保持体28に保
持されている光学フィルタ42,44およびフォトダイ
オード46は、周囲温度に関係なく、またレーザ光LB
のエネルギーに影響されることなく、ほぼ一定の温度で
動作する。これによって、高精度で信頼性の高いレーザ
出力測定値が得られる。
温度付近に安定に保たれることで、第2保持体28に保
持されている光学フィルタ42,44およびフォトダイ
オード46は、周囲温度に関係なく、またレーザ光LB
のエネルギーに影響されることなく、ほぼ一定の温度で
動作する。これによって、高精度で信頼性の高いレーザ
出力測定値が得られる。
【0350】しかも、本来の加熱用の抵抗発熱体48に
よる発熱だけでなく、これに電力を供給するためのトラ
ンジスタ50による発熱も第2保持体28の加温に寄与
するので、加熱効率が高く、そのぶん消費電力が節減さ
れる。PI制御では、発熱用の電流が間断無く供給され
るため、この消費電力節減の効果は大きい。
よる発熱だけでなく、これに電力を供給するためのトラ
ンジスタ50による発熱も第2保持体28の加温に寄与
するので、加熱効率が高く、そのぶん消費電力が節減さ
れる。PI制御では、発熱用の電流が間断無く供給され
るため、この消費電力節減の効果は大きい。
【0360】また、温度制御回路54においては、定電
流回路によってトランジスタ50の出力電流(コレクタ
電流)IC を制御することによって総発熱量ないし加熱
量を簡単かつ正確に制御できる。したがって、ハードウ
ェア回路としては従来のオンオフ制御方式の制御回路よ
りも相当高くつくものの、設計・製作は比較的簡単であ
る。
流回路によってトランジスタ50の出力電流(コレクタ
電流)IC を制御することによって総発熱量ないし加熱
量を簡単かつ正確に制御できる。したがって、ハードウ
ェア回路としては従来のオンオフ制御方式の制御回路よ
りも相当高くつくものの、設計・製作は比較的簡単であ
る。
【0370】この設計容易性に上記のような低消費電力
の利点が相まって、装置のトータルコストを低く押さえ
ることができる。また、PWM制御方式の制御回路のよ
うな高周波数のスイッチング動作を行わないため、フォ
トダイオード46側の測定回路にノイズを与えるおそれ
もない。
の利点が相まって、装置のトータルコストを低く押さえ
ることができる。また、PWM制御方式の制御回路のよ
うな高周波数のスイッチング動作を行わないため、フォ
トダイオード46側の測定回路にノイズを与えるおそれ
もない。
【0380】図4に、本実施例におけるレーザ出力測定
装置を適用したYAGレーザ加工システムの構成を示
す。図4において、図1〜図3中のものと対応する部分
には同一の符号を付してある。
装置を適用したYAGレーザ加工システムの構成を示
す。図4において、図1〜図3中のものと対応する部分
には同一の符号を付してある。
【0390】このYAGレーザ加工システムは、YAG
レーザ発振器74より発振出力されるレーザ光LBの出
力をフィードバック方式で制御するようにしたものであ
る。
レーザ発振器74より発振出力されるレーザ光LBの出
力をフィードバック方式で制御するようにしたものであ
る。
【0400】YAGレーザ発振器74にはYAGロッ
ド、励起光発生手段(励起ランプまたは半導体レーザ
等)および光共振器等が内蔵されており、レーザ電源7
2からの励起電流に応じて励起光発生手段が点灯し、そ
の光エネルギーで励起されたYAGロッドから所定の波
長成分を有する光が出射され、光共振器で特定波長の光
が共振増幅されて、レーザ光LBが出力される。このレ
ーザ光LBはビームスプリッタ76を通され、そこで反
射した一部のレーザ光LBが本実施例のレーザ出力測定
装置の受光ユニット10に導かれる。
ド、励起光発生手段(励起ランプまたは半導体レーザ
等)および光共振器等が内蔵されており、レーザ電源7
2からの励起電流に応じて励起光発生手段が点灯し、そ
の光エネルギーで励起されたYAGロッドから所定の波
長成分を有する光が出射され、光共振器で特定波長の光
が共振増幅されて、レーザ光LBが出力される。このレ
ーザ光LBはビームスプリッタ76を通され、そこで反
射した一部のレーザ光LBが本実施例のレーザ出力測定
装置の受光ユニット10に導かれる。
【0410】ビームスプリッタ76を透過した大部分の
レーザ光LBは、そのまま光学レンズ(図示せず)を介
して被加工物(図示せず)に照射されるか、あるいはい
ったん入射ユニット(図示せず)に入射され、そこから
光ファィバ(図示せず)を介して遠隔の出射ユニットへ
送られ、出射ユニットから被加工物に照射される。
レーザ光LBは、そのまま光学レンズ(図示せず)を介
して被加工物(図示せず)に照射されるか、あるいはい
ったん入射ユニット(図示せず)に入射され、そこから
光ファィバ(図示せず)を介して遠隔の出射ユニットへ
送られ、出射ユニットから被加工物に照射される。
【0420】レーザ出力測定装置のフォトダイオード4
6より出力される電気信号ILBは光電流としての信号で
あり、この光電流の信号ILBが光電流−電圧変換回路7
8で電圧信号SLBに変換される。変換回路78より得ら
れる電圧信号SLBは、サンプル・ホールド回路80およ
びディジタル/アナログ変換回路82によってディジタ
ル信号に変換されてからCPU84に入力される。
6より出力される電気信号ILBは光電流としての信号で
あり、この光電流の信号ILBが光電流−電圧変換回路7
8で電圧信号SLBに変換される。変換回路78より得ら
れる電圧信号SLBは、サンプル・ホールド回路80およ
びディジタル/アナログ変換回路82によってディジタ
ル信号に変換されてからCPU84に入力される。
【0430】CPU84は、メモリ86に格納されてい
るプログラムによって動作し、入力したレーザ出力検出
信号SLBに所定の校正または補正演算等を施して、レー
ザ光LBの出力の測定値を求める。そして、CPU84
は、求めたレーザ出力測定値を入力部90より入力され
メモリ86に格納されているレーザ出力設定値と比較し
て比較誤差を求め、その比較誤差を零にするような制御
信号CSをレーザ電源72に与える。また、必要に応じ
てレーザ出力測定値その他のデータを表示部88を通じ
て表示する。さらに、入力部90より入力された設定温
度に対応した基準値データを温調制御回路54内の基準
値発生部58に与える。
るプログラムによって動作し、入力したレーザ出力検出
信号SLBに所定の校正または補正演算等を施して、レー
ザ光LBの出力の測定値を求める。そして、CPU84
は、求めたレーザ出力測定値を入力部90より入力され
メモリ86に格納されているレーザ出力設定値と比較し
て比較誤差を求め、その比較誤差を零にするような制御
信号CSをレーザ電源72に与える。また、必要に応じ
てレーザ出力測定値その他のデータを表示部88を通じ
て表示する。さらに、入力部90より入力された設定温
度に対応した基準値データを温調制御回路54内の基準
値発生部58に与える。
【0440】図5に本実施例における光電流−電圧変換
回路78の回路構成例を示し、図6にこの変換回路78
におけるセンサ出力の温度特性を示す。
回路78の回路構成例を示し、図6にこの変換回路78
におけるセンサ出力の温度特性を示す。
【0450】この光電流−電圧変換回路78は演算増幅
器92および帰還抵抗94,96から構成される。演算
増幅器92の非反転入力端子が接地され、反転入力端子
にフォトダイオード46の出力端子(アノード端子)が
接続され、この反転入力端子と出力端子との間に抵抗9
4,96が直列に接続される。
器92および帰還抵抗94,96から構成される。演算
増幅器92の非反転入力端子が接地され、反転入力端子
にフォトダイオード46の出力端子(アノード端子)が
接続され、この反転入力端子と出力端子との間に抵抗9
4,96が直列に接続される。
【0460】帰還抵抗94,96のうち、一方の抵抗9
4は普通の抵抗で、正の温度係数を有する。しかし、他
方の抵抗96はたとえば負特性サーミスタからなり、負
の温度係数を有する。
4は普通の抵抗で、正の温度係数を有する。しかし、他
方の抵抗96はたとえば負特性サーミスタからなり、負
の温度係数を有する。
【0470】演算増幅器92からなる光電流−電圧変換
回路78において、帰還回路をこのような正の温度係数
を有する抵抗94と負の温度係数を有する抵抗96との
直列抵抗回路で構成すると、演算増幅器92の出力電圧
またはセンサ出力(補正前のレーザ出力測定値)SLBの
温度特性は図6の実線の曲線LA で示すようなものとな
り、ある温度Tp でセンサ出力SLBが極小となる。
回路78において、帰還回路をこのような正の温度係数
を有する抵抗94と負の温度係数を有する抵抗96との
直列抵抗回路で構成すると、演算増幅器92の出力電圧
またはセンサ出力(補正前のレーザ出力測定値)SLBの
温度特性は図6の実線の曲線LA で示すようなものとな
り、ある温度Tp でセンサ出力SLBが極小となる。
【0480】この極小点の温度TP は、フォトダイオー
ド46の温度特性、両抵抗94,96の温度係数等のパ
ラメータに依存して決まる。逆の見方をすれば、これら
パラメータを適当に選択することで、極小点温度TP を
所望の温度つまり温調の設定温度(たとえば45゜C)
付近に合わせることができる。
ド46の温度特性、両抵抗94,96の温度係数等のパ
ラメータに依存して決まる。逆の見方をすれば、これら
パラメータを適当に選択することで、極小点温度TP を
所望の温度つまり温調の設定温度(たとえば45゜C)
付近に合わせることができる。
【0490】なお、図6において、鎖線の曲線LB は帰
還回路を正の温度係数を有する抵抗94だけで構成した
場合のセンサ出力SLBの温度特性を示し、点線の曲線L
C は帰還回路を負の温度係数を有する抵抗96だけで構
成した場合のセンサ出力SLBの温度特性を示す。
還回路を正の温度係数を有する抵抗94だけで構成した
場合のセンサ出力SLBの温度特性を示し、点線の曲線L
C は帰還回路を負の温度係数を有する抵抗96だけで構
成した場合のセンサ出力SLBの温度特性を示す。
【0500】このように、光電流−電圧変換回路78に
おけるセンサ出力SLBの温度特性の極小点TP を温調設
定温度付近に合わせることで、たとえ温調温度にリップ
ル等の変動があっても、センサ出力SLBは極小点Sp 付
近で変動するため、その変動幅は温度の変動幅と比較し
て極めて小さく、安定したレーザ出力測定値が保証され
る。
おけるセンサ出力SLBの温度特性の極小点TP を温調設
定温度付近に合わせることで、たとえ温調温度にリップ
ル等の変動があっても、センサ出力SLBは極小点Sp 付
近で変動するため、その変動幅は温度の変動幅と比較し
て極めて小さく、安定したレーザ出力測定値が保証され
る。
【0510】図7に光電流−電圧変換回路78の回路構
成の変形例を示し、図8にこの変形例におけるセンサ出
力の温度特性を示す。
成の変形例を示し、図8にこの変形例におけるセンサ出
力の温度特性を示す。
【0520】この変形例のように、正の温度係数を有す
る抵抗94と負の温度係数を有する抵抗96との並列抵
抗回路で帰還回路を構成すると、センサ出力SLBの温度
特性は図8の実線の曲線LA で示すようなものとなり、
ある温度Tp でセンサ出力SLBが極大となる。
る抵抗94と負の温度係数を有する抵抗96との並列抵
抗回路で帰還回路を構成すると、センサ出力SLBの温度
特性は図8の実線の曲線LA で示すようなものとなり、
ある温度Tp でセンサ出力SLBが極大となる。
【0530】この場合も、センサ出力SLBの温度特性の
極大点TP を温調設定温度付近に合わせることで、上記
と同様に温度変動に対して安定したレーザ出力測定値が
得られる。
極大点TP を温調設定温度付近に合わせることで、上記
と同様に温度変動に対して安定したレーザ出力測定値が
得られる。
【0540】上記した実施例におけるレーザ出力測定装
置10の光学・機構系の構成(図1および図2)、温度
制御回路54の構成(図3)、レーザ加工システムの構
成(図4)および光電流−電圧変換回路78の構成(図
5,図7)は一例であって、本発明はこれらの構成例に
限定されるわけではなく、その技術思想の範囲内で種々
の変形が可能である。
置10の光学・機構系の構成(図1および図2)、温度
制御回路54の構成(図3)、レーザ加工システムの構
成(図4)および光電流−電圧変換回路78の構成(図
5,図7)は一例であって、本発明はこれらの構成例に
限定されるわけではなく、その技術思想の範囲内で種々
の変形が可能である。
【0550】たとえば、フォトダイオード46を保持す
る保持体28は種々の形状・構造を採ることが可能であ
り、この保持体28に対する発熱体48およびトランジ
スタ50の取付位置・取付態様も種々の選択が可能であ
る。温度制御回路54も種々の変形が可能であり、PI
制御方式以外の制御方式であってもよい。
る保持体28は種々の形状・構造を採ることが可能であ
り、この保持体28に対する発熱体48およびトランジ
スタ50の取付位置・取付態様も種々の選択が可能であ
る。温度制御回路54も種々の変形が可能であり、PI
制御方式以外の制御方式であってもよい。
【0560】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子を保持する熱伝導性の保持体に本来の加熱
用の発熱体と共にこの発熱体に電力を供給するための電
力用のトランジスタをも熱的に結合させて取付し、保持
体の温度を設定温度に一致させるように該トランジスタ
の出力電流を制御するようにしたので、変動の少ない安
定した温調を低消費電力で効率よくかつ容易に行い、ト
ータル的に低コストで信頼性の高いレーザ出力測定値を
得ることができる。
光電変換素子を保持する熱伝導性の保持体に本来の加熱
用の発熱体と共にこの発熱体に電力を供給するための電
力用のトランジスタをも熱的に結合させて取付し、保持
体の温度を設定温度に一致させるように該トランジスタ
の出力電流を制御するようにしたので、変動の少ない安
定した温調を低消費電力で効率よくかつ容易に行い、ト
ータル的に低コストで信頼性の高いレーザ出力測定値を
得ることができる。
【0570】また、本発明によれば、光電変換素子から
の電流信号を電圧信号に変換するための演算増幅器の帰
還回路を正の温度係数を有する抵抗と負の温度係数を有
する抵抗との合成抵抗で構成することにより、温度変動
に対して安定したレーザ出力測定値を得ることができ
る。
の電流信号を電圧信号に変換するための演算増幅器の帰
還回路を正の温度係数を有する抵抗と負の温度係数を有
する抵抗との合成抵抗で構成することにより、温度変動
に対して安定したレーザ出力測定値を得ることができ
る。
【図1】本発明の一実施例によるレーザ出力測定装置の
受光ユニットの全体構成を示す縦断面図である。
受光ユニットの全体構成を示す縦断面図である。
【図2】実施例における受光ユニットの要部の構成を示
す部分断面図である。
す部分断面図である。
【図3】実施例における温度制御回路の回路構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図4】実施例におけるレーザ出力測定装置を適用した
YAGレーザ加工システムの構成を示すブロック図であ
る。
YAGレーザ加工システムの構成を示すブロック図であ
る。
【図5】実施例における光電流−電圧変換回路の回路構
成例を示す回路図である。
成例を示す回路図である。
【図6】図5の光電流−電圧変換回路におけるセンサ出
力の温度特性を示す図である。
力の温度特性を示す図である。
【図7】実施例における光電流−電圧変換回路の変形例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
【図8】図7の光電流−電圧変換回路におけるセンサ出
力の温度特性を示す図である。
力の温度特性を示す図である。
10 レーザ受光ユニット 28 第2保持体 46 フォトダイオード 48 抵抗発熱体 50 パワートランジスタ 56 比較回路 58 基準値発生部 60 比例増幅回路 62 積分回路 64 加算回路 66 演算増幅器 92 演算増幅器 94,96 抵抗
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザ光の出力を測定するレーザ出力測
定装置において、 前記レーザ光を受光して前記レーザ光の出力を電気信号
に変換する光電変換素子と、 前記光電変換素子を保持する熱伝導性の保持体と、 前記保持体に熱的に結合して取付され、通電により発熱
する発熱体と、 前記保持体に熱的に結合して取付され、前記発熱体に電
力を供給する電力用トランジスタと、 前記保持体の温度を検出する温度センサと、 前記保持体の温度を設定温度に一致させるように前記温
度センサの出力信号にしたがって前記トランジスタの出
力電流を制御する温度制御回路とを具備することを特徴
とするレーザ出力測定装置。 - 【請求項2】 前記温度制御回路が、前記設定温度に対
応した基準値を与える基準値発生部と、前記温度センサ
の出力信号を前記設定温度に対応した基準値と比較して
その比較誤差を表す誤差信号を発生する比較回路と、前
記誤差信号を所定の増幅率で比例増幅する比例制御用の
増幅回路と、前記誤差信号を積分する積分制御用の積分
回路と、前記増幅回路の出力信号と前記積分回路の出力
信号とを足し合わせる加算回路と、前記加算回路の出力
信号に応じて前記トランジスタの出力電流を定電流で制
御する駆動回路とを有することを特徴とする請求項1に
記載のレーザ出力測定装置。 - 【請求項3】 レーザ光の出力を検出するレーザ出力測
定装置において、 前記レーザ光を受光して前記レーザ光の出力を電流信号
に変換する光電変換素子と、 前記光電変換素子からの電流信号を入力し、前記電流信
号に対応した電圧信号を出力するための演算増幅器と、 前記演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続さ
れ、正の温度係数を有する第1の抵抗および負の温度係
数を有する第2の抵抗を含む帰還回路とを具備すること
を特徴とするレーザ出力測定装置。 - 【請求項4】 前記光電変換素子の温度を設定温度に制
御するための温調手段を有し、前記演算増幅器の出力端
子に得られるレーザ出力測定値の温度特性曲線の極大点
または極小点の温度を前記設定温度付近に合わせること
を特徴とする請求項3に記載のレーザ出力測定装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10059011A JPH11241946A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | レーザ出力測定装置 |
US09/252,935 US6023053A (en) | 1998-02-24 | 1999-02-19 | Laser output measuring apparatus |
EP99301243A EP0939309A3 (en) | 1998-02-24 | 1999-02-22 | Laser output measuring apparatus |
KR1019990005894A KR19990072839A (ko) | 1998-02-24 | 1999-02-23 | 레이저출력측정장치 |
CN99102377A CN1236891A (zh) | 1998-02-24 | 1999-02-24 | 激光输出测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10059011A JPH11241946A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | レーザ出力測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11241946A true JPH11241946A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=13100934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10059011A Pending JPH11241946A (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | レーザ出力測定装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6023053A (ja) |
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