JPH025250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザ電力の測定方法に関し、特
に流体をレーザ光吸収負荷体として用いるレーザ
電力測定方法に関するものである。

レーザ技術が生産加工機等に応用されるように
なるにつれて、レーザ光の出力が飛躍的に高出力
となつてきており、レーザ光の電力の測定がます
ます重要になつてきている。

従来、固体負荷体を用いてその温度変化からレ
ーザ光の電力を測定するレーザ電力測定法はある
が、上記のような高出力のレーザ光の電力測定は
材料の耐熱性、耐久性、信頼性などの点から困難
な面があり、高出力のレーザ光の電力測定方法と
しては十分なものはいまだ開発されていない。

この発明は、上述の点にかんがみてなされたも
ので、流体をレーザ光吸収負荷体として用い、こ
の流体負荷体にレーザ光を入射させてレーザ光の
エネルギーを流体負荷体に直接吸収させると共
に、潜熱を潜熱回収装置によつて流体に回収さ
せ、この流体の温度変化と流体の流量からレーザ
光の電力を測定するレーザ電力測定方法を提供す
ることを目的とする。

この発明の原理は、炭酸ガスレーザのレーザ光
が水に良く吸収される性質を有していることを利
用して、簡単にレーザ電力を測定するものであ
る。すなわち、レーザ光を水に入射させること、
そのエネルギーは水に吸収されて、一部は水の温
度を上昇させるエネルギーとなり、他の一部は水
を蒸発させ水蒸気を発生させる潜熱のエネルギー
となる。そしてレーザ光のエネルギーが大きく大
電力となるにつれて、潜熱の発生も大きくなり、
水温の上昇測定のみでは入射したレーザ光の電力
を精度良く測定することができなくなる。この点
を補い電力を精度良く測定するために潜熱のエネ
ルギーを潜熱回収装置で水の温度上昇として回収
する。エネルギーによる水の温度上昇と流量との
２つを測定することによりレーザ光のレーザ電力
を測定することができる。以下図を用いてこの発
明を説明する。

第１図はこの発明の一実施例をなすレーザ電力
計の構造を示す立体透視図である。同図におい
て、１は円筒状をした電力計本体であり、この電
力計本体１には流体Ｈを導入する導入パイプ２と
流体Ｈを排出する排出パイプ３が設けられてい
る。４は前記流体Ｈの流量を測定する流量計であ
り、導入パイプ２に設けられている。５，６は前
記流体Ｈの温度を測定するための温度センサであ
り、温度センサ５は流体負荷体にレーザ光を照象
する前の温度を測定するため導入パイプ２に設け
られ、温度センサ６は流体負荷体にレーザ光を照
射した後の流体速度を測定するために排出パイプ
３に設けられる。７は前記電力計本体１に導いた
流体Ｈをシヤワー式に散落下させるためのじよう
ろ、８は円錐状の多層メツシユ、９は前記流体Ｈ
を照射位置に導く流体負荷体整形板で、陣笠状の
本体９Ａとその上に間隔を置いて設けられた同じ
く陣笠状の副体９Ｂとからなり、本体９Ａは中央
上部に孔があけられており、この孔をおおうよう
に副体９Ｂが設けられている。また、本体９Ａは
電力計本体１の内面との間に部分的に間隙１０を
形成しており、その他は密閉するようになつてい
る。１１は前記流体負荷体整形板９により整形さ
れた流体負荷体である。１２は前記電力計本体１
に設けられたレーザ光導入口であり、１３は前記
レーザ光導入口１２から導かれるレーザ光であ
る。１４は校正用ヒータ、１５は前記電力計本体
１の上部に設けられたブロワーである。

このブロワー１５とじようろ７と多層メツシユ
８とで潜熱回収装置を構成する。

次に、上記レーザ電力計の動作について説明す
る。電力計本体１内の気圧はブロワー１５によつ
て常に大気圧より負圧に保たれ、蒸発した流体蒸
気がレーザ光導入口１２から外に出ていかないよ
うにしてある。流体Ｈはポンプなどによつて導入
パイプ２に導かれ、流量計４を通つて落下する。
流量計４により流量が測定された流体Ｈは、温度
センサ５によりレーザ光１３の照射前の温度が測
定され、前記潜熱回収装置に導かれ、流体負荷体
整形板９に達する。この流体負荷体整形板９はレ
ーザ光１３を吸収するように流体Ｈをレーザ光導
入口１２側には流れず反対側にのみ、すなわち照
射位置に導く。流体Ｈを流下させた状態で、測定
するレーザ光１３をレーザ光導入口１２から導入
すると、レーザ光１３は流体Ｈに吸収され流体Ｈ
の温度が上昇すると共に流体Ｈの蒸気が発生す
る。この蒸気はブロワー１５によつて吸引され、
流体負荷体整形板９の本体９Ａの孔から副体９Ｂ
の下面側を通つて上昇し潜熱回収装置へと導かれ
る。潜熱回収装置へ導かれた蒸気はじようろ７よ
り細かい水滴状のシヤワーとなり、多層メツシユ
８により蒸気は再び液化し、流体Ｈの一部とな
る。この時、潜熱も流体Ｈに吸収され流体Ｈの温
度を上昇させる。そして流体Ｈは流体負荷体整形
板９を通り負荷体としてレーザ光１３を吸収して
温度が上昇する。このようにして温度上昇した流
体Ｈは校正用ヒータ１４を通つて温度センサ６に
より温度が測定される。

上記のようにして得られた流体Ｈの流量と温度
変化から、次式によりレーザ光のレーザ電力Ｐが
測定できる。

Ｐ（KW）＝4.18605÷60・Ａ・ΔT・Ｑ ＝0.0697・Ａ・ΔT・Ｑ ここで、 Ａ：流体負荷体の吸収係数 ΔT：流体の温度上昇値〔℃〕 Ｑ：流体の流量〔／min〕 たとえば、毎分１の流体が流れ、流体の温度
上昇が10℃とすると、レーザ電力は上式から
0.70AKWとなる。また、炭酸ガスレーザの場合
はレーザ光吸収負荷体として水を用いればよい
が、その他のレーザ光の場合は、色素を混入した
混合水を用いればレーザ電力が測定できる。

第２図は上記実施例によるレーザ電力計を用い
た炭酸ガスレーザ電力の測定と、レーザカロリー
メータ法によるレーザ電力の測定との比較データ
を示す図である。同図の実線は、レーザカロリー
メータ法と上記実施例による電力測定の関係を示
したものであり、点線はブロワー１５とじようろ
７と多層メツシユ８により構成される潜熱回収装
置を停止した場合を示す。点線のごとく3KWか
らレーザ電力の測定は不可能となる。

第３図は、この発明によるレーザ電力計の過度
応答速度試験の結果を示す図である。同図ａは立
下り特性を、同図ｂは立上り特性を示す。曲線Ａ
が流体負荷測定法、曲線Ｂがレーザカロリーメー
タ法を示す。レーザカロリーメータ法では応答速
度が約20秒であつたが、流体負荷体による測定法
では4.5秒という非常に早い応答特性を得ること
ができる。大出力炭酸ガスレーザ電力の測定器で
このような早い過度応答特性を持つものは他に例
がない。

なお、上記実施例では流量計４を電力計本体１
の上部導入パイプ２に設けたが、流量計４は流量
を測定するためのものであるから設置場所は導入
パイプ２以外の場所でもよいことは当然である。
また、流体Ｈは水以外のものであつてもよい。

以上説明したように、この発明に係るレーザ電
力測定方法は、流体がレーザ光を吸収するという
性質を利用し、流体にレーザ光を照射すると共
に、その照射によつて発生する流体蒸気の潜熱を
流体に回収し、レーザ光照射前の流体温度と照射
後の流体温度および流体の流量からレーザ光の電
力を測定するようにしたので、各種レーザのレー
ザ電力を簡単に測定できる。特に大電力のレーザ
光の測定が可能である極めて優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例をなすレーザ電力
計の構造を示す立体透視図、第２図は第１図に示
すレーザ電力計による測定結果とレーザカロリー
メータ法による測定結果を比較したデータを示す
図、第３図は第１図に示すレーザ電力計の過渡応
答速度を示す図である。 図中、１は電力計本体、２は導入パイプ、３は
排出パイプ、４は流量計、５，６は温度センサ、
７はじようろ。８は多層メツシユ、９は流体負荷
体整形板、１０は間隙、１１は流体負荷体、１２
はレーザ光導入口、１３はレーザ光、１４は校正
用ヒータ、１５はブロワーである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ光吸収負荷体として液体を用い、この
   流体にレーザ光を照射すると共に、レーザ光照射
   により発生する流体蒸気の潜熱を潜熱回収装置で
   前記流体に回収し、前記レーザ光照射前の流体温
   度と照射後の液体温度および前記流体の流量とか
   ら、レーザ光の電力を測定することを特徴とする
   レーザ電力測定方法。