(57)【要約】【課題】放電時のノイズによる誤判断を防止することで信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することを目的とする。【解決手段】条件が成立した回数をカウンター１１でカウントし、カウンター１１のカウント値Ｃが一定時間を超えると初期化する構成として、ノイズによる誤ったカウントを初期化し、ノイズではなく本当に高電圧電源５の出力電流が高い場合は、出力電流検出器７の検出値Ａが連続して大きな値となり、カウンター１１のカウント値Ｃは、一定時間を超える前、すなわち初期化される前に、カウンター１１の上限値を越えることとなり、この場合に高電圧電源５の出力を停止するので、半導体スイッチング素子の破壊を防止できる。【選択図】図１
2010212562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスを配置した放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に電力を供給する高電圧電源と、前記高電圧電源の出力電流を検出する出力電流検出器と、前記高電圧電源の出力電流上限値を設定する出力電流上限値設定器と、前記出力電流検出器の検出値と前記出力電流上限値設定器の設定値を比較する出力電流上限比較器と、前記出力電流上限比較器の比較結果をカウントするカウンターと、前記カウンターの上限値を設定するカウンター上限設定器と、前記カウンターのカウント値と前記カウンター上限設定器の設定値を比較するカウンター結果比較器を設け、前記カウンターは、一定時間を超えた場合に前記カウント値を初期化し、前記出力電流上限比較器の比較結果として前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値以上の場合に、前記カウンターのカウント値に１を加算し、前記カウンター結果比較器の比較結果として前記カウント値が前記カウンター上限設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記カウント値が前記カウンター上限設定器の設定値以上の場合に前記高電圧電源の出力を停止するレーザ発振装置。
【請求項２】
前記カウンター上限設定器の設定値を２以上とした請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
出力電流一時停止基準設定器と、前記出力電流一時停止基準設定器の設定値と前記出力電流検出器の検出値を比較する出力電流一時停止比較器を設け、前記出力電流一時停止比較器の比較結果として前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流一時停止基準設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流一時停止基準設定器の設定値以上の場合の期間中にのみ、前記高電圧電源の出力を一時停止する請求項１または２記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
前記高電圧電源の停止と共に警報を発生させる警報機を備えた請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
前記高電圧電源の停止と共にレーザ発振装置本体の運転を停止するインターロック動作を行うインターロック操作器を備えた請求項１から４の何れかに記載のレーザ発振装置。
【請求項６】
加工ワークを乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ加工トーチの少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御装置と、レーザビームを発生する請求項１から５のいずれかに記載のレーザ発振装置を備えたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザガスを放電してレーザを出力するレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ発振装置およびレーザ加工機は加工対象物を非接触でかつ熱影響が少なく加工できるという特徴から多様な材質や形状の切断や溶接等に多用されている。
【０００３】
そして、従来のレーザ加工機では、故障時間の短縮および故障範囲の拡大を防ぐため、高電圧電源を構成するスイッチング素子の過負荷破壊を防止する保護機能を有したレーザ発振装置を用いることが一般的であった（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
従来、図５に示すような高電圧電源保護機能を有するレーザ発振装置が用いられていた。以下、図５を参照しながら説明する。
【０００５】
図に示すように従来のレーザ発振装置は、内部にレーザガスを配置した誘電体からなる放電管１と、この放電管１の両端に反射鏡４ａと部分反射鏡４ｂを配置して構成した光共振器２と、放電管１内のレーザガスに放電を行うために放電管１に設けた電極３と、電極３には放電励起に必要な高電圧を与えるための昇圧トランス６を接続し、昇圧トランス６に電力を供給する高電圧電源５を接続していた。
【０００６】
この高電圧電源５は商用２００Ｖ電圧などから放電励起に必要な数１０ｋＶの高電圧を得るもので、一般的にトランジスタなどの半導体スイッチング素子を用いたインバータから構成される。
【０００７】
さらに、従来のレーザ発振装置は、高電圧電源５の出力電流を検出するため例えばホール効果を利用した電流―電圧変換器などからなる出力電流検出器７と、定電圧電源と抵抗分圧を組み合わせた可変型の低電圧設定回路から構成した高電圧電源５の出力電流上限値を設定する出力電流上限設定器９を設けていた。
【０００８】
これら出力電流検出器７の検出値Ａと出力電流上限設定器９の設定値Ｂを比較する出力電流上限比較器１０は、出力電流検出器７の検出値Ａが出力電流上限設定器９の設定値Ｂよりも大きな場合あるいは出力電流検出器７の検出値Ａが出力電流上限設定器９の設定値Ｂ以上の場合に、高電圧電源５を構成する半導体スイッチング素子のゲートあるいはベース信号などを停止させ、半導体スイッチング素子の過負荷破壊を防止する保護機能を有していた。
【特許文献１】特開平５−６７８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来のレーザ発振装置やレーザ加工機において、レーザガスを放電励起するために昇圧トランス６を介して高電圧電源５から電極３に数１０ｋＶの高電圧を加えた際にノイズが発生し、出力電流検出器９の検出値Ａに重畳して、出力電流上限比較器１０の比較結果として、誤判断する可能性があり、この場合には高電圧電源５を構成する半導体スイッチング素子のゲート信号などを誤って停止させ、レーザ発振装置およびレーザ加工機の継続使用を阻害するという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記誤判断を防止することで信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、内部にレーザガスを配置した放電管と、前記放電管に設けた電極と、前記電極に電力を供給する高電圧電源と、前記高電圧電源の出力電流を検出する出力電流検出器と、前記高電圧電源の出力電流上限値を設定する出力電流上限値設定器と、前記出力電流検出器の検出値と前記出力電流上限値設定器の設定値を比較する出力電流上限比較器と、前記出力電流上限比較器の比較結果をカウントするカウンターと、前記カウンターの上限値を設定するカウンター上限設定器と、前記カウンターのカウント値と前記カウンター上限設定器の設定値を比較するカウンター結果比較器を設け、前記カウンターは、一定時間を超えた場合に前記カウント値を初期化し、前記出力電流上限比較器の比較結果として前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値以上の場合に、前記カウンターのカウント値に１を加算し、前記カウンター結果比較器の比較結果として前記カウント値が前記カウンター上限設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記カウント値が前記カウンター上限設定器の設定値以上の場合に前記高電圧電源の出力を停止するものである。
【００１２】
この構成にしたことにより、出力電流上限比較器の比較結果として前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値よりも大きな場合、あるいは前記出力電流検出器の検出値が前記出力電流上限値設定器の設定値以上の場合、仮にノイズによって誤った判定をした場合でも、レーザ発振装置の放電時のノイズはランダムな発生時間間隔で生じるので、前記条件が成立した回数をカウンターでカウントし、前記カウンターのカウント値が一定時間を超えると初期化する構成のためノイズによる誤ったカウントで高電圧電源を構成するスイッチング素子のゲート信号などを誤って停止させることはない。
【００１３】
また、ノイズではなく本当に高電圧電源の出力電流が高い場合は、出力電流検出器の検出値が連続して大きな値となり、カウンターのカウント値は、一定時間を超える前、すなわち初期化される前に、前記カウンターの上限値を越えることとなり、前記高電圧電源の出力を停止し、半導体スイッチング素子の破壊を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成により、本発明は、高電圧電源を構成するスイッチング素子の過負荷破壊を防止する保護機能のノイズ耐量を向上させ、安定した継続使用ができ、故障時間の短縮および故障範囲の拡大を防ぐ信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は本発明の実施の形態におけるレーザ発振装置の概略の構成を示す図である。
【００１６】
なお、放電管１、光共振器２、電極３、反射鏡４ａ、部分反射鏡４ｂ、高電圧電源５、昇圧トランス６、出力電流検出器７、出力電流上限設定器９、出力電流上限比較器１０の構成は、従来のものと同じ構成のため、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１７】
本実施の形態１の特徴とする点は、図１に示すように、出力電流上限比較器１０からの信号を入力するカウンター１１と、カウンター上限設定器１２と、カウンター１１からのカウント値Ｃとカウンター上限設定器１２からの設定値Ｄを入力して高電圧電源５に出力するカウンター結果比較器１３を設けたことである。
【００１８】
具体的には、カウンター１１は、出力電流上限比較器１０の比較結果として、検出値Ａが設定値Ｂよりも大きな場合、あるいは検出値Ａが設定値Ｂ以上の場合にその回数をカウントし、カウンター上限設定器１２はカウンター１１の上限値を設定し、カウンター結果比較器１３がカウント値Ｃと設定値Ｄを比較して、設定値Ｄ以上あるいは超えたときに高電圧電源５の出力を停止するようにしていて、さらに、カウンター１１は一定時間を超えた場合にカウント値Ｃを初期化するようにしている。
【００１９】
なお、カウンター上限設定器１２は、出力電流上限設定器９と同様に定電圧電源と抵抗分圧を組み合わせた回路を用いる。
【００２０】
また、カウンター１１は、いわゆるデータ保持時間の設定可能なカウンターを用いる。
【００２１】
以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。
【００２２】
まず、レーザ発振装置における高電圧電源５を構成するスイッチング素子の過負荷破壊について説明する。
【００２３】
電極３間で放電する場合に、放電電流はレーザガスの組成と密度、および流速や電極３間距離などで決定される放電インピーダンスで放電電流は過大となることはなく、高電圧電源５を構成するスイッチング素子の過負荷破壊は発生しない。
【００２４】
しかし、電極３間以外での放電、例えば光共振器２周辺の雰囲気が絶縁耐圧の低いアルゴンなどで満たされた場合に発生する電極３周辺に配置された電極３以外の低インピーダンス部分との間の放電、あるいは光共振器２内などに導電性粉塵などが混入した場合に導電性粉塵によってインピーダンスが下がり発生する電極３以外の低インピーダンス部分への放電などでは、上記の電極３間での放電インピーダンスより低くなっており、放電電流が増加し、最悪、高電圧電源５を構成するスイッチング素子が過負荷破壊に至る。
【００２５】
また、昇圧トランス６に内部短絡が発生した場合にも電極３間に高電圧が加わることはなく、スイッチング素子が過負荷破壊に至る。
【００２６】
次に放電に由来するノイズについて説明する。
【００２７】
レーザガスを放電励起する場合、電極３に高電圧を印加し、レーザガスの絶縁破壊の後、グロー放電状態とすることで安定した放電励起が得られる。このレーザガスの絶縁破壊時は昇圧トランス６が与える高電圧の時間あたりの変化が大きいため、過大なノイズが発生しレーザ発振装置内機器に伝播する。
【００２８】
レーザ発振装置から出力されるレーザビームは加工対象物の加工条件に応じて連続出力あるいはパルス出力が任意に選択されるが、特にパルス出力時には前記のレーザガスの絶縁破壊現象が一定周期に行われる。
【００２９】
従って、特にレーザビームを出力開始する場合や、レーザビームをパルス出力する場合にノイズが頻繁に発生する可能性がある。ただし、レーザガスの絶縁破壊が一様に発生し得ないことから、ノイズもランダムな発生時間間隔で生じる。
【００３０】
以上のことから、従来のように単に出力電流上限設定器１０の結果で制御するとランダムなノイズにより、ランダムにレーザ発振装置が停止し、作業を阻害するという問題が生じる。
【００３１】
そこで、本実施の形態１では上述した構成により、出力電流上限比較器１０の比較結果として、検出値Ａが設定値Ｂより大きな場合、あるいは検出値Ａが設定値Ｂ以上の場合の条件が成立するのが、仮に前記ノイズによって誤った場合でも、成立した回数をカウントするカウンター１１が一定時間で初期化する、すなわち、ランダムに発生したノイズによる誤った条件成立のカウント値を初期化するので、ノイズによる誤ったカウントで高電圧電源５を構成するスイッチング素子のゲート信号などを誤って停止させることを防止できる。
【００３２】
また、ノイズではなく本当に高電圧電源５の出力電流が高い場合は、出力電流検出器７の検出値Ａが短時間に連続して大きな値となり、カウンター１１のカウント値Ｃが初期化される前に、カウント値Ｃがカウンター１１の上限値よりも大きく、あるいは超えるので、適切に前記高電圧電源５の出力を停止し、半導体スイッチング素子の破壊を防止できる。
【００３３】
なお、リセットなどが入力され復帰操作をするまで出力停止状態を保持するように構成すれば、レーザ発振装置の安全性をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、カウンター上限設定器１２の設定値Ｄを２以上とすることで、カウンター結果比較器の機能を誤って無効とすることはなく、レーザ発振装置の安全性向上に有効である。
【００３５】
（実施の形態２）
以下に本発明の実施の形態２を図２を用いて説明する。
【００３６】
なお、実施の形態１及び従来と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態２は、図２に示すように上述した実施の形態１の構成に、出力電流一時停止基準設定器１４と、前記出力電流一時停止基準設定器１４の設定値Ｅと出力電流検出器７の検出値Ａを比較する出力電流一時停止比較器１５を加え、出力電流一時停止比較器１５の比較結果として検出値Ａが設定値Ｅよりも大きな場合、あるいは検出値Ａが設定値Ｅ以上の場合が成立する期間中にのみ、高電圧電源５の出力を一時停止すれば、カウンター上限設定器１２の設定値Ｄを更に大きな値とすることができ、ノイズの影響を排除するのに有効となるものである。
【００３８】
この機能を出力電流一時停止と呼ぶこととし、理解を深めるために更に説明を加える。図３は出力電流一時停止がない場合とある場合の半導体スイッチング素子破壊までの時間を示している。
【００３９】
出力電流一時停止がない場合、カウンター１１でカウントしている間にも半導体スイッチング素子の出力電流は増加してゆき、ついには半導体スイッチング素子の発熱量が上限を超えると熱破壊に至る。
【００４０】
従って、カウンター上限設定器１２の設定値Ｄは必然的に半導体スイッチング素子が熱破壊に至らない時間と密接な関係があり、大きな値を設定することはできない。
【００４１】
一方、出力電流一時停止がある場合、半導体スイッチング素子の出力電流は出力電流一時停止基準設定器１４の設定値Ｅによって決定される電流値でクリップされ、半導体スイッチング素子の発熱量上昇は緩やかとなる。この結果カウンター上限設定器１２の設定値Ｄは更に大きくできることとなる。
【００４２】
したがって、上述した実施の形態１の効果に加えて、さらにノイズの影響を排除するのに有効となる。
【００４３】
（実施の形態３）
次に本発明のレーザ加工機の実施の形態について説明する。
【００４４】
図４に示した本実施の形態のレーザ加工機は、従来のレーザ加工機のレーザ発振装置の部分が上述した本実施の形態のものを用いている点が特徴である。
【００４５】
図において、本実施の形態のレーザ加工機は、ワーク２２を乗せる加工テーブル１９と、加工テーブル１９の移動とレーザ加工トーチ１７の少なくとも一方を移動するＸ軸モータ２０やＹ軸モータ２１などの駆動手段と、この駆動手段を制御する数値制御装置（図示せず）と、レーザ光８を反射鏡１６で反射して集光レンズ１８を通過させてレーザを発生するレーザ加工機に、上述した実施の形態におけるレーザ発振装置を用いることにより、安定して継続使用ができ、故障時間の短縮および故障範囲の拡大を防ぐ信頼性の高いレーザ加工機が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、安定して継続使用ができ、故障時間の短縮および故障範囲の拡大を防ぐ信頼性の高いレーザ発振装置およびレーザ加工機装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ発振装置の説明図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ発振装置の説明図
【図３】高電圧電源出力電流一時停止の効果の説明図
【図４】本発明の実施の形態３におけるレーザ加工機の説明図
【図５】従来のレーザ発振装置の説明図
【符号の説明】
【００４８】
１    放電管
２    光共振器
３    電極
４ａ    反射鏡
４ｂ    部分反射鏡
５    高電圧電源
６    昇圧トランス
７    出力電流検出器
８    レーザビーム
９    出力電流上限設定器
１０    出力電流上限比較器
１１    カウンター
１２    カウンター上限設定器
１３    カウンター結果比較器
１４    電流一時停止基準設定器
１５    出力電流一時停止比較器
１６    反射鏡
１７    トーチ
１８    集光レンズ
１９    加工テーブル
２０    Ｘ軸モータ
２１    Ｙ軸モータ
２２    ワーク
【図１】
2010212562.tif 000003
【図２】
2010212562.tif 000004
【図３】
2010212562.tif 000005
【図４】
2010212562.tif 000006
【図５】
2010212562.tif 000007