(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電レーザ共振器より出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部と、前記照射指令部の出力信号により予め設定された電流値信号を出力する電流値設定部と、前記ガス放電レーザ共振器に放電電力を供給して前記出力レーザ光を発生させる電源部と、前記電源部よりの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流値設定部の出力信号と前記電流検出部の出力信号を比較するための、第１比較制御部と前記第１比較制御部より過渡応答性が早い第２比較制御部と、前記第１比較制御部と第２比較制御部の出力信号を前記電流値設定部の出力信号レベルが低い電圧の場合は前記第１比較制御部の出力信号を選択し、また、前記指令電流値信号が高い場合は前記第２比較制御部の出力信号を選択して前記電源部に出力する切換器とを備えたレーザ発振装置。
【請求項２】
予め基準値が設定された基準値設定部と、電流検出部の出力値と前記基準値設定部の基準値とを比較する電流値比較部と、前記電流値比較部の出力をカウントまたは積分する積算手段と、前記積算手段の出力が所定値を超えた場合に警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させるインターロック動作を行う警報手段が設けられている請求項１記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
電流値設定部よりの電流値の増減信号に連動して基準値設定部の基準値を変化させる請求項２記載のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発生させるレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザ光の特性を活用するために、通信、エレクトロニクス、光技術若しくは精密加工等、種々の分野において、レーザ発振装置が利用されている。この種のレーザ発振装置として、従来、図４のような構成が一般的であった。
【０００３】
以下その構成について、図４のブロック図を参照しながら説明する。このレーザ発振装置６０では、出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部５７の出力信号に基づき電流値設定部５６より電流値指令が出力され、この電流値指令と電流検出部５３の出力信号を比較制御部５５で比較後、スイッチング電源部５４に出力される。スイッチング電源部５４では直流高電圧の出力信号に変換され、レーザ共振器５１に電流検出部５３を通して供給される。一方、電流検出部５３の出力信号は比較制御部５５にフィードバックされ、レーザ共振器５１に安定した電流が供給されるようにフィードバック制御される。そして、照射指令部５７の指令時間だけレーザ共振器５１から出力レーザ光５２が照射される。
【０００４】
一般にガスレーザ発振装置などの放電負荷の場合、スイッチング電源よりレーザ共振器に供給される高電圧の放電維持電圧と放電電流の関係は図５に示すように、放電維持電圧は放電電流が増加するにつれ減少する負性曲線で、電流値の低いところでは放電維持電圧が急激に高くなり、低電流指令に対して注入電力制御が難しく、また、最悪の場合には放電電流の振動や放電の失弧などが発生し、出力レーザ光の変動及び再現性が阻害される場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のレーザ発振装置６０では、上記のように電流値設定部５６の電流値指令の大きさに関係なく、電流値設定部５６の電流値指令と電流検出部５３の出力信号を比較制御部５５で比較し、フィードバック制御するため、電流値指令の増減で放電電流の安定性が異なる場合がある。特に、低電流指令の領域では負荷変動や電源変動などの外部影響を受けやすく、放電電流の振動や放電の失弧などが発生する場合も有り、スイッチング電源部５４からレーザ共振器５１に供給する電力が影響され出力レーザ光の再現性に誤差が発生することがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するもので、低電流指令領域での放電電流の安定性を改善し、レーザ共振器に安定した電力を供給して出力ビームの正確な照射再現性を実現することが出来るレーザ発振装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のレーザ発振装置は、ガス放電レーザ共振器より出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部と、照射指令部の出力信号により予め設定された電流値信号を出力する電流値設定部と、ガス放電レーザ共振器に放電電力を供給して出力レーザ光を発生させる電源部と、電源部よりの出力電流を検出する電流検出部と、電流値設定部の出力信号と電流検出部の出力信号を比較するための、第１比較制御部と第１比較制御部より過渡応答性が早い第２比較制御部と、第１比較制御部と第２比較制御部の出力信号を電流値設定部の出力信号レベルが低い電圧の場合は第１比較制御部の出力信号を選択し、また、指令電流値信号が高い場合は第２比較制御部の出力信号を選択して電源部に出力する切換器とを備えたものである。
【０００８】
請求項１記載のレーザ発振装置によれば、電流値設定部とスイッチング電源部の間に過渡応答性の異なる第１比較制御部及び第２比較制御部と切換器を設けたことにより、電流指令の大きさにより過渡応答性を切換えることが出来るため、電流指令の増減に関係なく放電電流の安定性を改善することができ、スイッチング電源からレーザ共振器に安定した電力を供給して、出力ビームの正確な照射再現性を実現することができる。
【０００９】
請求項２記載のレーザ発振装置は、請求項１において、予め基準値が設定された基準値設定部と、電流検出部の出力値と基準値設定部の基準値とを比較する電流値比較部と、電流値比較部の出力をカウントまたは積分する積算手段と、積算手段の出力が所定値を超えた場合に警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させるインターロック動作を行う警報手段が設けられているものである。
【００１０】
請求項２記載のレーザ発振装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、電流検出器の出力信号を基準値設定部と電流値比較部を用いて比較し、その出力をカウントまたは積分する積算手段と警報表示または装置の運転停止等のインターロック動作を行う警報手段を設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器よりの不安定な出力レーザ光の出射を監視することができ、また高電圧配線の短絡や地絡の事故による機器の破損等を防止することができる。
【００１１】
請求項３記載のレーザ発振装置は、請求項２において、電流値設定部よりの電流値の増減信号に連動して基準値設定部の基準値を変化させるものである。
【００１２】
請求項３記載のレーザ発振装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、電流値設定部の電流指令信号により基準値設定部の基準値を連動して変えることにより、正確な電流監視が可能になり、レーザ共振器よりの不安定な出力レーザ光の出射を防止することができる。または高電圧配線の短絡や地絡の事故による機器の破損等を防止することも可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ発振装置１０のブロック構成図である。このレーザ発振装置１０は、レーザ共振器１にスイッチング電源４より電力を供給して出力レーザ光を照射する。このレーザ発振装置１０の構成は、レーザ共振器１より出力レーザ光２を照射するタイミングを決める照射指令部９と、照射指令部９の出力信号により予め設定された電流値信号を出力する電流値設定部８と、電流値設定部８の出力信号と電流検出部３の出力信号とを比較する第１比較制御部６と、電流値設定部８の出力信号と電流検出部３の出力信号とを比較する、第１比較制御部６とは過渡応答性が異なる第２比較制御部７と、第１比較制御部６と第２比較制御部７の出力信号を電流設定部８の出力信号レべルにより切換える切換器５と、切換器５の出力信号により駆動されるスイッチング電源部４と、スイッチング電源部４よりの出力電流を検出する電流検出部３とを備え、電流検出部３の出力信号を第１比較制御部６と第２比較制御部７に入力し、スイッチング電源部４にフィードバック制御し、レーザ共振器１よりの出力レーザ光を制御する。レーザ共振器１はスイッチング電源部４よりの電力の供給で出力レーザ光２を照射する。
【００１５】
また、レーザ発振装置１０は、予め基準値が設定された基準値設定部１２と、電流検出部３の出力値と基準値設定部１２の基準値とを比較する電流値比較部１１と、電流値比較部１１の出力をカウントまたは積分する積算手段１３と、積算手段１３の出力が所定値を超えた場合に警報を出す、若しくは装置本体の運転を停止させるインターロック動作を行う警報手段１４を備えている。
【００１６】
更に、レーザ発振装置１０は、電流値設定部８よりの電流値の増減信号に連動して基準値設定部１２の基準値を変化させ、指令電流に応じて異常検出電流レベルを変更できる機能を備えている。
【００１７】
なお、以上の構成からなるレーザ発振装置は１０では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置１０に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしてもよい。
【００１８】
このように構成されるレーザ発振装置について、その動作の詳細を図１、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
図１に示すように、レーザ共振器１より出力レーザ光２を照射する場合は、照射指令部９の出力信号により、電流値設定部８で予め設定された指令電流値信号に対する電圧ＶＳを出力し、指令電流値信号の電圧ＶＳと電流検出部３の検出電流値に対する電圧ＶＣを第１比較制御部６及び第２比較制御部７で比較し、電流値設定部８の指令電流値信号が低い電圧の場合は、第１比較制御部６の出力信号の電圧ＶＤｌを切換器５で選択し、また、指令電流値信号が高い場合は、第２比較制御部７の出力信号電圧ＶＤ２を切換器５で選択して、スイッチング電源部４に出力する。
【００２０】
第１比較制御部６及び第２比較制御部７の相違点は、比較制御部内に構成される誤差増幅器の増幅ゲイン及び積分フィルタの時定数に違いがある。第１比較制御部６は、誤差増幅器の増幅ゲインを低く、また積分フィルタの時定数が長くなっているので過渡応答性については遅いが、負荷変動や電源変動に対して、放電電流の振動や放電の失弧が発生しにくくなっている。それとは反対に第２比較制御部７は、誤差増幅器の増幅ゲインを高く、また積分フィルタの時定数が短くなっているので過渡応答性が早く、電流指令の変化に対して、出力レーザ光の照射再現性を良くしている。
【００２１】
図２は上記構成を回路構成で示した図で本発明の一実施例である。第１比較制御部６及び第２比較制御部７は、ほぼ同じ回路で構成されていて、演算増幅器２１は誤差増幅器、演算増幅器２２は非反転増幅器、演算増幅器２３は加算器である。電流値設定部８の指令電流値信号ＶＳと電流検出部３の検出電流値信号ＶＣを、演算増幅器２１の誤差増幅器で比較増幅後、抵抗ＲｌとコンデンサＣｌで構成される積分フィルタを経由し、漬算増幅器２２の非反転増幅器より出力され、演算増幅器２３の加算器で指令電流値信号ＶＳと加算され、切換器５を経由してスイッチング電源部４に出力される。
【００２２】
図３は電流指令に対する過渡応答性の関係図で従来例と本発明例を示している。従来例と本発明の違いは上記で説明したように電流指令の低いＶＳｌのところで過渡応答性を切換えている点で、従来例のように電流指令に関係なく一元的に制御した場合、低電流指令領域の放電電流の振動や放電の失弧などに影響され、高電流指令領域の応答性を早くすることが出来ず、全体的に過渡応答性が低下傾向になる。しかし、本発明の場合は、過渡応答性を切換えることにより、それを改善することができる。
【００２３】
以上のように本実施の形態によれば、電流値設定部とスイッチング電源部の間に過渡応答性の異なる第１比較制御部及び第２比較制御部と切換器を設けたことにより、電流指令の大きさにより過渡応答性を切換えることが出来るため、電流指令の増減に関係なく放電電流の安定性を改善することができ、スイッチング電源からレーザ共振器に安定した電力を供給して、出力ビームの正確な照射再現性を実現することができる。
【００２４】
また、スイッチング電源４よりレーザ共振器１への電力の供給が不安定になるとレーザ共振器１より不安定な出カビーム２が出射されることがあるため、電流値の監視およびモニターは非常に重要である。不慮の事故により高電圧配線に断線事故や地絡事故などが発生時は、電流が急に低下または上昇することが有るため、電流値を検知して異常の検出をすることができる。図１に示すように、電流検出器３の出力値ＶＣと基準値設定部１２の所定の基準値電圧ＶＫとを電流値比較部１１で比較する構成となっている。上記の所定の基準値電圧ＶＫは放電電流下限値の１０〜８０％の範囲に設定されていて、電流検出器３の出力値ＶＣが基準値電圧ＶＫ以下に低下すると電流値比較部１１より出力信号が出力される。その出力を積算手段１３で時間の関数としてカウントまたは積分し、積算手段２３の出力が所定値を超えた場合に警報を出力したり、装置の運転を強制的に停止する等のインターロック機能を持たせることにより、出力レーザ光のパワー値が低下した時に起こる加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００２５】
また、基準値設定部１２の基準値電圧ＶＫは放電電流下限値の１０〜８０％の固定的に設定されていたが、電流値設定部８の電流値指令電圧ＶＳに対して、基準値電圧ＶＫを連動し変化させることにより、放電電流と基準値設定部の基準値電圧ＶＫとの差が少なくなり、放電電流の異常検出が、より正確かつ俊敏に行えるようになり、出力レーザ光の照射品質が更に向上し、パワー値が低下した時に起こる加工結果に及ぼす悪い影響や不良品の混入などの検知や防止を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載のレーザ発振装置によれば、電流値設定部とスイッチング電源部の間に過渡応答性の異なる第１比較制御部及び第２比較制御部と切換器を設けたことにより、電流指令の大きさにより過渡応答性を切換えることが出来るため、電流指令の増減に関係なく放電電流の安定性を改善することができ、スイッチング電源からレーザ共振器に安定した電力を供給して、出力ビームの正確な照射再現性を実現することができる。
【００２７】
請求項２記載のレーザ発振装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、電流検出器の出力信号を基準値設定部と電流値比較部を用いて比較し、その出力をカウントまたは積分する積算手段と警報表示または装置の運転停止等のインターロック動作を行う警報手段を設けたことにより、レーザ共振器への電力の供給状態を監視することができる。この結果、レーザ共振器よりの不安定な出力レーザ光の出射を監視することができ、また高電圧配線の短絡や地絡の事故による機器の破損等を防止することができる。
【００２８】
請求項３記載のレーザ発振装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、電流値設定部の電流指令信号により基準値設定部の基準値を連動して変えることにより、正確な電流監視が可能になり、レーザ共振器よりの不安定な出力レーザ光の出射を防止することができる。または高電圧配線の短絡や地絡の事故による機器の破損等を防止することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ発振装置のブロック図である。
【図２】本発明の比較制御部の回路図である。
【図３】電流指令に対する過渡応答性の関係図である。
【図４】従来のレーザ発振装置のブッロク図である。
【図５】放電負荷に対する放電電流と放電維持電圧の関係図である。
【符号の説明】
１    レーザ装置
２    出力レーザ光
３    電流検出部
４    スイッチング電源部
５    切換器
６    第１比較制御部
７    第２比較制御部
８    電流値設定部
９    照射指令部
１０    レーザ発振装置
１１    電流値比較部
１２    基準値設定部
１３    積算手段
１４    警報手段
【図１】
0003938855.tif 000002
【図２】
0003938855.tif 000003
【図３】
0003938855.tif 000004
【図４】
0003938855.tif 000005
【図５】
0003938855.tif 000006