CN101427429B - 激光振荡器及其电源装置、该激光振荡器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光振荡器、控制方法及其电源装置。将来自控制装置的激光输出指令设定值输入至电流上限值设定部，设定基于该激光输出指令设定值确定的电流上限值。然后，由第2比较器比较电流指令值和由电流上限值设定部设定的电流上限值，该电流指令值是根据激光输出指令设定值及由功率监视器测定出的激光输出测定值而设定的。利用第2比较器，电流上限值较大时将电流指令值设定为基准电流值，电流上限值较小时将电流上限值设定为基准电流值，根据该基准电流值来控制激励单元的供给电流。由此，通过设定与激光输出指令设定值对应的电流上限值，防止激励单元的通电电流增加、即输入能量增加，抑制光学部件的能量损耗，防止发展为需要更换部件的损伤。

Description

激光振荡器及其电源装置、该激光振荡器的控制方法

技术领域

本发明涉及激光振荡器的光学部件等的保护。

背景技术

在现有的激光电源装置中，设定与激励单元例如灯或激光二极管的额定电流值对应的上限电流值，将检测电流值和上限电流值进行比较，在检测电流值超过上限电流值的情况持续一段时间的情况下，停止电流的供给，从而保护激励单元(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开昭63-250883号公报(权利要求书)

发明内容

对于激光振荡器，如果长期使用，则在部分反射镜等光学部件的表面会产生污染，例如气氛中的粉尘和有机物的附着等。如果光学部件等产生污染，则由于该光学部件上的能量损耗(实际上为发热)，使振荡的效率降低，激光输出降低。这时，在使激光输出恒定的控制中，会增加激光二极管的通电电流，进行弥补该激光输出降低部分的动作，以维持输出。但是，在以振荡效率降低的状态，增加激光二极管的通电电流的情况下，即，在增加输入能量的情况下，产生污染的光学部件上的能量损耗量，换言之，发热量增加。由此，进一步促进污染，增大光学部件的烧伤等，最终发展为必须进行部件更换的致命损伤。

在上述现有技术中，虽然设定了电流上限值，但由于设定的是与激励单元例如灯或激光二极管的额定电流值对应的电流上限值，所以无论激光输出指令值的大小如何，都会向激励单元输入电流直至达到固定的电流上限值。因此，如前述所示，在产生光学部件污染，发生输出降低的情况下，光学部件上的能量损耗变大，最终有可能发展为必须进行部件更换的损伤。

本发明所涉及的激光振荡器，其对射出的激光的输出进行测定，对该激光输出测定值与期望的激光输出指令值进行比较，对激励单元的电流供给进行反馈控制，以得到与所述激光输出指令值对应的激光输出，该激励单元用于对激光介质进行激励，其特征在于，该激光振荡器具有：电流上限值设定单元，其对应于所述激光输出指令值而设定电流上限值，该电流上限值用于对由所述激励单元的反馈控制得到的电流供给进行限制；以及电流限制单元，其对由所述反馈控制得到的电流供给进行限制，以使该电流供给小于或等于由所述电流上限值设定单元设定的所述电流上限值。

发明的效果

本发明通过根据激光输出指令值对电流上限值进行设定，可以防止激励单元的通电电流的增加、即输入能量的增加，可以抑制光学部件上的能量损耗，防止发展为必须进行部件更换的损伤，其中，该电流上限值用于限制向激励单元的电流供给。

附图说明

图1是使用代表本发明的实施方式1的激光振荡器而构成的激光加工装置的结构图。

图2是代表本发明的实施方式1的激光振荡器的结构图。

图3是表示激光二极管的特性的表。

图4是说明本发明的实施方式1中激光振荡器的电流上限值的设定的图。

图5是本发明的实施方式1中激光振荡器的电流上限值设定部的结构图。

图6是表示本发明的实施方式1中激光振荡器的电流上限值设定例的表。

图7是代表本发明的实施方式3的激光振荡器的结构图。

图8是本发明的实施方式4中激光振荡器的电流上限值设定部的结构图。

图9是说明本发明的实施方式4中激光振荡器的动作的流程图。

图10是本发明的实施方式4中激光振荡器的电流上限值设定部的其他的结构图。

图11是代表本发明的实施方式5的激光振荡器的结构图。

图12是本发明的实施方式5中激光振荡器的电流上限值设定部的结构图。

图13是表示本发明的实施方式5中激光振荡器的电流上限值衰减率的设定例的表。

图14是本发明的实施方式6中激光振荡器的比较器的结构图。

图15是说明本发明的实施方式6中激光振荡器的动作的流程图。

图16是说明本发明的实施方式6中激光振荡器的激光输出等的时间变化的曲线图。

图17是本发明的实施方式7中激光振荡器的激光输出判定部的结构图。

图18是说明本发明的实施方式7中激光振荡器的激光输出等的时间变化的曲线图。

具体实施方式

实施方式1

图1是使用用于实施本发明的实施方式1中激光振荡器而构成的激光加工装置的结构图。

从电源装置10供给的直流电流流入激光二极管1，利用激光二极管1发光得到的激励光15来激励激光介质2，在全反射镜3和部分反射镜4之间引起谐振，由此得到激光16。对这样获得的激光，使用放大透镜5、平行化透镜6进行放大、平行化，通过光纤入射透镜7聚光于光纤8的端面。该聚光后的激光通过光纤8的内部，经由加工头9而导光至规定的位置。

激光输出是通过利用部分反射镜14使激光的一部分入射至功率监视器13的方式而进行测定的。激光输出的调整可以通过改变激光二极管1的通电电流而进行。通常地，通过外部的控制装置17将期望的激光输出指令设定值供给至向激光二极管1供电的电源装置10，而对电源装置10向激光二极管1供给的电流进行控制。

图2是用于实施本发明的实施方式1中的激光振荡器的结构图，特别地，是说明电源装置10的内部的图。

由外部的电压源20输入的电压，通过整流单元21变换为直流并对电容22进行充电。然后，通过将晶体管23设为接通，经由电抗器24开始向激光二极管1流入电流。在晶体管23为接通的期间，由于流入激光二极管1的电流不断增加，如果电流大于期望的电流值，则将晶体管23设为断开，使电流经由二极管25回流，使电流减少。相反地，如果电流小于期望的电流，则将晶体管23设为接通，使电流增加。通过反复进行上述接通、断开，将电流控制为期望的电流值。

下面，详细地说明电流的控制。

通过电流传感器26对当前流过激光二极管1的电流值进行测定，读入至电流控制装置27。将读入的电流测定值和作为基准的基准电流值输入至第1比较器28，在流过激光二极管1的电流即电流测定值比基准电流值低的情况下，第1比较器28将例如5V的接通信号发送至晶体管23的驱动电路29，以将晶体管23设为接通。在电流测定值比基准电流值高的情况下，第1比较器28将例如0V的断开信号发送至晶体管23的驱动电路29，以将晶体管23设为断开。

如上述所示，基于从第1比较器28发送来的晶体管23的接通、断开指令，晶体管23的驱动电路29向晶体管23供给使晶体管23实际进行接通、断开所必需的电流或电压，使晶体管23接通、断开。通过这些动作，对流过激光二极管1的电流值进行控制，使其达到基准电流值。

下面，说明基准电流值的设定。

在本发明中，将电流指令值和电流上限值输入至第2比较器30，在电流指令值比电流上限值低的情况下，将电流指令值作为基准电流值输出至后段的第1比较器28，相反地，在电流指令值比电流上限值高的情况下，将电流上限值作为基准电流值输出至后段的第1比较器28。即，将基准电流值限制为小于或等于电流上限值。

在这里，对电流指令值进行说明。电流指令值是由图2所示的电流指令值设定部31设定的。将操作者直接输入的输出设定值或加工程序中的输出设定值等激光输出指令设定值，从控制装置17作为数字值或电压换算值(例如，5V时与4000W的指令对应)，输入至电流指令值设定部31。另外，由功率监视器13测定出的激光输出测定值也相同地作为数字值或电压换算值，输入至电流指令值设定部31。在电流指令值设定部31内进行所需的电流指令值的运算，以使激光输出测定值与激光输出指令设定值相同。例如，如果激光输出测定值比激光输出指令设定值大，则使电流指令值增加，相反地，如果激光输出测定值比激光输出指令设定值小，则减少电流指令值。这样，可以对应于激光输出测定值和激光输出指令设定值之间的差值，根据与电流值变化相对的激光输出变化的数据，运算应当向激励单元供给的电流值。将通过运算得到的电流值作为电流指令值输出，控制实际供给至激励单元的电流值使其达到电流指令值，然后再次重复测定激光输出这样的一系列动作，由此使激光输出向激光输出指令设定值收敛。该控制是通常在激光输出控制中进行的反馈控制方法。

下面，对电流上限值进行说明。如图2所示，激光输出指令设定值也输入至电流上限值设定部32。在电流上限值设定部32内，根据输入的激光输出指令设定值来设定电流上限值。

以下，说明根据激光输出指令设定值来设定电流上限值的例子。

在激励单元为激光二极管1的情况下，如果激光二极管的激励输出超过进行激光振荡所需的最低电流即阈值电流，则在电流增加的同时，激励输出大致线性增加，电流I和激励输出W的关系可以近似用下式表示。其中，A1、B1是常数。

W＝A1×I—B1……算式1

同样地，由于激光振荡器的激光输出和激光二极管的激励输出间关系，也是如果超过阈值输出，则在激励输出增加的同时，激光输出大致线性增加，所以激励输出W和激光输出P的关系可以近似于如以下所述。

P＝A2×W—B2……算式2

其中，A2、B2是常数。

根据算式1、算式2，以下的算式成立。

P＝(A1×A2)×I—A2×B1—B2……算式3

根据算式3，得到激光输出P所需的电流值近似用以下算式表示。

I＝AP+B……算式4

其中，A＝1/(A1×A2)，B＝(A2×B1+B2)/(A1×A2)

如果已知A1、A2、B1、B2的值，则可以求出常数A、B。为了求出A1、A2、B1、B2的值，对使激光二极光的电流变化时的激励输出进行测定，通过算式1进行近似。同样地，激励输出和激光输出的关系也通过算式2进行近似。通过上述近似，求出A1、A2、B1、B2的值，求出常数A、B。

在这里，在使用多个激光二极管进行激励的情况下，或在激光振荡器具有多个光学部件的情况下，由于考虑到各激光二极管或光学部件的特性的波动，所以在计算A1、A2、B1、B2时，需要利用激光二极管或激光振荡器表现出的特性波动的中心值进行近似，或者使用特性最差的、即输入相同的电流时输出最低的进行近似。以下示出计算的例子。

图3是激光二极管1的与通电电流值对应的激励输出的值，是表示激光二极管的特性的表。假定在所使用的激光二极管中，特性最差的具有如图3(a)所示的输出特性，特性最好的具有如图3(b)所示的特性。在使用中心值进行求解的情况下，由于20A时的中心值为(0W+10W)/2＝5W，50A时的输出为(30W+40W)/2＝35W，所以将该值代入算式1，计算A1、B1。另外，在使用特性最差的进行求解的情况下，将图3(a)的值即20A时为0W、50A时为30W代入算式1，计算A1、B1。在计算A2、B2的情况下，同样地，可以使用振荡器的特性最好时的值和特性最差时的值，求出A2、B2。在计算上述值时，优选在激光振荡器的初始状态或维护后的状态等光学部件没有产生污染的状态下进行。通过将该状态作为基准状态计算电流上限值，可以有效地防止由光学部件的污染引起的电流值上升。

如果以激光输出作为横轴、电流值作为纵轴，在曲线图中示出算式4，则如图4的实线所示。在这里，如果将激光输出视作激光输出指令设定值，则可知得到激光输出指令设定值所需的电流值。

在本发明中，基于图4对电流上限值进行设定，但电流值的增加，除了受由光学部件等的污染引起的输出降低影响以外，还受到激励单元的冷却水温度变化、外界气温的变化等影响。因此，对于根据算式4求出的所需的电流值，必须考虑由激励单元的冷却水温度变化、外界气温的变化等引起的电流值的变化，而设定电流上限值。随着激励单元和激光振荡器的结构不同，其影响程度不同，在使用激光二极管的情况下，虽然对激励单元的冷却水温度进行了比较严格地控制，影响度低，但仍会使输出的稳定性产生±2～3％左右的波动。如果输出产生±2～3％的波动，则电流也产生±2～3％左右的波动。考虑到该波动，电流上限值需要在根据算式4求出的所需电流值上增加所需电流值的2～3％。例如得到输出所需的电流值为50A，则需要将上限电流值设为51～51.5A。如上述所示设定的电流上限值，由图4的虚线A示出。在激光输出成为最大的附近，虚线A的斜率变为0，这是为了防止电流值超过根据激励单元的额定电流值等进行限制的电流上限值。对于图4的虚线A，作为一个例子，将在根据算式4求出的所需电流值加上2A后获得的值作为电流上限值。

另外，由于激光输出越高，越促进光学部件污染的恶化，所以可以进行如下设定：激光输出指令设定值越大时，使根据算式4求出的所需电流值和电流上限值之间的余量越小。例如，在激光输出从0至最大值的范围的中心值处，将电流值和电流上限值之间的余量设为2A，在激光输出指令设定值为0W时，将余量设定为4A，最大输出时设定为0A。

这样设定的电流上限值，由图4的虚线B示出。虚线B有利于保护光学部件，但在使用高输出的激光的情况下，由于与虚线A相比，对于电流来说不具有容许范围，所以由于外界气温变化或水温变化，使电流值变为电流上限值而无法获得高输出的可能性增加。由此，在主要使用高输出的情况下，基于图4中的虚线A设定电流上限值即可，在几乎不使用高输出的情况下，基于虚线B设定电流上限值即可。

另外，上述电流上限值的计算以下述方式进行。图5是电流上限值设定部32的内部结构图。如图5所示，在电流上限值设定部32内具有存储部35，事先计算图4的电流上限值A或者B的斜率和Y截距，并预先存储在存储部35中。然后，通过电流上限值设定部32内的由微型计算机等构成的电流上限值运算部36，基于存储在存储部35中的斜率以及Y截距的数据和从控制装置17输入的激光输出指令设定值，对电流上限值进行运算。

如上述所示，通过将由电流上限值设定部32求出的电流上限值，和由电流指令值设定部31设定的电流指令值，输入至第2比较器30，如果激光振荡器正常，则输出电流指令值作为基准电流值，基于该基准电流值进行反馈控制，以使激光输出达到指令设定值。另一方面，在产生光学部件污染、发生输出降低的情况下，输出电流上限值作为基准电流值，以进行限制使得与获得激光输出指令设定值的激光输出所需的电流值相比，仅能够超过该所需电流值几A左右。由于基于该基准电流值对供给至激励单元的电流进行反馈控制，所以电流的供给由电流上限值限制。由此，不会如现有的激光振荡器那样，使电流值上升至激光二极管的额定值，因此可以防止发展为必须进行光学部件更换这样的致命损伤。

例如，假设如下情况，对于具有激光输出如图6(a)所示与输入至激励单元的电流对应地发生变化的特性的激光振荡器，基于图4中的虚线A，如图6(b)所示对电流上限值进行设定。在此情况下，在激光输出为2000W时，如果由于光学部件的污染而使电流值上升至上限电流值，则可以将电流值的上升抑制为2A。另一方面，如果是现有的激光振荡器，激光二极管的额定电流值为70A，光学部件的污染严重，最高则会输入70A的电流，电流值的上升为20A。与该电流值的上升部分对应的能量是，为了补偿由光学部件的污染吸收的能量部分而输入的部分。如果激光二极管的通电电流上升1A，则在具有图3(a)的特性的激光二极管的情况下，输出上升1W。在高输出的激光振荡器中，使用数百个程度的激光二极管，如果上升2A，则被污染的光学部件将吸收数百W的能量，但对于在高输出的振荡器中使用的光学部件来说，数百W左右的发热不会发展为必须进行光学部件更换的致命损伤。但是，在现有的激光振荡器中，被污染的光学部件最高会吸收数千W的能量，很可能发展为必须进行光学部件更换的致命损伤。

在本实施方式中，针对激励单元以激光二极管为例进行了说明，但在其他激励单元的情况下，仅是算式1、2的近似式不同，例如，在灯的情况下，算式1可以通过2次式近似为P＝A1×I²+A2×I+B1，其他使用相同的考虑方法，同样可以求出电流上限值。

实施方式2

实施方式1中的激光振荡器，在存储部35中存储有激光输出指令值和电流上限值的关系式中的斜率、Y截距的数据。该斜率和Y截距是根据图6(a)或图6(b)的数据求出的，但例如也可以构成为，将图6(a)或图6(b)的数据存储在存储部35中，基于该数据，由电流上限值运算部36选择或者计算与输入的激光输出指令设定值对应的电流上限值。

在本实施方式的情况下，电流值和激光输出的关系为离散值。如果激光输出指令设定值正好为存储部35中记载的值，将这时的电流值读出即可，而在数据的中间值的情况下，可以使用超过激光输出指令设定值的最小的那个激光输出所对应的电流值。

首先，说明在将图6(a)所示的数据写入存储部35中的情况下，电流上限值运算部36进行怎样的运算。

例如，在激光输出指令设定值为1800W的情况下，作为电流值可以选择超过1800W的最小的那个激光输出，即2000W时的电流值50A。另外，也可以对离散值之间进行线性近似而作为电流值。在激光输出值为1800W的情况下，由于激光输出为1500W时的电流值是40A，2000W时的电流值为50A，所以也可以对这两点间进行线性近似，将1800W时的电流值设为以下值。

(50A—40A)/(2000W—1500W)×(1800W—1500W)+40A＝46A

在希望相对于这样求出的电流值，如图4的虚线A那样设定上限电流值的情况下，将该电流值增加一定电流值(图4的情况下为2A)而作为上限电流值即可。另外，希望如图4的虚线B那样设定上限电流值的情况下，只要预先存储要增加的电流量和激光输出值之间的关系式(在图4的情况下，如0W时为4A，最大输出时为0A这样的一次式Y＝AX+B)，根据输入的激光输出指令设定值求出要增加的电流值，与上述电流值相加而作为电流上限值输出即可。

下面，说明将图6(b)所示的数据写入存储部35中的情况。

例如，在激光输出值为1800W的情况下，作为电流值，可以选择超过1800W的最小的那个激光输出，即2000W时的电流上限值52A。另外，也可以对离散值之间进行线性近似而作为电流值。在激光输出值为1800W的情况下，由于激光输出为1500W时的电流值是42A，2000W时的电流值为52A，所以也可以对这两点间进行线性近似，将1800W时的电流值设为以下值。

(52A—42A)/(2000W—1500W)×(1800W—1500W)+42A＝48A

如上述所示，由于电流上限值运算部36求出的电流值为上限电流值本身，所以将该值作为上限电流值输出即可。

由于本实施方式所涉及的激光振荡器，通过具有上述结构，可以将测定值或者电流上限值直接写入存储部中，而无需如实施方式1那样另外计算激光输出值和上限电流值之间的关系式，所以具有可以使激光振荡器的设定作业省力化，防止由关系式的错误计算引起的激光振荡器的错误动作这样的效果。

实施方式3

实施方式1或2中的激光振荡器构成为，控制流过激光二极管的电流以得到期望的激光输出，但是如果输入至激光二极管的电流值发生变化，则从激光振荡器输出的激光的模式也发生变化。在无需较高精度的加工、或如实施方式1所示通过光纤传输激光这样类型的情况下，激光模式变化不会造成问题，但在不使用光纤、需要精密加工的情况下，激光模式的变化则成为问题。本实施方式提供一种激光振荡器，其适用于激光模式的变化会成为问题的加工。

图7是本实施方式所涉及的激光振荡器的结构图。对与图2示出的实施方式1所涉及的激光振荡器相同的结构部分，标注相同标号，省略详细说明。以下，说明与图2不同的部分。

除了激光输出指令设定值以外，从控制装置17还输出电流指令设定值以及电流上限设定值。在电源装置10内的电流控制装置27内设置信号切换器40。在实施方式1中，来自电流指令值设定部31的电流指令值以及来自电流上限值设定部32的电流上限值，直接输入至第1比较器28。另一方面，在本实施方式中，通过信号切换器40，对来自电流指令值设定部31的电流指令值和来自控制装置17的电流指令设定值进行切换，同时，对来自电流上限值设定部32的电流上限值和来自控制装置17的电流上限设定值进行切换，将信号输入至第2比较器30。信号切换器40由控制装置17对切换进行控制。在图7中，在信号切换器40切换到虚线状态的情况下，将来自电流指令值设定部31的电流指令值和来自电流上限值设定部32的电流上限值输入至第2比较器30，进行与实施方式1相同的动作。即，进行适于激光模式变化不会产生问题的加工的控制。

另一方面，在图7中，在信号切换器40切换到实线状态的情况下，将来自控制装置17的电流指令设定值和电流上限设定值输入至第2比较器30。由此，对流过激光二极管1的电流进行控制，使其达到电流指令设定值，而不受激光输出测定值的影响，即，使电流值恒定。由此，可以抑制激光的模式变化，适用于不使用光纤的精密加工。在这里，电流上限设定值与现有技术相同地，设定为与激光二极管的额定电流值对应的电流值即可。在电流恒定控制时，即使在发生光学部件污染等，使激光输出降低的情况下，由于不会使激光二极管1的通电电流增加，光学部件的能量损耗不会增加，所以虽然存在激光输出降低的问题，但是可以避免光学部件的损坏。

本实施方式所涉及的激光振荡器，通过具有上述结构，在激光模式的变化不会产生问题的加工中，可以进行与实施方式1所涉及的激光振荡器相同的动作，得到相同的效果。另外，由于可以进行电流恒定控制，所以也适用于激光的模式变化成为问题的加工，与实施方式1所涉及的激光振荡器相比，具有适用的加工范围更广、通用性提高的效果。另外，通过将本结构用于其他的实施方式，可以使其他的实施方式也得到相同的效果。

实施方式4

实施方式1所涉及的激光振荡器构成为，优选将激光振荡器的初始状态或维护后的状态等，光学部件没有发生污染的状态作为基准状态，基于在该基准状态下事先测定出的电流值和激光输出值，对根据激光输出求出电流上限值的算式的斜率和Y截距进行计算，并预先存储在存储部35中，实施方式2所涉及的激光振荡器构成为，将事先测定出的电流值和激光输出值直接或者变换至电流上限值，存储在存储部35中。本实施方式具有如下单元，该单元以将激光振荡器用于实际加工前的状态作为基准状态，根据操作者的指示等，使激光振荡器对用于设定电流上限值的数据进行测定，基于测定出的数据设定电流上限值。激光振荡器整体的结构与实施方式3的图7大致相同，由于电流上限值设定部32以及控制装置17不同，所以在下面对电流上限值设定部进行说明。

图8是本实施方式的电流上限值设定部32的结构图。

在本实施方式中，首先，对电流指令值改变时的激光输出测定值进行测定，获取向激光二极管1供给的电流值与激光输出间的关系。该关系的获取是在图8的电流值·激光输出值测定部45内，按照图9所示的流程而进行的。下面，基于图8以及图9对动作进行说明。

在操作者等向控制装置发出指示而对电流上限值进行设定的情况下，控制装置17首先将信号切换器40切换至图7的实线位置。由此，根据从控制装置17输出的电流指令设定值对电流值进行控制。

然后，控制装置17将电流指令设定值设为0A(步骤S00)。

随后，控制装置17将获取开始信号以及电流指令设定值发送至电流值·激光输出值测定部45(步骤S01)。

电流值·激光输出值测定部45接收到获取开始信号后，读取激光输出测定值(步骤S02)。

然后，电流值·激光输出值测定部45将从控制装置17发送来的电流指令设定值和读取的激光输出测定值的组合写入存储部35中(步骤S03)。

随后，控制装置17使电流指令设定值增加规定的值(步骤S04)。

然后，由控制装置17确认电流指令设定值是否已经达到电流上限值(步骤S05)。

如果没有达到上限值，则回到步骤S01，再次通过实施步骤S01、步骤S02、步骤S03，依次将电流设定值和激光输出测定值的组合写入存储部35中。重复进行该动作，在步骤S05中电流指令设定值达到电流上限值的情况下，结束电流值和激光输出间关系的获取动作。

由此，可以得到电流设定值和激光输出测定值的关系，例如，将如图6(a)所示的数据写入存储部35中。在上述记载中，将电流指令设定值输入至电流值·激光输出值测定部45，但即使输入来自电流传感器的电流测定值，也可以得到相同的数据。

另外，在步骤S03中，电流值·激光输出值测定部45也可以通过将从控制装置17发送来的电流指令设定值变换为电流上限值并存储到存储部35中，将如图6(b)所示的数据存储到存储部35中。作为将电流指令设定值变换为电流上限值的方法，在希望如图4的虚线A那样设定上限电流值的情况下，由电流值·激光输出值测定部45将电流指令设定值加上一定的电流值(在图4的情况下为2A)，并将其作为上限电流值保存在存储部35中即可。另外，在希望如图4的虚线B那样设定上限电流值的情况下，预先将要增加的电流量和激光输出值之间的关系式(在图4的情况下，如0W时为4A，最大输出时为0A这样的一次式Y＝AX+B)存储至电流值·激光输出值测定部45中，根据输入的激光输出值求出要增加的电流值，将其与电流指令设定值相加，作为电流上限值保存在存储部35中即可。

在这里，对于步骤S04中的电流指令值的增加量，由于在设定为较小的情况下，测定精度变高，但电流值达到上限为止比较耗费时间，另一方面，在设定为较大的情况下，测定结束较快，但测定精度较差，所以根据重视精度或者时间中的哪一个进行适当的设定即可。

将上述数据写入存储部35后，通过控制装置17将信号切换器40切换至图7的虚线位置，按照从控制装置17输出的激光输出指令设定值对振荡器进行控制，从而得到与实施方式2相同的效果。

存储在存储部35中的数据是图6(a)或图6(b)所示的激光输出与电流指令设定值或电流上限值间的组合数据，但也可以作为激光输出和电流上限值之间的关系式，而保存在存储部35内，可以减少存储部35的存储量。在此情况下，电流上限值设定部32的结构如图10所示。在图10中，将来自电流值·激光输出值测定部45的电流指令设定值和激光输出测定值的组合数据，输入至关系式运算部50，在关系式运算部50内进行运算，求出激光输出和电流上限值的关系式。然后，将求出的关系式的斜率和Y截距写入存储部35中。在运算图4的虚线A所示的关系式的情况下，根据向电流指令设定值加上一定值后的值和激光输出值，在关系式运算部50内求出关系式即可。另外，在运算图4的虚线B所示的关系式的情况下，首先，预先以一次式表示相对于激光输出的电流增加量并存储至关系式运算部50中，使用该一次式根据激光输出测定值求出电流增加量。然后，将电流指令设定值加上该增加量，根据该值和激光输出值求出关系式即可。关系式运算部50将求出的关系式的斜率和Y截距写入存储部35中。

由于通过进行上述动作，在存储部35中写入了与实施方式1相同的数据，所以在实际用于加工等时，将信号切换器40设定为图7的虚线的位置，通过与实施方式1相同的控制使振荡器进行动作即可。

本实施方式中，激光振荡器具有对用于设定电流上限值的数据进行测定，基于测定出的数据对电流上限值进行设定的单元，激光振荡器可以生成用于存储在存储部35中的数据并进行存储，所以可以提高振荡器的设定作业的省力化。

另外，在上述激光振荡器中，向存储部35写入数据的定时，即选择用于设定电流上限值的激光振荡器基准状态的定时是由操作者等指示的，但也可以定期地进行写入，另外，也可以在激光振荡器的导入初期进行写入后，在电流上升至电流上限值，而进行光学部件的清洁等，激光振荡器的状态发生变化时，相应地进行写入。

定期地进行数据写入时，在数据获取前刚刚产生光学部件的污染，在被污染的状态下获取数据的情况下，由于有可能将光学部件被污染的状态识别为正常状态，所以如下述所示，通过将上一次的数据和本次获取的数据进行比较，可以防止错误识别而提高可靠性。

以下，记载将上一次的数据和本次获取的数据进行比较的实施例。

通过控制装置17使电流指令设定值改变，测定此时的激光输出，预先存储在例如控制装置17中。由控制装置17计算上一次的激光输的测定值和本次的激光输出测定值间的变化量。如果该变化量小于或等于一定值，则作为正常而向外部输出信号，如果大于或等于一定值，则作为异常而向外部输出信号。作为一定值的定义方法，具有使用激励单元的老化量、上一次和本次间的测定时间间隔进行推定的方法。例如，如果激励单元的时效特性老化为1万小时则减少20％，即，作为激光得到的输出也减少20％，如果上一次和本次的测定时间间隔为1000小时，则可以在激光输出具有2％的变化量时视为正常，在大于2％时视为异常。

如上述所示，为了获取电流值和激光输出的关系，通过使电流指令值改变并测定此时的激光输出，而求出关系，但也可以使激光输出指令值改变，对进行输出恒定控制时的电流值进行测定，而求出关系。

如上所述，存储部35、电流上限值运算部36、电流值·激光输出值测定部45、关系式运算部50的功能可以通过各自独立的微型计算机等进行运算，也可以将这些功能在1台微型计算机内进行处理。另外，电流控制装置27和控制装置17也可以由微型计算机等一体构成。

实施方式5

由于激励单元即使处于正常的状态，也会随时间而老化，所以即使光学部件等正常，为了使激光输出恒定，也必须随时间而提高通电电流。因此，即使光学部件等正常，激励单元的通电电流有时也会达到电流上限值。本实施方式就是与该激励单元的时效老化对应地改变电流上限值。

图11是本实施方式所涉及的激光振荡器的结构图，图12是本实施方式所涉及的激光振荡器的电流上限值设定部的内部结构图。与实施方式1的图2以及图5的不同点在于，追加了电流通电判定器55和通电信号累计计时器56这一点和在电流上限设定部25的内部结构中追加了电流上限衰减率运算部57这一点。

在图11中，将由电流指令值设定部31输出的电流指令值输入至电流通电判定器55，与0A的电流进行比较。如果电流指令值比0A大，则视为正在通电，将通电中信号发送至通电信号累计计时器56。通电信号累计计时器56对通电中信号为接通的时间进行累计，始终将该时间(通电时间)输出至电流上限值设定部32。另外，在暂时切断激光振荡器的电源的情况下，通电信号累计计时器37存储此时的通电累计时间，在再次接通电源的情况下，通过在所存储的通电累计时间的基础上，进一步累计通电中信号为接通的时间，由此可以计算从初期开始的通电累计时间。

在图12中，存储部35中存储有图13所示的向激励单元供给的电流的通电时间和电流上限值的衰减率之间关系的数据。图13是激励单元使用10000小时，性能老化20％的情况的数据，衰减率的值可以根据使用的激励单元而恰当地决定。在图12中，电流上限衰减率运算部57读取存储在存储部35内的图13所示的通电时间和衰减率之间关系的数据，与从通电信号累计计时器56输入的通电时间进行比较，计算电流上限衰减率，并发送至电流上限值运算部36。在电流上限值运算部36内，将该衰减率和电流上限值相乘，设定考虑了通电时间后的电流上限值。电流上限衰减率的数据有时如图13所示取离散值。在此情况下，使用超过通电时间的最小的那个通电时间所对应的电流上限衰减率，或者对离散值之间进行线性近似，从而求电流上限衰减率即可。

首先，说明使用超过通电时间的最小的那个通电时间所对应的电流上限衰减率的情况。

例如，假定如下情况，即，按照图6(b)设定电流上限值，按照图13设定电流上限衰减率，通电时间为3000小时时，激光输出指令设定值为2000W。根据图13，由于超过通电时间的最小的那个通电时间为4000小时，所以由电流上限衰减率运算部57基于存储部35的数据将电流上限衰减率计算为1.08，将计算出的电流上限衰减率发送至电流上限值运算部36。另外，由于激光输出指令设定值为2000W，所以由电流上限值运算部36根据图6(b)将不考虑电流上限衰减率的情况下的电流上限值计算为52A。然后，由电流上限值运算部36将从电流上限衰减率运算部57发送来的电流上限衰减率1.08与电流上限值52A相乘，由此考虑了激励单元的时效老化后的电流上限值如下述所示。

52A×1.08＝56.16A

下面，在与上述相同的条件下，说明对离散值之间进行线性近似而求出电流上限衰减率的情况。

根据图3，由于电流上限衰减率在2000小时为1.04、在4000小时为1.08，所以通电时间为3000小时的情况的电流上限衰减率，由电流上限衰减率运算部56基于存储部35的数据如下述所示进行计算。

1.04+(1.08—1.04)/(4000—2000)＝1.06

将计算出的电流上限衰减率发送至电流上限值运算部36。电流上限值运算部36将从电流上限衰减率运算部28发送来的衰减率1.06与根据存储部35的数据得到的电流上限值52A相乘，由此电流上限值如下述所示。

52A×1.06＝55.12A

在上述例子中，使用了存储在存储部35中的衰减率的离散值数据，但也可以将激励单元的通电时间和老化率以近似式表示并进行运算。例如，在通电时间为1万小时，激励单元的激励量减少20％的情况下，电流上限衰减率近似为下式。

1+0.2×(通电时间/10000)……算式5

预先将该关系式5存储在电流上限衰减率运算部57中，由电流上限衰减率运算部57根据输入的激励单元的通电时间求出电流上限衰减率，将求出的电流上限衰减率发送至电流上限值运算部36，通过与前述相同的运算，求出电流上限值即可。也可以将关系式存储在存储部35中。

在上述记载中，对激励单元的老化程度受通电时间影响的情况进行了说明，但是，也可以在激励单元的老化程度受激励单元的通电次数(接通·断开次数)影响的情况下，将前述通电时间与通电次数(接通·断开次数)置换，用作老化指标。

根据这种结构，可以对激励单元的时效老化进行校正，提高可靠性。

实施方式6

上述实施方式都将电流值控制为小于或等于电流上限值，但在电流值达到电流上限值的情况下，由于很有可能发生某些异常，所以不优选保持该状态。本实施方式则具有检测该异常的单元。

图14是本实施方式所涉及的激光振荡器的第2比较器30的内部结构图，其它的结构与上述实施方式相同。

在图14中，电流上限值和电流指令值输入至电流指令值确认部60中，如实施方式1所说明的那样，在电流指令值比电流上限值低的情况下，将电流指令值直接输出至后段的第1比较器28，相反地，在电流指令值比电流上限值高的情况下，将电流上限值输出至后段的第1比较器28。此外，在电流指令值比电流上限值高的情况下，在将电流上限值输出至后段的第1比较器28的同时，将上限值输出信号发送至上限值输出时间检测计时器61。

图15是说明第2比较器30的动作的流程图。基于图15，详细地说明第2比较器30的动作。

上限值输出时间检测计时器61对电流指令值确认部60是否正在输出上限值输出信号进行确认(步骤S61)。

如果信号正在输出，则上限值输出时间检测计时器61对是否正在测量经过时间进行确认(步骤S62)。

如果正在测量，则上限值输出时间检测计时器61对经过时间是否经过了规定的时间进行确认(步骤S63)。

如果经过时间经过了规定的时间，则上限值输出时间检测计时器61将异常信号输出至控制装置17。

在步骤S62中，在判断为没有进行测量的情况下，上限值输出时间检测计时器61开始测量经过时间(步骤S65)。然后，再次从步骤S61进行处理。

在步骤S61中，在没有输出信号的情况下，上限值输出时间检测计时器61对是否正在测量经过时间进行确认(步骤S66)。

如果正在测量，则上限值输出时间检测计时器61结束经过时间的测定(步骤S63)。然后，再次从步骤S61进行处理。

在步骤S66中，在判断为没有进行测量的情况下，再次从步骤S61进行处理。

通过如上述所示的动作，上限值输出时间检测计时器61对上限值输出信号持续为“ON”的时间进行测量，在该“ON”的时间经过大于或者等于一定时间时，将异常信号报告至控制装置17。接收到异常信号的控制装置17，例如可以将激光输出指令值设为0W，控制激光振荡器使振荡停止。

下面，使用图16对本实施方式所涉及的激光振荡器中的激光输出值、电流指令值以及上限输出信号的时间变化进行说明。图16(a)是正常情况下的激光输出等的时间变化曲线图，图16(b)是异常情况下的曲线图。

在激光振荡器正常的情况下，如图16(a)所示，激光输出开始时，由于激光振荡器的热时常数和功率监视器的启动时间常数等的影响，相对于电流的变化，激光输出的上升反应延迟。因此，在激光输出恒定控制的情况下，激光输出开始时，电流值上升至上限电流值。随后，如果激光输出接近期望的值，则电流指令值逐渐降低，稳定至某恒定值。与此相伴，在电流指令值小于或等于电流上限值的时间内，不输出上限值输出信号。

在这里，图16(a)的激光输出的曲线图中，在激光输出达到期望的输出前，曲线图的斜率逐渐变小。其原因是，为了使激光输出不会大于或等于期望的值，而计算目标值和当前值之间的差值，如果输出接近目标值，它们之间的差值变小，则控制使电流降低。

另一方面，在光学部件等存在异常的情况下，如图16(b)所示，由于即使流过电流上限值的电流，也无法得到期望的激光输出，所以电流值成为上限电流值的时间延长。与此相伴，持续输出上限值输出信号。如果持续输出该上限值输出信号的时间大于或等于一定时间，则判断为光学部件等存在异常，并将异常向外部报告。对于该一定时间，考虑激光振荡器的热时常数和功率监视器的启动时间常数，按照比该时间常数长的时间恰当地确定即可。

根据上述结构，可以通过异常信号对光学部件有无异常进行确认。另外，通过根据异常信号，由控制装置使激光振荡器的动作停止，可以防止例如光学部件等的破损。

实施方式7

在实施方式6中，对电流值成为上限电流指令的时间进行测量，确认有无异常，但在本实施方式中，将一定时间后尚未达到期望的激光输出的情况判断为异常，并将异常向外部报告。

图17是本实施方式所涉及的激光振荡器的激光输出判定部65的内部结构图，激光输出判定部65设置在电流控制装置27的内部或者外部。其它的结构与上述实施方式相同。

在图17中，将激光输出指令设定值和激光输出测定值输入至激光输出判定部65。输入的激光输出指令设定值和激光输出测定值，由激光输出判定部65内的激光输出确认部66，对激光输出测定值是否达到与激光输出指令设定值对应的下限值进行判定。考虑到激光输出如前述所示在冷却水和外部气温的影响下产生±2～3％左右的波动这一情况，将该下限值设定为与激光输出指令设定值相比低2～3％的值，例如在2000W的情况下，设定为低3％的1940W。如果激光输出确认部66判断为激光输出已经达到下限值，则输出激光输出范围内信号。另外，激光输出确认部66在激光输出指令设定值改变的情况下，输出计时器开始信号。

将上述激光输出范围内信号和计时器开始信号输入至异常检测计时器67，异常检测计时器67在计时器开始信号输入的同时，开始计时器的计数。异常检测计时器67开始计时器的计数后，如果在一定的时间后输入了激光输出范围内信号，则判定为没有异常，而停止计时器的计数。另一方面，如果即使经过一定的时间，也没有输入激光输出范围内信号，则判定为异常，异常检测计时器67将异常信号输出至控制装置17。在这里，对于一定时间，考虑振荡器的热时常数和功率监视器的启动时间常数，按照比该时间常数长的时间恰当地确定即可。

下面，使用图18对本实施方式所涉及的激光振荡器中的激光输出值、电流指令值以及上限输出信号的时间变化进行说明。图18(a)是正常情况下的激光输出等的时间变化曲线图，图18(b)是异常情况下的曲线图。

如图18(a)所示，在正常情况下，异常检测计时器67开始计时器的计数，在一定时间以内，激光输出范围内信号变为“ON”。另一方面，如图18(b)所示，在异常情况下，开始计时器的计数，在一定时间以内，激光输出范围内信号不变为“ON”。如上述所示，在一定时间以内激光输出范围内信号不变为“ON”的情况下，视为异常，将异常输出至外部的控制装置。

根据上述所示的结构，可以与实施方式6相同地对光学部件有无异常进行确认。

在上述记载中，在激光输出达到下限值的情况下输出信号，相反地，也可以在激光输出小于下限值的情况下输出信号。在此情况下，开始计时器的计数，在一定时间以内，将信号不变为OFF的情况判断为异常即可。

工业实用性

本发明所涉及的激光振荡器适用于如通过光纤传输激光的情况这样，从激光振荡器输出的激光的模式变化基本上不会造成问题的加工，特别适用于改变激光的输出的机会较多的加工。

Claims (11)

1.一种激光振荡器，其对射出的激光的输出进行测定而获得激光输出测定值，并通过向激励单元供给电流，激励激光介质，从而进行激光振荡，

其特征在于，该激光振荡器具有：

电流传感器，其对供给至所述激励单元的电流值进行测定；

电流上限值设定单元，其根据输入的激光输出指令值，设定电流上限值；

电流指令值设定单元，其对应于所述激光输出指令值和所述激光输出测定值之间的差值，将应供给至所述激励单元的电流值设定为电流指令值；

第二比较器，其对所述电流指令值和所述电流上限值进行比较，将较小的那个值作为基准电流值而向第一比较器输出；以及

第一比较器，其对所述基准电流值和所述电流测定值进行比较，基于该基准电流值，对激励单元进行电流供给的反馈控制，将向所述激励单元供给的电流值控制为所述基准电流值。

2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

所述电流上限值设定单元具有：

存储部，其存储激光输出指令值和电流上限值之间的关系式；以及

根据输入的激光输出指令值和存储在该存储部中的关系式，计算电流上限值的单元。

3.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

所述电流上限值设定单元具有：

存储部，其存储激光输出指令值和电流上限值之间的对应表；以及

根据输入的激光输出指令值和存储在该存储部中的对应表，选择或者计算电流上限值的单元。

4.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

所述电流上限值设定单元具有：

存储部，其存储激光振荡器的基准状态下的激光输出指令值和电流值之间的关系式，该电流值是能够得到与该激光输出指令值对应的激光输出时的电流值；以及

根据输入的激光输出指令值和存储在该存储部中的关系式而计算电流值，针对该计算出的电流值设置规定的容许范围，从而设定电流上限值的单元。

5.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

所述电流上限值设定单元具有：

存储部，其存储激光振荡器的基准状态下的激光输出指令值和电流值之间的对应表，该电流值是能够得到与该激光输出指令值对应的激光输出时的电流值；以及

根据输入的激光输出指令值和存储在该存储部中的对应表而选择或者计算电流值，针对该选择或者计算出的电流值设置规定的容许范围，从而设定电流上限值的单元。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，具有：

对所述第二比较器比较所述电流指令值和所述电流上限值时电流上限值成为基准电流值的持续时间进行测定的单元；以及

在所述持续时间大于或等于规定时间的情况下产生异常信号的单元。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，具有：

对激励单元的电流供给的累积时间进行测定的单元；以及

随着所述累积时间的增加而使电流上限值增加的单元。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，

具有切换单元，其对另外输入的电流指令设定值和由所述电流指令值设定单元设定的电流指令值进行切换，将其中一个值作为电流指令值，输入至所述第二比较器，

所述第二比较器对从所述切换单元输入的电流指令值和所述电流上限值进行比较，将较小的那个值作为基准电流值。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的激光振荡器，其特征在于，具有：

对激光输出没有达到规定输出的持续时间进行测量的单元；以及

在所述持续时间大于或等于规定时间的情况下产生异常信号的单元。

10.一种激光振荡器的电源装置，其将从激光振荡器射出的激光的输出测定值与期望的激光输出指令值进行比较，对激励单元的电流供给进行反馈控制，以得到与所述激光输出指令值对应的激光输出，该激励单元用于对激光介质进行激励，

其特征在于，该电源装置具有：

电流传感器，其对供给至所述激励单元的电流值进行测定；

电流上限值设定单元，其根据输入的激光输出指令值，设定电流上限值；

电流指令值设定单元，其对应于所述激光输出指令值和激光输出测定值之间的差值，将应供给至所述激励单元的电流值设定为电流指令值；

第二比较器，其对所述电流指令值和所述电流上限值进行比较，将较小的那个值作为基准电流值而向第一比较器输出；以及

第一比较器，其对所述基准电流值和所述电流测定值进行比较，基于该基准电流值，对激励单元进行电流供给的反馈控制，将向所述激励单元供给的电流值控制为所述基准电流值。

11.一种激光振荡器的控制方法，其将电流供给至对激光介质进行激励的单元而产生激光，

其特征在于，该控制方法具有如下工序：

由电流传感器对供给至进行激励的单元的电流值进行测定；

对从激光振荡器射出的激光的输出进行测定；

根据期望的激光输出指令值，设定电流上限值；

对应于所述激光输出指令值和测定出的激光输出之间的差值，将应供给至所述激励单元的电流值设定为电流指令值；

由第二比较器对所述电流指令值和所述电流上限值进行比较，将较小的那个值设定为基准电流值而向第一比较器输出；以及

由第一比较器对所述基准电流值和所述电流测定值进行比较，基于该基准电流值，对激励单元进行电流供给的反馈控制，将向所述激励单元供给的电流值控制为所述基准电流值。

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