CN109641316B - 激光光源及使用激光光源的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

激光光源(12)用于激光加工装置(10)，响应于触发信号(S₁)进行振荡，而产生激光脉冲(6)。激光脉冲通过光学系统而照射于对象物。控制装置(16)对激光光源(12)输出触发信号(S₁)。驱动电路(60)响应于触发信号(S₁)而使高频电源(50)动作，并且若直流电压(V_DC)脱离容许范围，则激活照射禁止信号(S₃)。激光加工装置(10)构成为，在照射禁止信号(S₃)被激活时不向对象物照射激光脉冲。

Description

激光光源及使用激光光源的激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置用的激光驱动装置。

背景技术

作为工业用的加工工具，已广泛普及激光加工装置。激光加工装置的加工精度取决于激光光源产生的激光脉冲的特性、例如能源、强度、时间波形等。因此，为了实现高精度的加工，需要从激光光源产生偏差较小的激光脉冲。

在专利文献1中公开有一种技术：通过光检测器来测定取决于激光脉冲的能源的物理量，并在测定的物理量脱离容许值的情况下，以激光脉冲不向对象物照射的方式，向其他路径放出。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-186818号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

现有技术中，即使激光脉冲的能源脱离容许值的情况下，也产生激光，会消耗不必要的能源。并且，由于需要收集(吸收)向其他路径放出的激光光，因此也会存在装置变大的问题。

本发明是在这种情况下而完成的，其一方式的例示性目的之一为，根据与现有不同的途径，提供一种抑制了发射不良的激光加工装置及其激光光源。

用于解决技术课题的手段

本发明的一方式涉及一种激光加工装置。激光加工装置具备：激光光源，响应于触发信号进行振荡，而产生激光脉冲；光学系统，向对象物照射激光脉冲；及控制装置，对激光光源输出触发信号。激光光源具备：放电电极；直流电源，产生直流电压；高频电源，接受直流电压，在放电电极之间产生高频电压；及驱动电路，响应于触发信号而使高频电源动作，并且若直流电压脱离容许范围，则生成被激活的照射禁止信号。激光加工装置构成为，在照射禁止信号被激活时不向对象物照射激光脉冲。

根据该方式，对规定施加于放电电极的高频电压的振幅的直流电压进行监视，由此能够在实际上使激光光源进行振荡之前推断发射不良。

驱动电路在照射禁止信号被激活时，可以不使高频电源动作。由此，在照射禁止信号被激活时，由于能够防止激光的振荡，因此能够抑制不必要的电力，并且抑制发射不良。

控制装置在照射禁止信号被激活时，可以不输出触发信号。由此，能够防止照射禁止信号被激活时的高频电源的动作。

容许范围可以比直流电压的目标值的±10％小。更优选规定成容许范围的上限及下限比直流电压的目标值的±5％小的范围，也可以进一步优选规定成比目标值的±1％小的范围。

本发明的另一方式涉及一种激光加工装置用的激光光源。激光光源是根据来自控制装置的触发信号而发光的激光加工装置用的激光光源，其具备：放电电极；直流电源，产生直流电压；高频电源，接受直流电压，在放电电极之间产生高频电压；及驱动电路，响应于触发信号而使高频电源动作，并且若直流电压脱离容许范围，则生成表示发光禁止的标记信号。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意的组合或本发明的构成要件和表现的方式也作为本发明的方式有效。

发明效果

根据本发明的一方式，能够抑制发射不良。

附图说明

图1是实施方式的激光加工装置的框图。

图2是激光光源的框图。

图3是图1的激光加工装置的动作波形图。

图4是第2变形例的激光加工装置的动作波形图。

具体实施方式

以下，以优选的实施方式为根据，并参考附图对本发明进行说明。对各附图中所示的相同或相等的构成要件、构件、处理中标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，实施的方式是例示而非限定发明，在实施方式中所记述的所有的特征或其组合并非一定为发明的本质性的内容。

图1是实施方式的激光加工装置10的框图。激光加工装置10向对象物2照射激光脉冲4，并对对象物2进行加工。对象物2的种类并无特别限定，并且，加工的种类还例示有冲孔(钻孔)、切割等，但并不限定于此。

激光加工装置10具备：激光光源12、光学系统14、控制装置16、载物台18。对象物2载置于载物台18上，并根据需要而固定。载物台18根据来自控制装置16的位置控制信号S₂而对对象物2进行定位，并相对地扫描对象物2与激光脉冲4的照射位置。载物台18可以是1个轴、2个轴(XY)或3个轴(XYZ)。

激光光源12根据来自控制装置16的触发信号S₁进行振荡，而产生激光脉冲6。光学系统14向对象物2照射激光脉冲6。光学系统14的构成并无特别限定，可包括用于将射束引导至对象物2的反射镜组、用于射束整形的透镜和光圈等。

控制装置16统括控制激光加工装置10。具体而言，控制装置16对激光光源12间歇性地输出触发信号S₁。并且，控制装置16依据记述加工处理的资料(制法)，而生成用于控制载物台18的位置控制信号S₂。

详细内容后述，激光光源12生成照射禁止信号S₃。能够从控制装置16参考照射禁止信号S₃。在照射禁止信号S₃被激活(例如高电平)时，控制装置16不输出触发信号S₁。

接着，对激光光源12的构成进行说明。图2是激光光源12的框图。激光光源12具备放电电极30、直流电源40、高频电源50。放电电极30设置于填充有CO₂等混合气体的腔室32内，等效地表示为串联电容器。直流电源40生成几百V(例如500V)的直流电压V_DC。直流电源40的构成并无特别限定，可包括存储电容器42、电源装置44、过滤器46等。电源装置44可以是将存储电容器42的电压V_DC稳定成目标值的转换器和充电电路。

高频电源50从直流电源40接受直流电压V_DC，而产生矩形波的驱动电压V_DRV。该驱动电压V_DRV经由电感器34而施加于放电电极30之间，并通过电感器34与放电电极30的串联谐振，而在放电电极30的两端之间产生交流的高频电压V_AC。高频电源50包括输入电容器52、全桥(H桥接器)型的逆变器54、升压变压器56。逆变器54使将直流电压V_DC设为振幅的交流电压施加于升压变压器56的一次绕组。在升压变压器56的二次绕组中，产生具有与绕组比相应的振幅的高频电压V_AC。例如V_DC＝500V，绕组比为4时，高频电压V_AC的振幅成为2kV。另外，可以省略升压变压器56，而将直流电压V_DC设为几kV。

驱动电路60响应于触发信号S₁而使高频电源50动作，并产生高频电压V_AC。具体而言，若驱动电路60输入有触发信号S₁，则对逆变器54的4个开关进行切换。在触发信号S₁的无输入状态下，关闭逆变器54的所有的开关。

而且，驱动电路60在进行高频电源50的切换动作之前，换言之，在激光发光之前，直流电压V_DC脱离容许范围时，激活照射禁止信号S₃。

例如，在发光之前设置判定区间，在该判定区间，直流电压V_DC脱离容许范围时，可以激活照射禁止信号S₃。优选在进行激光光源12的振荡动作之后，直流电压V_DC应稳定在目标值V_REF的期间设置判定区间，例如，可以设在激光脉冲6的接下来的发射之前。

照射禁止信号S₃能够利用将直流电压V_DC(或者基于此的检测电压)与相当于容许范围的上限、下限的阈值进行比较的电压比较器来构成。或者，通过A/D转换器将直流电压V_DC(或者基于此的检测电压)转换成数字值，可以将该数字值与相当于容许范围的上限、下限的阈值进行比较。

优选容许范围比直流电压V_DC的目标值V_REF的±10％小，更优选比目标值V_REF的±5％小，进一步优选比目标值V_REF的±1％小。直流电压V_DC的目标值V_REF为500V时，容许范围可以设为500±1V，即可以设为目标值V_REF的±0.2％。越缩小容许范围则加工精度越高，但有不发射的概率可能会越高。因此，容许范围只要考虑这些权衡关系而确定即可。

激光加工装置10构成为，在照射禁止信号S₃被激活时，不向对象物2照射激光脉冲4。本实施方式中，在照射禁止信号S₃被激活时，以激光光源12不发光的方式构成。具体而言，驱动电路60在照射禁止信号S₃被激活时不使高频电源50动作。如上所述，在控制装置16中输入有照射禁止信号S₃，在照射禁止信号S₃被激活时，不输出触发信号S₁。

以上是激光加工装置10的构成。接着，对其动作进行说明。图3是图1的激光加工装置10的动作波形图。在稳定状态下，直流电压V_DC稳定在目标电压V_REF。每当控制装置16激活(高电平)触发信号S₁时，高频电源50切换，并产生激光脉冲6。若高频电源50切换，则由于存储电容器42及52的电荷被放电，因此直流电压V_DC降低，激光的振荡停止时，朝向目标值V_REF而恢复。

第1、第2周期的判定区间τ₁、τ₂中，直流电压V_DC限制在容许范围(阴影线)70，因此照射禁止信号S₃被无效化。因此，在紧随其后的第2、第3周期，触发信号S₁被激活，并输出有激光脉冲6。

在第3周期的判定区间τ₃，直流电压V_DC脱离容许范围70，因此照射禁止信号S₃被激活。激活照射禁止信号S₃的结果，在接下来的第4周期不产生触发信号S₁，也不会产生激光脉冲6。在第4周期之间，直流电压V_DC收敛在容许范围70内，在判定区间τ₄，照射禁止信号S₃无效，在接下来的第5周期中触发信号S₁被激活，并输出有激光脉冲6。

以上是激光加工装置10的动作。施加于放电电极30的高频电压V_AC的振幅通过直流电压V_DC而规定，因此，激光脉冲6的能源、峰值、时间分布取决于电容器42、52中产生的直流电压V_DC。根据激光加工装置10，监视直流电压V_DC，由此能够在实际上使激光光源12进行振荡之前推断发射不良。而且，在发射不良的可能性较高的情况下，不向对象物2照射激光，由此能够提高加工精度。

尤其，直流电压V_DC脱离容许范围时，不使高频电源50动作，而不发射激光脉冲6，由此能够抑制不必要的电力消耗。并且，在不发射的周期的期间，能够使直流电压V_DC恢复至目标值V_REF，因此在接下来的发射中，能够生成理想的激光脉冲6。

以上，根据若干个实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式是例示，本领域技术人员能够理解，这些各构成要件和各处理程序的组合中能够进行各种变形，并且这种变形例也在本发明的范围。以下，对这种变形例进行说明。

(第1变形例)

实施方式中，若照射禁止信号S₃被激活，则控制装置16不输出触发信号S₁，但并不限定于此。例如，控制装置16与照射禁止信号S₃无关地输出触发信号S₁，驱动电路60在照射禁止信号S₃被激活时，在输入有触发信号S₁的情况下，可以不使高频电源50动作。

(第2变形例)

实施方式中，根据判定区间中的直流电压V_DC而生成照射禁止信号S₃，但并不限定于此。图4是第2变形例的激光加工装置10的动作波形图。照射禁止信号S₃可以是在直流电压V_DC包含于容许范围时(准备状态)成为第1电平(例如高电平)，在脱离时(非准备状态)成为第2电平(例如低电平)的2值信号。控制装置16以照射禁止信号S₃是第1电平为条件，可以输出触发信号S₁。

(第3变形例)

实施方式中，在照射禁止信号S₃被激活时，不产生激光脉冲6，但并不限定于此。在照射禁止信号S₃被激活时，可以将激光脉冲6引导至对象物2以外的路径。例如，可以构成为，在与对象物2不同的路径上，在光学系统14中设置射束阻尼器，若照射禁止信号S₃被激活，则向射束阻尼器引导激光脉冲4。

基于实施方式，使用具体的语句对本发明进行了说明，实施方式仅表示本发明的原理、应用的一个方面，在实施方式中，在不脱离申请专利范围中所规定的本发明的思想的范围内，认可许多变形例和配置的变更。

符号说明

2-对象物，4、6-激光脉冲，10-激光加工装置，12-激光光源，14-光学系统，16-控制装置，18-载物台，S₁-触发信号，S₂-位置控制信号，S₃-照射禁止信号，30-放电电极，32-腔室，40-直流电源，42-存储电容器，44-电源装置，46-过滤器，50-高频电源，52-输入电容器，54-逆变器，56-升压变压器，60-驱动电路。

产业上的可利用性

本发明能够应用于激光加工技术。

Claims (5)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光光源，响应于触发信号进行振荡，而产生激光脉冲；

光学系统，向对象物照射所述激光脉冲；及

控制装置，对所述激光光源输出触发信号，

所述激光光源具备：

放电电极；

直流电源，产生直流电压；

高频电源，接受所述直流电压，在所述放电电极之间产生高频电压；及

驱动电路，响应于所述触发信号而使所述高频电源动作，并且在所述高频电源的切换动作之前，若所述直流电压脱离容许范围，则生成被激活的照射禁止信号，

所述激光加工装置构成为，在所述照射禁止信号被激活时不向对象物照射激光脉冲。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述驱动电路在所述照射禁止信号被激活时，不使所述高频电源动作。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制装置在所述照射禁止信号被激活时，不输出所述触发信号。

4.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述容许范围比直流电压的目标值的±10%小。

5.一种激光光源，其为根据来自控制装置的触发信号而发光的激光加工装置用的激光光源，其特征在于，具备：

放电电极；

直流电源，产生直流电压；

高频电源，接受所述直流电压，在所述放电电极之间产生高频电压；及

驱动电路，响应于所述触发信号而使所述高频电源动作，并且在所述高频电源的切换动作之前，若所述直流电压脱离容许范围，则生成表示发光禁止的标记信号。

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