DE112015007081B4

DE112015007081B4 - Stromsteuerungsvorrichtung und Stromsteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE112015007081B4
Application number: DE112015007081.8T
Authority: DE
Inventors: Shingo Tsuda; Takeshi Morimoto; Taichiro Tamida; Takashi Hashimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP6009132B1; WO2017094120A1; CN108370130A; US20180278018A1; DE112015007081T5; US10096972B1; JPWO2017094120A1; CN108370130B

Abstract

Stromsteuerungsvorrichtung (20), um auf Basis eines von einer externen Vorrichtung eingegebenen Stromanweisungswerts (4a) einen Lichtemissionseinheitsstrom (24) zu steuern, der von einer Stromversorgungsvorrichtung (10) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) fließt, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) umfasst, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung (20) aufweist:
ein Schaltelement (21), das parallel zur lichtemittierenden Einheit (3) geschaltet ist, und
eine Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), um eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vorzunehmen, wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) ist, wobei
die Stromversorgungsvorrichtung (10) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und
die Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beginn der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der vorliegende Stromanweisungswert (4a) ist, solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vornimmt, bis der Ausgangsstrom (45) dem vorliegenden Stromanweisungswert (4a) entspricht.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromsteuerungsvorrichtung und ein Stromsteuerungsverfahren für die Steuerung eines Stroms, der in eine lichtemittierende Einheit fließt, die eine oder mehrere Laserdioden (LDs) umfasst.
Hintergrund
Auf dem Gebiet der maschinellen Bearbeitung, veranschaulicht beispielsweise durch Schweißen, Schneiden oder Markieren von Metall, werden in der Regel ein CO₂-Laser oder ein Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) -Laser eingesetzt. Jedoch nahm in den vergangenen Jahren die von mit einem Halbleiterlaser gepumpten Festkörperlasern oder einem mit einem Halbleiterlaser gepumpten Faserlaser erzeugte Ausgangsleistung immer mehr zu. Daher werden in dem oben angeführten Gebiet der maschinellen Bearbeitung anstelle von CO₂-Lasern und YAG-Lasern zunehmend halbleiterlasergepumpte Festkörperlaser und halbleiterlasergepumpte Faserlaser eingesetzt.
Als halbleiterlasergepumpte Laseroszillationsquelle wird eine Laserdiode verwendet. Um eine hohe Ausgangsleistung zu erzeugen, ist eine Laservorrichtung aus mehreren Laserdioden aufgebaut, die zur Bildung einer Laserdiodenanordnung in Reihenschaltung, Parallelschaltung oder einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung miteinander verbunden sind, sodass Licht von allen der mehreren Laserdioden gleichzeitig emittiert wird. Eine solche Laserdiodenanordnung muss mit einem großen Strom angesteuert werden.
Bei einer Laserdiode handelt es sich ferner um ein stromgesteuertes Element. Daher wird als Stromversorgungsvorrichtung zur Versorgung der Laserdioden mit elektrischem Strom ein Konstantstromversorgungsgerät mit hohem Wirkungsgrad verwendet, bei dem eine Schaltnetzteiltechnik eingesetzt wird und das die Laserdioden mit einem konstanten Strom ansteuern kann, der erforderlich ist, um in den Laserdioden eine Laseroszillation mit der gewünschten Ausgangsleistung zu erzeugen.
Im Allgemeinen weist ein Konstantstromversorgungsgerät, wenn es sich bei der Last um ein stromgesteuertes Element handelt, an einer Ausgangsleitung vorzugsweise ein Element zum Speichern elektromagnetischer Energie auf, um Schwankungen des der Last zugeführten Stroms zu verringern. Als solches Element zum Speichern elektromagnetischer Energie wird eine Drossel verwendet.
Da ein Konstantstromversorgungsgerät eine Drossel aufweist, die elektromagnetische Energie speichert, ist die Änderung des Ausgangsstroms jedoch langsamer als die Änderung des Stromanweisungswerts. Das Konstantstromversorgungsgerät verringert den Ausgangsstrom aufgrund der in der Drossel gespeicherten elektromagnetischen Energie insbesondere dann langsam, wenn der Stromanweisungswert von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert geändert wird.
Dadurch werden die Laserdioden, wenn sich der Stromanweisungswert von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert ändert, mit einem Strom angesteuert, der größer als der Stromanweisungswert ist, wodurch verhindert wird, dass mit dem Konstantstromversorgungsgerät eine geeignete Bearbeitung vorgenommen werden kann.
In Patendokument 1 wird ein Beleuchtungsschaltkreis beschrieben, der eine Ansteuerschaltung, die zum Erhalt einer Ausgangsspannung an einer Versorgungsgleichspannung eine Gleichspannungsumwandlung vornimmt und ein oder mehrere lichtemittierende Elemente mit einem, von einem Beleuchtungssteuerungssignal abhängigen Ausgangsstrom versorgt, und eine parallel zu dem einen oder den mehreren lichtemittierenden Elementen geschaltete Zwangsdämpfungsschaltung aufweist, um den Ausgangsstrom von der Ansteuerschaltung synchron zum Beleuchtungssteuersignal zwangsweise zu dämpfen, wenn das eine oder die mehreren Beleuchtungselemente nicht leuchten (Absatz [0009]).
In Patentdokument 2 wird eine lichtemittierende Diodenbeleuchtungsvorrichtung (LED-Beleuchtungsvorrichtung) beschrieben, die einen LED-Schaltkreis mit einer oder mehreren LEDs, ein Schaltnetzteil zur Versorgung des LED-Schaltkreises mit Strom und einen Beleuchtungssteuerschaltkreis aufweist, der das Schaltnetzteil mit einem vorgegebenen Dimmungstastverhältnis ansteuert, um die Beleuchtung durch die eine oder die mehreren LEDs zu steuern, wobei der Beleuchtungssteuerschaltkreis, wenn der Beleuchtungssteuerschaltkreis das Schaltnetzteil nicht mit dem Dimmungstastverhältnis ansteuert, das Schaltnetzteil mit einem vorgegebenen Vortastverhältnis ansteuert (Absatz [0008]).
Dokument US 2005/0041707 A1 offenbart eine Leistungstreiberschaltung für eine Laserdiode und ein Verfahren zum Betreiben derselben. Die Schaltung weist ein Antriebssteuergerät auf, welches einen Schalter umfasst, der ein Pulsieren eines Stroms zu einer Laserdioden-Quelle steuert. Ein Trigger steuert eine Pulsfrequenz und eine Dauer der Pulse des Stroms durch Steuern des Schalters. Der Schalter ist mit der Laserdioden-Quelle in Reihe geschaltet. Weiter weist die Schaltung einen Snubber auf, der zu der Laserdioden-Quelle parallel geschaltet ist. Der Snubber ist dazu ausgebildet, in Folge eines Signals, welches angibt, dass der zu der Laserdioden-Quelle fließende Strom zu hoch ist oder einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, selektiv von einem Zustand hoher Impedanz in einen Zustand niedriger Impedanz geschaltet zu werden. Wenn der Snubber in einem Zustand hoher Impedanz betrieben wird, ist der Snubber dazu ausgebildet, es im Wesentlichen dem ganzen Strom zu erlauben, zur Laserdioden-Quelle zu fließenden, und wenn der Snubber in einem Zustand niedriger Impedanz betrieben wird, wird im Wesentlichen dem ganzen Strom über den Snubber zur Masse abgeleitet und so von der Laserdioden-Quelle weggelenkt. Der Snubber ist auch dazu ausgebildet, in Folge eines Signals, welches angibt, dass der zu der Laserdioden-Quelle fließende Strom zu hoch ist, selektiv von einem Zustand niedriger Impedanz zu einem Zustand hoher Impedanz geschaltet zu werden.
Ein weiteres Steuerverfahren und eine Energieversorgungseinheit zum Antreiben eines Pulslasers ist in der US 6 222 862 B1 offenbart.
Liste der Zitate
Patentliteratur

Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift JP 2010-15883 A
Patentdokument 2: japanische Offenlegungsschrift JP 2009-238633 A

Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Der in dem Patentdokument 1 beschriebene Beleuchtungsschaltkreis ermöglicht eine sofortige Dämpfung des die lichtemittierenden Elemente ansteuernden Stroms, wenn die lichtemittierenden Elemente vermittelt durch das Beleuchtungssteuerungssignal von einem lichtemittierenden Zustand in einen kein lichtemittierenden Zustand übergehen, wodurch ein unverzüglicher Neustart der Beleuchtung ermöglicht wird (Absatz [0010]). Der in dem Patentdokument 1 beschriebene Beleuchtungsschaltkreis erfordert jedoch eine Zwangsdämpfungsschaltung, wodurch die Anzahl der Komponenten im Träger zunimmt und die Kosten steigen.
Die in dem Patentdokument 2 beschriebene LED-Beleuchtungsvorrichtung weist ferner eine, auf eine Verbesserung des Erscheinungsbilds gerichtete Steuerung auf, bei der die von dem Schaltnetzteil erzeugte Spannung im Vorhinein auf eine Spannung erhöht wird, die zu keiner Verschlechterung des Erscheinungsbilds führt. Dadurch lässt sich bei der in dem Patentdokument 2 beschriebenen LED-Beleuchtungsvorrichtung die Zeit verringern, die das Schaltnetzteil zum Erzeugen der Spannung benötigt, die die Versorgung der LEDs mit einem dem Dimmungstastverhältnis entsprechenden Strom selbst bei kleinem Dimmungstastverhältnis ermöglicht. Dadurch kann die zum Anschalten der LEDs erforderliche Zeit verringert werden, wobei auch das Erscheinungsbild verbessert werden kann (Absatz [0009]). Mit der in dem Patentdokument 2 beschriebenen LED-Beleuchtungsvorrichtung lässt sich jedoch nicht das Phänomen in den Griff bekommen, dass die Laserdioden mit einem Strom angesteuert werden, der größer als der Stromanweisungswert ist, wenn der Stromanweisungswert von einem höheren Wert zu einem niedrigeren Wert wechselt.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des zuvor Ausgeführten, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe einer Stromsteuerungsvorrichtung besteht, die auch bei einem Übergang des Stromanweisungswerts von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert eine adäquate Lichtemission ermöglicht.
Lösung der Problemstellung
Die Erfindung wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Zur Lösung der oben angegebenen Problemstellung und zur Erfüllung der Aufgabe betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Stromsteuerungsvorrichtung, um auf Basis eines von einer externen Vorrichtung eingegebenen Stromanweisungswerts einen Lichtemissionseinheitsstrom zu steuern, der von einer Stromversorgungsvorrichtung zu einer lichtemittierenden Einheit fließt, die eine oder mehrere Laserdioden umfasst, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung aufweist: ein parallel zur lichtemittierenden Einheit gekoppeltes Schaltelement und eine Pulsweitenmodulationssteuerschaltkreiseinheit, die eine Pulsweitenmodulationsteuerung des Schaltelements ermöglicht, wenn ein von der Stromversorgung ausgegebener Ausgangsstrom größer als ein aktueller Stromanweisungswert oder ein nächstfolgender Stromanweisungswert bei Beginn, Beendigung oder im Verlauf der Versorgung mit dem Lichtemissionseinheitsstrom ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass die Lichtemission auch dann adäquat ist, wenn der Stromanweisungswert von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert geändert wird.
Figurenliste

1 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.
2 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer PWM-Steuerschaltungseinheit der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
4 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
6 zeigt eine graphische Darstellung, in der Spuren eines von einer lichtemittierenden Einheit emittierten Strahls an einer Bearbeitungsoberfläche dargestellt sind, wobei die lichtemittierende Einheit mit dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät angesteuert wurde, das die Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst.
7 zeigt eine andere graphische Darstellung, in der Spuren eines von einer lichtemittierenden Einheit emittierten Strahls an einer Bearbeitungsoberfläche dargestellt sind, wobei die lichtemittierende Einheit mit dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät angesteuert wurde, das die Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst.
8 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung einer anderen Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
10 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren anderen Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
11 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren anderen Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
12 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst.
13 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs an einer Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
14 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
15 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.
16 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an einer Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
17 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
18 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
19 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebsablaufs an einer Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
20 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Stromsteuerungsvorrichtung und ein Stromsteuerungsverfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Basis der Figuren ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung dienen.
Erste Ausführungsform
Die bildliche Darstellung von 1 veranschaulicht einen Aufbau eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.
Ein Laserdioden-Stromversorgungsgerät 1 wird mit einem Dreiphasenwechselstrom aus einer Systemstromversorgung 2 versorgt und gibt an eine lichtemittierende Einheit 3 einen Strom aus, der einem Stromanweisungswert 4a entspricht, der von einer externen CNC-Maschine 4 (rechnergestützt numerisch gesteuerte Maschine) eingegeben wird.
Die lichtemittierende Einheit 3 weist eine oder mehrere Laserdioden (LDs) 3a auf. Wenn die lichtemittierende Einheit 3 mehrere Laserdioden 3a aufweist, sind die mehreren Laserdioden 3a in einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung oder einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung miteinander verbunden.
Bei den Laserdioden 3a handelt es sich jeweils um stromgesteuerte Elemente, die Licht mit einer der Höhe des Stroms entsprechenden Intensität emittieren. Dadurch kann das Laserdioden-Stromversorgungsgerät 1 die Lichtintensität der lichtemittierenden Einheit 3 über den der lichtemittierenden Einheit 3 zugeführten Strom steuern.
Das Laserdioden-Stromversorgungsgerät 1 umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung 10, die einen Strom ausgibt, der dem von der CNC-Maschine 4 eingegebenen Stromanweisungswert 4a entspricht, und eine Stromsteuerungsvorrichtung 20, die den der lichtemittierenden Einheit 3 zugeführten Strom auf Basis des Stromanweisungswerts 4a steuert.
Die Stromversorgungsvorrichtung 10 umfasst eine Konstantspannungsausgabeeinheit 30, die mit einem Dreiphasenwechselstrom aus der Systemstromversorgung 2 versorgt wird und eine konstante Wechselspannung ausgibt, und eine Stromausgabeeinheit 40, die mit einer konstanten Wechselspannung aus der Konstantspannungsausgabeeinheit 30 versorgt wird und einen Strom ausgibt, der dem von der CNC-Maschine 4 eingegeben Stromanweisungswert 4a entspricht.
Die Konstantspannungsausgabeeinheit 30 umfasst eine Gleichspannungsumwandlungseinheit 31, die eine von der Systemstromversorgung 2 angelegte Dreiphasenwechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, eine Invertereinheit 32, die mit einer Gleichspannung von der Gleichspannungsumwandlungseinheit 31 versorgt wird und eine Wechselspannung ausgibt, einen Transformator 33, der eine von der Invertereinheit 32 an die Primärwicklung des Transformators 33 angelegte Wechselspannung umwandelt und die umgewandelte Wechselspannung über die Sekundärwicklung des Transformators 33 ausgibt, und eine Konstantspannungssteuereinheit 34, die die Invertereinheit 32 so steuert, dass eine von dem Transformator 33 ausgegebene Wechselspannung zu einer konstanten Wechselspannung wird.
Die Gleichspannungsumwandlungseinheit 31 umfasst eine Gleichrichtereinheit 31a, die eine von der Systemstromversorgung 2 angelegte Dreiphasenwechselspannung in eine Gleichspannung gleichrichtet, und einen Kondensator 31b, der die von der Gleichrichtereinheit 31a ausgegebene Gleichspannung glättet. Eine Diodenbrücke stellt ein Beispiel für die Gleichrichtereinheit 31a dar.
Die Invertereinheit 32 umfasst Schaltelemente 32a, 32b, 32c und 32d. Wenn sich die Schaltelemente 32a und 32b in einem Einzustand befinden, liegt an dem Pfad, der sich von der Ausgangsleitung der Gleichrichtereinheit 31a mit dem höheren Potential der Reihe nach durch das Schaltelement 32a, die Primärwicklung des Transformators 33 und das Schaltelement 32b zu der Ausgangsleitung der Gleichrichtereinheit 31a mit dem niedrigeren Potential erstreckt, eine Spannung an. Wenn sich die Schaltelemente 32c und 32d in einem Einzustand befinden, liegt an dem Pfad, der sich von der Ausgangsleitung der Gleichrichtereinheit 31a mit dem höheren Potential der Reihe nach durch das Schaltelement 32c, die Primärwicklung des Transformators 33 und das Schaltelement 32d zu der Ausgangsleitung der Gleichrichtereinheit 31a mit dem niedrigeren Potential erstreckt, eine Spannung an.
Die Stromausgabeeinheit 40 umfasst eine Gleichspannungsumwandlungseinheit 41, die eine durch die Konstantspannungsausgabeeinheit 30 angelegte Konstantwechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, eine Abwärtswandlerschaltungseinheit 42, die eine von der Gleichspannungsumwandlungseinheit 41 angelegte Gleichspannung in eine niedrigere Gleichspannung umwandelt, eine Stromerfassungseinheit 43, die einen von der Abwärtswandlerschaltungseinheit 42 ausgegebenen Ausgangsstrom 45 erfasst und den erfassten Stromwert 43a ausgibt, und eine Stromsteuerungseinheit 44, in die der erfasste Stromwert 43a eingegeben wird und die die Abwärtswandlerschaltungseinheit 42 so steuert, dass der Ausgangsstrom 45 ein dem Stromanweisungswert 4a entsprechender Strom wird.
Die Gleichspannungsumwandlungseinheit 41 umfasst eine Gleichrichtereinheit 41a, die eine von der Konstantspannungsausgabeeinheit 30 angelegte konstante Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, und einen Kondensator 41b, der die von der Gleichrichtereinheit x41a ausgegebene Gleichspannung glättet. Eine Diodenbrücke stellt ein Beispiel für die Gleichrichtereinheit 41a dar.
Die Abwärtswandlerschaltungseinheit 42 umfasst ein Schaltelement 42a, das an einem Ende mit der Ausgangsleitung der Gleichspannungsumwandlungseinheit 41 verbunden ist, die auf dem höheren Potential liegt, eine Diode 42b, deren Anode mit der Ausgangsleitung der Gleichspannungsumwandlungseinheit 41 verbunden ist, die auf dem niedrigeren Potential liegt und deren Kathode mit dem anderen Ende des Schaltelements 42a verbunden ist, und eine Drossel 42c, die an einem Ende mit dem anderen Ende des Schaltelements 42a und der Kathode der Diode 42b verbunden ist. Das andere Ende der Drossel 42c dient als Ausgangsleitung der Abwärtswandlerschaltungseinheit 42, die sich auf dem höheren Potential befindet.
Die Stromsteuerungseinheit 44 steuert das Schaltelement 42a mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM) so an, dass der erfasste Stromwert 43a dem Stromanweisungswert 4a entspricht.
Bei der ersten Ausführungsform kann der Ausgangsstrom 45 der Stromversorgungsvorrichtung 10 auch als Drosselstrom 45 bezeichnet werden.
Im Allgemeinen weist die Stromversorgungsvorrichtung, wenn es sich bei der Last um ein stromgesteuertes Element handelt, an der Ausgangsleitung ein Element zum Speichern von elektromagnetischer Energie auf, um Schwankungen des der Last zugeführten Strom gering zu halten. Wenn es sich bei der Last um ein stromgesteuertes Element handelt, wird als Element zum Speichern elektromagnetischer Energie üblicherweise eine Drossel verwendet.
Bei der ersten Ausführungsform besteht die Funktion der Drossel 42c im Heruntersetzen der Spannung in der Abwärtswandlerschaltungseinheit 42 und auch im Speichern von elektromagnetischer Energie, um Schwankungen des der lichtemittierenden Einheit 3 zugeführten Stroms 24 zu mindern.
Die auf dem höheren Potential liegende Ausgangsleitung der Stromversorgungsvorrichtung 10 ist mit dem anodenseitigen Ende der lichtemittierenden Einheit 3 verbunden, während die auf dem niedrigeren Potential liegende Ausgangsleitung der Stromversorgungsvorrichtung 10 mit dem kathodenseitigen Ende der lichtemittierenden Einheit 3 verbunden ist. Diese Konfiguration ermöglicht ein Zuführen des Stroms 24 von der Stromversorgungsvorrichtung 10 zur lichtemittierenden Einheit 3.
Bei der ersten Ausführungsform kann der zur lichtemittierenden Einheit 3 fließende Strom 24 auch als Lichtemissionseinheitsstrom 24 bezeichnet werden.
Wie oben beschrieben ermöglicht die Stromausgabeeinheit 40 eine Steuerung, bei der der Drosselstrom 45 ein dem Stromanweisungswert 4a entsprechender Strom wird. Da die Stromausgabeeinheit 40 in der Drossel 42c jedoch elektromagnetische Energie speichert, verändert sich der Drosselstrom 45 langsamer als sich der Stromanweisungswert 4a ändert. Aufgrund der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie und da kein Element zum Verbrauchen der in der Drossel 42c gespeicherten Energie vorhanden ist, verringert die Stromausgabeeinheit 40 den Drosselstrom 45 insbesondere dann langsam, wenn der Stromanweisungswert 4a von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert abgeändert wird. Dies kann dazu führen, dass, wenn der Stromanweisungswert 4a von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert geändert wird, ein Strom zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt, der größer als der Stromanweisungswert 4a ist, wodurch möglicherweise verhindert wird, dass das Laserdioden-Stromversorgungsgerät 1 eine adäquate Bearbeitung vornehmen kann.
Daher ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 bei der ersten Ausführungsform eine Steuerung, bei der der Lichtemissionseinheitsstrom 24 ein dem Stromanweisungswert 4a entsprechender Strom wird.
Diese Funktionsweise ermöglicht, dass die Stromsteuerungsvorrichtung 20 den Lichtemissionseinheitsstrom 24 schnell ändern kann, wenn der Stromanweisungswert 4a von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert abgeändert wird. Dadurch kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Lichtemission der lichtemittierenden Einheit 3 auch dann adäquat steuern, wenn der Stromanweisungswert 4a von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert wechselt. Dadurch ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Die Stromsteuerungsvorrichtung 20 umfasst ein parallel zur lichtemittierenden Einheit 3 geschaltetes Schaltelement 21, eine Snubberschaltung 22, die eine Überspannung verringert, die an den beiden Enden des Schaltelements 21 bei einem Übergang des Schaltelements 21 von einem Einzustand in einen Auszustand auftritt, und eine PWM-Steuerungsschaltungseinheit 23, die eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vornimmt, um eine Steuerung zu ermöglichen, bei der der Lichtemissionseinheitsstrom 24 ein dem Stromanweisungswert 4a entsprechender Strom wird.
Die Snubberschaltung 22 umfasst eine Diode 22a, deren Anode mit dem sich auf einem höheren Potential befindenden Anschluss des Schaltelements 21 verbunden ist, einen Widerstand 22b, der parallel zur Diode 22a geschaltet ist, und einen Kondensator 22c, der mit der Kathode der Diode 22a und dem sich auf einem niedrigeren Potential befindenden Anschluss des Schaltelements 21 verbunden ist.
Der Durchlasswiderstand des Schaltelements 21 ist wesentlich kleiner als der Widerstand der lichtemittierenden Einheit 3; daher fließt, wenn sich das Schaltelement 21 im Einzustand befindet, der von der Stromversorgungsvorrichtung 10 ausgegebene Drosselstrom 45 zum Schaltelement 21 und nicht zur lichtemittierenden Einheit 3. Wenn sich das Schaltelement 21 im Auszustand befindet, fließt der von der Stromversorgungsvorrichtung 10 ausgegebene Drosselstrom 45 zur lichtemittierenden Einheit 3 und nicht zum Schaltelement 21.
Somit kann die PWM-Steuerungsschaltungseinheit 23 an dem Lichtemissionseinheitsstrom 24 eine Pulsweitenmodulation durchführen, indem sie eine Pulsweitenmodulationsteuerung des Schaltelements 21 vornimmt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Snubberschaltung 22 nicht erforderlich ist, wenn der Nennstrom der lichtemittierenden Einheit 3, d. h. der von der Stromversorgungsvorrichtung 10 ausgegebene Drosselstrom 45 so gering ist, dass die Überspannung die Durchbruchspannung des Schaltelements 21 nicht überschreitet.
Die bildliche Darstellung von 2 veranschaulicht einen Aufbau einer PWM-Steuerschaltungseinheit der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Die PWM-Steuerungsschaltungseinheit 23 umfasst eine Nachschlagetabelle 51 (LUT; von englisch look-up table), in der Bearbeitungsbedingungen wie der Stromanweisungswert 4a und ein Lichtemissionszeitsteuerungssignal 4b, das den Zeitpunkt des Beginns einer Lichtemission und den Zeitpunkt der Beendigung einer Lichtemission angibt, gespeichert sind, wobei der Stromanweisungswert 4a und das Lichtemissionszeitsteuerungssignal 4b von der CNC-Maschine 4 eingegeben werden.
Die Nachschlagetabelle 51 umfasst mehrere Bearbeitungsbedingungsspeicherbereiche 51-1 bis 51-n (wobei n eine Ganzzahl größer 1 ist), in denen jeweils ein Satz von Bearbeitungsbedingungen gespeichert ist. Die Bearbeitungsbedingungen von der CNC-Maschine 4 werden vorab abgerufen und in den Bearbeitungsbedingungsspeicherbereichen 51-1 bis 51-n gespeichert.
Die PWM-Steuerungsschaltungseinheit 23 weist eine Bearbeitungsbedingungsleseschaltung 52, die eine Bearbeitungsbedingung aus der Nachschlagetabelle 51 ausliest, und eine Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 auf, die ein Schaltsteuerungssignal 23a an das Schaltelement 21 auf Basis der von der Bearbeitungsbedingungsleseschaltung 52 ausgelesenen Bearbeitungsbedingung und dem erfassten Stromwert 43a ausgibt.
Nachfolgend wird ein Betriebsablauf der Stromsteuerungsvorrichtung 20 beschrieben.
Das Flussdiagramm von 3 veranschaulicht einen Betriebsablauf an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 4 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 4 veranschaulicht einen Signalverlauf des Stromanweisungswert 4a, einen Signalverlauf des Schaltsteuerungssignals 23a, einen Signalverlauf des Drosselstroms 45 und einen Signalverlauf des Lichtemissionseinheitsstroms 24.
Bei der ersten Ausführungsform wird in dem Bearbeitungsbedingungsspeicherbereich 51-1 ein erster Satz von Bearbeitungsbedingungen gespeichert, der einen ersten Stromanweisungswert 4a-1 und ein erstes Lichtemissionszeitsteuerungssignal umfasst, in dem Bearbeitungsbedingungsspeicherbereich 51-2 ein zweiter Satz von Bearbeitungsbedingungen gespeichert, der einen zweiten Stromanweisungswert 4a-2 und ein zweites Lichtemissionszeitsteuerungssignal umfasst, und in dem Bearbeitungsbedingungsspeicherbereich 51-3 ein dritter Satz von Bearbeitungsbedingungen gespeichert, der einen dritten Stromanweisungswert 4a-3 und ein drittes Lichtemissionszeitsteuerungssignal umfasst. Es wird angenommen, dass der erste Stromanweisungswert 4a-1 größer als der zweite Stromanweisungswert 4a-2 und der zweite Stromanweisungswert 4a-2 kleiner als der dritte Stromanweisungswert 4a-3 ist.
Der in 1 dargestellte Ablauf an der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 beginnt zu einem Zeitpunkt t₀ , bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission einsetzt.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 zum Zeitpunkt t₀ mit der Ausgabe des auf dem ersten Stromanweisungswert 4a-1 basierenden Drosselstroms 45.
Wie aus 3 ersichtlich bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S100, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert, d. h. der erste Stromanweisungswert 4a-1, ist.
Bei dem Zeitpunkt t₀ handelt es sich um den Zeitpunkt, an dem die erste Lichtemission einsetzt, und um den Zeitpunkt, am dem der Anstieg des Werts des Drosselstroms 45 beginnt. Daher bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S100, dass der Drosselstrom nicht größer als der erste Stromanweisungswert 4a-1 ist (Nein), und ermöglicht eine Weiterführung des Ablaufs mit Schritt S110.
In Schritt S110 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 statt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S112 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₁ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und zum Zeitpunkt t₁ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S114.
In Schritt S114 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet anschließend den Ablauf. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Einzustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 statt zur lichtemittierenden Einheit 3 zum Schaltelement 21 fließt.
Zum Zeitpunkt t₁ ermöglicht die Stromversorgungsvorrichtung 10 ferner eine Steuerung, bei der der Drosselstrom 45 zu einem dem zweiten Stromanweisungswert 4a-2 entsprechenden Strom wird. In der Drossel 42c der Stromversorgungsvorrichtung 10 ist jedoch wie oben beschrieben elektromagnetische Energie gespeichert, und abgesehen davon weist die Stromversorgungsvorrichtung 10 kein Element zum Verbrauch der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie auf; daher wird der Drosselstrom, wenn der Stromanweisungswert auf den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 geändert wird, der kleiner als der erste Stromanweisungswert 4a-1 ist, langsam verringert.
Während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t₁ zum Zeitpunkt t₂ für den in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Einsatz der Lichtemission nimmt der Drosselstrom 45 aufgrund der Beschaltungsverluste in dem Schaltelement 21, der Snubberschaltung 22 und der Diode 42b langsam ab.
Zum Zeitpunkt t₂ für den in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Einsatz der Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 3 dargestellten Ablauf erneut.
In Schritt S100 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert, d. h. der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist.
In Schritt S100 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, dass der Drosselstrom 45 größer als der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist (Ja) und ermöglicht, dass der Ablauf mit Schritt S102 fortgeführt wird, um die Pulsweitenmodulationssteuerung zu starten.
In Schritt S102 berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 berechnet das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung der untenstehenden Gleichung (1): $\begin{array}{l} (Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms) = (vorliegender Stromanweisungs- \\ wert/Drosselstrom) \end{array}$
Der Lichtemissionseinheitsstrom 24 fließt nicht, wenn sich das Schaltelement 21 in einem Einzustand befindet, und fließt, wenn sich das Schaltelement 21 in einen Auszustand befindet. Das bedeutet, dass der Lichtemissionseinheitsstrom 24 und das Schaltelement 21 einander entgegengesetzte logische Zustände aufweisen. Daher berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a unter Verwendung der untenstehenden Gleichung (2): $\begin{array}{l} (Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals) = (1 - (Tastverhältnis des Licht- \\ emissionseinheitsstroms) \end{array}$
Wenn beispielsweise der zweite Stromanweisungswert 4a-2 „10 A“ und der Drosselstrom 45 „50 A“ betragen, berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 als 10/50 = 0,2. Dadurch berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a zu (1-0,2) = 0,8.
In Schritt S104 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Dieser Betriebsablauf nimmt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet wurde, sodass die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann. Dadurch nimmt der Drosselstrom 45 um den Betrag ab, der der in der lichtemittierenden Einheit 3 verbrauchten elektromagnetischen Energie entspricht.
In Schritt S106 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis eine Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation abgelaufen ist (Nein). Nach Ablauf einer Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation (Ja), wird der Ablauf mit Schritt S108 fortgesetzt.
Beispiele für den Signalverlauf eines Trägersignals für die Pulsweitenmodulation umfassen einen dreieckförmigen Signalverlauf und einen sägezahnförmigen Signalverlauf.
In Schritt S108 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht hat.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S108 bestimmt, das der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 noch nicht erreicht hat (Nein), dann wird der Ablauf mit Schritt S102 fortgeführt.
Das bedeutet, dass die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Schritte S102 bis S108 während jeder Periode des Trägersignals erneut ausführt, bis der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht hat.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 andererseits in Schritt S108 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht hat (Ja), dann beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Pulsweitenmodulationssteuerung und ermöglicht eine Fortführung des Ablaufs mit Schritt S110. Dieser Betriebsablauf wird ausgeführt, da das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24, wenn der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht, 1,0 wird, was besagt, dass das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a (1 - 1,0) = 0 wird, sodass die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 eine Steuerung ermöglichen kann, die einen Übergang des Schaltelements 21 in einen Auszustand ermöglicht.
Wie aus 4 ersichtlich beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, wenn der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 an dem hinter dem Zeitpunkt t₂ gelegenen Zeitpunkt t₃ erreicht, die Pulsweitenmodulationssteuerung und schaltet das Schaltsteuerungssignals 23a aus, um eine Steuerung zu auszubilden, die einen Übergang des Schaltelements 21 in einen Auszustand ermöglicht.
5 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Das Diagramm von 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts 61 des Lichtemissionseinheitsstroms 24 von 4 zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃ .
Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₂ weicht der Drosselstrom 45 deutlich vom zweiten Stromanweisungswert 4a-2 ab. Da die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie im Verlauf der Zeit in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht wird, nimmt der Unterschied zwischen dem Wert des Drosselstroms 45 und dem zweiten Stromanweisungswert 4a-2 ab. Daher nimmt das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 im Laufe der Zeit zu. Das bedeutet, dass die Länge 63 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₃ größer als die Länge 62 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₂ ist. Die Amplitude des Lichtemissionseinheitsstroms 24, die der Amplitude des Drosselstroms 45 entspricht, nimmt mit der Zeit ab. Eine gestrichelte Linie 64 gibt den Durchschnittswert des Lichtemissionseinheitsstroms 24 zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃ an.
Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₂ überschreitet die Amplitude eines Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 vorübergehend den zweiten Stromanweisungswert 4a-2. Durch die Verwendung einer Trägersignalfrequenz für die Pulsweitenmodulationssteuerung in der Größenordnung von mehreren hundert Kilohertz kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Länge des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung jedoch verringern. Dadurch kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Einwirkungen auf das Werkstück verringern.
Die graphische Darstellung von 6 veranschaulicht Spuren eines von einer lichtemittierenden Einheit emittierten Strahls an einer Bearbeitungsoberfläche, wobei die lichtemittierende Einheit mit dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät angesteuert wurde, das die Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst. Die Darstellung von 6 veranschaulicht die Spuren eines Strahls 71, der während einer sich vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₃ erstreckenden Zeitspanne auf eine Bearbeitungsoberfläche 70 emittiert wurde. Die Bewegungsrichtung des Strahls 71 ist durch einen Pfeil 72 angedeutet.
Während einer sich vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₃ erstreckenden Zeitspanne ist die lichtemittierende Einheit 3 pulsweitenmodulationsgesteuert, sodass die lichtemittierende Einheit 3 Licht mit Unterbrechungen emittiert. Daher erfolgt die Emission des Strahls 71 auf die Bearbeitungsoberfläche 70 wie in 6 gezeigt mit Unterbrechungen.
6 veranschaulicht die Spuren des Strahls 71, wenn für die Pulsweitenmodulationssteuerung eine Trägersignalfrequenz in der Größenordnung von mehreren Kilohertz bis mehreren zehn Kilohertz verwendet wird. In diesem Fall kann, obwohl die lichtemittierende Einheit 3 aufgrund der Pulsweitenmodulationssteuerung das Licht mit Unterbrechungen emittiert, eine Bearbeitungsqualität erzielt werden, die nahezu so hoch wie eine Bearbeitungsqualität ist, die erzielt wird, wenn die lichtemittierende Einheit 3 Licht ohne Pulsweitenmodulationssteuerung kontinuierlich emittiert.
7 zeigt eine andere graphische Darstellung, in der Spuren eines von einer lichtemittierenden Einheit emittierten Strahls an einer Bearbeitungsoberfläche dargestellt sind, wobei die lichtemittierende Einheit mit dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät angesteuert wurde, das die Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform umfasst. Die Darstellung von 7 veranschaulicht die Spuren eines Strahls 81, der während einer sich vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₃ erstreckenden Zeitspanne auf eine Bearbeitungsoberfläche 70 emittiert wurde. Die Bewegungsrichtung des Strahls 81 ist durch einen Pfeil 82 angedeutet.
Da bei der Laserbearbeitung eine hohe Produktivität gefordert ist, wird zum Verfahren des Strahls 71 auf der Bearbeitungsoberfläche 70 häufig eine Geschwindigkeit, d. h. eine Bearbeitungsgeschwindigkeit, von etwa 10 m pro Minute bis 50 m pro Minute verwendet. In dieser Hinsicht führt die Verwendung eines Trägersignals für die Pulsweitenmodulationssteuerung in der Größenordnung von mehreren hundert Kilohertz und die Verwendung einer Impulsfrequenz des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in der Größenordnung von mehreren hundert Kilohertz zu einer Bearbeitung der Bearbeitungsoberfläche 70 von etwa mehreren Mikrometern.
Eine Verwendung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 10 m pro Minute auf der Bearbeitungsoberfläche 70 führt zum Beispiel dazu, dass der Abstand zwischen den Impulsen des Lichtemissionseinheitsstroms 24 bei 100 kHz 1,67 µm beträgt. Im Vergleich zum kleinstmöglichen Strahldurchmesser von etwa 100 µm, wie er bei der Laserblechbearbeitung verwendet wird, ist der Abstand zwischen den Impulsen des Lichtemissionseinheitsstroms 24 von 1,67 µm kleiner gleich dem Strahldurchmesser von 100 µm. Daher wird mit einer höheren Trägersignalfrequenz für die Pulsweitenmodulationssteuerung eine größere Überlappung zwischen den Spuren des Strahls erreicht. Dadurch wird eine Bearbeitungsqualität erzielt, die nahezu so hoch ist wie eine Bearbeitungsqualität, die erreicht wird, wenn die lichtemittierende Einheit 3 das Licht ohne Pulsweitenmodulationssteuerung kontinuierlich emittiert.
Die Beschreibung widmet sich nun wieder dem Betriebsablauf an der Stromsteuerungsvorrichtung 20.
Wie aus 3, auf die erneut Bezug genommen wird, ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a in Schritt S110 ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt. Dabei hat der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht, sodass der Drosselstrom 45 geeigneterweise zur lichtemittierenden Einheit 3 anstatt zum Schaltelement 21 fließt.
In Schritt S112 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₄ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und ermöglicht zum Zeitpunkt t₄ (Ja), dass der Ablauf mit Schritt S114 fortgeführt wird.
In Schritt S114 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet dann den Ablauf. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Einzustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zur lichtemittierenden Einheit 3 zum Schaltelement 21 fließt.
Während eines sich vom Zeitpunkt t₄ zum Zeitpunkt t₅ erstreckenden Zeitraums zum Starten einer in dem dritten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Lichtemission nimmt der Drosselstrom 45 aufgrund der Beschaltungsverluste in dem Schaltelement 21, der Snubberschaltung 22 und der Diode 42b allmählich ab.
Am Zeitpunkt t₅ zum Starten der in dem dritten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 3 dargestellten Ablauf erneut.
Zum Zeitpunkt t₅ ermöglicht die Stromausgabeeinheit 40 ferner eine Steuerung, bei der der Drosselstrom 45 zu einem dem dritten Stromanweisungswert 4a-3 entsprechenden Strom wird. Wenn der Stromanweisungswert auf den dritten Stromanweisungswert 4a-3 abgeändert wird, der größer als der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist, erhöht die Stromausgabeeinheit 40 die Menge der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie, um den Drosselstrom 45 zu erhöhen. In diesem Fall kann die Konstantspannungsausgabeeinheit 30 für die Versorgung der Stromausgabeeinheit 40 mit elektrischer Energie mehr elektrische Energie von der Systemstromversorgung 2 aufnehmen. Dadurch nimmt der Drosselstrom 45 in der Stromausgabeeinheit 40 schneller zu als der Drosselstrom 45 abnimmt.
In Schritt S100 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegenden Stromanweisungswert, d. h. der dritte Stromanweisungswert 4a-3 ist.
In Schritt S100 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, dass der Drosselstrom 45 kleiner als der dritte Stromanweisungswert 4a-3 ist (Nein) und ermöglicht die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S110.
In Schritt S110 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und bewirkt dadurch, dass der Drosselstrom 45 anstatt in das Schaltelement 21 in die lichtemittierende Einheit 3 fließt.
Die darauf folgenden Vorgänge an der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 gleichen den oben beschriebenen, sodass deren Beschreibung unterlassen wird.
Wie oben beschrieben nimmt die Stromsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor, um solange eine Pulsweitenmodulation des Lichtemissionseinheitsstroms 24 vorzunehmen bis der Drosselstrom 45 den vorliegenden Stromanweisungswert 4a erreicht, wenn der Drosselstrom 45 beim Start des Lichtemissionseinheitsstroms 24 größer als der vorliegende Stromanweisungswert 4a ist, wodurch die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann und die lichtemittierende Einheit 3 gleichzeitig Licht emittieren kann.
Daher kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 den Lichtemissionseinheitsstrom 24 auch dann, wenn die Stromversorgungsvorrichtung 10 den Drosselstrom 45 langsam verringert, geeignet steuern und bewirken, dass die lichtemittierende Einheit 3 adäquat Licht emittiert. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass nur bei Betrachtung der sich vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₃ erstreckenden Zeitspanne in 4 zu sehen ist, dass der Wert des Lichtemissionseinheitsstroms 24 vom dem Stromanweisungswert 4a leicht abweicht. Bei Betrachtung des gesamten Zeitraums der Lichtemission, der sich vom Zeitpunkt t₂ zum Zeitpunkt t₄ erstreckt, ist zu sehen, dass der Wert des Lichtemissionseinheitsstroms 24 im Allgemeinen mit dem Stromanweisungswert 4a übereinstimmt. Daher ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine geeignete Bearbeitung eines Werkstücks.
Zudem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass die lichtemittierende Einheit 3 die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie verbraucht. Dadurch besteht keine Notwendigkeit, dass die Stromsteuerungsvorrichtung 20 ein weiteres Element zum Verbrauchen der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie enthält.
Durch die Stromsteuerungsvorrichtung 20 können daher die Anzahl der Komponenten reduziert, der Platzbedarf verringert und die Kosten gesenkt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einer so großen Anlage wie einer Lasermaschine die Stromversorgungsvorrichtung 10 und die lichtemittierende Einheit 3 häufig an voneinander getrennten Stellen angeordnet sind. In einem solchen Fall kann die Leitung zwischen dem Schaltelement 21 und der lichtemittierenden Einheit 3 lang werden und aufgrund parasitärer Induktivitäten der Leitung zu Schwierigkeiten bei einer adäquaten Steuerung des Lichtemissionseinheitsstroms 24 führen.
Daher sollten sowohl das Schaltelement 21 als auch die lichtemittierende Einheit 3 innerhalb eines Moduls angeordnet werden.
Die graphische Darstellung von 8 veranschaulicht ein Beispiel für eine Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Ein Modul 90 enthält das Schaltelement 21, die lichtemittierende Einheit 3 und ein optisches System 91.
Die lichtemittierende Einheit 3 umfasst mehrere Laserdiodeneinheiten 92, die in Reihe geschaltet sind. Jede der Laserdiodeneinheiten 92 umfasst eine Laserdiodenleiste 93, bei der es sich um die eigentliche Laserdiode handelt und die die Form einer Leiste besitzt, Elektroden 94, die den Strom zur Laserdiodenleiste 93 leiten, und einen Kühlkörper 95 zum Ableiten von Wärme aus der Laserdiodenleiste 93.
Die jeweils von den mehreren Laserdiodeneinheiten 92 ausgegebenen mehreren Lichtstrahlen 96 sind auf das optische System 91 gerichtet. Beispiele für das optische System 91 umfassen eine Linse und einen Spiegel. Das optische System 91 nimmt die mehreren Lichtstrahlen 96 auf und führt sie zu einem Lichtstrahl 97 zusammen und gibt den Lichtstrahl 97 an eine Lichtleitfaser aus.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Snubberschaltung 22 und die PWM-Steuerungsschaltungseinheit 23 in dem Modul 90 oder in der Stromversorgungsvorrichtung 10 befinden können.
Bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform kann, indem sowohl das Schaltelement 21 als auch die lichtemittierende Einheit 3 in einem Modul 90 angeordnet werden, die zwischen dem Schaltelement 21 und der lichtemittierenden Einheit 3 verwendete Leitung kürzer sein, wodurch parasitäre Induktivitäten der Leitung zwischen dem Schaltelement 21 und der lichtemittierenden Einheit 3 verringert werden können. Dadurch wird erreicht, dass die Stromsteuerungsvorrichtung 20 den Lichtemissionseinheitsstrom 24 schnell ändern und den Lichtemissionseinheitsstrom 24 damit adäquat steuern kann. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Die graphische Darstellung von 9 veranschaulicht eine andere Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Das Modul 100 enthält eine lichtemittierende Einheit 101 und das optische System 91.
Die lichtemittierende Einheit 101 umfasst mehrere Laserdiodeneinheiten 102, die in Reihe geschaltet sind. Jede der Laserdiodeneinheiten 102 umfasst eine Laserdiodenleiste 103 auf, bei der es sich um die eigentliche Laseriode handelt, Elektroden 104, die den Strom zur Laserdiodenleiste 103 leiten, einen Kühlkörper 105 zum Ableiten von Wärme aus der Laserdiodenleiste 103 und ein parallel zur Laserdiodenleiste 103 geschaltetes Schaltelement 21.
Die Laserdiodenleiste 103 und das Schaltelement 21 können auf einem Halbleiterchip ausgebildet sein.
Das Schalten der jeweils in den mehreren Laserdiodeneinheiten 102 enthaltenen mehreren Schaltelemente 21 wird mithilfe eines einzigen Schaltsteuerungssignals 23a gesteuert.
Bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform ist der Vorgang zum Anbringen des Schaltelements 21 an der lichtemittierenden Einheit 101 nicht erforderlich. Dadurch ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses für das Modul 100. Außerdem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Senkung der Herstellungskosten des Moduls 100.
Die graphische Darstellung von 10 veranschaulicht eine weitere andere Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Das Modul 110 enthält eine lichtemittierende Einheit 111 und das optische System 91.
Die lichtemittierende Einheit 111 umfasst einen einzigen Kühlkörper 112, mehrere Laserdiodenleisten 113, die auf dem Kühlkörper 112 angebracht und seriell miteinander verbunden sind, mehrere Schaltelemente 21, die jeweils parallel zu den mehreren Laserdiodenleisten 113 geschaltet sind, und zwei Elektroden 114, die den Strom zu den Laserdiodenleisten 113 leiten.
Bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform können die Laserdiodenleisten 113 den einen Kühlkörper 112 und die beiden Elektroden 114 gemeinsam nutzen. Dadurch können bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Anzahl der Komponenten und die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses für das Modul 110. Außerdem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Senkung der Herstellungskosten des Moduls 110.
Die graphische Darstellung von 11 veranschaulicht noch eine weitere Realisierung der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Das Modul 120 enthält eine lichtemittierende Einheit 121 und das optische System 91.
Die lichtemittierende Einheit 121 umfasst einen Kühlkörper 122, mehrere Laserdiodenleisten 123, die auf dem Kühlkörper 122 angebracht und seriell miteinander verbunden sind, das einzige Schaltelement 21, das parallel zu den mehreren Laserdiodenleisten 123 geschaltet ist, und zwei Elektroden 124, die den Strom zu die Laserdiodenleisten 123 leiten.
Bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform können die Laserdiodenleisten 123 das Schaltelement 21, den einzigen Kühlkörper 122 und die beiden Elektroden 124 gemeinsam nutzen. Dadurch können bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Anzahl der Komponenten und die Anzahl der Herstellungsschritte für das Modul 120 verringert werden. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses für das Modul 120. Außerdem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine Senkung der Herstellungskosten des Moduls 120.
Vergleicht man außerdem das in 11 dargestellte Modul 120 mit dem in 8 dargestellten Modul 90, dann ist das in 11 dargestellte Modul 120 so ausgebildet, dass das Schaltelement 21 auf dem Kühlkörper 122 angebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht, dass der Kühlkörper 122 sowohl die Laserdiodenleisten 123 als auch das Schaltelement 21 kühlt. Damit kann bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 eine wärmebedingte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Schaltelements 21 verhindert und der Lichtemissionseinheitsstrom 24 somit adäquat gesteuert werden. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Zweite Ausführungsform
12 zeigt eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst. Ein Laserdioden-Stromversorgungsgerät 130 gemäß der zweiten Ausführungsform weist im Vergleich zum in 1 veranschaulichten Laserdioden-Stromversorgungsgerät 1 gemäß der ersten Ausführungsform anstelle der Stromversorgungsvorrichtung 10 eine Stromversorgungsvorrichtung 140 auf.
Die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Stromversorgungsvorrichtung 10 umfasst die Abwärtswandlerschaltungseinheit 42, die eine von der Gleichspannungsumwandlungseinheit 41 angelegte Gleichspannung in eine niedrigere Gleichspannung umwandelt.
Die bei der zweiten Ausführungsform beschriebene Stromversorgungsvorrichtung 140 enthält keine Abwärtswandlerschaltungseinheit 42. Wenn die Laserausgangsleistung der lichtemittierenden Einheit 3 gering ist und die erforderliche Stromversorgungskapazität somit gering sein kann, kann die Abwärtswandlerschaltungseinheit 42 weggelassen werden.
Die Stromversorgungsvorrichtung 140 umfasst einen Transformator 141, der die von der Invertereinheit 32 an die Primärwicklung des Transformators 141 angelegte Wechselspannung umwandelt und die umgewandelte Wechselspannung über die Sekundärwicklung des Transformators 141 ausgibt, eine Diode 142, deren Anode mit einem Ende der Sekundärwicklung des Transformators 141 verbunden ist, und eine Diode 143, deren Anode mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des Transformators 141 verbunden ist.
Die Kathoden der Dioden 142 und 143 sind mit einem Ende der Drossel 42c verbunden. An den Dioden 142 und 143 erfolgt eine Vollweggleichrichtung der Spannung von der Sekundärwicklung des Transformators 141, wobei die so gleichgerichtete Spannung an die Drossel 42c ausgegeben wird.
Ein Anzapfanschluss an der Sekundärwicklung des Transformators 141 fungiert als Ausgangsleitung mit niedrigerem Potential und ist mit der Kathodenseite der lichtemittierenden Einheit 3 verbunden.
Die Stromversorgungsvorrichtung 140 weist eine Stromsteuereinheit 144 auf, die als Eingabe den erfassten Stromwert 43a erhält und die Invertereinheit 32 so steuert, dass der Drosselstrom ein dem Stromanweisungswert 4a entsprechender Strom wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass auf die Drossel 42c verzichtet werden kann, wenn anstatt der Drossel 42c eine Streuinduktivität des Transformators 141 verwendet werden kann.
Bei dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät 130 der zweiten Ausführungsform können der Schaltungsumfang und die Anzahl der Komponenten verringert werden. Somit können bei dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät 130 der Platzbedarf und damit die Produktgröße reduziert werden, Außerdem können bei dem Laserdioden-Stromversorgungsgerät 130 die Kosten gesenkt werden.
Dritte Ausführungsform
Der Aufbau eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts mit einer Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ähnelt dem Aufbau des Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 1 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform bzw. dem Aufbau des Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 130 gemäß der in 12 dargestellten zweiten Ausführungsform, sodass deren Darstellung und Beschreibung unterlassen wird.
Das Flussdiagramm von 13 veranschaulicht einen Betriebsablauf an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. Das Signalverlaufsdiagramm von 14 dient zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 14 veranschaulicht einen Signalverlauf des Stromanweisungswerts 4a, einen Signalverlauf des Schaltsteuerungssignals 23a, einen Signalverlauf des Drosselstroms 45 und einen Signalverlauf des Lichtemissionseinheitsstroms 24.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 beginnt mit dem in 13 dargestellten Ablauf zum Zeitpunkt t₁₀ , bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission einsetzt.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₁₀ mit der Ausgabe des auf dem ersten Stromanweisungswert 4a-1 basierenden Drosselstroms 45.
Wie aus 13 ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S200 das Schaltsteuerungssignal 23a ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 statt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S202 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₁₁ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und zum Zeitpunkt t₁₁ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S204.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₁₁ eine Steuerung ermöglicht, bei der der Drosselstrom 45 „0 A“ wird. In der Drossel 42c der Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 ist jedoch wie oben beschrieben elektromagnetische Energie gespeichert, wobei die Stromversorgungsvorrichtung 10 abgesehen davon kein Element zum Verbrauch der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie aufweist. Somit ist das Ansprechen auf eine Verringerung des Drosselstroms 45 gering.
In Schritt S204 berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 berechnet das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung der untenstehenden Gleichung (3): $(Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms) = (X/Drosselstrom)$
X bedeutet hierbei eine positive Konstante. X wird unter Berücksichtigung mehrerer Bedingungen bestimmt. Mit einem größeren X kann sich der Drosselstrom 45 schneller an „0 A“ annähern. Mit einem kleineren X kann der Lichtemissionseinheitsstrom 24 reduziert werden, und hierdurch kann die Intensität des von der lichtemittierenden Einheit 3 emittierten Lichts entsprechend reduziert werden, wodurch die Einwirkung auf das Werkstück verringert wird.
Dann berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a unter Verwendung der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichung (2).
In Schritt S206 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Dieser Betriebsablauf nimmt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (3) berechnet wurde, sodass die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann. Dadurch nimmt der Drosselstrom 45 um den Betrag ab, der der in der lichtemittierenden Einheit 3 verbrauchten elektromagnetischen Energie entspricht.
In Schritt S208 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis eine Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation abgelaufen ist (Nein). Nach Ablauf einer Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation (Ja), wird der Ablauf mit Schritt S210 fortgesetzt.
In Schritt S210 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 höher als „0 A“ ist.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S210 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 höher als „0 A“ ist (Ja), dann wird der Ablauf mit Schritt S204 fortgesetzt.
Das bedeutet, dass die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Schritte S204 bis S210 während jeder Periode des Trägersignals erneut ausführt, bis der Drosselstrom 45 „0 A“ erreicht hat.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 andererseits in Schritt S210 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 nicht höher als „0 A“ ist, das heißt, dass der Drosselstrom 45 „0 A“ erreicht hat (Nein), beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Pulsweitenmodulationssteuerung und ermöglicht eine Fortführung des Ablaufs mit Schritt S212.
In Schritt S212 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet anschließend den Ablauf.
Wie aus 14 ersichtlich beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, wenn der Drosselstrom 45 „0 A“ an dem nach dem Zeitpunkt t₁₁ gelegenen Zeitpunkt t₁₂ erreicht, die Pulsweitenmodulationssteuerung und schaltet das Schaltsteuerungssignal 23a an, um eine Steuerung zu auszubilden, die einen Übergang des Schaltelements 21 in einen Einzustand ermöglicht.
15 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. Das Diagramm von 15 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts 241 des Lichtemissionseinheitsstroms 24 von 14 zwischen dem Zeitpunkt t₁₁ und dem Zeitpunkt t₁₂ .
Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₁₁ weicht der Drosselstrom 45 deutlich von „0 A“ ab. Da die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie im Verlauf der Zeit in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht wird, nimmt der Unterschied zwischen dem Drosselstrom 45 und „0 A“ ab. Dadurch nimmt das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 im Laufe der Zeit zu. Das bedeutet, dass die Länge 243 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₁₂ größer als die Länge 242 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₁₁ ist. Die Amplitude des Lichtemissionseinheitsstroms 24, die der Amplitude des Drosselstroms 45 entspricht, nimmt mit der Zeit ab. Eine gestrichelte Linie 244 gibt den Durchschnittswert des Lichtemissionseinheitsstroms 24 zwischen dem Zeitpunkt t₁₁ und dem Zeitpunkt t₁₂ an.
Am Zeitpunkt t₁₃ zum Starten der in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 13 dargestellten Ablauf erneut.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₁₃ mit der Ausgabe des Drosselstroms 45 auf Basis des zweiten Stromanweisungswerts 4a-2.
Wie aus 13 ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a in Schritt S200 ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S202 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₁₄ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und ermöglicht zum Zeitpunkt t₁₄ (Ja), dass der Ablauf mit Schritt S204 fortgeführt wird.
In Schritt S204 berechnet die Schaltsteuerungssignaler-zeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 berechnet das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung von Gleichung (3).
Anschließend berechnet die Schaltsteuerungssignaler-zeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a unter Verwendung von Gleichung (2), die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₁₄ eine Steuerung ermöglicht, bei der der Drosselstrom 45 „0 A“ wird. In der Drossel 42c der Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 ist jedoch wie oben beschrieben elektromagnetische Energie gespeichert, wobei die Stromversorgungsvorrichtung 10 abgesehen davon kein Element zum Verbrauch der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie aufweist. Somit ist das Ansprechen auf eine Verringerung des Drosselstroms 45 gering.
In Schritt S206 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Dieser Betriebsablauf nimmt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (3) berechnet wurde, sodass die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann. Dadurch nimmt der Drosselstrom 45 um den Betrag ab, der der in der lichtemittierenden Einheit 3 verbrauchten elektromagnetischen Energie entspricht.
In Schritt S208 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis eine Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation abgelaufen ist (Nein). Nach Ablauf einer Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation (Ja), wird der Ablauf mit Schritt S210 fortgesetzt.
In Schritt S210 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 höher als „0 A“ ist.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S210 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 höher als „0 A“ ist (Ja), dann wird der Ablauf mit Schritt S204 fortgesetzt.
Das bedeutet, dass die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Schritte S204 bis S210 während jeder Periode des Trägersignals solange erneut ausführt, bis der Drosselstrom 45 „0 A“ erreicht hat.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 andererseits in Schritt S210 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 nicht höher als „0 A“ ist, das heißt, dass der Drosselstrom 45 „0 A“ erreicht hat (Nein), beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Pulsweitenmodulationssteuerung zum Zeitpunkt t₁₅ und ermöglicht eine Fortführung des Ablaufs mit Schritt S212.
In Schritt S212 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet anschließend den Ablauf.
Am Zeitpunkt t₁₆ zum Starten der in dem dritten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 13 dargestellten Ablauf erneut.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₁₆ mit der Ausgabe des Drosselstroms 45 auf Basis des dritten Stromanweisungswerts 4a-3.
Wie aus 13 ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a in Schritt S200 ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
Die anschließenden Betriebsabläufe der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 ähneln den oben beschriebenen, sodass deren Beschreibung unterlassen wird.
Wie oben beschrieben nimmt die Stromsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der dritten Ausführungsform eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor, um, wenn der Drosselstrom 45 bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms 24 höher als „0 A“ ist, solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung der lichtemittierenden Einheit 3 zu ermöglichen, bis der Drosselstrom 45 „0 A“ erreicht, wodurch die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann.
Dadurch kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 selbst dann, wenn die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den Drosselstrom 45 langsam verringert, den Lichtemissionseinheitsstrom 24 adäquat steuern und so bewirken, dass die lichtemittierende Einheit 3 adäquat Licht emittiert. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Zudem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass die lichtemittierende Einheit 3 die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie verbraucht. Dadurch besteht keine Notwendigkeit zur Aufnahme eines Elements in die Stromsteuerungsvorrichtung 20, das die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie verbraucht.
Somit können bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Anzahl der Komponenten reduziert, die Grundfläche verringert und die Kosten gesenkt werden.
Vierte Ausführungsform
Der Aufbau eines Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromsteuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform aufweist, ähnelt dem Aufbau des in 1 dargestellten Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 1 gemäß der ersten Ausführungsform bzw. dem Aufbau des in 12 dargestellten Aufbaus des Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 130 gemäß der zweiten Ausführungsform, sodass dessen Darstellung und Beschreibung unterlassen wird.
Das Flussdiagramm von 16 veranschaulicht einen Betriebsablauf an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 17 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 17 veranschaulicht einen Signalverlauf des Stromanweisungswert 4a, einen Signalverlauf des Schaltsteuerungssignals 23a, einen Signalverlauf des Drosselstroms 45 und einen Signalverlauf des Lichtemissionseinheitsstrom 24.
Der in 16 dargestellte Ablauf an der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 beginnt zu einem Zeitpunkt t₂₀ , bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission einsetzt.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₂₀ mit der Ausgabe des auf dem ersten Stromanweisungswert 4a-1 basierenden Drosselstroms 45.
Wie aus 16 ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S300 das Schaltsteuerungssignal 23a ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S302 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₂₁ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und zum Zeitpunkt t₂₁ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S304.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₂₁ eine Steuerung ermöglicht, bei der der Drosselstrom 45 ein dem zweiten Stromanweisungswert 4a-2 entsprechender Strom wird. In der Drossel 42c der Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 ist jedoch wie oben beschrieben elektromagnetische Energie gespeichert, wobei die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 abgesehen davon kein Element zum Verbrauch der in der Drossel 42c gespeicherten elektromagnetischen Energie aufweist; daher wird der Drosselstrom 45, wenn der Stromanweisungswert in den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 geändert wird, der kleiner als der erste Stromanweisungswert 4a-1 ist, langsam verringert.
In Schritt S304 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 größer als der nächste Stromanweisungswert, d. h. der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S304 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 größer als der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist (Ja), wird der Ablauf mit Schritt S306 fortgeführt.
In Schritt S306 berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 berechnet das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung der nachfolgend angegebenen Gleichung (4): $\begin{array}{l} (Tastverhältnis des Lichtmessionseinheitsstroms) = (Nachfolgender \\ Stromanweisungswert/Drosselstrom) \end{array}$
Danach berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a unter Verwendung der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichung (2).
In Schritt S308 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Hierdurch erfolgt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (4) berechnet wurde, wodurch die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann. Dadurch nimmt der Drosselstrom 45 um den Betrag ab, der der in der lichtemittierenden Einheit 3 verbrauchten elektromagnetischen Energie entspricht.
In Schritt S310 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis eine Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation abgelaufen ist (Nein). Nach Ablauf einer Periode des Trägersignals für die Pulsweitenmodulation (Ja), wird der Ablauf mit Schritt S304 fortgesetzt.
Das bedeutet, dass die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Schritte S304 bis S310 während jeder Periode des Trägersignals solange erneut ausführt, bis der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht hat.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S304 andererseits bestimmt, dass der Drosselstrom 45 nicht größer ist als der nächste Stromanweisungswert, d. h. der zweite Stromanweisungswert 4a-2, das bedeutet, dass der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 erreicht hat (Nein), beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Pulsweitenmodulationssteuerung und ermöglicht, dass der Ablauf mit Schritt S312 fortgesetzt werden kann.
In Schritt S312 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet daraufhin den Ablauf.
Wie aus 17 ersichtlich beendet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, wenn der Drosselstrom 45 den zweiten Stromanweisungswert 4a-2 an dem nach dem Zeitpunkt t₂₁ gelegenen Zeitpunkt t₂₂ erreicht, die Pulsweitenmodulationssteuerung und schaltet das Schaltsteuerungssignal 23a an, um eine Steuerung zu auszubilden, die einen Übergang des Schaltelements 21 in einen Einzustand ermöglicht.
Das Signalverlaufsdiagramm von 18 dient zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. Das Diagramm von 18 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts 151 des Lichtemissionseinheitsstroms 24 von 17 zwischen dem Zeitpunkt t₂₁ und dem Zeitpunkt t₂₂ .
Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₂₁ weicht der Drosselstrom 45 deutlich vom zweiten Stromanweisungswert 4a-2 ab. Da die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie im Verlauf der Zeit in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht wird, nimmt der Unterschied zwischen dem Wert des Drosselstroms 45 und dem zweiten Stromanweisungswert 4a-2 ab. Daher nimmt das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 im Laufe der Zeit zu. Das bedeutet, dass die Länge 153 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar vor dem Zeitpunkt t₂₂ größer als die Länge 152 des Impulses des Lichtemissionseinheitsstroms 24 in Zeitrichtung unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₂₁ ist. Die Amplitude des Lichtemissionseinheitsstroms 24, die der Amplitude des Drosselstroms 45 entspricht, nimmt mit der Zeit ab. Eine gestrichelte Linie 154 gibt den Durchschnittswert des Lichtemissionseinheitsstroms 24 zwischen dem Zeitpunkt t₂₁ und dem Zeitpunkt t₂₂ an.
Zum Zeitpunkt t₂₃ für den in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Einsatz der Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 16 dargestellten Ablauf erneut.
Wie aus 16 ersichtlich ist, schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a in Schritt S300 ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S302 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₂₄ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und zum Zeitpunkt t₂₄ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S304.
In Schritt S304 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 größer als der nachfolgende Stromanweisungswert, d. h. der dritte Stromanweisungswert 4a-3, ist.
Wenn die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S304 bestimmt, dass der Drosselstrom 45 nicht größer als dritte Stromanweisungswert 4a-3 ist (Nein), wird der Ablauf mit Schritt S312 fortgesetzt.
In Schritt S312 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet anschließend den Ablauf. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Einzustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 zum Schaltelement 21 anstatt zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
Zum Zeitpunkt t₂₅ für den in dem dritten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Einsatz der Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 16 dargestellten Ablauf erneut.
Außerdem beginnt die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 zum Zeitpunkt t₂₅ mit der Ausgabe des Drosselstroms 45 auf Basis des dritten Stromanweisungswerts 4a-3.
Wie aus 16 ersichtlich schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a in Schritt S300 ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
Die nachfolgenden Betriebsabläufe an der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 ähneln den oben beschriebenen, sodass deren Beschreibung unterlassen wird.
Wie oben beschrieben nimmt die Stromsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der vierten Ausführungsform eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor, bei der solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung der lichtemittierenden Einheit 3 erfolgt, bis der Drosselstrom 45 den nächsten Stromanweisungswert 4a erreicht, wenn der Drosselstrom 45 bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms 24 größer als der nächste Stromanweisungswert 4a ist, wodurch die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie in der lichtemittierenden Einheit 3 verbraucht werden kann.
Dadurch kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 auch dann, wenn die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den Drosselstrom 45 langsam verringert, den Lichtemissionseinheitsstrom 24 adäquat steuern und bewirken, dass die lichtemittierende Einheit 3 Licht adäquat emittiert. Somit ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Zudem ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass die lichtemittierende Einheit 3 die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie verbraucht. Dadurch besteht keine Notwendigkeit zur Aufnahme eines Elements in die Stromsteuerungsvorrichtung 20, das die in der Drossel 42c gespeicherte elektromagnetische Energie verbraucht.
Somit können bei der Stromsteuerungsvorrichtung 20 die Anzahl der Komponenten reduziert, der Platzbedarf verringert und die Kosten gesenkt werden.
Fünfte Ausführungsform
Der Aufbau des Laserdioden-Stromversorgungsgeräts, das eine Stromversorgungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform enthält, ähnelt dem Aufbau des in 1 dargestellten Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 1 gemäß der ersten Ausführungsform bzw. dem Aufbau des in 12 dargestellten Laserdioden-Stromversorgungsgeräts 130 gemäß der zweiten Ausführungsform, sodass dessen Darstellung und Beschreibung unterlassen wird.
Das Flussdiagramm von 19 veranschaulicht einen Betriebsablauf an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform. 20 zeigt ein Signalverlaufsdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs an der Stromsteuerungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform. 20 veranschaulicht einen Signalverlauf des Stromanweisungswert 4a, einen Signalverlauf des Schaltsteuerungssignals 23a, einen Signalverlauf des Drosselstroms 45 und einen Signalverlauf des Lichtemissionseinheitsstrom 24.
Bei der fünften Ausführungsform hält die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den ausgegebenen Drosselstrom 45 unabhängig vom Lichtemissionsstartzeitpunkt und Lichtemissionsbeendigungszeitpunkt der lichtemittierenden Einheit 3 auf einem konstanten Wert. Ein Beispiel für den auf einem konstanten Wert gehaltenen Drosselstrom 45 bildet der Nennstrom der lichtemittierenden Einheit 3.
Die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 beginnt mit dem in 19 dargestellten Ablauf zum Zeitpunkt t₃₀ , bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission einsetzt.
In Schritt S400 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert, d. h. der erste Stromanweisungswert 4a-1 ist.
Bei der fünften Ausführungsform wird angenommen, dass es sich bei dem ersten Stromanweisungswert 4a-1 um den Wert des Nennstroms handelt.
In Schritt S400 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, dass der Drosselstrom 45 nicht größer als der erste Stromanweisungswert 4a-1 ist (Nein), und ermöglicht eine Weiterführung des Ablaufs mit Schritt S402.
In Schritt S402 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a ab. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Auszustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 statt zum Schaltelement 21 zur lichtemittierenden Einheit 3 fließt.
In Schritt S404 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₃₁ (Nein), bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem ersten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird, und zum Zeitpunkt t₃₁ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S406.
In Schritt S406 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet dann den Ablauf. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Einzustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 anstatt zur lichtemittierenden Einheit 3 zum Schaltelement 21 fließt.
Zum Zeitpunkt t₃₂ für den in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Einsatz der Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 19 dargestellten Ablauf erneut.
Wie aus 19 ersichtlich bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S400, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert, d. h. der zweite Stromanweisungswert 4a-2, ist.
In Schritt S400 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, dass der Drosselstrom 45 größer als der zweite Stromanweisungswert 4a-2 ist (Ja) und ermöglicht, dass der Ablauf mit Schritt S408 fortgeführt wird.
In Schritt S408 berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung von Gleichung (1), die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Außerdem berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignals 23a unter Verwendung der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichung (2).
In Schritt S410 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Dieser Betriebsablauf nimmt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den Drosselstrom 45 auf einem konstanten Wert hält, sodass sich die Größe des Drosselstroms 45 nicht ändert.
In Schritt S404 wartet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 bis zum Zeitpunkt t₃₃ , bei dem es sich um den Zeitpunkt handelt, an dem die in dem zweiten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigte Lichtemission beendet wird (Nein), und zum Zeitpunkt t₃₃ (Ja) ermöglicht die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S406.
In Schritt S406 schaltet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Schaltsteuerungssignal 23a an und beendet anschließend den Ablauf. Dieser Vorgang führt dazu, dass das Schaltelement 21 in einen Einzustand übergeht und dadurch bewirkt, dass der Drosselstrom 45 statt zur lichtemittierenden Einheit 3 zum Schaltelement 21 fließt.
Am Zeitpunkt t₃₄ zum Starten der in dem dritten Lichtemissionszeitsteuerungssignal angezeigten Lichtemission startet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 den in 19 dargestellten Ablauf erneut.
Wie aus 19 ersichtlich bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 in Schritt S400, ob der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert, d. h. der dritte Stromanweisungswert 4a-3, ist.
In Schritt S400 bestimmt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53, dass der Drosselstrom 45 größer als der dritte Stromanweisungswert 4a-3 ist (Ja) und ermöglicht die Fortführung des Ablaufs mit Schritt S408.
In Schritt S408 berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Lichtemissionseinheitsstroms 24 unter Verwendung von Gleichung (1), die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Außerdem berechnet die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 das Tastverhältnis des Schaltsteuerungssignal 23a unter Verwendung der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichung (2).
In Schritt S410 führt die Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 an dem Schaltsteuerungssignal 23a eine Pulsweitenmodulation auf Basis des unter Verwendung von Gleichung (2) berechneten Tastverhältnisses aus und nimmt so eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor.
Dieser Betriebsablauf nimmt eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor. Dadurch fließt zu der lichtemittierenden Einheit 3 ein Lichtemissionseinheitsstrom 24, dessen Tastverhältnis unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den Drosselstrom 45 mit einem konstanten Wert ausgibt, sodass sich die Größe des Drosselstroms 45 nicht ändert.
Die anschließenden Betriebsabläufe der Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung 53 ähneln den oben beschriebenen, sodass deren Beschreibung unterlassen wird.
Wie oben beschrieben nimmt die Stromsteuerungsvorrichtung 20 gemäß der fünften Ausführungsform eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements 21 vor, um eine Pulsweitemodulation an dem Lichtemissionseinheitsstrom 24 vorzunehmen während der Lichtemissionseinheitsstrom 24 zugeführt wird, wenn der Drosselstrom 45 größer als der vorliegende Stromanweisungswert 4a ist, wodurch die lichtemittierende Einheit 3 Licht emittieren kann.
Aufgrund der Stromsteuerungsvorrichtung 20 muss die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 die Größe des Drosselstroms 45 daher nicht ändern. Selbst wenn die Stromversorgungsvorrichtung 10 oder 140 den Drosselstrom 45 langsam verringert kann die Stromsteuerungsvorrichtung 20 daher den Lichtemissionseinheitsstrom 24 adäquat steuern und bewirken, dass die lichtemittierende Einheit 3 Licht in adäquater Weise emittiert. Dadurch ermöglicht die Stromsteuerungsvorrichtung 20, dass ein Werkstück adäquat bearbeitet werden kann.
Die bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen stellen lediglich Beispiele für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung dar. Diese Konfigurationen können mit unterschiedlichen bekannten Technologien kombiniert und des Weiteren kann ein Teil der Konfigurationen weggelassen und/oder abgeändert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1, 130: Laserdioden-Stromversorgungsgerät;
3: lichtemittierende Einheit;
3a: Laserdiode;
10,140: Stromversorgungsvorrichtung;
20: Stromsteuerungsvorrichtung;
21: Schaltelement;
22: Snubberschaltung;
22a: Diode;
22b: Widerstand;
22c: Kondensator;
23: PWM-Steuerungsschaltungseinheit;
30: Konstantspannungsausgabeeinheit;
40: Stromausgabeeinheit;
51: Nachschlagetabelle;
52: Bearbeitungsbedingungsleseschaltung;
53: Schaltsteuerungssignalerzeugungsschaltung.

Claims

Stromsteuerungsvorrichtung (20), um auf Basis eines von einer externen Vorrichtung eingegebenen Stromanweisungswerts (4a) einen Lichtemissionseinheitsstrom (24) zu steuern, der von einer Stromversorgungsvorrichtung (10) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) fließt, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) umfasst, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung (20) aufweist: ein Schaltelement (21), das parallel zur lichtemittierenden Einheit (3) geschaltet ist, und eine Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), um eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vorzunehmen, wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) ist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beginn der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der vorliegende Stromanweisungswert (4a) ist, solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vornimmt, bis der Ausgangsstrom (45) dem vorliegenden Stromanweisungswert (4a) entspricht.
Stromsteuerungsvorrichtung (20), um auf Basis eines von einer externen Vorrichtung eingegebenen Stromanweisungswerts (4a) einen Lichtemissionseinheitsstrom (24) zu steuern, der von einer Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) fließt, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) umfasst, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung (20) aufweist: ein Schaltelement (21), das parallel zur lichtemittierenden Einheit (3) geschaltet ist, und eine Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), um eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vorzunehmen, wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) ist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der vorliegende Stromanweisungswert (4a) ist, solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vornimmt, bis der Ausgangsstrom (45) dem nachfolgenden Stromanweisungswert (4a) entspricht.
Stromsteuerungsvorrichtung (20), um auf Basis eines von einer externen Vorrichtung eingegebenen Stromanweisungswerts (4a) einen Lichtemissionseinheitsstrom (24) zu steuern, der von einer Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) fließt, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) umfasst, wobei die Stromsteuerungsvorrichtung (20) aufweist: ein Schaltelement (21), das parallel zur lichtemittierenden Einheit (3) geschaltet ist, und eine Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), um eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vorzunehmen, wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) ist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerungsschaltungseinheit (23), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der nachfolgende Stromanweisungswert (4a) ist, solange eine Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21) vornimmt, bis der Ausgangsstrom (45) 0 wird.
Stromsteuerungsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich das Schaltelement (21) mit der lichtemittierenden Einheit (3) zusammen in einem einzigen Modul (90) befindet.
Stromsteuerungsverfahren, das umfasst: Ausführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21), wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr eines Lichtemissionseinheitsstroms (24) von der Stromversorgungsvorrichtung (10) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) ist, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) aufweist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerung des Schaltelements (21), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beginn der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der vorliegende Stromanweisungswert (4a) ist, solange ausgeführt wird, bis der Ausgangsstrom (45) dem vorliegenden Stromanweisungswert (4a) entspricht.
Stromsteuerungsverfahren, das umfasst: Ausführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21), wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr eines Lichtemissionseinheitsstroms (24) von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) ist, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) aufweist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerung des Schaltelements (21), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der nachfolgende Stromanweisungswert (4a) ist, solange ausgeführt wird, bis der Ausgangsstrom (45) 0 wird.
Stromsteuerungsverfahren das umfasst: Ausführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung des Schaltelements (21), wenn ein von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) ausgegebener Ausgangsstrom (45) größer als ein vorliegender Stromanweisungswert (4a) oder ein nachfolgender Stromanweisungswert (4a) bei Beginn einer Zufuhr, einer Beendigung einer Zufuhr oder während einer Zufuhr eines Lichtemissionseinheitsstroms (24) von der Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) zu einer lichtemittierenden Einheit (3) ist, die eine oder mehrere Laserdioden (3a) aufweist, wobei die Stromversorgungsvorrichtung (10; 140) den Ausgangsstrom (45) dem Stromanweisungswert (4a) entsprechend ausgibt und die Pulsweitenmodulationsteuerung des Schaltelements (21), wenn der Ausgangsstrom (45) bei Beendigung der Zufuhr des Lichtemissionseinheitsstroms (24) größer als der nachfolgende Stromanweisungswert (4a) ist, solange ausgeführt wird, bis der Ausgangsstrom (45) dem nachfolgenden Stromanweisungswert (4a) entspricht.