JP2000269575A - レーザ電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流がオーバシュートしてシマー電流の流れ
が遮断されることがなく、低いシマー電流を設定する。 【解決手段】 電流指令部１０から設定されたシマー電
流値が入力されると、励起ランプ５の点灯前の電流検出
値１１の値は０であるが、この場合上下限リミット制御
部１６の入力は、ＰＩ制御部１２の積分効果により一定
時間後に上限リミット設定値に達する。上下限リミット
制御部１６はその状態を判定し、積分停止部１７により
積分部１５の入力を停止し、電圧指令１８を上限リミッ
ト設定値に抑える。シマートリガにより励起ランプ５が
点灯し、電流が流れ始めると、電流検出値１１が電流指
令部１０に設定シマー電流値以上になり、ＰＩ制御部１
２には負の値が入力され、やがて上下限リミット制御部
１６の入力値が上限リミット設定値を下回る。上下限リ
ミット制御部１６はその状態を判定し、上限リミットと
積分の停止を解除し、以後上限リミットの処理を行わな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、励起ランプのシマ
ー電流とパルス電流を制御するようにしたレーザ発振器
用電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ電源装置の一例が、特開平
１０−２２３９４８号公報に開示されている。

【０００３】特開平１０−２２３９４８号公報に開示さ
れたレーザ電源装置について図２及び図３を用いて説明
する。特開平１０−２２３９４８号公報に開示されたレ
ーザ電源装置の動作は、図２及び図３に従来の電圧指令
Ｂ及び従来の電流値Ｂとして示してある。

【０００４】特開平１０−２２３９４８号公報に開示さ
れたレーザ電源装置は、高圧電源部と低圧電源部とから
構成されており、このような構成を有する従来のレーザ
電源装置は次のように動作する。

【０００５】図２に示す従来の電圧指令Ｂ、図３に示す
従来の電流値Ｂにおける電圧指令固定制御区間の励起ラ
ンプ点灯前は、高圧電源部と低圧電源部との双方がＯＮ
されている。

【０００６】次に励起ランプが点灯し、励起ランプへの
電流値が設定電流値を越えると、高圧電源部がＯＦＦさ
れ、その後は低圧電源部のみで励起ランプが動作するよ
うになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２２３９４８号公報に開示された従来技術には、
次のような問題点がある。

【０００８】すなわち、シマー電流を低く設定できない
ということにある。その理由は、図２に示すように高圧
電源部をＯＦＦするときの電圧変化が急峻なため、オー
バシュートが起こり（図３に示す従来の電流値Ｂのオー
プン制御区間）、シマー電流を低く設定すると、シマー
電流の流れが遮断されてしまうためである。

【０００９】本発明の目的は、電流がオーバシュートし
てシマー電流の流れが遮断されることがなく、低いシマ
ー電流を設定することを可能にしたレーザ電源装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るレーザ電源装置は、励起ランプのシマ
ー電流とパルス電流の両方を一組の回路で制御する機能
を有するレーザ電源装置において、励起ランプ点灯前の
オープンループ状態における励起ランプへの出力を上下
限リミット制御でリミットすることにより、装置起動時
のランプ点灯前後の制御切替を行い、シマー電流を低く
設定するようにしたものである。

【００１１】また本発明に係るレーザ電源装置は、励起
ランプのシマー電流とパルス電流の両方を一組の回路で
制御する機能を有するレーザ電源装置において、設定さ
れたシマー電流に基づいて励起ランプの点灯前の電流値
を、積分効果により上限リミット設定値まで漸増させ、
前記電流値が上下限リミット設定値に達した時点で励起
ランプへの電流値を上限リミット設定値に抑え、シマー
トリガにより励起ランプが点灯して電流が流れ始めた場
合に上限リミットの処理を行わないようにしたものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ
電源装置を示す構成図である。

【００１４】図１において本発明の一実施形態に係るレ
ーザ電源装置は、コンバータ部２と、インバータ部３
と、励起ランプ５と、電流センサ４と、シマートリガ発
生回路８と、Ａ／Ｄ変換部７と、インバータ電流制御部
９と、ＰＷＭ発生回路６とを有している。

【００１５】コンバータ部２は、３相交流電源１の交流
電圧を整流して直流電圧に変換するようになっている。

【００１６】インバータ部３は、コンバータ部で変換さ
れた直流電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって変
調して出力電圧を制御するようになっている。

【００１７】励起ランプ５は、インバータ部３から出力
される出力電圧によりパルス発光するようになってい
る。

【００１８】電流センサ４は、励起ランプ５に通電され
る電流値を検出するようになっている。

【００１９】シマートリガ発生回路８は、励起ランプ点
灯時に高電圧パルスを励起ランプ５に出力するようにな
っている。

【００２０】Ａ／Ｄ変換部７は、電流センサ４の検出し
た電流値をＡ／Ｄ変換し、ディジタルの電流検出値１１
をインバータ電流制御部９に出力するようになってい
る。

【００２１】ＰＷＭ発生回路６は、インバータ電流制御
部９から出力される電圧指令１８を入力として、インバ
ータ部３を駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）指令
を出力するようになっている。

【００２２】インバータ電流制御部９は、Ａ／Ｄ変換部
７から出力される電流検出値１１を入力として、電圧指
令１８を出力するようになっており、電流指令部１０
と、ＰＩ制御部１２と、上下限リミット制御部１６と、
積分停止部１７とを含んでいる。またＰＩ制御部１２
は、比例ゲイン１３と、積分ゲイン１４と、積分部１５
とを含んでいる。

【００２３】電流指令部１０は、励起ランプ５に流す電
流値を指令するようになっており、通常は励起ランプ５
の点灯状態を保持するために設定されたシマー電流値、
レーザ発振時はレーザ発振に応じた電流値を指令するよ
うになっている。

【００２４】ＰＩ制御部１２は、電流指令部１０から出
力された電流値と電流センサが検出した電流検出値１１
との差分を入力とし、比例・積分制御を行うようになっ
ている。

【００２５】上下限リミット制御部１６は、レーザ電源
装置起動時の励起ランプ５が点灯する前後のみ上限リミ
ット動作を行い、ＰＩ制御部１２からの出力値が上限リ
ミット設定値より大きい場合、上限リミット中であるこ
とを判定して、電圧指令１８として上限リミット設定値
を出力するようになっている。一方、下限リミット設定
値より小さい場合、電圧指令１８として下限リミット設
定値を出力するようになっている。また、上下限リミッ
ト範囲内の場合、ＰＩ制御部１２からの出力値をそのま
ま電圧指令１８として出力するようになっている。

【００２６】積分停止部１７は、上下限リミット制御部
１６が上限リミット中であることを判定しているとき、
ＰＩ制御部１２の積分処理を停止するようになってい
る。

【００２７】次に、本発明の一実施形態についての動作
を図２及び図３に基づいて詳細に説明する。図２及び図
３には、本発明の実施形態に係る電圧指令及び電流値
は、適用後電圧指令Ａ及び電流値Ａと記載して、従来の
電圧指令Ｂ及び従来の電流値Ｂと比較して示してある。

【００２８】まず、レーザ電源装置起動時の励起ランプ
５点灯前の場合、励起ランプ５には、設定された電流値
以下のシマー電流が通電され、励起ランプ５の内部は放
電状態となっているが、レーザ光は出力されていない。

【００２９】この場合、図３に示す適用後電流値Ａの励
起ランプ点灯前の期間に示すように、励起ランプ５に
は、シマー電流設定値以上の電流が通電されないため、
電流検出値１１としては０であり、ＰＩ制御部１２に
は、電流指令部１０からのシマー電流設定値が入力され
続ける。

【００３０】ＰＩ制御部１２の積分部１３は、設定シマ
ー電流値を積分処理するため、その電流値は単調増加
し、ＰＩ制御部１２からの電流は、その電流値が単調増
加して上下限リミット制御部に出力する。

【００３１】次に図２に示す適用後電圧指令Ａのリミッ
ト制御区間において、上下限リミット制御部１６への入
力が上限リミット設定値以上になった場合、上下限リミ
ット制御部１６は、上限リミット中であるとして判定し
て、電圧指令１８を上限リミット設定値に切替える。

【００３２】一方、積分停止部１７は、上下限リミット
制御部１６が上限リミット中であることを判定した場合
に積分部１５への入力を停止する。

【００３３】次に図３に示す適用後電流値Ａのリミット
制御区間の励起ランプ点灯後の期間においては、シマー
トリガ発生回路８からシマートリガが出力され励起ラン
プ５が点灯することとなり、インバータ部３でＰＷＭ
（パルス幅変調）制御されて、励起ランプ５に電流が漸
増して流れ、電流センサ４が検出する電流検出値１１
は、上限リミット設定値に応じた電流値に達する。

【００３４】ここで、上限リミット設定値には、この時
流れる電流がシマー電流設定値以上になるように設定し
ておき、ＰＩ制御部１２の入力には負の値が入力され出
力は減少する（図２の上下限リミット制御部１６への入
力）。

【００３５】次に図２に示すリミット範囲内になった時
点で上限リミットを解除する期間においては、ＰＩ制御
部１２の出力が上限リミット設定値以下になった時、上
下限リミット制御部１６の上限リミットと積分停止部１
７の動作を解除し、積分部１５への入力を開始する。

【００３６】以後、図２に示す適用後電圧指令Ａの上限
リミット解除後の期間においては、上下限リミット制御
部１６への入力がそのまま電圧指令１８となる。

【００３７】以上のように本発明の実施形態によれば、
電流指令部１０から設定されたシマー電流値が入力され
ると、励起ランプ５の点灯前の電流検出値１１の値は０
であるが、この場合上下限リミット制御部１６の入力
は、ＰＩ制御部１２の積分効果により一定時間後に上限
リミット設定値に達する。

【００３８】上下限リミット制御部１６はその状態を判
定し、積分停止部１７により積分部１５の入力を停止
し、電圧指令１８を上限リミット設定値に抑える。ここ
で、上限リミット設定値は予めシマー電流設定値以上の
電流が流れる電圧指令値に設定する。

【００３９】シマートリガにより励起ランプ５が点灯
し、電流が流れ始めると、電流検出値１１が電流指令部
１０に設定シマー電流値以上になり、ＰＩ制御部１２に
は負の値が入力され、やがて上下限リミット制御部１６
の入力値が上限リミット設定値を下回る。上下限リミッ
ト制御部１６はその状態を判定し、上限リミットと積分
の停止を解除し、以後上限リミットの処理を行わない。

【００４０】このようにして、励起ランプ点灯前のオー
プンループ状態を上下限リミット制御で出力をリミット
することにより、励起ランプ点灯前後で制御をオープン
ループ制御からクローズドループ制御に切り替えること
なく、インバータ電流制御部の上限リミット制御によ
り、クローズドループ制御を生かしたまま電圧指令を制
御帯域内で切り替えることができるため、励起ランプ点
灯時の制御切替を連続的に高速に行うことができ、電流
がオーバシュートしてシマー電流が切れることもなく、
低いシマー電流を設定することができる。

【００４１】また図１における上下限リミット制御部１
６と積分停止部１７を備えていない構成の従来装置が存
在するが、このような構成を有する従来のレーザ電源装
置では、点灯前の電流検出値１１の値が０のとき電圧指
令１４が最大値まで達してしまい、過大な電流が流れて
しまうため、点灯時にレーザが発振してしまうという問
題があるが、本発明の実施形態によれば、この問題は生
じることがない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、励
起ランプ点灯前のオープンループ状態では、電圧指令値
をリミットし、点灯後の安定状態に達すると電圧指令値
が自動的にリミット内に戻り、電圧指令値を連続的に制
御するため、励起ランプ点灯前後の不連続な状態を連続
的に制御することができる。

【００４３】さらに、シマー電流が切れるのを防ぐため
の切替時間の余裕が不要であるため、励起ランプ点灯後
の電圧指令の切替を早く行うことができ、また電流がオ
ーバシュートしてシマー電流が切れることもなく、低い
シマー電流を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ電源装置を示
す構成図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ電源装置の動
作を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ電源装置の動
作を示す図である。

【符号の説明】

１ ３相交流電源 ２ コンバータ部 ３ インバータ部 ４ 電流センサ ５ 励起ランプ ６ ＰＷＭ発生回路 ７ Ａ／Ｄ変換部 ８ シマートリガ発生回路 ９ インバータ電流制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起ランプのシマー電流とパルス電流の
   両方を一組の回路で制御する機能を有するレーザ電源装
   置において、 励起ランプ点灯前のオープンループ状態における励起ラ
   ンプへの出力を上下限リミット制御でリミットすること
   により、装置起動時のランプ点灯前後の制御切替を行
   い、シマー電流を低く設定するようにしたことを特徴と
   するレーザ電源装置。
2. 【請求項２】 励起ランプのシマー電流とパルス電流の
   両方を一組の回路で制御する機能を有するレーザ電源装
   置において、 設定されたシマー電流に基づいて励起ランプの点灯前の
   電流値を、積分効果により上限リミット設定値まで漸増
   させ、 前記電流値が上下限リミット設定値に達した時点で励起
   ランプへの電流値を上限リミット設定値に抑え、 シマートリガにより励起ランプが点灯して電流が流れ始
   めた場合に上限リミットの処理を行わないようにしたこ
   とを特徴とするレーザ電源装置。