JP2011233659A - Laser oscillation device and laser beam machine - Google Patents

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英文 尾松
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敦樹 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable laser oscillation device by suppressing the occurrence of an abnormal voltage in a high-voltage power supply owing to a defect of a gas mixture ratio or the like, and preventing an overvoltage from damaging a semiconductor rectification element.SOLUTION: A laser oscillation device includes: a laser-launch directing unit for deciding a timing of launching an output laser light from a laser resonator; a current value-setting unit for outputting a preset current value signal according to an output signal of the laser-launch directing unit; and comparison-control means for comparing an output signal of the current value-setting unit and a current value output signal of a current detection unit. In the laser oscillation device, when the output signal of the current value detection unit is smaller than a predetermined current value, a pulse width of a pulse-width calculation means is restricted to a short one by an output signal of a maximum pulse switching means, whereby the occurrence of an abnormal voltage which would be caused in a boosting transformer unit is suppressed, and the breakdown of a semiconductor rectification element is prevented.

Description

本発明は、レーザ発振用高電圧電源に過電圧保護回路を備えた、レーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。   The present invention relates to a laser oscillation device and a laser processing machine provided with an overvoltage protection circuit in a high voltage power supply for laser oscillation.

従来のレーザ発振装置の構成を図6に沿って説明する。   The configuration of a conventional laser oscillation device will be described with reference to FIG.

出力レーザ光の照射するタイミングを決める照射指令部79の出力信号に基づき電流値設定部78より電流値指令が出力される。その電流値指令と電流検出部73の電流値出力信号を比較制御手段77で比較後、パルス幅演算手段76に出力される。   A current value command is output from the current value setting unit 78 based on the output signal of the irradiation command unit 79 that determines the timing of irradiation of the output laser light. The current value command and the current value output signal of the current detector 73 are compared by the comparison control means 77 and then output to the pulse width calculation means 76.

パルス幅演算手段76では、比較制御手段77の電圧信号を周波数一定のパルス幅変調したパルス信号に変換し、そのパルス信号によりインバータ部75のパワー半導体などのスイッチング制御素子を駆動して、昇圧トランス部74に高周波の交流電圧を供給する。   In the pulse width calculation means 76, the voltage signal of the comparison control means 77 is converted into a pulse signal whose pulse width is modulated at a constant frequency, and a switching control element such as a power semiconductor of the inverter unit 75 is driven by the pulse signal, so that the step-up transformer A high-frequency AC voltage is supplied to the unit 74.

昇圧トランス部74では、交流電圧を昇圧して高電圧ダイオードなどによる半導体整流素子で直流高電圧に変換し、レーザ共振器71に電流検出部73を経由して供給される。   In the step-up transformer unit 74, the AC voltage is boosted and converted into a DC high voltage by a semiconductor rectifier such as a high-voltage diode, and supplied to the laser resonator 71 via the current detection unit 73.

一方、電流検出部73の出力信号は比較制御部77にフィードバックされ、レーザ共振器71に安定した電流が供給されるようにフィードバック制御される。そして、上記照射指令部79の指令時間だけレーザ共振器71から出力レーザ光72が照射される。   On the other hand, the output signal of the current detection unit 73 is fed back to the comparison control unit 77, and feedback control is performed so that a stable current is supplied to the laser resonator 71. Then, the output laser beam 72 is irradiated from the laser resonator 71 for the command time of the irradiation command unit 79.

レーザ発振装置などに用いられるスイッチング方式の高電圧電源は、パルス幅変調によって出力電圧を制御する方式のため、高電圧電源のパルス幅と発生電圧の関係は、図7に示すようにパルス幅が広くなるに従って発生電圧が高くなる構造となっている。   Since the switching type high voltage power source used in laser oscillators and the like controls the output voltage by pulse width modulation, the relationship between the pulse width of the high voltage power source and the generated voltage is as shown in FIG. The generated voltage increases as the width increases.

ガスレーザ発振装置などの放電負荷の場合、ガス配管継手などの締付け部の緩みによるガス漏れやガス循環経路に経年変化で真空リークが発生した場合、レーザガスの混合比不良が生じて、一時的に放電開始電圧が上昇し、放電が開始できない放電異常状態が発生することがある。その放電異常時の高電圧電源の発生電圧は、放電が正常な場合の電圧に比べ、約2倍から3倍に増加することがあった。   In the case of a discharge load such as a gas laser oscillation device, if a gas leak due to loosening of a tightening part such as a gas pipe joint or a vacuum leak occurs due to secular change in the gas circulation path, a laser gas mixing ratio failure occurs, causing a temporary discharge. An abnormal discharge state in which the start voltage increases and discharge cannot be started may occur. The generated voltage of the high-voltage power supply at the time of abnormal discharge sometimes increases from about 2 to 3 times as compared with the voltage when the discharge is normal.

また、電流フィードバック制御ループの開放や配線の接続不良による負荷の開放などの異常が発生した場合、高電圧電源の出力電圧を監視していて、過電圧が発生時にスイッチング制御素子の駆動を停止し、昇圧トランス部の半導体整流素子を過電圧破壊より保護する場合がある。   Also, when an abnormality such as opening of the current feedback control loop or opening of the load due to poor wiring connection occurs, the output voltage of the high voltage power supply is monitored, and when the overvoltage occurs, the driving of the switching control element is stopped, In some cases, the semiconductor rectifying element in the step-up transformer is protected from overvoltage breakdown.

このように、レーザガスの混合比不良などの負荷インピーダンス異常や外乱による制御系異常などの負荷側異常によって発生する過電圧から昇圧トランス部やインバータ部の半導体を保護するため過電圧保護機能を持った発明が知られている(例えば特許文献1を参照)。   As described above, an invention having an overvoltage protection function for protecting the semiconductor of the step-up transformer unit and the inverter unit from an overvoltage generated by a load side abnormality such as a load impedance abnormality such as a laser gas mixing ratio defect or a control system abnormality due to a disturbance is provided. It is known (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1に記載された発明では、入力電圧に反比例させる制御信号をパルス幅変調器に入力し、パルス幅変調器の最大パルス幅を一定値に制御して出力電圧を制御する方式のため、入力電圧の変動に対して出力電圧の過電圧を抑制することは出来るが電流フィードバック制御ループの開放、配線接続不良による負荷の開放などの異常による過電圧の保護には十分ではなった。   In the invention described in Patent Document 1, a control signal that is inversely proportional to the input voltage is input to the pulse width modulator, and the output voltage is controlled by controlling the maximum pulse width of the pulse width modulator to a constant value. Although the overvoltage of the output voltage can be suppressed against the fluctuation of the input voltage, it is not sufficient for overvoltage protection due to abnormalities such as opening of the current feedback control loop and opening of the load due to poor wiring connection.

特開昭64−55071号公報JP-A 64-55071

このような従来のレーザ発振装置で、真空リークやガス漏れなどによるレーザガス混合比不良が発生した場合には、一時的に放電開始電圧が上昇するため、放電管で放電が開始できなくなることが有り、昇圧トランス部で発生した異常電圧により高電圧配線の絶縁破壊や昇圧トランス部の交流電圧を整流し、直流電圧に変換する半導体整流素子の絶縁破壊や素子劣化を加速するという問題が有った。   In such a conventional laser oscillation device, when a laser gas mixing ratio failure occurs due to vacuum leak or gas leak, the discharge start voltage temporarily rises, and it may not be possible to start discharge in the discharge tube. There was a problem of accelerating the breakdown of the semiconductor rectifier element and the deterioration of the semiconductor rectifier element that rectifies the AC voltage of the step-up transformer section and rectifies the AC voltage of the boost transformer section by the abnormal voltage generated in the boost transformer section .

また、電流フィードバック制御ループの開放や配線の接続不良による負荷の開放などの異常が発生した場合、高電圧電源の出力電圧を監視していて、過電圧が発生時にスイッチング制御素子の駆動を停止し、昇圧トランス部の半導体整流素子を過電圧破壊より保護する過電圧保護回路は、過渡応答性を早くすると周囲環境変化や外来ノイズなどの影響で誤動作が発生しやすくなり頻繁に停止することがあった。また、過度応答性を遅くすると保護回路が動作するまでに出力電圧が上昇するため、昇圧トランス部の半導体整流素子を破壊から守るためには、耐電圧の高い高価な半導体整流素子が必要になるという問題も有った。   Also, when an abnormality such as opening of the current feedback control loop or opening of the load due to poor wiring connection occurs, the output voltage of the high voltage power supply is monitored, and when the overvoltage occurs, the driving of the switching control element is stopped, The overvoltage protection circuit that protects the semiconductor rectifier element of the step-up transformer unit from overvoltage breakdown has a tendency to cause frequent malfunctions due to changes in the surrounding environment and external noise when the transient response is accelerated, and frequently stops. Moreover, if the transient response is slowed down, the output voltage rises before the protection circuit operates. Therefore, in order to protect the semiconductor rectifier element of the step-up transformer unit from destruction, an expensive semiconductor rectifier element with high withstand voltage is required. There was also a problem.

そのため、レーザガス混合比不良などで放電開始電圧が上昇して昇圧トランス部の交流電圧を直流電圧に変換する半導体整流素子の絶縁破壊が発生したり、また、高電圧電源の出力電圧監視装置の応答性により高耐圧の整流素子の使用や誤動作の発生を招くという課題を有していた。   As a result, the breakdown voltage of the semiconductor rectifier that converts the AC voltage of the step-up transformer to DC voltage may increase due to an increase in the discharge start voltage due to a poor laser gas mixing ratio, or the response of the output voltage monitoring device of the high-voltage power supply. Therefore, there is a problem that the use of a rectifying element having a high withstand voltage and the occurrence of malfunction are caused by the characteristics.

本発明は、上記課題を解決するもので、電流検出によりインバータ部の最大パルス幅を制限する過電圧保護回路を備え、安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser oscillation device that includes an overvoltage protection circuit that limits the maximum pulse width of an inverter unit by current detection and that is capable of stable laser output.

上記課題を解決するために、本発明にかかる第1の発明のレーザ発振装置は、レーザ共振器より出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部と、前記照射指令部の出力信号により予め設定された電流値信号を出力する電流値設定部と、前記電流値設定部の出力信号と電流検出部の電流値出力信号を比較する比較制御手段と、前記比較制御手段の出力信号をパルス幅に変換するパルス幅演算手段と、前記パルス幅演算手段のパルス信号で制御素子をスイッチングするインバータ部と、前記インバータ部の出力信号を直流高電圧に変換し電流検出部を経由してレーザ共振器に電力を供給する昇圧トランス部と、前記電流検出部の検出信号でパルス幅を切換える最大パルス幅切換手段とを備え、前記電流検出部の検出信号が所定の電流値未満の場合に狭いパルス幅、また、所定の電流値を超えた場合に広いパルス幅に切換えることによりインバータ部の制御素子の最大パルス幅を制御する最大パルス幅切換手段を具備するものである。   In order to solve the above-described problem, a laser oscillation apparatus according to a first aspect of the present invention is preset by an irradiation command unit that determines the timing of irradiating output laser light from a laser resonator, and an output signal of the irradiation command unit. A current value setting unit that outputs the current value signal, a comparison control unit that compares the output signal of the current value setting unit and the current value output signal of the current detection unit, and the output signal of the comparison control unit as a pulse width A pulse width calculation means for conversion, an inverter section for switching the control element by a pulse signal of the pulse width calculation means, and an output signal of the inverter section is converted into a direct current high voltage to the laser resonator via a current detection section A step-up transformer for supplying electric power, and maximum pulse width switching means for switching a pulse width with a detection signal of the current detection unit, wherein the detection signal of the current detection unit has a predetermined current value Narrow pulse width in the case of full, also those having a maximum pulse width switching means for controlling the maximum pulse width of the control element of the inverter unit by switching a wide pulse width when it exceeds a predetermined current value.

この構成により電流検出部の検出信号が所定の電流値未満の場合に狭いパルス幅に切換えることによりインバータ部の制御素子の最大パルス幅を制限するため、放電管での放電異常や配線の接触不良などの原因による昇圧トランス部で発生する異常電圧を抑制することができ、高電圧配線の絶縁破壊や昇圧トランス部の整流素子の破壊や素子劣化を防止することができる。   This configuration limits the maximum pulse width of the control element of the inverter unit by switching to a narrow pulse width when the detection signal of the current detection unit is less than a predetermined current value, thus causing abnormal discharge in the discharge tube and poor wiring contact An abnormal voltage generated in the step-up transformer unit due to such causes can be suppressed, and breakdown of the high-voltage wiring, rectification element of the step-up transformer unit, and element deterioration can be prevented.

さらに、本発明のレーザ発振装置は、第1の発明のレーザ発振装置において、前記最大パルス幅切換手段が、前記電流検出部の検出信号と所定の電流値設定信号とを比較する電流値判定部と、複数のパルス幅が予め設定されているパルス幅設定部と、前記電流値判定部の出力信号により前記パルス幅設定部のパルス幅を切換えるパルス幅切換部と、前記パルス幅切換部の出力信号でパルス幅演算手段のパルス幅を制限するように制御するパルス幅制限部とを具備するものである。   Further, the laser oscillation device of the present invention is the laser oscillation device of the first invention, wherein the maximum pulse width switching means compares the detection signal of the current detection unit with a predetermined current value setting signal. A pulse width setting unit in which a plurality of pulse widths are set in advance, a pulse width switching unit that switches the pulse width of the pulse width setting unit according to an output signal of the current value determination unit, and an output of the pulse width switching unit A pulse width limiter that controls the pulse width of the pulse width calculation means to be limited by a signal.

この構成により上記と同様な効果のほか、電流検出部の検出信号でパルス幅設定部の複数のパルス幅を切換えることによりパルス幅演算手段へのパルス幅を制限する処理が高速化および簡素化され、繰り返し再現性の良い正確な動作が可能となり信頼性が向上する。   In addition to the same effects as described above, this configuration speeds up and simplifies the process of limiting the pulse width to the pulse width calculation means by switching the plurality of pulse widths of the pulse width setting unit with the detection signal of the current detection unit. Therefore, accurate operation with good repeatability becomes possible and reliability is improved.

さらに、本発明のレーザ発振装置は、第1の発明のレーザ発振装置において、前記電流検出部の検出信号と所定の電流値設定信号とを比較する電流値判定部と、前記電流値設定部の電流値指令に応じてパルス幅を演算するパルス幅演算部と、前記電流値判定部の出力信号により前記パルス幅演算部のパルス幅を切換えるパルス幅切換部と、前記パルス幅切換部の出力信号でパルス幅演算手段のパルス幅を制限するように制御するパルス幅制限部とを具備するものである。   Furthermore, the laser oscillation device of the present invention is the laser oscillation device of the first invention, wherein a current value determination unit that compares a detection signal of the current detection unit and a predetermined current value setting signal, and a current value setting unit A pulse width calculation unit that calculates a pulse width according to a current value command, a pulse width switching unit that switches a pulse width of the pulse width calculation unit according to an output signal of the current value determination unit, and an output signal of the pulse width switching unit And a pulse width limiter for controlling the pulse width of the pulse width calculation means so as to limit the pulse width.

この構成により上記と同様な効果のほか、電流値設定部の電流値指令に応じてスイッチング制御素子の最大パルス幅を演算するパルス幅演算部を設けたことにより最大パルス幅を電流値指令に対応した最適設定することが可能となり、過電圧に対する保護性能が高まり、さらに信頼性を向上することが出来る。   In addition to the same effects as described above, this configuration provides a pulse width calculation unit that calculates the maximum pulse width of the switching control element according to the current value command of the current value setting unit. The optimum setting can be made, the protection performance against overvoltage is increased, and the reliability can be further improved.

さらに、本発明のレーザ発振装置は、上述全ての発明のレーザ発振装置において、加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生するレーザ発振装置を具備したものである。   Furthermore, the laser oscillation device of the present invention is the above-described laser oscillation device of any of the above inventions, a processing table for placing a workpiece, a driving unit for moving at least one of the movement of the processing table and the laser beam condensing unit, A numerical control means for controlling the driving means and a laser oscillation device for generating laser light are provided.

この構成によ上記と同様な効果のほか、数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御され、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークの不良品の混入を防止することができる。   In addition to the effects similar to the above, the laser oscillation device is comprehensively controlled by the numerical control means, thereby improving the reliability of laser processing and preventing the introduction of defective products of the workpiece.

以上のように、本発明は、昇圧トランス部よりレーザ共振器への出力電流値が所定の電流値未満の場合にインバータ部のスイッチング制御素子のゲートパルス幅を制限させて、放電管の放電異常時に昇圧トランス部で発生する異常電圧を抑制することにより昇圧トランス部の整流素子の絶縁破壊や素子の劣化を防止することができる。また、電流検出部の配線の断線によるフィードバック信号異常や電流検出部の故障による過電圧の発生を未然に防止し、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。   As described above, the present invention restricts the gate pulse width of the switching control element of the inverter unit when the output current value from the step-up transformer unit to the laser resonator is less than a predetermined current value, thereby causing a discharge abnormality in the discharge tube. By suppressing the abnormal voltage that sometimes occurs in the step-up transformer section, it is possible to prevent dielectric breakdown of the rectifier element and element deterioration of the step-up transformer section. In addition, it is possible to prevent an abnormal feedback signal due to disconnection of the wiring of the current detection unit and an overvoltage due to a failure of the current detection unit, thereby stabilizing the laser output and improving the reliability.

本発明のレーザ発振装置の実施の形態1におけるブロック図Block diagram of Embodiment 1 of the laser oscillation apparatus of the present invention 本発明の実施の形態1における最大パルス幅切換手段の詳細ブロック図Detailed block diagram of maximum pulse width switching means in embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における最大パルス幅切換手段の詳細ブロック図Detailed block diagram of maximum pulse width switching means in embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態における最大パルス幅制限時のパルス幅と発生電圧の関係図Relationship diagram between pulse width and generated voltage when maximum pulse width is limited in the embodiment of the present invention 本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の構成図The block diagram of the laser processing machine in embodiment of this invention 従来のレーザ発振装置のブロック図Block diagram of a conventional laser oscillator 高電圧電源のパルス幅と発生電圧の関係図Relationship diagram between pulse width and generated voltage of high voltage power supply

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図1から図5を用いて説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は本発明のレーザ発振装置の実施の形態におけるブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a laser oscillation apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、実施の形態1おけるレーザ発振装置は、レーザ共振器1、出力レーザ光2、電流検出部3、昇圧トランス4、インバータ部5、パルス幅演算手段6、比較制御手段7、電流値設定部8、照射指令部9、および最大パルス切換手段10、を有する。   As shown in FIG. 1, the laser oscillation device according to the first embodiment includes a laser resonator 1, an output laser beam 2, a current detection unit 3, a step-up transformer 4, an inverter unit 5, a pulse width calculation unit 6, and a comparison control unit 7. , Current value setting unit 8, irradiation command unit 9, and maximum pulse switching means 10.

以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。   The operation of the laser oscillation apparatus configured as described above will be described.

このレーザ発振装置は、出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部9の出力信号に基づき電流値設定部8より電流値指令が出力される。電流値指令と電流検出部3の電流値出力信号を比較制御手段7で比較後、パルス幅演算手段6に出力される。パルス幅演算手段6では、比較制御手段7の電圧信号を周波数一定のパルス幅変調のパルス信号に変換し、インバータ部5に出力される。インバータ部5では、パワー半導体などの制御素子をスイッチング制御して、昇圧トランス部4に交流電圧を供給する。昇圧トランス部4では、トランスと高電圧整流素子で交流電圧を直流高電圧の出力信号に変換され、レーザ共振器1に電流検出部3を経由して供給される。一方、電流検出部3の出力信号は、比較制御部7にフィードバックされ、レーザ共振器1に安定した電流が供給されるようにフィードバック制御される。   In this laser oscillation device, a current value command is output from the current value setting unit 8 based on the output signal of the irradiation command unit 9 that determines the timing of irradiating the output laser beam. The current value command and the current value output signal of the current detector 3 are compared by the comparison control means 7 and then output to the pulse width calculation means 6. In the pulse width calculation means 6, the voltage signal of the comparison control means 7 is converted into a pulse signal of pulse width modulation with a constant frequency and output to the inverter unit 5. In the inverter unit 5, a control element such as a power semiconductor is subjected to switching control to supply an AC voltage to the step-up transformer unit 4. In the step-up transformer unit 4, an AC voltage is converted into a DC high voltage output signal by a transformer and a high-voltage rectifying element, and is supplied to the laser resonator 1 via the current detection unit 3. On the other hand, the output signal of the current detection unit 3 is fed back to the comparison control unit 7 and feedback controlled so that a stable current is supplied to the laser resonator 1.

また、電流検出部3の出力信号は、最大パルス幅切換手段10に入力され、電流検出部3の出力信号が所定の電流値未満の場合にはパルス幅演算手段6の出力パルス幅を予め設定されていた狭い状態の最大パルス幅を選択するように切換える。また、所定の電流値を超えた場合に広い状態の最大パルス幅に切換える構成となっている。   Further, the output signal of the current detector 3 is input to the maximum pulse width switching means 10, and when the output signal of the current detector 3 is less than a predetermined current value, the output pulse width of the pulse width calculator 6 is set in advance. It is switched to select the maximum pulse width of the narrow state that has been done. Further, when a predetermined current value is exceeded, the maximum pulse width is switched to a wide state.

昇圧トランス部4よりレーザ共振器1への出力電流が電流検出部3で検出されない場合、電流フィードバック制御のため、パルス幅演算手段6よりインバータ部5へのパルス幅は最大パルス幅まで拡大され、昇圧トランス部4の出力電圧は最大電圧まで増加する。   When the output current from the step-up transformer 4 to the laser resonator 1 is not detected by the current detector 3, the pulse width from the pulse width calculator 6 to the inverter 5 is expanded to the maximum pulse width for current feedback control. The output voltage of the step-up transformer unit 4 increases to the maximum voltage.

この電流値検出部の出力信号が所定の電流値未満の場合、最大パルス切換手段10の出力信号でパルス幅演算手段6のパルス幅を短く制限することにより昇圧トランス部で発生する異常電圧を抑制することができ、高電圧配線の絶縁破壊や昇圧トランス部の整流素子の破壊や素子劣化を防止することができる。   When the output signal of the current value detection unit is less than the predetermined current value, the abnormal voltage generated in the step-up transformer unit is suppressed by limiting the pulse width of the pulse width calculation unit 6 to be short with the output signal of the maximum pulse switching unit 10. Therefore, it is possible to prevent dielectric breakdown of the high voltage wiring, breakdown of the rectifying element of the step-up transformer section, and element deterioration.

図2は本発明の実施の形態1における最大パルス幅切換手段の詳細ブロック図を示す。図2を参照しながら最大パルス切換手段の詳細な動作ついて説明する。   FIG. 2 shows a detailed block diagram of the maximum pulse width switching means in Embodiment 1 of the present invention. The detailed operation of the maximum pulse switching means will be described with reference to FIG.

図2に示すように、実施の形態1おける最大パルス幅切換手段は、パルス幅制限部31、パルス幅切換部32、電流値判定部33、およびパルス幅設定部34を有する。   As shown in FIG. 2, the maximum pulse width switching means in the first embodiment includes a pulse width limiting unit 31, a pulse width switching unit 32, a current value determination unit 33, and a pulse width setting unit 34.

インバータ部5には、3相交流電源21の交流電圧を3相整流部22の整流器と平滑部23のコンデンサで構成された整流平滑回路により直流電圧が供給される。昇圧トランス部4とレーザ共振器1の間には、カーレントトランス(CT)などによる電流検出部3が設けられていて、昇圧トランス部4の出力電流に比例した電圧信号を検出している。電流検出部3より出力される昇圧トランス部4の出力電流に比例した電圧信号は、比較制御手段7でフィードバック制御されると同時に電流値判定部33で所定の設定値と比較され、電流検出部3の出力信号が所定の設定値未満の場合にはパルス幅設定部34の狭いパルス幅を選択するようにパルス幅切換部32で切換える。また、電流検出部3の出力信号が所定の電流値を超えた場合に広いパルス幅を選択するように切換える構成となっている。   The inverter unit 5 is supplied with an AC voltage from the three-phase AC power source 21 by a rectifying / smoothing circuit including a rectifier of the three-phase rectifying unit 22 and a capacitor of the smoothing unit 23. A current detector 3 such as a current transformer (CT) is provided between the step-up transformer unit 4 and the laser resonator 1, and a voltage signal proportional to the output current of the step-up transformer unit 4 is detected. The voltage signal proportional to the output current of the step-up transformer unit 4 output from the current detection unit 3 is feedback-controlled by the comparison control means 7 and simultaneously compared with a predetermined set value by the current value determination unit 33, and the current detection unit When the output signal No. 3 is less than the predetermined set value, the pulse width switching unit 32 switches so as to select a narrow pulse width of the pulse width setting unit 34. In addition, when the output signal of the current detection unit 3 exceeds a predetermined current value, switching is performed so as to select a wide pulse width.

パルス幅制限部31は、パルス幅切換部32の出力信号でパルス幅演算手段6の出力パルス幅を制限するように構成されていて、パルス幅切換部32で選択したパルス幅を最大パルス幅として制御するようになっている。   The pulse width limiting unit 31 is configured to limit the output pulse width of the pulse width calculation means 6 by the output signal of the pulse width switching unit 32, and the pulse width selected by the pulse width switching unit 32 is set as the maximum pulse width. It comes to control.

この構成により電流検出部の検出信号でパルス幅設定部の複数のパルス幅を切換えることによりパルス幅演算手段へのパルス幅を制限する処理が高速化および簡素化され、繰り返し再現性の良い正確な動作が可能となり信頼性を向上することが出来る。   With this configuration, the process of limiting the pulse width to the pulse width computing means is speeded up and simplified by switching a plurality of pulse widths of the pulse width setting section with the detection signal of the current detection section, and accurate and repeatable and accurate. Operation is possible and reliability can be improved.

図3は本発明の実施の形態1における最大パルス幅切換手段の詳細ブロック図を示す。図3を参照しながら最大パルス切換手段の詳細な動作ついて説明する。   FIG. 3 shows a detailed block diagram of the maximum pulse width switching means in the first embodiment of the present invention. The detailed operation of the maximum pulse switching means will be described with reference to FIG.

図3に示すように、実施の形態1おける最大パルス幅切換手段は、パルス幅制限部31、パルス幅切換部32、電流値判定部33、およびパルス幅演算部35を有する。   As shown in FIG. 3, the maximum pulse width switching means in the first embodiment includes a pulse width limiting unit 31, a pulse width switching unit 32, a current value determination unit 33, and a pulse width calculation unit 35.

昇圧トランス部4の出力電流に比例した電流検出部3より電圧信号は、比較制御手段7でフィードバック制御されると同時に電流値判定部33で所定の設定値と比較され、電流検出部3の出力信号が所定の設定値未満の場合にはパルス幅演算部35の狭いパルス幅を選択するようにパルス幅切換部32で切換える。また、電流検出部3の出力信号が所定の電流値を超えた場合に広いパルス幅を選択するように切換える構成となっている。   The voltage signal from the current detection unit 3 proportional to the output current of the step-up transformer unit 4 is feedback-controlled by the comparison control means 7 and simultaneously compared with a predetermined set value by the current value determination unit 33, and the output of the current detection unit 3 When the signal is less than a predetermined set value, the pulse width switching unit 32 switches so as to select a narrow pulse width of the pulse width calculation unit 35. In addition, when the output signal of the current detection unit 3 exceeds a predetermined current value, switching is performed so as to select a wide pulse width.

パルス幅演算部35は、電流値設定部8の電流値指令の出力信号に比例したパルス幅を演算し、電流値指令が大きくなるに従ってパルス幅を広くすることによりインバータ部5のスイッチング制御素子の最大パルス幅を電流値指令に対応した最適設定するように構成されている。   The pulse width calculation unit 35 calculates a pulse width proportional to the output signal of the current value command of the current value setting unit 8, and widens the pulse width as the current value command becomes larger, so that the switching control element of the inverter unit 5 The maximum pulse width is configured to be optimally set according to the current value command.

パルス幅制限部31は、パルス幅切換部32の出力信号でパルス幅演算手段6の出力パルス幅を制限するように構成されていて、パルス幅切換部32で選択したパルス幅を最大パルス幅として制御するようになっている。   The pulse width limiting unit 31 is configured to limit the output pulse width of the pulse width calculation means 6 by the output signal of the pulse width switching unit 32, and the pulse width selected by the pulse width switching unit 32 is set as the maximum pulse width. It comes to control.

この構成により電流値指令に応じてスイッチング制御素子の最大パルス幅を演算するパルス幅演算部を設けたことにより最大パルス幅を電流値指令に対応した最適設定することが可能となり、過電圧に対する保護性能が高まり、さらに信頼性を向上することができる。   With this configuration, it is possible to set the maximum pulse width optimally according to the current value command by providing a pulse width calculation unit that calculates the maximum pulse width of the switching control element according to the current value command. And the reliability can be further improved.

図4は本発明の実施の形態1における最大パルス幅制限時のパルス幅と発生電圧の関係図を示す。   FIG. 4 shows the relationship between the pulse width and the generated voltage when the maximum pulse width is limited in the first embodiment of the present invention.

インバータ部5の制御素子のパルス幅と昇圧トランス部4の発生電圧の関係は、パルス幅が広くなるに従って発生電圧が高くなる比例関係で図4に示すような関係になる。しかし、放電管の放電異常や配線の断線などにより電流検出部3よりの電流フィードバック信号が比較制御手段にフィードバックされない場合、図4の最大パルス幅制限なしに示すように最大のパルス幅でスイッチング制御素子が駆動されるため、発生電圧はV1まで上昇し、過大な電圧による高電圧整流素子の絶縁破壊を招くことある。   The relationship between the pulse width of the control element of the inverter unit 5 and the generated voltage of the step-up transformer unit 4 is as shown in FIG. 4 in a proportional relationship in which the generated voltage increases as the pulse width increases. However, when the current feedback signal from the current detection unit 3 is not fed back to the comparison control means due to discharge abnormality of the discharge tube or disconnection of the wiring, the switching control is performed with the maximum pulse width as shown in FIG. 4 without the maximum pulse width limitation. Since the element is driven, the generated voltage rises to V1, which may cause dielectric breakdown of the high voltage rectifier element due to an excessive voltage.

本発明の最大パルス幅切換手段による最大パルス幅を制限する場合、図4の最大パルス幅制限有りに示すように発生電圧はV2まで制限され、放電異常時の発生電圧を抑制できるため、半導体整流素子の劣化を防止することができる。   When limiting the maximum pulse width by the maximum pulse width switching means of the present invention, the generated voltage is limited to V2 as shown in FIG. 4 with the maximum pulse width limited, and the generated voltage at the time of abnormal discharge can be suppressed. Deterioration of the element can be prevented.

なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるCPUを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。   In the laser oscillation device having the above configuration, each component is provided with a control element and controlled in each signal processing or each configuration. However, the laser oscillation device is provided with a CPU connected to each configuration. You may make it control each process collectively.

図5は、本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の構成図を示している。   FIG. 5 shows a block diagram of the laser beam machine in the embodiment of the present invention.

レーザ加工機は、加工ワーク61を乗せる加工テーブル62と、加工テーブル62の移動またはレーザ光を集光する集光手段67の少なくとも一方を移動する駆動手段63と、前記駆動手段63を制御する数値制御手段64と、レーザ発振装置65と、レーザ光路66とにより構成されている。   The laser beam machine has a machining table 62 on which the workpiece 61 is placed, a driving unit 63 that moves at least one of the movement of the machining table 62 or the condensing unit 67 that collects laser light, and a numerical value that controls the driving unit 63. The control unit 64, the laser oscillation device 65, and the laser beam path 66 are configured.

レーザ発振装置65より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路66で伝送され集光手段67により集光されて、加工ワーク61に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段64により駆動手段63に指令が出力され、加工テーブル62または集光手段67の少なくとも一方を動作させて加工ワーク61を加工される。   The laser beam emitted from the laser oscillation device 65 is transmitted through a laser beam path 66 constituted by a folding mirror or the like, condensed by the condensing means 67, irradiated onto the workpiece 61, and machining is started. At the same time, a command is output to the driving means 63 by the numerical control means 64, and the workpiece 61 is machined by operating at least one of the machining table 62 or the light collecting means 67.

上記レーザ加工機によれば、放電負荷の変動による異常電圧の発生を防止し、高電圧回路の半導体整流素子の絶縁破壊や損傷防止を図り、レーザ光の出力パワーの安定な照射が可能となる。さらに数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。   According to the laser processing machine, the generation of abnormal voltage due to fluctuations in the discharge load is prevented, the semiconductor rectifying element of the high voltage circuit is prevented from being broken or damaged, and the laser beam output power can be stably irradiated. . Furthermore, since the laser oscillation device is comprehensively controlled by the numerical control means, it is possible to improve the reliability of laser processing and to prevent defective products from being mixed into the workpiece.

本発明のレーザ発振装置は、過電圧による半導体整流素子の破損を防止し、レーザ出力の安定および長期信頼性の向上に有用である。   The laser oscillation device of the present invention is useful for preventing damage to the semiconductor rectifying element due to overvoltage and improving the stability of laser output and long-term reliability.

1 レーザ共振器
2 出力レーザ光
3 電流検出部
4 昇圧トランス部
5 インバータ部
6 パルス幅演算手段
7 比較制御手段
8 電流値設定部
9 照射指令部
10 最大パルス幅切換手段
21 3相交流電源
22 3相整流部
23 平滑部
31 パルス幅制限部
32 パルス幅切換部
33 電流値判定部
34 パルス幅設定部
35 パルス幅演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser resonator 2 Output laser beam 3 Current detection part 4 Step-up transformer part 5 Inverter part 6 Pulse width calculating means 7 Comparison control means 8 Current value setting part 9 Irradiation command part 10 Maximum pulse width switching means 21 Three-phase AC power supply 22 3 Phase rectification unit 23 Smoothing unit 31 Pulse width limiting unit 32 Pulse width switching unit 33 Current value determination unit 34 Pulse width setting unit 35 Pulse width calculation unit

Claims (4)

レーザ共振器より出力レーザ光を照射するタイミングを決める照射指令部と、前記照射指令部の出力信号により予め設定された電流値信号を出力する電流値設定部と、前記電流値設定部の出力信号と電流検出部の電流値出力信号を比較する比較制御手段と、前記比較制御手段の出力信号をパルス幅に変換するパルス幅演算手段と、前記パルス幅演算手段のパルス信号で制御素子をスイッチングするインバータ部と、前記インバータ部の出力信号を直流高電圧に変換し電流検出部を経由してレーザ共振器に電力を供給する昇圧トランス部と、前記電流検出部の検出信号でパルス幅を切換える最大パルス幅切換手段とを備え、前記電流検出部の検出信号が所定の電流値未満の場合に狭いパルス幅、また、所定の電流値を超えた場合に広いパルス幅に切換えることによりインバータ部の制御素子の最大パルス幅をする制限する最大パルス幅切換手段を有することを特徴とするレーザ発振装置。 An irradiation command unit that determines the timing of irradiating the output laser beam from the laser resonator, a current value setting unit that outputs a current value signal preset by an output signal of the irradiation command unit, and an output signal of the current value setting unit A comparison control means for comparing the current value output signal of the current detection unit, a pulse width calculation means for converting the output signal of the comparison control means into a pulse width, and a control element is switched by the pulse signal of the pulse width calculation means An inverter unit, a step-up transformer unit that converts an output signal of the inverter unit into a DC high voltage and supplies power to the laser resonator via a current detection unit, and a maximum that switches a pulse width by a detection signal of the current detection unit Pulse width switching means, and a narrow pulse width when the detection signal of the current detection unit is less than a predetermined current value, and a wide pulse width when the detection signal exceeds a predetermined current value Laser oscillation apparatus characterized by having the maximum pulse width switching means limited to the maximum pulse width of the control element of the inverter section by switching. 前記最大パルス幅切換手段は、前記電流検出部の検出信号と所定の電流値設定信号とを比較する電流値判定部と、複数のパルス幅が予め設定されているパルス幅設定部と、前記電流値判定部の出力信号により前記パルス幅設定部のパルス幅を切換えるパルス幅切換部と、前記パルス幅切換部の出力信号でパルス幅演算手段のパルス幅を制限するように制御するパルス幅制限部とを有したことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振装置。 The maximum pulse width switching means includes a current value determination unit that compares a detection signal of the current detection unit with a predetermined current value setting signal, a pulse width setting unit in which a plurality of pulse widths are set in advance, and the current A pulse width switching unit for switching the pulse width of the pulse width setting unit according to the output signal of the value determining unit, and a pulse width limiting unit for controlling the pulse width of the pulse width calculating means to be limited by the output signal of the pulse width switching unit The laser oscillation device according to claim 1, wherein: 前記最大パルス幅切換手段は、前記電流検出部の検出信号と所定の電流値設定信号とを比較する電流値判定部と、前記電流値設定部の電流値指令に応じてパルス幅を演算するパルス幅演算部と、前記電流値判定部の出力信号により前記パルス幅演算部のパルス幅を切換えるパルス幅切換部と、前記パルス幅切換部の出力信号でパルス幅演算手段のパルス幅を制限するように制御するパルス幅制限部とを有したことを特徴とする請求項1記載のレーザ発振装置。 The maximum pulse width switching means includes a current value determination unit that compares a detection signal of the current detection unit with a predetermined current value setting signal, and a pulse that calculates a pulse width according to a current value command of the current value setting unit A pulse width switching unit that switches a pulse width of the pulse width calculation unit according to an output signal of the current value determination unit, and a pulse width of the pulse width calculation unit that is limited by an output signal of the pulse width switching unit. The laser oscillation device according to claim 1, further comprising a pulse width limiting unit that controls the laser. 加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する請求項1から3のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。 A laser beam is generated from a processing table on which a workpiece is placed, a driving unit that moves at least one of a movement of the processing table and a laser beam condensing unit, a numerical control unit that controls the driving unit, and a laser beam. A laser processing machine comprising the laser oscillation device according to any one of 3 above.
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