JP2022121971A - Laser power supply device and laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ用電源装置及びレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser power supply device and a laser processing apparatus.
放電電極を有するガスレーザ発振器において、パルスレーザビームを安定に出力させるために、放電電極に高周波短パルスを印加してシマー放電を生じさせる技術が公知である(特許文献1等参照。)。シマー放電により、レーザ媒質ガスが励振前にイオン化されることにより、パルスレーザビームの出力が安定化される。シマー放電の時間は、放電開始からレーザビームが出力されるまでの時間に比べて十分短い。このため、シマー放電によってレーザビームが出力されることはない。シマー放電は、通常、一定の周波数で繰り返される。 In order to stably output a pulsed laser beam in a gas laser oscillator having a discharge electrode, a technique is known in which a high-frequency short pulse is applied to the discharge electrode to generate a simmer discharge (see Patent Document 1, etc.). The simmer discharge ionizes the laser medium gas before excitation, thereby stabilizing the output of the pulsed laser beam. The simmer discharge time is sufficiently shorter than the time from the start of discharge to the output of the laser beam. Therefore, no laser beam is output by simmer discharge. Shimmer discharges are usually repeated at a constant frequency.
高周波電源からレーザ発振器に、励振用の高周波電力及びシマー放電用の高周波電力が供給される。直流電源から高周波電源に直流電力が供給される。高周波電源に供給される直流電力の電圧(以下、DCリンク電圧という。)を所定の目標範囲内に維持するために、DCリンク電圧が測定される。レーザ発振器の励振期間及びシマー放電期間は、高周波電源からの高周波ノイズの影響によって、DCリンク電圧を安定して測定することが困難である。したがって、シマー放電中にDCリンク電圧の測定を行うことは好ましくない。シマー放電が終了してDCリンク電圧の測定を行うと、直流電源の制御に遅れが生じる場合がある。 A high-frequency power source supplies a laser oscillator with high-frequency power for excitation and high-frequency power for simmer discharge. DC power is supplied from the DC power supply to the high frequency power supply. The DC link voltage is measured in order to maintain the voltage of the DC power supplied to the high frequency power supply (hereinafter referred to as the DC link voltage) within a predetermined target range. During the excitation period of the laser oscillator and the simmer discharge period, it is difficult to stably measure the DC link voltage due to the influence of high frequency noise from the high frequency power supply. Therefore, it is not preferable to measure the DC link voltage during simmer discharge. When the simmer discharge ends and the DC link voltage is measured, a delay may occur in the control of the DC power supply.
DCリンク電圧が所定の目標範囲から外れている場合は、DCリンク電圧が所定の目標範囲に収まるまで、レーザ発振器の励振を待機させる必要がある。DCリンク電圧を目標範囲に収める制御に遅れが生じると、レーザ発振器の励振開始までの待機時間が長くなる場合がある。 If the DC link voltage is out of the predetermined target range, excitation of the laser oscillator must be put on hold until the DC link voltage is within the predetermined target range. If there is a delay in controlling the DC link voltage to fall within the target range, the waiting time until the start of excitation of the laser oscillator may become longer.
また、シマー放電を生じさせるタイミングが、レーザ発振器を励振させる期間に重なると、シマー放電を生じさせる処理は実行されない。この場合、シマー放電発生の頻度が低下してしまう。シマー放電発生の頻度の増減は、レーザ発振器からの出力の安定性に影響を与えてしまう。 Further, when the timing for generating the simmer discharge overlaps with the period for exciting the laser oscillator, the process for generating the simmer discharge is not executed. In this case, the frequency of occurrence of simmer discharge decreases. An increase or decrease in the frequency of occurrence of simmer discharge affects the stability of the output from the laser oscillator.
本発明の目的は、適切にシマー放電を発生させて、レーザ発振器からの出力の安定化を図ることが可能なレーザ用電源装置及びレーザ加工装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser power supply device and a laser processing apparatus capable of appropriately generating a simmer discharge and stabilizing the output from a laser oscillator.
本発明の一観点によると、
レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
励振要求を受けると前記レーザ発振器を励振させ、シマー要求を受けると前記レーザ発振器をシマー放電させるように前記高周波電源を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させるレーザ用電源装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
a high-frequency power supply that supplies high-frequency power to a laser oscillator;
a control device for controlling the high-frequency power supply to excite the laser oscillator when an excitation request is received and to simmer discharge the laser oscillator when a simmer request is received;
A laser power supply device is provided in which, when the control device receives the simmer request during a period during which simmer discharge should be avoided, the control device causes the laser oscillator to perform simmer discharge with a delay from the time when the simmer request is received.
本発明の他の観点によると、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御する制御装置と、
加工対象物を保持し、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記加工対象物に入射させ、前記制御装置に対して励振要求及びシマー要求を与える加工機と
を備え、
前記制御装置は、
前記加工機から前記励振要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器を励振させ、
前記加工機から前記シマー要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器をシマー放電させ、
シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させるレーザ加工装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
a laser oscillator;
a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the laser oscillator;
a control device that controls the high-frequency power supply;
a processing machine that holds an object to be processed, causes the laser beam output from the laser oscillator to enter the object to be processed, and gives an excitation request and a simmer request to the control device;
The control device is
upon receiving the excitation request from the processing machine, controlling the high-frequency power supply to excite the laser oscillator;
when receiving the simmer request from the processing machine, controlling the high-frequency power supply to cause the laser oscillator to discharge simmer;
A laser processing apparatus is provided in which, when the simmer request is received during a period during which simmer discharge should be avoided, the laser oscillator causes the laser oscillator to perform simmer discharge with a delay from the time when the simmer request is received.
シマー放電を回避すべき期間にシマー要求を受けると、シマー放電を遅延させるため、シマー放電を回避すべき期間にシマー放電が生じてしまうことによる種々の不都合が回避される。また、シマー放電を回避すべき期間に受けたシマー要求に対してシマー放電を行わないのではなく、遅延させてシマー放電を行うため、シマー放電の回数の減少が回避される。このため、一定時間におけるシマー放電の回数を所定の回数に維持することができる。 If a simmer request is received during a period during which simmer discharge should be avoided, the simmer discharge is delayed, thus avoiding various inconveniences caused by the occurrence of simmer discharge during the period during which simmer discharge should be avoided. In addition, since simmer discharge is delayed in response to a simmer request received during a period in which simmer discharge should be avoided, rather than not performed, a decrease in the number of simmer discharges can be avoided. Therefore, the number of simmer discharges in a certain period of time can be maintained at a predetermined number.
図1~図4を参照して、本発明の一実施例によるレーザ用電源装置及びレーザ加工装置について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A laser power supply device and a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.
図1は、本実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。本実施例によるレーザ加工装置は、レーザ用電源装置10、レーザ発振器40、及び加工機50を含む。レーザ用電源装置10からレーザ発振器40に高周波電力RFが供給される。
FIG. 1 is a block diagram of a laser processing apparatus according to this embodiment. The laser processing apparatus according to this embodiment includes a laser
レーザ発振器40は、ガスレーザ発振器、例えば炭酸ガスレーザ発振器であり、一対の放電電極41を含む。レーザ発振器40に高周波電力RFが供給されると、一対の放電電極41の間で放電が生じ、レーザビームLBが出力される。レーザ発振器40から出力されたレーザビームLBは、加工機50に入力される。
The
加工機50は、折り返しミラー51、ビーム走査器52、集光レンズ53、可動ステージ54、及び加工機制御回路55を含む。可動ステージ54に加工対象物60が保持される。加工機50に入力されたレーザビームLBは、折り返しミラー51で下方に向けて反射され、ビーム走査器52及び集光レンズ53を経由して加工対象物60に入射する。加工対象物60は、例えばプリント基板であり、レーザビームLBが入射することにより穴明け加工が行われる。なお、必要に応じて、レーザビームLBの経路にアッテネータ、ビームエキスパンダ、アパーチャ等を配置してもよい。
The
ビーム走査器52はレーザビームLBを走査することにより、加工対象物60の表面においてレーザビームLBの入射位置を移動させる。ビーム走査器52として、例えば一対の揺動ミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。集光レンズ53として、例えばfθレンズが用いられる。集光レンズ53は、レーザビームLBを加工対象物60の表面に集光させる。
The
ビーム走査器52によってレーザビームLBの入射位置を移動させることにより、走査可能範囲内の加工が行われる。可動ステージ54を動作させて、加工対象物60の表面の加工すべき領域を、ビーム走査器52の走査可能範囲内に順次配置することにより、加工対象物60の表面の全域の加工が行われる。加工機制御回路55が、ビーム走査器52及び可動ステージ54を制御する。さらに、加工機制御回路55は、レーザ用電源装置10に対して、励振シマー要求RQを送る。励振シマー要求RQは、レーザ発振器40を励振させてレーザビームLBを出力させる要求、及びレーザ発振器40をシマー放電させる要求を含む。
By moving the incident position of the laser beam LB by the
次に、レーザ用電源装置10について説明する。レーザ用電源装置10は、整流器30、直流電源20、高周波電源31、制御電源32、及び制御装置33を含む。
Next, the laser
外部の交流電源70から整流器30に三相交流電流が供給される。整流器30で整流された直流電流が直流電源20に供給される。直流電源20は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して、高周波電源31に直流電力を供給する。直流電源20の出力電圧を、DCリンク電圧VCということとする。高周波電源31は、直流電源20から供給された直流電力を高周波電力RFに変換し、レーザ発振器40に供給する。高周波電源31には、例えばインバータが用いられる。
A three-phase AC current is supplied to the
制御装置33が、加工機制御回路55から励振シマー要求RQを受ける。制御装置33は、励振シマー要求RQに基づいて直流電源20を制御するとともに、高周波電源31に動作指令OCを与えることにより高周波電源31を制御する。制御電源32が、交流電源70から供給される交流電力を直流電力に変換して制御装置33に供給する。
The
図2は、直流電源20の等価回路図である。直流電源20は、スイッチングコンバータ21及びコンバータコントローラ22を含む。スイッチングコンバータ21は、ローサイドスイッチング素子Q1、ハイサイドスイッチング素子Q2、フリーホイールダイオードD1、D2、及びインダクタLを含む。これらの素子により、昇圧コンバータが構成される。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the
整流器30、インダクタL、及びローサイドスイッチング素子Q1によって、1つの閉回路が構成される。ローサイドスイッチング素子Q1にフリーホイールダイオードD1が接続されている。さらに、整流器30、インダクタL、ハイサイドスイッチング素子Q2、及びコンデンサCによって、他の1つの閉回路が構成される。ハイサイドスイッチング素子Q2にフリーホイールダイオードD2が接続されている。
A closed circuit is configured by the
スイッチングコンバータ21は、整流器30(図1)から印加される電圧Vinを昇圧してコンデンサCを充電する。コンデンサCの端子間電圧が、高周波電源31に印加されるDCリンク電圧VCに等しい。コンデンサCは、高周波電源31に供給する電力を蓄える蓄電デバイスとして機能する。このようなコンデンサは、バンクコンデンサと呼ばれる場合がある。
The switching
高周波電源31は、制御装置33からの動作指令OCに基づいて間欠動作する。高周波電源31の間欠動作に応じて、コンデンサCが放電され、レーザ発振器40の放電電極41に高周波電力RFが供給される。コンデンサCは、高周波電源31の1回の動作サイクルの放電過程において十分な電力を供給できる程度の大きな静電容量を持つ。
The high-
コンバータコントローラ22は、制御装置33からの指令により、ローサイドスイッチング素子Q1及びハイサイドスイッチング素子Q2のオンオフを制御する。ローサイドスイッチング素子Q1のスイッチングを行うと、電圧Vinが昇圧されてコンデンサCの充電が行われ、DCリンク電圧VCが上昇する。ハイサイドスイッチング素子Q2のスイッチングを行うと、コンデンサCから整流器30に電力が戻され、DCリンク電圧VCが低下する。
The
電流センサ23が、インダクタLを流れる入力電流ILを測定する。入力電流ILの測定値が制御装置33に入力される。電圧センサ24が、コンデンサCの端子間電圧であるDCリンク電圧VCを測定する。DCリンク電圧VCの測定値が制御装置33に入力される。
A
図3は、励振シマー要求RQ、高周波電力RF、レーザビームLB、ローサイドスイッチング素子Q1のオンオフ、入力電流IL、コンデンサCの充電電流IC、電圧センサ24による電圧測定期間PV、及びDCリンク電圧VCのタイミングチャートである。なお、図3に示したレーザビームLB、電流、電圧等の波形は、増加減少の傾向を概略的に示しており、厳密な波形の形状を示しているわけではない。
FIG. 3 shows excitation simmer request RQ, high-frequency power RF, laser beam LB, on/off of low-side switching element Q1, input current IL, charging current IC of capacitor C, voltage measurement period PV by
励振シマー要求RQの波形の立ち上がりが、高周波電力RFの供給開始の要求に相当し、波形の立ち下がりが、高周波電力RFの供給停止の要求に相当する。励振シマー要求RQは、立ち上がりから立ち下がりまでのパルス幅が相対的に長い励振要求RQeと、パルス幅が相対的に短いシマー要求RQsとに分類される。励振要求RQeは、レーザ発振器40を励振させてレーザビームLBを出力させることを要求する信号である。シマー要求RQsは、レーザ発振器40をシマー放電させることを要求する信号である。
The rise of the waveform of the excitation simmer request RQ corresponds to a request to start supply of the high frequency power RF, and the fall of the waveform corresponds to a request to stop the supply of the high frequency power RF. The excitation simmer request RQ is classified into an excitation request RQe having a relatively long pulse width from rising to falling and a simmer request RQs having a relatively short pulse width. The excitation request RQe is a signal requesting that the
加工機制御回路55(図1)は、励振要求RQeを、例えば1kHz~5kHz程度の周波数で繰り返し発生させ、シマー要求RQsを、例えば10kHz程度の一定の周波数で発生させる。 The processing machine control circuit 55 (FIG. 1) repeatedly generates the excitation request RQe at a frequency of about 1 kHz to 5 kHz, for example, and generates the simmer request RQs at a constant frequency of about 10 kHz, for example.
励振要求RQeが立ち上がると(時刻t0)、制御装置33は高周波電源31を制御してレーザ発振器40の励振を開始させる。具体的には、高周波電源31からレーザ発振器40に、励振用の高周波電力RFeが供給されるように、高周波電源31に動作指令OCを与える。レーザ発振器40に励振用の高周波電力RFeが供給されると、レーザビームLBの出力が開始される。励振要求RQeが立ち下がると(時刻t1)、制御装置33は、レーザ発振器40の励振を停止させる。具体的には、高周波電源31を制御して、励振用の高周波電力RFeの供給を停止させる。これにより、レーザビームLBの出力が停止される。
When the excitation request RQe rises (time t0), the
制御装置33は、レーザ発振器40の励振を開始させると同時に、ローサイドスイッチング素子Q1をオン状態にする。これにより、インダクタL及びローサイドスイッチング素子Q1を通って入力電流ILが流れる。入力電流ILは、時間の経過とともに増加する。
The
制御装置33は、レーザ発振器40の励振を停止させた後、一定時間が経過した時刻t2において、ローサイドスイッチング素子Q1をオフ状態にする。これにより、入力電流ILは、インダクタL、フリーホイールダイオードD2、及びコンデンサCを通って流れる。入力電流ILは、時間の経過とともに減少し、時刻t3でほぼゼロになる。時刻t2からt3までの期間、コンデンサCに充電電流ICが流れる。
After stopping the excitation of the
高周波電源31がレーザ発振器40に励振用の高周波電力RFeを供給している期間(時刻t0~t1)は、DCリンク電圧VCが時間の経過とともに低下する。励振用の高周波電力RFeの供給が停止されると(時刻t1)、DCリンク電圧VCは一定値を保つ。コンデンサCに充電電流ICが流れる期間(時刻t2~t3)、DCリンク電圧VCが時間の経過とともに徐々に上昇に、ほぼ元の電圧値まで回復する。
During the period (time t0 to t1) in which the high
制御装置33は、所定のタイミングでDCリンク電圧VCを測定してフィードバック制御を行う。例えば、DCリンク電圧VCの測定値が目標範囲の下限値未満になったら、ローサイドスイッチング素子Q1をオンオフすることにより、コンデンサCを充電する。なお、時刻t0からt3までの期間は、DCリンク電圧VCが変動しているため、DCリンク電圧VCの測定は行わない。充電電流ICがゼロになり、DCリンク電圧VCが安定した時刻t3から、一定の期間(時刻t3~t4)、DCリンク電圧VCを測定する。制御装置33は、この期間内に電圧値を複数回測定し、得られた測定値の平均値を、DCリンク電圧VCの測定値として採用する。
The
図3は、電圧測定期間PV(時刻t3~t4)に、制御装置33がシマー要求RQsを受けた例を示している。電圧測定期間PVにレーザ発振器40をシマー放電させると、高周波電源31の動作によってDCリンク電圧VCに高周波ノイズが重畳される。このため、正確なDCリンク電圧VCを測定することができない。
FIG. 3 shows an example in which the
制御装置33は、電圧測定期間PVには、レーザ発振器40をシマー放電させず、電圧測定期間PVが終了した後に、シマー放電させる。すなわち、矢印Dで示すように、シマー要求RQsを受けた時点から遅延させてシマー放電を開始させる。具体的には、制御装置33は、電圧測定期間PVの終了(時刻t4)を確認した後に、高周波電源31からレーザ発振器40にシマー用の高周波電力RFsが供給されるように(時刻t5)、高周波電源31に動作指令OCを与える。
The
レーザ発振器40がシマー放電している期間は短いため、一対の放電電極41(図2)の間のレーザ媒質ガスがイオン化されるが、レーザ発振は生じない。高周波電源31がレーザ発振器40にシマー用の高周波電力RFsを供給している期間、DCリンク電圧VCが徐々に低下する。
Since the simmer discharge period of the
制御装置33は、シマー放電期間中においても、励振期間中と同様にスイッチングコンバータ21を制御する。これにより、充電電流ICが流れ、DCリンク電圧VCがほぼ元の電圧値まで回復する。なお、シマー放電期間中においては、スイッチングコンバータ21を制御しなくてもよい。シマー放電で消費されるエネルギは、励振で消費されるエネルギに比べて極めて少なく、シマー放電による電圧降下は励振による電圧降下より極めて小さい。このため、DCリンク電圧VCがシマー放電によって低下しても、低下後のDCリンク電圧VCは許容範囲に収まる。シマー放電によって消費されたエネルギ相当分の電力は、次の励振期間中にスイッチングコンバータ21が動作することにより回復する。
The
図4は、励振シマー要求RQ、高周波電力RF、レーザビームLB、入力電流IL、電圧測定期間PV、及びDCリンク電圧VCのタイミングチャートである。 FIG. 4 is a timing chart of excitation simmer request RQ, high frequency power RF, laser beam LB, input current IL, voltage measurement period PV, and DC link voltage VC.
制御装置33(図1)に、シマー要求RQsが一定の周期Psで入力される。制御装置33は、シマー要求RQsを受けるとレーザ発振器40をシマー放電させる。具体的には、制御装置33は高周波電源31を制御して、高周波電源31からシマー放電用の高周波電力RFsを出力させる。このとき、レーザ発振器40でレーザ発振は生じないため、レーザビームLBは出力されない。
A simmer request RQs is input to the control device 33 (FIG. 1) at a constant cycle Ps. When receiving the simmer request RQs, the
高周波電源31がレーザ発振器40にシマー放電用の高周波電力RFsを供給してる期間、DCリンク電圧VCが低下する。DCリンク電圧VCの低下に対応して、図3を参照して説明したように、制御装置33がスイッチングコンバータ21を動作させてDCリンク電圧VCを回復させる。なお、図3を参照して説明したシマー放電時の動作と同様に、シマー放電期間中においては、スイッチングコンバータ21を制御しなくてもよい。シマー放電によって消費されたエネルギ相当分の電力は、次の励振期間中にスイッチングコンバータ21が動作することにより回復する。
While the high-
図4に示した例では、1つのシマー要求RQsが励振要求RQeと重なっている。励振要求RQeに重なったシマー要求RQsを破線で表している。励振要求RQeと重なったシマー要求RQsについては、レーザ発振器40にシマー放電を生じさせることができない。
In the example shown in FIG. 4, one simmer request RQs overlaps the excitation request RQe. A dashed line represents the simmer request RQs that overlaps the excitation request RQe. A simmer discharge cannot be generated in the
制御装置33は、励振要求RQeを受けると、レーザ発振器40を励振させる。具体的には、高周波電源31を制御して、高周波電源31から励振用の高周波電力RFeを出力させる。これにより、レーザビームLBが出力される。このとき、図3を参照して説明したように、入力電流ILが流れ、DCリンク電圧VCが変動する。
The
制御装置33は、シマー要求RQsが励振要求RQeに重なっていることを検出する機能を持つ。例えば、励振要求RQeの直前のシマー要求RQsからの経過時間と、シマー要求RQsの周期Psとから、シマー要求RQsが励振要求RQeに重なっているか否かを判定することができる。
The
制御装置33は、レーザ発振器40を励振させる期間にシマー要求RQsを受けると、矢印Dで示すようにシマー要求RQsを受けた時点から一定時間だけ遅延させてレーザ発振器40をシマー放電させる。例えば、DCリンク電圧VCを回復させるための入力電流ILが流れている期間に、制御装置33が高周波電源31からシマー放電用の高周波電力RFsを供給させる。レーザ発振器40がシマー放電することにより、DCリンク電圧VCが一時的に低下する。
When the
入力電流ILがゼロになった後の電圧測定期間PVに、図3を参照して説明したように、制御装置33がDCリンク電圧VCを測定する。
During the voltage measurement period PV after the input current IL becomes zero, the
次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、図3を参照して説明したように、制御装置33が、電圧測定期間PVにシマー要求RQsを受けると、電圧測定期間PVの終了までシマー放電を生じさせず、電圧測定期間PVの終了後に、シマー放電を生じさせる。電圧測定期間PVがシマー放電の期間と重ならなくなるため、シマー放電に起因するノイズの影響を受けることなく、DCリンク電圧VCを測定することが可能である。このため、DCリンク電圧VCの測定精度を高めることができる。
Next, the excellent effects of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, as described with reference to FIG. 3, when the
シマー放電の開始を遅延させる代わりに、電圧測定期間PVを遅らせても、ノイズの影響を受けることなくDCリンク電圧VCを測定することが可能である。ただし、この場合には、DCリンク電圧VCの測定値を得るタイミングが遅れる。その結果、DCリンク電圧VCに基づくスイッチングコンバータ21の制御にも遅れが生じる。スイッチングコンバータ21の制御の遅れにより、DCリンク電圧VCが回復するまでの経過時間が長くなってしまう。
By delaying the voltage measurement period PV instead of delaying the start of the simmer discharge, it is possible to measure the DC link voltage VC without being affected by noise. However, in this case, the timing of obtaining the measured value of the DC link voltage VC is delayed. As a result, a delay also occurs in control of the switching
レーザ発振の安定性を高めるために、DCリンク電圧VCが回復するまではレーザ発振器40を励振させることができない。上記実施例では、DCリンク電圧VCの回復に遅れが生じないため、短い周期での励振要求RQeに対応して、レーザ発振器40を励振させることができる。
In order to improve the stability of laser oscillation, the
さらに上記実施例では、図4に示したように、一つの周期のシマー要求RQsが励振要求RQeに重なった場合でも、制御装置33は、タイミングを遅らせてレーザ発振器40をシマー放電させる。このため、単位時間あたりのシマー放電の回数がほぼ一定に維持される。これにより、レーザ発振器40の励振時におけるレーザ媒質ガスのイオン化の程度が均一化され、レーザビームLBのパルスエネルギの安定化を図ることができる。
Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 4, even when the simmer request RQs of one cycle overlaps with the excitation request RQe, the
次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、図3を参照して説明したように、制御装置33が、電圧測定期間PVにシマー要求RQsを受けると、電圧測定期間PVが終了してからシマー放電を開始させる。変形例として、シマー要求RQsが与えられた時点から一定の遅延時間だけ遅らせて、シマー放電を開始させてもよい。この遅延時間は、電圧測定期間PVが終了した後にシマー放電が開始するように十分な長さにしておけばよい。
Next, a modification of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, as described with reference to FIG. 3, when the
また、上記実施例では、制御装置33が、電圧測定期間PVにシマー要求RQsを受けた場合、及びレーザ発振器40の励振期間中にシマー要求RQsを受けた場合に、シマー放電の開始を遅らせている。すなわち、電圧測定期間PV及びレーザ発振器40の励振期間を、シマー放電を回避すべき期間として取り扱っている。その他に、シマー放電と並行して実行することが好ましくない処理を行っていき期間を、シマー放電を回避すべき期間に含めてもよい。制御装置は、このようなシマー放電を回避すべき期間にシマー要求RQsを受けると、シマー放電の開始を遅らせるようにするとよい。
Further, in the above embodiment, when the
次に、図5、図6A、及び図6Bを参照して他の実施例によるレーザ加工装置及びレーザ用電源装置について説明する。以下、図1~図4に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser processing apparatus and a laser power supply according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 6A, and 6B. Hereinafter, explanations of configurations common to the embodiments shown in FIGS. 1 to 4 will be omitted.
図5は、他の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。図5に示した実施例によるレーザ加工装置は、部分反射ミラー45及び光検知器46を含む。レーザ発振器40から出力されたレーザビームLBの一部が、部分反射ミラー45で反射されて光検知器46に入射する。光検知器46は、レーザビームLBの入射を検知すると、検知結果SLを出力する。この検知結果SLは制御装置33の検出部33Aに入力される。検出部33Aは、検知結果SLから、レーザビームLBの出力開始及び出力停止の時期を検知することができる。
FIG. 5 is a block diagram of a laser processing apparatus according to another embodiment. A laser processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 5 includes a partially
図6Aは、検出部33Aの一構成例を示すブロック図である。検出部33Aは、オペアンプを用いたフィルタ回路35及びコンパレータ36を含む。光検知器46(図5)から出力された電気信号が、フィルタ回路35のオペアンプの反転入力端子または非反転入力端子に入力される。オペアンプの他方の入力端子には基準電圧が与えられる。または、オペアンプの2つの入力端子に差動信号が入力される。フィルタ回路35の出力がコンパレータ36の非反転入力端子に入力される。反転入力端子には、所定の閾値電圧が印加される。フィルタ回路35の出力と閾定電圧とを比較することにより、パルスレーザビームの出力開始及び出力停止を検出することができる。このように、検出機能をアナログ回路で構成することにより、検出タイミングの遅延を少なくすることができる。
FIG. 6A is a block diagram showing a configuration example of the
図6Bは、検出部33Aの他の構成例を示すブロック図である。光検知器46(図5)から出力された電気信号がA/D変換器37に入力され、デジタル信号に変換される。このデジタル信号がデジタルフィルタ処理部38Aでフィルタ処理される。フィルタ処理されたデジタル信号が、判定処理部38Bに入力される。判定処理部38Bは、デジタル信号の値と判定閾値とを比較することにより、パルスレーザビームの出力開始及び出力停止を検出する。デジタルフィルタ処理部38A及び判定処理部38Bの機能は、CPUまたはFPGA38によって実現される。このように、光検知器46の出力信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に基づいて判定を行うことにより、判定閾値を高精度に設定することができる。また、レーザ発振器の状態によって、判定閾値を適切に調整することが可能である。
FIG. 6B is a block diagram showing another configuration example of the
図4に示した実施例では、矢印Dで示すようにシマー放電の開始を遅らせる遅延時間が予め定められている。これに対して図5、図6A、及び図6Bに示した実施例では、レーザ発振器40の励振期間中に、制御装置33がシマー要求RQsを受けると、レーザビームLBの出力が停止されるまで、シマー放電の開始を遅延させる。
In the embodiment shown in FIG. 4, as indicated by arrow D, a delay time for delaying the start of simmer discharge is predetermined. On the other hand, in the embodiments shown in FIGS. 5, 6A, and 6B, when the
次に、図5、図6A、及び図6Bに示した実施例の優れた効果について説明する。
レーザ発振器40への励振用の高周波電力RFeの供給を停止すると、レーザ出力が急激に低下するが、高周波電力RFeの供給の停止時点から極短い時間はレーザビームLBの出力が継続される。図4に示した実施例では、レーザビームLBの出力の継続期間を考慮して、シマー放電開始の遅延時間にある程度の余裕を持たせておく必要がある。これに対して図5に示した実施例では、レーザビームLBの出力の停止を検知してシマー放電を開始させるため、レーザビームLBの出力停止後、直ちにシマー放電を開始させることができる。
Next, the excellent effects of the embodiment shown in FIGS. 5, 6A, and 6B will be described.
When the supply of the high-frequency power RFe for excitation to the
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that each of the above-described embodiments is an example, and partial substitutions or combinations of configurations shown in different embodiments are possible. Similar actions and effects due to similar configurations of multiple embodiments will not be sequentially referred to for each embodiment. Furthermore, the invention is not limited to the embodiments described above. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
10 レーザ用電源装置
20 直流電源
21 スイッチングコンバータ
22 コンバータコントローラ
23 電流センサ
24 電圧センサ
30 整流器
31 高周波電源
32 制御電源
33 制御装置
33A 検出部
35 増幅フィルタ回路
36 コンパレータ
37 A/D変換器
38A デジタルフィルタ処理部
38B 判定処理部
38 CPU/FPGA
40 レーザ発振器
41 放電電極
45 部分反射ミラー
46 光検知器
50 加工機
51 折り返しミラー
52 ビーム走査器
53 集光レンズ
54 可動ステージ
55 加工機制御回路
60 加工対象物
70 交流電源
10 Power supply device for
40
Claims (9)
励振要求を受けると前記レーザ発振器を励振させ、シマー要求を受けると前記レーザ発振器をシマー放電させるように前記高周波電源を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させるレーザ用電源装置。 a high-frequency power supply that supplies high-frequency power to a laser oscillator;
a control device for controlling the high-frequency power supply to excite the laser oscillator when an excitation request is received and to simmer discharge the laser oscillator when a simmer request is received;
The laser power supply device, when receiving the simmer request during a period during which simmer discharge should be avoided, causes the laser oscillator to perform simmer discharge with a delay from the time when the simmer request is received.
前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から予め定められた時間だけ遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項2に記載のレーザ用電源装置。 The control device is
3. The power supply device for a laser according to claim 2, wherein when said simmer request is received during a period for exciting said laser oscillator, said laser oscillator is delayed by a predetermined time from the time when said simmer request is received, and simmer discharge is caused in said laser oscillator. .
前記制御装置は、
前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記光検知器からの検知結果に基づいて、前記レーザ発振器からのレーザビームの出力の終了後に前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項2に記載のレーザ用電源装置。 A detection result from a photodetector that detects a laser beam output from the laser oscillator is input to the control device,
The control device is
3. The method according to claim 2, wherein when the simmer request is received during the period of excitation of the laser oscillator, the laser oscillator is caused to emit simmer discharge after output of the laser beam from the laser oscillator is completed based on the detection result from the photodetector. A power supply for the described laser.
前記制御装置は、
前記直流電源の出力電圧を測定してフィードバック制御を行い、
前記シマー放電を回避すべき期間は、前記直流電源の出力電圧を測定する期間を含む請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ用電源装置。 further comprising a DC power supply that supplies DC power to the high-frequency power supply,
The control device is
feedback control by measuring the output voltage of the DC power supply,
5. The laser power supply according to claim 1, wherein the period during which the simmer discharge should be avoided includes a period during which the output voltage of the DC power supply is measured.
前記直流電源の出力電圧を測定する期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から、予め定められた時間だけ遅延させて前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項5に記載のレーザ用電源装置。 The control device is
6. The laser according to claim 5, wherein when the simmer request is received during the period of measuring the output voltage of the DC power supply, the laser oscillator causes the laser oscillator to perform simmer discharge with a delay of a predetermined time from the time when the simmer request is received. power supply.
前記直流電源の出力電圧を測定する期間に前記シマー要求を受けると、前記直流電源の出力電圧を測定する期間が終了した後に、前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項5に記載のレーザ用電源装置。 The control device is
6. The power supply device for a laser according to claim 5, wherein when the simmer request is received during the period for measuring the output voltage of the DC power supply, the laser oscillator causes simmer discharge after the period for measuring the output voltage of the DC power supply is over. .
前記レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御する制御装置と、
加工対象物を保持し、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記加工対象物に入射させ、前記制御装置に対して励振要求及びシマー要求を与える加工機と
を備え、
前記制御装置は、
前記加工機から前記励振要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器を励振させ、
前記加工機から前記シマー要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器をシマー放電させ、
シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させるレーザ加工装置。 a laser oscillator;
a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the laser oscillator;
a control device that controls the high-frequency power supply;
a processing machine that holds an object to be processed, causes a laser beam output from the laser oscillator to enter the object to be processed, and gives an excitation request and a simmer request to the control device;
The control device is
upon receiving the excitation request from the processing machine, controlling the high-frequency power supply to excite the laser oscillator;
when receiving the simmer request from the processing machine, controlling the high-frequency power supply to cause the laser oscillator to discharge simmer;
A laser processing apparatus that, when receiving the simmer request during a period during which simmer discharge should be avoided, causes the laser oscillator to perform simmer discharge with a delay from the time of receiving the simmer request.
前記シマー放電を回避すべき期間は、前記レーザ発振器を励振させる期間を含み、
前記制御装置は、前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記光検知器からの検知結果に基づいて、前記レーザ発振器からのレーザビームの出力の終了後に前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項8に記載のレーザ加工装置。
further comprising a photodetector that detects a laser beam output from the laser oscillator and outputs a detection result to the control device;
The period for avoiding the simmer discharge includes a period for exciting the laser oscillator,
Upon receiving the simmer request during the period of excitation of the laser oscillator, the control device causes the laser oscillator to emit simmer discharge after outputting the laser beam from the laser oscillator based on the detection result from the photodetector. The laser processing apparatus according to claim 8, wherein
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