JP6831270B2 - Power control device for high frequency power supply, control method for high frequency power supply, and light source for laser machining system - Google Patents

Power control device for high frequency power supply, control method for high frequency power supply, and light source for laser machining system Download PDF

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Description

本発明は、レーザ加工システムに関する。 The present invention relates to a laser processing system.

産業用の加工ツールとして、レーザ加工システムが広く普及している。図1は、レーザ加工システムのブロック図である。レーザ加工システム10Rは、光源20Rと加工機40を備える。加工機40は、光源20Rが発生するレーザパルス50を受け、それを対象物2に照射する。 Laser machining systems are widely used as industrial machining tools. FIG. 1 is a block diagram of a laser processing system. The laser processing system 10R includes a light source 20R and a processing machine 40. The processing machine 40 receives the laser pulse 50 generated by the light source 20R and irradiates the object 2 with the laser pulse 50.

加工機40は、光学系42、ステージ44、加工制御装置46を備える。対象物2はステージ44上に載置され、必要に応じて固定される。光学系42は、レーザパルス50を受け、レーザパルス52を対象物2に照射する。ステージ44は、加工制御装置46からの位置制御信号Sに応じて、対象物2を位置決めし、対象物2とレーザパルス52の照射位置を相対的にスキャンする。ステージ44は、1軸、2軸(XY)あるいは3軸(XYZ)であり得る。 The processing machine 40 includes an optical system 42, a stage 44, and a processing control device 46. The object 2 is placed on the stage 44 and fixed as needed. The optical system 42 receives the laser pulse 50 and irradiates the object 2 with the laser pulse 52. The stage 44 positions the object 2 in response to the position control signal S2 from the processing control device 46, and scans the irradiation positions of the object 2 and the laser pulse 52 relative to each other. The stage 44 can be uniaxial, biaxial (XY) or triaxial (XYZ).

加工制御装置46は、レーザ加工システム10Rを統括的に制御する。具体的には加工制御装置46は、光源20Rに対して間欠的にショット指令Sを出力する。また加工制御装置46は、加工処理を記述するデータ(レシピ)にしたがってステージ44を制御するための位置制御信号Sを生成する。 The machining control device 46 comprehensively controls the laser machining system 10R. Processing controller 46 Specifically, intermittently outputting the shot instruction S 1 to the light source 20R. The machining control unit 46 generates a position control signal S 2 for controlling the stage 44 according to the data (recipe) describes the processing.

光源20Rは、加工制御装置46からのショット指令Sに応じて、レーザパルス50を発生する。光源20Rは、直流電源22、高周波電源24、レーザ装置26、光源側制御装置28を備える。レーザ装置26はCOレーザなどである。直流電源22は直流電圧VDCを発生する。高周波電源24は、直流電圧VDCを昇圧し、レーザ装置26の放電電極27に交流高電圧VDRVを印加する。 Light source 20R in response to the shot instruction S 1 from the machining control unit 46, it generates a laser pulse 50. The light source 20R includes a DC power supply 22, a high frequency power supply 24, a laser device 26, and a light source side control device 28. The laser device 26 is a CO 2 laser or the like. The DC power supply 22 generates a DC voltage V DC . The high frequency power supply 24 boosts the DC voltage V DC and applies an AC high voltage V DRV to the discharge electrode 27 of the laser device 26.

光源側制御装置28は、ショット指令Sに応答して、高周波電源24を間欠動作させる。高周波電源24の動作期間(励振期間)において、レーザ装置26は発光し、高周波電源24の停止期間において、レーザ装置26は発光停止する。 Light source-side control unit 28 is responsive to the shot instruction S 1, thereby intermittently operating the high frequency power supply 24. During the operation period (excitation period) of the high-frequency power supply 24, the laser device 26 emits light, and during the stop period of the high-frequency power supply 24, the laser device 26 stops emitting light.

高周波電源24は、高周波インバータ25を備え、高周波インバータ25は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチで構成される。光源側制御装置28は、励振期間の間、半導体スイッチを高速にスイッチングする。 The high-frequency power supply 24 includes a high-frequency inverter 25, and the high-frequency inverter 25 is composed of a semiconductor switch such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a bipolar transistor, and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The light source side control device 28 switches the semiconductor switch at high speed during the excitation period.

高周波電源24には、意図的にあるいは寄生的にインダクタンスが導入される。半導体スイッチを高速にスイッチングさせると、インダクタンスには、それに流れる電流に応じたエネルギーが蓄えられる。このインダクタンスは、ときとして半導体スイッチに過電圧を印加する要因となる。 Inductance is intentionally or parasitically introduced into the high frequency power supply 24. When a semiconductor switch is switched at high speed, energy corresponding to the current flowing through the inductance is stored in the inductance. This inductance sometimes causes an overvoltage to be applied to the semiconductor switch.

半導体スイッチに耐圧を超える過電圧が印加されると、信頼性が損なわれる。そこで、半導体スイッチには、スナバ回路が接続され、インダクタンスのエネルギーを適切に吸収させている。一般的にスナバ回路は半導体スイッチと並列に接続されるスナバコンデンサを含み、半導体スイッチに流れる電流をスナバコンデンサに引き込むことにより、半導体スイッチの両端間の電圧の上昇を抑制する。スナバコンデンサに蓄えられた電荷は、放電用抵抗を介して放電されるようになっている。 If an overvoltage exceeding the withstand voltage is applied to the semiconductor switch, reliability is impaired. Therefore, a snubber circuit is connected to the semiconductor switch to appropriately absorb the energy of the inductance. Generally, a snubber circuit includes a snubber capacitor connected in parallel with a semiconductor switch, and by drawing a current flowing through the semiconductor switch into the snubber capacitor, an increase in voltage between both ends of the semiconductor switch is suppressed. The electric charge stored in the snubber capacitor is discharged via a discharge resistor.

ここで、スナバコンデンサへの充電速度が、放電速度を上回る状況が持続すると、スナバコンデンサの電圧は上昇し続け、半導体スイッチに過電圧が印加されるおそれがある。特許文献1の技術では、この問題を解決するために、放電用抵抗と並列に放電用のスイッチを設け、スナバコンデンサの電圧がしきい値を超えると、放電用スイッチをオンして、スナバコンデンサの電圧を強制的に低下させる構成を取っている。 Here, if the charging speed of the snubber capacitor continues to exceed the discharging speed, the voltage of the snubber capacitor continues to rise, and an overvoltage may be applied to the semiconductor switch. In the technique of Patent Document 1, in order to solve this problem, a discharge switch is provided in parallel with the discharge resistor, and when the voltage of the snubber capacitor exceeds the threshold value, the discharge switch is turned on to turn on the snubber capacitor. It is configured to forcibly reduce the voltage of.

スナバコンデンサの電圧あるいは半導体スイッチに印加される電圧を監視し、所定のしきい値を超えると、高周波電源を停止する方法も考えられる。 A method of monitoring the voltage of the snubber capacitor or the voltage applied to the semiconductor switch and stopping the high-frequency power supply when a predetermined threshold value is exceeded is also conceivable.

特許第3991450号公報Japanese Patent No. 3991450 特開2015−195677号公報JP 2015-195677

特許文献1のスナバ回路では、吸収すべきエネルギーが大きい状態が持続すると、放電用スイッチが導通する時間が長くなる。このことは、放電用スイッチが発熱することを意味するため、保護としては十分でない場合もある。 In the snubber circuit of Patent Document 1, if the state in which the energy to be absorbed is large continues, the time for the discharge switch to conduct is long. This means that the discharge switch generates heat, so it may not be sufficient for protection.

また従来技術では、スナバコンデンサの電圧にもとづいた保護処理を行うため、半導体スイッチの保護には有効である。しかしながら、高周波電源24の出力電力が大きい状態が持続すると、半導体スイッチよりも、レーザ装置の放電電極27の信頼性低下の方が問題となる場合もある。 Further, in the prior art, protection processing is performed based on the voltage of the snubber capacitor, which is effective in protecting the semiconductor switch. However, if the output power of the high-frequency power supply 24 continues to be large, the decrease in reliability of the discharge electrode 27 of the laser device may become more problematic than the semiconductor switch.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、従来とは異なるアプローチによって信頼性を高めた光源の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary purposes of the present invention is to provide a light source having improved reliability by an approach different from the conventional one.

本発明のある態様は、レーザ装置に間欠的に交流電圧を供給する高周波電源を制御する電源制御装置に関する。電源制御装置は、高周波電源の動作、停止を指示するショット指令の履歴にもとづいて、高周波電源の動作の許可、禁止を示すフラグを生成する判定部と、ショット指令が動作を指示し、かつフラグが許可を示すとき、高周波電源を動作させる駆動制御部と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a power supply control device that controls a high frequency power source that intermittently supplies an AC voltage to a laser device. The power control device has a determination unit that generates a flag indicating permission or prohibition of the operation of the high-frequency power supply based on the history of the shot command instructing the operation or stop of the high-frequency power supply, and the shot command instructs the operation and the flag. Provided is a drive control unit that operates a high frequency power supply when indicates permission.

ショット指令の履歴は、過去の所定時間当たりの発生エネルギーと相関を有する。この態様によれば、ショット指令の履歴にもとづいて、高周波電源やレーザ装置の状態が安全か否かが判定され、安全である場合のみ、レーザの発光が許可されるため、信頼性を一層高めることができる。 The history of shot commands correlates with the energy generated per predetermined time in the past. According to this aspect, it is determined whether or not the state of the high frequency power supply or the laser device is safe based on the history of the shot command, and the laser emission is permitted only when it is safe, so that the reliability is further improved. be able to.

ショット指令は、動作を指示するとき第1状態、停止を指示するとき第2状態をとる2値信号であり、判定部は、ショット指令のデューティ比の移動平均としきい値の比較結果にもとづいて、フラグを生成してもよい。 The shot command is a binary signal that takes the first state when instructing the operation and the second state when instructing the stop, and the determination unit is based on the comparison result of the moving average and the threshold value of the duty ratio of the shot command. , You may generate a flag.

本発明の別の態様はレーザ加工システム用の光源に関する。光源は、レーザ装置と、レーザ装置に間欠的に交流電圧を供給する高周波電源と、高周波電源を制御する上述のいずれかの電源制御装置と、を備える。 Another aspect of the invention relates to a light source for a laser processing system. The light source includes a laser device, a high-frequency power source that intermittently supplies an AC voltage to the laser device, and any of the above-mentioned power supply control devices that control the high-frequency power source.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明のある態様によれば、信頼性を高めることができる。 According to certain aspects of the invention, reliability can be enhanced.

レーザ加工システムのブロック図である。It is a block diagram of a laser processing system. 実施の形態に係るレーザ加工システムのブロック図である。It is a block diagram of the laser processing system which concerns on embodiment. 図2の光源の動作波形図である。It is an operation waveform diagram of the light source of FIG. 判定部の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the determination part.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

図2は、実施の形態に係るレーザ加工システム10のブロック図である。レーザ加工システム10の概要は、図1のレーザ加工システム10Rと同様であり、光源20と加工機40を備える。加工機40は、対象物2にレーザパルス52を照射し、対象物2を加工する。対象物2の種類は特に限定されず、また加工の種類も、穴空け(ドリル)、切断などが例示されるが、その限りではない。加工機40の構成は図1を参照して説明した通りであるから省略をする。 FIG. 2 is a block diagram of the laser processing system 10 according to the embodiment. The outline of the laser processing system 10 is the same as that of the laser processing system 10R of FIG. 1, and includes a light source 20 and a processing machine 40. The processing machine 40 irradiates the object 2 with the laser pulse 52 to process the object 2. The type of the object 2 is not particularly limited, and the type of processing includes, but is not limited to, drilling, cutting, and the like. Since the configuration of the processing machine 40 is as described with reference to FIG. 1, it is omitted.

光源20は、直流電源22、高周波電源24、レーザ装置26および光源側制御装置30を備える。 The light source 20 includes a DC power supply 22, a high frequency power supply 24, a laser device 26, and a light source side control device 30.

直流電源22は、数百V(たとえば500V)の直流電圧VDCを生成する。直流電源22の構成は特に限定されないが、バンクコンデンサ、電源装置、フィルタなどを含みうる。電源装置は、バンクコンデンサの電圧VDCを目標値に安定化するコンバータや充電回路であってもよい。 The DC power supply 22 generates a DC voltage V DC of several hundred V (for example, 500 V). The configuration of the DC power supply 22 is not particularly limited, but may include a bank capacitor, a power supply device, a filter, and the like. The power supply device may be a converter or a charging circuit that stabilizes the voltage VDC of the bank capacitor to a target value.

光源側制御装置30は、加工制御装置46の制御下にあり、加工制御装置46からの各種制御指令、制御データなどに応じて、直流電源22や高周波電源24を制御する。 The light source side control device 30 is under the control of the machining control device 46, and controls the DC power supply 22 and the high frequency power supply 24 in response to various control commands, control data, and the like from the machining control device 46.

光源側制御装置30は、システムコントローラ32および電源制御装置34を備える。システムコントローラ32は、加工制御装置46からの制御指令に応じて、光源20全体を統合的に制御する。 The light source side control device 30 includes a system controller 32 and a power supply control device 34. The system controller 32 integrally controls the entire light source 20 in response to a control command from the machining control device 46.

放電電極27は、COなどの混合ガスが充填されるチャンバー内に設けられており、等価的に直列キャパシタとして表される。高周波電源24は、レーザ装置26の放電電極27に間欠的に矩形波の交流電圧VDRVを供給する。この駆動電圧VDRVは、図示しないインダクタンスを介して放電電極27の間に印加され、インダクタンスとキャパシタンスの直列共振によって、放電電極27の両端間に交流の高周波電圧VACを発生させる。このキャパシタンスは、放電開始前と放電開始後で変化する。すなわち放電開始前のキャパシタンスは2つの放電電極に挟まれるガスの容量である。放電電極は絶縁物に埋め込まれており、放電開始後におけるキャパシタンスは、電極の周囲の絶縁部の容量となる。高周波電源24は、入力コンデンサ、フルブリッジ(Hブリッジ)型の高周波インバータ25、昇圧トランスTを含んでもよい。高周波インバータ25は、複数の半導体スイッチと、各半導体スイッチと並列に接続されるスナバ回路を備える。高周波インバータ25は、直流電圧VDCを振幅とする交流電圧を、昇圧トランスTの一次巻線に印加する。 The discharge electrode 27 is provided in a chamber filled with a mixed gas such as CO 2, and is equivalently represented as a series capacitor. The high-frequency power supply 24 intermittently supplies a rectangular wave AC voltage V DRV to the discharge electrode 27 of the laser device 26. This drive voltage V DRV is applied between the discharge electrodes 27 via an inductance (not shown), and an AC high-frequency voltage VAC is generated between both ends of the discharge electrode 27 by the series resonance of the inductance and the capacitance. This capacitance changes before and after the start of discharge. That is, the capacitance before the start of discharge is the capacity of the gas sandwiched between the two discharge electrodes. The discharge electrode is embedded in an insulator, and the capacitance after the start of discharge is the capacitance of the insulating portion around the electrode. The high frequency power supply 24 may include an input capacitor, a full bridge (H bridge) type high frequency inverter 25, and a step-up transformer T 1 . The high-frequency inverter 25 includes a plurality of semiconductor switches and a snubber circuit connected in parallel with each semiconductor switch. High-frequency inverter 25, an AC voltage to a DC voltage V DC and the amplitude is applied to the primary winding of the step-up transformer T 1.

昇圧トランスTの二次巻線には、巻線比に応じた振幅を有する高周波電圧VACが発生する。たとえばVDC=500V、巻線比が4であるとき、高周波電圧VACの振幅は2kVとなる。なお昇圧トランスTを省略して、直流電圧VDCを数kVとしてもよい。高周波電源24の動作期間において、高周波インバータ25が高周波数でスイッチングすることにより、高周波の駆動電圧VDRVが放電電極27に印加され、レーザ装置26は発光する。高周波電源24の停止期間において、レーザ装置26の励振は停止し、したがってレーザ装置26は非発光状態となる。 The secondary winding of the step-up transformer T 1, a high frequency voltage V AC with an amplitude corresponding to the winding ratio is generated. For example, when V DC = 500V, the turns ratio is 4, the amplitude of the RF voltage V AC becomes 2 kV. The step-up transformer T 1 may be omitted and the DC voltage V DC may be set to several kV. During the operating period of the high-frequency power supply 24, the high-frequency inverter 25 switches at a high frequency, so that a high-frequency drive voltage VDRV is applied to the discharge electrode 27, and the laser device 26 emits light. During the stop period of the high frequency power supply 24, the excitation of the laser device 26 is stopped, and therefore the laser device 26 is in a non-light emitting state.

電源制御装置34は、加工制御装置46からのショット指令Sにもとづいて、高周波電源24の動作・停止を制御する。ショット指令Sは、動作期間と停止期間を間欠的に指定する信号であり、光信号であってもよいし、電気信号であってもよい。 Power controller 34, based on the shot instruction S 1 from the machining control unit 46 controls the operation and stop of the high-frequency power supply 24. Shot command S 1 is intermittently signal designating stop period and the operation period, it may be an optical signal, it may be an electric signal.

電源制御装置34は、判定部36および駆動制御部38を備える。判定部36は、高周波電源24の動作、停止を指示するショット指令Sの履歴にもとづいて、高周波電源24の動作の許可、禁止を示すフラグSを生成する。駆動制御部38は、ショット指令Sが動作期間を指示し、かつフラグSが許可を示すとき、駆動信号Sにもとづいて高周波インバータ25をスイッチングし、高周波電源24を動作させる。駆動制御部38は、フラグSが禁止を示すとき、ショット指令Sが動作期間を指示していたとしても、駆動信号Sを生成せず、高周波電源24を停止する。 The power supply control device 34 includes a determination unit 36 and a drive control unit 38. Determining unit 36, operation of the high frequency power source 24, based on the history of the shot instruction S 1 for instructing the stop permission of the operation of the high frequency power source 24 generates a flag S 3 indicating the prohibition. Drive control unit 38, the shot command S 1 is to direct the operation period, and when the flag S 3 shows successful, the high-frequency inverter 25 and the switching in accordance with the driving signal S 4, to operate the high-frequency power supply 24. Drive control unit 38, when the flag S 3 indicates prohibition, even shot command S 1 is had instructed operation period, without generating a driving signal S 4, to stop the high frequency power source 24.

たとえばショット指令Sは、動作期間を指示するとき第1状態、停止を指示するとき第2状態をとる2値信号である。ショット指令Sが電気信号である場合、第1状態はハイレベル、第2状態はローレベルであってもよい。 For example shot command S 1 is the first state when directing the operation period, which is a binary signal which takes a second state when instructing to stop. If the shot command S 1 is an electrical signal, the first state is a high level, the second state may be a low level.

判定部36は、ショット指令Sの履歴にもとづいて、所定の時間区間当たりの光源20の消費電力(エネルギー)と相関を有する推定値を生成してもよい。そしてエネルギーの推定値が、所定のしきい値を超えると、フラグSを禁止状態にセットしてもよい。 Determining unit 36, based on the history of the shot instruction S 1, may generate an estimate correlated with power consumption of the light source 20 per predetermined time interval (energy). The estimate of the energy exceeds a predetermined threshold, the flag S 3 may be set to disabled.

判定部36は、エネルギーの推定値として、ショット指令Sの動作期間の時間比率(デューティ比)の移動平均を計算してもよい。そしてこの移動平均値と判定しきい値の比較結果にもとづいて、フラグSを生成してもよい。繰り返し周波数が一定の場合、デューティ比はオン時間に対応する。 Determining unit 36, as an estimate of the energy, may calculate the moving average of the time ratio of the operation period of the shot command S 1 (duty ratio). Then, the flag S 3 may be generated based on the comparison result between the moving average value and the determination threshold value. When the repetition frequency is constant, the duty ratio corresponds to the on-time.

移動平均は、単純移動平均を用いてもよいし、重み付け移動平均を用いてもよい。あるいは判定部36は、ハードウェア的には、ローパスフィルタあるいは積分器を利用して実装してもよい。 As the moving average, a simple moving average may be used, or a weighted moving average may be used. Alternatively, the determination unit 36 may be implemented by using a low-pass filter or an integrator in terms of hardware.

所定の時間区間の長さは、保護対象に応じて適切に定めればよい。たとえば半導体スイッチの過電圧保護が目的の場合、スナバ回路のスナバコンデンサの時定数にもとづいて所定の時間区間の長さを決めればよい。半導体スイッチや放電電極27のオーバーヒート保護が目的の場合、対象の熱緩和時間を考慮して定めればよい。 The length of the predetermined time interval may be appropriately determined according to the protection target. For example, when the purpose is to protect the overvoltage of a semiconductor switch, the length of a predetermined time interval may be determined based on the time constant of the snubber capacitor of the snubber circuit. When the purpose is to protect the semiconductor switch or the discharge electrode 27 from overheating, the heat relaxation time of the target may be taken into consideration.

たとえば半導体スイッチを保護対象とする場合、所定の時間区間の長さ、言い換えれば移動平均処理の時間窓の長さは、1ms〜10ms程度であってもよい。 For example, when a semiconductor switch is to be protected, the length of a predetermined time interval, in other words, the length of the time window of the moving average processing may be about 1 ms to 10 ms.

以上が光源20の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2の光源の動作波形図である。 The above is the configuration of the light source 20. Next, the operation will be described. FIG. 3 is an operation waveform diagram of the light source of FIG.

ショット指令Sは、所定の繰り返し周波数を有するパルス信号であり、ハイレベルが高周波電源24の動作期間、すなわちレーザ装置26の発光期間を指示し、ローレベルが高周波電源24の停止期間、すなわちレーザ装置26の停止期間を指示する。つまりショット指令Sのハイレベルの長さが、高周波電源24の動作期間の長さを表している。 Shot command S 1 is a pulse signal having a predetermined repetition frequency, the operation period of the high-level high-frequency power source 24, i.e., it instructs the emission period of laser apparatus 26, low level stop period of the high frequency power source 24, i.e. lasers Indicates the stop period of the device 26. That length of the high level shot command S 1 is represents the length of the operation period of the high frequency power source 24.

時刻tより前において、レーザ加工システム10は正常であり、ショット指令Sのハイレベルの長さは、レシピにしたがって正常な範囲で調節される。駆動制御部38は、ショット指令Sが指示する動作期間の間、駆動信号Sを出力し、レーザ装置26を発光させる。 In before time t 0, the laser processing system 10 is normal, the length of the high level shot command S 1 is adjusted in a normal range according to the recipe. The drive control unit 38 outputs the drive signal S 4 during the operation period instructed by the shot command S 1 to cause the laser device 26 to emit light.

時刻t以降は異常状態を示す。異常状態は、加工制御装置46あるいはその他の箇所において異常が発生し、あるいはノイズの影響を受けている状態などが想定される。異常状態においてショット指令Sのオン時間(デューティ比)が、正常範囲より大きい値をとると、高周波電源24の消費電力、レーザ装置26に投入される電力が増加する。判定部36は、ショット指令Sにもとづいて、所定期間に投入されるエネルギー量を推定する。 After time t 0, an abnormal state is indicated. The abnormal state is assumed to be a state in which an abnormality has occurred in the machining control device 46 or other parts, or is affected by noise. Shot command S 1 on-time in an abnormal state (duty ratio), taking the normal range greater than the power consumption of the high frequency power source 24, it is power supplied to the laser device 26 increases. Determining unit 36, based on the shot instruction S 1, estimates the amount of energy introduced during a predetermined period.

ショット指令Sのデューティ比が大きい状態が持続すると、所定期間に投入されるエネルギーの推定値が増大していく。エネルギーの推定値が時刻tにしきい値THを超えると、フラグSが禁止を指定するローレベルに遷移する。これにより時刻t以降、電源制御装置34は、ショット指令Sが動作期間を指示したとしても、それをマスクし、高周波電源24には駆動信号Sを供給しない。 When the duty ratio of the shot command S 1 is greater condition persists, the estimated value of the energy input in a predetermined time period is gradually increased. The estimated value of the energy exceeds the threshold value TH at time t 1, a transition to a low level flag S 3 designates prohibition. Thus after time t 1, the power supply control unit 34, also as a shot instruction S 1 is to direct the operation period, it is masked, the high-frequency power source 24 does not supply the driving signal S 4.

しきい値THは、光源20のうち保護すべき箇所の耐圧や耐熱性などを考慮して規定すればよい。たとえば高周波インバータ25の半導体スイッチの耐圧が問題となるアプリケーションでは、半導体スイッチの両端間電圧が耐圧を超えないようにしきい値THを設定すればよく、半導体スイッチの発熱が問題となるアプリケーションでは、半導体スイッチの温度が許容値を超えないようにしきい値THを設定すればよい。レーザ装置26の放電電極27の信頼性が問題となるアプリケーションでは、放電電極27が劣化しないように、しきい値THを設定すればよい。 The threshold value TH may be defined in consideration of the withstand voltage and heat resistance of the portion of the light source 20 to be protected. For example, in an application in which the withstand voltage of the semiconductor switch of the high-frequency inverter 25 is a problem, the threshold value TH may be set so that the voltage across the semiconductor switch does not exceed the withstand voltage. In an application in which the heat generation of the semiconductor switch is a problem, the semiconductor The threshold value TH may be set so that the temperature of the switch does not exceed the permissible value. In an application in which the reliability of the discharge electrode 27 of the laser device 26 is a problem, the threshold value TH may be set so that the discharge electrode 27 does not deteriorate.

以上が実施の形態に係る光源20およびレーザ加工システム10の動作である。レーザ加工システム10によれば、ショット指令Sの履歴にもとづいて、高周波電源24やレーザ装置26の状態が安全か否かが判定され、安全である場合のみ、レーザの発光が許可される。つまり過剰なエネルギーが投入されて、装置の信頼性が低下するのを未然に防止できるため、信頼性を一層高めることができる。 The above is the operation of the light source 20 and the laser processing system 10 according to the embodiment. According to the laser processing system 10, based on the history of the shot instruction S 1, the state of the high frequency power supply 24 and laser device 26 it is determined whether the safety or not, only if it is safe, emission of the laser is allowed. That is, it is possible to prevent the reliability of the device from being lowered due to excessive energy input, so that the reliability can be further improved.

図4は、判定部36の構成例を示す機能ブロック図である。判定部36は、デューティ比検出部60、移動平均処理部62、比較部64を含む。これらの機能ブロックは、ソフトウェア処理で実現できるが、ハードウェアで実装してもよい。デューティ比検出部60は、ショット指令Sのハイレベル区間(動作期間)TONと繰り返し周期Tをそれぞれ測定し、それらの比であるデューティ比S=(TON/T)計算する。時間測定はデジタルカウンタで行えばよい。 FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration example of the determination unit 36. The determination unit 36 includes a duty ratio detection unit 60, a moving average processing unit 62, and a comparison unit 64. These functional blocks can be realized by software processing, but may be implemented by hardware. The duty ratio detection unit 60 measures the high level section (operating period) T ON of the shot command S 1 and the repetition period T P , respectively, and calculates the duty ratio S 5 = (T ON / T P ) which is the ratio between them. .. The time may be measured with a digital counter.

移動平均処理部62は、デューティ比Sの移動平均値Sを計算する。比較部64は、移動平均値Sをしきい値Sと比較し、比較結果を示すフラグSを生成する。 The moving average processing unit 62 calculates the moving average value S 6 of the duty ratio S 5 . The comparison unit 64 compares the moving average value S 6 with the threshold value S 7 and generates a flag S 3 indicating the comparison result.

この判定部36において、移動平均値Sは、所定期間当たりのエネルギー量を表す。したがって図3の処理を実現できる。 In the determination unit 36, the moving average value S 6 represents the amount of energy per predetermined period. Therefore, the process of FIG. 3 can be realized.

実施の形態に係る電源制御装置34は、(i)スナバコンデンサの電圧がしきい値を超えると強制的に放電させる保護方法、(ii)半導体スイッチの両端間電圧がしきい値を超えると高周波電源24を停止する保護方法、(iii)半導体スイッチやその他の箇所の温度が、しきい値を超えると高周波電源24を停止する保護方法などと併用することが可能である。これらの併用によって、光源20の信頼性を一層高めることができる。 The power supply control device 34 according to the embodiment has (i) a protection method for forcibly discharging when the voltage of the snubber capacitor exceeds the threshold value, and (ii) a high frequency when the voltage between both ends of the semiconductor switch exceeds the threshold value. It can be used in combination with a protection method for stopping the power supply 24, (iii) a protection method for stopping the high frequency power supply 24 when the temperature of the semiconductor switch or other parts exceeds the threshold value. By using these in combination, the reliability of the light source 20 can be further improved.

実施の形態では、ショット指令Sが2値信号のプラットフォームについて説明したが、ショット指令Sの信号形式は限定されない。たとえばショット指令Sは、シリアルデータあるいはパラレルデータであってもよく、オン時間TONの長さを指定するデータと、オフ時間TOFFの長さを指定するデータと、を含んでもよい。 In the embodiment, the shot command S 1 is described for binary signals platform, the signal format of the shot command S 1 is not limited. For example shot command S 1 may be a serial data or parallel data, and data that specifies the length of the on time T ON, and the data that specifies the length of the off time T OFF, may contain.

実施の形態では、ショット指令Sが規定するデューティ比の移動平均を算出したがその限りではない。たとえばショット指令Sの履歴のパターンを解析し、より高度な信号処理によってフラグSを生成してもよい。 In the embodiment, to calculate the moving average of the duty ratio shot command S 1 is defined not limited thereto. For example analyzes the history of the pattern shot command S 1, may generate a flag S 3 by the more sophisticated signal processing.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 The present invention has been described using specific terms and phrases based on the embodiments, but the embodiments show only one aspect of the principles and applications of the present invention, and the embodiments are claimed. Many modifications and arrangement changes are permitted within the range not departing from the idea of the present invention defined in the scope.

2…対象物、10…レーザ加工システム、20…光源、22…直流電源、24…高周波電源、25…高周波インバータ、26…レーザ装置、27…電極、28,30…光源側制御装置、32…システムコントローラ、34…電源制御装置、36…判定部、38…駆動制御部、40…加工機、42…光学系、44…ステージ、46…加工制御装置、50,52…レーザパルス、S…ショット指令、S…位置制御信号、S…フラグ、S…駆動信号。 2 ... Object, 10 ... Laser processing system, 20 ... Light source, 22 ... DC power supply, 24 ... High frequency power supply, 25 ... High frequency inverter, 26 ... Laser device, 27 ... Electrode, 28, 30 ... Light source side control device, 32 ... System controller, 34 ... Power control device, 36 ... Judgment unit, 38 ... Drive control unit, 40 ... Processing machine, 42 ... Optical system, 44 ... Stage, 46 ... Processing control device, 50, 52 ... Laser pulse, S 1 ... Shot command, S 2 ... position control signal, S 3 ... flag, S 4 ... drive signal.

Claims (4)

レーザ装置に間欠的に交流電圧を供給する高周波電源を制御する電源制御装置であって、
前記高周波電源の動作、停止を指示するショット指令の履歴にもとづいて、所定の時間区間当たりの光源の消費電力と相関を有する推定値を生成し、前記推定値がしきい値より小さいときに前記高周波電源の動作の許可を示し、前記推定値がしきい値より大きいときに禁止を示すフラグを生成する判定部と、
前記ショット指令が動作を指示し、かつ前記フラグが許可を示すとき、前記高周波電源を動作させる駆動制御部と、
を備えることを特徴とする電源制御装置。
A power supply control device that controls a high-frequency power supply that intermittently supplies AC voltage to a laser device.
Based on the history of shot commands instructing the operation and stop of the high-frequency power supply, an estimated value having a correlation with the power consumption of the light source per predetermined time interval is generated, and when the estimated value is smaller than the threshold value, the above-mentioned A determination unit that indicates permission to operate the high-frequency power supply and generates a flag indicating prohibition when the estimated value is larger than the threshold value .
When the shot command indicates operation and the flag indicates permission, the drive control unit that operates the high-frequency power supply and
A power control device characterized by comprising.
前記ショット指令は、動作を指示するとき第1状態、停止を指示するとき第2状態をとる2値信号であり、
前記推定値は、前記ショット指令のデューティ比の移動平均であることを特徴とする請求項1に記載の電源制御装置。
The shot command is a binary signal that takes a first state when instructing an operation and a second state when instructing a stop.
The power supply control device according to claim 1, wherein the estimated value is a moving average of the duty ratio of the shot command .
レーザ装置と、
前記レーザ装置に間欠的に交流電圧を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御する請求項1または2に記載の電源制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工システム用の光源。
Laser device and
A high-frequency power supply that intermittently supplies AC voltage to the laser device,
The power supply control device according to claim 1 or 2, which controls the high frequency power supply.
A light source for a laser processing system, which comprises.
レーザ装置に間欠的に交流電圧を供給する高周波電源の生成方法であって、
前記高周波電源の動作、停止を指示するショット指令を生成するステップと、
前記ショット指令の履歴にもとづいて、所定の時間区間当たりの光源の消費電力と相関を有する推定値を生成するステップと、
前記推定値がしきい値より小さいときに前記高周波電源の動作の許可を示し、前記推定値がしきい値より大きいときに禁止を示すフラグを生成するステップと、
前記ショット指令が動作を指示し、かつ前記フラグが許可を示すとき、前記高周波電源を動作させるステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
A method of generating a high-frequency power supply that intermittently supplies AC voltage to a laser device.
A step of generating a shot command instructing the operation and stop of the high-frequency power supply, and
A step of generating an estimated value that correlates with the power consumption of the light source per predetermined time interval based on the history of the shot command .
A step of generating a flag indicating permission for operation of the high frequency power supply when the estimated value is smaller than the threshold value and prohibition when the estimated value is larger than the threshold value .
When the shot command indicates operation and the flag indicates permission, the step of operating the high frequency power supply and
A control method characterized by comprising.
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US6181719B1 (en) * 1998-11-24 2001-01-30 Universal Laser Systems, Inc. Gas laser RF power source apparatus and method
JP5988903B2 (en) * 2013-03-19 2016-09-07 住友重機械工業株式会社 Laser processing apparatus and laser processing method
JP2015153917A (en) * 2014-02-17 2015-08-24 住友重機械工業株式会社 Laser processing device
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JP6355496B2 (en) * 2014-09-17 2018-07-11 住友重機械工業株式会社 Laser processing apparatus and pulse laser beam output method

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