JPH0439980A - Laser oscillator - Google Patents

Laser oscillator

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Publication number
JPH0439980A
JPH0439980A JP2148339A JP14833990A JPH0439980A JP H0439980 A JPH0439980 A JP H0439980A JP 2148339 A JP2148339 A JP 2148339A JP 14833990 A JP14833990 A JP 14833990A JP H0439980 A JPH0439980 A JP H0439980A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
switching
output
power
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2148339A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidehiko Karasaki
秀彦 唐崎
Shuzo Yoshizumi
吉住 修三
Akio Tanaka
田中 昭男
Shigeki Yamane
茂樹 山根
Tsutomu Sugiyama
勤 杉山
Hitoshi Motomiya
均 本宮
Masashi Onishi
正史 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2148339A priority Critical patent/JPH0439980A/en
Publication of JPH0439980A publication Critical patent/JPH0439980A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To relieve the output power of a power source from its dependence on the voltage of the power source and stabilize the output of laser by detecting AC voltage of the power source and controlling the switching frequency in conformity with the magnitude of fluctuations in a reference signal. CONSTITUTION:When the AC voltage of a power source fluctuates, the fluctuations are detected by a voltage converter 21, a rectifier 22, and a smoothing capacitor 23 and enter an error amplifier 24. As the reference voltage of a reference voltage signal generation circuit 25 enters the error amplifier 24, the differential voltage is input into a switching frequency setting circuit 18 where the circuit 18 increases and reduces the switching frequency by the portion of differential voltage to the reference voltage so as to unify the power and outputs the controlled power. A drive circuit 18 switches a switching device based on the switching frequency and switching on time fixed from an output setting circuit 19, The output power from the switching power source is stabilized so that the output of laser may not depend on the AC voltage of the power source.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、切断、溶接、熱処理などのためにレーザ光を
発生させるレーザ発振器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a laser oscillator that generates laser light for cutting, welding, heat treatment, and the like.

従来の技術 一般的なレーザ発振器の構成について第1図を参照して
説明する。1個または複数個の放電管からなる放電管群
lには、各放電管ごとに陽極2と陰極3からなるIMi
の放電電極が具備されている。
2. Description of the Related Art The structure of a typical laser oscillator will be explained with reference to FIG. A discharge tube group l consisting of one or more discharge tubes has an IMi consisting of an anode 2 and a cathode 3 for each discharge tube.
It is equipped with discharge electrodes.

第1図において2組の放電管は対称的に配設されて放電
部が形成され、それぞれに市電圧電R4から電流が供給
される。また、放電管群lの両端には出力ミラー5、終
端ミラー6が配設されて光共振器を形成している。さら
に、放電管群1の両端部分の陰極電極3.3近傍と中央
部の陽極電極2間は略E字型循環管体7により接続され
てガス循環路が形成されている。この循環管体7にはガ
スを循環させる送風IIBや、ガスを冷却する熱交換器
9が配設されている。また、前記放電管群lには放電管
ごとに前記陽極2と陰極3の間にある放電管の外周に陽
極2または陰極3と電気的に接続された放電開始補助リ
ング10または放電開始補助管10が設けられている。
In FIG. 1, two sets of discharge tubes are arranged symmetrically to form a discharge section, each of which is supplied with current from the city voltage line R4. Furthermore, an output mirror 5 and an end mirror 6 are arranged at both ends of the discharge tube group 1 to form an optical resonator. Furthermore, the vicinity of the cathode electrodes 3.3 at both ends of the discharge tube group 1 and the anode electrode 2 at the center are connected by a substantially E-shaped circulation tube body 7 to form a gas circulation path. This circulation pipe body 7 is provided with an air blower IIB for circulating gas and a heat exchanger 9 for cooling the gas. Further, the discharge tube group L includes a discharge starting auxiliary ring 10 or a discharge starting auxiliary tube electrically connected to the anode 2 or the cathode 3 on the outer periphery of the discharge tube between the anode 2 and the cathode 3 for each discharge tube. 10 are provided.

第5図は、従来のスイッチング高圧電源4の構成を示す
ブロック図である。3相200Vを整流スタック11で
受は整流した後、1次側平滑コンデンサ12で電圧リプ
ルを低減し、スイッチング素子13でスイッチングして
パルス信号に変換し、高周波トランス15に電力を電送
する。高周波トランス15ては電力を2次側に電送する
とともに2次側に高電圧を発生させ、高速高圧整流器1
6で整流したあと、高圧コンデンサ17で平滑し、放電
管1の陽極2と陰極3間に電圧が印加される。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional switching high voltage power supply 4. As shown in FIG. After receiving and rectifying the three-phase 200V with the rectifier stack 11, the voltage ripple is reduced with the primary side smoothing capacitor 12, the switching element 13 switches and converts it into a pulse signal, and the power is transmitted to the high frequency transformer 15. The high-frequency transformer 15 transmits power to the secondary side and generates a high voltage on the secondary side, and the high-speed high-voltage rectifier 1
After rectification at 6, smoothing is performed at a high-voltage capacitor 17, and a voltage is applied between the anode 2 and cathode 3 of the discharge tube 1.

一方、基準スイッチング周波数を設定するスイッチング
周波数設定回路(FM回路)1Bの信号と、出力命令設
定回路20からの指令に基づいてスイッチングオン時間
を決定する出力設定回路19 (PWM回路)の信号と
を受けて、ドライブ回路14ではスイッチングオン時間
とスイッチング周波数を決定しドライブ信号を発生して
、スイッチング素子13のゲートに送る。
On the other hand, the signal of the switching frequency setting circuit (FM circuit) 1B that sets the reference switching frequency and the signal of the output setting circuit 19 (PWM circuit) that determines the switching-on time based on the command from the output command setting circuit 20 are In response, the drive circuit 14 determines the switching on time and switching frequency, generates a drive signal, and sends it to the gate of the switching element 13.

このように構成されているレーザ発振器は、ガス流方向
と放電方向とレーザ光の発振軸が同軸であるため光軸方
向から見たときに、その放電及びその放電によって形成
されるゲイン分布が同心で対称性がよい。従って、出力
されるレーザ光を用いて加工を行う場合加工性能が良い
とされている。
In a laser oscillator configured in this way, the gas flow direction, the discharge direction, and the laser beam oscillation axis are coaxial, so when viewed from the optical axis direction, the discharge and the gain distribution formed by the discharge are concentric. It has good symmetry. Therefore, it is said that the machining performance is good when machining is performed using the output laser light.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、電源電圧が変動すると2次側の出力電力
がそれに応じて変動し、レーザ出力も変動するという課
題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, there has been a problem in that when the power supply voltage fluctuates, the output power on the secondary side fluctuates accordingly, and the laser output also fluctuates.

本発明は、このような従来のレーザ発振器の課題を考慮
し、電源電圧が変動しても、2次側の出力電力がそれに
応じて変動せず、レーザ出力も変動しないレーザ発振器
を提供することを目的とする。
The present invention takes into consideration the problems of conventional laser oscillators, and provides a laser oscillator in which even if the power supply voltage fluctuates, the output power on the secondary side does not fluctuate accordingly, and the laser output also does not fluctuate. With the goal.

課題を解決するための手段 本発明は、陽極と陰極を有する放電電極を備えた1個ま
たは複数個の放電管の放電群と、スイッチング素子を有
し、この放電管に電力を供給するスイッチング高圧電源
と、前記放電群の両端に配備されたレーザ共振用のミラ
ーと、前記放電電極の近傍で前記放電群に接続され、こ
の放電群と共にガス循環路を構成する循環管体と、前記
ガス循環路にレーザ媒質としてのガスを供給するガス供
給装置とを備えたレーザ発振器において、スイッチング
オン時間を変化させて出力電力を調節することの出来る
前記スイッチング高圧電源の交流電源の電圧を検出する
電圧検出手段を有し、その電圧検出手段により検出され
た電圧に対応して、前記スイッチング素子のスイッチン
グ周波数を変化させて、その出力電力制御を行うことを
特徴とするレーザ発振器である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a discharge group of one or more discharge tubes with a discharge electrode having an anode and a cathode, and a switching high-voltage device having a switching element and supplying power to the discharge tube. a power source, mirrors for laser resonance disposed at both ends of the discharge group, a circulation tube connected to the discharge group near the discharge electrode and forming a gas circulation path together with the discharge group, and the gas circulation In a laser oscillator equipped with a gas supply device that supplies gas as a laser medium to a path, voltage detection detects the voltage of an AC power source of the switching high voltage power source that can adjust the output power by changing the switching on time. The laser oscillator is characterized in that the laser oscillator has means for controlling the output power by changing the switching frequency of the switching element in accordance with the voltage detected by the voltage detecting means.

作用 本発明は、スイッチングオン時間を変化させて出力電力
を調節することの出来る、レーザ発振器の放電群に電力
を供給するスイッチング高圧電源の交流電源の電圧を検
出する電圧検出手段により検出された電圧に対応して、
スイッチング高圧電源のスイッチング素子のスイッチン
グ周波数を変化させて、その出力電力制御が行う。
Operation The present invention is capable of adjusting the output power by changing the switching-on time, and detects the voltage detected by the voltage detection means for detecting the voltage of the AC power supply of the switching high-voltage power supply that supplies power to the discharge group of the laser oscillator. In response to
The output power is controlled by changing the switching frequency of the switching element of the switching high-voltage power supply.

実施例 以下に本発明の一実施例を図面を参照して説明する。Example An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は、本発明の一実施例のスイッチング高圧電源の
回路である。同図において、電圧変換器21は、AC交
流電源の交流電圧を変換する手段、整流器22はその電
圧変換器21の出力を整流する手段、平滑コンデンサ2
3は、その!I流された電圧を平滑する手段である。ま
た、基準電圧信号発生回路25は、予め決められた基準
となる電圧を出力する回路であり、誤差増幅器24はそ
の基準電圧信号と、前記平滑コンデンサ23からの出力
信号とを人力し、その差を増幅する手段である。
FIG. 2 is a circuit diagram of a switching high voltage power supply according to an embodiment of the present invention. In the figure, a voltage converter 21 is a means for converting the alternating voltage of an AC AC power source, a rectifier 22 is a means for rectifying the output of the voltage converter 21, and a smoothing capacitor 2
3 is that! It is a means for smoothing the applied voltage. Further, the reference voltage signal generation circuit 25 is a circuit that outputs a predetermined reference voltage, and the error amplifier 24 manually inputs the reference voltage signal and the output signal from the smoothing capacitor 23, and the difference between the two is It is a means of amplifying the

スイッチング周波数設定回路(FM)1Bは、その増幅
された差信号を人力し、それに対応したスイッチング周
波数信号を発生する手段である。なお、電圧変換器21
、整流器22、平滑コンデンサ23は、電圧検出手段の
一例である。放電管1、陽極2、陰極3、整流スタック
11.1次側平滑コンデンサ12、スイッチング素子1
3、ドライブ回路14、高周波トランス15、高速高圧
整流器16、高圧コンデンサ17、出力設定回路19、
出力命令設定回路20は、第1図、第5図のものと同じ
であるので説明を省略する。
The switching frequency setting circuit (FM) 1B is a means for manually inputting the amplified difference signal and generating a switching frequency signal corresponding to the amplified difference signal. Note that the voltage converter 21
, the rectifier 22, and the smoothing capacitor 23 are examples of voltage detection means. Discharge tube 1, anode 2, cathode 3, rectifier stack 11. Primary side smoothing capacitor 12, switching element 1
3, drive circuit 14, high frequency transformer 15, high speed high voltage rectifier 16, high voltage capacitor 17, output setting circuit 19,
The output command setting circuit 20 is the same as that shown in FIGS. 1 and 5, and therefore a description thereof will be omitted.

次に、本発明の主要な動作に付いて説明する。Next, the main operations of the present invention will be explained.

第3図に、スイッチング高圧電R4の電源電圧が基準電
圧に対して+側に振れた場合(A)、基準電圧時(B)
および−側に振れた場合(C)に、ドライブ回路14で
発生する制御信号の例を示した。第3図からも明らかな
ように、電源の交流電圧が低下すると、電圧変換器21
  整流器22、平滑コンデンサ23がそれを検出する
。そして、誤差増幅器24に人力される。他方、基準電
圧信号発生回路25の基準電圧が誤差増幅器24に人力
されるので、その降下差がスイッチング周波数設定回路
18へ人力される。そこで、スイッチング周波数設定回
路18は、電力か一定になるように基準電圧に対する電
圧降下分だけスイッチング周波数を上げて出力する。ド
ライブ回路14は、そのそのスイッチング周波数と、出
力設定回路19からの固定されたスイッチングオン時間
で、スイッチング素子13をスイッチングする。また交
流電源の電圧が上昇すると、同様にして基準電圧に対す
る電圧上昇分だけスイッチング周波数を下げ、出力電力
が一定になるように制御する。
Figure 3 shows when the power supply voltage of the switching high voltage voltage R4 swings to the + side with respect to the reference voltage (A), and when the reference voltage is applied (B)
An example of the control signal generated in the drive circuit 14 when the voltage swings to the negative side (C) is shown. As is clear from FIG. 3, when the AC voltage of the power supply decreases, the voltage converter 21
The rectifier 22 and smoothing capacitor 23 detect this. Then, the error amplifier 24 is manually inputted. On the other hand, since the reference voltage of the reference voltage signal generation circuit 25 is inputted to the error amplifier 24, the drop difference thereof is inputted to the switching frequency setting circuit 18. Therefore, the switching frequency setting circuit 18 increases the switching frequency by the voltage drop with respect to the reference voltage and outputs it so that the power remains constant. The drive circuit 14 switches the switching element 13 at its switching frequency and a fixed switching on time from the output setting circuit 19. Further, when the voltage of the AC power source increases, the switching frequency is similarly lowered by the voltage increase relative to the reference voltage, and the output power is controlled to be constant.

つぎに、第4図に本発明を用いた場合と従来の方法の場
合について電源の交流電圧の変動割合と出力電力の変動
割合の関係の比較をした。この第4図からも明白なよう
に、電源の電圧を検出し基準信号に対する変動幅に応じ
てスイッチング周波数を制御することで、スイッチング
電源からの出力電力は安定になり、レーザ出力は電源の
交流電圧に依存しないようになる。
Next, FIG. 4 compares the relationship between the variation rate of the AC voltage of the power supply and the variation rate of the output power in the case of using the present invention and the case of the conventional method. As is clear from Fig. 4, by detecting the voltage of the power supply and controlling the switching frequency according to the fluctuation range with respect to the reference signal, the output power from the switching power supply becomes stable, and the laser output Becomes independent of voltage.

このように、電源の交流電圧を検出し基準信号に対する
変動幅に応じてスイッチング周波数を制御することで、
電源からの出力電力は電源の電圧に依存せず、レーザ出
力も安定化する。
In this way, by detecting the AC voltage of the power supply and controlling the switching frequency according to the fluctuation range with respect to the reference signal,
The output power from the power supply does not depend on the voltage of the power supply, and the laser output is also stabilized.

発明の詳細 な説明したところから明らかなように、本発明を用いろ
ことで、電源交流電圧が変動してもレーザ出力は変動せ
ず、レーザ加工の信頼性が著しく向上させることが出来
る。
As is clear from the detailed description of the invention, by using the present invention, the laser output does not fluctuate even if the power AC voltage fluctuates, and the reliability of laser processing can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係るレーザ発振器の一実施例の構成を
示す概略断面図、第2図は同実施例の回路構成を示すブ
ロック図、第3図は電源の交流電圧が基準電圧に対して
+側に振れた場合(A)、基準電圧時(B)および−側
に振れた場合(C)に、同実施例のドライブ回路で発生
する制御信号を示すグラフ、第4図は、本発明の場合と
従来の場合について電源の電圧の変動割合と出力電力の
変動割合の関係を示すグラフ、第5図は従来のレーザ発
振器の回路構成を示すブロック図である。 l・・・放電管群、2・・・陽極、3・・・陰極、4・
・・高圧電源、5・・・出力ミラー 6・、・・終端ミ
ラー7・・・循環管体、8・・・送風器、9・・・熱交
換器、lO・・・放電開始補助リング、11・・・整流
スタック、12・・・1次側平滑コンデンサ、13・・
・スイッチング素子、14・・・ドライブ回路、15・
・・高周波トランス、16・・・高速高圧整流器、17
・・・高圧コンデンサ、18・・・スイッチング周波数
設定回路、19・・・出力設定回路(PWM回路)、2
0・・・出力命令設定回路、21.22.23・・・電
圧検出手段、24・・・誤差増幅器。 代理人 弁理士 松 1)正 道 第 図 0: 放電開始補助リング 第3 図 第 図 1虹5原ノ」じi灸!で−〇4ト(0ん)第 図
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the laser oscillator according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the circuit configuration of the same embodiment, and FIG. 3 shows the AC voltage of the power supply relative to the reference voltage. Figure 4 is a graph showing the control signals generated in the drive circuit of the same embodiment when the voltage swings to the + side (A), when the reference voltage swings to the - side (B), and when it swings to the - side (C). FIG. 5 is a graph showing the relationship between the variation rate of the power supply voltage and the variation rate of the output power in the case of the invention and the conventional case. FIG. 5 is a block diagram showing the circuit configuration of a conventional laser oscillator. l...discharge tube group, 2...anode, 3...cathode, 4...
...High voltage power supply, 5...Output mirror 6...Terminal mirror 7...Circulation tube body, 8...Blower, 9...Heat exchanger, lO...Discharge start auxiliary ring, 11... Rectifier stack, 12... Primary side smoothing capacitor, 13...
・Switching element, 14... Drive circuit, 15.
...High frequency transformer, 16...High speed high voltage rectifier, 17
...High voltage capacitor, 18...Switching frequency setting circuit, 19...Output setting circuit (PWM circuit), 2
0... Output command setting circuit, 21.22.23... Voltage detection means, 24... Error amplifier. Agent Patent Attorney Matsu 1) Tadashi Michi No. 0: Discharge starting auxiliary ring No. 3 Fig. No. 1 Rainbow 5 originals" Moxibustion! So-〇4t(0n) diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 陽極と陰極を有する放電電極を備えた1個または複数個
の放電管の放電群と、スイッチング素子を有し、この放
電管に電力を供給するスイッチング高圧電源と、前記放
電群の両端に配備されたレーザ共振用のミラーと、前記
放電電極の近傍で前記放電群に接続され、この放電群と
共にガス循環路を構成する循環管体と、前記ガス循環路
にレーザ媒質としてのガスを供給するガス供給装置とを
備えたレーザ発振器において、スイッチングオン時間を
変化させて出力電力を調節することの出来る前記スイッ
チング高圧電源の交流電源の電圧を検出する電圧検出手
段を有し、その電圧検出手段により検出された電圧に対
応して、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を
変化させて、その出力電力制御を行うことを特徴とする
レーザ発振器。
A discharge group of one or more discharge tubes each having a discharge electrode having an anode and a cathode, a switching high-voltage power supply having a switching element and supplying power to the discharge tubes, and a switching high voltage power supply provided at both ends of the discharge group. a mirror for laser resonance; a circulation tube connected to the discharge group near the discharge electrode and forming a gas circulation path together with the discharge group; and a gas supplying gas as a laser medium to the gas circulation path. In the laser oscillator, the laser oscillator includes a voltage detection means for detecting the voltage of the AC power supply of the switching high-voltage power supply that can adjust the output power by changing the switching-on time, and the voltage detection means detects the voltage of the AC power supply. A laser oscillator characterized in that the output power of the switching element is controlled by changing the switching frequency of the switching element in accordance with the applied voltage.
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