KR20010098705A

KR20010098705A - 레이저가공장치

Info

Publication number: KR20010098705A
Application number: KR1020010020795A
Authority: KR
Inventors: 규우조우코우; 카와무라코우지
Original assignee: 죠우치 다카시; 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2001-11-08
Also published as: JP2001308428A; KR100774922B1; EP1150402A3; US20020012367A1; CN1320503A; EP1150402A2; JP4520582B2

Abstract

레이저출력 파형제어(波形制御)의 정밀도 내지 신뢰성을 향상시키고, 레이저출력의 개시동작 특성을 개선하는 것이다.

lGBT(32)가 온(on)하면 레이저전원부(102)로부터의 전류가 스위칭소자(32)를 통해 레이저발진부(100)의 여기(勵起) 램프(20)에 공급되고, 여기 램프(20)가 점등하여 레이저광(LB)이 발진 출력된다. 스위칭제어부(50)는, 레이저출력 측정부(38)로부터의 레이저출력측정치신호(SL)를 주 피이드백 신호로 함과 동시에, 전력연산회로(44)로부터의 램프전력측정치신호(SP) 또는 전류측정회로(46)로부터의 램프전류측정치신호(SI)의 교류분(SPc(SIc))을 보정용의 부(副) 피이드백 신호로 하고, 이들의 피이드백 신호(SL,SPc(SIc))를 CPU(34)로부터의 소망의 펄스파형을 갖는 기준신호(Sref)와 비교하여 비교오차를 구하고, 이 비교오차를 영으로 하도록, 예를 들면 PWM 방식의 스위칭제어신호(SW)를 생성하고, 이 스위칭제어신호(SW)에 의해 구동회로(52)를 통해 IGBT(32)를 스위칭제어한다.

Description

레이저가공장치{apparatus of laser manufacturing}

본 발명은, 파형제어방식의 레이저 가공장치에 관한 것이다.

종래부터, 피가공물에 펄스 레이저광을 조사하여 용접, 절단등의 레이저가공을 하는 레이저가공장치에서는, 다양한 가공요구에 대응할 수 있도록 펄스 레이저광의 레이저출력의 파형을 가변제어하는 기술이 사용되고 있다.

도 6 에, 종래의 파형제어식 레이저가공장치의 주요 구성을 나타낸다.

이 레이저가공장치는, 레이저발진부(100)와 레이저전원부(102)와 제어부(104)를 갖고 있다. 레이저전원부(102)는 통상 트랜지스터로 이루어지는 스위칭소자(106)를 통하여 레이저발진부(100)내의 여기용 광원(도시생략)에 전기적으로 접속되어 있으며, 제어부(l04)가 피이드백방식으로 스위칭소자(106)를 스위칭제어 하는 것으로, 레이저전원부(102)로부터 이 여기용 광원에 공급되는 직류전력 또는 전류가 파형제어된다. 레이저발진부(100)에서는, 이 여기용 광원으로부터 발생하는 광에너지로 고체 레이저매체(도시생략)를 여기함으로써, 레이저출력(광강도)의 파형이 제어된 레이저광(LB)을 발진 출력하도록 되어 있다.

제어부(104)는, 상기한 바와 같은 레이저출력의 파형제어를 하기 위하여, 레이저광(LB)의 출력을 측정하는 레이저출력 측정부(108)와, 이 레이저출력 측정부(108)로부터의 레이저출력 측정치신호(ML)를 피이드백 신호로 하고, 이것과 기준신호발생부(110)로부터의 기준신호 Mref와의 오차를 토대로 스위칭소자(106)를 스위칭제어하는 스위칭제어부(112)를 갖고 있다.

스위칭제어부(l12)에서는, 연산증폭기(114), 입력저항(116,118) 및 귀환저항(120)으로 이루어지는 오차증폭기(122)가 양신호 ML, Mref의 레벨을 비교하여 양자간의 오차 또는 차분을 나타내는 오차신호(er)를 생성하고, PWM(펄스폭변조)회로(l24)가 오차신호(er)에 따른 펄스폭을 가지는 소정주파수의 PWM 신호 MW를 생성한다. 이 PWM 신호 MW가 스위칭제어신호로서 구동회로(126)를 통해 스위칭소자(106)에 인가된다.

상기한 바와 같은 레이저가공장치에서는, 파형제어를 위해 PWM회로(l24)로부터 스위칭소자(106)에 주어지는 스위칭제어신호(MW)에 대하여, 레이저광(LB) 출력의 위상지연이 크고, 예를들면 l80°전후로 어긋나는 수가 있다.

이 때문에, 파형제어의 피이드백 루프를 안정화시키기 위하여, 연산증폭기(114)의 귀환회로에 있어서 저항(l20)과 병렬로 콘덴서(128)와저항(130)으로 이루어지는 위상보상회로를 설치하고, 부귀환, 특히 고주파성분의 부귀환을 강화함으로써 상기한 바와 같이 역상(逆相)이 될수록 큰 위상지연을 보상하도록 하고 있다.

그렇지만, 그것에 의하여 오차증폭기(122)에 있어서의 게인, 특히 고주파성분의 게인이 저하된다. 이 때문에, 레이저광(LB)의 개시동작시는, 레이저출력 측정치신호(ML) 및 기준신호 Mref의 쌍방 각각에 고주파성분이 대부분 포함되며, 양자사이의 고주파성분의 오차(차분)에 대한 오차신호(er)의 게인 또는 감도가 낮고, PWM 회로(l24)의 응답속도가 낮다.

이 때문에, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 레이저출력의 개시동작이 느릴 뿐만 아니라, 그 반동으로서 오버슈트를 일으키기 쉽고, 파형제어의 정밀도 내지 신뢰성이 좋지 않았다. 이것은, 레이저 가공품질 면에서도 바람직하지 않았다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저출력 파형제어의 정밀도 내지 신뢰성을 향상시키는 레이저가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른의 목적은, 레이저출력의 개시동작 특성을 개선시키는 레이저가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저가공장치의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 실시예의 레이저가공장치에 있어서의 스위칭제어부의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 3은 실시예의 스위칭 제어부에서의 오차증폭기의 주파수특성을 종래예와 비교하여 나타내는 도이다.

도 4는 실시예의 레이저가공장치에 있어서의 각부의 파형을 나타내는 도이다.

도 5는 실시예의 스위칭 제어부의 일변형예를 나타내는 회로도이다.

도 6은 종래의 레이저가공장치의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.

도 7은 종래의 레이저가공장치에 있어서의 각부의 파형을 나타내는 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 레이저발진부 12 레이저전원부

16 제어부 20 여기 램프(여기용 광원)

22 YAG 로드(고체 레이저매체) 24, 26 광공진기 밀러

32 IGBT (스위칭소자) 34 CPU

38 레이저출력 측정부 40 전압측정회로

44 전력연산회로 46 전류측정회로

48 전류센서 50 스위칭제어부

60 가산회로 62 반전회로(반전

64 오차증폭기 66 PWM (펄스폭변조)회로

84 연산증폭기 92 위상보상용 콘덴서

94 위상보상용 저항

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일실시예에 있어서의 레이저가공장치는, 여기용 광원으로부터 발생하는 여기광의 에너지로 고체 레이저매체를 여기하여 레이저광을 발진출력하는 레이저발진부와, 상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저전원부와, 상기 레이저광의 출력을 측정하는 레이저 출력수단을 가지며, 상기 레이저 출력수단으로부터의 레이저출력측정치를 피이드백 신호로서, 상기 피이드백 신호와 미리 설정된 기준치와의 오차를 토대로 레이저광의 출력을 제어하는 파워 피이드백형의 레이저가공장치에 있어서, 상기 여기 광원에 공급되는 전력을 측정하는 전력측정수단을 구비하며, 상기 전력측정수단으로부터의 전력측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 상기 피이드백 신호를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 구성으로 했다.

상기 구성에 있어서는, 제어신호에 대하여 위상이 크게 늦어지는 레이저출력측정치신호 또는 피이드백 신호가, 제어신호에 대하여 대략 동상(同相)을 유지하는 전력측정치신호의 교류분에 의해서 보정됨으로써, 피이드백 신호의 위상이 보상되고, 파워 피이드백 루프가 안정화된다.

다른 실시예로서, 상기 전력측정치신호의 교류분에 의해 기준치를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 구성이어도 좋다. 또한, 상기 전력측정수단을 대신하여, 여기 광원에 공급되는 전류를 측정하는 전류측정수단을 구비하고, 이 전력측정수단으로부터의 전력측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 피이드백 신호를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 구성이어도 좋다. 또한, 전력측정치신호의 교류분에 의해 기준치를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 구성이어도 좋다.

본 발명의 레이저가공장치에 있어서, 바람직하게는 상기 레이저전원부와 상기 여기 광원과의 사이에 접속된 스위칭수단과, 상기 스위칭수단을 펄스폭 변조방식에 의해 소정의 주파수로 스위칭제어하는 스위칭제어수단을 구비하는 구성이어도좋다.

이러한 구성에 있어서, 바람직하게는 상기 스위칭제어수단이, 상기 피이드백 신호에 상기 측정치신호의 교류분을 가하는 가산회로와, 상기 가산회로의 출력신호와 상기 기준치를 비교하여 그 오차를 증폭시키는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기의 귀환회로에 설치된 위상보상용의 콘덴서를 가지는 구성이어도 좋다. 또한 상기 스위칭제어수단이 상기 기준치로부터 상기 측정치신호의 교류분을 감산하는 감산회로와, 상기 감산회로의 출력신호와 상기 피이드백 신호를 비교하여 그 오차를 증폭시키는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기의 귀환회로에 설치된 위상보상용의 콘덴서를 가지는 구성이어도 좋다.

본 발명에 있어서는, 피이드백 신호의 위상이 전력측정치신호 또는 전류측정치신호의 교류분에 의해서 보상되며, 파워 피이드백·루프가 안정화되기 때문에, 오차증폭기를 구성하는 연산증폭기의 주파수 특성을 고속응답형으로 개선하는 것이 가능해지며, 안정된 고속응답의 레이저출력 파형제어를 할 수 있다.

[실시예]

이하, 도1∼도5를 참조하여 본발명의 실시예를 설명한다.

도1에, 본발명의 일실시예에 의한 레이저가공장치의 요부의 구성을 나타낸다.

이 레이저가공장치는, 레이저발진부(10), 레이저전원부(12), 레이저냉각부(14), 제어부(16)등으로 구성되어 있다.

레이저발진부(10)는, 챔버(18)내에 배치된 여기용 광원 예를 들면, 여기 램프(20)및 레이저매체 예를 들면. YAG 로드(22)와, 챔버(18) 밖에서 YAG 로드(22)의 광축상에 배치된 한 쌍의 광공진기 밀러(24, 26)를 갖고 있다.

여기 램프(20)가 점등하여 여기광을 발하면, 그 여기광의 에너지로 YAG 로드(22)가 여기되며, YAG 로드(22)의 양단면으로부터 광축상으로 나온 빛이 광공진기 밀러(24, 26)의 사이에서 반사를 되풀이하여 증폭된 후, 펄스레이저 광(LB)으로서 출력 밀러(24)를 빠져 나온다. 출력 밀러(24)로부터 빠져나온 펄스레이저 광(LB)은, 반사 밀러나 광 화이버등의 광전송계(도시생략)를 통해 레이저 가공장소의 레이저 출사부(도시생략)에 보내어지고, 이 레이저출사부로부터 피가공물(도시생략)에 조사하도록 되어 있다.

레이저전원부(l2)는, 레이저발진부(l0)에 공급해야 할 레이저발진용의 전력을 축적하는 콘덴서(28)와, 상용교류 예를 들면 3상교류전원전압(U,V,W)를 직류로 변환하여 콘덴서(28)를 소정의 직류전압으로 충전하기 위한 충전회로(30)를 갖는다.

레이저전원부(12)의 출력단자 즉, 콘덴서(28)의 단자는, 스위칭소자 예를 들면 IGBT (절연게이트·바이폴라·트랜지스터)(32)를 통해 여기 램프(20)에 전기적으로 접속되어 있다.

레이저냉각부(14)는, 레이저발진부(10)의 여기 램프(20) 및 YAG 로드(22)로부터 발생되는 열을 레이저발진부(10)의 밖으로 방열하기 위한 것으로, 레이저발진부(10)에 소정온도로 온도조절된 냉각매체 예를 들면, 냉각수(CW)를 공급하도록 구성되어 있다.

제어부(16)는, 장치전체 내지 각부의 동작을 제어하기 위한 CPU(마이크로셋서)(34)와, 이 CPU(34)에 소정의 처리를 하게 하기 위한 각종 프로그램이나 각종 설정치 그 밖의 데이터를 축적하기 위한 메모리(36)와, 파형제어용의 각종 계측수단(38∼48) 및 스위칭제어부(50)등을 포함하고 있다.

각종 계측수단중, 레이저출력 측정부(38)는, 광공진기 밀러(26)의 뒤쪽으로 새는 레이저광 (LB')을 수광하는 포토센서와, 이 포토센서로부터 출력되는 전기신호에 따라서 펄스레이저광(LB)의 레이저출력을 구하는 측정회로를 갖고 있으며, 이 측정회로로부터 얻어지는 레이저출력 측정치신호(SL)를 스위칭제어부(50)와 CPU(34)에 인가한다.

전압측정회로(40)는, 전압 센스선(42)을 통해 여기램프(20)의 양단자에 전기적으로 접속되어 있으며, 전원부(12)로부터 여기램프(20)에 인가되는 전압(램프전압)을 예를 들면 실효치로 측정하고, 램프전압측정치를 나타내는 신호(SV)를 전력연산회로(44)에 인가한다.

전류측정회로(46)는, 전원부(12)의 램프전류공급회로에 설치되어 있는 전류 센서, 예를 들면 홀CT(48)로부터 전류검출신호를 받아들이고, 여기 램프(20)에 공급되는 전류(램프전류)(I)를 실효치로 측정하고, 램프전류측정치를 나타내는 신호(SI)를 전력연산회로(44)에 부여함과 동시에, 스위칭제어부(50)에 인가한다.

전력연산회로(44)는, 전압측정회로(40)로부터의 램프전압측정치신호(SV)와 전류측정회로(46)로부터의 램프전류측정치신호(SI)를 토대로 램프전력측정치(SP)를 연산으로 구하고, 램프전력측정치를 나타내는 신호(SP)를 스위칭제어부(50)에 인가한다.

스위칭제어부(50)는, 파형제어용의 스위칭제어신호(SW)를 구동회로(52)를 통해 IGBT(32)에 인가한다. 본 실시예의 레이저출력파형제어에 있어서, 스위칭제어부(50)는, 레이저출력 측정부(38)로부터의 레이저출력 측정치신호(SL)를 주 피이드백 신호로 함과 동시에, 전력연산회로(44)로부터의 램프전력 측정치신호(SP) 또는 전류측정회로(46)로부터의 램프전류 측정치신호 (SI)의 교류분(SPc(SIc))을 보정용의 부 피이드백 신호로 하여, 이들의 피이드백 신호(SL,SPc(SIc))를 CPU(34)로부터의 소망의 펄스파형을 갖는 기준신호 Sref와 비교하여 비교오차를 구하고, 이 비교오차를 영으로 하도록, 예를 들면 PWM 방식의 스위칭제어신호(SW)를 생성하고, 이 스위칭제어신호(SW)에 의해 구동회로(52)를 통해 IGBT(32)를 스위칭제어하도록 되어 있다.

이러한 피이드백 제어방식에 의해, 레이저발진부(10)로부터 발진 출력되는 펄스 레이저광(LB)의 출력파형이 기준신호 Sref의 파형을 모방하도록 제어된다.

CPU(34)에는, 통신 인터페이스부(54),입력부(56)및 표시부(58)등도 접속된다. 통신 인터페이스부(54)는 외부의 장치(도시생략)와의 데이터 또는 신호를 주고 받는데 사용된다.

입력부(56)는, 예를 들면 본 장치의 조작패널에 설치되어 있는 키 스위치군을 포함하며, 각종 설정치의 입력등에 사용된다. 표시부(58)는, 예를 들면 이 조작 패널에 설치되어 있는 디스플레이를 가지며, 각종 입력설정치나 각종 측정치등을 표시한다.

한편, 도 l 에서는, 측정치로서, 레이저출력 측정부(38)로부터의 레이저출력측정치신호(SL)만이 CPU(34)에 입력되어, 표시할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 다른 계측부(40,44,46)에서 얻어지는 측정치신호도 CPU(34)에 입력하여, 표시나 소망의 데이터처리를 하게 하더라도 좋다.

도 2 에, 본 실시예에 있어서의 스위칭제어부(50)의 구성예를 나타낸다.

이 스위칭제어부(50)는, 아날로그회로로 구성되어 있으며 가산회로(60)와 반전회로(62)와 오차증폭기(64)와 PWM 회로(66)를 구비하고 있다.

가산회로(60)에서는, 레이저출력 측정부(38)(도1)로부터의 레이저출력 측정신호(SL)가 주 피이드백 신호로서 입력저항(70)을 통해 연산증폭기(68)의 반전입력단자(-)에 입력된다. 더욱이 전력연산회로(44)(도1)부터의 전력측정치신호(SP) 또는 전류측정회로(46)(도1)부터의 전류측정치신호(SI)가 콘덴서(72)에 입력되며, 콘덴서(72)를 통한 SP(SI)의 교류분 SPc(SIc)가 부 피이드백 신호로서 입력저항(74)을 통해 연산증폭기(68)의 반전입력단자(-)에 입력된다. 연산증폭기(68)의 비반전입력단자(+)는 그라운드전위에 접속되며, 출력단자와 반전입력단자(-)와의 사이에는 귀환저항(76)이 접속되어 있다.

이러한 구성의 가산산회로(60)는, 레이저출력 측정신호(SL)에 전력측정치신호(SP)의 교류분 Spc 혹은 전류측정치신호(SI)의 교류분 SIc를 부가하여 합치고, 한편 극성반전된 것을 역극성의 보정 피이드백 신호(SF)로서 출력한다.

반전회로(62)는, 연산증폭기(78)와, 입력저항(80)과, 귀환저항(82)으로 구성된다. 가산회로(60)로부터 출력된 역극성의 보정 피이드백 신호(SF)는, 이 반전회로(62)로 극성을 반전하며, 정극성의 보정 피이드백 신호(SF)로 된다.

오차증폭기(64)는, 연산증폭기(84)와, 한 쌍의 입력저항(86,88)과, 귀환저항(90)으로 구성된다. 연산증폭기(84)의 비반전입력단자(+)에는 상기 반전회로(62)로부터의 보정 피이드백 신호 (SF)가 입력저항(86)을 통해 입력되며, 반전입력단자(-)에는 CPU(34)로부터의 기준신호 Sref가 입력저항(88)을 통해 입력된다. 또, CPU(34)로부터의 기준신호 Sref는, 디지털- 아날로그변환회로(도시생략)에 의해 아날로그신호로 변환되어 인가된다.

이 오차증폭기(64)에서는, 양입력신호 SF, Sref의 차분 또는 오차(SF-Sref)를 나타내는 오차신호(ER)가 연산증폭기(84)의 출력단자에 얻어진다.

신호증폭률은 입력저항(86,88)의 저항치와 귀환저항(90)의 저항치와의 비율로 규정된다.

이 오차증폭기(64)에서도,파형제어의 피이드백 루프를 안정화시키도록, 연산증폭기(84)의 귀환회로에 저항(90)과 병렬로 콘덴서(92)와 저항(94)으로 이루어지는 위상보상회로를 설치하고 있다. 단지, 후술하는 바와 같이 본 장치에서는 PWM 회로(66)로부터 출력되는 스위칭제어신호(SW)에 대한 보정 피이드백 신호(SF)의 위상지연이 작기 때문에, 이 위상보상회로에 의한 부귀환, 특히 고주파성분의 부귀환을 약하게 설정할 수 있다.

일례로서, 종래 장치(도6)의 위상보상회로에서는 콘덴서(128)의 캐패시턴스를 47000 피코 파랏드, 저항(130)의 저항치를 500옴으로 선정한 데 대하여, 본 장치의 위상보상회로에서는 콘덴서(92)의 캐패시턴스를 4700피코 파랏드, 저항(94)의저항치를 20킬로옴으로 선정할 수가 있다. 이와 같이, 위상보상회로에서의 고주파성분의 부귀환을 약하게 함으로써 오차증폭기(64)의 주파수특성을 크게 개선할 수 있다.

도 3 에, 본 실시예에 있어서의 오차증폭기(64)의 주파수특성의 일례를 종래 예(도1)와 비교하여 나타낸다.

또, 입력저항(86,88(116, l18))의 저항치를 2 킬로옴, 귀환저항(90(120))의 저항치를 100 킬로옴으로 선택한다.

PWM 회로(66)는, 일정주파수의 비교기준신호 예를 들면 톱니파 신호를 발생하는 회로와, 오차증폭기(64)로부터의 오차신호(ER)를 이 톱니파 신호와 비교하여 PWM 신호 즉, 스위칭제어신호(SW)를 생성하는 컴파레이터를 갖고 있다. 각 스위칭 사이클에 있어서의 스위칭제어신호 (SW)의 펄스폭은, IGBT(32)의 온(On) 시간을 규정하며, 비교오차(ER)가 커질수록 증대하고, 비교오차(ER)가 작아질수록 감소하게 되어 있다.

본 실시예의 레이저출력 파형제어에 있어서 스위칭제어부(50)는 다음과 같이 동작한다.

각 스위칭 사이클에서는, 스위칭제어신호(SW) 또는 IGBT(32)의 온 시간중에, 레이저전원부(12)로부터 직류의 전류(I)가 스위칭소자(32)를 통해 레이저발진부(10)의 여기 램프(20)에 공급되며, 여기 램프(20)가 발광한다. 상기한 바와 같이 레이저발진부(10)에서는, 여기 램프(20)로부터의 여기광으로 YAG 로드(22)가 여기되며 레이저의 토대가 되는 빛을 생성하고, 이 빛이 광공진기밀러(24,26)에 의한 광공진 내지 증폭을 거쳐 레이저광(LB)이 된다. 여기서, 제어량인 스위칭제어신호(SW) 또는 IGBT(32)의 온시간(펄스지속시간)에 대하여, 레이저전원부(12)로부터 여기램프(20)에 공급되는 전류 또는 전력의 변화분 즉, 교류분은 동기한다.

한편, 레이저광(LB)의 출력의 변화분은 동기하지 않고, 상당히 지연되며, 예를들면 180°전후로 늦어지는 수도 있다.

본 실시예의 스위칭제어부(50)에 있어서는, 레이저출력 측정부(38)로부터의 레이저출력 측정신호(SL)를 주 피이드백 신호로 함과 동시에, 전력연산회로(44)로부터의 전력측정치신호(SP)또는 전류측정회로(46)로부터의 전류측정치신호(SI)의 교류분 SPc(SIC)을 부 피이드백 5신호로 하고 있으며, 가산회로(60)로 양 피이드백 신호(SL,SPc (SIc))를 서로 합치고, 그 가산에 의해서 얻어지는 보정 피이드백 신호(SF)를 오차증폭기(64)로 기준신호 Sref와 비교하여 비교오차(SF-Sref)를 구하고, 그 비교오차(SF-Sref)에 따라서 PWM 회로(66)로 다음의 스위칭 사이클의 IGBT(32)의 온 시간을 결정하도록 하고 있다.

여기서, 오차증폭기(64)에 주어지는 보정 피이드백 신호(SF)는, 제어량인 스위칭제어신호(SW)에 대하여 역상이 될수록 크게 지연되는 주 피이드백 신호(SL)를 스위칭제어신호(SW) 에 대하여 거의 동일상을 유지하는 부 피이드백 신호(SPc (SIc))로 보정(위상보상)한 것이다.

이 때문에, 파형제어 피이드백 루프의 안정도가 높다. 이것에 의해, 상기한 바와 같이 오차증폭기(64)의 위상보상회로(92,94)에 의한 부귀환, 특히 고주파성분의 부귀환을 약하게 하며, 주파수특성을 향상시키고, 응답속도를 개선할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 펄스 레이저광(LB)의 출력을 안정적으로 또한 고속으로 개시 동작시키고, 오버슈트를 없앨 수 있다. 또한, 이와 같이 레이저출력 파형제어의 정밀도 및 안정도를 높임으로써, 레이저가공의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 5 에, 본 실시예에 있어서의 스위칭제어부(50)의 일변형예를 나타낸다.

도면중 도 2 의 각부와 동일한 구성을 갖는 부분에는 동일 부호를 붙였다.

이 변형예에서는, 기준신호 Sref를 반전회로(62)를 통과하고 나서, 가산회로(60)로 부 피이드백 신호(SPc(SIc)와 가산하여, 제 1 비교오차{Sref-SPc(SIc)}를 얻는다. 즉, 반전회로(62)와 가산회로(60)에 의해, 기준신호 Sref로 부 피이드백 신호(SPc(SIc))를 감산하는 감산회로가 구성되어 있다. 이어서, 오차증폭기(64)에 있어서, 연산증폭기(84)의 반전입력단자(-)에 이 제 1 비교오차{Sref-SPc(SIc)}를 입력함과 동시에, 비반전입력단자(+)에 주 피이드백 신호(SL)를 입력함으로써, 제 2 비교오차{SL+ SPc (SIc) -Sref}를 얻는다. 이 제 2 비교오차는 상기 실시예와 같은 결과이며, 동일한 오차신호(ER)가 PWM 회로(66)에 인가하게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 기술사상에 따라서 여러가지의 변형 또는 변경이 가능하다.

예를 들면, 레이저발진부(10), 레이저전원부(12) 또는 제어부(16)의 구성 및 기능은 상기 실시예로 한정하는 것은 아니며, 여러 가지의 변형이 가능하다.

상기 실시예에서는, 스위칭제어에 PWM방식을 사용하였지만, 피이드백 루프에 알맞은 다른 스위칭제어방식도 사용 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 레이저가공장치에 의하면, 레이저전원부로부터 레이저발진부의 여기용 광원에 공급되는 전력 또는 전류의 교류분에 의해 피이드백 신호(레이저출력측정치)또는 기준치를 보정하여 파워 피이드백제어를 함으로써, 안정된 고속응답의 레이저출력 파형제어가 가능하고, 특히 레이저출력의 개시동작 특성을 개선할 수가 있다.

Claims

여기용 광원으로부터 발생하는 여기광의 에너지로 고체 레이저매체를 여기하여 레이저광을 발진 출력하는 레이저 발진부와,

상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저전원부와, 상기 레이저광의 출력을 측정하는 레이저 출력측정수단을 가지며,

상기 레이저출력측정수단으로부터의 레이저 출력측정치를 피이드백 신호로서, 상기 피이드백 신호와 미리 설정된 기준치와의 오차를 토대로 레이저광의 출력을 제어하는 파워 피이드백형의 레이저가공장치에 있어서,

상기 여기 광원에 공급되는 전력을 측정하는 전력측정수단을 구비하고,

상기 전류측정수단으로부터의 전류측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 상기 피이드백 신호를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
여기용 광원으로부터 발생하는 여기광의 에너지로 고체 레이저 매체를 여기하여 레이저광을 발진 출력하는 레이저 발진부와,

상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저 전원부와, 상기 레이저광의 출력을 측정하는 레이저출력 측정수단을 가지며,

상기 레이저출력 측정수단으로부터의 레이저출력 측정치를 피이드백 신호로서, 상기 피이드백 신호와 미리 설정된 기준치와의 오차를 토대로 레이저광의 출력을 제어하는 파워 피이드백형의 레이저 가공장치에 있어서,

상기 여기용 광원에 공급되는 전력을 측정하는 전력측정수단을 구비하며,

상기 전력측정수단으로부터의 전력측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 상기 기준치를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
여기용 광원으로부터 발생하는 여기광의 에너지로 고체 레이저매체를 여기하여 레이저광을 발진 출력하는 레이저발진부와,

상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저전원부와, 상기 레이저광의 출력을 측정하는 레이저출력 측정수단을 가지며,

상기 레이저출력 측정수단으로부터의 레이저 출력측정치를 피이드백 신호로서, 상기 피이드백 신호와 미리 설정된 기준치와의 오차를 토대로 레이저광의 출력을 제어하는 파워 피이드백형의 레이저가공장치에 있어서,

상기 여기용 광원에 공급되는 전류를 측정하는 전류측정수단을 구비하고,

상기 전류 측정수단으로부터의 전류측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 상기 피이드백 신호를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
여기용 광원으로부터 발생하는 여기광의 에너지로 고체 레이저매체를 여기하여 레이저광을 발진 출력하는 레이저발진부와,

상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저전원부와,

상기 레이저광의 출력을 측정하는 레이저출력 측정수단을 가지며,

상기 레이저출력 측정수단으로부터의 레이저출력 측정치를 피이드백 신호로 하여, 상기 피이드백 신호와 미리 설정된 기준치와의 오차를 토대로 레이저광의 출력을 제어하는 파워 피이드백형의 레이저가공장치에 있어서,

상기 여기 광원에 공급되는 전류를 측정하는 전류측정수단을 구비하며,

상기 전류측정수단으로부터의 전류측정치를 나타내는 신호의 교류분에 의해 상기 기준치를 보정하여 레이저광의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제 1내지 제 4항의 기재에 있어서,

상기 레이저전원부와 상기 여기 광원과의 사이에 접속된 스위칭수단과,

상기 스위칭수단을 펄스폭 변조방식에 의해 소정의 주파수로 스위칭제어하는 스위칭제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제 5항에 있어서,

상기 스위칭제어수단이, 상기 피이드백 신호로 상기 측정치신호의 교류분을 가하는 가산회로와, 상기 가산회로의 출력신호와 상기 기준치를 비교하여 그 오차를 증폭시키는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기의 귀환회로에 설치된 위상보상용의 콘덴서를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.
제 5항에 있어서,

상기 스위칭제어수단이, 상기 기준치로부터 상기 측정치신호의 교류분을 감산하는 감산회로와,

상기 감산회로의 출력신호와 상기 피이드백 신호를 비교하여 그 오차를 증폭시키는 연산증폭기와,

상기 연산증폭기의 귀환회로에 설치된 위상보상용의 콘덴서를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저가공장치.