WO1988002939A1 - Laser device - Google Patents

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WO1988002939A1
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Inventor
Etsuo Yamazaki
Original Assignee
Fanuc Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Definitions

  • the present invention relates to a laser device having a plurality of high-frequency power supplies, and more particularly, to a laser apparatus configured such that, when a part of the high-frequency power supply becomes abnormal, the high-frequency power supply is cut off and can be operated with the remaining normal high-frequency power supply.
  • the power supply for discharging the laser tube is
  • FIG. 1 shows a block diagram.
  • reference numeral 10 denotes a laser tube, in which a laser medium gas is circulated, discharge is performed, and laser light is amplified.
  • 1 2 is an output mirror, and 1 3 is a total reflection mirror.
  • a blower 14 circulates the laser medium gas.
  • 15 is a cooler for cooling the laser medium gas.
  • Reference numerals 21 to 28 denote high-frequency power sources (hereinafter referred to as RF power sources), and each RF power source is surrounded by electrodes 31 to 38, respectively. 39 is the other electrode, which is connected to ground.
  • Reference numeral 1 denotes an output control circuit, which enables the RF power supplies 21 to 28 according to the required output. This is input by a keyboard (not shown) or the like.
  • Reference numeral 42 denotes an output control line, which is represented by a single line in the figure, but a control signal for enabling each RF power supply is connected to each RF power supply.
  • reference numeral 51 denotes a laser beam.
  • the output can be half of the whole, the RF power supplies 23 to 26 are made valid, and the other RF power supplies are turned off by sending a signal from the output control circuit via the output control line. Then, the current density at the center is the same as at full power, and the mode is TEM 00 mode, but the laser beam output is almost proportional to the number of effective RF power supplies, making it suitable for cutting, etc. And high oscillation efficiency can be obtained. If this is turned on, a part of the RF power supply is turned on in accordance with the appropriate output, the required output can be obtained without reducing the oscillation efficiency.
  • the output voltage of the abnormal high-frequency power supply becomes high or abnormally low.
  • Disclosure of the invention is to solve the above-described problems, and to configure a laser in which even when a part of the high-frequency power supply becomes abnormal, the high-frequency power supply is cut off and can be operated only with the remaining normal high-frequency power supply. It is to provide a device.
  • a laser device having a plurality of electrodes provided on a discharge tube and a high-frequency power supply connected to the electrodes
  • Output detection means for detecting an output state for each of the high-frequency power supplies; abnormality detection means for detecting an abnormality of the high-frequency power supply based on the output state detected by the output detection means;
  • Opening and closing means for turning off the abnormal high-frequency power supply by the opening and closing means
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of a laser device using a plurality of high-frequency power supplies.
  • reference numeral 1 denotes a control circuit, which is a switching means 1a for turning on / off the high-frequency power supply, an abnormality detection means 1b for detecting an abnormality of the high-frequency power supply, and a setting means for setting a laser beam (not shown).
  • the control circuit 1 uses a numerical controller (CNC) for laser processing, which simultaneously controls the table and the like of the laser processing machine.
  • Reference numeral 2 denotes an oscillator, which outputs a rectangular wave having the same frequency as the frequency of an inverter 21b described later. The output is input to integration surface 3, integrated, and converted to a sawtooth wave.
  • Reference numeral 4 denotes a comparator which determines a pulse width of an inverter 21b described later based on a sawtooth wave of the integration circuit 3 and a level signal from the arithmetic unit 8, and outputs a PWM signal (pulse width modulation signal).
  • the gate 5 gates the PWM signal from the comparator 4 by the switching signal from the switching means 1a. That is, when the switching signal is "1", is output PWM i No. of comparator 4 is to directly inverter 2 1 b, No. open closing signal is tt 0 PWM signal gate 5 when the "is not issued.
  • Reference numeral 21 denotes a high-frequency power supply (RF power supply), which includes a rectifier circuit 21a, an inverter 21b, a resonance circuit 21c, a step-up transformer 21d, and the like.
  • the high-frequency power supply 21 rectifies the input power supply with a rectifier circuit 21a and converts it into a DC voltage, and the inverter 21b converts it into a high-frequency rectangular wave of about 1 MHz 2 to 2 MHz. This high-frequency rectangular wave is resonated by the resonance HI path 21c. This output is boosted to a high voltage by the boost transformer 21 d. This voltage is supplied to the laser tube 10.
  • Reference numeral 6 denotes a current detector which detects the output current of the high frequency power supply 21.
  • a known current transformer, a Hall element, or the like can be used as this detector.
  • This detected current value is amplified by the current amplifier 7 and sent to the arithmetic unit 8 and the abnormality detecting means 1b.
  • the exercise device 8 the difference between the feedback of the current setting value and the feedback signal is obtained, and the difference is output to the comparator 4.
  • the abnormality detection means 1b detects an abnormality of the high frequency power supply 21 from the current signal. For example, a normal current is set in advance, and if it exceeds this value by plus or minus 10%, it is regarded as abnormal. This value can, of course, be changed to an appropriate value based on calculations and actual measurements depending on the abnormal state of the actual device.
  • an abnormality signal is output to the opening / closing means 1a.
  • the opening / closing means 1a sets the opening / closing signal to "0".
  • the gate 5 sets its output to “0”, the output of the high-frequency power supply 21 is turned off, and the abnormal high-frequency power supply is disconnected from the laser tube 10.
  • the abnormality detection means is provided for each control circuit of one high-frequency power supply, even if an abnormality occurs in one high-frequency power supply, it is separated and laser oscillation is performed with the remaining high-frequency power supply. You can continue.
  • the current value is used to detect the abnormality.
  • the output voltage can be used, or the current value and the voltage can be used to detect the abnormality.
  • the laser light output is constantly monitored, and when an abnormality occurs in the laser light output, the state of each high-frequency power supply is checked to detect an abnormality. It is also possible.
  • the output of the high-frequency power supply was cut off by setting the input signal of the inverter to ⁇ 0 ".
  • a magnet switch or the like was placed at the last stage of the high-frequency power supply, and the high-frequency The wave power supply can be disconnected from the laser tube.
  • a plurality of high-frequency power supplies are provided, and the high-frequency power supply in which the abnormality has occurred is separated by the abnormality detection means, so that even if one high-frequency power supply becomes abnormal, The operation of the laser device can be bypassed by another high-frequency power supply.

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Description

明 細 レーザ装置 技 術 分 野
本発明は複数の高周波電源を有する レーザ装置に関し、 特 に、 高周波電源の 1部が異常状態になったとき、 その高周波 電源を切り離して残りの正常な高周波電源で運転できるよう に構成したレーザ装置に閩する。 背 景 技 術
従来のレーザ装置ではレーザ管を放電させるための電源は
1個であり、 電源の一部の故障によってレーザ装置全体が停 止してしまう こととなっていた。
これに対し、 本願出願人は先に特願昭 6 1 一 2 0 8 4 9 2 号において、 レーザ管の電極を複数に分割し、 こ の電極毎に 高周波電源を設けたレーザ装置を出願している。 第 2図にこ のブロ ック図を示す。 図において、 1 0 はレーザ管であり、 レーザ媒質ガスが循環させられ、 放電がおこなわれ、 レーザ 光が増幅される。 1 2 は出力鏡であり、 1 3 は全反射鏡であ る。 1 4 は送風機であり、 レーザ媒質ガスを循環させる。 1 5 は冷却器であり、 レーザ媒質ガスを冷却する。
2 1乃至 2 8 は高周波電源 （以下 R F電源と言う） であり、 偭々の R F電源はそれぞれ電極 3 1乃至 3 8に接繞されてい る。 3 9 は他方の電極であり、 アースに接続されている。 4 1 は出力制御回路であり、 必要な出力に応じて R F電源 2 1 乃至 2 8を有効にする。 これは図示されていないキ一ボー ド 等によつて入力される。 4 2 は出力制御ラィ ンであり、 図で は一本の線で表しているが、 各 R F電源を有効にするための 制御信号が各 R F電源毎に接繞されている。 尚、 5 1 はレー ザ光である。
次ぎに、 この勣作について述べる。 例えば出力が全体の半 分でよいときは、 R F電源 2 3乃至 2 6を有効とし、 他の R F電源はオフとする信号を出力制御回路から出力制御ラィ ン を柽由して送る。 そうすると中央部の電流密度は全出力のと きと同一であり、 T E M 0 0 モー ドとなるが、 レーザ光の出 力は有効な R F電源の数に略比例したものとなり、 切断加工 等に適し ものとなり、 高い発振効率が得られる。 これを適 宜出力に応じて R F電源の一部をォンにすれば、 必要な出力 を発振効率を落とすことなく得られる。
しかし、 従来の単一の高周波電源を有する レーザ装置では 勿論電源が異常になれば、 レーザ装置は停止する。
又、 第 2図に示す複数の高周波電源を有する レーザ装置に おいても 1個の高周波電源が異常になった場合に異常高周波 電源の出力電圧が高く なつたり、 或いは異常に低く なつたり した場合等に他の正常な高周波電源は互いに並列にレーザ管 に接続されているので、 残りの高周波電源での運転ができな く なるという問題点があつた。 発 明 の 開 示 本発明の百的は上記問題点を解決し、 高周波電源の 1 部が 異常状態になったときでも、 その高周波電源を切り離して残 りの正常な高周波電源のみで運転できるように構成したレー ザ装置を提供することにある。
本発明では上記の問題点を解決するために、
放電管に設けられた複数の電極と該電極に対応して接続さ れた高周波電源を有する レーザ装置において、
前記高周波電源毎に出力状態を検出する出力検出手段と、 前記出力検出手段によって検出された出力状態によって高 周波電源の異常を検出する異常検出手段と、
前記開閉手段によつて前記異常高周波電源をオフする開閉 手段と、
を有することを特徴とする レーザ装置が、
提供される。
1個の高周波電源が異常になっても、 異常検出手段で検出 して、 開閉手段が異常高周波電源をオフにするので、 他の正 常な高周波電源で運転を続行することができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の一実施例のレーザ装置のブロ ック図、 第 2図は複数の高周波電源を使用したレーザ装置の全体の 構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 第 1図に本発明の一実施例の高周波電源の 1個分のブロ ッ ク図を示す。 第 2図と同一の要素には同一の記号が付してあ る。
図において、 1 は制御回路であり、 高周波電源をオン、 ォ フさせる開閉手段 1 a、 高周波電源の異常を検出する異常検 岀手段 1 b、 図示されていないレーザ岀カを設定する設定手 段等を有する。 制御回路 1 はレーザ加工機のテーブル等を同 時に制御する レーザ加工用の数値制御装置 （ C N C ) を使用 する。 2 は発振器であり、 後述のィ ンバータ 2 1 bの周波数 と同一の周波数の矩形波を岀力する。 その出力は積分面路 3 に入力され、 積分され、 ノ コギリ波に変換される。 4は比較 器であり積分回路 3 のノ コギリ波と、 演算器 8からのレベル 信号によって後述のィ ンバータ 2 1 bのパルス幅をきめて、 P W M信号 （パルス幅変調信号） を出力する。 ゲー ト 5 は比 較器 4からの P W M信号を開閉手段 1 aからの開閉信号によ つてゲー 卜する。 即ち、 開閉信号が " 1 " のときは、 比較器 4の P W M i 号がそのままイ ンバータ 2 1 bへ出力され、 開 閉信号が tt 0 " のときはゲー ト 5 の P W M信号は出されない。
2 1 は高周波電源 （R F電源） であり、 整流回路 2 1 a、 イ ンバータ 2 1 b、 共振回路 2 1 c、 昇圧トラ ンス 2 1 d等 から構成されている。 高周波電源 2 1 は、 入力電源を整流回 路 2 1 a で整流して直流電圧に変換し、 ィ ンバータ 2 1 bで 約 1 M H 2〜 2 M H z程度の高周波の矩形波に変換する。 こ の高周波矩形波を共振 HI路 2 1 c によって、 共振させる。 こ の出力を昇圧 ト ラ ンス 2 1 dによって、 高電圧に舁圧する。 こ の電圧がレーザ管 1 0 に供袷される。 6 は電流検出器で あり、 高周波電源 2 1 の出力電流を検出する。 この検出器は 公知の変流器、 ホール素子等を使用することができる。 この 電流検出値は電流増幅器 7によつて増幅され、 演算器 8及び 異常検出手段 1 bに送られる。 演箕器 8 では岀カ設定信号と 電流値のフイ ー ドバッ クの差分を求めて、 比較器 4へその差 分を出力する。
異常検出手段 1 b では電流信号から高周波電源 2 1 の異常 を検出する。 例えば、 予め正常な電流を設定して、 この値か らプラス、 マイ ナス 1 0 %越えたら異常とする。 この値は勿 論実際の装置における異常状態によつて計算及び実測に基づ いて適当な値に変更することができる。 異常検出手段によつ て異常が検出されると、 異常信号が開閉手段 1 aに出力され る。 開閉手段 1 a は開閉信号を " 0 " とする。 ゲー ト 5 はそ の出力を " 0 " と して、 高周波電源 2 1 の出力はオフされ、 異常を生じた高周波電源はレーザ管 1 0から切り離される。
以上述べたように、 1個の高周波電源の制御回路ごとに異 常検出手段を設けたので、 1個の高周波電源に異常が発生し ても、 これを切り離して残りの高周波電源でレーザ発振を続 行する こ とができる。
以上の説明では、 異常を検出するために電流値を使用した が、 出力電圧を使用することもできる し、 又、 電流及び電圧 の両方によって検出すことも可能である。 又、 レーザ光出力 を常時監視し、 レーザ光出力に異常が発生したときに、 各高 周波電源の状態を調べて、 異常検出をおこなうように構成す ることも可能である。
さらに、 イ ンバータの入力信号を κ 0 " にすることにより、 高周波電源の出力を遮断するようにしたが、 高周波電源の最 終段にマグネッ ト スイ ツチ等をおいて、 異常の発生した高周 波電源をレーザ管から切り離すこともできる。
¾上説明したように本発明では、 高周波電源を複数設け、 異常検出手段によつて異常の発生した高厨波電源を切り離す ように搆成したので、 1個の高周波電源が異常になつても他 の高周波電源でレーザ装置の運転を繞行することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 放電管に設けられた複数の電極と該電極に対応して接 続された高周波電源を有する レーザ装置において、
前記高周波電源毎に出力状態を検出する出力検出手段と、 前記出力検出手段によって検出された出力状態によって高 周波電源の異常を検出する異常検出手段と、
前記開閉手段によって前記異常高周波電源をオフする開閉 手段と、
を有することを特徴とする レーザ装置。
2 . 前記異常検出手段及び前記開閉手段は数値制御装置
( C C ) に含まれることを特徴とする特許請求の範囲第 1 項記載のレーザ装置。
3 . 前記出力状態を出力電流で検出することを特徴とする 特許請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
4 . 前記出力状態を出力電圧で検出することを特徴とする 特許請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
5 . 前記高周波電源はイ ンバータ回路を舍むことを特徴と する特許請求の範囲第 1項記載のレーザ装置。
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KR1019880700669A KR910003218B1 (ko) 1986-10-14 1987-10-06 레이저 장치
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JP61/243952 1986-10-14
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