WO2022176948A1 - レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022176948A1
WO2022176948A1 PCT/JP2022/006411 JP2022006411W WO2022176948A1 WO 2022176948 A1 WO2022176948 A1 WO 2022176948A1 JP 2022006411 W JP2022006411 W JP 2022006411W WO 2022176948 A1 WO2022176948 A1 WO 2022176948A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
current
circuit
supply
power supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/006411
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄太 黒崎
真史 三溝
俊介 仲井
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックIpマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority to CN202280012283.4A priority Critical patent/CN116806409A/zh
Priority to JP2023500922A priority patent/JP7407410B2/ja
Publication of WO2022176948A1 publication Critical patent/WO2022176948A1/ja
Priority to US18/229,885 priority patent/US20230378717A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007Plural converter units in cascade
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0428Electrical excitation ; Circuits therefor for applying pulses to the laser
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06825Protecting the laser, e.g. during switch-on/off, detection of malfunctioning or degradation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33573Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser oscillator including a light emitting circuit and a power supply circuit that supplies a supply current to the light emitting circuit using a predetermined input AC voltage, and a direct diode laser processing apparatus including the laser oscillator.
  • Patent Document 1 discloses a laser oscillator including a light emitting circuit having a laser diode, a power circuit for supplying a supply current to the light emitting circuit using a predetermined input AC voltage, and a control section for controlling the power circuit. disclosed.
  • the laser oscillator further includes a current measuring section that measures the supply current, and the control section causes the power supply circuit to supply the supply current when the supply current measured by the current measurement section is abnormal. It is to stop.
  • Patent Document 1 when an abnormality in the supply current occurs due to instantaneous fluctuations in the input AC voltage or temporary noise occurring in the current or voltage in the laser oscillator, the laser oscillator stops supplying the supply current. There is no means for safely and quickly returning to operation while checking for abnormalities or failures after stopping. Therefore, the operation time is shortened, and the trouble of inspection and operation by the user is increased.
  • the present disclosure has been made in view of this point, and the purpose thereof is to safely and quickly restore operation while confirming the presence or absence of anomalies and failures, and to extend the operating time of equipment. .
  • the present disclosure provides a light emitting circuit having at least one laser diode, a power circuit for supplying a supply current to the light emitting circuit using a predetermined input AC voltage, and a controller for controlling the power circuit.
  • a laser oscillator comprising: a first voltage measuring unit that measures a voltage corresponding to the input AC voltage; a current measuring unit that measures a current corresponding to the supplied current; a second voltage measurement unit that measures a voltage corresponding to the voltage, wherein the control unit determines whether or not the supplied current exceeds a predetermined threshold based on the measured value of the current measurement unit; and, in the current determination step, when it is determined that the supply current exceeds a predetermined threshold, the power supply circuit is controlled to stop the supply of the supply current, and the supply current does not exceed the predetermined threshold.
  • the power supply circuit restarts the supply of the supply current, while the input a second current control step of keeping the supply of the supply current to the power supply circuit stopped when the AC voltage is abnormal; and the supply of the supply current to the power supply circuit by the second current control step.
  • the and a third current control step of continuing the supply of the supply current and stopping the supply of the supply current to the power supply circuit when the voltage of the light emitting circuit is abnormal.
  • the laser oscillator stops supplying the supply current. After that, the normality of the input AC voltage is confirmed, and the supply of the supply current can be restarted. As a result, the operation time of the laser oscillator can be lengthened, and the trouble of inspection and operation by the user can be reduced.
  • the laser oscillator continues to stop the supply of the supply current by the second current control step while the input AC voltage does not return to normal. Therefore, it is possible to prevent the supply current from becoming an overcurrent again due to an abnormal input AC voltage.
  • the voltage of the light emitting circuit is abnormal after the laser oscillator resumes the supply of the supply current by the second current control step, there is a possibility that the overcurrent is caused by the short circuit failure of the light emitting circuit. be. In that case, since the supply of the supply current is stopped by the third current control step, it is possible to suppress the expansion of the damaged portion due to the continued flow of the current to the faulty light emitting circuit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a direct diode laser processing apparatus equipped with a laser oscillator according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the laser oscillator according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing configurations of a light emitting circuit and a power supply device.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the operation of the control unit.
  • a direct diode laser processing apparatus (DDL (Direct Diode Laser) processing apparatus) 100 includes a laser oscillator 10, a laser light emission head 40, a transmission fiber 50, and a controller 90, as shown in FIG. there is
  • the laser oscillator 10 has a plurality of laser devices 20, a beam combiner 12, a condensing unit 13, a control device 60, and a power supply device 70.
  • the laser device 20 includes a light emitting circuit 30 having, for example, ten laser diode bars 31 that emit laser beams LB1 of different wavelengths, and laser beams emitted from the ten laser diode bars 31, respectively.
  • a condenser lens 22 as a laser optical system for condensing LB1, a reflector (diffraction grating) 23 for reflecting the laser beam emitted by the condenser lens 22, and part of the laser beam emitted from the reflector 23. is reflected as laser light LB2 and the rest is transmitted as laser light LB3; 25.
  • Each laser diode bar 31 is a semiconductor laser array consisting of a plurality of laser diodes arranged in parallel with emitters.
  • the number of emitters included in one laser diode bar 31 is set to 50, for example.
  • Ten laser diode bars 31 are connected in series with each other.
  • the beam combiner 12 combines the laser beams LB2 emitted from the plurality of laser devices 20 into one laser beam LB4, and emits the laser beam LB4 to the light collecting unit 13.
  • the condensing unit 13 condenses the incident laser beam LB4 with a condensing lens (not shown) disposed therein, and the beam diameter of the condensed laser beam LB4 is reduced by a predetermined magnification. and is incident on the transmission fiber 50 .
  • the light collecting unit 13 also has a connector (not shown) to which the incident end of the transmission fiber 50 is connected.
  • the laser light output of the laser oscillator 10 can be increased to a level exceeding several kW.
  • four laser devices 20 are provided in the laser oscillator 10, but the present invention is not particularly limited to this.
  • only one laser device 20 may be provided in the laser oscillator 10, and the laser beam LB2 output from the laser device 20 may enter the transmission fiber 50 as it is.
  • the number of mounted laser devices 20 can be appropriately changed according to the output specifications required for the direct diode laser processing device 100 and the output specifications of individual laser devices 20 .
  • the transmission fiber 50 is optically coupled to the condenser lens of the condenser unit 13 and guides the laser beam LB4 received from the laser oscillator 10 to the laser beam emission head 40 .
  • the laser light emitting head 40 irradiates the laser light LB4 guided by the transmission fiber 50, for example, toward the work W placed at a predetermined position. By doing so, the workpiece W is laser-processed.
  • the control device 60 Based on the output signal of the photodiode 25, the control device 60 generates a command current value for each laser device 20 so that the laser output of the laser beam LB2 emitted by each laser device 20 becomes a predetermined target value. , to the power supply 70 .
  • the controller 60 calculates a target value for the laser output of the laser beam LB2 based on a command signal (described later) output by the controller 90 . Further, the control device 60 outputs an output-on signal when an output instruction (described later) is output by the controller 90 .
  • the power supply device 70 supplies a current for laser oscillation to each of the plurality of laser devices 20 based on the command current value output by the control device 60 .
  • the power supply device 70 includes a power supply circuit 70a, a first voltage measurement section 70b, a current measurement section 70c, a second voltage measurement section 70d, and a control section 70e for each laser device 20. ing.
  • the power supply circuit 70 a supplies a supply current to the light emitting circuit 30 using a three-phase input AC voltage input from the AC power supply 200 .
  • the power supply circuit 70a includes a primary side rectifier circuit 71, an inverter circuit 72, a DC link capacitor 73, a first reactor 75, an isolation transformer 76, a first capacitor 77, a secondary side It has a rectifier circuit 78, a second reactor 79, first and second capacitors 80a and 80b, and first and second current supply nodes N1 and N2.
  • the primary side rectifier circuit 71 converts the input AC voltage input from the AC power supply 200 into a DC voltage and outputs the DC voltage.
  • the primary side rectifier circuit 71 is composed of, for example, a diode bridge.
  • the inverter circuit 72 has a pair of input nodes, a first upper arm switching element 72a and a first lower arm switching element 72b connected in series between these input nodes, and a switching element 72b between these input nodes. It has a second upper arm switching element 72c and a second lower arm switching element 72d connected in series. A freewheeling diode 72e is connected in parallel to each of the switching elements 72a to 72d.
  • the inverter circuit 72 converts the DC voltage output from the primary side rectifier circuit 71 into a primary AC voltage through switching operations of the plurality of switching elements 72a to 72d.
  • the DC link capacitor 73 is connected between input nodes of the inverter circuit 72 .
  • the first reactor 75 is connected between the positive output terminal of the primary rectifier circuit 71 and the positive terminal of the DC link capacitor 73 (one input node of the inverter circuit 72).
  • the isolation transformer 76 converts the primary AC voltage output by the inverter circuit 72 into a secondary AC voltage.
  • the isolation transformer 76 has a primary coil 76a and a secondary coil 76b.
  • the voltage of the primary coil 76a becomes the primary AC voltage
  • the voltage of the secondary coil 76b becomes the secondary AC voltage.
  • One end of the primary coil 76a is connected to a connection point between the first upper arm switching element 72a and the first lower arm switching element 72b.
  • the other end of the primary coil 76a is connected through a first capacitor 77 to the connection point of the second upper arm switching element 72c and the second lower arm switching element 72d.
  • the secondary side rectifier circuit 78 generates a DC supply current based on a secondary AC voltage based on the primary AC voltage.
  • the secondary rectifier circuit 78 has second and third diodes 78a and 78b.
  • the anode of the second diode 78a is connected to one end of the secondary coil 76b
  • the anode of the third diode 78b is connected to the other end of the secondary coil 76b.
  • the cathodes of the second and third diodes 56a, 56b are connected to the first current supply node N1.
  • the inverter circuit 72 and the secondary side rectifier circuit 78 are insulated by the isolation transformer 76 .
  • the second reactor 79 is connected between the middle portion of the secondary coil 76b and the second current supply node N2.
  • the first and second capacitors 80a, 80b are connected in series between the first and second current supply nodes N1, N2. A connection point between the first and second capacitors 80a and 80b is grounded.
  • a light emitting circuit 30 is connected between the first and second current supply nodes N1 and N2.
  • the first voltage measuring section 70b measures the positive voltage of the DC link capacitor 73 (the voltage of one input node of the inverter circuit 72).
  • the positive electrode voltage of the DC link capacitor 73 is a voltage corresponding to the input AC voltage input from the AC power supply 200 .
  • the current measurement unit 70c measures the supply current supplied to the light emitting circuit 30.
  • the second voltage measuring section 70d measures the voltage of the first current supply node N1.
  • the voltage of the first current supply node N1 is a voltage corresponding to the voltage of the light emitting circuit 30.
  • the control unit 70e controls the power supply circuit 70a.
  • the control section 70e has a computing section 61, a comparator 62, an invalid signal output circuit 601, gate circuits 67a to 67d, and drive circuits 68a to 68d.
  • the calculation unit 61 outputs a switching signal so that the measured value of the current measurement unit 70 c approaches the command current value output by the control device 60 .
  • the calculation unit 61 has a feedback control unit 611 , an enable signal generation unit 612 and a drive control unit 613 .
  • the functions of the calculation unit 61 are implemented by a microcomputer. Some or all of the functions of the arithmetic unit 61 may be implemented using an analog circuit such as a dedicated power supply IC (integrated circuit) or an operational amplifier.
  • the feedback control section 611 outputs a control signal so that the measured value of the current measuring section 70 c approaches the command current value output by the control device 60 .
  • the enable signal generation section 612 generates an enable signal based on the measured values of the first voltage measurement section 70b and the second voltage measurement section 70d. A detailed operation of the enable signal generator 612 will be described later.
  • the drive controller 613 When the enable signal generated by the enable signal generator 612 is at high level, the drive controller 613 outputs a switching signal based on the control signal output from the feedback controller 611, while the enable signal is at low level. If it is at the level, it outputs a switching signal for turning off the switching elements 72a to 72d.
  • the comparator 62 determines whether the supplied current exceeds a predetermined threshold based on the measured value of the current measuring section 70c. Specifically, the comparator 62 compares the measured value of the current measuring unit 70c with a predetermined threshold value, and when the measured value exceeds the predetermined threshold value, the output is set to low level, while the measured value exceeds the predetermined threshold value. If not, set the output to high level.
  • the invalid signal output circuit 601 has a NOT circuit 63 , an invalid signal generating switching element 64 , a resistor 65 and a capacitor 66 .
  • the NOT circuit 63 inverts the output of the comparator 62 and outputs it.
  • the invalid signal generation switching element 64 is composed of an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the resistor 65 and the capacitor 66 are connected in series from the DC power supply side between the DC power supply and the reference potential point of the control section 70e.
  • a connection point between the resistor 65 and the capacitor 66 is connected to the drain of the invalid signal generating switching element 64 .
  • the voltage at the connection point of resistor 65 and capacitor 66 is the output of invalid signal output circuit 601 .
  • the invalid signal generation switching element 64 When the output of the comparator 62 becomes low level, the invalid signal generation switching element 64 is turned on, and the connection point of the resistor 65 and the capacitor 66 is connected to the reference potential point of the control section 70e via the invalid signal generation switching element 64. be done. The voltage at the connection point at this time, that is, the output of the invalid signal output circuit 601 becomes the invalid signal.
  • the time constant of the RC circuit composed of the resistor 65 and the capacitor 66 is from when the invalid signal generation switching element 64 is switched from ON to OFF until the voltage at the connection point of the resistor 65 and the capacitor 66 reaches a high level, that is, the invalid
  • the time until the signal is no longer output is set to be longer than the time from when the switching elements 72a to 72d of the inverter circuit 72 are turned off until the supplied current becomes zero.
  • the gate circuits 67a to 67d are AND circuits that receive the switching signal output from the drive control unit 613 and the voltage at the connection point of the resistor 65 and the capacitor 66 as inputs. In other words, when the invalid signal output circuit 601 does not output the invalid signal, the gate circuits 67a to 67d output the switching signal output by the drive control unit 613 of the arithmetic unit 61 as an on/off signal. When the invalid signal is output by 601, an on/off signal indicating to turn off the switching elements 72a to 72d is output.
  • the drive circuits 68a to 68d output drive signals for turning on/off the switching elements 72a to 72d of the inverter circuit 72 according to the on/off signals output from the gate circuits 67a to 67d.
  • the controller 90 receives an input indicating a laser output command value from the user and outputs a command signal indicating the command value to the control device 60 .
  • the controller 90 outputs an output instruction to the control device 60 when laser output is to be performed according to the user's input.
  • control unit 70e The detailed operation of the control unit 70e will be described below with reference to the flowchart of FIG.
  • step S1 the comparator 62 of the control unit 70e determines whether or not the supply current exceeds a predetermined threshold based on the measurement value of the current measurement unit 70c. decision based on If the comparator 62 determines that the supplied current exceeds the predetermined threshold value, that is, if the output of the comparator 62 becomes low level, the process proceeds to step S2. On the other hand, when the comparator 62 determines that the supply current does not exceed the predetermined threshold value, the power supply circuit 70a continues to supply the supply current, and the determination in step S1 is performed again.
  • step S2 when the output of the comparator 62 becomes low level, the invalid signal generation switching element 64 is turned on, and the connection point between the resistor 65 and the capacitor 66 is controlled via the invalid signal generation switching element 64. It is connected to the reference potential point of the portion 70e. That is, the invalid signal output circuit 601 outputs an invalid signal.
  • the gate circuits 67a-67d then output on/off signals indicating that the switching elements 72a-72d of the inverter circuit 72 should be turned off. As a result, the switching elements 72a to 72d are turned off, and the power supply circuit 70a stops supplying the supply current. In this manner, the control unit 70e performs stop control to stop the supply of current to the power supply circuit 70a. Then, the control unit 70e starts the process of step S3.
  • step S3 the enable signal generator 612 detects whether the input AC voltage is abnormal or not in a state where the supply of current to the power supply circuit 70a is stopped by the stop control in step S2. Judgment based on measured values. If the input AC voltage is not abnormal, the control unit 70e proceeds to the process of step S4. is judged again.
  • step S4 the control unit 70e determines whether or not the output-on signal is output by the control device 60. If the output-on signal is output, the process proceeds to step S5. , the determination in step S3 is performed again.
  • step S5 the enable signal generator 612 generates a high-level enable signal.
  • the switching operation of the switching elements 72a to 72d based on the switching signal output from the computing section 61 is started, and the supply of the supply current by the power supply circuit 70a is resumed.
  • the control unit 70e proceeds to the process of step S6.
  • step S2 After the switching elements 72a to 72d are turned off in step S2, the voltage of the capacitor 66 gradually increases due to the reduction in the supply current, and the invalid signal is no longer output.
  • the time from when the switching elements 72a to 72d are turned off in step S2 until the invalid signal is no longer output is the time when the supply current measured by the current measuring unit 70c is 0 after the switching elements 72a to 72d are turned off in step S2. longer than the time to Therefore, the stop control executed in step S2 turns off the plurality of switching elements 72a to 72d and continues the turned-off state until the supply current becomes zero.
  • step S6 the enable signal generation unit 612 determines whether the voltage of the light emitting circuit 30 is abnormal by measuring the voltage of the second voltage measurement unit 70d. Make decisions based on values. If the voltage of the light emitting circuit 30 is not abnormal, the process proceeds to step S7. If the voltage of the light emitting circuit 30 is abnormal, the process proceeds to step S8.
  • step S7 the enable signal generator 612 continues to generate a high-level enable signal to continue supplying the supply current to the power supply circuit 70a.
  • step S8 the enable signal generator 612 generates a low-level enable signal to stop the switching operations of the switching elements 72a to 72d, thereby stopping the supply of current to the power supply circuit 70a.
  • the high-power direct diode laser processing apparatus 100 is required to output a large supply current in the form of pulses of several kilohertz, and the feedback control unit 611 performs highly responsive feedback control. Therefore, when an instantaneous drop occurs in the input AC voltage, the feedback control to maintain the level of the supply current when the input AC voltage returns to normal thereafter tends to cause the supply current to become overcurrent. .
  • the supply current exceeds the predetermined threshold value, the supply of the supply current is stopped in step S2, so that it is possible to prevent the supply current from being overcurrent from continuing for a long period of time.
  • the supply of current can be automatically restarted in step S5. Therefore, when the supply current becomes overcurrent due to instantaneous fluctuations in the input AC voltage as described above or temporary noise occurring in the current or voltage in the laser oscillator 10, the laser oscillator 10 After stopping the current supply, the normality of the input AC voltage can be confirmed and the supply of the supplied current can be restarted. As a result, the operating time of the laser oscillator 10 can be lengthened, and the user's labor for inspection and operation can be reduced.
  • the laser oscillator 10 continues to stop the supply of the supply current based on the judgment in step S3 until the input AC voltage returns to normal. It is possible to prevent the supply current from becoming overcurrent again due to an abnormal input AC voltage.
  • step S5 if the voltage of the light emitting circuit 30 is abnormal after the laser oscillator 10 resumes supplying the supply current in step S5, there is a possibility that the overcurrent is caused by the short circuit failure of the light emitting circuit 30. There is In this case, since the supply of the supply current is stopped in step S8, it is possible to suppress the expansion of the damaged portion due to the continued flow of the current to the faulty light emitting circuit 30 .
  • step S2 the supply of the supply current is stopped by turning off the switching elements 72a to 72d of the inverter circuit 72. Therefore, compared to the case where the target value used in the feedback control section 611 is set to 0, , the increase in supply current can be suppressed quickly.
  • the stop control executed in step S2 is a control that keeps the plurality of switching elements 72a to 72d turned off until the supply current becomes zero. By resuming the driving of 72d, it is possible to prevent the insulating transformer 76 from becoming biased and magnetically saturated.
  • the comparator 62 which is an analog circuit, determines whether or not the supply current exceeds the predetermined threshold value, the supply current actually exceeds the predetermined threshold value before the supply current actually exceeds the predetermined threshold value, compared to the case where a program is executed by a computer. It is possible to shorten the time lag until the supply of is stopped.
  • step S2 the supply of the supply current is stopped by the operation of the invalid signal output circuit 601 and the gate circuits 67a to 67d. It is possible to shorten the time lag from the time when the supply current is exceeded until the supply of the supply current is stopped.
  • the light emitting circuit 30 is composed of a plurality of laser diode bars 31 connected in series. good too.
  • the current measurement unit 70c directly measures the supplied current, but it may measure the current at other locations according to the supplied current.
  • the first voltage measurement unit 70b measures the voltage of the positive electrode of the DC link capacitor 73, but directly measures at least one of the three-phase input AC voltages input from the AC power supply 200. You may make it
  • the second voltage measuring section 70d measures the voltage of the first current supply node N1, but the voltage of the light emitting circuit 30 may be directly measured, or the voltage of the light emitting circuit 30 may be measured. Voltages at other points may be measured.
  • the stop control in S2 is implemented by the invalidation signal output circuit 601 and the gate circuits 67a to 67d, but may be implemented by a microcomputer.
  • the microcomputer receives a signal indicating that an overcurrent has been detected by the comparator 62, and the enable signal generator 612 turns off the switching elements 72a to 72d in step S2.
  • a low-level enable signal may be output until the supplied current becomes zero.
  • the drive control section 613 may output a switching signal for turning off the switching elements 72a to 72d until the supply current measured by the current measurement section 70c becomes zero.
  • the present disclosure has the highly practical effect of extending the operation time of the laser oscillator and reducing the trouble of inspection and operation by the user. Usability is high.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

制御部は、供給電流が所定閾値を超えると判定した場合に、電源回路に供給電流の供給を停止させる停止制御を行い、停止制御により電源回路に供給電流の供給を停止させた状態で、入力交流電圧が異常であるか否かを判定し、入力交流電圧が異常でない場合には、電源回路に供給電流の供給を再開させ、電源回路に供給電流の供給を再開させた後、発光回路の電圧が異常であるか否かを判定し、発光回路の電圧が異常である場合には、電源回路に供給電流の供給を停止させる。

Description

レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置
 本開示は、発光回路と、所定の入力交流電圧を用いて前記発光回路に供給電流を供給する電源回路とを備えたレーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置に関する。
 特許文献1には、レーザダイオードを有する発光回路と、所定の入力交流電圧を用いて前記発光回路に供給電流を供給する電源回路と、前記電源回路を制御する制御部とを備えたレーザ発振器が開示されている。このレーザ発振器は、前記供給電流を測定する電流測定部をさらに備え、前記制御部は、前記電流測定部により測定された供給電流が異常である場合に、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させるものである。
特許第6211259号公報
 上記特許文献1では、供給電流の異常が、入力交流電圧の瞬時変動や、レーザ発振器内の電流又は電圧に生じる一時的なノイズに起因して発生した場合に、レーザ発振器が供給電流の供給を停止した後、異常や故障の有無を確認しつつ安全かつ迅速に動作復帰を行うための手段が用意されていない。したがって、稼働時間が短くなるとともに、ユーザによる点検及び操作の手間が多くなっていた。
 本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、異常や故障の有無を確認しつつ安全かつ迅速に動作復帰を行い、機器の稼働時間を長くすることにある。
 上記の目的を達成するため、本開示は、少なくとも1個のレーザダイオードを有する発光回路と、所定の入力交流電圧を用いて前記発光回路に供給電流を供給する電源回路と、前記電源回路を制御する制御部とを備えたレーザ発振器であって、前記入力交流電圧に応じた電圧を測定する第1電圧測定部と、前記供給電流に応じた電流を測定する電流測定部と、前記発光回路の電圧に応じた電圧を測定する第2電圧測定部とをさらに備え、前記制御部は、前記供給電流が所定閾値を超えるか否かを前記電流測定部の測定値に基づいて判定する電流判定ステップと、前記電流判定ステップにおいて、前記供給電流が所定閾値を超えると判定した場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させる停止制御を行う一方、前記供給電流が所定閾値を超えないと判定した場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を継続させる第1電流制御ステップと、前記停止制御により前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させた状態で、前記入力交流電圧が異常であるか否かを前記第1電圧測定部の測定値に基づいて判定し、前記入力交流電圧が異常でない場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を再開させる一方、前記入力交流電圧が異常である場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させたままとする第2電流制御ステップと、前記第2電流制御ステップにより前記電源回路に前記供給電流の供給を再開させた後、前記発光回路の電圧が異常であるか否かを前記第2電圧測定部の測定値に基づいて判定し、前記発光回路の電圧が異常でない場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を継続させる一方、前記発光回路の電圧が異常である場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させる第3電流制御ステップとを実行することを特徴とする。
 これにより、第1電流制御ステップによって供給電流の供給が停止された後に入力交流電圧が正常に復帰すると、第2電流制御ステップによって供給電流の供給を再開できる。したがって、供給電流が、入力交流電圧の瞬時変動や、レーザ発振器内の電流又は電圧に生じる一時的なノイズに起因して過電流となった場合に、レーザ発振器は、供給電流の供給を停止した後、入力交流電圧の正常を確認して供給電流の供給を再開できる。その結果、レーザ発振器の稼働時間を長くするとともに、ユーザによる点検及び操作の手間を減らすことができる。
 また、レーザ発振器は、第1電流制御ステップによって供給電流の供給を停止した後、入力交流電圧が正常に復帰していない間は、第2電流制御ステップによって供給電流の供給を停止させたままとするので、異常な入力交流電圧に起因して再度供給電流が過電流となるのを防止できる。
 また、レーザ発振器が第2電流制御ステップによって供給電流の供給を再開した後、発光回路の電圧が異常である場合には、発光回路の短絡故障に起因して過電流が引き起こされた可能性がある。その場合、第3電流制御ステップにより供給電流の供給を停止するので、故障した発光回路に電流を流し続けて破損箇所が拡大するのを抑制できる。
 本開示によると、レーザ発振器の稼働時間を長くするとともに、ユーザによる点検及び操作の手間を減らすことができる。
図1は、本開示の実施形態に係るレーザ発振器を備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 図2は、本開示の実施形態に係るレーザ発振器の構成を示す模式図である。 図3は、発光回路及び電源装置の構成を示す回路図である。 図4は、制御部の動作を示すフローチャートである。
 以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
 本実施形態に係るダイレクトダイオードレーザ加工装置(DDL(Direct Diode Laser)加工装置)100は、図1に示すように、レーザ発振器10とレーザ光出射ヘッド40と伝送ファイバ50とコントローラ90とを備えている。
 レーザ発振器10は、複数のレーザ装置20とビーム結合器12と集光ユニット13と制御装置60と電源装置70とを有している。
 レーザ装置20は、図2に示すように、互いに異なる波長のレーザ光LB1を発する例えば10個のレーザダイオードバー31を有する発光回路30と、10個のレーザダイオードバー31からそれぞれ出射されたレーザ光LB1を集光するレーザ光学系としての集光レンズ22と、集光レンズ22により出射されたレーザ光を反射させる反射鏡(回折格子)23と、反射鏡23から出射されたレーザ光の一部をレーザ光LB2として反射させる一方、残りをレーザ光LB3として透過させるビームスプリッタ24と、ビームスプリッタ24を透過したレーザ光LB3を受光し、レーザ光LB3の光量に応じた出力信号を出力するフォトダイオード25とを有している。
 各レーザダイオードバー31は、エミッタを有する並列に配置された複数のレーザダイオードからなる半導体レーザアレイである。1つのレーザダイオードバー31に含まれるエミッタの個数は、例えば50個に設定される。10個のレーザダイオードバー31は、互いに直列に接続されている。
 ビーム結合器12は、複数のレーザ装置20からそれぞれ出射されたレーザ光LB2を一つのレーザ光LB4に結合して集光ユニット13に出射する。
 集光ユニット13は、内部に配設された集光レンズ(図示せず)によって、入射されたレーザ光LB4を集光し、集光されたレーザ光LB4は、所定の倍率でビーム径が縮小されて伝送ファイバ50に入射される。また、集光ユニット13は図示しないコネクタを有し、コネクタには伝送ファイバ50の入射端が接続されている。
 レーザ発振器10をこのような構成とすることで、レーザ発振器10のレーザ光出力を数kWを超える高出力とすることができる。なお、本実施形態では、レーザ発振器10に4つのレーザ装置20を設けたが、特にこれに限定されない。例えば、レーザ発振器10にレーザ装置20を1つだけ設け、レーザ装置20から出力されたレーザ光LB2をそのまま伝送ファイバ50に入射させるようにしてもよい。レーザ装置20の搭載個数は、ダイレクトダイオードレーザ加工装置100に要求される出力仕様や、個々のレーザ装置20の出力仕様によって適宜変更されうる。
 伝送ファイバ50は、集光ユニット13の集光レンズに光学的に結合され、レーザ発振器10から受け取ったレーザ光LB4をレーザ光出射ヘッド40に導光する。
 レーザ光出射ヘッド40は、伝送ファイバ50で導光されたレーザ光LB4を、例えば所定の位置に配置されたワークWに向けて照射する。このようにすることで、ワークWがレーザ加工される。
 制御装置60は、フォトダイオード25の出力信号に基づいて、各レーザ装置20により出射されるレーザ光LB2のレーザ出力が所定の目標値となるように、各レーザ装置20の指令電流値を生成し、電源装置70に出力する。制御装置60は、レーザ光LB2のレーザ出力の目標値を、コントローラ90により出力される指令信号(後述)に基づいて算出する。また、制御装置60は、コントローラ90により出力指示(後述)が出力されているとき、出力オン信号を出力する。
 電源装置70は、制御装置60により出力された指令電流値に基づいて、レーザ発振を行うための電流を複数のレーザ装置20のそれぞれに対して供給する。
 電源装置70は、図3に示すように、電源回路70aと、第1電圧測定部70bと、電流測定部70cと、第2電圧測定部70dと、制御部70eとをレーザ装置20毎に備えている。
 電源回路70aは、交流電源200から入力される三相の入力交流電圧を用いて発光回路30に供給電流を供給する。
 具体的には、電源回路70aは、一次側整流回路71と、インバータ回路72と、DCリンクコンデンサ73と、第1のリアクトル75と、絶縁トランス76と、第1のコンデンサ77と、二次側整流回路78と、第2のリアクトル79と、第1及び第2のコンデンサ80a,80bと、第1及び第2の電流供給ノードN1,N2とを有している。
 一次側整流回路71は、交流電源200から入力される入力交流電圧を直流電圧に変換して出力する。一次側整流回路71は、例えばダイオードブリッジで構成される。
 インバータ回路72は、1対の入力ノードを有し、これら入力ノード間に互いに直列に接続された第1の上アームスイッチング素子72a、及び第1の下アームスイッチング素子72bと、これら入力ノード間に互いに直列に接続された第2の上アームスイッチング素子72c及び第2の下アームスイッチング素子72dとを有している。各スイッチング素子72a~72dには、還流ダイオード72eが並列に接続されている。インバータ回路72は、一次側整流回路71により出力された直流電圧を、これら複数のスイッチング素子72a~72dのスイッチング動作によって一次交流電圧に変換する。
 DCリンクコンデンサ73は、インバータ回路72の入力ノード間に接続されている。
 第1のリアクトル75は、一次側整流回路71の正側出力端子と、DCリンクコンデンサ73の正極(インバータ回路72の一方の入力ノード)との間に接続されている。
 絶縁トランス76は、インバータ回路72により出力される一次交流電圧を二次交流電圧に変換する。絶縁トランス76は、一次コイル76aと、二次コイル76bとを有している。一次コイル76aの電圧が、一次交流電圧となり、二次コイル76bの電圧が、二次交流電圧となる。一次コイル76aの一端は、第1の上アームスイッチング素子72a、及び第1の下アームスイッチング素子72bの接続点に接続されている。一次コイル76aの他端は、第2の上アームスイッチング素子72c、及び第2の下アームスイッチング素子72dの接続点に第1のコンデンサ77を介して接続されている。
 二次側整流回路78は、一次交流電圧に基づく二次交流電圧に基づいて、直流の供給電流を生成する。具体的には、二次側整流回路78は、第2及び第3のダイオード78a,78bを有している。第2のダイオード78aのアノードは、二次コイル76bの一端部に接続され、第3のダイオード78bのアノードは、二次コイル76bの他端部に接続されている。第2及び第3のダイオード56a,56bのカソードは、第1の電流供給ノードN1に接続されている。
 このように、インバータ回路72と、二次側整流回路78とは、絶縁トランス76により絶縁されている。
 第2のリアクトル79は、二次コイル76bの中途部と第2の電流供給ノードN2との間に接続されている。
 第1及び第2のコンデンサ80a,80bは、第1及び第2の電流供給ノードN1,N2の間に直列に接続されている。第1及び第2のコンデンサ80a,80bの接続点は、接地されている。
 第1及び第2の電流供給ノードN1,N2の間には、発光回路30が接続されている。
 第1電圧測定部70bは、DCリンクコンデンサ73の正極の電圧(インバータ回路72の一方の入力ノードの電圧)を測定する。DCリンクコンデンサ73の正極の電圧は、交流電源200から入力される入力交流電圧に応じた電圧である。
 電流測定部70cは、発光回路30に供給される供給電流を測定する。
 第2電圧測定部70dは、第1の電流供給ノードN1の電圧を測定する。第1の電流供給ノードN1の電圧は、発光回路30の電圧に応じた電圧である。
 制御部70eは、電源回路70aを制御する。詳しくは、制御部70eは、演算部61と、コンパレータ62と、無効信号出力回路601と、ゲート回路67a~67dと、ドライブ回路68a~68dとを有している。
 演算部61は、電流測定部70cの測定値を、制御装置60により出力された指令電流値に近づけるように、スイッチング信号を出力する。具体的には、演算部61は、フィードバック制御部611と、イネーブル信号生成部612と、駆動制御部613とを有している。演算部61の機能は、マイクロコンピュータによって実現される。なお、演算部61の機能の一部又は全てが、電源専用IC(integrated circuit)やオペアンプ等のアナログ回路を利用して実現されるようにしてもよい。
 フィードバック制御部611は、電流測定部70cの測定値を、制御装置60により出力された指令電流値に近づけるように、制御信号を出力する。
 イネーブル信号生成部612は、第1電圧測定部70b及び第2電圧測定部70dの測定値に基づいて、イネーブル信号を生成する。イネーブル信号生成部612の詳細な動作については、後述する。
 駆動制御部613は、イネーブル信号生成部612によって生成されたイネーブル信号がハイレベルである場合には、フィードバック制御部611により出力された制御信号に基づくスイッチング信号を出力する一方、当該イネーブル信号がローレベルである場合には、スイッチング素子72a~72dをオフさせるスイッチング信号を出力する。
 コンパレータ62は、供給電流が所定閾値を超えるか否かを電流測定部70cの測定値に基づいて判定する。具体的には、コンパレータ62は、電流測定部70cの測定値と所定閾値とを比較し、測定値が所定閾値を超える場合には、出力をローレベルとする一方、測定値が所定閾値を超えない場合には、出力をハイレベルとする。
 無効信号出力回路601は、NOT回路63と、無効信号生成用スイッチング素子64と、抵抗65と、コンデンサ66とを有している。
 NOT回路63は、コンパレータ62の出力を反転させて出力する。
 無効信号生成用スイッチング素子64は、NチャネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成されている。無効信号生成用スイッチング素子64のソースは、制御部70eの基準電位点に接続されている。
 抵抗65とコンデンサ66とは、直流電源と制御部70eの基準電位点との間に直流電源側から順に互い直列に接続されている。抵抗65とコンデンサ66との接続点は、無効信号生成用スイッチング素子64のドレインに接続されている。抵抗65及びコンデンサ66の接続点の電圧が、無効信号出力回路601の出力となる。
 コンパレータ62の出力がローレベルになると、無効信号生成用スイッチング素子64がオンして抵抗65及びコンデンサ66の接続点が、無効信号生成用スイッチング素子64を介して制御部70eの基準電位点に接続される。このときの当該接続点の電圧、すなわち無効信号出力回路601の出力が、無効信号となる。
 抵抗65及びコンデンサ66で構成されるRC回路の時定数は、無効信号生成用スイッチング素子64がオンからオフに切り替わってから抵抗65及びコンデンサ66の接続点の電圧がハイレベルに達するまで、すなわち無効信号が出力されなくなるまでの時間が、インバータ回路72のスイッチング素子72a~72dがオフされてから供給電流が0になるまでの時間よりも長くなるように設定される。
 ゲート回路67a~67dは、駆動制御部613により出力されたスイッチング信号と、抵抗65及びコンデンサ66の接続点の電圧とを入力とするAND回路である。つまり、ゲート回路67a~67dは、無効信号出力回路601によって無効信号が出力されていないときには、演算部61の駆動制御部613により出力されたスイッチング信号をオンオフ信号として出力する一方、無効信号出力回路601によって無効信号が出力されているときには、スイッチング素子72a~72dをオフすることを示すオンオフ信号を出力する。
 ドライブ回路68a~68dは、ゲート回路67a~67dにより出力されたオンオフ信号に応じて、インバータ回路72のスイッチング素子72a~72dをオンオフする駆動信号を出力する。
 コントローラ90は、レーザ出力の指令値を示す入力をユーザから受け付け、当該指令値を示す指令信号を制御装置60に出力する。コントローラ90は、ユーザの入力に応じて、レーザ出力を行う場合には、出力指示を制御装置60に出力する。
 以下、図4のフローチャートを参照して、制御部70eの詳細な動作を説明する。
 まず、電源回路70aに発光回路30へ供給電流を供給させた状態で、ステップS1において、制御部70eのコンパレータ62が、供給電流が所定閾値を超えるか否かを電流測定部70cの測定値に基づいて判定する。コンパレータ62が、供給電流が所定閾値を超えると判定した場合、つまりコンパレータ62の出力がローレベルになった場合、ステップS2に進む。一方、コンパレータ62が、供給電流が所定閾値を超えないと判定した場合には、電源回路70aに供給電流の供給を継続させ、ステップS1の判定を再度実行する。
 ステップS2では、コンパレータ62の出力がローレベルになるのに応じて、無効信号生成用スイッチング素子64がオンして抵抗65及びコンデンサ66の接続点が、無効信号生成用スイッチング素子64を介して制御部70eの基準電位点に接続される。つまり、無効信号出力回路601が無効信号を出力する。そして、ゲート回路67a~67dは、インバータ回路72のスイッチング素子72a~72dをオフすることを示すオンオフ信号を出力する。これにより、スイッチング素子72a~72dがオフし、電源回路70aが供給電流の供給を停止する。このようにして、制御部70eは、電源回路70aに供給電流の供給を停止させる停止制御を行う。そして、制御部70eは、ステップS3の処理を開始する。
 ステップS3では、ステップS2の停止制御により電源回路70aに供給電流の供給を停止させた状態で、イネーブル信号生成部612が、入力交流電圧が異常であるか否かを第1電圧測定部70bの測定値に基づいて判定する。入力交流電圧が異常でない場合には、制御部70eは、ステップS4の処理に進む一方、入力交流電圧が異常である場合には、電源回路70aに供給電流の供給を停止させたまま、ステップS3の判定を再度行う。
 ステップS4では、制御部70eは、出力オン信号が制御装置60により出力されているか否かを判定し、出力されている場合には、ステップS5の処理に進む一方、出力されていない場合には、ステップS3の判定を再度行う。
 ステップS5では、イネーブル信号生成部612が、ハイレベルのイネーブル信号を生成する。これにより、演算部61により出力されたスイッチング信号に基づくスイッチング素子72a~72dのスイッチング動作が開始し、電源回路70aによる供給電流の供給が再開される。そして、制御部70eは、ステップS6の処理に進む。
 なお、ステップS2でスイッチング素子72a~72dをオフした後、供給電流の低減によりコンデンサ66の電圧が徐々に増加して無効信号が出力されなくなる。ステップS2でスイッチング素子72a~72dをオフしてから無効信号が出力されなくなるまでの時間は、ステップS2でスイッチング素子72a~72dをオフしてから、電流測定部70cにより測定される供給電流が0になるまでの時間よりも長い。したがって、ステップS2で実行される停止制御は、複数のスイッチング素子72a~72dをオフし、オフした状態を供給電流が0になるまで継続する制御となる。
 ステップS5により電源回路70aに供給電流の供給を再開させた後、ステップS6では、イネーブル信号生成部612が、発光回路30の電圧が異常であるか否かを前記第2電圧測定部70dの測定値に基づいて判定する。発光回路30の電圧が異常でない場合には、ステップS7の処理に進む一方、発光回路30の電圧が異常である場合には、ステップS8の処理に進む。
 ステップS7では、イネーブル信号生成部612は、ハイレベルのイネーブル信号を引き続き生成することにより、電源回路70aに供給電流の供給を継続させる。
 ステップS8では、イネーブル信号生成部612は、ローレベルのイネーブル信号を生成し、スイッチング素子72a~72dのスイッチング動作を停止させることにより、電源回路70aに供給電流の供給を停止させる。
 一般に、高出力のダイレクトダイオードレーザ加工装置100では、大電流となる供給電流を数キロHzのパルス状に出力することが求められ、フィードバック制御部611において、高い応答性のフィードバック制御が行われる。したがって、入力交流電圧に瞬時低下が生じた場合に、その後、入力交流電圧が正常に復帰したときに供給電流のレベルを維持するためのフィードバック制御によって供給電流が過電流になるという問題が生じやすい。本実施形態によると、供給電流が所定閾値を超えると、ステップS2によって供給電流の供給が停止されるので、供給電流が過電流となった状態が長期間続くのを防止できる。
 また、本実施形態によると、ステップS2によって供給電流の供給が停止された後に入力交流電圧が正常に復帰すると、ステップS5によって供給電流の供給を自動的に再開できる。したがって、供給電流が、上述のような入力交流電圧の瞬時変動や、レーザ発振器10内の電流又は電圧に生じる一時的なノイズに起因して過電流になった場合に、レーザ発振器10は、供給電流の供給を停止した後、入力交流電圧の正常を確認して供給電流の供給を再開できる。その結果、レーザ発振器10の稼働時間を長くするとともに、ユーザによる点検及び操作の手間を減らすことができる。
 また、レーザ発振器10は、ステップS2によって供給電流の供給を停止した後、入力交流電圧が正常に復帰していない間は、ステップS3の判定によって供給電流の供給を停止させたままとするので、異常な入力交流電圧に起因して再度供給電流が過電流となるのを防止できる。
 また、レーザ発振器10が、ステップS5によって供給電流の供給を再開した後、発光回路30の電圧が異常である場合には、発光回路30の短絡故障に起因して過電流が引き起こされた可能性がある。その場合、ステップS8により供給電流の供給を停止するので、故障した発光回路30に電流を流し続けて破損箇所が拡大するのを抑制できる。
 また、ステップS2では、供給電流の供給の停止を、インバータ回路72のスイッチング素子72a~72dをオフすることによって行うので、フィードバック制御部611で用いられる目標値を0にすることによって行う場合に比べ、供給電流の上昇を速やかに抑制できる。
 また、ステップS2で実行される停止制御は、複数のスイッチング素子72a~72dをオフした状態を供給電流が0になるまで継続する制御であるので、供給電流が0になる前にスイッチング素子72a~72dの駆動を再開することによって絶縁トランス76が偏磁状態となって磁気飽和するのを防止できる。
 また、供給電流が所定閾値を超えるか否かの判定を、アナログ回路であるコンパレータ62によって行うので、コンピュータによるプログラムの実行によって行う場合に比べ、供給電流が実際に所定閾値を超えてから供給電流の供給が停止されるまでにかかるタイムラグを短縮できる。
 また、ステップS2において、供給電流の供給の停止を、無効信号出力回路601及びゲート回路67a~67dの動作によって行うので、コンピュータによるプログラムの実行によって行う場合に比べ、供給電流が実際に所定閾値を超えてから供給電流の供給が停止されるまでにかかるタイムラグを短縮できる。
 なお、上記実施形態では、発光回路30を、互いに直列に接続された複数のレーザダイオードバー31で構成したが、互いに直列に接続された複数のレーザダイオード、又は1個のレーザダイオードで構成してもよい。
 また、上記実施形態では、電流測定部70cが供給電流を直接測定したが、供給電流に応じた他の箇所の電流を測定してもよい。
 また、上記実施形態では、第1電圧測定部70bが、DCリンクコンデンサ73の正極の電圧を測定したが、交流電源200から入力される三相の入力交流電圧のうちの少なくとも1つを直接測定するようにしてもよい。
 また、上記実施形態では、第2電圧測定部70dが、第1の電流供給ノードN1の電圧を測定したが、発光回路30の電圧を直接測定してもよいし、発光回路30の電圧に応じた他の箇所の電圧を測定してもよい。
 また、上記実施形態では、S2における停止制御を無効信号出力回路601及びゲート回路67a~67dによって実現したが、マイクロコンピュータによって実現してもよい。例えば、コンパレータ62で過電流が検出されたことを示す信号をマイクロコンピュータが受けて、イネーブル信号生成部612が、ステップS2でスイッチング素子72a~72dをオフしてから、電流測定部70cにより測定される供給電流が0になるまでの間、ローレベルのイネーブル信号を出力するようにしてもよい。また、駆動制御部613が、電流測定部70cにより測定される供給電流が0になるまでの間、スイッチング素子72a~72dをオフさせるスイッチング信号を出力するようにしてもよい。
 以上説明したように、本開示は、レーザ発振器の稼働時間を長くするとともに、ユーザによる点検及び操作の手間を減らすことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用性は高い。
100   ダイレクトダイオードレーザ加工装置
10   レーザ発振器
30   発光回路 
31   レーザダイオードバー
61   演算部
62   コンパレータ
67a~67d ゲート回路
601   無効信号出力回路
70a  電源回路 
70b  第1電圧測定部 
70c  電流測定部 
70d  第2電圧測定部
70e  制御部
71   一次側整流回路 
72   インバータ回路 
72a  第1の上アームスイッチング素子 
72b  第1の下アームスイッチング素子 
72c  第2の上アームスイッチング素子 
72d  第2の下アームスイッチング素子 
76   絶縁トランス 
78   二次側整流回路

Claims (5)

  1.  少なくとも1個のレーザダイオードを有する発光回路と、
     所定の入力交流電圧を用いて前記発光回路に供給電流を供給する電源回路と、
     前記電源回路を制御する制御部とを備えたレーザ発振器であって、
     前記入力交流電圧に応じた電圧を測定する第1電圧測定部と、
     前記供給電流に応じた電流を測定する電流測定部と、
     前記発光回路の電圧に応じた電圧を測定する第2電圧測定部とをさらに備え、
     前記制御部は、
     前記供給電流が所定閾値を超えるか否かを前記電流測定部の測定値に基づいて判定する電流判定ステップと、
     前記電流判定ステップにおいて、前記供給電流が所定閾値を超えると判定した場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させる停止制御を行う一方、前記供給電流が所定閾値を超えないと判定した場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を継続させる第1電流制御ステップと、
     前記停止制御により前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させた状態で、前記入力交流電圧が異常であるか否かを前記第1電圧測定部の測定値に基づいて判定し、前記入力交流電圧が異常でない場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を再開させる一方、前記入力交流電圧が異常である場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させたままとする第2電流制御ステップと、
     前記第2電流制御ステップにより前記電源回路に前記供給電流の供給を再開させた後、前記発光回路の電圧が異常であるか否かを前記第2電圧測定部の測定値に基づいて判定し、前記発光回路の電圧が異常でない場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を継続させる一方、前記発光回路の電圧が異常である場合には、前記電源回路に前記供給電流の供給を停止させる第3電流制御ステップとを実行することを特徴とするレーザ発振器。
  2.  請求項1に記載のレーザ発振器において、
     前記電源回路は、
     前記入力交流電圧を直流電圧に変換して出力する一次側整流回路と、
     複数のスイッチング素子を有し、前記一次側整流回路により出力された直流電圧を前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって一次交流電圧に変換するインバータ回路と、
     前記一次交流電圧に基づく二次交流電圧に基づいて、前記供給電流を生成する二次側整流回路と、
     前記インバータ回路と、前記二次側整流回路とを絶縁する絶縁トランスとを有し、
     前記停止制御は、前記複数のスイッチング素子をオフし、オフした状態を前記供給電流が0になるまで継続する制御であることを特徴とするレーザ発振器。
  3.  請求項2に記載のレーザ発振器において、
     前記制御部は、前記電流判定ステップを実行するコンパレータを有していることを特徴とするレーザ発振器。
  4.  請求項2又は3に記載のレーザ発振器において、
     前記制御部は、
     前記電流測定部の測定値を目標値に近づけるように、スイッチング信号を出力する演算部と、
     前記電流判定ステップにおいて、前記供給電流が所定閾値を超えると判定された場合に、無効信号を出力する無効信号出力回路と、
     前記無効信号出力回路によって前記無効信号が出力されていないときには、前記演算部により出力されたスイッチング信号をオンオフ信号として出力する一方、前記無効信号出力回路によって前記無効信号が出力されているときには、前記スイッチング素子をオフすることを示すオンオフ信号を出力するゲート回路とを有し、
     前記複数のスイッチング素子は、前記オンオフ信号に応じてオンオフすることを特徴とするレーザ発振器。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載のレーザ発振器を備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置。
PCT/JP2022/006411 2021-02-19 2022-02-17 レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置 WO2022176948A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280012283.4A CN116806409A (zh) 2021-02-19 2022-02-17 激光振荡器及包括激光振荡器的直接二极管激光加工装置
JP2023500922A JP7407410B2 (ja) 2021-02-19 2022-02-17 レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置
US18/229,885 US20230378717A1 (en) 2021-02-19 2023-08-03 Laser oscillator and direct diode laser processing apparatus provided with same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021025613 2021-02-19
JP2021-025613 2021-02-19

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/229,885 Continuation US20230378717A1 (en) 2021-02-19 2023-08-03 Laser oscillator and direct diode laser processing apparatus provided with same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022176948A1 true WO2022176948A1 (ja) 2022-08-25

Family

ID=82930675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/006411 WO2022176948A1 (ja) 2021-02-19 2022-02-17 レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230378717A1 (ja)
JP (1) JP7407410B2 (ja)
CN (1) CN116806409A (ja)
WO (1) WO2022176948A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008159329A (ja) * 2006-12-21 2008-07-10 Toshiba Corp 放電ランプ用電源装置及びその制御方法
JP2014176169A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Koito Mfg Co Ltd 昇降圧dc−dcコンバータ型点灯回路
WO2015059906A1 (ja) * 2013-10-21 2015-04-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 電源制御装置
WO2018186082A1 (ja) * 2017-04-05 2018-10-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ駆動電源

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5435912B2 (ja) 2008-08-29 2014-03-05 シャープ株式会社 電源装置及び照明装置
JP6211259B2 (ja) 2012-11-02 2017-10-11 株式会社アマダミヤチ レーザ電源装置
JP6138561B2 (ja) 2013-04-15 2017-05-31 ローム株式会社 電源回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008159329A (ja) * 2006-12-21 2008-07-10 Toshiba Corp 放電ランプ用電源装置及びその制御方法
JP2014176169A (ja) * 2013-03-07 2014-09-22 Koito Mfg Co Ltd 昇降圧dc−dcコンバータ型点灯回路
WO2015059906A1 (ja) * 2013-10-21 2015-04-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 電源制御装置
WO2018186082A1 (ja) * 2017-04-05 2018-10-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 レーザ駆動電源

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022176948A1 (ja) 2022-08-25
CN116806409A (zh) 2023-09-26
US20230378717A1 (en) 2023-11-23
JP7407410B2 (ja) 2024-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5637688B2 (ja) インバータ装置、およびインバータ装置を用いたx線高電圧装置
US11081854B2 (en) Laser oscillator monitoring control system
WO2007129363A1 (ja) レーザ発振器並びに該レーザ発振器の電源装置並びに該レーザ発振器の制御方法
JP2009267937A (ja) 光送信器、及び、光送信器の制御方法
KR19990088282A (ko) 레이저가공장치
WO2022176948A1 (ja) レーザ発振器及びそれを備えたダイレクトダイオードレーザ加工装置
US7020171B2 (en) Laser oscillator
JP4742323B2 (ja) レーザ発振器およびレーザ発振器制御方法
JP6211259B2 (ja) レーザ電源装置
JP2012079966A (ja) ファイバレーザ加工装置及び励起用レーザダイオード電源装置
JP2010188368A (ja) 光ファイバ伝送系監視装置及びレーザ加工装置
JPWO2006061891A1 (ja) レーザダイオード励起固体レーザ発振器および該発振器におけるレーザダイオード制御方法
TWI644751B (zh) Laser source and laser processing device using laser source
JPH08162693A (ja) レーザ装置における異常検出装置
WO2015136615A1 (ja) レーザ加工装置
JP4676314B2 (ja) レーザ発振器及びレーザ発振器の劣化部品判定方法
WO2024052998A1 (ja) レーザ発振器及びレーザ加工装置
JP2000340873A (ja) 固体レーザ装置の光出力制御方法、固体レーザ装置及びレーザ電源装置
JP2011233659A (ja) レーザ発振装置およびレーザ加工機
JPH0964445A (ja) レーザ光出射装置の安全装置
US20150290745A1 (en) Laser machining apparatus changing operation based on length of power-down time
JPH04237583A (ja) 光出力発生装置
WO2022215611A1 (ja) レーザ発振器及びそれを備えたレーザ加工装置
JP2005209759A (ja) 半導体レーザ加熱装置およびレーザ加工機
JP6883243B2 (ja) ラッチリセット回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22756266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023500922

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280012283.4

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22756266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1