專利名稱：激光振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測激光振蕩器的故障的異常判斷裝置，能準(zhǔn)確判斷激光的放大部分是否異?；蛘哂嘘P(guān)電源是否異常、因而容易確定故障部位。
背景技術(shù)：
圖11，是表示激光振蕩器的概略構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖中，1是通過電源裝置10產(chǎn)生的直流電流發(fā)光的激光二極管，2是激光媒質(zhì)，3是全反射鏡，4是部分反射鏡，5是擴(kuò)大激光的擴(kuò)大透鏡，6是將激光平行化的平行化透鏡，7是光纖入射透鏡，8是光纖，9是加工頭，10是電源裝置。
激光二極管1利用流過的直流電流發(fā)光、激勵(lì)激光媒質(zhì)2、在全反射鏡3與部分反射鏡4間引起共振、得到激光。
將這樣得到的激光，經(jīng)擴(kuò)大透鏡5、平行化透鏡6進(jìn)行擴(kuò)大、平行化，再通過光纖入射透鏡7集光于光纖8的端面。此外，該集光的激光，通過光纖內(nèi)部，通過加工頭9，將激光導(dǎo)光到規(guī)定的位置。
此外，激光輸出的調(diào)整，可通過改變激光二極管1中的通電電流進(jìn)行，一般，對激光二極管1通電的電源裝置10期望的激光輸出，從外部提供電流指令、由該電源裝置10對激光二極管1中的通電電流進(jìn)行控制。
圖12，是表示電源裝置10的內(nèi)部的具體例的構(gòu)成圖。
首先，對電源裝置10的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。
在電源裝置10，輸入電源通過整流裝置16變換為直流，使電容器7充電。
這里，由于晶體管13的導(dǎo)通，通過扼流線圈14使電流開始在激光二極管1中流動(dòng)。
晶體管13導(dǎo)通時(shí)，激光二極管1中流動(dòng)的電流增加，因此，當(dāng)電流大于電流期望值時(shí)，關(guān)斷晶體管13，使電流減少。
反之，電流小于電流期望值時(shí)，晶體管13導(dǎo)通，使電流增加。
通過這樣反復(fù)的導(dǎo)通、關(guān)斷，將電流控制在電流期望值。
對導(dǎo)通、導(dǎo)通時(shí)間的控制，如圖13所示，對電流值設(shè)置上限值、下限值，在這上下限值的范圍內(nèi)，有控制導(dǎo)通、關(guān)斷的滯后比較電路控制和控制某一定期間中的導(dǎo)通時(shí)間的PWM控制等。
下面，參照圖12對控制進(jìn)行詳細(xì)說明。
電流控制裝置18，通過電流期望值(電流指令值)及電流傳感器12、取得進(jìn)行適當(dāng)增益調(diào)整20的現(xiàn)在的電流值。
這樣，將這2種取得的數(shù)據(jù)、在滯后比較電路控制的場合、放在比較器21與預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)通電流值、關(guān)斷電流值作比較，以決定導(dǎo)通還是關(guān)斷晶體管13。
另外，在未圖示的PWM控制場合，用微機(jī)演算這2種取得的數(shù)據(jù)的差分量，以控制一定時(shí)間中的導(dǎo)通時(shí)間。
這樣求得的晶體管13的導(dǎo)通、關(guān)斷指令，被送到驅(qū)動(dòng)晶體管13的電路(根據(jù)控制系統(tǒng)的邏輯信號，供給實(shí)際導(dǎo)通、關(guān)斷晶體管13用的必要的電流及電壓的電路)，使晶體管13導(dǎo)通、關(guān)斷。
通過這些動(dòng)作，將電流期望值取入電流控制裝置18，并成為它的電流值。
然后，對使之成為期望的激光輸出值時(shí)的控制進(jìn)行說明。
電流控制裝置18，取得通過期望的激光輸出指令值及激光輸出檢測用傳感器11的激光輸出監(jiān)測值(現(xiàn)在的激光輸出)。
又，對這個(gè)取得的數(shù)據(jù)的差分量進(jìn)行演算，以控制現(xiàn)在的電流指令值。
根據(jù)這個(gè)被控制的電流指令值，與從外部提供電流期望值的情況一樣地控制晶體管13的導(dǎo)通、關(guān)斷。
此外，開關(guān)19，是在使電流指令有效和使激光輸出指令有效間進(jìn)行切換的開關(guān)。
進(jìn)行前述控制的固體激光振蕩器，用于金屬等的焊接及切割。
此時(shí)，在不能維持期望的激光輸出時(shí)，會(huì)發(fā)生焊接及切割不良，因此，在不能維持期望的激光輸出時(shí)，需要向外部報(bào)知異常的裝置。
當(dāng)?shù)貌坏竭@期望的激光輸出時(shí)，作為向外部報(bào)知異常的裝置的例，在期望的激光輸出最低需要200W時(shí)，激光輸出監(jiān)測值如達(dá)到200W，用預(yù)先導(dǎo)通的電路25將導(dǎo)通信號輸入到振蕩器控制裝置26，同時(shí)，規(guī)定守候?qū)ㄐ盘柕臅r(shí)間，在該規(guī)定時(shí)間內(nèi)，這個(gè)能在不導(dǎo)通時(shí)報(bào)知異常。
再舉例，在焊接時(shí)，為避免過焊、設(shè)置激光輸出的上限值時(shí)，例如，設(shè)定上限值為最大300W，超過該輸出時(shí)，預(yù)設(shè)的導(dǎo)通電路24利用這個(gè)導(dǎo)通信號進(jìn)行同樣的報(bào)知異常。
此外，為了對激光二極管1中可流過的最大電流進(jìn)行規(guī)定，當(dāng)流過的電流大于這個(gè)規(guī)定的電流值時(shí)，應(yīng)向外部報(bào)知異常。
例如，對電流超過50A時(shí)激光二極管1破損的情況，來自電流傳感器11的電流監(jiān)測值，在大于50A時(shí)預(yù)設(shè)導(dǎo)通電路23可將該導(dǎo)通信號輸入振蕩器控制裝置26，報(bào)知異常。
根據(jù)該導(dǎo)通信號，振蕩器控制裝置26進(jìn)行適當(dāng)處理(電源阻斷等)，以保護(hù)激光二極管1。
這里，舉保護(hù)激光二極管1的例，當(dāng)然，當(dāng)其他元件(晶體管13，扼流線圈14)中流動(dòng)的電流值低于激光二極管1中的電流值時(shí)，需要變更適合于該元件的電流值的規(guī)定。
這樣，由于在固體激光振蕩器中具有向外部報(bào)知異常的裝置，可事前防范焊接及切割的不良。
此外，當(dāng)電流超過規(guī)定值時(shí)，可利用向外部報(bào)知異常的裝置，對各元件進(jìn)行保護(hù)。
在前述以往的固體激光振蕩器中，當(dāng)超過激光輸出的上限值的異常、和超過電流規(guī)定值的異常同時(shí)發(fā)生時(shí)，可將激光二極管1中的電流判斷為過流，并根據(jù)有關(guān)電源的異常判斷為超過激光輸出的上限值。
此外，這里說的有關(guān)電源的異常，不僅表示除圖1中激光二極管1以外的光的放大部分的異常(PR透鏡，TR透鏡的損傷等)，還表示使用電源的元件等的故障。
另外，按僅對超過激光輸出的上限值的異常的通知(不發(fā)生超過電流規(guī)定值的異常時(shí))，還不能判斷有關(guān)電源有沒有異常。
作為一例，在圖12，作為輸出的限制值取下限200W，上限300W，規(guī)定的最大電流值為50A，當(dāng)電流為20A時(shí)，可得到激光輸出250W，40A時(shí)可得到350W的激光振蕩器，對期望的電流指令值為20A的情況進(jìn)行說明。
來自電流傳感器11的電流監(jiān)測值，在增益調(diào)整20時(shí)出現(xiàn)異常，在將實(shí)際的電流值的0.5倍的值返回比較器21時(shí)，本來，可控制使20A的電流在激光二極管1中流動(dòng)，實(shí)際，由于控制會(huì)使(1/0.5)倍的40A的電流流經(jīng)激光二極管1，使激光輸出為350W。
為此，以往被判斷為超過輸出上限的激光輸出的異常。此外，此時(shí)，激光二極管1中的實(shí)際電流是40A，由于低于規(guī)定的最大電流值，所以不發(fā)生超過電流規(guī)定值的異常。
通常，所說超過激光輸出的上限值的異常，被認(rèn)為是光的放大部分的異常，此時(shí)，光的放大部分無異常，是電流控制裝置18的增益調(diào)整20的異常，雖應(yīng)作為有關(guān)電源的異常，卻不能確實(shí)地檢測它。
此外，當(dāng)連接激光二極管1的配線斷線時(shí)，激光二極管1中沒有電流，當(dāng)然激光輸出也沒有。
因此，激光輸出低于限制值的下限時(shí)，會(huì)發(fā)生激光輸出的異常。
此外，此時(shí)，由于在激光二極管1中沒有電流，不會(huì)發(fā)生超過電流規(guī)定值的異常。
同樣，雖應(yīng)判斷為不是光的放大部分的異常、是斷線的有關(guān)電源的異常，但僅按激光輸出的異常，是不能確定的。
這是由于電源異常的檢測是以電源自身的保護(hù)(激光二極管1，及晶體管13等元件的保護(hù))為目的進(jìn)行設(shè)定的，焊接不良及切割不良引起的電源的異常，可作為激光輸出的異常進(jìn)行檢測。
即亦，在以往的激光振蕩器中，通過激光輸出的異常，可避開焊接不良及切割不良的發(fā)生，但不能判斷是光的放大部分的異常還是有關(guān)電源的異常，不容易確定異常的部位，異常發(fā)生時(shí)的處置需要時(shí)間。
本發(fā)明是針對以上問題提出的，目的在于提供不僅避開焊接不良及切割不良的發(fā)生、同時(shí)容易確定故障部位的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到以上目的，按照第1觀點(diǎn)構(gòu)成的激光振蕩器，根據(jù)輸入的激光輸出指令值或電流指令值、控制對激光媒質(zhì)的激勵(lì)、得到期望的激光輸出，包括按照前述激光輸出指令值或電流指令值生成作為基準(zhǔn)的激光輸出波形及電流波形的基準(zhǔn)波形生成裝置，作為電流監(jiān)測值取得激勵(lì)激光媒質(zhì)用的電流值、與前述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的前述電流波形進(jìn)行比較的第1比較裝置，以及作為激光輸出監(jiān)測值取得激勵(lì)輸出的激光輸出值、與前述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的前述激光輸出波形進(jìn)行比較的第2比較裝置。能檢測異常。
此外，包括取得對激勵(lì)激光媒質(zhì)用的激光二極管中的電流進(jìn)行控制的主電路元件的導(dǎo)通·關(guān)斷信號或其檢測信號、與按激光輸出指令值或電流指令值由基準(zhǔn)波形生成裝置生成的主電路元件的導(dǎo)通·關(guān)斷信號進(jìn)行比較的第3比較裝置。
此外，在以比較裝置進(jìn)行比較時(shí)，對基準(zhǔn)波形設(shè)定規(guī)定的允許范圍。


圖1是表示實(shí)施形態(tài)1的激光振蕩器的概略構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖2是表示異常判斷的處理流程圖的流程圖。
圖3是表示激光二極管的等效電路的說明圖。
圖4是表示電流波形的圖。
圖5是表示電流波形的近似圖。
圖6是異常判斷的順序。
圖7是表示實(shí)施形態(tài)2的允許范圍的設(shè)定圖。
圖8是表示實(shí)施形態(tài)3的激光振蕩器的概略構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖9是表示晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷波形判斷的圖。
圖10是表示晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷波形生成的圖。
圖11是表示以往的激光振蕩器的概略構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖12是表示電源裝置10的內(nèi)部的具體例的構(gòu)成圖。
圖13是關(guān)于滯后比較電路控制、PWM控制的說明圖。
具體實(shí)施形態(tài)實(shí)施形態(tài)1圖1，是表示實(shí)施形態(tài)1的激光振蕩器的構(gòu)成的構(gòu)成圖。
首先，對電源裝置10的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。
在電源裝置10，輸入電源通過整流裝置16變換為直流，使電容器7充電。
這里，由于晶體管13的導(dǎo)通，通過扼流線圈14使電流開始在激光二極管1中流動(dòng)。
晶體管13導(dǎo)通時(shí)，激光二極管1中流動(dòng)的電流增加，因此，當(dāng)電流大于電流期望值時(shí)，關(guān)斷晶體管13，使電流減少。
反之，電流小于電流期望值時(shí)，晶體管13導(dǎo)通，使電流增加。
通過這樣反復(fù)的導(dǎo)通、關(guān)斷，將電流控制在電流期望值。
對導(dǎo)通、導(dǎo)通時(shí)間的控制，如以往技術(shù)中說明的圖13所示，對電流值設(shè)置上限值、下限值，在這上下限值的范圍內(nèi)，有控制導(dǎo)通、關(guān)斷的滯后比較電路控制和控制某一定期間中的導(dǎo)通時(shí)間的PWM控制等。
下面，參照圖1對控制進(jìn)行詳細(xì)說明。
電流控制裝置18，通過電流期望值(電流指令值)及電流傳感器12、取得進(jìn)行適當(dāng)增益調(diào)整20的現(xiàn)在的電流值。
這樣，將這2種取得的數(shù)據(jù)、在滯后比較電路控制的場合、放在比較器20與預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)通電流值、關(guān)斷電流值作比較，判斷導(dǎo)通還是關(guān)斷晶體管13。
另外，在未圖示的PWM控制場合，用微機(jī)演算這2種取得的數(shù)據(jù)的差分量，以增減一定時(shí)間中的導(dǎo)通時(shí)間。
下面，對具有本實(shí)施形態(tài)特征的異常判斷裝置22的動(dòng)作進(jìn)行說明。
以往的異常判斷裝置中，通過將預(yù)先設(shè)定的電流限制值、激光輸出上限值、激光輸出下限值與取得的電流監(jiān)測值及激光輸出監(jiān)測用值比較進(jìn)行異常判斷，但本實(shí)施形態(tài)中，可將電流指令值、激光輸出指令值作為取得構(gòu)成，與取得的電流監(jiān)測值及激光輸出監(jiān)測用值進(jìn)行比較。
圖2，是表示異常判斷裝置中的異常判斷的處理流程的流程圖，參照該流程圖對異常判斷的概略動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，經(jīng)步驟S1，輸入電流指令值、激光輸出指令值。此外，可輸入電流指令值及激光輸出指令值中的任一方。
在步驟S2，按照其中的任一方的指令值，生成對應(yīng)于其指令值的基準(zhǔn)的電流及激光輸出的波形(以下，將對應(yīng)于其指令值的基準(zhǔn)的電流及激光輸出的波形分別稱為電流基準(zhǔn)波形，激光輸出基準(zhǔn)波形)。
在步驟S3，按照各自的基準(zhǔn)波形，對通過電流傳感器12檢測的電流監(jiān)測值的實(shí)際電流、以及通過激光輸出檢測用傳感器11輸入的激光輸出監(jiān)測值的激光輸出設(shè)定可不同的允許范圍。
在步驟S4，通過第1比較裝置的比較部28，比較該可允許范圍與電流監(jiān)測值，處于可允許范圍以外時(shí)，經(jīng)步驟S5判斷為異常，將故障信號輸出到振蕩器控制裝置26。
在步驟S6，通過第2比較裝置的比較部29，比較該可允許范圍與激光輸出監(jiān)測值，處于可允許范圍以外時(shí)，經(jīng)步驟S7判斷為異常，將故障信號輸出到振蕩器控制裝置26。
重復(fù)進(jìn)行前述步驟S1～7的動(dòng)作，監(jiān)視固體激光振蕩器。
下面，對按照電流指令值或激光輸出指令值生成電流基準(zhǔn)波形及激光輸出基準(zhǔn)波形的具體例進(jìn)行說明。
首先，對按照電流指令生成電流基準(zhǔn)波形的例進(jìn)行說明。
電流基準(zhǔn)波形，在圖1，當(dāng)晶體管13導(dǎo)通時(shí)，成為由扼流線圈14與負(fù)荷的激光二極管1的特性決定的上升沿波形。
這里，激光二極管1的特性，如圖3所示，可與電阻R及直流電壓源V近似，如圖4所示，電流幾乎直線增加。
此時(shí)的上升的電流的斜率，以扼流線圈14的電感值為L1，近似激光二極管1的電阻值為R1時(shí)，斜率可作為按照(R1/L1)的值決定的常數(shù)α求得。這個(gè)常數(shù)α，在扼流線圈14與激光二極管1的特性不變時(shí)，取通常決定的值，因此，只要扼流線圈14與激光二極管1的特性不變，電流的上升沿波形，可用常數(shù)α表示，可用下數(shù)學(xué)式表示。
電流I＝斜率α×?xí)r間t此外，常數(shù)α，不隨電流指令值變化，是一定值，因此，到達(dá)電流期望值的時(shí)間，因電流指令值而異。
電流指令值為I1時(shí)，到達(dá)I1的時(shí)間，可用(I1/α)表示。
因此，電流可用下面的函數(shù)表示。
0≤t≤(I1/α)時(shí)I＝α×t ……式1(I1/α)≤t時(shí)I＝I1 ……式2電流可用函數(shù)表示，因此，可將它作為電流基準(zhǔn)波形。
此外，如將激光二極管1作為電阻與電壓源近似表示，可用比較單純的函數(shù)表示，但按照激光二極管1的特性，有時(shí)就不能單純地表示為電阻與電壓源。
此時(shí)，實(shí)際檢測電流波形，求得近似曲線的函數(shù)，需要將該函數(shù)作成電流基準(zhǔn)波形。
其他的方法，如圖5所示，有將實(shí)際電流波形作階梯近似的方法。在時(shí)間t1到t2間電流值為Ia，在時(shí)間t2到t3間電流值為Ib，近似階梯狀的方法。
該近似的極端的例，如圖5b所示，在時(shí)間0～tx，電流值為0，在時(shí)間tx后的電流值為電流期望值I1。
如前所述，可按照電流指令生成電流基準(zhǔn)波形。
下面，對按照電流指令生成激光輸出基準(zhǔn)波形的情況進(jìn)行說明。
此時(shí)，可把電流值與激光輸出的關(guān)系函數(shù)代入前述電流基準(zhǔn)波形的函數(shù)求得。
激光輸出，在超過閾值電流(激光起振用的最低必要的電流)時(shí)，激光輸出與電流的增加成比例地增加，因此，電流I與激光輸出P的關(guān)系可表示為P＝β×(I-γ)……式3這里，β是比例常數(shù)，γ是閾值電流。
電流基準(zhǔn)波形，在用式1，2的函數(shù)表示時(shí)，激光輸出可用下面的函數(shù)表示0≤t≤(I1/α)時(shí)P＝β×(α×t-γ)……式4(I1/α)≤t時(shí)P＝β×(I1-γ) ……式5激光輸出用函數(shù)表示，因此，可形成激光輸出基準(zhǔn)波形。
此外，當(dāng)電流值與激光輸出的關(guān)系不能用式3那樣單純地表示時(shí)，需要對激光輸出波形進(jìn)行實(shí)際檢測，求得近似曲線的函數(shù)，再將該函數(shù)作成激光輸出基準(zhǔn)波形。
其他，在按照電流指令值求電流基準(zhǔn)波形的例中，也對階梯近似的場合作例示，求激光輸出基準(zhǔn)波形的情況也同樣，階梯近似也可以。
下面，對按照激光輸出指令生成電流基準(zhǔn)波形的情況進(jìn)行說明。
激光輸出監(jiān)測值在成為激光輸出指令值之前，電流持續(xù)增加。
此外，成為激光輸出指令值時(shí)，電流是一定值。
該波形，可在將成為激光輸出指令值P1的電流值作為IP1時(shí)根據(jù)電流指令值求電流基準(zhǔn)波形場合、通過將電流指令值I1置換成IP1得到。
例如，在用式1，2，3表示電流指令值，實(shí)際的電流及激光輸出時(shí)，按照式3，作為激光輸出指令值P1的電流值IP1為IP1＝(P1/β)+γ……式6因此，由式1，2當(dāng)0≤t≤(((P1/β)+γ)/α)時(shí)I＝α×t……式7當(dāng)(((P1/β)+γ)/α)≤t時(shí)
I＝(P1/β)+γ ……式8這樣，電流用函數(shù)表示，將它做成電流基準(zhǔn)波形。
此外，對按照電流指令值求電流基準(zhǔn)波形及激光輸出基準(zhǔn)波形的例進(jìn)行說明。對電流波形進(jìn)行實(shí)際檢測，求得近似曲線的函數(shù)，再將該函數(shù)作成電流基準(zhǔn)波形，進(jìn)行階梯近似作成電流基準(zhǔn)波形也可以。
下面，對按照激光輸出指令生成激光輸出基準(zhǔn)波形的例進(jìn)行說明。
如同按照電流指令生成激光輸出基準(zhǔn)波形的例進(jìn)行說明的那樣，可將表示電流值與激光輸出間關(guān)系的函數(shù)代入電流基準(zhǔn)波形的函數(shù)求得。
例如，在電流基準(zhǔn)波形成為式7，8時(shí)，按照式3當(dāng)0≤t≤(((P1/β)+γ)/α)時(shí)P＝β×(α×t-γ) ……式9當(dāng)(((P1/β)+γ)/α)≤t時(shí)P＝P1 ……式10這樣，激光輸出用函數(shù)表示，將它做成激光輸出基準(zhǔn)波形。
當(dāng)然，對激光輸出波形進(jìn)行實(shí)際檢測，求得近似曲線的函數(shù)，再將該函數(shù)作成激光輸出基準(zhǔn)波形，進(jìn)行階梯近似作成激光輸出基準(zhǔn)波形也可以。
以上的例，對于取電流及激光輸出的上升沿及一定值時(shí)的例作了說明，但后沿也同樣能生成基準(zhǔn)波形。
此外，當(dāng)沒有電流指令、激光輸出指令時(shí)，或者說，電流值或激光輸出指示為0A或0W時(shí)，當(dāng)然也可生成電流值0A、激光輸出0W的基準(zhǔn)波形。
下面，對前述那樣求得的電流基準(zhǔn)波形、激光輸出基準(zhǔn)波形，即使實(shí)際的電流監(jiān)測值及激光輸出監(jiān)測值不同，也要設(shè)定可允許范圍。
這是由于負(fù)荷的激光二極管1及扼流線圈14的特性離散，使各自的基準(zhǔn)波形也不同。
在決定該允許范圍時(shí)，應(yīng)考慮1.扼流線圈及激光二極管的特性離散引起的電流斜率的離散，2.電流傳感器的設(shè)置偏差(實(shí)際0A卻可能輸出1A的傳感器信號之類)引起的電流值的平移，3.晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷控制引起的電流最大電流值及最小電流值的離散(圖13中晶體管導(dǎo)通電流值與關(guān)斷電流值之差)。
分析前述項(xiàng)目，決定允許范圍，它的具體數(shù)據(jù)因電源而異，所以，這里不進(jìn)行詳細(xì)說明，對允許范圍的設(shè)定方法的例進(jìn)行說明。
對電流基準(zhǔn)波形及激光輸出基準(zhǔn)波形可按同樣思路處理，這里以電流基準(zhǔn)波形為例進(jìn)行說明。
在設(shè)定允許范圍后，判斷是正常還是異常，該判斷是對某時(shí)間內(nèi)的基準(zhǔn)波形偏離多少監(jiān)測值進(jìn)行檢測后，進(jìn)行判斷是正常還是異常。
此外，檢測到達(dá)某基準(zhǔn)電流的時(shí)間與基準(zhǔn)值有多大差異，進(jìn)行判斷是正常還是異常?？紤]以上2種方法，各自進(jìn)行的允許范圍的設(shè)定是不同的。
為此，在檢測某時(shí)間的監(jiān)測值與基準(zhǔn)值有多大差異時(shí)必須進(jìn)行設(shè)定，使得如圖6那樣，在某時(shí)間能對允許的監(jiān)測值的大小進(jìn)行設(shè)定。
另外，在檢測到達(dá)某基準(zhǔn)電流的時(shí)間與基準(zhǔn)的時(shí)間值有多大差異時(shí)，對如圖6所示的某基準(zhǔn)電流必須設(shè)定到達(dá)時(shí)間的幅度。
此時(shí)，到達(dá)一定電流后，需要變更對某時(shí)間的監(jiān)測值與基準(zhǔn)值有多大差異的判斷。
這些的允許范圍，常?？梢圆皇且欢ㄖ?，也可以隨電流指令值、激光輸出指令值關(guān)連變化，也可隨經(jīng)過的時(shí)間變化。
允許范圍設(shè)定后，對其可允許范圍及電流監(jiān)測值及激光輸出監(jiān)測值進(jìn)行比較。
該比較，如前所述，檢測某時(shí)間的監(jiān)測值與基準(zhǔn)值有多大差異，或，進(jìn)行檢測到達(dá)某基準(zhǔn)電流的時(shí)間與基準(zhǔn)時(shí)間值有多大差異等的比較，在超出基準(zhǔn)范圍時(shí)，判斷為異常，將故障信號輸出到振蕩器控制裝置26。
進(jìn)行比較的時(shí)刻，可常時(shí)監(jiān)視，如用微機(jī)控制，可每隔一定周期按基準(zhǔn)范圍進(jìn)行監(jiān)視，看是否有異常。
此外，切割及焊接中，差不多都是在激光輸出一定后再進(jìn)行加工，所以，在電流及激光輸出沒達(dá)到一定時(shí)，可不進(jìn)行比較，在電流及激光輸出一定后開始比較。
在本實(shí)施形態(tài)，通過進(jìn)行這樣的動(dòng)作，檢測基準(zhǔn)波形以外的監(jiān)測值，不發(fā)生焊接不良及切割不良，同時(shí)，在激光輸出發(fā)生異常時(shí)能夠準(zhǔn)確地判斷是光的放大部分異常還是有關(guān)電源的異常，使故障部位容易確定。
與以往技術(shù)說明的情況相同時(shí)，即亦，如果取輸出的限制值的下限為200W、上限為300W、規(guī)定的最大電流值為50A、電流為20A時(shí)可得到激光輸出250W，電流40A時(shí)可得到350W，對期望的電流指令值為20A的情況進(jìn)行說明。
來自電流傳感器11的電流監(jiān)測值，在增益調(diào)整放大器20有異常，將實(shí)際電流值的0.5倍的值返回比較器21時(shí)，本來，可控制使20A的電流在激光二極管1中流動(dòng)，實(shí)際，由于使(1/0.5)倍的40A的電流流經(jīng)激光二極管1，使激光輸出為300W。
為此，判斷為激光輸出的異常。
在以往例，不發(fā)生電源的異常，但在本發(fā)明，在例如設(shè)定偏離基準(zhǔn)的波形3A以上時(shí)可判斷為異常，實(shí)際的電流為40A，因此，當(dāng)基準(zhǔn)波形為20A時(shí)差異已超過3A，可認(rèn)為是電源的異常。
即亦，可判斷為不是光的放大部分的異常，而是電流控制裝置18的增益調(diào)整放大器20的異常，正確地說，是有關(guān)電源的異常。
另外，當(dāng)連接激光二極管1的配線斷線時(shí)，由于激光輸出低于限制值的下限，發(fā)生激光輸出的異常，同時(shí)，由于沒有電流，所以，與基準(zhǔn)的波形不同，也發(fā)生電源的異常。
這樣，發(fā)生的激光輸出異常，可判斷為電源異常發(fā)生。
在發(fā)生激光輸出異常時(shí)，如認(rèn)為此時(shí)不發(fā)生電源異常，按照以往技術(shù)，由于不將實(shí)際流動(dòng)的電流的波形與基準(zhǔn)波形進(jìn)行比較，因此不能判斷激光二極管1中的電流是否(按基準(zhǔn)的波形流動(dòng))正確，不能判定有關(guān)電源無異常。
但是，在本發(fā)明，由于將實(shí)際流動(dòng)的電流的波形與基準(zhǔn)波形進(jìn)行比較，因此能判斷激光二極管1中的電流是否(按基準(zhǔn)的波形流動(dòng))正確，可明確地判定是光的放大部分異常、有關(guān)電源無異常。
此外，由于對激光輸出的異常進(jìn)行監(jiān)視，不會(huì)發(fā)生切割不良及焊接不良。
如前所述，本發(fā)明的特征是，由于實(shí)施把通過電流傳感器12檢測的電流監(jiān)測值及通過激光輸出檢測用傳感器11輸入的激光輸出監(jiān)測值、與根據(jù)來自外部的電流指令值或激光輸出指令值求得的電流及激光輸出的基準(zhǔn)的波形進(jìn)行比較，在出現(xiàn)不同時(shí)，分別報(bào)知異常，因此不會(huì)發(fā)生切割不良及焊接不良，同時(shí)，在發(fā)生激光輸出異常時(shí)，能判斷是光的放大部分異常還是有關(guān)電源的異常，所以，容易確定故障的部位。
實(shí)施形態(tài)2本實(shí)施形態(tài)2，基準(zhǔn)波形的設(shè)定方法與實(shí)施形態(tài)1不同，其波形的設(shè)定方法，如圖7所示。
在實(shí)施形態(tài)1，根據(jù)電流指令值及激光輸出指令值生成不同的基準(zhǔn)波形，但在本實(shí)施形態(tài)2，根據(jù)電流指令值及輸出指令值的代表值生成基準(zhǔn)波形。
代表值的取法，可以是電流指令及激光輸出指令的最大值，也可以是中心值。
以此作為基準(zhǔn)波形，除了考慮構(gòu)成電源的元件的離散等，還考慮到電流指令及激光輸出指令不同時(shí)的電流監(jiān)測值及激光輸出值的變化，設(shè)定可允許范圍。
此外，作為別的基準(zhǔn)波形的取法，可根據(jù)電流最小值及最大值的指令設(shè)定基準(zhǔn)波形，也可同樣地設(shè)定規(guī)定的可允許范圍。這樣，可得到與實(shí)施形態(tài)1同樣的效果。
實(shí)施形態(tài)3本實(shí)施形態(tài)，在實(shí)施形態(tài)1中，還形成將晶體管13的導(dǎo)通關(guān)斷信號輸入到相當(dāng)于異常判斷裝置22的第3比較裝置的比較部30的構(gòu)造。(圖8)晶體管13的導(dǎo)通關(guān)斷信號，在檢測晶體管13的柵驅(qū)動(dòng)元件的電壓變化時(shí)，作為晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號使用。
此外，檢測晶體管的集電極電壓及電容器的-電極間的電位差(圖8的a部)，與電容器的+電位同電位時(shí)，判斷晶體管導(dǎo)通，反之，與電容器的-電位同電位時(shí)，判斷晶體管關(guān)斷，因此，可將該電壓變化作為晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號使用。
在本實(shí)施形態(tài)，可這樣將晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號做成檢測信號。
該晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號，也可根據(jù)電流指令值及激光輸出指令值生成基準(zhǔn)的晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷基準(zhǔn)波形。
作為晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷基準(zhǔn)波形的生成方法的例，對通過圖9那樣的滯后比較電路控制的電流值規(guī)定晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷的情況進(jìn)行說明。
此時(shí)，電流增加時(shí)的斜率，成為根據(jù)(R1/L1)的值決定的常數(shù)α1，減少時(shí)的斜率，也成為根據(jù)(R1/L1)的值決定的常數(shù)α2。
設(shè)晶體管的導(dǎo)通電流值為Ion，關(guān)斷的電流值為Ioff，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間Ton及關(guān)斷時(shí)間Toff為Ton＝(Ion-Ioff)/α1……式11Toff＝(Ioff-Ion)/α2 ……式12
這是成為一定的電流值后的關(guān)系，在成為一定的電流前，晶體管保持導(dǎo)通狀態(tài)。
這樣、導(dǎo)通時(shí)間Ton1，電流指令值為I1時(shí)，Ton1＝I1/α1 ……式13此外，在從一定的電流值到0的時(shí)間Toff1，Toff1＝I1/α2 ……式14可將這些式提供的晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷的時(shí)間作為基準(zhǔn)波形。
當(dāng)然，可實(shí)際檢測晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷波形，將該波形作為基準(zhǔn)波形。
利用該基準(zhǔn)波形，如圖10所示，檢測從基準(zhǔn)波形的導(dǎo)通到監(jiān)測值的關(guān)斷的間隔(圖10的B)，判斷是否處在基準(zhǔn)波形的關(guān)斷的時(shí)間及其允許范圍內(nèi)(圖10的D)。
此外，檢測從監(jiān)測值的導(dǎo)通到監(jiān)測值的關(guān)斷的間隔(圖10的c)，與從基準(zhǔn)波形的導(dǎo)通到關(guān)斷的間隔(圖15的A)比較，判斷是否在允許范圍內(nèi)。
這里，以1周期中的導(dǎo)通到關(guān)斷的間隔作為示例，也可按從導(dǎo)通到導(dǎo)通的間隔，1周期以上的間隔進(jìn)行判斷。
根據(jù)以上的判斷結(jié)果，將故障信號輸出到振蕩器控制裝置26。
由于這樣的構(gòu)成，晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號可確認(rèn)動(dòng)作是否正常，因此，當(dāng)電流波形異常時(shí)，可判斷控制信號(晶體管的導(dǎo)通關(guān)斷信號等)是否異常，以及為使控制信號正常決定電流波形的扼流線圈及激光二極管的特性是否異常。
即亦，激光輸出發(fā)生異常時(shí)，可判斷是光的放大部分異常還是有關(guān)電源的異常，而且，對于電源異常，還可詳細(xì)確定故障的部位。
如前詳述，按照本發(fā)明，通過檢測基準(zhǔn)的波形以外的監(jiān)測值，能在激光輸出發(fā)生異常時(shí)，判斷是光的放大部分異常還是有關(guān)電源的異常的異常原因，可容易確定故障的部位。
工業(yè)上的實(shí)用性如前所述，本發(fā)明相關(guān)的激光振蕩器，有利于通過檢測激光振蕩器的故障，容易地確定故障的部位，使作業(yè)效率提高。
權(quán)利要求
1.一種激光振蕩器，根據(jù)輸入的激光輸出指令值或電流指令值，控制對激光媒質(zhì)的激勵(lì)，得到期望的激光輸出，其特征在于，包括按照所述激光輸出指令值或電流指令值，生成作為基準(zhǔn)的激光輸出波形及電流波形的基準(zhǔn)波形生成裝置，作為電流監(jiān)測值取得激勵(lì)激光媒質(zhì)用的電流值、與所述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的所述電流波形進(jìn)行比較的第1比較裝置，以及作為激光輸出監(jiān)測值取得激勵(lì)輸出的激光輸出值、與所述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的所述激光輸出波形進(jìn)行比較的第2比較裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的激光振蕩器，其特征在于，包括取得對激勵(lì)激光媒質(zhì)用的激光二極管中的電流進(jìn)行控制的主電路元件的導(dǎo)通·關(guān)斷信號或其檢測信號、與按照激光輸出指令值或電流指令值由基準(zhǔn)波形生成裝置生成的主電路元件的導(dǎo)通·關(guān)斷信號進(jìn)行比較的第3比較裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光振蕩器，其特征在于，利用比較裝置進(jìn)行比較時(shí)，對基準(zhǔn)波形設(shè)定規(guī)定的允許范圍。
全文摘要
一種根據(jù)輸入的激光輸出指令值或電流指令值、控制對激光媒質(zhì)的激勵(lì)、得到期望的激光輸出的激光振蕩器，包括按照前述激光輸出指令值或電流指令值生成作為基準(zhǔn)的激光輸出波形及電流波形的基準(zhǔn)波形生成裝置，作為電流監(jiān)測值取得激勵(lì)激光媒質(zhì)用的電流值、與前述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的前述電流波形進(jìn)行比較的第1比較裝置，以及作為激光輸出監(jiān)測值取得激勵(lì)輸出的激光輸出值、與前述基準(zhǔn)波形生成裝置生成的前述激光輸出波形進(jìn)行比較的第2比較裝置。能檢測異常。
文檔編號H01S3/094GK1476656SQ02803031
公開日2004年2月18日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者腰前利樹, 渡邊俊昭, 昭 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社