專利名稱：高頻放電激勵氣體激光振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于例如激光加工機的、通過脈沖指令控制的激光電源向放電管供給電功率的高頻放電激勵氣體激光振蕩器。
背景技術(shù)：
一般，在使用高頻放電激勵氣體激光振蕩器的激光加工中，在進行高質(zhì)量的打孔加工或者穩(wěn)定的切斷加工時，使用脈沖指令控制的脈沖輸出的激光進行加工。這是因為，如從圖4所示的放電管溫度和尖峰(peak)輸出指令值的關(guān)系可知，與CW輸出指令時相比在脈沖輸出指令時能夠使尖峰輸出值更高。即，是由于以下原因放電管破壞的溫度T伴隨尖峰輸出值的增大而上升，但是與CW輸出指令時(直線A)的平均輸出比，在脈沖輸出指令時(直線B)的平均輸出小，放電管的溫度上升小，在放電管破壞的溫度T下，能夠使脈沖輸出指令時的尖峰輸出指令值Pb比CW輸出指令時的尖峰輸出指令值Pa高。
另一方面，如尖峰輸出指令值升高，超過放電管的破壞溫度T，則激光電源的MOSFET的功率元件由于過電功率損壞，或者由于發(fā)熱放電管損壞。因此，尖峰輸出指令值受驅(qū)動放電管的激光電源的容量、和放電管的耐電功率限制。
在高頻放電激勵氣體激光振蕩器中，作為控制脈沖輸出指令值的裝置的現(xiàn)有一例，在特公平6-44653號公報(JP-B-6-44653)、特開平11-233862號公報(JP-A-11-233862)、特開平10-229233號公報(JP-A-10-229233)、特開2000-126879號公報(JP-A-2000-126879)中記載。
在特公平6-44653號公報中，公開了一種激光控制裝置，其具有獨立控制脈沖的平均輸出值和尖峰輸出指令值的結(jié)構(gòu)、使對應(yīng)加工條件調(diào)整脈沖輸出較容易、而且能夠進行穩(wěn)定的激光加工。
在特開平11-233862號公報中，公開了一種激光電源，其具有如下單元在把直流變換為高頻交流的RF逆變器(inverter，)和激光振蕩器之間設(shè)置的電流檢測單元；比較檢測到的電流和三角波的控制單元；以及如果三角波達到電流限制動作點則使脈沖寬度變窄的脈沖寬度調(diào)制電路，該激光電源能夠在過負荷時降低電流保護電源。
在特開平10-229233號公報中，公開了一種激光電源供給裝置，其具有根據(jù)脈沖指令時的脈沖波形的時間寬度和輸出指令值的關(guān)系，為了避免元件等發(fā)熱的問題設(shè)定限幅器(limiter)曲線的單元；重新排列從脈沖波形得到的各脈沖要素的單元；判斷脈沖要素是否在限幅器曲線內(nèi)的單元；以及修正脈沖波形以使脈沖要素進入限幅器曲線內(nèi)的單元，該激光電源供給裝置能夠不做無用功迅速進行脈沖波形的修正。
在特開2000-126879號公報中，公開了一種激光加工裝置，其具有使用設(shè)定脈沖寬度指令和尖峰輸出指令的關(guān)系的變換表來變更脈沖寬度的單元；以及根據(jù)設(shè)定值修正脈沖寬度的單元，該激光加工裝置能夠把脈沖輸出控制為一定。
但是，在特公平6-44653號公報以及特開平11-233862號公報中公開的裝置，在加工條件等變化時，通過使脈沖寬度變窄等來保持脈沖輸出一定，但是不提供提高脈沖輸出的技術(shù)。
特開平10-229233號公報公開的裝置，對于脈沖指令的頻率或占空比(duty)、激光器的固體差等各種脈沖指令條件，很難僅用脈沖指令的時間寬度和輸出指令值設(shè)定正確的限幅器曲線，實際上必須設(shè)定具有十分大的余量(margin)的限幅器曲線，存在脈沖輸出比實際上限值低設(shè)定的傾向，對于提高脈沖輸出有限度。另外，因為為了設(shè)定限幅器曲線要使用運算單元，所以存在引起裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。
特開2000-126879號公報公開的裝置，對于脈沖指令的頻率或占空比、激光器的固體差等各種脈沖指令條件，很難僅用脈沖指令的時間寬度和輸出指令值設(shè)定正確的變換表，實際上必須設(shè)定具有十分大的余量的變換表。因此，脈沖輸出依賴變換表的精度，為了使脈沖輸出接近上限值要有限度。另外，脈沖輸出的精度依賴檢測器的性能，在可高速應(yīng)答的檢測器時存在價格升高的難點。因為使用變換表等運算單元，也存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題提出，其目的在于，提供一種高頻放電激勵氣體激光振蕩器，其不會因高熱產(chǎn)生放電管等單元的損傷，通過有效利用比現(xiàn)有的最大輸出指令高的指令區(qū)域能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)來提高脈沖指令時的激光輸出。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一形態(tài)是從脈沖指令控制的激光電源接受電功率供給的高頻放電激勵氣體激光振蕩器，具有電功率檢測單元和脈沖指令控制單元，該電功率檢測單元檢測從所述激光電源對放電管的供給電功率，該脈沖指令控制單元位于所述激光電源的上流側(cè)，并比較根據(jù)放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求得的供給電功率的允許上限值與通過所述電功率檢測單元檢測到的實際的所述供給電功率，在該供給電功率比所述允許上限值高時停止向所述放電管的脈沖指令值，根據(jù)所述允許上限值設(shè)定脈沖指令值。
根據(jù)本發(fā)明的形態(tài)，通過由電功率檢測單元檢測從激光電源向放電管的供給電功率，由脈沖指令控制單元在實際的供給電功率比允許上限值高時停止向放電管的脈沖指令值，根據(jù)允許上限值設(shè)定脈沖指令值，能夠在不超過放電管的破壞溫度的界限之前提高脈沖輸出。因此，不會因高熱產(chǎn)生放電管等單元的損傷，通過有效利用比現(xiàn)有的最大輸出指令高的指令區(qū)域，能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)來提高脈沖指令時的激光輸出。
另外，本發(fā)明的其他的形態(tài)提供一種高頻放電激勵氣體激光振蕩器，其中，所述激光電源具有直流電源部和位于該直流電源部的下流側(cè)的高頻電源部，所述電功率檢測單元檢測從所述直流電源部向所述高頻電源部的供給電功率。
根據(jù)本發(fā)明的該形態(tài)，通過檢測從直流電源部向高頻電源部的供給電功率，與檢測通過高頻電源部供給電功率的情況相比，能夠把檢測電路的動作頻率、動作電壓抑制得較低，容易地構(gòu)成電功率檢測單元。


本發(fā)明的上述以及其他的目的、特征以及優(yōu)點，通過下面關(guān)聯(lián)附圖的優(yōu)選的實施方式的說明會更加明了，附圖中，圖1是表示本發(fā)明的高頻放電激勵氣體激光振蕩器的第一實施方式的結(jié)構(gòu)圖，圖2是表示放電管溫度和供給電功率的關(guān)系的圖，圖3是表示本發(fā)明的高頻放電激勵氣體激光振蕩器的第二實施方式的結(jié)構(gòu)圖，以及圖4是表示放電管溫度和尖峰輸出指令值的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
下面使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖1表示本發(fā)明的高頻放電激勵氣體激光振蕩器的第一實施方式。
如圖1所示，本實施方式的高頻放電激勵氣體激光振蕩器1具有振蕩器本體2、向放電激勵激光7的放電管3a、3b供給電功率的激光電源15、檢測從激光電源15給放電管3a、3b的供給電功率的RF電功率檢測電路(電功率檢測單元)18、控制對放電管3a、3b的脈沖指令值的脈沖指令控制電路(指令控制單元)19，根據(jù)放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求供給電功率的允許上限值W(參照圖2)，比較該允許上限值W和檢測出的實際的供給電功率，控制向放電管3a、3b的脈沖輸出指令值以使實際的供給電功率不超過允許上限值W。
圖2表示放電管溫度和向放電管3a、3b的供給電功率的關(guān)系。該圖表示放電管破壞溫度T依賴供給電功率，而不依賴振蕩形態(tài)。即在CW輸出指令時和脈沖輸出指令時均成為相同的溫度特性，另外，不管脈沖輸出指令值、頻率、占空比等各種指令條件都成為相同的溫度特性，意味著在達到放電管3a、3b的破壞溫度T時的供給電功率W與指令條件無關(guān)而為恒定。
因此，在脈沖指令時，檢測從激光電源15向放電管3a、3b的供給電功率，根據(jù)該供給電功率，通過固定脈沖輸出指令值，能夠防止放電管3a、3b等單元破損故障的發(fā)生。在固定脈沖輸出指令值時，通過根據(jù)允許上限值W設(shè)定脈沖指令值，不需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，能夠有效利用比現(xiàn)有的最大輸出指令高的指定區(qū)域，能夠提高激光輸出。
說明本實施方式的高頻放電激勵氣體激光振蕩器1的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，振蕩器本體2具有未圖示的激光氣體控制系統(tǒng)、以及通過激光氣體控制系統(tǒng)接受激光氣體4的供給的兩個放電管3a、3b。激光氣體控制系統(tǒng)進行向放電管3a、3b的激光氣體4的供給以及從放電管3a、3b的激光氣體4的排出。
放電管3a、3b具有像要夾持該放電管3a、3b那樣在外側(cè)配置的一對放電電極3c、3d，配置在光共振器內(nèi)。在放電電極3c、3d中優(yōu)選使用以相同尺寸適當涂敷。在放電電極3c、3d上連接激光電源15，向放電管3a、3b供給與來自脈沖指令控制電路19的電流指令值對應(yīng)的高頻電流。
在振蕩器本體2的一端設(shè)置沒有部分透過性的后鏡(共振器內(nèi)部鏡)5，在另一端設(shè)置輸出鏡6。后鏡5是用反射率99.5％的鍺制的反射鏡，輸出鏡6是用反射率65％的硒化鋅(ZnSe)制的反射鏡。兩反射鏡5、6構(gòu)成穩(wěn)定型共振器，放大從激勵的激光氣體分子放出的10.6μm的光，把一部分從輸出鏡6作為激光7向外部輸出。
在振蕩器本體2的內(nèi)部，配置通過冷卻器8a、8b循環(huán)激光氣體4的作為送風器9的渦輪鼓風機。冷卻器8a用于冷卻由于放電成為高溫的激光氣體4，冷卻器8b用于除去由送風器9產(chǎn)生的壓縮熱。
振蕩器本體2還具有快門(shutter)10?？扉T10用表面鍍金的銅板構(gòu)成，通過快門控制電路11根據(jù)處理器12的指令開閉。在快門10關(guān)閉時，反射從輸出鏡6輸出的激光7。被反射的激光7由光束吸收器13吸收。另外在快門10打開時，激光7被輸出到激光振蕩器1的外部。
激光電源15由DC電源部(直流電源部)16和RF電源部(高頻電源部)17構(gòu)成。DC電源部16，在整流商用電源后，進行轉(zhuǎn)換動作變換為直流。RF電源部17，把直流變換為2MHz的高頻交流，根據(jù)來自脈沖指令控制電路19的脈沖輸出指令向放電管3a、3b供給高頻電流。在放電管3a、3b的內(nèi)部，激光氣體4循環(huán)，通過從激光電源15施加高頻電壓產(chǎn)生放電，激勵激光氣體4。
RF電功率檢測電路18，被設(shè)置在RF電源部17和放電管3a、3b之間在激光電源5的內(nèi)部，并監(jiān)視向放電管3a、3b的供給電功率。通過RF電功率檢測電路18，把高頻電功率變換為低電壓，把對放電管3a、3b的電功率監(jiān)視值反饋給脈沖指令控制電路19。該RF電功率檢測電路18由RF電源部17的輸出電壓值和輸出電流值的乘法電路構(gòu)成。此外，分別檢測RF電源部17的輸出電壓和輸出電流的電功率監(jiān)視值，在向脈沖指令控制電路19或者CPU12反饋后進行乘法處理，變換成電功率監(jiān)視值，也能同樣的效果。
脈沖指令控制電路19，被配置在激光電源15和CPU12之間，接受從CPU12來的指令來控制激光電源15。在脈沖指令控制電路19中，對由RF電功率檢測電路18檢測到的電功率監(jiān)視值進行信號處理，把信號處理后的電功率監(jiān)視值與根據(jù)圖2所示的放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求得的供給電功率的允許上限值W進行比較，在電功率監(jiān)視值大于等于允許上限值W時，固定向放電管3a、3b的電流指令，代替電功率監(jiān)視值，根據(jù)允許上限值W輸出脈沖輸出指令。
因此，能夠防止由于從激光電源15向放電管3a、3b的電功率的供給使放電管溫度超過破壞溫度，并且能夠在到放電管破壞溫度T的界限之前提高激光輸出，從而能夠以高質(zhì)量進行高能效率的加工。
下面根據(jù)圖3說明本發(fā)明的高頻放電激勵氣體激光振蕩器1A的第二實施方式。本實施方式在DC電源部16和RF電源部17之間設(shè)置DC電功率檢測電路20這點與在RF電源部17的下流側(cè)設(shè)置RF電功率檢測電路18的第一實施方式不同。此外，對于本實施方式和第一實施方式的相同結(jié)構(gòu)部分，賦予相同符號，省略說明。
DC電功率檢測電路20，檢測從DC電源部16向放電管3a、3b的供給電功率，向脈沖指令控制電路19反饋電功率監(jiān)視值。脈沖指令控制電路19對由DC電功率檢測電路20檢測到的電功率監(jiān)視值進行信號處理，把信號處理后的電功率監(jiān)視值與根據(jù)圖2所示的放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求得的供給電功率的允許上限值W進行比較，在電功率監(jiān)視值大于等于允許上限值W時，固定向放電管3a、3b的電流指令，代替電功率監(jiān)視值，根據(jù)允許上限值W輸出脈沖輸出指令。
DC電功率與RF電功率相比，由于其動作頻率、動作電壓低，所以具有容易構(gòu)成電功率檢測電路20的優(yōu)點。另外，DC電功率檢測電路20，由DC電源部16的輸出電壓值和輸出電流值的乘法電路構(gòu)成，但是分別檢測DC電源部16的輸出電壓和輸出電流的電功率監(jiān)視值，向脈沖指令控制電路19或者CPU12反饋后進行乘法處理，變換為電功率監(jiān)視值，也能得到同樣的效果。
綜上所述，根據(jù)第一、第二實施方式，在能夠防止由于高熱引起的放電管3a、3b等單元的損傷的同時，通過有效利用比現(xiàn)有的最大輸出指令高的指令區(qū)域，能夠以比較簡單的結(jié)構(gòu)，在不超過放電管3a、3b的破壞溫度T的界限之前提高激光輸出。由此，能夠穩(wěn)定地進行高質(zhì)量·高能效率的加工。
以上關(guān)聯(lián)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當了解，在不超出后述的權(quán)利要求范圍所公開的范圍可以進行各種修改及變更。
權(quán)利要求
1.一種高頻放電激勵氣體激光振蕩器(1)，其從脈沖指令控制的激光電源(15)接受電功率供給，其特征在于，具有電功率檢測單元(18)，其檢測從所述激光電源(15)向放電管(3a，3b)的供給電功率；和脈沖指令控制單元(19)，其位于所述激光電源(15)的上流側(cè)，并比較根據(jù)放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求得的供給電功率的允許上限值與通過所述電功率檢測單元(18)檢測到的實際的所述供給電功率，在該供給電功率比所述允許上限值高時停止向所述放電管(3a，3b)的脈沖指令值，根據(jù)所述允許上限值設(shè)定脈沖指令值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻放電激勵氣體激光振蕩器(1A)，其中，所述激光電源(15)具有直流電源部(16)和位于該直流電源部(16)的下流側(cè)的高頻電源部(17)，所述電功率檢測單元(18)檢測從所述直流電源部(16)向所述高頻電源部(17)的供給電功率。
全文摘要
一種高頻放電激勵氣體激光振蕩器，其從脈沖指令控制的激光電源接受電功率供給，并具有電功率檢測單元和脈沖指令控制單元，該電功率檢測單元檢測從激光電源對放電管的供給電功率，該脈沖指令控制單元位于激光電源的上流側(cè)，比較根據(jù)放電管溫度和供給電功率的關(guān)系求得的供給電功率的允許上限值與通過電功率檢測單元檢測到的實際的所述供給電功率，在供給電功率比允許上限值高時停止向放電管的脈沖指令值，根據(jù)允許上限值設(shè)定脈沖指令值。
文檔編號H01S3/097GK1921241SQ200610121838
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者江川明, 安藤稔, 池本肇 申請人:發(fā)那科株式會社