JPH0410682A

JPH0410682A - レーザ発振器制御方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0410682A
Application number: JP2114751A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Karasaki; 秀彦唐崎; Shigeki Yamane; 茂樹山根; Tsutomu Sugiyama; 勤杉山; Hitoshi Motomiya; 均本宮; Masashi Onishi; 正史大西; Hidefumi Omatsu; 英文尾松; Minoru Yamada; 稔山田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、切断、溶接、熱処理加工等に使用するレーザ
光を発生させるためのレーザ発振器の制御方法およびそ
の装置に関する。

従来の技術従来の一般的なレーザ発振器の構成について第６図を参
照して説明する。１個または複数の放電管１ａおよび１
ｂからなるレーザ共振器１には、各放電管ｌａ、ｌｂご
とに陽極２と陰極３とからなる１組の放電電極が備えら
れている。第６図においては、２組の放電管ｌａ、ｌｂ
が対称に配設されて放電部が形成され、それぞれの放電
電極２．３にスイッチング高圧電源４から電流が供給さ
れる。また、レーザ共振器１の両端には出力ミラー５お
よび終端ミラー６が配設されており、さらに両端部分の
陰極３近傍と中央部の陽極２近傍には、略Ｅ字形の循環
管体７が接続されて、気体レーザ媒質のための循環路が
形成されている。この循環管体７には、気体レーザ媒質
を循環させるための送風機８および気体レーザ媒質を冷
却するための熱交換器９が配設されている。また、レー
ザ共振器１には、各放電管ｌａ、ｌｂの陽極２と陰極３
との間の外周部分に、陽極２または陰極３に電気的に接
続された放電開始補助リング１０が配設されている。

第７図は前記レーザ発振器におけるスイッチング高圧電
源４の構成を示している。３相２００Ｖを１次側整流器
１１で受けて整流した後、１次側平滑コンデンサ１２で
電圧リプルを低減し、スイッチング素子１３でスイッチ
ングしてパルス列に変換して高周波トランス１４に電力
を送出する。高周波トランス１４では、電力を２次側に
送出するとともに２次側に高電圧を発生させ、高速高圧
用の２次側整流器１５で整流した後、高圧用の２次側コ
ンデンサ１６で平滑し、レーザ共振器１の陽極２と陰極
３にそれぞれ電圧を印加する。

レーザ共振器１内部では、陽極２と陰極３との間でグロ
ー放電が発生して内部の気体レーザ媒質を励起し、レー
ザ光を発生させる。

一方、ドライブ回路２Ｑ（Ｄｒｉｖｅ回路）は、出力命
令設定回路１７からの指令に基づいてスイッチングオン
時間を決定する出力設定回路１８（ＰＷＭ回路）と、基
準スイッチング周波数を設定するスイッチング周波数設
定回路１９からの信号を受けてスイッチングオン時間と
スイッチング周波数を決定し、ドライブ信号を発生する
。このドライブ信号は、スイッチング素子１３のゲート
に印加されてパルス信号を発生する。

このように構成されたレーザ発振器は、ガス流方向と放
電方向とレーザ光の発振軸が同軸であるため、光軸方向
から見たときにその放電およびその放電によって形成さ
れるゲイン分布が同心で対称性がよ（、出力されたレー
ザ光を用いての切断等の加工は性能が良いとされている
。

発明が解決しようとする課題しかしながら、このような従来のレーザ発振器では、ス
イッチング素子１３の導通時間を一定にしてそのスイッ
チング周波数を変化させることにより出力電力を制御し
ているので、出力電力の制御範囲が狭く、レーザの出力
可変範囲も狭いという問題があった。また、スイッチン
グ素子１３のスイッチング周波数のみ下げてレーザ出力
を低くすると、スイッチング周波数が低い領域で放電電
流リプルが大きくなり、レーザ出力が変動するという問
題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、スイッチング素子のスイッチング周波数およびスイッ
チングオン時間を適切に制御することにより、放電電流
リプルを増やすことなく、より広範囲な出力制御を可能
とした発振器制御方法およびその装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、前記目的を達成するために、高出力時にはス
イッチング周波数を変化させて出力電力を制御し、低出
力時には例えば５ｋＨｚ以上の特定のスイッチング周波
数に達したときにそのスイッチング周波数を固定すると
ともに、スイッチング素子の導通時間を変化させて出力
電力を制御するようにしたものである。

本発明はまた、高出力時にはスイッチングオン時間を変
化させて出力電力を制御し、低出力時には特定のスイッ
チングオン時間に達したときにそのスイッチングオン時
間を固定するとともに、スイッチング周波数を例えば５
ｋＨｚ以上の領域で変化させて出力電力の制御を行なう
ようにしたものである。

本発明はまた、スイッチング素子の導通時間およびスイ
ッチング周波数の両方を同時に変化させることにより出
力電力の制御を行なうようにしたものである。

作用本発明は、前記構成により、スイッチング周波数が５ｋ
Ｈｚ以上の領域で放電電流リプルを増やすことなく、広
範囲な出力電力制御を行なうことができ、安定したレー
ザ光出力を得ることができる。

実施例以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明のレーザ発振器制御方法を実施するため
の制御装置の一実施例を示したもので、２１は１次側整
流器、２２は１次側平滑コンデンサ、２３はスイッチン
グ素子、２４は高周波トランス、２５は２次側整流器、
２６は２次側平滑コンデンサであり、その両端はレーザ
共振器１の放電電極２，３に接続されている。

２７は出力命令設定回路、２８は周波数設定回路（ＦＭ
回路）、２９は導通時間設定回路（ＰＷＭ回路）である
。出力命令設定回路２７の出力は、周波数設定回路２８
および導通時間設定回路２９の両方に入力されている。

３０は周波数設定回路２８および導通時間設定回路２９
からの信号を受けてスイッチング素子２３を駆動するド
ライブ回路である。

次に前記実施例の動作について説明する。整流器２１に
商用電源の交流２００ｖが入力されると、まず整流器２
１により整流されて平滑コンデンサ２２により平滑され
て直流になり、スイッチング素子２３によりパルス列に
変換される。このときのスイッチング周波数とスイッチ
ングオン時間は、ドライブ回路３０により制御される。

スイッチング素子２３から出力されたパルス出力は、高
周波トランス２４により昇圧されて再び２次側整流器２
５により整流され、２次側平滑コンデンサ２６により平
滑されて高電圧の直流になり、レーザ共振器１の放電電
極２，３に印加される。レーザ共振器１内部では、放電
電極２，３間のグロー放電により、内部の気体レーザ媒
質が励起されてレーザ光が発振される。

このようなレーザ発振器制御装置を使用すれば、以下の
各実施例に示すような種々の制御方法をプログラムの変
更のみで実施することができる。

実施例１次に本発明のレーザ発振器制御方法の第１の実施例につ
いて説明する。出力命令設定回路２７の信号は、周波数
設定回路２８および導通時間設定回路２９へ入力されて
いる。導通時間設定回路２９内では、出力命令設定回路
２７からの信号が、ある基準電圧ｖ１以下の低出力時に
さらに出力を下げるにはスイッチング素子２３の導通時
間を絞り、基準電圧ｖ１を越える高出力時には基準導通
時間に固定する。一方、周波数設定回路２８内では、出
力命令設定回路２７からの信号が基準電圧ｖ１を越える
高出力時にさらに出力を上げるにはスイッチング周波数
を上げ、基準電圧Ｖ１以下の低出力時にはスイッチング
周波数を最低スイッチング周波数に固定する。

第２図は放電電流リプルとスイッチング周波数の関係を
示している。第２図からも明らかなように、５　ｋ　Ｈ
ｚ以下のスイッチング周波数になると急激に放電電流リ
プルが増加し、それに伴いレーザ出力の変動も大きくな
る。そこで、スイッチング周波数を５ｋＨｚ以下に下げ
ないように制御することにより、放電電流リプルの増加
を抑えることできる。

第３図は従来のスイッチング素子の導通時間を一定にし
てスイッチング周波数を変えて出力電力を制御する方法
と、本実施例による制御方法を用いた場合についての放
電電流特性を示している。

この図からも明らかなように、放電電流が大きい高出力
時には、スイッチング周波数を変化させて出力電力の制
御を行ない、放電電流が小さい低出力時には、５ｋＨｚ
以上のある特定のスイッチング周波数ｆｏになったとき
に、その周波数を固定した状態でスイッチング素子２３
の導通時間を狭くすることにより放電電流を下げて出力
電力を低下させる。

このように実施例１においては、高出力時にはスイッチ
ング周波数を変化させて出力電力を制御し、低出力時に
は５ｋＨｚ以上のある特定のスイッチング周波数に達し
たときにそのスイッチング周波数を固定するとともに、
スイッチング素子２３の導通時間を絞ることにより、放
電電流リプルを増やすことなく、より広範囲な出力制御
が可能となる。

実施例２本発明のレーザ発振器制御方法の第２の実施例は、第１
の実施例と同じ装置を使用して第１の実施例とは異なる
制御を行なう。すなわち、導通時間設定回路２９内では
出力命令設定回路２７からの信号がある基準電圧ｖ２を
越える高出力時には、スイッチング素子の導通時間を広
げる制御を行ない、基準電圧ｖ２以下の低出力時には基
本導通時間に固定する。一方、周波数設定回路２８内で
は、出力命令設定回路２７からの信号がある基準電圧ｖ
２以下の低出力時にはスイッチング周波数を下げ、基準
電圧Ｖ２を越える高出力時にはスイッチング周波数を最
大スイッチング周波数ｆｍａＸに固定する。

すなわち第４図に示すように、基準電圧Ｖ２を越える高
出力時には、スイッチング周波数をｆｍａＸに固定して
スイッチングオン時間を変化させて出力電力を制御し、
基準電圧ｖ２以下の低出力時には、特定のスイッチング
オン時間に達したときにそのスイッチングオン時間を固
定するとともに、スイッチング周波数をｆ　ｍａｘから
下げて出力電力を制御する。

この実施例２においても、第２図で示したようにスイッ
チング周波数を５ｋＨｚ以下に下げないように出力電力
を制御する必要があり、スイッチング周波数を５ｋＨｚ
以上の領域で変化させることにより、放電電流リプルを
増やすことなく、より広範囲に出力制御を行なうことが
できる。

実施例３本発明のレーザ発振器制御方法の第３の実施例において
は、第１の実施例と同じ装置を使用して第１の実施例と
は異なる制御を行なう。すなわち、出力命令設定回路２
７からの信号を周波数設定回路２８および導通時間設定
回路２９へ入力し、出力電力を下げる場合には、第５図
に示すように最大スイッチング周波数ｆ　ｍａｘからス
イッチング周波数５ｋＨｚまでの間を、スイッチング素
子２３のスイッチング周波数を下げると同時に導通時間
を狭くする制御を行ない、逆に出力電力を上げる場合に
は、スイッチング素子２３のスイッチング周波数を上げ
ると同時に導通時間を拡げる制御を行なうことにより、
放電電流リプルを増やすことなく、より広範囲な出力制
御を行なうことができる。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明のレーザ発振器
制御方法によれば、放電電流リプルを増やすことなく、
広範囲な出力制御を行なうことができ、安定したレーザ
出力を得てレーザ加工の信頼性を著しく向上させること
ができる。また本発明のレーザ発振器制御装置によれば
、制御プログラムを複数用意することにより、種々の制
御方法を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ発振器制御装置の一実施例を示
すブロック図、第２図はレーザ発振器における放電電流
リプルとスイッチング周波数との関係を示すグラフ、第
３図は本発明によるレーザ発振器制御方法の第１の実施
例における出力特性を従来例とともに示すグラフ、第４
図は本発明によるレーザ発振器制御方法の第２の実施例
における出力特性を示すグラフ、第５図は本発明による
レーザ発振器制御方法の第３の実施例における出力特性
を示すグラフ、第６図は従来のレーザ発振器の一例を示
す概略構成図、第７図は従来例におけるスイッチング高
圧電源のブロック図である。 ■・・・レーザ共振器、２，３・・・放電電極、４・・
・スイッチング高圧電源、５・・・出力ミラー、６・・
・終端ミラー、７・・・循環管体、８・・・送風機、９
・・・熱交換器、１０・・・放電開始補助リング、２１
・・・１次側整流器、２２・・・１次側平滑コンデンサ
、２３・・・スイッチング素子、２４・・・高周波トラ
ンス、２５・・・２次側整流器、２６・・・２次側コン
デンサ、２７・・・出力命令設定回路、２８・・・周波
数設定回路（ＦＭ回路）、２９・・・導通時間設定回路
（ＰＷＭ回路）、３０・・・ドライブ回路。代理人の氏名　　弁理士　蔵　合　正　博第２図スイッチジグ周波数　（ｋＨｚ）第３図５　ｆ。スイッチフグ周波数（ｋＨｚ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ共振器内の気体レーザ媒質をスイッチング
高圧電源に接続された放電電極の放電により励起してレ
ーザ光を発生させるレーザ発振器において、レーザ光の
高出力時には前記スイッチング高圧電源のスイッチング
周波数を変化させて出力電力を制御し、低出力時にはあ
る特定のスイッチング周波数に達したときにそのスイッ
チング周波数を固定するとともに、スイッチング素子の
導通時間を変化させて出力電力を制御することを特徴と
するレーザ発振器制御方法。
（２）特定のスイッチング周波数が５ｋＨｚ以上の領域
に存在する請求項（１）記載のレーザ発振器制御方法。
（３）レーザ共振器内の気体レーザ媒質をスイッチング
高圧電源に接続された放電電極の放電により励起してレ
ーザ光を発生させるレーザ発振器において、レーザ光の
高出力時には前記スイッチング高圧電源におけるスイッ
チング素子のスイッチングオン時間を変化させて出力電
力を制御し、低出力時にはある特定のスイッチングオン
時間に達したときにそのスイッチングオン時間を固定す
るとともに、スイッチング周波数を変化させて出力電力
を制御することを特徴とするレーザ発振器制御方法。
（４）最小出力電力時のスイッチング周波数が５ｋＨｚ
以上である請求項（３）記載のレーザ発振器制御方法。
（５）レーザ共振器内の気体レーザ媒質をスイッチング
高圧電源に接続された放電電極の放電により励起してレ
ーザ光を発生させるレーザ発振器において、前記スイッ
チング高圧電源のスイッチング素子の導通時間およびス
イッチング周波数の両方を同時に変化させることにより
出力電力を制御することを特徴とするレーザ発振器制御
方法。
（６）スイッチング周波数が５ｋＨｚ以上である請求項
（５）記載のレーザ発振器制御方法。
（７）レーザ共振器内の気体レーザ媒質をスイッチング
高圧電源に接続された放電電極の放電により励起してレ
ーザ光を発生させるレーザ発振器において、前記スイッ
チング高圧電源が、出力命令設定回路と、前記出力命令
設定回路からの出力信号を入力される周波数設定回路お
よび導通時間設定回路と、前記周波数設定回路および導
通時間設定回路からの出力信号により前記スイッチング
高圧電源のスイッチング素子を駆動するドライブ回路と
を備えたレーザ発振器制御装置。