JPH0456372A

JPH0456372A - 炭酸ガスレーザ制御方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0456372A
Application number: JP2167083A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Hosokawa; 富秋細川; Shigeru Kokubo; 滋小久保; Tokihide Nibu; 丹生　時秀; Hidefumi Omatsu; 英文尾松; Minoru Yamada; 稔山田; Togo Nishioka; 西岡　統吾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1992-02-24

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、炭酸ガスレーサの制御方法およびその装置に
関し、特に直流励起式および高周波励起式の炭酸ガスレ
ーザにおけるクロス放電回復制御の方法および装置に関
するものである。

従来の技術第３図は従来の一般的な高速軸流型直流励起式炭酸ガス
レーザ発振器の構成を示している。第３図において、ガ
ラスなどの誘電体からなる放電管１．２には、放電電極
３，４が設けられている。

放電電極３，４には、直流高圧電源５．６の出力、例え
ばＤＣ１６ｋＶ、８０ｍＡ程度の電圧が供給されている
。放電管］１．２内の放電空間では、矢印Ａ、Ｂ方向に
放電か行なわれる。

放電管１．２内の放電空間の両端には、リアミラー（全
反射鏡）７と出力ミラー（部分反射鏡）８とが固定配置
され、これらによって光共振器が構成されている。レー
ザ出力９は、出力ミラー８から取り出される。

放電管１，２内のレーザガスは、送気管１０を介して循
環しており、放電およびレーザガスを循環させるブロア
（送風機）１１を通って温度上昇したガスは、熱交換器
１２．１３により冷却される。

第４図および第５図は第１図に示す炭酸ガスレーザ発振
器における放電管１，２の電気的等価回路を示している
。第４図および第５図において、放電電流検出回路１４
．Ｌ５には、ＣＴ（カレントトランス）またはシャント
抵抗などが用いられており、第４図と第５図は放電電流
検出回路１４．１５の挿入場所が異なっている。すなわ
ち、第５図は、第４図に対して、高圧電源５，６のアー
ス側（カソード側）をカソードホルダ取付ねじに絶縁カ
ラーを挿入することにより一部分だけ絶縁し、アース線
を個別にとれるようにしたものである。

放電管ｌの放電電圧をＶｅ＋、放電管２の放電電圧をＶ
ｅｓ、放電管１の等価内部インピーダンスを２１、放電
管２の等価内部インピーダンスを２２、無放電部の両端
電圧をＶ　ｅ　１−２、無放電部の等価内部インピーダ
ンスを２１−２とすると、クロス放電が発生してＶｅ＋
＞Ｖｅ２となった場合、高圧電源５から無放電部の等価
内部インピーダンスＺ１−２を通じて放電管２に過大な
放電電流が流れ込み、場合によっては放電管１が消灯し
、その状態が持続、保持されることがある。

この場合、放電電流検出回路１４または１５により放電
がクロス放電になって放電電流が大きくなったことを検
出できるが、第５図のような回路構成にすれば、より確
実にクロス放電を検出することができる。すなわち、Ｖ
２＋＞Ｖｅ２の場合、これを第５図の放電電流検出回路
１５で検出することができる。

発明が解決しようとする課題このように、従来の炭酸ガスレーザ発振器では、放電管
が２本、４本あるいは６木などの複数で構成されている
場合、各放電管に印加する高電圧のアース側は、発振器
の筐体を通じて電気的に導通状態にあり、高電圧のプラ
ス側は、各放電管が無放電部で互いに電気的に高インピ
ーダンスである場合には、無放電部のガスを通じて共通
に接続されている。そして、放電電流の高い領域におい
て放電電流のフィードバック制御を行なった場合、放電
電流の変動で無放電部が放電し、一つの放電管が場合に
よっては消灯し、他の放電管に過大な電流が流れ込んで
クロス放電が発生することになる。

クロス放電が発生すると、レーザ出力の変動および低下
、放電管Ｏリングなどの焼損ならびにスイッチング素子
の破壊などが発生する。特にパルスモードで発振させる
場合にＣＷ（連続）モードの２倍なとの高い電流を注入
するとこれらの障害の発生頻度が高くなる。

また、ＣＷモードおよびパルスモードとも、放電開始電
圧や制御系のばらつきにより、放電開始電圧の立ち上が
り時間のばらつきが大きい場合も、無放電部の電位差が
大きくなり、どちらか先に放電すると、先に放電した放
電管の電圧が放電維持電圧となり、他の放電管の電圧が
放電開始電圧に達せず、放電しないでクロス放電が発生
することがある。

また、大気開放後、レーザ発振器の真空引きを数回行な
っても、大気中の湿度が高い場合、カス系路に水分が付
着して、この場合にもクロス放電が発生しやすくなる。

また、真空洩れが発生した場合もクロス放電が発生しや
すくなる。

クロス放電が発生した場合は、直ちに発振を停止させ、
システムを停止させた後、再発振させる必要がある。ま
た、クロス放電が発生したときは非常に危険なので、電
源をオフする必要がある。

このようなりロス放電は、レーザ加工不良、機械の稼働
率の低下および信頼性の低下などに大きく関係し、その
対策が当技術分野における重要な課題となっていた。

本発明は、このような従来の問題点を解決するものであ
り、クロス放電を直ちに停止して、放電を再開できるよ
うにした炭酸ガスレーザ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、各放電管におけ
る放電電流または高周波電力の大きさを検出してそれぞ
れの出力を基準値と比較し、ある放電管についての比較
出力と他の全ての放電管についての比較出力との論理和
をとり、ある放電管の放電電流または高周波電力の大き
さが基準値を越えたときに全ての放電管の放電を停止す
るようにしたものである。

本発明はまた、複数のコンパレータ回路の前段にオン時
間またはオフ時間遅延回路を設けたちのである。

作用本発明は、前記構成により、複数の放電管の内１本でも
放電電流または高周波電力が基準値以上になると、論理
和回路により全ての放電管の放電を停止させるので、ク
ロス放電は消え、電源をオフしたのと同様になる。

また、コンパレータ回路の前段に時定数の異なるオン時
間またはオフ時間の遅延回路を設け、その時間を通切な
値に設定することにより、放電管の放電停止後、適切な
時間後に放電を再開することができ、レーザ加工不良や
稼働率の低下等を防止することができる。

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
図は本発明の一実施例における炭酸ガスレーザ制御装置
の制御ブロックを示し、第２図は本発明の一実施例にお
けるクロス放電回復時の出力波形を示している。

第１図において、２１は３相２００Ｖの商用電源であり
、２２は整流器、２３は平滑コンデンサ、２４はパワー
ＭＯ８−ＦＥＴをフルブリッジ接続したインバータ回路
、２５は高圧トランス、２６は整流器、２７は高圧コン
デンサ、２８はレーザ発振器の放電管であり、２９はＣ
Ｔ（カレントトランス）またはシャント抵抗等の放電電
流検出回路である。

また、３０はレーザパワー設定回路、３１はレーサパワ
ー検出回路、３２は第１の誤差アンプ回路、３３は第２
の誤差アンプ回路、３４はオン時間またはオフ時間遅延
回路、３５は基準値設定回路、３６はコンパレータ回路
、３７は論理和回路、３８は放電制御回路（ＰＷＭ（ｆ
Ｍ））、３９はドライバ回路である。４０は放電管２８
にいわゆるＳＤ（シャットダウン）動作を行なわせるた
めの制御ブロック全体を示し、４１は他の放電管のため
のＳ’Ｄ動作を行なわせるための制卸ブロックである。

次に前記実施例の動作について説明する。第１図におい
て、商用電源２１からの３相２００Ｖの交流電圧は、整
流器２２で整流された後、平滑コンデンサ２３で平滑さ
れ、平滑された直流電圧は、インバータ回路２４に供給
される。インバータ回路２４は、高圧トランス２５を駆
動し、高圧トランス２５の２次電圧は、整流器２６で整
流された後、高圧コンデンサ２７で平滑される。この平
滑された直流高電圧は、放電管２８に印加され、放電管
２８に流れる放電電流は、放電電流検出回路２９で検出
される。

一方、レーザパワー設定回路３０の出力と、レーサパワ
ーの大きさを検出するレーサパワー検出回路３１との出
力は、第１の誤差アンプ回路３２に入力される。第１の
誤差アンプ回路３２の出力と前述の放電電流検出回路２
９からの出力は、第２の誤差アンプ回路３３に入力され
、第２の誤差アンプ回路３３の出力は放電制御回路３８
に入力される。放電制御回路３８内には、ＳＤ（シャッ
トダウン）と呼ばれる禁止回路が内蔵されており、放電
制御回路３８の出力は、ドライバ回路３９に入力され、
ドライバ回路３９の出力は、インパーク回路２４のパワ
ーＭｏ１−ＦＥＴを駆動する。

放電電流検出回路２９の出力はまた、遅延回路３４にも
入力され、遅延回路３４の出力と基準値設定回路３５か
らの出力は、コンパレータ回路３６に入力される。コン
パレータ回路３６の出力は、論理和回路３７と制御ブロ
ック４１の図示されない他の放電管の論理和回路に入力
される。また、論理和回路３７には、制御ブロック４１
の他の放電管のコンパレータ回路からの出力が入力され
ている。そして論理和回路３７の出力は、放電制御回路
３８内の禁止回路に入力される。

第１図は、放電管が２本の場合を示しているが、４本の
場合は、１放電管分を示す制御ブロック４０および４１
が全体で４ブロツク必要になる。また、放電管が４本の
場合は論理和回路３７は４人力となる。

基準値設定回路３５のレベルは、ＣＷモードおよびパル
スモードとも正常放電時のレベルの２０〜３０％を目安
に設定され、ＣＷモードまたはパルスモードによってそ
のレベルを選択できるようになっている。第２図に示す
ように、クロス放電が発生してクロス放電電流４３．４
４が流れると、放電電流検出回路２９の出力が基準値設
定回路３５の基準値レベル４２を越えてコンパレータ回
路３６の出力がＨレベルとなり、放電制御回路３８を通
じてインバータ回路２４へのドライバ回路３９の出力は
遮断されて放電管２８が消灯する。そして、遅延回路３
４で設定された時間後にコンパレータ回路３６の出力が
Ｌレベルになると、再び放電を開始していわゆるＳＤ動
作を行なう。制御ブロック４０内の放電管２８の消灯お
よび放電と、制御ブロック４１内の放電管の消灯および
放電は同時に行なわれる。なお、放電管が４本以上で構
成されている場合にも、１本の放電管のみＳＤ動作を行
なわせて消灯させても、他の放電管にクロス放電が移行
するので、本実施例のように全ての放電管ごとにＳＤ動
作を行なわせなければクロス放電は回復できない。

このように前記実施例によれば、複数の放電管のそれぞ
れについて放電電流を検出し、そのうちの１本でも放電
電流が基準値を越えた場合には、全ての放電管の放電を
停止し、設定時間後に全ての放電管の放電を再開させる
ようにしたので、電源を一旦オフせずにクロス放電を消
すことができ、クロス放電による不具合を解消すること
ができる。

前記実施例は、本発明を直流励起式の炭酸ガスレーザ制
御装置に適用した例であるが、本発明は、高周波出力を
放電管に注入し、高周波放電によって励起されたカス媒
質からレーザ光を発生させる複数の放電管を備えた高周
波励起式の炭酸ガスレーザ制御方法およびその装置に対
しても同様に適用することができ、同様な作用効果を得
ることができる。この場合、前記実施例における放電管
の「放電電流」は「高周波電力」と読み替え、「放電電
流検出回路」は「高周波電力検出回路」と読み替えるも
のとする。

発明の効果以上のように、本発明によれば、各放電管における放電
電流または高周波電力の大きさを検出してそれぞれの出
力を基準値と比較し、ある放電管についての比較出力と
他の全ての放電管についての比較出力との論理和をとり
、ある放電管の放電電流または高周波電力の大きさが基
準値を越えたときに全ての放電管の放電を停止するよう
にしたので、レーサ出力の変動および低下、放電管の０
リンク等の焼損、スイッチング素子の破壊等の不具合を
解消することができる。

また本発明によれば、コンパレータ回路の前段にオン時
間またはオフ時間遅延回路を設けたので、放電管の放電
停止後、通切な時間を経た後に直ちに放電を再開するこ
とができ、レーザ加工不良や稼働率の低下を防止するこ
とができ、信頼性の高い炭酸ガスレーサ制御方法および
その装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す炭酸カスレーザ制御装
置の制御ブロック図、第２図は本発明の一実施例におけ
るクロス放電回復時の放電電流とコンパレータ回路の出
力波形を示す図、第３図は従来の直流励起式炭酸がスレ
ーザ発振器の構成を示す概略斜視図、第４図および第５
図は第３図に示す装置における放電管の電気的等価回路
を示す図である。２１・・・商用電源、２２・・・整流器、２３・・・平
滑コンデンサ、２４・・・インバータ回路、２５・・・
高圧トランス、２６・・・整流器、２７・・・高圧コン
デンサ、２８・・・放電管、２９・・・放電電流検出回
路、３０・・・レーザパワー設定回路、３１・・・レー
ザパワー検出回路、３２・・・第１の誤差アンプ回路、
３３・・・第２の誤差アンプ回路、３４・・・遅延回路
、３５・・・基準値設定回路、３６・・・コンパレータ
回路、３７・・・論理和回路、３８・・・放電制御回路
、３９・・・ドライバ回路、４０．４１・・・放電管に
ＳＤ動作を行なわせるための制御ブロック。代理人の氏名　　弁理士　蔵　合　正　博第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流高電圧を放電管に印加し、直流グロー放電に
よって励起されたガス媒質からレーザ光を発生させる複
数の放電管を備えた直流励起式炭酸ガスレーザ制御方法
において、各放電管の放電電流の大きさをそれぞれ検出
してそれぞれの出力を基準値と比較し、ある放電管につ
いての比較出力と他の全ての放電管についての比較出力
との論理和をとり、ある放電管の放電電流が基準値を越
えたときに全ての放電管の放電を停止するように制御す
ることを特徴とする炭酸ガスレーザ制御方法。
（２）高周波出力を放電管に注入し、高周波放電によっ
て励起されたガス媒質からレーザ光を発生させる複数の
放電管を備えた高周波励起式炭酸ガスレーザ制御方法に
おいて、各放電管の高周波電力の大きさをそれぞれ検出
してそれぞれの出力を基準値と比較し、ある放電管につ
いての比較出力と他の全ての放電管についての比較出力
との論理和をとり、ある放電管の高周波電力が基準値を
越えたときに全ての放電管の放電を停止するように制御
することを特徴とするガスレーザ制御方法。
（３）直流高電圧を放電管に印加し、直流グロー放電に
よって励起されたガス媒質からレーザ光を発生させる複
数の放電管を備えた直流励起式炭酸ガスレーザ制御装置
において、各放電管の放電電流の大きさをそれぞれ検出
する複数の放電電流検出回路と、放電電流の基準値を設
定する基準値設定回路と、前記各放電電流検出回路と前
記基準値設定回路の出力とをそれぞれ比較する複数のコ
ンパレータ回路と、あるコンパレータ回路と他の全ての
コンパレータ回路との論理和をとる複数の論理和回路と
、前記それぞれの論理和回路の出力を入力して各放電管
の放電を発振／停止する禁止回路を有する放電制御回路
とを備えた炭酸ガスレーザ制御装置。
（４）複数のコンパレータ回路の前段にオン時間または
オフ時間遅延回路を設けたことを特徴とする請求項（３
）記載の炭酸ガスレーザ制御装置。
（５）基準値設定回路の基準値を、連続モードとパルス
モードとで切り替える手段を備えたことを特徴とする請
求項（３）または（４）記載の炭酸ガスレーザ制御装置
。
（６）高周波出力を放電管に注入し、高周波放電によっ
て励起されたガス媒質からレーザ光を発生させる複数の
放電管を備えた高周波励起式炭酸ガスレーザ制御装置に
おいて、各放電管の高周波電力の大きさをそれぞれ検出
する複数の高周波電力検出回路と、高周波電力の基準値
を設定する基準値設定回路と、前記各高周波電力検出回
路と前記基準値設定回路の出力とをそれぞれ比較する複
数のコンパレータ回路と、あるコンパレータ回路と他の
全てのコンパレータ回路との論理和をとる複数の論理和
回路と、前記それぞれの論理和回路の出力を入力して各
放電管の放電を発振／停止する禁止回路を有する放電制
御回路とを備えた炭酸ガスレーザ制御装置。
（７）複数のコンパレータ回路の前段にオン時間または
オフ時間遅延回路を設けたことを特徴とする請求項（６
）記載の炭酸ガスレーザ制御装置。
（８）基準値設定回路の基準値を、連続モードとパルス
モードとで切り替える手段を備えたことを特徴とする請
求項（６）または（７）記載の炭酸ガスレーザ制御装置
。