专利名称：高频放电激励气体激光振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于例如激光加工机的、通过脉冲指令控制的激光电源向放电管供给电功率的高频放电激励气体激光振荡器。
背景技术：
一般，在使用高频放电激励气体激光振荡器的激光加工中，在进行高质量的打孔加工或者稳定的切断加工时，使用脉冲指令控制的脉冲输出的激光进行加工。这是因为，如从图4所示的放电管温度和尖峰(peak)输出指令值的关系可知，与CW输出指令时相比在脉冲输出指令时能够使尖峰输出值更高。即，是由于以下原因放电管破坏的温度T伴随尖峰输出值的增大而上升，但是与CW输出指令时(直线A)的平均输出比，在脉冲输出指令时(直线B)的平均输出小，放电管的温度上升小，在放电管破坏的温度T下，能够使脉冲输出指令时的尖峰输出指令值Pb比CW输出指令时的尖峰输出指令值Pa高。
另一方面，如尖峰输出指令值升高，超过放电管的破坏温度T，则激光电源的MOSFET的功率元件由于过电功率损坏，或者由于发热放电管损坏。因此，尖峰输出指令值受驱动放电管的激光电源的容量、和放电管的耐电功率限制。
在高频放电激励气体激光振荡器中，作为控制脉冲输出指令值的装置的现有一例，在特公平6-44653号公报(JP-B-6-44653)、特开平11-233862号公报(JP-A-11-233862)、特开平10-229233号公报(JP-A-10-229233)、特开2000-126879号公报(JP-A-2000-126879)中记载。
在特公平6-44653号公报中，公开了一种激光控制装置，其具有独立控制脉冲的平均输出值和尖峰输出指令值的结构、使对应加工条件调整脉冲输出较容易、而且能够进行稳定的激光加工。
在特开平11-233862号公报中，公开了一种激光电源，其具有如下单元在把直流变换为高频交流的RF逆变器(inverter，)和激光振荡器之间设置的电流检测单元；比较检测到的电流和三角波的控制单元；以及如果三角波达到电流限制动作点则使脉冲宽度变窄的脉冲宽度调制电路，该激光电源能够在过负荷时降低电流保护电源。
在特开平10-229233号公报中，公开了一种激光电源供给装置，其具有根据脉冲指令时的脉冲波形的时间宽度和输出指令值的关系，为了避免元件等发热的问题设定限幅器(limiter)曲线的单元；重新排列从脉冲波形得到的各脉冲要素的单元；判断脉冲要素是否在限幅器曲线内的单元；以及修正脉冲波形以使脉冲要素进入限幅器曲线内的单元，该激光电源供给装置能够不做无用功迅速进行脉冲波形的修正。
在特开2000-126879号公报中，公开了一种激光加工装置，其具有使用设定脉冲宽度指令和尖峰输出指令的关系的变换表来变更脉冲宽度的单元；以及根据设定值修正脉冲宽度的单元，该激光加工装置能够把脉冲输出控制为一定。
但是，在特公平6-44653号公报以及特开平11-233862号公报中公开的装置，在加工条件等变化时，通过使脉冲宽度变窄等来保持脉冲输出一定，但是不提供提高脉冲输出的技术。
特开平10-229233号公报公开的装置，对于脉冲指令的频率或占空比(duty)、激光器的固体差等各种脉冲指令条件，很难仅用脉冲指令的时间宽度和输出指令值设定正确的限幅器曲线，实际上必须设定具有十分大的余量(margin)的限幅器曲线，存在脉冲输出比实际上限值低设定的倾向，对于提高脉冲输出有限度。另外，因为为了设定限幅器曲线要使用运算单元，所以存在引起装置结构复杂化的问题。
特开2000-126879号公报公开的装置，对于脉冲指令的频率或占空比、激光器的固体差等各种脉冲指令条件，很难仅用脉冲指令的时间宽度和输出指令值设定正确的变换表，实际上必须设定具有十分大的余量的变换表。因此，脉冲输出依赖变换表的精度，为了使脉冲输出接近上限值要有限度。另外，脉冲输出的精度依赖检测器的性能，在可高速应答的检测器时存在价格升高的难点。因为使用变换表等运算单元，也存在装置结构复杂化的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题提出，其目的在于，提供一种高频放电激励气体激光振荡器，其不会因高热产生放电管等单元的损伤，通过有效利用比现有的最大输出指令高的指令区域能够以比较简单的结构来提高脉冲指令时的激光输出。
为实现上述目的，本发明的第一形态是从脉冲指令控制的激光电源接受电功率供给的高频放电激励气体激光振荡器，具有电功率检测单元和脉冲指令控制单元，该电功率检测单元检测从所述激光电源对放电管的供给电功率，该脉冲指令控制单元位于所述激光电源的上流侧，并比较根据放电管温度和供给电功率的关系求得的供给电功率的允许上限值与通过所述电功率检测单元检测到的实际的所述供给电功率，在该供给电功率比所述允许上限值高时停止向所述放电管的脉冲指令值，根据所述允许上限值设定脉冲指令值。
根据本发明的形态，通过由电功率检测单元检测从激光电源向放电管的供给电功率，由脉冲指令控制单元在实际的供给电功率比允许上限值高时停止向放电管的脉冲指令值，根据允许上限值设定脉冲指令值，能够在不超过放电管的破坏温度的界限之前提高脉冲输出。因此，不会因高热产生放电管等单元的损伤，通过有效利用比现有的最大输出指令高的指令区域，能够以比较简单的结构来提高脉冲指令时的激光输出。
另外，本发明的其他的形态提供一种高频放电激励气体激光振荡器，其中，所述激光电源具有直流电源部和位于该直流电源部的下流侧的高频电源部，所述电功率检测单元检测从所述直流电源部向所述高频电源部的供给电功率。
根据本发明的该形态，通过检测从直流电源部向高频电源部的供给电功率，与检测通过高频电源部供给电功率的情况相比，能够把检测电路的动作频率、动作电压抑制得较低，容易地构成电功率检测单元。
本发明的上述以及其他的目的、特征以及优点，通过下面关联附图的优选的实施方式的说明会更加明了，附图中，图1是表示本发明的高频放电激励气体激光振荡器的第一实施方式的结构图，图2是表示放电管温度和供给电功率的关系的图，图3是表示本发明的高频放电激励气体激光振荡器的第二实施方式的结构图，以及图4是表示放电管温度和尖峰输出指令值的关系的图。
具体实施例方式
下面使用附图详细说明本发明的实施方式。图1表示本发明的高频放电激励气体激光振荡器的第一实施方式。
如图1所示，本实施方式的高频放电激励气体激光振荡器1具有振荡器本体2、向放电激励激光7的放电管3a、3b供给电功率的激光电源15、检测从激光电源15给放电管3a、3b的供给电功率的RF电功率检测电路(电功率检测单元)18、控制对放电管3a、3b的脉冲指令值的脉冲指令控制电路(指令控制单元)19，根据放电管温度和供给电功率的关系求供给电功率的允许上限值W(参照图2)，比较该允许上限值W和检测出的实际的供给电功率，控制向放电管3a、3b的脉冲输出指令值以使实际的供给电功率不超过允许上限值W。
图2表示放电管温度和向放电管3a、3b的供给电功率的关系。该图表示放电管破坏温度T依赖供给电功率，而不依赖振荡形态。即在CW输出指令时和脉冲输出指令时均成为相同的温度特性，另外，不管脉冲输出指令值、频率、占空比等各种指令条件都成为相同的温度特性，意味着在达到放电管3a、3b的破坏温度T时的供给电功率W与指令条件无关而为恒定。
因此，在脉冲指令时，检测从激光电源15向放电管3a、3b的供给电功率，根据该供给电功率，通过固定脉冲输出指令值，能够防止放电管3a、3b等单元破损故障的发生。在固定脉冲输出指令值时，通过根据允许上限值W设定脉冲指令值，不需要复杂的结构，能够有效利用比现有的最大输出指令高的指定区域，能够提高激光输出。
说明本实施方式的高频放电激励气体激光振荡器1的结构。如图1所示，振荡器本体2具有未图示的激光气体控制系统、以及通过激光气体控制系统接受激光气体4的供给的两个放电管3a、3b。激光气体控制系统进行向放电管3a、3b的激光气体4的供给以及从放电管3a、3b的激光气体4的排出。
放电管3a、3b具有像要夹持该放电管3a、3b那样在外侧配置的一对放电电极3c、3d，配置在光共振器内。在放电电极3c、3d中优选使用以相同尺寸适当涂敷。在放电电极3c、3d上连接激光电源15，向放电管3a、3b供给与来自脉冲指令控制电路19的电流指令值对应的高频电流。
在振荡器本体2的一端设置没有部分透过性的后镜(共振器内部镜)5，在另一端设置输出镜6。后镜5是用反射率99.5％的锗制的反射镜，输出镜6是用反射率65％的硒化锌(ZnSe)制的反射镜。两反射镜5、6构成稳定型共振器，放大从激励的激光气体分子放出的10.6μm的光，把一部分从输出镜6作为激光7向外部输出。
在振荡器本体2的内部，配置通过冷却器8a、8b循环激光气体4的作为送风器9的涡轮鼓风机。冷却器8a用于冷却由于放电成为高温的激光气体4，冷却器8b用于除去由送风器9产生的压缩热。
振荡器本体2还具有快门(shutter)10。快门10用表面镀金的铜板构成，通过快门控制电路11根据处理器12的指令开闭。在快门10关闭时，反射从输出镜6输出的激光7。被反射的激光7由光束吸收器13吸收。另外在快门10打开时，激光7被输出到激光振荡器1的外部。
激光电源15由DC电源部(直流电源部)16和RF电源部(高频电源部)17构成。DC电源部16，在整流商用电源后，进行转换动作变换为直流。RF电源部17，把直流变换为2MHz的高频交流，根据来自脉冲指令控制电路19的脉冲输出指令向放电管3a、3b供给高频电流。在放电管3a、3b的内部，激光气体4循环，通过从激光电源15施加高频电压产生放电，激励激光气体4。
RF电功率检测电路18，被设置在RF电源部17和放电管3a、3b之间在激光电源5的内部，并监视向放电管3a、3b的供给电功率。通过RF电功率检测电路18，把高频电功率变换为低电压，把对放电管3a、3b的电功率监视值反馈给脉冲指令控制电路19。该RF电功率检测电路18由RF电源部17的输出电压值和输出电流值的乘法电路构成。此外，分别检测RF电源部17的输出电压和输出电流的电功率监视值，在向脉冲指令控制电路19或者CPU12反馈后进行乘法处理，变换成电功率监视值，也能同样的效果。
脉冲指令控制电路19，被配置在激光电源15和CPU12之间，接受从CPU12来的指令来控制激光电源15。在脉冲指令控制电路19中，对由RF电功率检测电路18检测到的电功率监视值进行信号处理，把信号处理后的电功率监视值与根据图2所示的放电管温度和供给电功率的关系求得的供给电功率的允许上限值W进行比较，在电功率监视值大于等于允许上限值W时，固定向放电管3a、3b的电流指令，代替电功率监视值，根据允许上限值W输出脉冲输出指令。
因此，能够防止由于从激光电源15向放电管3a、3b的电功率的供给使放电管温度超过破坏温度，并且能够在到放电管破坏温度T的界限之前提高激光输出，从而能够以高质量进行高能效率的加工。
下面根据图3说明本发明的高频放电激励气体激光振荡器1A的第二实施方式。本实施方式在DC电源部16和RF电源部17之间设置DC电功率检测电路20这点与在RF电源部17的下流侧设置RF电功率检测电路18的第一实施方式不同。此外，对于本实施方式和第一实施方式的相同结构部分，赋予相同符号，省略说明。
DC电功率检测电路20，检测从DC电源部16向放电管3a、3b的供给电功率，向脉冲指令控制电路19反馈电功率监视值。脉冲指令控制电路19对由DC电功率检测电路20检测到的电功率监视值进行信号处理，把信号处理后的电功率监视值与根据图2所示的放电管温度和供给电功率的关系求得的供给电功率的允许上限值W进行比较，在电功率监视值大于等于允许上限值W时，固定向放电管3a、3b的电流指令，代替电功率监视值，根据允许上限值W输出脉冲输出指令。
DC电功率与RF电功率相比，由于其动作频率、动作电压低，所以具有容易构成电功率检测电路20的优点。另外，DC电功率检测电路20，由DC电源部16的输出电压值和输出电流值的乘法电路构成，但是分别检测DC电源部16的输出电压和输出电流的电功率监视值，向脉冲指令控制电路19或者CPU12反馈后进行乘法处理，变换为电功率监视值，也能得到同样的效果。
综上所述，根据第一、第二实施方式，在能够防止由于高热引起的放电管3a、3b等单元的损伤的同时，通过有效利用比现有的最大输出指令高的指令区域，能够以比较简单的结构，在不超过放电管3a、3b的破坏温度T的界限之前提高激光输出。由此，能够稳定地进行高质量·高能效率的加工。
以上关联本发明的优选实施方式说明了本发明，但是本领域技术人员应当了解，在不超出后述的权利要求范围所公开的范围可以进行各种修改及变更。
权利要求
1.一种高频放电激励气体激光振荡器(1)，其从脉冲指令控制的激光电源(15)接受电功率供给，其特征在于，具有电功率检测单元(18)，其检测从所述激光电源(15)向放电管(3a，3b)的供给电功率；和脉冲指令控制单元(19)，其位于所述激光电源(15)的上流侧，并比较根据放电管温度和供给电功率的关系求得的供给电功率的允许上限值与通过所述电功率检测单元(18)检测到的实际的所述供给电功率，在该供给电功率比所述允许上限值高时停止向所述放电管(3a，3b)的脉冲指令值，根据所述允许上限值设定脉冲指令值。
2.根据权利要求1所述的高频放电激励气体激光振荡器(1A)，其中，所述激光电源(15)具有直流电源部(16)和位于该直流电源部(16)的下流侧的高频电源部(17)，所述电功率检测单元(18)检测从所述直流电源部(16)向所述高频电源部(17)的供给电功率。
全文摘要
一种高频放电激励气体激光振荡器，其从脉冲指令控制的激光电源接受电功率供给，并具有电功率检测单元和脉冲指令控制单元，该电功率检测单元检测从激光电源对放电管的供给电功率，该脉冲指令控制单元位于激光电源的上流侧，比较根据放电管温度和供给电功率的关系求得的供给电功率的允许上限值与通过电功率检测单元检测到的实际的所述供给电功率，在供给电功率比允许上限值高时停止向放电管的脉冲指令值，根据允许上限值设定脉冲指令值。
文档编号H01S3/097GK1921241SQ200610121838
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月24日 优先权日2005年8月25日
发明者江川明, 安藤稔, 池本肇 申请人:发那科株式会社