激光加工装置制造方法及图纸

当ＩＧＢＴ导通时，来自激光器电源单元的电流经过开关元件提供到激光振荡单元中的激发灯使之发光，振荡输出激光束ＬＢ。开关控制单元利用来自激光输出测量单元的输出ＳＬ作为主反馈信号，及利用来自功率计算电路的灯功率测量值信号ＳＰ的或者来自电流测量电路的电流测量值信号ＳＩ中的交流分量ＳＰｃ（ＳＩｃ）作为用于校正的辅助反馈信号。开关控制单元将反馈信号与来自ＣＰＵ具有预期脉冲波形的基准信号相比较，以得到比较误差。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种波形可控的激光加工装置。直到现在，在通过向工件照射脉冲激光束实现激光加工例如焊接、切割等的激光加工装置中，利用可变控制脉冲激光的输出激光的脉冲波形技术，以满足各种加工要求。图6表示常规的波形可控的激光加工装置的主要结构。该激光加工装置包含激光振荡单元100、激光器电源单元102和控制单元104。激光器电源单元102经过通常由晶体管构成的开关元件106电连接到激光振荡单元100的激发光源(未示出)，可由控制单元104对开关元件106进行的反馈开关控制，来控制激光器电源单元102向所述激发光源提供的直流功率或电流波形。激光振荡单元100利用从激发光源发出的激发光的能量激励固态激光器介质(未示出)，以便振荡输出具有可控激光输出(光强)波形的激光束LB。为了实现上述激光输出波形控制，控制单元104包含激光输出测量单元108，用于测量激光束LB的输出；以及开关控制单元112，用于根据来自激光输出测量单元108的激光输出信号测量值ML的反馈信号和来自基准信号发生单元110的基准信号Mref之间的误差对开关元件106进行开关控制。在开关控制单元112中，由运算放大器114、输入电阻116和118以及反馈电阻120组成的误差放大器122，将两个信号ML和Mref的电平相比较，以产生代表其间误差或差的误差信号ER。以及一PWM(脉宽调制)电路124产生预定频率的PWM信号MW，该信号的脉宽与误差信号相适应。PWM信号MW作为一开关控制信号经过驱动电路126提供到开关元件106。在上述激光加工装置中，激光束LB的输出相对于用于波形控制从PWM电路124馈送到开关元件106的开关控制信号MW，可以具有很大程度的相位滞后，例如多达180°。由于这一理由，为了稳定波形控制反馈回路，与运算放大器114的反馈电路中的电阻120相并联配置一相位补偿电路，该相位补偿电路由串联的电容128和电阻130组成，以便加强特别是高频分量的负反馈，以此补偿大的相位滞后，几乎能够将如上所述的相位反相。然而，这可能导致降低误差放大器122的增益，特别是高频分量的增益。由于这一理由，当激光束LB上升时，两个激光输出测量值信号ML和基准信号Mref往往包含很多高频分量，使得关于各对应高频分量之间的误差(或差)的误差信号ER的增益或灵敏度随PWM电路124响应速度的降低而变低。这可能经常导致激光输出缓慢上升，如在图7A到7C中所示，以及由于其反应导致过冲，降低波形控制的精确度和可靠性。此外，从激光加工质量的观点出发，这也是不希望有的。根据在先技术存在的这些问题提出本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供一种提高激光输出波形控制的精确度或可靠性的激光加工装置。本专利技术的另目的是提供一种提高激光输出上升特性的激光加工装置。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种功率反馈型激光加工装置，具有激光振荡单元，用于利用从激发光源发出的激发光的能量激励固态激光器介质，以便振荡输出激光，激光器电源单元向所述激发光源供电，以及激光输出测量单元测量激光输出，根据反馈信号和预设的基准值之间的误差控制激光输出，所述反馈信号是来自所述激光输出测量单元的激光器功率测量值，所述激光加工装置包含功率测量单元，用于测量向激发光源提供的功率，其中利用代表来自所述功率测量单元的功率测量信号的交流分量校正所述反馈信号，以便控制激光输出。在上述结构中，利用基本上与控制信号同相的功率测量值信号的交流分量，校正其相位相对于控制信号明显滞后的激光输出测量值信号或反馈信号，以此，该反馈信号能够进行相位补偿，以稳定功率反馈回路。另一方面，可以利用功率测量值信号的高频分量校正基准值，以控制激光输出。另外，可以这样配置，取代功率测量装置提供电流测量装置，用于测量提供到激发光源的电流，使得可以利用来自功率测量装置代表功率测量值的信号的高频分量校正该反馈信号，以控制激光输出。作为一种替代方案，可以利用功率测量值信号的交流分量校正该基准值，以控制激光输出。最好，本专利技术的激光加工装置还包含开关装置，其连接在所述激光器电源单元和所述激发光源之间；以及开关控制装置，用于按照预定频率通过脉宽调制对所述开关装置进行开关控制。最好，该开关装置还包含加法器，其将测量值信号的交流分量加到反馈信号上；运算放大器，其将来自所述加法器的输出信号与所述基准值相比较，以放大其间的误差信号；以及电容器，配置在所述运算放大器的反馈电路中，用于相位补偿。另外，该开关装置可以包含减法器，其从所述基准值中减去测量值信号的交流分量；运算放大器，其将来自减法器的输出信号与所述基准值相比较，以放大其间的误差信号；以及电容器，配置在所述运算放大器的反馈电路中，用于相位补偿。在本专利技术中，利用功率测量值信号或电流测量值信号的交流分量，补偿反馈信号的相位以便稳定功率反馈回路，其结果是，以此使得形成构成误差放大器的运算放大器的快速响应的频率特性，进行稳定的和快速响应的激光输出波形控制。根据结合附图的如下详细说明本专利技术的上述和其它目的、方面、特征和优点将变得更明显，其中附图说明图1是表示根据本专利技术的一个实施例的激光加工装置主要结构的方块图；图2是表示在该实施例的激光加工装置中包含的开关控制单元示范性结构的电路图；图3是表示在该实施例的开关控制单元包含的误差放大器频率特性与常规实例比较的示意图；图4A到4C是表示在该实施例的激光加工装置的各个部分的波形示意图；图5是表示在该实施例的一种变更开关控制单元的电路图；图6是表示常规激光加工装置的主要结构的方块图；图7A到7C是表示在常规激光加工装置的各个部分的波形示意图。下面参照附图1到5进行说明，这些附图以非限定性方式表示了目前的本专利技术的优选实施例。图1表示根据本专利技术的一个实施例的激光加工装置主要结构的方块图。该激光加工装置包含激光振荡单元10、激光器电源单元12和激光器冷却单元14和控制单元15。激光振荡单元10包含用作激发光源的激发灯20和用作激发介质的YAG棒22，这两者配置在小室18内；以及配置在小室18之外位于YAG棒22光轴上的一对反射镜24和26。激发灯20点亮并发出激发光时，利用激发光的能量激励YAG棒22。从YAG棒22的相反两端沿光轴发射的光由于光谐振器反射镜24和26之间的放大作用反复反射，然后以脉冲激光束LB的形式传输通过输出反射镜24。在传输通过输出反射镜24之后，脉冲激光束LB经过例如由反射镜和光纤组成的光传输系统(未示出)发送到激光输出单元，该激光输出测量单元位于激光加工部位并从激光输出单元照射到工件(未示出)。激光器电源单元12包含一电容128，用于存储要提供到激光振荡单元10的激光振荡能量；以及一充电电路30，其用于将工业AC(交流)例如3相AC电源电压(U,V,W)整流为DC(直流)，以向电容28充电直到预定DC电压。激光器电源单元12即电容28的一端经过开关元件例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)32电连接到激发灯20。激光器冷却单元14用于将由激光振荡单元10中的激发灯20和YAG棒22产生的热量排放到外部，并且向激光振荡单元10提供致冷剂例如温度可控的冷却水CW。控制单元16包含一CPU(微处理器)34，用于对整个装置和其中的每个单元的工作进行控制；存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率反馈型激光加工装置，具有激光振荡单元，用于利用从激发光源发出的激发光的能量激励固态激光器介质，以便振荡输出激光，激光器电源单元向所述激发光源供电，以及激光输出测量单元测量激光输出，根据反馈信号和预设的基准值之间的误差控制激光输出，所述反馈信号是来自所述激光输出测量单元的激光器功率测量值，所述激光加工装置包含：功率测量单元，用于测量向所述激发光源提供的功率，其中利用代表来自所述功率测量单元的功率测量信号的交流分量校正所述反馈信号，以便控制激光输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：牛增强，川村浩二，
申请(专利权)人：宫地技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]