特許 7576737 異常検出装置及びそれを備えたレーザ発振器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】異常検出装置及びそれを備えたレーザ発振器

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/165 20060101AFI20241025BHJP

【ＦＩ】

G01R19/165 Q

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022533927

(86)(22)【出願日】2021-06-24

(86)【国際出願番号】 JP2021023890

(87)【国際公開番号】W WO2022004539

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-12-13

(31)【優先権主張番号】P 2020112830

(32)【優先日】2020-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】仲井 俊介

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－５１９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－２２９９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平２－１２９１３７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１１－２７１３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－５３２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１８３９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－９２２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５２８９１６６（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００４－２４１６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５６９１６８０（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １９／００

Ｇ０１Ｒ ３１／００

Ｈ０１Ｓ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流の供給電圧の異常を検出する異常検出装置であって、
前記供給電圧を整流して得た直流電圧の振幅と、所定のサンプリング期間特定用閾値との比較結果を出力するサンプリング期間特定用コンパレータと、
前記サンプリング期間特定用コンパレータの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値となるときの前記直流電圧をデジタル値に変換するサンプリングを行い、当該サンプリングにより得たデジタル値が所定の電圧値異常条件を満たす場合に異常を検出するコンピュータとを備えていることを特徴とする異常検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の異常検出装置において、
前記サンプリング期間特定用設定値は、前記直流電圧の振幅が前記サンプリング期間特定用閾値を超えるときの前記サンプリング期間特定用コンパレータの出力であり、
前記電圧値異常条件は、前記デジタル値の絶対値が前記サンプリング期間特定用閾値よりも大きい所定の異常検出用閾値を所定の基準回数以上超えるという条件であることを特徴とする異常検出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の異常検出装置において、
前記基準回数は、２回以上であることを特徴とする異常検出装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の異常検出装置において、
前記直流電圧の振幅と、所定の計測時間特定用閾値との比較結果を出力する計測時間特定用コンパレータをさらに備え、
前記コンピュータは、前記計測時間特定用コンパレータの出力が、継続して所定の計測時間特定用設定値となる時間を計測し、計測時間が所定の時間異常条件を満たした場合にも異常を検出することを特徴とする異常検出装置。

【請求項5】

請求項４に記載の異常検出装置において、
前記計測時間特定用設定値は、前記直流電圧の振幅が前記計測時間特定用閾値を下回るときの前記計測時間特定用コンパレータの出力であり、
前記時間異常条件は、前記計測時間が所定の設定時間以上であるという条件であることを特徴とする異常検出装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の異常検出装置において、
三相交流の相電圧に対応して設けられ、前記相電圧を前記供給電圧として整流することにより直流電圧を得る３つの単相整流回路と、
３つの前記直流電圧に対応して設けられた３つの前記サンプリング期間特定用コンパレータとを備え、
前記コンピュータは、３つの前記直流電圧に対し、対応する前記サンプリング期間特定用コンパレータの出力が前記サンプリング期間特定用設定値となるときの値をデジタル値に変換するサンプリングを行い、当該サンプリングによって取得した３つのデジタル値のうちの少なくとも１つが前記電圧値異常条件を満たす場合に異常を検出することを特徴とする異常検出装置。

【請求項7】

請求項６に記載の異常検出装置と、
前記三相交流に対して電力変換を行うことにより、駆動電流を出力する電力変換装置と、
前記電力変換装置によって出力された駆動電流に応じたレーザ光を出射するレーザ装置とを備え、
前記コンピュータは、前記異常を検出した場合に、前記駆動電流の出力を停止するように前記電力変換装置を制御することを特徴とするレーザ発振器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、交流の供給電圧の異常を検出する異常検出装置及びそれを備えたレーザ発振器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示された異常検出装置は、コンデンサを備え、三相交流の供給電圧を供給する三相交流電源に停電、欠相等の異常が発生したときに前記コンデンサに充放電を繰り返させて徐々にその電圧を低下させる。そして、前記コンデンサの電圧が基準電圧よりも低くなったときに異常を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３８５８８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の異常検出装置は、徐々に低下するコンデンサの電圧に基づいて異常を検出するので、異常の発生から検出までにかかる時間が長くなる。

【0005】

そこで、三相交流の供給電圧をサンプリングし、当該サンプリングによって取得したデジタル値に基づいて異常を検出するコンピュータを、異常検出装置に設けることが考えられる。しかし、このようにする場合、コンピュータが全時間分の供給電圧をサンプリングするので、コンピュータの負荷が大きくなる。

【0006】

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンピュータの負荷の増大を抑制しつつ、異常の発生から検出までにかかる時間を短縮することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、交流の供給電圧の異常を検出する異常検出装置であって、前記供給電圧を整流して得た直流電圧の振幅と、所定のサンプリング期間特定用閾値との比較結果を出力するサンプリング期間特定用コンパレータと、前記サンプリング期間特定用コンパレータの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値となるときの前記直流電圧をデジタル値に変換するサンプリングを行い、当該サンプリングにより得たデジタル値が所定の電圧値異常条件を満たす場合に異常を検出するコンピュータとを備えていることを特徴とする。

【0008】

この態様によると、コンピュータが、直流電圧のサンプリングにより得たデジタル値に基づいて異常を検出するので、特許文献１のように徐々に低下するコンデンサの電圧に基づいて異常を検出する場合に比べ、異常の発生から検出までにかかる時間を短縮できる。

【0009】

また、コンピュータが、サンプリング期間特定用コンパレータの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値となるときの直流電圧だけをサンプリングすればよいので、全時間分の供給電圧をサンプリングする場合に比べ、コンピュータの負荷を削減できる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、コンピュータの負荷の増大を抑制しつつ、異常の発生から検出までにかかる時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るレーザ発振器を示すブロック図である。

【図2】図２は、異常検出装置及び電力変換装置を示すブロック図である。

【図3】図３は、単相整流回路の回路図である。

【図4A】図４Ａは、異常検出装置に入力される相電圧の振幅が大きい場合における相電圧の波形を例示する図である。

【図4B】図４Ｂは、図４Ａに対応する直流電圧の波形を示す図である。

【図5A】図５Ａは、異常検出装置に入力される相電圧の振幅が小さい場合における図４Ａ相当図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａに対応する直流電圧の波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態について図面に基づいて説明する。

【0013】

図１は、本開示の実施形態に係るレーザ発振器１を示す。このレーザ発振器１は、電力変換装置１０と、異常検出装置２０と、レーザ装置４０と、出力装置５０と、システム制御装置６０とを備えている。

【0014】

電力変換装置１０は、商用電源２からブレーカ３を介して入力される三相交流に対して電力変換を行うことにより、駆動電流を出力する。具体的には、電力変換装置１０は、三相全波整流回路１１と、三相全波整流回路１１の出力に接続された平滑コンデンサ１２と、当該平滑コンデンサ１２の電圧が入力されるインバータ回路１３とを備えている。

【0015】

異常検出装置２０は、商用電源２からブレーカ３を介して入力される三相交流の３つの供給電圧としての相電圧の異常を検出し、異常の検出時には、駆動電流の出力を停止するように電力変換装置１０のインバータ回路１３を制御するとともに、異常検出信号ＳＡＤを出力する。

【0016】

ここで、異常検出装置２０の詳細な構成について、図２を参照して説明する。

【0017】

異常検出装置２０は、３つの単相整流回路２１ａ～２１ｃと、サンプリング期間特定用閾値設定部２２と、３つのサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃと、計測時間特定用閾値設定部２４と、３つの計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃと、コンピュータ２６とを備えている。

【0018】

３つの単相整流回路２１ａ～２１ｃは、商用電源２からブレーカ３を介して入力される三相交流の相電圧に対応して設けられている。各単相整流回路２１ａ～２１ｃは、対応する相電圧を整流することにより直流電圧を得る。

【0019】

単相整流回路２１ａ～２１ｃは、例えば図３に示すように、４つのダイオード２７ａ～２７ｄを有するブリッジ回路２７と、当該ブリッジ回路２７と並列に接続された抵抗２８とを有している。

【0020】

サンプリング期間特定用閾値設定部２２は、ユーザ入力により設定される所定のサンプリング期間特定用閾値ＳＴＨ（図４Ｂ参照）を記憶する。

【0021】

３つのサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃは、それぞれ、３つの単相整流回路２１ａ～２１ｃにより出力される３つの直流電圧に対応して設けられている。各サンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃは、対応する直流電圧の振幅と、前記サンプリング期間特定用閾値設定部２２に記憶されたサンプリング期間特定用閾値ＳＴＨとの比較結果を出力する。

【0022】

計測時間特定用閾値設定部２４は、ユーザ入力により設定される所定の計測時間特定用閾値ＭＴＨ（図４Ｂ及び図５Ｂ参照）を記憶する。

【0023】

３つの計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃは、それぞれ、３つの単相整流回路２１ａ～２１ｃにより出力される３つの直流電圧に対応して設けられている。各計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃは、それぞれ、対応する直流電圧の振幅と、計測時間特定用閾値設定部２４に記憶された計測時間特定用閾値ＭＴＨとの比較結果を出力する。

【0024】

コンピュータ２６は、過大検出部２６ａと、過小検出部２６ｂと、通信部２６ｃと、電流制御部２６ｄとを有している。コンピュータ２６は、マイクロコンピュータである。

【0025】

過大検出部２６ａは、前記３つの直流電圧に対し、対応するサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値となるときの値（アナログ値）をデジタル値に変換するサンプリングを行う。具体的には、過大検出部２６ａは、サンプリング対象の直流電圧に対応するサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値になったときにサンプリングを開始し、当該出力が変わらなければ、サンプリングを継続する一方、当該出力が変わるとサンプリングを終了する。ここで、サンプリング期間特定用設定値は、前記直流電圧の振幅が前記サンプリング期間特定用閾値ＳＴＨを超えるときのサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃの出力である。

【0026】

そして、過大検出部２６ａは、前記サンプリングによって取得した３つのデジタル値のうちの少なくとも１つが、所定の電圧値異常条件を満たす場合に異常を検出する。電圧値異常条件は、デジタル値の絶対値が所定の異常検出用閾値ＡＴＨ（図４Ｂ参照）を所定の基準回数以上超えるという条件である。ここで、異常検出用閾値ＡＴＨは、ユーザ入力によりサンプリング期間特定用閾値ＳＴＨよりも大きく設定される。基準回数は、３回に設定される。基準回数は、固定値としてもよいし、ユーザ入力によって設定されるようにしてもよい。

【0027】

過小検出部２６ｂは、前記３つの計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃの出力に対し、継続して所定の計測時間特定用設定値となる時間の計測を行う。具体的には、過小検出部２６ｂは、測定対象の計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃの出力が所定の計測時間特定用設定値になったときに時間の計測を開始し、当該出力が変わらなければ計測を継続する一方、当該出力が変わると計測時間を０にリセットする。そして、過小検出部２６ｂは、３つの計測時間のうちの少なくとも１つが所定の時間異常条件を満たした場合に異常を検出する。なお、過小検出部２６ｂは、異常を検出したときにも、計測時間を０にリセットする。計測時間特定用設定値は、直流電圧の振幅が計測時間特定用閾値ＭＴＨを下回るときの計測時間特定用コンパレータ２５ａ～２５ｃの出力である。時間異常条件は、計測時間が所定の設定時間ＳＴ（図５Ｂ参照）以上であるという条件である。設定時間ＳＴは、相電圧（供給電圧）の２周期に設定されている。設定時間ＳＴは、１周期又は３周期以上の期間に設定してもよい。また、設定時間ＳＴは、固定値であってもよいし、ユーザ入力によって設定されるようにしてもよい。

【0028】

通信部２６ｃは、過大検出部２６ａ及び過小検出部２６ｂのうちの少なくとも一方によって異常が検出された場合に、異常検出信号ＳＡＤをシステム制御装置６０に出力する。

【0029】

電流制御部２６ｄは、過大検出部２６ａ及び過小検出部２６ｂのうちの少なくとも一方によって異常が検出された場合に、駆動電流の出力を停止するように電力変換装置１０のインバータ回路１３を制御する。

【0030】

レーザ装置４０は、互いに直列に接続された複数のレーザ共振器（レーザダイオードバー）４１と、レーザ共振器４１から出力される光を結合させて出射するコンバイナ（回折格子）４２とを備えている。レーザ共振器４１は、電力変換装置１０により出力された駆動電流によって駆動される。したがって、レーザ装置４０は、電力変換装置１０によって出力された駆動電流に応じたレーザ光を出射する。

【0031】

出力装置５０は、システム制御装置６０から異常通知信号ＳＡＮを受信したときに光を出力するＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。

【0032】

システム制御装置６０は、レーザ装置４０を常時制御する。また、システム制御装置６０は、異常検出装置２０によって異常検出信号ＳＡＤが出力されたときに、異常通知信号ＳＡＮを出力装置５０に送信する。

【0033】

上述のように構成されたレーザ発振器１では、異常検出装置２０の１つの単相整流回路２１ａに、図４Ａに示す相電圧が入力されると、当該単相整流回路２１ａは、図４Ｂに示すような直流電圧を出力する。対応するサンプリング期間特定用コンパレータ２３ａの出力は、図４Ｂ中符号ＳＳに示す時点で、直流電圧の振幅がサンプリング期間特定用閾値ＳＴＨを超えることを示す出力、すなわちサンプリング期間特定用設定値となる。したがって、過大検出部２６ａは、図４Ｂ中符号ＳＳで示す時点で、直流電圧をデジタル値に変換するサンプリングを開始し、当該サンプリングにより得たデジタル値が異常検出用閾値ＡＴＨを３回超えるという電圧値異常条件を満たす場合に異常を検出する。図４Ｂの例では、符号ＡＤで示す時点で、過大検出部２６ａが異常を検出し、電流制御部２６ｄの制御によりインバータ回路１３が駆動電流の出力を停止する。また、通信部２６ｃが異常検出信号ＳＡＤを出力し、システム制御装置６０が異常通知信号ＳＡＮを出力装置５０に送信し、出力装置５０が光を出力する。他の２つの単相整流回路２１ｂ，２１ｃに図４Ａに示す相電圧が入力された場合にも、対応するサンプリング期間特定用コンパレータ２３ｂ，２３ｃの出力に基づいて、異常検出装置２０のコンピュータ２６、電力変換装置１０、出力装置５０及びシステム制御装置６０が同様の動作を行う。

【0034】

異常検出装置２０がこのような動作を行うので、サンプリング期間特定用閾値ＳＴＨ及び異常検出用閾値ＡＴＨを適当に設定することにより、相電圧及び直流電圧の振幅が大き過ぎる場合に、過大検出部２６ａに異常を検出させることができる。

【0035】

また、コンピュータ２６が、直流電圧のサンプリングにより得たデジタル値に基づいて異常を検出するので、特許文献１のように徐々に低下するコンデンサの電圧に基づいて異常を検出する場合に比べ、異常の発生から検出までにかかる時間を短縮できる。

【0036】

また、コンピュータ２６が、サンプリング期間特定用コンパレータ２３ａ～２３ｃの出力が所定のサンプリング期間特定用設定値となるときの直流電圧だけをサンプリングするので、全時間分の直流電圧をサンプリングする場合に比べ、コンピュータ２６の負荷を削減できる。

【0037】

また、基準回数を２回以上に設定したので、１回に設定した場合に比べ、瞬時的なノイズによって過大検出部２６ａが異常を検出するのを抑制できる。

【0038】

また、異常検出装置２０の１つの単相整流回路２１ａに、図５Ａに示す相電圧が入力されると、当該単相整流回路２１ａは、図５Ｂに示すような直流電圧を出力する。対応する計測時間特定用コンパレータ２５ａの出力は、計測を開始してからずっと、直流電圧の振幅が計測時間特定用閾値ＭＴＨを下回ることを示す出力、すなわち計測時間特定用設定値となる。過小検出部２６ｂは、計測時間特定用コンパレータ２５ａの出力が計測時間特定用設定値になったときに、時間の計測を０から開始する。そして、計測を開始してから設定時間ＳＴが経過したときに、計測時間が設定時間ＳＴ、すなわち２周期に達し、時間異常条件が満たされる。したがって、過小検出部２６ｂが、図５Ｂ中符号ＡＤで示す時点で異常を検出し、電流制御部２６ｄの制御によりインバータ回路１３が駆動電流の出力を停止する。また、通信部２６ｃが異常検出信号ＳＡＤを出力し、システム制御装置６０が異常通知信号ＳＡＮを出力装置５０に送信し、出力装置５０が光を出力する。他の２つの単相整流回路２１ｂ，２１ｃに図５Ａに示す相電圧が入力された場合にも、対応する計測時間特定用コンパレータ２５ｂ，２５ｃの出力に基づいて、異常検出装置２０のコンピュータ２６、電力変換装置１０、出力装置５０及びシステム制御装置６０が同様の動作を行う。

【0039】

このように、コンピュータ２６が、計測時間特定用コンパレータ２５ａの出力が計測時間特定用設定値となる時間を計測すれば、全時間分の直流電圧のサンプリングを行わなくても、直流電圧の振幅が小さ過ぎるという異常を検出できるので、コンピュータ２６の負荷を削減できる。

【0040】

なお、本実施形態では、サンプリング期間特定用閾値ＳＴＨ、異常検出用閾値ＡＴＨ及び計測時間特定用閾値ＭＴＨを、ユーザ入力により設定したが、固定値としてもよい。

【0041】

また、本実施形態では、設定時間ＳＴを相電圧の２周期に設定したが、相電圧の３周期以上に設定してもよい。

【0042】

また、本実施形態では、基準回数を３回に設定したが、１回に設定してもよいし、３回以外の複数回に設定してもよい。

【0043】

また、本実施形態では、出力装置５０を、異常通知信号ＳＡＮを受信したときに光を出力するＬＥＤとしたが、異常通知信号ＳＡＮを受信したときに特定の画像を出力する画像出力装置や、異常通知信号ＳＡＮを受信したときに特定の音声を出力する警報装置等としてもよい。

【0044】

また、本実施形態では、異常検出装置２０による異常検出の対象を、レーザ発振器１に供給される三相交流の相電圧としたが、他の機器に供給される交流電圧としてもよい。また、異常検出装置２０による異常検出の対象を、単相の交流電圧だけにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本開示の異常検出装置及びそれを備えたレーザ発振器は、コンピュータの負荷の増大を抑制しつつ、異常の発生から検出までにかかる時間を短縮でき、交流の供給電圧の異常を検出する異常検出装置及びそれを備えたレーザ発振器として有用である。

【符号の説明】

【0046】

１ レーザ発振器
１０ 電力変換装置
２０ 異常検出装置
２１ａ～２１ｃ 単相整流回路
２３ａ～２３ｃ サンプリング期間特定用コンパレータ
２５ａ～２５ｃ 計測時間特定用コンパレータ
２６ コンピュータ
４０ レーザ装置
ＳＴＨ サンプリング期間特定用閾値
ＡＴＨ 異常検出用閾値
ＭＴＨ 計測時間特定用閾値
ＳＴ 設定時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】