特許 7578497 レーザ用電源装置及びレーザ加工装置

(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】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】レーザ用電源装置及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/097 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01S3/097 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021018988

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022121971

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】田坂 泰久

(72)【発明者】

【氏名】山口 英正

【審査官】右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５０７７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０００６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１１２５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２２４７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２４８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３７６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００６９１７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４８４７８５４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
励振要求を受けると前記レーザ発振器を励振させ、シマー要求を受けると前記レーザ発振器をシマー放電させるように前記高周波電源を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から当該回避すべき期間が終了した後にまで遅延させて、前記レーザ発振器に、当該シマー要求によるシマー放電を生じさせるレーザ用電源装置。

【請求項2】

前記シマー放電を回避すべき期間は、前記レーザ発振器を励振させる期間を含む請求項１に記載のレーザ用電源装置。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から予め定められた時間だけ遅延させて、前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項２に記載のレーザ用電源装置。

【請求項4】

前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを検知する光検知器からの検知結果が前記制御装置に入力され、
前記制御装置は、
前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記光検知器からの検知結果に基づいて、前記レーザ発振器からのレーザビームの出力の終了後に前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項２に記載のレーザ用電源装置。

【請求項5】

前記高周波電源に直流電力を供給する直流電源を、さらに備え、
前記制御装置は、
前記直流電源の出力電圧を測定してフィードバック制御を行い、
前記シマー放電を回避すべき期間は、前記直流電源の出力電圧を測定する期間を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ用電源装置。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記直流電源の出力電圧を測定する期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から、予め定められた時間だけ遅延させて前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項５に記載のレーザ用電源装置。

【請求項7】

前記制御装置は、
前記直流電源の出力電圧を測定する期間に前記シマー要求を受けると、前記直流電源の出力電圧を測定する期間が終了した後に、前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項５に記載のレーザ用電源装置。

【請求項8】

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御する制御装置と、
加工対象物を保持し、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記加工対象物に入射させ、前記制御装置に対して励振要求及びシマー要求を与える加工機と
を備え、
前記制御装置は、
前記加工機から前記励振要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器を励振させ、
前記加工機から前記シマー要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器をシマー放電させ、
シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から当該回避すべき期間が終了した後にまで遅延させて、前記レーザ発振器に、当該シマー要求によるシマー放電を生じさせるレーザ加工装置。

【請求項9】

前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを検知し、検知結果を前記制御装置に出力する光検知器を、さらに備え、
前記シマー放電を回避すべき期間は、前記レーザ発振器を励振させる期間を含み、
前記制御装置は、前記レーザ発振器を励振させる期間に前記シマー要求を受けると、前記光検知器からの検知結果に基づいて、前記レーザ発振器からのレーザビームの出力の終了後に前記レーザ発振器をシマー放電させる請求項８に記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ用電源装置及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

放電電極を有するガスレーザ発振器において、パルスレーザビームを安定に出力させるために、放電電極に高周波短パルスを印加してシマー放電を生じさせる技術が公知である（特許文献１等参照。）。シマー放電により、レーザ媒質ガスが励振前にイオン化されることにより、パルスレーザビームの出力が安定化される。シマー放電の時間は、放電開始からレーザビームが出力されるまでの時間に比べて十分短い。このため、シマー放電によってレーザビームが出力されることはない。シマー放電は、通常、一定の周波数で繰り返される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１３－５０７７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高周波電源からレーザ発振器に、励振用の高周波電力及びシマー放電用の高周波電力が供給される。直流電源から高周波電源に直流電力が供給される。高周波電源に供給される直流電力の電圧（以下、ＤＣリンク電圧という。）を所定の目標範囲内に維持するために、ＤＣリンク電圧が測定される。レーザ発振器の励振期間及びシマー放電期間は、高周波電源からの高周波ノイズの影響によって、ＤＣリンク電圧を安定して測定することが困難である。したがって、シマー放電中にＤＣリンク電圧の測定を行うことは好ましくない。シマー放電が終了してＤＣリンク電圧の測定を行うと、直流電源の制御に遅れが生じる場合がある。

【0005】

ＤＣリンク電圧が所定の目標範囲から外れている場合は、ＤＣリンク電圧が所定の目標範囲に収まるまで、レーザ発振器の励振を待機させる必要がある。ＤＣリンク電圧を目標範囲に収める制御に遅れが生じると、レーザ発振器の励振開始までの待機時間が長くなる場合がある。

【0006】

また、シマー放電を生じさせるタイミングが、レーザ発振器を励振させる期間に重なると、シマー放電を生じさせる処理は実行されない。この場合、シマー放電発生の頻度が低下してしまう。シマー放電発生の頻度の増減は、レーザ発振器からの出力の安定性に影響を与えてしまう。

【0007】

本発明の目的は、適切にシマー放電を発生させて、レーザ発振器からの出力の安定化を図ることが可能なレーザ用電源装置及びレーザ加工装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一観点によると、
レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
励振要求を受けると前記レーザ発振器を励振させ、シマー要求を受けると前記レーザ発振器をシマー放電させるように前記高周波電源を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から当該回避すべき期間が終了した後にまで遅延させて、前記レーザ発振器に、当該シマー要求によるシマー放電を生じさせるレーザ用電源装置が提供される。

【0009】

本発明の他の観点によると、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記高周波電源を制御する制御装置と、
加工対象物を保持し、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記加工対象物に入射させ、前記制御装置に対して励振要求及びシマー要求を与える加工機と
を備え、
前記制御装置は、
前記加工機から前記励振要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器を励振させ、
前記加工機から前記シマー要求を受けると、前記高周波電源を制御して前記レーザ発振器をシマー放電させ、
シマー放電を回避すべき期間に前記シマー要求を受けると、前記シマー要求を受けた時点から当該回避すべき期間が終了した後にまで遅延させて、前記レーザ発振器に、当該シマー要求によるシマー放電を生じさせるレーザ加工装置が提供される。

【発明の効果】

【0010】

シマー放電を回避すべき期間にシマー要求を受けると、シマー放電を遅延させるため、シマー放電を回避すべき期間にシマー放電が生じてしまうことによる種々の不都合が回避される。また、シマー放電を回避すべき期間に受けたシマー要求に対してシマー放電を行わないのではなく、遅延させてシマー放電を行うため、シマー放電の回数の減少が回避される。このため、一定時間におけるシマー放電の回数を所定の回数に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。

【図2】図２は、直流電源の等価回路図である。

【図3】図３は、励振シマー要求ＲＱ、高周波電力ＲＦ、レーザビームＬＢ、ローサイドスイッチング素子Ｑ１のオンオフ、入力電流ＩＬ、コンデンサＣの充電電流ＩＣ、電圧測定期間ＰＶ、ＤＣリンク電圧ＶＣのタイミングチャートである。

【図4】図４は、励振シマー要求ＲＱ、高周波電力ＲＦ、レーザビームＬＢ、入力電流ＩＬ、電圧測定期間ＰＶ、及びＤＣリンク電圧ＶＣのタイミングチャートである。

【図5】図５は、他の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。

【図6】図６Ａ及び図６Ｂは、図５に示したレーザ加工装置の検出部の一構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１～図４を参照して、本発明の一実施例によるレーザ用電源装置及びレーザ加工装置について説明する。

【0013】

図１は、本実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。本実施例によるレーザ加工装置は、レーザ用電源装置１０、レーザ発振器４０、及び加工機５０を含む。レーザ用電源装置１０からレーザ発振器４０に高周波電力ＲＦが供給される。

【0014】

レーザ発振器４０は、ガスレーザ発振器、例えば炭酸ガスレーザ発振器であり、一対の放電電極４１を含む。レーザ発振器４０に高周波電力ＲＦが供給されると、一対の放電電極４１の間で放電が生じ、レーザビームＬＢが出力される。レーザ発振器４０から出力されたレーザビームＬＢは、加工機５０に入力される。

【0015】

加工機５０は、折り返しミラー５１、ビーム走査器５２、集光レンズ５３、可動ステージ５４、及び加工機制御回路５５を含む。可動ステージ５４に加工対象物６０が保持される。加工機５０に入力されたレーザビームＬＢは、折り返しミラー５１で下方に向けて反射され、ビーム走査器５２及び集光レンズ５３を経由して加工対象物６０に入射する。加工対象物６０は、例えばプリント基板であり、レーザビームＬＢが入射することにより穴明け加工が行われる。なお、必要に応じて、レーザビームＬＢの経路にアッテネータ、ビームエキスパンダ、アパーチャ等を配置してもよい。

【0016】

ビーム走査器５２はレーザビームＬＢを走査することにより、加工対象物６０の表面においてレーザビームＬＢの入射位置を移動させる。ビーム走査器５２として、例えば一対の揺動ミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。集光レンズ５３として、例えばｆθレンズが用いられる。集光レンズ５３は、レーザビームＬＢを加工対象物６０の表面に集光させる。

【0017】

ビーム走査器５２によってレーザビームＬＢの入射位置を移動させることにより、走査可能範囲内の加工が行われる。可動ステージ５４を動作させて、加工対象物６０の表面の加工すべき領域を、ビーム走査器５２の走査可能範囲内に順次配置することにより、加工対象物６０の表面の全域の加工が行われる。加工機制御回路５５が、ビーム走査器５２及び可動ステージ５４を制御する。さらに、加工機制御回路５５は、レーザ用電源装置１０に対して、励振シマー要求ＲＱを送る。励振シマー要求ＲＱは、レーザ発振器４０を励振させてレーザビームＬＢを出力させる要求、及びレーザ発振器４０をシマー放電させる要求を含む。

【0018】

次に、レーザ用電源装置１０について説明する。レーザ用電源装置１０は、整流器３０、直流電源２０、高周波電源３１、制御電源３２、及び制御装置３３を含む。

【0019】

外部の交流電源７０から整流器３０に三相交流電流が供給される。整流器３０で整流された直流電流が直流電源２０に供給される。直流電源２０は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に変換して、高周波電源３１に直流電力を供給する。直流電源２０の出力電圧を、ＤＣリンク電圧ＶＣということとする。高周波電源３１は、直流電源２０から供給された直流電力を高周波電力ＲＦに変換し、レーザ発振器４０に供給する。高周波電源３１には、例えばインバータが用いられる。

【0020】

制御装置３３が、加工機制御回路５５から励振シマー要求ＲＱを受ける。制御装置３３は、励振シマー要求ＲＱに基づいて直流電源２０を制御するとともに、高周波電源３１に動作指令ＯＣを与えることにより高周波電源３１を制御する。制御電源３２が、交流電源７０から供給される交流電力を直流電力に変換して制御装置３３に供給する。

【0021】

図２は、直流電源２０の等価回路図である。直流電源２０は、スイッチングコンバータ２１及びコンバータコントローラ２２を含む。スイッチングコンバータ２１は、ローサイドスイッチング素子Ｑ１、ハイサイドスイッチング素子Ｑ２、フリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２、及びインダクタＬを含む。これらの素子により、昇圧コンバータが構成される。

【0022】

整流器３０、インダクタＬ、及びローサイドスイッチング素子Ｑ１によって、１つの閉回路が構成される。ローサイドスイッチング素子Ｑ１にフリーホイールダイオードＤ１が接続されている。さらに、整流器３０、インダクタＬ、ハイサイドスイッチング素子Ｑ２、及びコンデンサＣによって、他の１つの閉回路が構成される。ハイサイドスイッチング素子Ｑ２にフリーホイールダイオードＤ２が接続されている。

【0023】

スイッチングコンバータ２１は、整流器３０（図１）から印加される電圧Ｖｉｎを昇圧してコンデンサＣを充電する。コンデンサＣの端子間電圧が、高周波電源３１に印加されるＤＣリンク電圧ＶＣに等しい。コンデンサＣは、高周波電源３１に供給する電力を蓄える蓄電デバイスとして機能する。このようなコンデンサは、バンクコンデンサと呼ばれる場合がある。

【0024】

高周波電源３１は、制御装置３３からの動作指令ＯＣに基づいて間欠動作する。高周波電源３１の間欠動作に応じて、コンデンサＣが放電され、レーザ発振器４０の放電電極４１に高周波電力ＲＦが供給される。コンデンサＣは、高周波電源３１の１回の動作サイクルの放電過程において十分な電力を供給できる程度の大きな静電容量を持つ。

【0025】

コンバータコントローラ２２は、制御装置３３からの指令により、ローサイドスイッチング素子Ｑ１及びハイサイドスイッチング素子Ｑ２のオンオフを制御する。ローサイドスイッチング素子Ｑ１のスイッチングを行うと、電圧Ｖｉｎが昇圧されてコンデンサＣの充電が行われ、ＤＣリンク電圧ＶＣが上昇する。ハイサイドスイッチング素子Ｑ２のスイッチングを行うと、コンデンサＣから整流器３０に電力が戻され、ＤＣリンク電圧ＶＣが低下する。

【0026】

電流センサ２３が、インダクタＬを流れる入力電流ＩＬを測定する。入力電流ＩＬの測定値が制御装置３３に入力される。電圧センサ２４が、コンデンサＣの端子間電圧であるＤＣリンク電圧ＶＣを測定する。ＤＣリンク電圧ＶＣの測定値が制御装置３３に入力される。

【0027】

図３は、励振シマー要求ＲＱ、高周波電力ＲＦ、レーザビームＬＢ、ローサイドスイッチング素子Ｑ１のオンオフ、入力電流ＩＬ、コンデンサＣの充電電流ＩＣ、電圧センサ２４による電圧測定期間ＰＶ、及びＤＣリンク電圧ＶＣのタイミングチャートである。なお、図３に示したレーザビームＬＢ、電流、電圧等の波形は、増加減少の傾向を概略的に示しており、厳密な波形の形状を示しているわけではない。

【0028】

励振シマー要求ＲＱの波形の立ち上がりが、高周波電力ＲＦの供給開始の要求に相当し、波形の立ち下がりが、高周波電力ＲＦの供給停止の要求に相当する。励振シマー要求ＲＱは、立ち上がりから立ち下がりまでのパルス幅が相対的に長い励振要求ＲＱｅと、パルス幅が相対的に短いシマー要求ＲＱｓとに分類される。励振要求ＲＱｅは、レーザ発振器４０を励振させてレーザビームＬＢを出力させることを要求する信号である。シマー要求ＲＱｓは、レーザ発振器４０をシマー放電させることを要求する信号である。

【0029】

加工機制御回路５５（図１）は、励振要求ＲＱｅを、例えば１ｋＨｚ～５ｋＨｚ程度の周波数で繰り返し発生させ、シマー要求ＲＱｓを、例えば１０ｋＨｚ程度の一定の周波数で発生させる。

【0030】

励振要求ＲＱｅが立ち上がると（時刻ｔ０）、制御装置３３は高周波電源３１を制御してレーザ発振器４０の励振を開始させる。具体的には、高周波電源３１からレーザ発振器４０に、励振用の高周波電力ＲＦｅが供給されるように、高周波電源３１に動作指令ＯＣを与える。レーザ発振器４０に励振用の高周波電力ＲＦｅが供給されると、レーザビームＬＢの出力が開始される。励振要求ＲＱｅが立ち下がると（時刻ｔ１）、制御装置３３は、レーザ発振器４０の励振を停止させる。具体的には、高周波電源３１を制御して、励振用の高周波電力ＲＦｅの供給を停止させる。これにより、レーザビームＬＢの出力が停止される。

【0031】

制御装置３３は、レーザ発振器４０の励振を開始させると同時に、ローサイドスイッチング素子Ｑ１をオン状態にする。これにより、インダクタＬ及びローサイドスイッチング素子Ｑ１を通って入力電流ＩＬが流れる。入力電流ＩＬは、時間の経過とともに増加する。

【0032】

制御装置３３は、レーザ発振器４０の励振を停止させた後、一定時間が経過した時刻ｔ２において、ローサイドスイッチング素子Ｑ１をオフ状態にする。これにより、入力電流ＩＬは、インダクタＬ、フリーホイールダイオードＤ２、及びコンデンサＣを通って流れる。入力電流ＩＬは、時間の経過とともに減少し、時刻ｔ３でほぼゼロになる。時刻ｔ２からｔ３までの期間、コンデンサＣに充電電流ＩＣが流れる。

【0033】

高周波電源３１がレーザ発振器４０に励振用の高周波電力ＲＦｅを供給している期間（時刻ｔ０～ｔ１）は、ＤＣリンク電圧ＶＣが時間の経過とともに低下する。励振用の高周波電力ＲＦｅの供給が停止されると（時刻ｔ１）、ＤＣリンク電圧ＶＣは一定値を保つ。コンデンサＣに充電電流ＩＣが流れる期間（時刻ｔ２～ｔ３）、ＤＣリンク電圧ＶＣが時間の経過とともに徐々に上昇に、ほぼ元の電圧値まで回復する。

【0034】

制御装置３３は、所定のタイミングでＤＣリンク電圧ＶＣを測定してフィードバック制御を行う。例えば、ＤＣリンク電圧ＶＣの測定値が目標範囲の下限値未満になったら、ローサイドスイッチング素子Ｑ１をオンオフすることにより、コンデンサＣを充電する。なお、時刻ｔ０からｔ３までの期間は、ＤＣリンク電圧ＶＣが変動しているため、ＤＣリンク電圧ＶＣの測定は行わない。充電電流ＩＣがゼロになり、ＤＣリンク電圧ＶＣが安定した時刻ｔ３から、一定の期間（時刻ｔ３～ｔ４）、ＤＣリンク電圧ＶＣを測定する。制御装置３３は、この期間内に電圧値を複数回測定し、得られた測定値の平均値を、ＤＣリンク電圧ＶＣの測定値として採用する。

【0035】

図３は、電圧測定期間ＰＶ（時刻ｔ３～ｔ４）に、制御装置３３がシマー要求ＲＱｓを受けた例を示している。電圧測定期間ＰＶにレーザ発振器４０をシマー放電させると、高周波電源３１の動作によってＤＣリンク電圧ＶＣに高周波ノイズが重畳される。このため、正確なＤＣリンク電圧ＶＣを測定することができない。

【0036】

制御装置３３は、電圧測定期間ＰＶには、レーザ発振器４０をシマー放電させず、電圧測定期間ＰＶが終了した後に、シマー放電させる。すなわち、矢印Ｄで示すように、シマー要求ＲＱｓを受けた時点から遅延させてシマー放電を開始させる。具体的には、制御装置３３は、電圧測定期間ＰＶの終了（時刻ｔ４）を確認した後に、高周波電源３１からレーザ発振器４０にシマー用の高周波電力ＲＦｓが供給されるように（時刻ｔ５）、高周波電源３１に動作指令ＯＣを与える。

【0037】

レーザ発振器４０がシマー放電している期間は短いため、一対の放電電極４１（図２）の間のレーザ媒質ガスがイオン化されるが、レーザ発振は生じない。高周波電源３１がレーザ発振器４０にシマー用の高周波電力ＲＦｓを供給している期間、ＤＣリンク電圧ＶＣが徐々に低下する。

【0038】

制御装置３３は、シマー放電期間中においても、励振期間中と同様にスイッチングコンバータ２１を制御する。これにより、充電電流ＩＣが流れ、ＤＣリンク電圧ＶＣがほぼ元の電圧値まで回復する。なお、シマー放電期間中においては、スイッチングコンバータ２１を制御しなくてもよい。シマー放電で消費されるエネルギは、励振で消費されるエネルギに比べて極めて少なく、シマー放電による電圧降下は励振による電圧降下より極めて小さい。このため、ＤＣリンク電圧ＶＣがシマー放電によって低下しても、低下後のＤＣリンク電圧ＶＣは許容範囲に収まる。シマー放電によって消費されたエネルギ相当分の電力は、次の励振期間中にスイッチングコンバータ２１が動作することにより回復する。

【0039】

図４は、励振シマー要求ＲＱ、高周波電力ＲＦ、レーザビームＬＢ、入力電流ＩＬ、電圧測定期間ＰＶ、及びＤＣリンク電圧ＶＣのタイミングチャートである。

【0040】

制御装置３３（図１）に、シマー要求ＲＱｓが一定の周期Ｐｓで入力される。制御装置３３は、シマー要求ＲＱｓを受けるとレーザ発振器４０をシマー放電させる。具体的には、制御装置３３は高周波電源３１を制御して、高周波電源３１からシマー放電用の高周波電力ＲＦｓを出力させる。このとき、レーザ発振器４０でレーザ発振は生じないため、レーザビームＬＢは出力されない。

【0041】

高周波電源３１がレーザ発振器４０にシマー放電用の高周波電力ＲＦｓを供給してる期間、ＤＣリンク電圧ＶＣが低下する。ＤＣリンク電圧ＶＣの低下に対応して、図３を参照して説明したように、制御装置３３がスイッチングコンバータ２１を動作させてＤＣリンク電圧ＶＣを回復させる。なお、図３を参照して説明したシマー放電時の動作と同様に、シマー放電期間中においては、スイッチングコンバータ２１を制御しなくてもよい。シマー放電によって消費されたエネルギ相当分の電力は、次の励振期間中にスイッチングコンバータ２１が動作することにより回復する。

【0042】

図４に示した例では、１つのシマー要求ＲＱｓが励振要求ＲＱｅと重なっている。励振要求ＲＱｅに重なったシマー要求ＲＱｓを破線で表している。励振要求ＲＱｅと重なったシマー要求ＲＱｓについては、レーザ発振器４０にシマー放電を生じさせることができない。

【0043】

制御装置３３は、励振要求ＲＱｅを受けると、レーザ発振器４０を励振させる。具体的には、高周波電源３１を制御して、高周波電源３１から励振用の高周波電力ＲＦｅを出力させる。これにより、レーザビームＬＢが出力される。このとき、図３を参照して説明したように、入力電流ＩＬが流れ、ＤＣリンク電圧ＶＣが変動する。

【0044】

制御装置３３は、シマー要求ＲＱｓが励振要求ＲＱｅに重なっていることを検出する機能を持つ。例えば、励振要求ＲＱｅの直前のシマー要求ＲＱｓからの経過時間と、シマー要求ＲＱｓの周期Ｐｓとから、シマー要求ＲＱｓが励振要求ＲＱｅに重なっているか否かを判定することができる。

【0045】

制御装置３３は、レーザ発振器４０を励振させる期間にシマー要求ＲＱｓを受けると、矢印Ｄで示すようにシマー要求ＲＱｓを受けた時点から一定時間だけ遅延させてレーザ発振器４０をシマー放電させる。例えば、ＤＣリンク電圧ＶＣを回復させるための入力電流ＩＬが流れている期間に、制御装置３３が高周波電源３１からシマー放電用の高周波電力ＲＦｓを供給させる。レーザ発振器４０がシマー放電することにより、ＤＣリンク電圧ＶＣが一時的に低下する。

【0046】

入力電流ＩＬがゼロになった後の電圧測定期間ＰＶに、図３を参照して説明したように、制御装置３３がＤＣリンク電圧ＶＣを測定する。

【0047】

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、図３を参照して説明したように、制御装置３３が、電圧測定期間ＰＶにシマー要求ＲＱｓを受けると、電圧測定期間ＰＶの終了までシマー放電を生じさせず、電圧測定期間ＰＶの終了後に、シマー放電を生じさせる。電圧測定期間ＰＶがシマー放電の期間と重ならなくなるため、シマー放電に起因するノイズの影響を受けることなく、ＤＣリンク電圧ＶＣを測定することが可能である。このため、ＤＣリンク電圧ＶＣの測定精度を高めることができる。

【0048】

シマー放電の開始を遅延させる代わりに、電圧測定期間ＰＶを遅らせても、ノイズの影響を受けることなくＤＣリンク電圧ＶＣを測定することが可能である。ただし、この場合には、ＤＣリンク電圧ＶＣの測定値を得るタイミングが遅れる。その結果、ＤＣリンク電圧ＶＣに基づくスイッチングコンバータ２１の制御にも遅れが生じる。スイッチングコンバータ２１の制御の遅れにより、ＤＣリンク電圧ＶＣが回復するまでの経過時間が長くなってしまう。

【0049】

レーザ発振の安定性を高めるために、ＤＣリンク電圧ＶＣが回復するまではレーザ発振器４０を励振させることができない。上記実施例では、ＤＣリンク電圧ＶＣの回復に遅れが生じないため、短い周期での励振要求ＲＱｅに対応して、レーザ発振器４０を励振させることができる。

【0050】

さらに上記実施例では、図４に示したように、一つの周期のシマー要求ＲＱｓが励振要求ＲＱｅに重なった場合でも、制御装置３３は、タイミングを遅らせてレーザ発振器４０をシマー放電させる。このため、単位時間あたりのシマー放電の回数がほぼ一定に維持される。これにより、レーザ発振器４０の励振時におけるレーザ媒質ガスのイオン化の程度が均一化され、レーザビームＬＢのパルスエネルギの安定化を図ることができる。

【0051】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、図３を参照して説明したように、制御装置３３が、電圧測定期間ＰＶにシマー要求ＲＱｓを受けると、電圧測定期間ＰＶが終了してからシマー放電を開始させる。変形例として、シマー要求ＲＱｓが与えられた時点から一定の遅延時間だけ遅らせて、シマー放電を開始させてもよい。この遅延時間は、電圧測定期間ＰＶが終了した後にシマー放電が開始するように十分な長さにしておけばよい。

【0052】

また、上記実施例では、制御装置３３が、電圧測定期間ＰＶにシマー要求ＲＱｓを受けた場合、及びレーザ発振器４０の励振期間中にシマー要求ＲＱｓを受けた場合に、シマー放電の開始を遅らせている。すなわち、電圧測定期間ＰＶ及びレーザ発振器４０の励振期間を、シマー放電を回避すべき期間として取り扱っている。その他に、シマー放電と並行して実行することが好ましくない処理を行っていき期間を、シマー放電を回避すべき期間に含めてもよい。制御装置は、このようなシマー放電を回避すべき期間にシマー要求ＲＱｓを受けると、シマー放電の開始を遅らせるようにするとよい。

【0053】

次に、図５、図６Ａ、及び図６Ｂを参照して他の実施例によるレーザ加工装置及びレーザ用電源装置について説明する。以下、図１～図４に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。

【0054】

図５は、他の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。図５に示した実施例によるレーザ加工装置は、部分反射ミラー４５及び光検知器４６を含む。レーザ発振器４０から出力されたレーザビームＬＢの一部が、部分反射ミラー４５で反射されて光検知器４６に入射する。光検知器４６は、レーザビームＬＢの入射を検知すると、検知結果ＳＬを出力する。この検知結果ＳＬは制御装置３３の検出部３３Ａに入力される。検出部３３Ａは、検知結果ＳＬから、レーザビームＬＢの出力開始及び出力停止の時期を検知することができる。

【0055】

図６Ａは、検出部３３Ａの一構成例を示すブロック図である。検出部３３Ａは、オペアンプを用いたフィルタ回路３５及びコンパレータ３６を含む。光検知器４６（図５）から出力された電気信号が、フィルタ回路３５のオペアンプの反転入力端子または非反転入力端子に入力される。オペアンプの他方の入力端子には基準電圧が与えられる。または、オペアンプの２つの入力端子に差動信号が入力される。フィルタ回路３５の出力がコンパレータ３６の非反転入力端子に入力される。反転入力端子には、所定の閾値電圧が印加される。フィルタ回路３５の出力と閾定電圧とを比較することにより、パルスレーザビームの出力開始及び出力停止を検出することができる。このように、検出機能をアナログ回路で構成することにより、検出タイミングの遅延を少なくすることができる。

【0056】

図６Ｂは、検出部３３Ａの他の構成例を示すブロック図である。光検知器４６（図５）から出力された電気信号がＡ／Ｄ変換器３７に入力され、デジタル信号に変換される。このデジタル信号がデジタルフィルタ処理部３８Ａでフィルタ処理される。フィルタ処理されたデジタル信号が、判定処理部３８Ｂに入力される。判定処理部３８Ｂは、デジタル信号の値と判定閾値とを比較することにより、パルスレーザビームの出力開始及び出力停止を検出する。デジタルフィルタ処理部３８Ａ及び判定処理部３８Ｂの機能は、ＣＰＵまたはＦＰＧＡ３８によって実現される。このように、光検知器４６の出力信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に基づいて判定を行うことにより、判定閾値を高精度に設定することができる。また、レーザ発振器の状態によって、判定閾値を適切に調整することが可能である。

【0057】

図４に示した実施例では、矢印Ｄで示すようにシマー放電の開始を遅らせる遅延時間が予め定められている。これに対して図５、図６Ａ、及び図６Ｂに示した実施例では、レーザ発振器４０の励振期間中に、制御装置３３がシマー要求ＲＱｓを受けると、レーザビームＬＢの出力が停止されるまで、シマー放電の開始を遅延させる。

【0058】

次に、図５、図６Ａ、及び図６Ｂに示した実施例の優れた効果について説明する。
レーザ発振器４０への励振用の高周波電力ＲＦｅの供給を停止すると、レーザ出力が急激に低下するが、高周波電力ＲＦｅの供給の停止時点から極短い時間はレーザビームＬＢの出力が継続される。図４に示した実施例では、レーザビームＬＢの出力の継続期間を考慮して、シマー放電開始の遅延時間にある程度の余裕を持たせておく必要がある。これに対して図５に示した実施例では、レーザビームＬＢの出力の停止を検知してシマー放電を開始させるため、レーザビームＬＢの出力停止後、直ちにシマー放電を開始させることができる。

【0059】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0060】

１０ レーザ用電源装置
２０ 直流電源
２１ スイッチングコンバータ
２２ コンバータコントローラ
２３ 電流センサ
２４ 電圧センサ
３０ 整流器
３１ 高周波電源
３２ 制御電源
３３ 制御装置
３３Ａ 検出部
３５ 増幅フィルタ回路
３６ コンパレータ
３７ Ａ／Ｄ変換器
３８Ａ デジタルフィルタ処理部
３８Ｂ 判定処理部
３８ ＣＰＵ／ＦＰＧＡ
４０ レーザ発振器
４１ 放電電極
４５ 部分反射ミラー
４６ 光検知器
５０ 加工機
５１ 折り返しミラー
５２ ビーム走査器
５３ 集光レンズ
５４ 可動ステージ
５５ 加工機制御回路
６０ 加工対象物
７０ 交流電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】