專利名稱：激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種激光裝置；更具體地說(shuō)，涉及一種利用一個(gè)燈作為激光激勵(lì)裝置，用以形成脈沖激光束的重復(fù)式振蕩輸出的固態(tài)激光裝置。
一般，這種形式的固態(tài)激光裝置可使一個(gè)微小的等待放電電流(standbydischarge current)，所謂沸騰電流(simmer current)，在等待期間(不使激光振蕩)，通過(guò)該激勵(lì)燈，以便在激光振蕩時(shí)，改善該激勵(lì)燈的開(kāi)始發(fā)光過(guò)程。盡管有等待期間，該沸騰電流可在該激勵(lì)燈內(nèi)形成一個(gè)放電通道，使得用于該激勵(lì)燈發(fā)光(激光振蕩)的該燈所固有的電流，可容易地從一個(gè)主要激光電源流過(guò)該激勵(lì)燈，從而有可能實(shí)現(xiàn)高速的重復(fù)式脈沖振蕩。
本發(fā)明者進(jìn)行的研究結(jié)果證明，當(dāng)脈沖激光束產(chǎn)生重復(fù)式的振蕩輸出時(shí)，該沸騰電流可以影響該激勵(lì)燈的工作壽命，和激光輸出的穩(wěn)定性。即沸騰電流越大，則該激勵(lì)燈的工作壽命越短；而沸騰電流越小，則當(dāng)高速重復(fù)時(shí)，激光輸出越不穩(wěn)定。
然而，這種傳統(tǒng)的固態(tài)激光裝置，不論脈沖振蕩的重復(fù)速率如何，使用電流值都是固定的沸騰電流。由于這個(gè)原因，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，即甚至在所有時(shí)間內(nèi)工作脈沖的重復(fù)速率都較低，或通常工作時(shí)的重復(fù)速率較低的情況下，該激勵(lì)燈在較早階段就消耗了；或者是，當(dāng)增加脈沖重復(fù)速率時(shí)，激光輸出不穩(wěn)定。
本發(fā)明是考慮到上述問(wèn)題而提出的。因此，本發(fā)明的目的是通過(guò)適當(dāng)控制沸騰電流的電流值，來(lái)提供一種可以盡可能地延長(zhǎng)激勵(lì)燈使用壽命，和改善激光輸出穩(wěn)定性的激光裝置。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種具有一個(gè)激勵(lì)燈的激光裝置，在等待期間過(guò)程中，一個(gè)沸騰電流通過(guò)該激勵(lì)燈，并且當(dāng)激光振蕩時(shí)，一個(gè)脈沖波形的燈電流流入該激勵(lì)燈中，使所述激勵(lì)燈產(chǎn)生脈沖式發(fā)光，該脈沖式光的光學(xué)能量激勵(lì)一個(gè)固態(tài)的激光介質(zhì)，振蕩式地輸出脈沖式激光束；所述激光裝置包括一種可根據(jù)所述脈沖式激光束的重復(fù)速率或脈沖間隔，控制所述沸騰電流的電流值變化的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種具有一個(gè)激勵(lì)燈的激光裝置，在等待期間過(guò)程中，一個(gè)沸騰電流通過(guò)該激勵(lì)燈，并且當(dāng)激光振蕩時(shí)，一個(gè)脈沖波形的燈電流流入該激勵(lì)燈中，使所述激勵(lì)燈產(chǎn)生脈沖式發(fā)光，該脈沖式光的光學(xué)能量激勵(lì)一個(gè)固態(tài)的激光介質(zhì)，振蕩式地輸出脈沖式激光束；所述激光裝置包括一個(gè)區(qū)域形成裝置，用于形成所述脈沖激光束的多個(gè)重復(fù)速率或脈沖間隔區(qū)；一個(gè)沸騰電流設(shè)定裝置，用于為所述多個(gè)區(qū)中的每一個(gè)區(qū)，單獨(dú)設(shè)定所述沸騰電流的電流值；一個(gè)區(qū)域判斷裝置，用于判斷與所述振蕩式的脈沖激光束輸出相應(yīng)的區(qū)域；一個(gè)沸騰電流控制裝置，用于控制所述的沸騰電流，使它的電流值與由所述為區(qū)域判斷裝置判斷的區(qū)域相互適應(yīng)。
該區(qū)域判斷裝置可以包括根據(jù)先前對(duì)于所述脈沖激光束的振蕩輸出決定的順序，判斷所述相應(yīng)區(qū)域的裝置。
另外，該區(qū)域判斷裝置可包括測(cè)量裝置，用與根據(jù)在任何時(shí)間發(fā)出的預(yù)先確定的外部信號(hào)，測(cè)量所述脈沖激光束振蕩輸出的重復(fù)速率或脈沖間隔；和根據(jù)所述測(cè)量裝置獲得的測(cè)量值，判斷所述相應(yīng)區(qū)域的裝置。
該沸騰電流控制裝置最好包括含有一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，用于將所述沸騰電流送至所述激勵(lì)燈的一個(gè)沸騰電源電路；一個(gè)用于檢測(cè)所述沸騰電流，產(chǎn)生一個(gè)表示沸騰電流電流值的電壓信號(hào)的沸騰電流檢測(cè)裝置；一個(gè)放大器，它能夠?qū)τ谒龆鄠€(gè)區(qū)中的每一個(gè)區(qū)域，選擇以相應(yīng)方式?jīng)Q定的多個(gè)放大系數(shù)中的任何一個(gè)放大系數(shù)；所述放大器能夠以所選擇的所述多個(gè)放大系數(shù)的一個(gè)放大系數(shù)，放大從所述電流檢測(cè)裝置發(fā)出的所述電壓信號(hào)；一個(gè)放大系數(shù)切換裝置，用于切換所述放大器，使所述放大系數(shù)與由所述區(qū)域判斷裝置判斷的一個(gè)相應(yīng)區(qū)域相適應(yīng)；和一個(gè)脈沖寬度控制裝置，用于將從所述放大器來(lái)的輸出信號(hào)，與事先決定的參考電流值進(jìn)行比較；并利用具有可使比較誤差趨于零的脈沖寬度，和一定頻率的切換脈沖，對(duì)所述切換元件進(jìn)行切換控制。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明的激光裝置，可以通過(guò)根據(jù)脈沖激光束的脈沖重復(fù)速率，控制沸騰電流的電流值的變化，保證上述激勵(lì)燈的使用壽命盡可能的長(zhǎng)，并且可以改善激光輸出的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的上述和其他一些目的、方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明中將會(huì)更加清楚。其中

圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種釔鋁石榴石(YAG)激光束加工裝置的主要部分的整個(gè)結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2為表示上述實(shí)施例的沸騰電路的電路結(jié)構(gòu)的方框圖；圖3為在本實(shí)施例的第一種情況下，利用CPU進(jìn)行處理，提供沸騰電流的變化控制的程序的流程圖；圖4為用圖形表示在上述第一種情況下，每一部分的定時(shí)和波形的時(shí)序圖；圖5為表示在本實(shí)施例的第二種情況下，利用CPU進(jìn)行處理，提供沸騰電流的變化控制的程序流程圖；圖6為用圖形表示在上述第二種情況下，每一部分的定時(shí)和波形的時(shí)序圖；圖7為表示在本實(shí)施例的第三種情況下，利用CPU進(jìn)行處理，提供沸騰電流的變化控制程序的流程圖；圖8為用圖形表示的、在上述第三種情況下，每一部分的定時(shí)和波形的時(shí)序圖；和圖9為表示根據(jù)本發(fā)明的沸騰電路的另一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
現(xiàn)在將結(jié)合表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。這些優(yōu)選實(shí)施例是非限制性的。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種YAG激光束加工裝置的總的主要結(jié)構(gòu)。該YAG激光束加工裝置主要包括一個(gè)激光振蕩部件10，一個(gè)激光電源部件12，一個(gè)控制部件14，一個(gè)輸入/輸出接口部件16和一個(gè)沸騰電路18。
該激光振蕩部件10包括一個(gè)激勵(lì)燈22和一個(gè)釔鋁石榴石(YAG)桿24，該燈22和YAG桿24在一個(gè)腔20內(nèi)，互相靠近并列放置，另外還包括排列在該腔20外面，該YAG桿24的光學(xué)軸線上的二個(gè)光學(xué)諧振反射鏡26和28。
上述激光電源部件12將具有脈沖波形的一個(gè)燈電流IR送至該激勵(lì)燈22上，用于進(jìn)行脈沖式發(fā)光。當(dāng)該激勵(lì)燈22脈沖式發(fā)光時(shí)，其光學(xué)能量激勵(lì)該YAG桿24，使從該YAG桿24二端，沿著其光學(xué)軸線射出的一束光，在二個(gè)光學(xué)諧振反射鏡26和28之間重復(fù)式地反射，進(jìn)行放大；然后以脈沖激光束LB的形式，從輸出反射鏡26上射出。在離開(kāi)該輸出反射鏡26之后，該脈沖式激光束LB，通過(guò)一個(gè)沒(méi)有示出的相應(yīng)激光傳輸系統(tǒng)，輸送至一個(gè)沒(méi)有示出的激光處理區(qū)域，然后再照射至一個(gè)沒(méi)有示出的工件上。
該激光電源部件12包括一個(gè)儲(chǔ)存送往上述激光振蕩部件10，供激光振蕩用的電能的電容器30；一個(gè)將商業(yè)上的交流電，例如，三相交流電源的電壓(U，V，W)轉(zhuǎn)換為將該電容器30充電至一個(gè)預(yù)先確定的直流電壓的充電電路32；一個(gè)作為連接在該電容器30和上述激光振蕩部件10的激勵(lì)燈22之間的一個(gè)開(kāi)關(guān)元件的晶體管34；和一個(gè)用于以高頻(例如，20KHz)切換該晶體管34的驅(qū)動(dòng)電路36。
該控制部件14包括一個(gè)控制整個(gè)裝置及其各部分工作的CPU(微處理器)38；一個(gè)用于貯存不同程序，不同的設(shè)定值或計(jì)算數(shù)據(jù)，使該CPU 38執(zhí)行預(yù)先確定的處理的存儲(chǔ)器40；和各種不同的、用于測(cè)量脈沖式激光束LB的輸出，或與該輸出相應(yīng)的，上述激光電源部件12內(nèi)的電氣參數(shù)的測(cè)量裝置42～46。
對(duì)于電源部件12，該CPU 38給上述充電電路32，送出一個(gè)以設(shè)定電壓使該電容器30充電的充電的控制信號(hào)CF；和給上述驅(qū)動(dòng)電路36，送出一個(gè)波形控制的切換控制信號(hào)SW。
為了進(jìn)行波形控制，CPU 38將從一個(gè)激光輸出測(cè)量部件42送出的一個(gè)激光輸出測(cè)量值SL，從一個(gè)電壓測(cè)量電路44送出的一個(gè)燈電壓測(cè)量值SV，或從一個(gè)電流測(cè)量電路46送出的一個(gè)燈電流測(cè)量值SI，或從上述燈電壓測(cè)量值SV和燈電流測(cè)量值SI得到的一個(gè)燈功率測(cè)量值SP(SV·SI)，與用于波形控制的一個(gè)預(yù)先決定的參考波形進(jìn)行比較；找出一個(gè)比較誤差并產(chǎn)生一個(gè)具有一定脈沖寬度的脈沖寬度控制信號(hào)，作為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)SW，使該比較誤差趨于零。
這種反饋控制系統(tǒng)提供的控制，可使從上述激光振蕩部件10振蕩式輸出的該脈沖激光束LB的激光輸出，或與它相應(yīng)的上述激光電源部件12內(nèi)的電氣參數(shù)(燈電流，燈功率，燈電壓)，跟隨用于波形控制的相應(yīng)的參考波形變化。
應(yīng)當(dāng)理解，CPU 38的上述脈沖寬度控制功能，可以用一個(gè)單獨(dú)的CPU或一個(gè)專門的控制電路實(shí)現(xiàn)。
上述輸入/輸出接口部件16包括一個(gè)輸入部件48，一個(gè)顯示部件50，和一個(gè)通訊接口電路(I/F)52。該輸入部件48例如具有一個(gè)鍵盤和鼠標(biāo)，用于輸入不同條件下的設(shè)定值，或與給定的激光加工一致的各種參數(shù)。在本實(shí)施例中，相對(duì)于上述沸騰電路18的各種不同的設(shè)定值，也可通過(guò)該輸入部件48輸入。該顯示部件50例如可由一個(gè)液晶顯示器(LCD)或一個(gè)發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成，用于顯示各種設(shè)定值、測(cè)量值、判斷值等。該通訊接口電路(I/F)52用于與一個(gè)沒(méi)有示出的外部裝置，例如一臺(tái)激光加工的搬運(yùn)機(jī)器人，或一個(gè)控制器，互相交換信號(hào)或數(shù)據(jù)。
上述沸騰電路18用于在該激光裝置接通，但沒(méi)有產(chǎn)生激光振蕩的等待模式中，將預(yù)先放電用的一個(gè)沸騰電流IS供給上述激勵(lì)燈22。在本實(shí)施例中，該沸騰電路18可以在CPU 38控制下，根據(jù)該激光振蕩部件10或該激光電源部件12的狀態(tài)，相應(yīng)地改變(切換)沸騰電流IS的電流值。
圖2表示本實(shí)施例中的該沸騰電路18的電路結(jié)構(gòu)。這個(gè)沸騰電路18包括一個(gè)將沸騰電流IS供給該激勵(lì)燈22的一個(gè)電源部件54，和控制該沸騰電流IS的電流值的控制部件56。
該電源部件54包括一個(gè)整流電路58，利用該整流電路可將送至輸入端57上的一個(gè)商業(yè)上使用的交流電壓E例如250伏，轉(zhuǎn)換為一個(gè)預(yù)先確定電壓的直流電流。該整流電路58的輸出端，通過(guò)一個(gè)例如FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)形式的開(kāi)關(guān)元件60，與一個(gè)升壓變壓器62的初級(jí)線圈連接。該開(kāi)關(guān)元件60在下面將要說(shuō)明的控制部件56的開(kāi)關(guān)控制作用下，以例如50KHz的頻率接通/斷開(kāi)。這可使同樣頻率的一個(gè)脈沖電流，流過(guò)該升壓變壓器62的初級(jí)線圈，因此，電磁感應(yīng)通過(guò)該變壓器的次級(jí)線圈，給出具有相同的脈沖波形的升高的次級(jí)交流電壓。再利用整流電路64，將該次級(jí)交流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)預(yù)先確定電壓的直流電流，而從該整流電路64出來(lái)的直流電壓，則通過(guò)一個(gè)扼流線圈66和一個(gè)阻止反向電流的二極管68，加在上述激勵(lì)燈22上，使一個(gè)直流的沸騰電流IS流過(guò)封閉的回路。
在控制部件56中，一個(gè)與上述電源部件54連接的電流傳感器例如霍耳CT70，檢測(cè)通過(guò)該激勵(lì)燈22的沸騰電流IS，并發(fā)出一個(gè)表示電流值大小的電壓信號(hào)(電流檢測(cè)信號(hào))VS。
從該霍耳CT電流傳感器70送出的電流檢測(cè)信號(hào)VS，利用由一個(gè)運(yùn)算放大器72及其周邊(輸入/反饋)電阻74～80組成的一個(gè)緩沖放大器進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換后，送至一個(gè)運(yùn)算放大器82的非反向的輸入端，進(jìn)行信號(hào)放大。
該運(yùn)算放大器82的一個(gè)可反向的輸入端，利用多個(gè)(在這個(gè)例子中為3個(gè))并聯(lián)的模擬開(kāi)關(guān)84、86和88，電氣上與一個(gè)串聯(lián)的電阻電路90的連接點(diǎn)連接。更具體地說(shuō)，該串聯(lián)的電阻電路90，由串聯(lián)在該運(yùn)算放大器82的一個(gè)輸出端和一個(gè)接地端之間的4個(gè)電阻92、94、96和98組成；而開(kāi)關(guān)84連接在電阻92和94之間的連接點(diǎn)上，開(kāi)關(guān)86連接在電阻94和96之間的連接點(diǎn)上，開(kāi)關(guān)88連接在電阻96和98之間的連接點(diǎn)上。
在CPU 38的控制下，三個(gè)開(kāi)關(guān)84、86和88中，只有一個(gè)開(kāi)關(guān)是有選擇地接通的，而其他開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
如果選擇開(kāi)關(guān)84接通，則電阻92成為該運(yùn)算放大器82的輸入電阻，而電阻94、96和98成為該運(yùn)算放大器82的反饋電阻。若令R92，R94，R96和R98分別為電阻92，94，96和98的電阻值，則在這種情況下，運(yùn)算放大器82的放大至系數(shù)μl為(R92+R94+R96+R98)/R92。
如果選擇開(kāi)關(guān)86接通，則電阻92和94成為輸入電阻，而電阻96和98成為反饋電阻。在這種情況下，該運(yùn)算放大器82的放大系數(shù)μ2為(R92+R94+R96+R98)/(R92+R94)。
如果選擇開(kāi)關(guān)88接通，則電阻92，94和96成為輸入電阻，而電阻98成為反饋電阻。在這種情況下，該運(yùn)算放大器82的放大系數(shù)μ3為(R92+R94+R96+R98)/(R92+R94+R96)。
這樣，根據(jù)從三個(gè)開(kāi)關(guān)84，86和88中選擇不同的一個(gè)開(kāi)關(guān)接通，運(yùn)算放大器82可得到不同的放大系數(shù)μ。選擇開(kāi)關(guān)84接通，放大系數(shù)μ1最大；選擇開(kāi)關(guān)86接通，放大系數(shù)μ2是次大；而選擇開(kāi)關(guān)88接通，放大系數(shù)μ3最小。
為了使沸騰電流IS的電流值可以多級(jí)切換，本實(shí)施例對(duì)運(yùn)算放大器82設(shè)置了多級(jí)(在本例子中為三級(jí))切換的放大系數(shù)μ。
從表示脈沖重復(fù)速率形成區(qū)，和與該區(qū)相應(yīng)的沸騰電流設(shè)定值之間的關(guān)系的表1中可以看出，本實(shí)施例將脈沖激光束LB，以振蕩方式重復(fù)式地輸出的速率f(脈沖振蕩重復(fù)速率)，分隔成三個(gè)區(qū)，即“低速區(qū)”(f＜2pps(脈沖/秒))，“中速區(qū)”(2pps≤f≤200pps)和“高速區(qū)”(f＞200pps)；同時(shí)“低速區(qū)”、“中速區(qū)”和“高速區(qū)”的沸騰電流設(shè)定值分別為0.3A，2A和5A。這些設(shè)定值，作為數(shù)據(jù)，通過(guò)上述輸入部件48，輸入CPU 38中；并儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器40內(nèi)一個(gè)預(yù)先確定的存儲(chǔ)區(qū)域中。表1
當(dāng)將沸騰電流IS切換至“低速區(qū)”的0.3A時(shí)，CPU 38選擇開(kāi)關(guān)84接通；當(dāng)將沸騰電流IS切換至“中速區(qū)”的2A時(shí)，CPU 38選擇開(kāi)關(guān)86接通；而當(dāng)將沸騰電流切換至“高速區(qū)”的5A時(shí)，CPU 38選擇開(kāi)關(guān)88接通。
選擇運(yùn)算放大器82的三級(jí)放大系數(shù)μ1，μ2和μ3，分別為與沸騰電流的三個(gè)不同設(shè)定值0.3A，2A和5A相適應(yīng)的值。更具體地說(shuō)，應(yīng)該這樣選擇運(yùn)算放大器82的放大系數(shù)；即使得沸騰電流的設(shè)定值與放大系數(shù)相乘(0.3μ1，2μ2，5μ3)，總是得出一個(gè)常數(shù)K。
這就使得，不論該沸騰電流的設(shè)定值如何，電流檢測(cè)信號(hào)μVs都出現(xiàn)在上述運(yùn)算放大器82的輸出端。該電流檢測(cè)信號(hào)μVs的電壓電平，處在與上述常數(shù)K相應(yīng)的一個(gè)參考電壓KI附近。一個(gè)電流控制電路100接受從該運(yùn)算放大器82送出的該電流檢測(cè)信號(hào)μVs。
該電流控制電路100，根據(jù)從CPU 38發(fā)出的一個(gè)控制信號(hào)，對(duì)沸騰電流IS進(jìn)行通/斷控制；并且在“接通”期間，將從運(yùn)算放大器82來(lái)的電流檢測(cè)信號(hào)μVs，與從一個(gè)參考電流值設(shè)定部件102送出的參考電流值KI進(jìn)行比較，形成一個(gè)沸騰電流控制信號(hào)，使比較誤差變成零。在本實(shí)施例中，該電流控制電路100帶有一個(gè)沒(méi)有示出的可產(chǎn)生例如50KHz的參考脈沖的脈沖發(fā)生電路。該電路100發(fā)出脈沖寬度被上述比較誤差調(diào)制的參考脈沖，作為一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)EG。根據(jù)該開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，利用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路104，該電路100可對(duì)電源部件54的開(kāi)關(guān)元件60進(jìn)行通/斷控制。
再參見(jiàn)圖3～圖8來(lái)說(shuō)明本實(shí)施例中的沸騰電流控制系統(tǒng)的工作。
根據(jù)激光加工的要求，本實(shí)施例的YAG激光束加工裝置選擇諸如脈沖激光束LB的波形、輸出(激光束強(qiáng)度)，重復(fù)速率和脈沖數(shù)一類的各種條件。在這些條件中，一些脈沖本身所固有的條件例如波形和輸出，預(yù)先就設(shè)定好，并輸入激光加工裝置中。然而，一些與時(shí)間有關(guān)，或與定時(shí)有關(guān)的條件例如脈沖重復(fù)速率和脈沖數(shù)可以預(yù)先設(shè)定和輸入激光加工裝置中；或者另一種辦法是，可由從外部裝置發(fā)出的一個(gè)指令信號(hào)(開(kāi)始信號(hào)、停止信號(hào)等)決定。
在從外部裝置發(fā)出指令信號(hào)的情況下，可以在用下述三種情況中的任何一種情況下，來(lái)振蕩式地輸出一系列的脈沖激光束LB。第一種情況是，外部指令信號(hào)，只在開(kāi)始時(shí)刻，給該激光裝置發(fā)出指令，振蕩式地輸出一系列脈沖激光束LB，此后就全部使用預(yù)先設(shè)定在該激光裝置中的一定的脈沖序列。第二種情況是，該外部指令信號(hào)在開(kāi)始時(shí)刻和停止時(shí)刻都給該激光裝置發(fā)出指令，因此，該激光裝置可利用上述二個(gè)時(shí)刻之間的脈沖序列。第三種情況是，該外部指令信號(hào)，可對(duì)脈沖振蕩定時(shí)，發(fā)出任意的指令，給每一個(gè)單獨(dú)的脈沖激光束LB。
圖3表示在上述第一種情況下，為了控制沸騰電流的變化，利用CPU 38進(jìn)行的處理過(guò)程。圖4用圖形表示在第一種情況下，該激光裝置每一部分的定時(shí)和波形。
在接通電源后，或在預(yù)先確定的復(fù)位后立即進(jìn)行的初始化步驟(步驟S1)中，CPU 38從存儲(chǔ)器40中檢索所希望的脈沖序列和條件的設(shè)定值，并從這些檢索數(shù)據(jù)中，辨識(shí)沸騰電流的初值。一般，在接通電源或復(fù)位后，發(fā)出外部開(kāi)始信號(hào)的時(shí)刻是不確定的，可能需要一段延長(zhǎng)的等待時(shí)間，因此，可將該沸騰電流的初值選擇成“低速區(qū)”的最小電流設(shè)定值(0.3A)。
CPU 38選擇運(yùn)算放大器82的放大系數(shù)μ，保證從沸騰電路18送往上述激勵(lì)燈22的沸騰電流IS的電流值，與沸騰電流的初值一致。在這個(gè)例子中，選擇接通“低速區(qū)”的開(kāi)關(guān)84(步驟S2)。
這可使包括電流傳感器70、運(yùn)算放大器82、電流控制電路100、參考電流值設(shè)定部件102和開(kāi)關(guān)元件60的恒定電流反饋控制回路，作用在沸騰電路18上，從而使沸騰電流IS保持為其初值(0.3A)。
當(dāng)通過(guò)接口電路I/F52，接收到一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST時(shí)(步驟S3)，CPU38從與所準(zhǔn)備的脈沖序列有關(guān)的脈沖重復(fù)速率f的設(shè)定值中，判斷出一個(gè)相應(yīng)的區(qū)域，并將沸騰電流IS的電流值，切換至與該相應(yīng)區(qū)域相應(yīng)的設(shè)定值(步驟S4)。例如，如果脈沖重復(fù)速率f的設(shè)定值為15pps(脈沖/秒)，則將沸騰電流切換至“中速區(qū)”的設(shè)定值(2A)。為此，要選擇接通運(yùn)算放大器82的相應(yīng)開(kāi)關(guān)86。
又例如，若脈沖重復(fù)速率f的設(shè)定值為300pps，則將沸騰電流IS切換至“高速區(qū)”的設(shè)定值(5A)。為此，要接通運(yùn)算放大器82的相應(yīng)開(kāi)關(guān)88。另外，可能會(huì)有(例如)脈沖重復(fù)速率f的設(shè)定值為1pps，或一個(gè)單一的脈沖激光束LB以振蕩方式發(fā)出的應(yīng)用場(chǎng)合。在這種情況下，要將沸騰電流IS的電流值保持為其初值(0.3A)。這樣，要接通相應(yīng)的開(kāi)關(guān)84。
由于該恒定電流反饋控制回路的作用，以后，在該沸騰電路18內(nèi)，沸騰電流IS保持為所選擇(切換)的設(shè)定值。
在這樣的沸騰電流IS作用下，CPU 38根據(jù)上述脈沖序列，控制上述激光電源部件12，使具有預(yù)先確定的脈沖波形的燈電流IR，送入上述激光振蕩部件10的激勵(lì)燈22中。在該激光振蕩部件10中，每次當(dāng)該激勵(lì)燈22以脈沖方式發(fā)光時(shí)，上述釔鋁石榴石(YAG)桿24被激勵(lì)，使具有預(yù)先確定波形的脈沖激光束LB，以激蕩方式，從該光學(xué)諧振器的輸出反射鏡26輸出。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)由于送入燈電流IR，該激勵(lì)燈22以脈沖方式發(fā)光時(shí)，由于燈電壓，作為反向的偏壓，加在沸騰電路18的保護(hù)二極管68上，因此，沸騰電流IS被暫時(shí)斷開(kāi)。
在激光加工區(qū)域，工件受到經(jīng)過(guò)一個(gè)輸出部件聚集的脈沖激光束LB的作用，因此可利用該脈沖激光束LB的激光能量，進(jìn)行例如，焊接，切割或穿孔的激光加工。
本實(shí)施例的YAG激光束加工裝置，可使沸騰電流IS在該激勵(lì)燈22中，形成預(yù)先放電通道；其相應(yīng)的放電電流值，與在重復(fù)的脈沖激光振蕩的保持時(shí)間過(guò)程中的脈沖重復(fù)速率相適應(yīng)；因此，可使該激勵(lì)燈22的重復(fù)脈沖式發(fā)光穩(wěn)定，使該激光振蕩部件10中的重復(fù)式脈沖激光振蕩穩(wěn)定，從而可得到具有穩(wěn)定輸出(激光束強(qiáng)度)的脈沖激光束LB。這樣，就使激光束加工的加工質(zhì)量改善。
根據(jù)從測(cè)量裝置42～46發(fā)出的測(cè)量值信號(hào)，CPU 38計(jì)算從激光振蕩部件10，以振蕩方式輸出的脈沖激光束LB的數(shù)目(步驟S5，S6)。如果計(jì)算(累加的)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值NS(步驟S7)，則CPU 38結(jié)束在那個(gè)時(shí)刻的程序運(yùn)行，并使沸騰電流IS的電流值返回其初值(步驟S8，S2)。
這樣，在一系列重復(fù)式脈沖激光振動(dòng)開(kāi)始前，或該一系列激光振蕩結(jié)束后的等待或保持時(shí)間過(guò)程中，該沸騰電流IS以其最小設(shè)定值流動(dòng)；因此，可以盡可能地延長(zhǎng)該觸發(fā)燈22的壽命，和將該燈耗損惡化的進(jìn)展速度減至最小。
圖5表示在上述第二種情況下，為了控制沸騰電流的變化，利用CPU 38進(jìn)行處理的過(guò)程。在這種情況下，除了停止程序運(yùn)行的過(guò)程以外，與在上述第一種情況下的處理過(guò)程相同。
在停止程序運(yùn)行的情況下，停止信號(hào)由外部裝置，通過(guò)接口I/F52送入。當(dāng)接收到這個(gè)停止信號(hào)時(shí)(步驟S9)，CPU 38判斷在該時(shí)刻，脈沖激光束LB是否有振蕩輸出。如果沒(méi)有振蕩輸出，則CPU 38立即停止程序運(yùn)行，并使沸騰電流IS的電流值返回至初值(步驟S10，S12)。如果有振蕩輸出，則CPU 38在這些脈沖激光束LB的振蕩輸出結(jié)束時(shí)，如圖6所示，停止程序運(yùn)行，將沸騰電流IS的電流值返回至其初值(步驟S11，S12)。
圖7表示在上述第三種情況下，為了控制沸騰電流的變化，利用CPU 38進(jìn)行處理的過(guò)程。圖8用圖形表示在該第三種情況下，激光裝置每一部分的定時(shí)和波形。
在這種情況下，與第一和第二種情況一樣，在電源接通以后或復(fù)位以后的等待過(guò)程中，沸騰電流IS保持為一個(gè)預(yù)先確定的初值(步驟B1～B2)。然而，當(dāng)接收到一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST時(shí)，CPU 38控制該激光裝置，振蕩輸出其波形是事先由該激光電源部件12和激光振蕩部件10決定的第一個(gè)脈沖激光束LB(步驟B3，B4)。
由于在這個(gè)時(shí)刻，脈沖重復(fù)速率f是不確定的，CPU 38等待下一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST的來(lái)臨(步驟B6，B9)。然后，當(dāng)接收到下一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST時(shí)(步驟B9，B10)，CPU 38控制該激光裝置，振蕩輸出第二個(gè)脈沖激光束LB(步驟B4)，并測(cè)量第一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST和第二個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST之間的時(shí)間差(時(shí)間間隔)t1；再?gòu)倪@個(gè)時(shí)間差t1中，求出脈沖重復(fù)速率(1/t1)(步驟B7)。然后，CPU再判斷與求出的脈沖重復(fù)速率f相應(yīng)的區(qū)域，并將沸騰電流IS的電流值，切換至該相應(yīng)區(qū)域的設(shè)定值(步驟B8)。
從這里開(kāi)始，CPU 38重復(fù)以上的處理過(guò)程(步驟B9→B10→B4→B5→B7→B8→B9→B10→……)，根據(jù)外部開(kāi)始信號(hào)ST的定時(shí)，對(duì)沸騰電流IS的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
當(dāng)接收到最近的外部開(kāi)始信號(hào)ST后，在預(yù)先確定的時(shí)間極限TL過(guò)去之后，還沒(méi)有接收到下一個(gè)外部開(kāi)始信號(hào)ST時(shí)，則初始的等待狀態(tài)恢復(fù)(步驟B11，B12)；沸騰電流IS返回至其初值(步驟B2)。
雖然，在這個(gè)例子中，對(duì)于外部開(kāi)始信號(hào)ST的每一個(gè)時(shí)間間隔，都求出脈沖重復(fù)速率f(l/t)，但脈沖重復(fù)速率f也可從多個(gè)時(shí)間間隔的平均值或運(yùn)動(dòng)平均值求出。
雖然在圖3，圖5和圖7中沒(méi)有示出，當(dāng)電源斷開(kāi)，或發(fā)生了異常情況時(shí)，CPU 38輸出一個(gè)斷開(kāi)電流的控制信號(hào)給沸騰電路18的電流控制電路100，斷開(kāi)沸騰電流IS。
在上述的第一至第三種情況中的每一種情況中，脈沖激光束LB是根據(jù)從外部裝置發(fā)出的指令信號(hào)而振蕩式輸出的。自然，也可以通過(guò)該激光裝置的輸入部件48，輸入與上述外部指令信號(hào)相應(yīng)的指令，以進(jìn)行如在第一或第二種情況中相同的動(dòng)作。
當(dāng)重復(fù)式的激光振蕩或單一一個(gè)激光的振蕩的所有順序都在該激光裝置中被編程時(shí)，則預(yù)先求出脈沖重復(fù)速率隨時(shí)間變化的順序轉(zhuǎn)換(變化)是可行的；從而可對(duì)沸騰電流的變化，進(jìn)行比利用上述的外部指令的方法更靈活和精確的控制。
考慮到激光振蕩輸出的穩(wěn)定性的特點(diǎn)，如果例如一系列重復(fù)式激光振蕩的脈沖重復(fù)速率f，與“高速區(qū)”相關(guān)聯(lián)，則在先前的等待期間過(guò)程中，可以有選擇地將該沸騰電流的初值，設(shè)定為“中速區(qū)”的設(shè)定值(2A)，或設(shè)定為“高速區(qū)”的設(shè)定值(5A)。在這方面來(lái)說(shuō)，任何時(shí)候都可以改變沸騰電流的初值。這種在任何時(shí)候，可將沸騰電流的初值改變?yōu)槔巛^大的電流值的方法，自然也適用于上述利用外部指令的情況。
圖9表示沸騰電路18的電路結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，這個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)控制部件56′，它是第一個(gè)實(shí)施例中的控制部件56的一種變型形式(參見(jiàn)圖2)。該控制部件的結(jié)構(gòu)是電流控制電路100直接從電流傳感器70接收一個(gè)輸出信號(hào)(電流檢測(cè)信號(hào))VS，并同時(shí)從一個(gè)可變電流值設(shè)定部件110，接收一個(gè)可控制其變化的電流設(shè)定值KC。該電流控制電路100將該二個(gè)輸入(VS，KC)互相比較，求出一個(gè)比較誤差(差值)，并發(fā)出一個(gè)PWM控制信號(hào)EG，使該比較誤差趨于零，從而對(duì)電源部件54的開(kāi)關(guān)元件60進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
代替在上述第一個(gè)實(shí)施例中的，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)84，86和88進(jìn)行通/斷控制，以改變運(yùn)算放大器82的放大系數(shù)μ的作法，在本實(shí)施例中，CPU 38只給出一個(gè)指令，使得在任何時(shí)候，都能將一個(gè)希望的沸騰電流設(shè)定值賦與上述可變化的電流值設(shè)定部件110。這就有可能不但提供一種階躍式的變量控制，而且可提供一種連續(xù)的變量控制。
然而，由于從電流傳感器70出來(lái)的電流檢測(cè)信號(hào)VS，沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大器的規(guī)范化處理(電平標(biāo)定)，而直接送入電流控制電路100，因此，在該電流控制電路100內(nèi)進(jìn)行信號(hào)處理比較困難。這樣，在沸騰電流IS的電流值較小的情況下，例如當(dāng)使用“低速區(qū)”的電流值(0.3A)時(shí)，信號(hào)處理或電流控制的精度可能較低。
在這方面來(lái)說(shuō)，第一個(gè)實(shí)施例的控制部件56，盡管需要一些硬件電路例如，運(yùn)算放大器，電阻和模擬開(kāi)關(guān)，但可以減輕電流控制電路100的負(fù)擔(dān)，電流控制精度較高。
應(yīng)當(dāng)理解，在上述各個(gè)實(shí)施例中的不同的設(shè)定值(例如，表1中的數(shù)字值)只是作為一個(gè)例子舉出的，可以選擇任意的設(shè)定值。
本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以作各種各樣的其他的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種具有一個(gè)激勵(lì)燈的激光裝置，在等待期間過(guò)程中，一個(gè)沸騰電流通過(guò)該激勵(lì)燈，并且當(dāng)激光振蕩時(shí)，一個(gè)脈沖波形的燈電流流入該激勵(lì)燈中，使所述激勵(lì)燈產(chǎn)生脈沖式發(fā)光，該脈沖式光的光學(xué)能量激勵(lì)一個(gè)固態(tài)的激光介質(zhì)，振蕩式地輸出脈沖式激光束；所述激光裝置包括可根據(jù)所述脈沖式激光束的重復(fù)速率或脈沖間隔，控制所述沸騰電流的電流值變化的裝置。
2.一種具有一個(gè)激勵(lì)燈的激光裝置，在等待期間過(guò)程中，一個(gè)沸騰電流通過(guò)該激勵(lì)燈，并且當(dāng)激光振蕩時(shí)，一個(gè)脈沖波形的燈電流流入該激勵(lì)燈中，使所述激勵(lì)燈產(chǎn)生脈沖式發(fā)光，該脈沖式光的光學(xué)能量激勵(lì)一個(gè)固態(tài)的激光介質(zhì)，振蕩式地輸出脈沖式激光束；所述激光裝置包括區(qū)域形成裝置，用于形成所述脈沖激光束的多個(gè)重復(fù)速率或脈沖間隔區(qū)；沸騰電流設(shè)定裝置，用于為所述多個(gè)區(qū)中的每一個(gè)區(qū)，單獨(dú)設(shè)定所述沸騰電流的電流值；區(qū)域判斷裝置，用于判斷與所述振蕩式的脈沖激光束輸出相應(yīng)的區(qū)域；沸騰電流控制裝置，用于控制所述的沸騰電流，使它的電流值與由所述為區(qū)域判斷裝置判斷的區(qū)域相適應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光裝置，其中，所述區(qū)域判斷裝置包括根據(jù)先前對(duì)于所述脈沖激光束的振蕩輸出決定的順序，判斷所述相應(yīng)區(qū)域的裝置。
4.如權(quán)利要求2所述的激光裝置，其中，所述區(qū)域判斷裝置包括測(cè)量裝置，用與根據(jù)在任何定時(shí)發(fā)出的預(yù)先確定的外部信號(hào)，測(cè)量所述脈沖激光束振蕩輸出的重復(fù)速率或脈沖間隔；和根據(jù)所述測(cè)量裝置獲得的測(cè)量值，判斷所述相應(yīng)區(qū)域的裝置。
5.如權(quán)利要求2～4中任何一條所述的激光裝置，其中，所述沸騰電流控制裝置包括含有開(kāi)關(guān)元件，用于將所述沸騰電流送至所述激勵(lì)燈的沸騰電源電路；用于檢測(cè)所述沸騰電流，產(chǎn)生一個(gè)表示沸騰電流電流值的電壓信號(hào)的沸騰電流檢測(cè)裝置；放大器，它能夠?qū)τ谒龆鄠€(gè)區(qū)中的每一個(gè)區(qū)域，選擇以相應(yīng)方式?jīng)Q定的多個(gè)放大系數(shù)中的任何一個(gè)放大系數(shù)；所述放大器能夠以所選擇的所述多個(gè)放大系數(shù)的一個(gè)放大系數(shù)，放大從所述電流檢測(cè)裝置發(fā)出的所述電壓信號(hào)；放大系數(shù)切換裝置，用于切換所述放大器，使所述放大系數(shù)與由所述區(qū)域判斷裝置判斷的一個(gè)相應(yīng)區(qū)域相適應(yīng)；和脈沖寬度控制裝置，用于將從所述放大器來(lái)的輸出信號(hào)，與事先決定的參考電流值進(jìn)行比較；并利用具有可使比較誤差趨于零的脈沖寬度，和一定頻率的切換脈沖，對(duì)所述切換元件進(jìn)行切換控制。
6.如上述權(quán)利要求中任何一條所述的激光裝置，它還包括在一系列所述脈沖激光束沒(méi)有振蕩輸出的期間過(guò)程中，保持所述沸騰電流為其所希望的設(shè)定值的裝置。
全文摘要
一個(gè)沸騰電路,包括將沸騰電流供給激勵(lì)燈的電源部件,和控制沸騰電流的電流值的控制部件。在該控制部件中,從電流傳感器發(fā)出的電流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)用于阻抗轉(zhuǎn)換的緩沖放大器送至運(yùn)算放大器的非反向輸入端,進(jìn)行信號(hào)放大。根據(jù)從三個(gè)開(kāi)關(guān)中選擇那一個(gè)開(kāi)關(guān)的不同,運(yùn)算放大器的放大系數(shù)不同。一個(gè)電流控制電路,根據(jù)從CPU發(fā)出的控制信號(hào),對(duì)沸騰電流進(jìn)行通/斷控制;并且將電流檢測(cè)信號(hào)與一個(gè)參考電流值K1進(jìn)行比較使誤差為零。
文檔編號(hào)H01S3/131GK1260614SQ0010096
公開(kāi)日2000年7月19日 申請(qǐng)日期2000年1月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月12日
發(fā)明者川村浩二 申請(qǐng)人:宮地技術(shù)株式會(huì)社