激光輸出控制裝置、激光振蕩器及激光輸出控制方法
【專利摘要】在對激光振蕩器進(jìn)行控制的激光輸出控制裝置中，具有：切換部，其基于在生成激光的輸出波形時所使用的激光輸出指令的脈寬的大小，切換為峰值控制和平均值控制中的某一方，其中，該峰值控制將激光輸出控制所使用的電流指令值設(shè)為脈沖波形峰值，該平均值控制將激光輸出控制所使用的電流指令值設(shè)為脈沖波形平均值；峰值指令生成部，其在進(jìn)行峰值控制的情況下，生成使用了脈沖波形峰值的電流指令值；以及平均值指令生成部，其在進(jìn)行平均值控制的情況下，生成使用了脈沖波形平均值的電流指令值，在該激光輸出控制裝置中，將由同一測定部測定出的激光輸出值輸入至峰值指令生成部以及平均值指令生成部，以使得激光輸出值成為與激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成電流指令值。
【專利說明】激光輸出控制裝置、激光振蕩器及激光輸出控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及對激光的輸出進(jìn)行控制的激光輸出控制裝置、激光
[0002]振蕩器及激光輸出控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]進(jìn)行被加工物的激光加工的激光加工機(jī)，具有用于輸出激光的激光振蕩器、和對激光振蕩器進(jìn)行控制的激光輸出控制裝置?，F(xiàn)有的激光輸出控制裝置在對激光輸出進(jìn)行控制時，利用能夠高速檢測激光輸出的功率傳感器(追蹤高頻的高速功率傳感器)檢測激光峰值輸出，實(shí)施峰值控制或平均值控制。
[0004]使用高速功率傳感器的情況下，裝置價格上升，并且，由于與噪聲等干擾因素對應(yīng)的不穩(wěn)定性增加，因此控制變得復(fù)雜。另外，在使用高速功率傳感器進(jìn)行平均值控制的情況下，為了應(yīng)對低頻，必須使傳感器的時間常數(shù)延長。為了延長傳感器的時間常數(shù)，必須增大延時電路用濾波器的電容等的容量，導(dǎo)致裝置價格上升。
[0005]專利文獻(xiàn)I所記載的激光加工機(jī)按照下述方式進(jìn)行放大器的延時校正。逐次推定從放大器輸出的測量值，基于放大器的激光輸出測量值、激光輸出指令值和放大器的響應(yīng)特性，對應(yīng)于與由測量值模擬單元生成的模擬值之差，對激光輸出指令值進(jìn)行反饋校正。由此，對功率傳感器的響應(yīng)延時進(jìn)行校正。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004 - 25204號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]但是，在上述現(xiàn)有的技術(shù)中，由于使用的是與放大器的響應(yīng)特性匹配的模擬值，必須預(yù)測與放大器的響應(yīng)特性匹配的激光輸出測量值，因此存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且裝置價格上升的問題。
[0008]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于獲得以簡單的結(jié)構(gòu)容易地對激光輸出進(jìn)行控制的激光輸出控制裝置、激光振蕩器以及激光輸出控制方法。
[0009]為了解決上述課題、實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明所涉及的激光輸出控制裝置，其對用于輸出激光的激光振蕩器進(jìn)行控制，該激光輸出控制裝置的特征在于，具有:脈寬運(yùn)算部，其基于在生成所述激光的輸出波形時使用的激光輸出指令，計(jì)算所述激光進(jìn)行著激光振蕩期間的脈寬；切換部，其基于所述脈寬的大小，將控制方法切換為峰值控制和平均值控制中的某一方，其中，為了計(jì)算所述激光振蕩器的控制所使用的電流指令值，該峰值控制是使用脈沖波形峰值進(jìn)行控制，該平均值控制是使用脈沖波形平均值進(jìn)行控制；峰值指令生成部，其在對所述激光振蕩器進(jìn)行峰值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了所述脈沖波形峰值的電流指令值；以及平均值指令生成部，其在對所述激光振蕩器進(jìn)行平均值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了所述脈沖波形平均值的電流指令值，在該激光輸出控制裝置中，將由同一測定部測定出的所述激光的輸出值輸入至所述峰值指令生成部以及所述平均值指令生成部。
[0010]發(fā)明的效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明，具有能夠以簡單的結(jié)構(gòu)容易地對激光輸出進(jìn)行控制的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示具有實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置而構(gòu)成的激光加工機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。
[0013]圖2是表示激光振蕩器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]圖3是表示實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖4是表示激光的輸出控制流程的流程圖。
[0016]圖5 — I是表示進(jìn)行峰值控制的情況下的輸出監(jiān)視值的圖。
[0017]圖5 — 2是表示進(jìn)行平均值控制的情況下的輸出監(jiān)視值的圖。
[0018]圖6是說明實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置的動作處理流程的圖。
[0019]圖7 — I是表示平均輸出指令值和峰值輸出值的關(guān)系的圖。
[0020]圖7 — 2是表示使用峰值輸出值和輸出定時(timing)而生成的輸出指令脈沖波形的圖。
[0021]圖7 — 3是表示在峰值控制的情況下輸出至激光電源的電流指令脈沖波形的圖。
[0022]圖8 — I是表示用于平均值控制的平均輸出指令值的圖。
[0023]圖8 — 2是表示反饋控制后的電流指令值和平均輸出指令值的關(guān)系的圖。
[0024]圖8 — 3是說明在平均值控制的情況下輸出至激光電源的電流指令脈沖波形的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面，基于附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置、激光振蕩器以及激光輸出控制方法。此外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式。
[0026]實(shí)施方式
[0027]圖1是表示具有實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置而構(gòu)成的激光加工機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。激光加工機(jī)100具有激光振蕩器1、激光輸出控制裝置(反饋控制裝置)11、加工工作臺9、左右支柱4、5、橫梁6、Y軸單元7、Z軸單元8、加工頭10以及加工控制裝置20。
[0028]加工工作臺9可在XY平面內(nèi)移動地設(shè)置在底座部3上方。加工工作臺9用于載置作為激光加工對象的加工材料(被加工物)。橫梁6水平地架設(shè)在左右支柱4、5之間。Y軸單元7設(shè)置在橫梁6上，可沿Y軸方向移動。Z軸單元8設(shè)置在Y軸單元7上，可沿Z軸方向移動。加工頭10安裝在Z軸單元8上。在加工頭10的前端處安裝有加工噴嘴(激光用噴嘴)。
[0029]加工控制裝置20是人機(jī)接口，且具有操作盤21以及畫面顯示部22。畫面顯示部22是例如液晶面板。加工控制裝置20通過針對省略圖示的X軸伺服電動機(jī)、Y軸伺服電動機(jī)以及Z軸伺服電動機(jī)的各軸指令，而對加工工作臺9、Y軸單元7以及Z軸單元8的位置進(jìn)行控制。[0030]另外，加工控制裝置20具有后述的激光輸出指令部2。激光輸出指令部2基于加工程序，將激光的輸出指令(激光輸出指令值)發(fā)送至激光輸出控制裝置11。
[0031]激光輸出控制裝置11是用于控制激光振蕩器I的裝置，與激光振蕩器I連接。本實(shí)施方式的激光輸出控制裝置11 一邊基于根據(jù)激光輸出指令值計(jì)算出的導(dǎo)通脈寬W，將激光振蕩器I切換為平均值輸出(平均值控制)和峰值輸出(峰值控制)中的一方，一邊使激光振蕩器I輸出激光。導(dǎo)通脈寬W是進(jìn)行著激光振蕩的時間，是脈沖的導(dǎo)通時間。平均值控制是將輸出至激光振蕩器I的激光輸出指令值設(shè)為脈沖波形平均值的控制，峰值控制是將輸出至激光振蕩器I的激光輸出指令值設(shè)為脈沖波形峰值的控制。
[0032]圖2是表示激光振蕩器的結(jié)構(gòu)的框圖。激光振蕩器I與激光輸出控制裝置11連接，具有激光電源13、功率傳感器(測定部)12以及諧振器14。
[0033]激光輸出控制裝置11與加工控制裝置20的激光輸出指令部2連接，從激光輸出指令部2接收激光輸出指令值。另外，激光輸出控制裝置11與功率傳感器12和激光電源13連接。激光輸出控制裝置11從功率傳感器12接收激光功率的輸出監(jiān)視值。
[0034]激光輸出控制裝置11基于激光輸出指令值和輸出監(jiān)視值，對激光電源13進(jìn)行反饋控制。激光輸出控制裝置11基于激光輸出指令值，對激光導(dǎo)通脈寬W進(jìn)行計(jì)算，基于導(dǎo)通脈寬W進(jìn)行向平均值輸出和峰值輸出中某一方的切換。激光輸出控制裝置11在導(dǎo)通脈寬W小于或等于規(guī)定值的情況下，對激光進(jìn)行平均值控制，在導(dǎo)通脈寬W比規(guī)定值大的情況下，對激光進(jìn)行峰值控制。激光輸出控制裝置11通過控制激光電源13而控制從諧振器14輸出的激光的輸出值。
[0035]激光電源13基于從激光輸出控制裝置11發(fā)送來的電流指令(脈沖波形)產(chǎn)生電流，由此，使諧振器14輸出與電流指令對應(yīng)的激光。諧振器14輸出與從激光電源13發(fā)送來的電流相對應(yīng)的激光。
[0036]功率傳感器12對從諧振器14輸出的激光的功率(輸出值)進(jìn)行監(jiān)視，并將其發(fā)送至激光輸出控制裝置11。本實(shí)施方式的激光輸出控制裝置11使用通過同一功率傳感器12測定的激光輸出值，進(jìn)行峰值控制以及平均值控制。因此，無論是進(jìn)行峰值控制還是進(jìn)行平均值控制，都將由同一功率傳感器12測定的激光輸出值輸入至激光輸出控制裝置11。
[0037]圖3是表示實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。激光輸出控制裝置11具有輸出定時生成部41、脈寬運(yùn)算部42、切換部43、峰值輸出值運(yùn)算部44、輸出脈沖生成部45、反饋控制部46、反饋控制部47、電流脈沖生成部48。
[0038]此外，此處的峰值輸出值運(yùn)算部44、輸出脈沖生成部45、反饋控制部46與權(quán)利要求書所記載的峰值指令生成部對應(yīng)。另外，此處的反饋控制部47、電流脈沖生成部48與權(quán)利要求書所記載的平均值指令生成部對應(yīng)。
[0039]輸出定時生成部41以及脈寬運(yùn)算部42分別與激光輸出指令部2連接。頻率f、占空比D等作為激光輸出指令值被發(fā)送至輸出定時生成部41。輸出定時生成部41使用頻率f和占空比D生成輸出定時(導(dǎo)通/截止定時)0wl。輸出定時生成部41將輸出定時Owl發(fā)送至輸出脈沖生成部45和電流脈沖生成部48。此外，輸出定時生成部41也可以在進(jìn)行脈沖值控制的情況下，將輸出定時Owl發(fā)送至輸出脈沖生成部45，而在進(jìn)行平均值控制的情況下，將輸出定時Owl發(fā)送至電流脈沖生成部48。
[0040]平均輸出指令值Px、頻率f、占空比D等作為激光輸出指令值而被發(fā)送至脈寬運(yùn)算部42。占空比D=脈沖導(dǎo)通時間/I個周期。脈寬運(yùn)算部42使用頻率f和占空比D運(yùn)算導(dǎo)通脈寬W。脈寬運(yùn)算部42將導(dǎo)通脈寬W發(fā)送至切換部43。
[0041]切換部43判定導(dǎo)通脈寬W是否比規(guī)定值T大。換言之，判定導(dǎo)通脈寬W的時間是否比T還要長。切換部43在導(dǎo)通脈寬W比T大的情況下，將平均輸出指令值Px和占空比D發(fā)送至峰值輸出值運(yùn)算部44。切換部43在導(dǎo)通脈寬W小于或等于T的情況下，將平均輸出指令值Px發(fā)送至反饋控制部47。
[0042]峰值輸出值運(yùn)算部44在進(jìn)行峰值控制時，通過將平均輸出指令值Px除以占空比D而進(jìn)行峰值輸出值Pl (指令值)的計(jì)算。峰值輸出值運(yùn)算部44將計(jì)算出的峰值輸出值Pl發(fā)送至輸出脈沖生成部45。
[0043]輸出脈沖生成部45通過進(jìn)行峰值輸出值Pl和輸出定時Owl的AND運(yùn)算(“與”運(yùn)算)，從而生成輸出指令脈沖波形0?2。輸出脈沖生成部45將生成的輸出指令脈沖波形0w2發(fā)送至反饋控制部46。
[0044]反饋控 制部46讀入由功率傳感器12測定的激光輸出監(jiān)視值Ml。反饋控制部46按照使得輸出監(jiān)視值Ml成為與峰值輸出指令值Pl對應(yīng)的值的方式對電流指令值(輸出指令脈沖波形0w2)進(jìn)行調(diào)整，生成電流指令值0?3。反饋控制部46使用電流指令值0?3，生成針對激光電源13的電流指令脈沖波形(輸出指令脈沖波形)0w4o反饋控制部46將電流指令脈沖波形0w4作為電流指令，輸出至激光電源13。
[0045]反饋控制部47在進(jìn)行平均值控制時，讀入由功率傳感器12測定的激光的輸出監(jiān)視值M2。反饋控制部47通過進(jìn)行輸出監(jiān)視值M2的平均化處理，從而計(jì)算平均輸出監(jiān)視值M3。反饋控制部47按照使得平均輸出監(jiān)視值M3成為與平均輸出指令值Px對應(yīng)的值的方式對電流指令值(平均輸出指令值Px)進(jìn)行調(diào)整，生成電流指令值P5。反饋控制部47將生成的電流指令值P5發(fā)送至電流脈沖生成部48。
[0046]電流脈沖生成部48通過進(jìn)行電流指令值P5和輸出定時Owl的AND運(yùn)算，生成電流指令脈沖波形(輸出指令脈沖波形)0?5。電流脈沖生成部48將電流指令脈沖波形0w5作為電流指令，輸出至激光電源13。
[0047]圖4是表示激光的輸出控制流程的流程圖。激光輸出控制裝置11接收并讀入從激光輸出指令部2發(fā)送來的激光輸出指令值(步驟SI)。將平均輸出指令值Px、頻率f、占空比D等作為激光輸出指令值，發(fā)送至激光輸出控制裝置11。
[0048]脈寬運(yùn)算部42使用頻率f和占空比D來計(jì)算脈寬。此處的脈寬運(yùn)算部42對脈寬中的導(dǎo)通脈寬W進(jìn)行計(jì)算(步驟S2)。然后，切換部43判定導(dǎo)通脈寬W是否比規(guī)定值T大(步驟S3)。
[0049]規(guī)定值T是基于功率傳感器12的特性(平均化時間(濾波器時間常數(shù))等)而預(yù)先設(shè)定的值。如果將規(guī)定值T設(shè)定得過小，則即使是激光輸出值沒有達(dá)到峰值的高頻脈沖波，也對其進(jìn)行峰值控制。因此，規(guī)定值T預(yù)先設(shè)定為在進(jìn)行峰值控制時能夠由功率傳感器12對激光輸出值的峰值進(jìn)行檢測的值。例如，如果在對激光進(jìn)行脈沖輸出時，從開始進(jìn)行脈沖輸出至達(dá)到脈沖峰值為止的時間為tl，則將規(guī)定值T設(shè)定為tl ( T0
[0050]在導(dǎo)通脈寬W比T大的情況下(步驟S3為“是”)，激光輸出控制裝置11進(jìn)行峰值控制。具體來說，在導(dǎo)通脈寬W比T大的情況下，切換部43將平均輸出指令值Px和占空比D發(fā)送至峰值輸出值運(yùn)算部44。峰值輸出值運(yùn)算部44通過將平均輸出指令值Px除以占空比D，從而求出峰值輸出值Pl (指令值)(步驟S4)。
[0051]另外，輸出定時生成部41使用頻率f和占空比D，生成輸出定時(導(dǎo)通/截止定時)Owl。并且，輸出脈沖生成部45通過進(jìn)行峰值輸出值Pl和輸出定時Owl的AND運(yùn)算，從而生成輸出指令脈沖波形0w2 (步驟S5)。
[0052]反饋控制部46讀入由功率傳感器12測定的激光輸出監(jiān)視值Ml(步驟S6)。然后，反饋控制部46對電流指令值(此處為輸出指令脈沖波形0w2)進(jìn)行調(diào)整，以使得輸出監(jiān)視值Ml成為峰值輸出指令值(步驟S7)。
[0053]換言之，反饋控制部46對所生成的輸出指令脈沖波形0w2和輸出監(jiān)視值Ml的差進(jìn)行計(jì)算，通過生成使得差為O的電流指令值0?3，從而進(jìn)行反饋控制(PID運(yùn)算)。從而，反饋控制部46基于輸出監(jiān)視值Ml而對電流指令值進(jìn)行調(diào)整，以使得電流指令值成為期望的峰值輸出指令值。
[0054]然后，反饋控制部46使用電流指令值0w3，生成針對激光電源13的電流指令脈沖波形0?4。并且，反饋控制部46將電流指令脈沖波形0w4作為電流指令，輸出至激光電源13 (步驟 S8)。
[0055]另一方面，在導(dǎo)通脈寬W小于或等于T的情況下(步驟S3為“否”)，激光輸出控制裝置11進(jìn)行平均值控制。具體來說，在導(dǎo)通脈寬W小于或等于T的情況下，切換部43將平均輸出指令值Px發(fā)送至反饋控制部47。反饋控制部47讀入由功率傳感器12測定的激光輸出監(jiān)視值M2 (步驟S9)。然后，反饋控制部47通過進(jìn)行輸出監(jiān)視值M2的平均化處理(步驟S10)，從而計(jì)算平均輸出監(jiān)視值M3。
[0056]反饋控制部47以使得平均輸出監(jiān)視值M3成為與平均輸出指令值Px對應(yīng)的值(例如，相同的值)的方式對電流指令值進(jìn)行調(diào)整(步驟S11)，生成電流指令值P5。換言之，反饋控制部47使用平均輸出監(jiān)視值M3，進(jìn)行激光輸出的反饋控制(PID運(yùn)算)。
[0057]然后，電流脈沖生成部48使用調(diào)整后的電流指令值P5，生成電流指令脈沖波形(電流指令)0w5 (步驟S12)。此時，電流脈沖生成部48通過進(jìn)行電流指令值P5和輸出定時Owl的AND運(yùn)算，從而生成電流指令脈沖波形0?5。然后，電流脈沖生成部48將電流指令脈沖波形0w5作為電流指令，輸出至激光電源13 (步驟S8)。此外，在激光的輸出指令是連續(xù)波的情況下，切換部43判斷為導(dǎo)通脈寬W比規(guī)定值T大，激光輸出控制裝置11進(jìn)行峰值控制。
[0058]圖5 — 1是表示進(jìn)行峰值控制的情況下的輸出監(jiān)視值的圖，圖5 — 2是表示進(jìn)行平均值控制的情況下的輸出監(jiān)視值的圖。圖5 — I中的波形31是脈沖波為低頻的情況下的實(shí)際激光輸出波形，與電流指令脈沖波形0w4對應(yīng)。另外，波形32與脈沖波為低頻的情況下的輸出監(jiān)視值Ml對應(yīng)。
[0059]另外，圖5 — 2中的波形33是脈沖波為高頻的情況下的實(shí)際激光輸出波形，與電流指令脈沖波形0w5對應(yīng)。另外，波形34與脈沖波為高頻的情況下的平均輸出監(jiān)視值M3對應(yīng)。
[0060]在導(dǎo)通脈寬W比規(guī)定值T大的情況下，激光輸出控制裝置11進(jìn)行峰值控制。由此，在導(dǎo)通脈寬W比規(guī)定值T大的情況下，以波形32 (輸出監(jiān)視值Ml)追蹤作為脈沖波形的波形31的方式進(jìn)行激光輸出控制。因此，輸出監(jiān)視值Ml與實(shí)際的激光輸出波形大致一致。
[0061]另一方面，在導(dǎo)通脈寬W小于或等于規(guī)定值T的情況下，激光輸出控制裝置11進(jìn)行平均值控制。由此，在導(dǎo)通脈寬W小于或等于規(guī)定值T的情況下，以波形34(平均輸出監(jiān)視值M3)追蹤波形33的平均值輸出的方式進(jìn)行激光輸出控制。因此，平均輸出監(jiān)視值M3和與平均輸出指令值Px對應(yīng)的激光輸出波形大致一致。
[0062] 下面，對本實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置11的動作處理流程進(jìn)行說明。圖6是用于說明實(shí)施方式所涉及的激光輸出控制裝置的動作處理流程的圖。激光輸出控制裝置11接收從激光輸出指令部2發(fā)送來的激光輸出指令值。具體地說，輸出定時生成部41接收頻率f、占空比D作為激光輸出指令值，脈寬運(yùn)算部42接收平均輸出指令值Px、頻率f、占空比D作為激光輸出指令值。
[0063]由此，輸出定時生成部41使用頻率f和占空比D，生成輸出定時Owl (stl)。另外，脈寬運(yùn)算部42使用頻率f和占空比D運(yùn)算導(dǎo)通脈寬W (st2)。此時，脈寬運(yùn)算部42使用下述式(I)計(jì)算導(dǎo)通脈寬W。
[0064]W= (I / f) XD...(I)
[0065]切換部43基于導(dǎo)通脈寬W的長度，進(jìn)行平均值控制和峰值控制的切換(st3)。在導(dǎo)通脈寬W比T大的情況下，激光輸出控制裝置11進(jìn)行峰值控制。在這種情況下，峰值輸出值運(yùn)算部44使用式(2)運(yùn)算峰值輸出值Pl (St4)。
[0066]Pl=Px / D...(2)
[0067]然后，輸出脈沖生成部45將求得的峰值輸出值Pl (峰值輸出值運(yùn)算結(jié)果)加載為激光指令值(s15)。輸出脈沖生成部45通過進(jìn)行激光指令值(峰值輸出值Pl)和輸出定時Owl的AND運(yùn)算,生成輸出指令脈沖波形0w2 (st6)。
[0068]反饋控制部46使用由功率傳感器12測定的激光輸出監(jiān)視值M1，進(jìn)行反饋控制。具體地說，反饋控制部46對電流指令值0w3進(jìn)行調(diào)整，以使得輸出監(jiān)視值Ml成為峰值輸出指令值(st7 )。然后，反饋控制部46使用調(diào)整后的電流指令值0w3，生成針對激光電源13的電流指令脈沖波形0?4，并將其輸出至激光電源13。
[0069]另外，在導(dǎo)通脈寬W小于或等于T的情況下，激光輸出控制裝置11進(jìn)行平均值控制。這種情況下，反饋控制部47將平均輸出指令值Px (指令值)加載為激光指令值(st8)。另外，反饋控制部47通過對由功率傳感器12測定的激光輸出監(jiān)視值M2進(jìn)行平均化處理，從而計(jì)算平均輸出監(jiān)視值M3。
[0070]然后，反饋控制部47使用平均輸出監(jiān)視值M3進(jìn)行反饋控制。具體地說，反饋控制部47以使得平均輸出監(jiān)視值M3成為與平均輸出指令值Px相同的值的方式，生成電流指令值P5。
[0071]然后，電流脈沖生成部48通過進(jìn)行電流指令值P5和輸出定時Owl之間的AND運(yùn)算，從而生成電流指令脈沖波形0w5 (StlO)0然后，電流脈沖生成部48將電流指令脈沖波形0w5輸出至激光電源13。
[0072]圖7 — I~圖7 — 3是用于說明在進(jìn)行峰值控制時所使用的激光輸出指令值的圖。圖7 — I是表示平均輸出指令值和峰值輸出值的關(guān)系的圖。圖7 — I中所示的峰值輸出值是在進(jìn)行峰值控制時被加載為激光指令值的峰值輸出值P1，是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 st5處理的時刻的波形。例如，在占空比D為25%的情況下，平均輸出指令值Px的4 (=1 / 0.25)倍的值成為峰值輸出值Pl。
[0073]圖7 — 2是表示使用峰值輸出值和輸出定時而生成的輸出指令脈沖波形的圖。激光輸出控制裝置11通過進(jìn)行峰值輸出值Pl和輸出定時Owl的AND運(yùn)算，從而生成輸出指令脈沖波形0?2。因此，圖7 — 2所示的輸出指令脈沖波形0w2是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 st6處理的時刻的波形。
[0074]圖7 — 3是表示在峰值控制的情況下輸出至激光電源的電流指令脈沖波形的圖。圖7 — 3所示的電流指令脈沖波形是激光輸出控制裝置11輸出至激光電源13的電流指令脈沖波形0?4，是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 st7處理的時刻的波形。電流指令脈沖波形0w4通過激光輸出控制裝置11而輸出至激光電源13。
[0075]圖8 — I~圖8 — 3是用于說明在進(jìn)行平均值控制時所使用的激光輸出指令值的圖。圖8 — I是表示平均值控制所使用的平均輸出指令值的圖。圖8 — I所示的平均輸出指令值是在進(jìn)行平均值控制時加載為激光指令值的平均輸出指令值Px，是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 st8處理的時刻的波形。
[0076]圖8 — 2是表示反饋控制后的電流指令值和平均輸出指令值的關(guān)系的圖。圖8 —2所示的電流指令值是以使得平均輸出監(jiān)視值M3成為與平均輸出指令值Px相同的值的方式調(diào)整后的電流指令值P5，是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 st9處理的時刻的波形。
[0077]圖8 — 3是用于說明在平均值控制的情況下輸出至激光電源的電流指令脈沖波形的圖。激光輸出控制裝置11通過進(jìn)行電流指令值P5和輸出定時Owl的AND運(yùn)算，從而生成電流指令脈沖波形0?5。因此，圖8 — 3所示的電流指令脈沖波形0w5是激光輸出控制裝置11進(jìn)行了 StlO處理的時刻的波形。電流指令脈沖波形0w5由激光輸出控制裝置11輸出至激光電源13。
[0078]如上所述，進(jìn)行峰值控制的情況下，在進(jìn)行峰值輸出值Pl和輸出定時Owl的AND運(yùn)算后，進(jìn)行使用輸出監(jiān)視值Ml的反饋控制。另外，在進(jìn)行平均值控制的情況下，在進(jìn)行使用平均輸出監(jiān)視值M3的反饋控制之后，進(jìn)行電流指令值P5和輸出定時Owl的AND運(yùn)算。
[0079]此外，本實(shí)施方式中，基于導(dǎo)通脈寬W是否比規(guī)定值T大而對峰值控制和平均值控制進(jìn)行切換，但也可以使用導(dǎo)通脈寬W (進(jìn)行著激光振蕩的時間)以及截止脈寬Woff (不進(jìn)行激光振蕩的時間)(脈沖間隔)進(jìn)行峰值控制和平均值控制的切換。
[0080]在這種情況下，在導(dǎo)通脈寬W比規(guī)定值T長，且截止脈寬Woff比規(guī)定值T長的情況下，激光輸出控制裝置11實(shí)施峰值控制。脈寬運(yùn)算部42使用上述的式(I)來計(jì)算導(dǎo)通脈寬W，使用下述式(3)來計(jì)算截止脈寬Wo--。
[0081]Woff= (I / f) X (I — D)...(3)
[0082]峰值控制是以功率傳感器12檢測的輸出波形能夠追蹤激光的實(shí)際輸出為前提而進(jìn)行的控制。因此，在截止脈寬Woff比規(guī)定值T短的情況下，由于有時會變?yōu)榕c激光實(shí)際輸出不同的波形，因此，在這種情況下，激光輸出控制裝置11進(jìn)行平均值控制。通過使用導(dǎo)通脈寬W及截止脈寬Woff進(jìn)行峰值控制和平均值控制的切換，從而，即使是截止脈寬WofT短的情況，激光振蕩器I輸出的激光依然穩(wěn)定。
[0083]此外，在功率傳感器12的響應(yīng)時間在波峰的上升和下降處不同的情況下，也可以將導(dǎo)通脈寬W (脈沖的導(dǎo)通時間)和截止脈寬Woff (脈沖的截止時間)的切換基準(zhǔn)時間即規(guī)定值T設(shè)定為兩種(T1、T2)。這種情況下，在導(dǎo)通脈寬W比Tl長，且截止脈寬Woff比Τ2長的情況下，激光輸出控制裝置11實(shí)施峰值控制。另外，在本實(shí)施方式中，對激光輸出控制裝置11和激光振蕩器I獨(dú)立構(gòu)成的情況進(jìn)行了說明，但也可以將激光輸出控制裝置11組裝在激光振蕩器I內(nèi)。
[0084]另外，在本實(shí)施方式中，對于使用平均輸出指令值Px進(jìn)行峰值控制或者平均值控制的情況進(jìn)行了說明，但也可以使用峰值輸出值Pl (指令值)進(jìn)行峰值控制或者平均值控制。
[0085]在這種情況下，從激光輸出指令部2將峰值輸出值Pl向激光輸出控制裝置11輸入。然后，在進(jìn)行平均值控制的情況下，激光輸出控制裝置11使用上述的式(2)，計(jì)算平均輸出指令值Px。另外，在進(jìn)行峰值控制的情況下，激光輸出控制裝置11使用來自激光輸出指令部2的峰值輸出值PI，而不進(jìn)行峰值輸出值PI和輸出定時Ow I的AND運(yùn)算，由此，生成輸出指令脈沖波形0w2。
[0086]高頻激光大多被用于通過降低平均輸入熱量而減小對周邊部的熱影響，依靠平均激光能量控制就足夠。因此，激光輸出控制裝置11在激光輸出周期為高頻的情況下對平均值輸出進(jìn)行控制，而在激光輸出周期為低頻的情況下對峰值輸出進(jìn)行控制。因此，低頻下的輸出追蹤性得到改善。
[0087]如上所述，根據(jù)實(shí)施方式，基于根據(jù)激光輸出指令計(jì)算出的導(dǎo)通脈寬W，將激光振蕩器I切換至平均值控制和峰值控制中的某一方，因此，無論激光輸出指令頻率的高低，都能夠由一個功率傳感器12對激光輸出進(jìn)行控制。因此，沒有必要將激光的功率監(jiān)視過度地設(shè)為高速，因此，沒有必要將高價的功率傳感器用于輸出監(jiān)視。并且，可以與功率傳感器12的特性相匹配，適當(dāng)?shù)乜刂萍す廨敵觥?br> [0088]另外，由于不需要用于對激光輸出值進(jìn)行模擬的電路等，因此，裝置結(jié)構(gòu)變得簡單。因此，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)容易地對激光輸出進(jìn)行控制。
[0089]工業(yè)實(shí)用性
[0090]如上所述，本發(fā)明所涉及的激光輸出控制裝置、激光振蕩器以及激光輸出控制方法可用于激光的輸出控制。
[0091]標(biāo)號的說明
[0092]I激光振蕩器、2激光輸出指令部、11激光輸出控制裝置、12功率傳感器、13激光電源、14諧振器、20加工控制裝置、41輸出定時生成部、42脈寬運(yùn)算部、43切換部、44峰值輸出值運(yùn)算部、45輸出脈沖生成部、46、47反饋控制部、48電流脈沖生成部、100激光加工機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光輸出控制裝置，其對用于輸出激光的激光振蕩器進(jìn)行控制， 該激光輸出控制裝置的特征在于，具有: 脈寬運(yùn)算部，其基于在生成所述激光的輸出波形時使用的激光輸出指令，計(jì)算所述激光進(jìn)行著激光振蕩期間的脈寬； 切換部，其基于所述脈寬的大小，將控制方法切換為峰值控制和平均值控制中的某一方，其中，為了計(jì)算所述激光振蕩器的控制所使用的電流指令值，該峰值控制是使用脈沖波形峰值進(jìn)行控制，該平均值控制是使用脈沖波形平均值進(jìn)行控制； 峰值指令生成部，其在對所述激光振蕩器進(jìn)行峰值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了所述脈沖波形峰值的電流指令值；以及 平均值指令生成部，其在對所述激光振蕩器進(jìn)行平均值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了所述脈沖波形平均值的電流指令值， 將由同一測定部測定出的所述激光的輸出值輸入至所述峰值指令生成部以及所述平均值指令生成部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光輸出控制裝置，其特征在于， 所述脈寬運(yùn)算部還基于所述激光輸出指令，計(jì)算所述激光不進(jìn)行激光振蕩期間的時間、即脈沖間隔， 所述切換部基于所述脈寬的大小以及所述脈沖間隔的大小，將所述控制方法切換為所述峰值控制和所述平均值控制中的某一方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光輸出控制裝置，其特征在于， 所述切換部在所述脈寬比第I設(shè)定時間長的情況下，將所述控制方法切換為所述峰值控制，并且，在所述脈寬小于或等于所述第I設(shè)定時間的情況下，將所述控制方法切換為所述平均值控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光輸出控制裝置，其特征在于， 所述切換部在所述脈沖間隔比第I設(shè)定時間長的情況下，將所述控制方法切換為所述峰值控制，并且，在所述脈沖間隔小于或等于所述第I設(shè)定時間的情況下，將所述控制方法切換為所述平均值控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光輸出控制裝置，其特征在于， 所述切換部在所述脈寬比第I設(shè)定時間長的情況下，將所述控制方法切換為所述峰值控制，并且，在所述脈寬小于或等于所述第I設(shè)定時間的情況下，將所述控制方法切換為所述平均值控制，而且，在所述脈沖間隔比第2設(shè)定時間長的情況下，將所述控制方法切換為所述峰值控制，并且，在所述脈沖間隔小于或等于所述第2設(shè)定時間的情況下，將所述控制方法切換為所述平均值控制。
6.—種激光振蕩器,其用于輸出激光， 該激光振蕩器的特征在于，具有: 激光輸出控制裝置，其通過輸出電流指令值而控制所述激光的輸出； 電源部，其基于所述電流指令值，產(chǎn)生用于輸出所述激光的電流； 諧振器，其使用由所述電源部產(chǎn)生的電流，輸出所述激光；以及測定部，其測定所述激光的輸出值， 所述激光輸出控制裝置具有: 脈寬運(yùn)算部，其基于在生成所述激光的輸出波形時使用的激光輸出指令，計(jì)算所述激光進(jìn)行著激光振蕩期間的脈寬； 切換部，其基于所述脈寬的大小，將控制方法切換為峰值控制和平均值控制中的某一方，其中，為了計(jì)算所述激光振蕩器的控制所使用的電流指令值，該峰值控制是使用脈沖波形峰值進(jìn)行控制，該平均值控制是使用脈沖波形平均值進(jìn)行控制； 峰值指令生成部，其在對所述諧振器進(jìn)行峰值控制的情況下，基于從所述諧振器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了脈沖波形峰值的電流指令值；以及 平均值指令生成部，其在對所述諧振器進(jìn)行平均值控制的情況下，基于從所述諧振器輸出的激光的輸出值，以使該輸出 值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了脈沖波形平均值的電流指令值， 將由同一測定部測定出的所述激光的輸出值輸入至所述峰值指令生成部以及所述平均值指令生成部。
7.—種激光輸出控制方法,其對用于輸出激光的激光振蕩器進(jìn)行控制， 該激光輸出控制方法的特征在于，包含: 脈寬運(yùn)算步驟，在該步驟中，基于在生成所述激光的輸出波形時使用的激光輸出指令，計(jì)算所述激光進(jìn)行著激光振蕩期間的脈寬； 切換步驟，在該步驟中，基于所述脈寬的大小，將控制方法切換為峰值控制和平均值控制中的某一方，其中，為了計(jì)算所述激光振蕩器的控制所使用的電流指令值，該峰值控制是使用脈沖波形峰值進(jìn)行控制，該平均值控制是使用脈沖波形平均值進(jìn)行控制； 峰值指令生成步驟，在該步驟中，在對所述激光振蕩器進(jìn)行峰值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了脈沖波形峰值的電流指令值；以及 平均值指令生成步驟，在該步驟中，在對所述激光振蕩器進(jìn)行平均值控制的情況下，基于從所述激光振蕩器輸出的激光的輸出值，以使該輸出值成為與所述激光輸出指令對應(yīng)的值的方式，生成使用了脈沖波形平均值的電流指令值， 在進(jìn)行所述峰值控制的情況下以及進(jìn)行所述平均值控制的情況下，均輸入由同一測定部測定出的所述激光的輸出值。
【文檔編號】H01S3/131GK103931062SQ201380002989
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】腰前利樹, 福岡輝章 申請人:三菱電機(jī)株式會社