[發(fā)明專利]激光加工裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01117201.0
• 申請日: 2001-04-25
• 公開（公告）號: CN1320503A
• 公開（公告）日: 2001-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛增強;川村浩二
• 申請（專利權(quán)）人: 宮地技術(shù)株式會社
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00
• 代理公司: 柳沈知識產(chǎn)權(quán)律師事務(wù)所
• 代理人: 王志森

本發(fā)明涉及一種波形可控的激光加工裝置。

直到現(xiàn)在，在通過向工件照射脈沖激光束實現(xiàn)激光加工例如焊接、切割等的激光加工裝置中，利用可變控制脈沖激光的輸出激光的脈沖波形技術(shù)，以滿足各種加工要求。

圖6表示常規(guī)的波形可控的激光加工裝置的主要結(jié)構(gòu)。該激光加工裝置包含激光振蕩單元100、激光器電源單元102和控制單元104。激光器電源單元102經(jīng)過通常由晶體管構(gòu)成的開關(guān)元件106電連接到激光振蕩單元100的激發(fā)光源(未示出)，可由控制單元104對開關(guān)元件106進行的反饋開關(guān)控制，來控制激光器電源單元102向所述激發(fā)光源提供的直流功率或電流波形。激光振蕩單元100利用從激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光的能量激勵固態(tài)激光器介質(zhì)(未示出)，以便振蕩輸出具有可控激光輸出(光強)波形的激光束LB。

為了實現(xiàn)上述激光輸出波形控制，控制單元104包含：激光輸出測量單元108，用于測量激光束LB的輸出；以及開關(guān)控制單元112，用于根據(jù)來自激光輸出測量單元108的激光輸出信號測量值ML的反饋信號和來自基準信號發(fā)生單元110的基準信號M_ref之間的誤差對開關(guān)元件106進行開關(guān)控制。

在開關(guān)控制單元112中，由運算放大器114、輸入電阻116和118以及反饋電阻120組成的誤差放大器122，將兩個信號ML和M_ref的電平相比較，以產(chǎn)生代表其間誤差或差的誤差信號ER。以及一PWM(脈寬調(diào)制)電路124產(chǎn)生預(yù)定頻率的PWM信號MW，該信號的脈寬與誤差信號相適應(yīng)。PWM信號MW作為一開關(guān)控制信號經(jīng)過驅(qū)動電路126提供到開關(guān)元件106。

在上述激光加工裝置中，激光束LB的輸出相對于用于波形控制從PWM電路124饋送到開關(guān)元件106的開關(guān)控制信號MW，可以具有很大程度的相位滯后，例如多達180°。

由于這一理由，為了穩(wěn)定波形控制反饋回路，與運算放大器114的反饋電路中的電阻120相并聯(lián)配置一相位補償電路，該相位補償電路由串聯(lián)的電容128和電阻130組成，以便加強特別是高頻分量的負反饋，以此補償大的相位滯后，幾乎能夠?qū)⑷缟纤龅南辔环聪唷?/p>

然而，這可能導(dǎo)致降低誤差放大器122的增益，特別是高頻分量的增益。由于這一理由，當激光束LB上升時，兩個激光輸出測量值信號ML和基準信號M_ref往往包含很多高頻分量，使得關(guān)于各對應(yīng)高頻分量之間的誤差(或差)的誤差信號ER的增益或靈敏度隨PWM電路124響應(yīng)速度的降低而變低。這可能經(jīng)常導(dǎo)致激光輸出緩慢上升，如在圖7A到7C中所示，以及由于其反應(yīng)導(dǎo)致過沖，降低波形控制的精確度和可靠性。此外，從激光加工質(zhì)量的觀點出發(fā)，這也是不希望有的。

根據(jù)在先技術(shù)存在的這些問題提出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種提高激光輸出波形控制的精確度或可靠性的激光加工裝置。

本發(fā)明的另目的是提供一種提高激光輸出上升特性的激光加工裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種功率反饋型激光加工裝置，具有激光振蕩單元，用于利用從激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光的能量激勵固態(tài)激光器介質(zhì)，以便振蕩輸出激光，激光器電源單元向所述激發(fā)光源供電，以及激光輸出測量單元測量激光輸出，根據(jù)反饋信號和預(yù)設(shè)的基準值之間的誤差控制激光輸出，所述反饋信號是來自所述激光輸出測量單元的激光器功率測量值，所述激光加工裝置包含：功率測量單元，用于測量向激發(fā)光源提供的功率，其中利用代表來自所述功率測量單元的功率測量信號的交流分量校正所述反饋信號，以便控制激光輸出。

在上述結(jié)構(gòu)中，利用基本上與控制信號同相的功率測量值信號的交流分量，校正其相位相對于控制信號明顯滯后的激光輸出測量值信號或反饋信號，以此，該反饋信號能夠進行相位補償，以穩(wěn)定功率反饋回路。

另一方面，可以利用功率測量值信號的高頻分量校正基準值，以控制激光輸出。另外，可以這樣配置，取代功率測量裝置提供電流測量裝置，用于測量提供到激發(fā)光源的電流，使得可以利用來自功率測量裝置代表功率測量值的信號的高頻分量校正該反饋信號，以控制激光輸出。作為一種替代方案，可以利用功率測量值信號的交流分量校正該基準值，以控制激光輸出。

最好，本發(fā)明的激光加工裝置還包含：開關(guān)裝置，其連接在所述激光器電源單元和所述激發(fā)光源之間；以及開關(guān)控制裝置，用于按照預(yù)定頻率通過脈寬調(diào)制對所述開關(guān)裝置進行開關(guān)控制。