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    公开号:WO1988006810A1
    申请号:PCT/JP1988/000183
    申请日:1988-02-19
    公开日:1988-09-07
    发明作者:Akira Egawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G01R19-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳 レーザ発振器の出力電圧検出装置 技 術 分 野
    [0002] 本発明はレーザ発振器の出力電圧検出装置に関し、 特に簡 易な回路で出力電圧を検出できるように構成したレーザ発振 器の出力電圧検出装置に関する。 背 景 技 術
    [0003] ガス レーザ装置に使用される レーザ管は内部のガスの状態 等によって、 電気的なイ ン ピーダンスが変化し、 このために レーザ管に供給される電圧が変動する。 例えば、 レーザ管へ の電流帰還ループを有する レーザ発振器において、 電気的ィ ン ピ一ダンスが変動し、 電流を一定になるように制御してい れば当然に供給電圧が変勛する。 これをそのまま放置すれば. ィ ンバータを構成している半導体等を損傷する原因となる。
    [0004] このために従来より、 ィ ンバークに供給される電圧を検出 し、 基準の電圧を越えときはアラームを上げ、 また危険電圧 を越えたときは運転を停止する等の制御をおこない、 さ らに、 出力電圧を一定に制御するために、 出力電圧を検出して監視 する必要があつた。
    [0005] しかし、 計器用変圧器を使用する ときは、 電圧が相当高い ので相当の铯緣耐圧を有する変圧器が必要であり、 また高周 波電源の周波数が高いので高周波特性も必要であった。 この ために非常に高価な計器用変圧器を必要とした。
    [0006] また、 コ ンデンサで電圧を分圧する方法ではレーザ管への 供給電力ライ ンと制御装置側のアースを分離するこ とができ ず、 制御回路へのノ ィ ズ等が混入する危険性が高いという問 題点があった。 発 明 の 開 示
    [0007] 本 明の目的は上記問題点を解決し、 簡易な回路で出力電 圧を検出し、 異常電圧を監視できるように構成レたレーザ発 振器の出力電圧検出装置を提供するこ とにある。
    [0008] 本発明の他の目的は低電圧で安価に構成できるようにした レーザ発振器の出力電圧検出装置を提供することにある。 本発明では上記の問題点を解決するために、
    [0009] レーザ管に高周波電源を供給してレーザ発振を行う レーザ 発振器の出力電圧検出装置において、 前記高周波電源を供給 するィ ンバータの入力倒に接続され、 非線型素子と基準電圧 とからなる電圧検出回路と、 該非線型素子に流れる電流を検 出する変流器とを有し、 前記非線型素子 （ B ) に流れる電流 によって出力電圧の異常を検出するように構成したレーザ発 振器の出力電圧検出装置が、
    [0010] 提供される。
    [0011] 非線型素子はコ ンバータの正規の電圧より少し高い電圧に 非線型点を有し、 この電圧を越えると急激に電流、 抵抗の関 係が変化する。 従って、 コ ンバータの出力電圧が基準電圧を 越えると非線型素子には急激に電流が流れ、 この電流を変流 器で検出するこ とにより異常電圧を検出する。
    [0012] 他の発明の詳細については、 後述する実施例及び図面で明 らカ、にされる。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1 図は本発明の一実施例のブロ ッ ク図、
    [0013] 第 2図はバリ スタ Bの電圧と電流の関係を示す図、 第 3図は本発明の第 2 の実施例のブロ ッ ク図、
    [0014] 第 4図は本発明の第 3 の実施例のプロ ッ ク図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0015] 第 1 図に本発明の一実施例のブロ ッ ク図を示す。 図におい て、 1 はコ ンバータであり、 商用電源を整流して直流に変換 する。 このコ ンバータは 6個の S C Rである S 1 〜 3 6 で¾着 成されている。
    [0016] 2 はィ ンバータであり コ ンバ—タ 1 の直流出力電圧を数 M H 2 の高周波に変調する。 これは 4個の F E Tのプリ ッ ジ回 路によって構成されている。
    [0017] 3 はレーザ管である。 3 1 は石英ガラ ス等で形成された管 であり、 内部にレーザ媒質ガス 3 2 が循環されている。 3 3 a及び 3 3 b は電極であり、 この電極を介して管 3 1 に高周 波電源が印可されいる。 この管 3 1 内にある レーザ媒質ガス 3 2 に高周波電源による放電をおこない、 レーザ光を発振、 増幅させている。 レーザ光の方向は紙面と直角方向である。 — 一 4は電流検出回路であり、 コ ンバータ 1 の出力に接続され ている。 コ ンパ—タ 1 に接繞された線は変流器 C Tと結合さ れダイォ一 ド D 1 に接続されている。 ダイ ォー ド D 1 は非線 型素子であるバリ スタ Bに接続され、 ノ リ スタ Bの反対側は アースに接繞されている。 また、 ノ リ スタはダイオー ド D 2 に接繞され、 ダイォー ド D 2 の陽極側は抵抗 R 1 を介して基 準電圧 Vに接続されている。
    [0018] 基準電圧 Vはコ ンバータ 1 の正常な電圧より 5 〜 1 0 %高 い値にする。 また、 パリ スタ Bの非線型点、 即ち抵抗特性が 変化する点ばこの基準電圧より 1 0 V程度高いものを使用し ている。 従って、 コ ンバータ 1 の出力電圧が正常な場合は図 の電圧 V Sはバリ スタ Bの非線型点より低く 、 ダイオー ド D 1 に電流は殆ど流れない。
    [0019] しかし、 コ ンバータ 1 の電圧が高く なり ノ、 'リ スタ Bの非線 型点を越えると、 ダイォー ド D 1-には急激に電流が流れる。 この電 ί は変流器 C Τによつて検出することができる。
    [0020] 5 は制御装置であり変流器 C Tの電流の立ち上がりを捕ら えて異常電圧を検出する。 そしてこれをアラームとして表示 する。 また、 この電圧値が危険電圧以上に達した場合はコ ン バータ 1 のサイ リ スダのゲー ト信号をォフにして運転を停止 する。 - 第 2図にコ ンバ一タ 1 の出力電圧と電流の閬孫を示す。 図 において、 縦軸は第 1図の電圧 V Sを表し、 横軸は時間であ る。 電圧 V Sが図のように変化して時刻 Τ 1 でバリ スタ Βの 非線型点 V Bを越えると I (電流） が急激にバリ スタ Βに流 れ、 この電流は変流器 C Tによ って検出する こ とができ る。 このよ う に、 簡単な構成で異常電圧を検出し、 イ ンバータ 2 の F E T等の半導体素子等を保護するこ とができ る。 また、 変流器 C Tはコ ンバ一タ 1 及びィ ンバータ 2等の回路とァ— スが接続されていないので、 ノ イ ズ等が制御装置 5 の回路に 進入する可能性も低い。
    [0021] 上記の説明では、 非線型素子と してバリ スタを使用した力く、 これ以外の例えば高圧のツユナ一ダイ ォー ド等の非線型素子 を使用する こ ともでき る。
    [0022] 以上説明したように本実施例では、 異常電圧の検非線型素 子を使用して、 その電流変化を変流器で検出するように構成 したので、 簡易な回路構成で異常電圧を検出するこ とができ、 また、 制御装置の回路にノ イ ズが進入する可能性も低く する こ とができ る。
    [0023] 次に第 2 の実施例について説明する。
    [0024] 第 3図に本発明の第 2 の実施例のプロ ッ ク図を示す。 図に おいて、 1 1 は高周波電源装置であり、 商用電源を整流して 直流に変換し、 これを高周波ィ ンバータによ って高周波の電 圧に変換する。 1 2 は昇圧用の ト ラ ンスであり、 高周波電源 装置 1 1 からの高周波電源を必要な電圧まで昇圧する。 .1 3 はマ ッ チ ング回路であり 、 ト ラ ンス 1 2 と レーザ管とのィ，ン ピーダンスマ ッ チ ングをとり、 高周波電源装置 1 1 からの電 力を効率よ く レーザ管に供給する。 本実施例では 型のマ ツ チング回路を使用 している。 C 3 1 及び C 3 3 は並列リ ア ク タ ンスを構成する コ ンデンサであり 、 L 3 2 は直列リ アク タ ンスを構成するイ ンダクタ ンスである。
    [0025] 1 4 は レ一ザ管である。 1 4 1 は石英ガラス等で形成され た管であり、 内部にレーザ媒質ガス 1 4 2が循環されている。 1 4 3 a及び 1 4 3 b は電極であり、 この電極を介してレー ザ管 1 4 1 に高周波電源が印加されている。 この レーザ管 1 4 1 内にある レーザ媒質ガス 1 4 2 に高周波電源による放電 をおこない、 レーザ光を発振、 増幅させている。 レーザ光の 方向は紙面と直角方向である。 ·
    [0026] 1 5 は変流器であり、 ト ラ ンス 1 2の一次側のアースに設 けられている。 従って、 変流器 1 5 の電圧は非常に低く 、 変 流器 1 5 の铯緣電圧は低いものでたり る。 また、 変流器 1 5 はァースがレーザ放電用の電力ラィ ンから分離され Tおり、 ノ イ ズ等が混入する可能性も低い。
    [0027] 1 7 は増幅器であり、 増幅率 Kを ト ラ ンスの 1 次側ィ ンピ 一ダンスとすれば、 その出力は、 変流器 1 5からの電流信号 値と ト ラ ンスの一次側の入カイ ンピ一ダンスの積となり高周 波電源装置 1 1 から出力される高周波電源の電圧を箕出する ことができる。 また、 1 6 は制御装置であり、 増幅器 1 7を 使用せずに、 変流器 1 5からの電流信号値を D Aコ ンバータ によってデイ ジイ タル値に変換し、 予め ト ラ ンスの一次側の 入力イン ピーダンス値をディ ジイ タル値として記億しておき、 両者の積から求めることもできる。 この検岀電圧によって、 高周波電源装置 1 1 内で使用されている F E T等を保護する こ と：^、でさ る。
    [0028] これらの電圧値を予め定められた基準電圧値と比較して、 基準電圧値を所定の値以上越えている ときはアラー ムを表示 する。 また、 この電圧値が危険電圧以上に達した場合は運転 を停止する。 さ らに、 こ の電圧を監視して、 自動的に電圧を 一定に保つよう に制御することもできる。
    [0029] 上記の説明で ト ラ ンスの一次側に変流器を設けたが、 ト ラ ンス 2を 3巻 ト ラ ンスとして、 特別の変流器を設けるこ とな く構成するこ ともできる。
    [0030] 以上説明したように本実施例では、 高周波電源装置の出力 電圧の検出を ト ラ ンスの一次側のアース側に設けた変流器か ら検出した電流から得るように構成している ので、 変流器の 絶緣電圧が低く 、 安価な変流器を使用でき、 簡単な構成で高 周波電源装置の出力電圧を測定する こ とができる。
    [0031] 次に第 3 ·の実施例について述べる。
    [0032] 第 4図に本発明の一実施例のブロ ッ ク図を示す。 図におい て、 2 1 はィ ンバー夕であり、 商用電源を整流して直流を高 周波の電圧に変換する。 2 2 はタ ンク回路であり、 イ ンバー タ 2 1 の出力に並列に接続され、 並列に接続されたコ イ ル L と コ ンデンサ Cで構成されている。 タ ンク回路は高い Qを有 しており、 イ ンバータ 2 1側から見たときのイ ン ピーダ ンス が実質的に純抵抗分となるように L、 Cが選択されている。 2 3 'は昇圧用の ト ラ ンスであり、 イ ンバータ 2 1 からの高周 波電源を必要な電圧まで昇圧する。 2 4 はマ ッ チ ング回路で あ り 、 ト ラ ンス 2 3 と レーザ管 2 6 とのィ ン ピ一ダ ンスマ ツ チ ングをとり、 イ ンバ―タ 2 1 から の電力を効率よ く レーザ 管に供給する。 本実施例では π型のマ ッ チ ング回路を使用し ている。 C 1及び C 2 は並列リ ア ク タ ンスを構成する コ ンデ ンサであ り 、 L 1 は直列リ ア クタ ンスを構成する ィ ンダク タ ンスである。
    [0033] 2 5 はレ一ザ管である。 2 5 1 は石英ガラス等で形成され た管であり、 内部にレーザ媒質ガス 2 5 2が循環されている。 2 5 3 a及び 2 5 3 b は電極であり、 この電極を介して管 2 5 1 に高周波電源が印可されいる。 この管 2 5 1 内にある レ -ザ媒質ガス 2 4 2 に高周波電源による放電をおこない、 レ 一ザ光を発振、 増幅させている。 レーザ光の方向は紙面と直 角方向である。
    [0034] 2 6 は変流器であ り 、 タ ンク回路コ イ ル L のア ース側に設 けられている。 従って、 変流器 2 6 の電圧は非常に低く、 変 流器 2 6 の絶縁電圧は低いもので足り る。 また、 変流器 2 6 はァ一スがレ一ザ放電用の電力ライ ンから分離されており、 ノ ィ ズ等が混入する可能性も低い。
    [0035] 2 8 は増幅器であり、 増幅率 Kをコ イル Lのイ ンピーダン スとすれば、 その出力は変流器 2 6からの電流信号値とコ ィ ノレ Lのィ ンピーダンスの積となり高周波電源装置 2 1から出 力される高周波電源の電圧を箕出することができる。 2 7 は、 制御装置であり、 増幅器 8を使用せずに、 変流器 2 6から の電流信号値を D Aコ ンバータによってディ ジィ タ）1 /値に変 換し、 予めタ ンク回路 2 のイ ンダク タ ンス L のイ ン ビーダ ン ス値をデイ ジイ タ ル値として記憶しておき、 両者の積から求 めることもできる。 この検出電圧によって、 イ ンバ一タ 2 1 内で使用されている F E T等を保護することができる。 こ れらの電圧値を予め定められた基準電圧値と比較して、 基準 電圧値を所定の値以上越えている ときはアラームを表示する また、 こ の電圧値が危険電圧以上に達した場合は運転を停止 する。 さ らに、 この電圧を監視して、 自動的に電圧を一定に 保つよ う に制御する こ と もでき る 。
    [0036] 以上説明したのように、 本実施例では電圧の検出をタ ン ク 回路のコ イ ルのアー ス側に設けた変流器から検出した電流か ら得るように構成している ので、 変流器の絶縁電圧が低く 、 安価な変流器を使用でき、 簡単な構成で出力電圧を測定する こ とができ る。 .
    [0037] 上記の説明ではコ イ ル Lのァ - ス側に変流器を設けたが、 コ イ ル Lに副巻線 （ 2次巻線） を設けて、 その出力電流から 電源の出力電圧を検出する こ ともできる。 さ らに、 変流器を タ ンク回路のコ ンデ ンサ側に設けても全く 同等の効果が得ら れる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . レーザ管に高周波電源を供給してレーザ発振を行う レ ' 一ザ発振器の岀カ電圧検出装置において、
    前記高周波電源を供給するィ ンバ—タの入力側に接繞され、 非線型素子と基準電圧とからなる電圧検出回路と、
    該非線型素子に流れる電流を検出する変流器とを有し、
    前記非線型素子に流れる電流によって出力電圧の異常を検 出するように搆成したレ―ザ発振器'の出力電圧検出装置。
    2 . 前記非線型素子はバリ ス タであることを特徵とする特 許請求の範囲第 1項記載のレーザ発振器の異常電圧検出装置。
    3 . 高周波電源装置とレーザ管の間に募圧 ト ラ ンスを有す る レーザ発振器の出力電圧検出装置において、 '
    前記 ト ラ ンスの一次側のアース側に電流を検出する変流器 を設け、
    該変流器の電流から前記高周波電源装置の出力電圧を検出 するように構成したことを特徴とする レーザ発振器の出力電 圧検出装置。
    4 . 前記出力電圧が所定の基準値を越えているときは、 ァ ラーム とするようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    3項記載のレーザ発振器の出力電圧検出装置。
    5 . 前記出力電圧が危険電圧を越えているときは、 運転を 停止するように構成したことを特徵とする特許請求の範囲第
    3 .項記載のレーザ発振器の出力電圧検出装置。
    6 . 前記出力電圧を監視して、 出力電圧を一定に保つよう に制御することを特徵とする特許請求の範囲第 3項記載のレ 一ザ発振器の出力電圧検出装置。
    7 . 高周波電源用イ ンバータ と レーザ管の間に高い Qを有 するタ ンク回路を有する レーザ発振器の出力電圧検出装置に おいて、
    前記タ ンク回路のイ ンダクタ ンスのアー ス側に電流を検出 する変流器を設け、
    該変流器の電流からィ ンバー タ の出力電圧を検出するよう に構成したこ とを特徴とする レーザ発振器の出力電圧検出装 置。
    8 . 前記出力電圧が所定の基準値を越えているときは、 ァ ラームとするようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    7項記載のレーザ発振器の出力電圧検出装置。
    9 . 前記出力電圧が危険電圧を越えているときは、 運転'を 停止するよう に構成したこ とを特徴とする'特許請求の範囲第
    7項記載のレーザ発振器の出力電圧検出装置。
    1 0 . 前記出力電圧を監視して、 出力電圧を一定に保つよ う に制御する こ とを特徴とする特許請求の範囲第 7 項記載の レーザ発振器の出力電圧検出装置。
    1 1 . 高周波電源用イ ンバータ と レ—ザ管の間に高い Qを 有するタ ン ク回路を有する レ -ザ発振器の出力電圧検出装置 にお'いて、 ' 前記タ ンク回路のィ ンダクタ ンスのコ イソレに副巻線を設け、 該副巻線の電流からイ ンバ -タの出力電圧を検出するよう に構成したこ とを特徴とする レ —ザ発振器の出力電圧検出装 置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    法律状态:
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    1988-09-07| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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