[发明专利]激光加工装置

说明书

本发明涉及一种波形可控的激光加工装置。

直到现在，在通过向工件照射脉冲激光束实现激光加工例如焊接、切割等的激光加工装置中，利用可变控制脉冲激光的输出激光的脉冲波形技术，以满足各种加工要求。

图6表示常规的波形可控的激光加工装置的主要结构。该激光加工装置包含激光振荡单元100、激光器电源单元102和控制单元104。激光器电源单元102经过通常由晶体管构成的开关元件106电连接到激光振荡单元100的激发光源(未示出)，可由控制单元104对开关元件106进行的反馈开关控制，来控制激光器电源单元102向所述激发光源提供的直流功率或电流波形。激光振荡单元100利用从激发光源发出的激发光的能量激励固态激光器介质(未示出)，以便振荡输出具有可控激光输出(光强)波形的激光束LB。

为了实现上述激光输出波形控制，控制单元104包含：激光输出测量单元108，用于测量激光束LB的输出；以及开关控制单元112，用于根据来自激光输出测量单元108的激光输出信号测量值ML的反馈信号和来自基准信号发生单元110的基准信号M_ref之间的误差对开关元件106进行开关控制。

在开关控制单元112中，由运算放大器114、输入电阻116和118以及反馈电阻120组成的误差放大器122，将两个信号ML和M_ref的电平相比较，以产生代表其间误差或差的误差信号ER。以及一PWM(脉宽调制)电路124产生预定频率的PWM信号MW，该信号的脉宽与误差信号相适应。PWM信号MW作为一开关控制信号经过驱动电路126提供到开关元件106。

在上述激光加工装置中，激光束LB的输出相对于用于波形控制从PWM电路124馈送到开关元件106的开关控制信号MW，可以具有很大程度的相位滞后，例如多达180°。

由于这一理由，为了稳定波形控制反馈回路，与运算放大器114的反馈电路中的电阻120相并联配置一相位补偿电路，该相位补偿电路由串联的电容128和电阻130组成，以便加强特别是高频分量的负反馈，以此补偿大的相位滞后，几乎能够将如上所述的相位反相。

然而，这可能导致降低误差放大器122的增益，特别是高频分量的增益。由于这一理由，当激光束LB上升时，两个激光输出测量值信号ML和基准信号M_ref往往包含很多高频分量，使得关于各对应高频分量之间的误差(或差)的误差信号ER的增益或灵敏度随PWM电路124响应速度的降低而变低。这可能经常导致激光输出缓慢上升，如在图7A到7C中所示，以及由于其反应导致过冲，降低波形控制的精确度和可靠性。此外，从激光加工质量的观点出发，这也是不希望有的。

根据在先技术存在的这些问题提出本发明。因此，本发明的目的是提供一种提高激光输出波形控制的精确度或可靠性的激光加工装置。

本发明的另目的是提供一种提高激光输出上升特性的激光加工装置。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种功率反馈型激光加工装置，具有激光振荡单元，用于利用从激发光源发出的激发光的能量激励固态激光器介质，以便振荡输出激光，激光器电源单元向所述激发光源供电，以及激光输出测量单元测量激光输出，根据反馈信号和预设的基准值之间的误差控制激光输出，所述反馈信号是来自所述激光输出测量单元的激光器功率测量值，所述激光加工装置包含：功率测量单元，用于测量向激发光源提供的功率，其中利用代表来自所述功率测量单元的功率测量信号的交流分量校正所述反馈信号，以便控制激光输出。

在上述结构中，利用基本上与控制信号同相的功率测量值信号的交流分量，校正其相位相对于控制信号明显滞后的激光输出测量值信号或反馈信号，以此，该反馈信号能够进行相位补偿，以稳定功率反馈回路。

另一方面，可以利用功率测量值信号的高频分量校正基准值，以控制激光输出。另外，可以这样配置，取代功率测量装置提供电流测量装置，用于测量提供到激发光源的电流，使得可以利用来自功率测量装置代表功率测量值的信号的高频分量校正该反馈信号，以控制激光输出。作为一种替代方案，可以利用功率测量值信号的交流分量校正该基准值，以控制激光输出。

最好，本发明的激光加工装置还包含：开关装置，其连接在所述激光器电源单元和所述激发光源之间；以及开关控制装置，用于按照预定频率通过脉宽调制对所述开关装置进行开关控制。