DD261675A1

DD261675A1 - Elektronisch steuerbare stromquelle fuer gasentladungslaser

Info

Publication number: DD261675A1
Application number: DD30339887A
Authority: DD
Inventors: Harald Schiedung; Peter Zacharias
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1988-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronisch steuerbare Stromquelle fuer Gasentladungslaser, insbesondere fuer Kohlendioxidleistungslaser mit mindestens zwei Entladestrecken. Veraenderungen der Impulsfrequenz und von Impulsfolgen im pw-Bereich werden bisher mittels Variation des Tastverhaeltnisses der Stroeme zur Anregung der Entladestrecken realisiert. Dabei veraendert sich zwangslaeufig auch der Laserwirkungsgrad. Mit der Erfindung wird eine Moeglichkeit aufgezeigt, Impulsfrequenz und Impulsfolgen ohne Variation des Tastverhaeltnisses der Stroeme zur Anregung der Entladestrecken und damit auch ohne Variation des Laserwirkungsgrades zu veraendern. Das wird durch gesteuerte Phasenverschiebungen zwischen den Stroemen zur Anregung der Entladestrecken erreicht. Es wird damit eine hohe steuerungstechnische Flexibilitaet der Laserausgangsparameter bei konstant hohem Laserwirkungsgrad ermoeglicht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektronisch steuerbare Stromquelle für Gasentladungslaser, insbesondere für Kohlendioxidleistungslaser mit mindestens zwei Entladestrecken, die z. B. zur Materialbearbeitung von Metallen, keramischen, silikatischen oder anderen Werkstoffen eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Speisung von Gasentladungslasern, insbesondere von Kohlendioxidleistungslasern sind eine Vielzahl von verschiedenen Lösungen bekannt.

Im einfachsten Fall erfolgt die Anregung mittels einer Gleichstromversorgung, welche aber bedeutende Nachteile hinsichtlich der steuerungstechnischen Flexibilität aufweist.

Diese Nachteile vermeiden generell Stromquellen, die den Kohlendioxidleistungslaser im Mittel- bzw. Hochfrequenzbereich anregen und deren Struktur eine dynamisch günstige Beeinflussung des Bearbeitungsregimes ermöglicht. Darüber hinaus bilden solche Stromquellen, wie sie z. B. im EP-PS 0067464 oder DD-WP H 02 M/291411 2, beschrieben sind, die Möglichkeit, infolge pulsierender Anregung eine Pulsation der Laserausgangsleistung zu erreichen. Diese pulsierende Laserausgangsleistung ist für eine Vielzahl von technologischen Anwendungen zur Erzielung bestimmter Bearbeitungsergebnisse notwendig.

Die Pulsation der Laserausgangsleistung wird z. B. dadurch erreicht, daß die Versorgung von zwei Entladestrecken mittels eines Schwingkreiswechselrichters unter Ausnutzung einer speziellen Hochspannungstransformatoranordnung erfolgt, welche die sichere Zuendung der Entladestrecken gewährleistet (s. DD-WP H01 S/2767857). Dabei kann der Schwingkreiswechselrichter über eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Schwingkreiswechselrichtern, wie sie z. B. im DD-WP H 02 M/2914112 beschrieben ist, mit hoher steuerungstechnischer Flexibilität und großem Stellbereich bei hoher Güte der Laserausgangsleistung gesteuert werden, wobei ein kontinuierlicher Übergang vom cw-Betrieb in den pw-Betrieb bis hin zu Einzelimpulsen realisierbar ist.

Im pw-Betrieb können so verschiedene Impulsfrequenzen und Impulsfolgen, die für bestimmte technologische Anwendungen notwendig sind, erzeugt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß dies über eine Veränderung des Tastverhältnisses des Entladestromes erreicht wird, weil damit eine Veränderung, meist eine Verschlechterung des Laserwirkungsgrades verbunden

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine elektronisch steuerbare Stromquelle für Gasentladungslaser, insbesondere für Kohlendioxidleistungslaser mit mindestens zwei Entladestrecken zu schaffen, welche unter Beibehaltung einer hohen steuerungstechnischen Flexibilität einen konstant hohen Laserwirkungsgrad gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronisch steuerbare Stromquelle für Gasentladungslaser, insbesondere für Kohlendioxidleistungslaser mit mindestens zwei Entladestrecken zu entwickeln, bei der ohne Veränderung des Tastverhältnisses der Entladeströme die Pulsparameter der Laserausgangsleistung stufenlos verändert werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei mehreren Entladestrecken mindestens zwei Schaltungsanordnungen zur steuerbaren Anregung der Entladestrecken vorhanden sind, die jeweils eine selbständige Schaltungsanordnung zur Steuerung der Parameter der Anregung aufweisen, wobei letztere mit einer an sich bekannten Einheit zur einstellbaren Erzeugung einer Phasenverschiebung verbunden sind. Eine Änderung der Parameter der pulsierenden Laserausgangsleistung, wie sie für eine Vielzahl von technologischen Anwendungen zur Erzielung bestimmter Bearbeitungsergebnisse notwendig ist, wird mit der erfindungsgemäßen Stromquelle dadurch erreicht, daß die einzelnen Entladestrecken jeweils unter Einhaltung eines vorgegebenen Tastverhältnisses der Entladeströme angeregt werden, jedoch in ihrer Phasenlage zueinander in vorbestimmbarer Weise verschoben sind.

Die Einheit zur einstellbaren Erzeugung einer Phasenverschiebung ermöglicht Phasenverschiebungen zwischen 0 und 180 Grad. Dadurch kann die Laserausgangsleistung bei impulsförmiger Anregung der einzelnen Entladestrecken vom Impulsbetrieb bis

hin zum cw-Betrieb eingestellt werden. Der cw-Betrieb ist jedoch nur dann möglich, wenn eine gerade Anzahl von Entladestrecken, mit dazugehörigen Anregungseinheiten als Stromversorgung vorhanden sind. Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels dieser Einheit zur Erzeugung einer Phasenverschiebung mehr als zwei Anregungseinheiten phasenverschoben anzusteuern.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen, elektronischen Stromquelle und Fig.2: einige charakteristische, mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Stromquelle erzielte Zeitverläufe der Laserausgangsleistung (schematisch).

In der Fig. 1 wird ein einfach gefalteter Kohlendioxidleistungslaser, bestehend aus zwei Resonatoren 1 und einem optischen System 2 durch zwei Schaltungsanordnungen 3 (z. B. Schwingkreiswechselrichter) zur mittelfrequenten, steuerbaren Anregung gespeist. Diese Schaltungsanordnungen 3 beinhalten jeweils eine Schaltungsanordnung 4 zur Steuerung der Parameter der Anregung, insbesondere zur Realisierung der notwendigen Impulsfolge bei optimalem Tastverhältnis hinsichtlich des Laserwirkungsgrades.

Eine diesen Schaltungsanordnungen 4 zur Steuerung der Parameter der Anregung vorgeschaltete Einheit 5 verknüpft die Signale zur Steuerung der Schaltungsanordnungen 3 so, daß mittels eines Steuersignales X1 die Phasenlage der Signale zur Steuerung der Schaltungsanordnungen 3 separat von 0 bis 180 Grad kontinuierlich verschoben werden kann. Aus der Phasenverschiebung zwischen den Anregungen resultiert damit beim gegenphasigen Zuenden (Phasenwinkel 180 Grad) ein cw-Betrieb, beim Zuenden in Phasenlage (Phasenwinkel 0 Grad) eine impulsförmige Anregung. Diesen Zusammenhang zeigt Fig. 2 anhand der Zeitverläufe der Entladeströme Ie 1/2 zur Anregung der Entladestrecken beider Resonatoren sowie des Zeitverlaufes der Laserausgangsleistung P.

Die erfindungsgemäße elektronische Stromquelle kann auch für andere konstruktive Ausführungen von Kohlendioxidleistungslaser angewendet werden.

Prinzipiell ist es auch möglich, mehr als zwei Gruppen bzw. einzelne Entladestrecken zum Zwecke der Erzielung eines gewünschten Zeitverlaufes der Laserausgangsleistung P erfindungsgemäß zu verknüpfen.

Claims

Elektronisch steuerbare Stromquelle für Gasentladungslaser, insbesondere für Kohlendioxidleistungslaser mit mindestens zwei, vorzugsweise einer geraden Anzahl von Entladestrecken, bestehend aus mindestens zwei Schaltungsanordnungen zur steuerbaren Anregung der Entladestrecken sowie deren Steuerung zur Realisierung eine Anregung im Impulsfolgen, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltungsanordnungen (3) zur steuerbaren Anregung der Entladestrecken jeweils eine selbständige Schaltungsanordnung (4) zur Steuerung der Parameter der Anregung aufweisen, welche mit einer an sich bekannten Einheit (5) zur einstellbaren Erzeugung einer Phasenverschiebung verbunden sind.

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