DD261675A1

DD261675A1 - ELECTRONICALLY CONTROLLABLE POWER SOURCE FOR GAS DISCHARGE LASER

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.The invention relates to an electronically controllable current source for gas discharge laser, in particular for carbon dioxide power laser with at least two discharge paths. Changes in the pulse frequency and pulse sequences in the pw range have hitherto been realized by means of variation of the duty cycle of the currents for exciting the discharge paths. This inevitably changes the laser efficiency. With the invention a possibility is shown to change the pulse frequency and pulse sequences without varying the Tastverhaeltnisses the currents for exciting the Entladestrecken and thus without varying the laser efficiency. This is achieved by controlled phase shifts between the currents to excite the discharge paths. Thus, a high control-technical flexibility of the laser output parameters is possible with a constant high laser efficiency.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to an electronically controllable power source for gas discharge laser, in particular for carbon dioxide power laser with at least two discharge paths, the z. B. for material processing of metals, ceramic, silicate or other materials.

Characteristic of the known state of the art

Für die Speisung von Gasentladungslasern, insbesondere von Kohlendioxidleistungslasern sind eine Vielzahl von verschiedenen Lösungen bekannt.For the feeding of gas discharge lasers, in particular of carbon dioxide power lasers, a large number of different solutions are known.

Im einfachsten Fall erfolgt die Anregung mittels einer Gleichstromversorgung, welche aber bedeutende Nachteile hinsichtlich der steuerungstechnischen Flexibilität aufweist.In the simplest case, the excitation by means of a DC power supply, but which has significant disadvantages in terms of control-technical flexibility.

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.These disadvantages generally avoid current sources which excite the carbon dioxide power laser in the middle or high-frequency range and whose structure enables a dynamically favorable influencing of the processing regime. In addition, such power sources as z. As described in EP-PS 0067464 or DD-WP H 02 M / 291411 2, the possibility to achieve pulsation of the laser output due to pulsating excitation. This pulsating laser output is necessary for a variety of technological applications to achieve certain machining results.

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.The pulsation of the laser output power is z. B. achieved in that the supply of two discharge paths by means of a resonant circuit inverter taking advantage of a special Hochspannungstransformatoranordnung, which ensures the safe Zuendung the Entladestrecken (see DD-WP H01 S / 2767857). In this case, the resonant circuit inverter can be connected via a circuit arrangement for controlling resonant circuit inverters, as they are for. B. in DD-WP H 02 M / 2914112, are controlled with high control flexibility and large control range with high quality of the laser output power, with a continuous transition from cw operation in the pw mode to individual pulses can be realized.

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 verbundenIn pw mode, different pulse frequencies and pulse sequences, which are necessary for certain technological applications, can be generated. The disadvantage here, however, is that this is achieved via a change in the duty cycle of the discharge, because it is a change, usually a deterioration of the laser efficiency connected

Object of the invention

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.The aim of the invention is to provide an electronically controllable power source for gas discharge laser, in particular for carbon dioxide power laser with at least two discharge paths, which ensures a constant high laser efficiency while maintaining a high control flexibility.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to develop an electronically controllable power source for gas discharge laser, in particular for carbon dioxide power laser with at least two discharge paths, in which the pulse parameters of the laser output power can be changed continuously without changing the duty cycle of the discharge. According to the invention the object is achieved in that at several discharge paths at least two circuit arrangements for controllable excitation of Entladestrecken are present, each having an independent circuit arrangement for controlling the parameters of the excitation, the latter being connected to a known per se unit for adjustable generation of a phase shift , A change in the parameters of the pulsating laser output power, as is necessary for a variety of technological applications to achieve certain processing results, is achieved with the current source according to the invention characterized in that the individual discharge paths are excited in each case while maintaining a predetermined duty cycle of the discharge currents, but in their phase position are shifted to each other in a predeterminable manner.

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 bisThe phase shift adjustable generation unit allows phase shifts between 0 and 180 degrees. As a result, the laser output power at pulsed excitation of the individual discharge paths from the pulse operation to

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.be set to cw operation. However, the cw operation is only possible if an even number of Entladestrecken, with associated excitation units are available as a power supply. In addition, it is also possible to control more than two excitation units out of phase by means of this unit for generating a phase shift.

embodiment

Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings shows

Fig. 1: den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen, elektronischen Stromquelle und Fig.2: einige charakteristische, mittels der erfindungsgemäßen elektronischen Stromquelle erzielte Zeitverläufe der Laserausgangsleistung (schematisch).1 shows the schematic structure of an electronic power source according to the invention, and FIG. 2 shows some characteristic time profiles of the laser output power achieved by means of the electronic power source according to the invention (schematic).

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.In Fig. 1, a single-folded carbon dioxide power laser consisting of two resonators 1 and an optical system 2 is fed by two circuit arrangements 3 (eg resonant circuit inverters) for medium-frequency, controllable excitation. These circuit arrangements 3 each contain a circuit arrangement 4 for controlling the parameters of the excitation, in particular for realizing the necessary pulse sequence with optimum duty cycle with regard to the laser efficiency.

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.A unit 5 which precedes these circuit arrangements 4 for controlling the parameters of the excitation combines the signals for controlling the circuit arrangements 3 so that the phase position of the signals for controlling the circuit arrangements 3 can be shifted continuously from 0 to 180 degrees by means of a control signal X1. The phase shift between the excitations thus results in a cw operation in the phase opposition (phase angle 180 degrees), and in the phase in phase (phase angle 0 degrees) a pulse-like excitation. This relationship is shown in FIG. 2 on the basis of the time profiles of the discharge currents Ie 1/2 for exciting the discharge paths of both resonators as well as the time course of the laser output power P.

Die erfindungsgemäße elektronische Stromquelle kann auch für andere konstruktive Ausführungen von Kohlendioxidleistungslaser angewendet werden.The electronic power source according to the invention can also be applied to other constructive embodiments of carbon dioxide power lasers.

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.In principle, it is also possible to link more than two groups or individual discharge paths for the purpose of achieving a desired time characteristic of the laser output power P according to the invention.

Claims

Electronically controllable current source for gas discharge lasers, in particular for carbon dioxide power lasers having at least two, preferably an even number of discharge paths, consisting of at least two circuit arrangements for controllable excitation of the discharge paths and their control for the realization of an excitation in the pulse sequences, characterized in that the circuit arrangements (3) controllable excitation of the discharge paths each having an independent circuit arrangement (4) for controlling the parameters of the excitation, which are connected to a known unit (5) for adjustably generating a phase shift.

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