DE1912292A1 - Regelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Gasdauerstrich-Lasers - Google Patents

Description

• Regelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Gasdauerstrich-Lasers Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Gasdauerstrid-Lasers, die die Ausgangsleistung mißt und durch Vergleichen des gewonnenen Meßwertes mit dem Sollwert in einem Regler einen Stellwert erzeugt, der einem Stellglied zugeführt wird, um die Ausgangsleistung dem Sollwert anzugleichen.
• Kontinuierlich arbeitende Gas-Laser, insbesondere der Kohlendioxyd-Laser eignen sich wegen ihrer hohen Ausgangsleistung ausgezeichnet zu Feinbearbeitungen, z.B. zum Bohren, Schweißen und zur Materialabtragung. Um zu reproduzierbaren Bearbeitungsvorgängen zu gelangen, ist jedoch erforderlich, daß die Laser-Ausgangsleistung konstant gehalten wird bzw. reproduzierbar einstellbar ist.
• Dem steht entgegen, daß insbesondere der Laser-Resonator durch mechanische, optische und thermische Veränderungen während des Betriebes die Laser-Ausgangsleistung stark beeinflußt. Weitere Schwankungen können ggf. durch Xnderung der Laser-Versorgungsspannung hinzutreten.
• Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Gasauerstrich-Lasers anzugeben, die eine Konstanthaltung der La.ner-Ausgangsleistung erlaubt. Diese Aufgabe wird gelat durch dine Regelvorrichtung der eingaluXs genannten Art, bei der erfindungsgemäß zur Ermittlung der Ausgangsleistung ein Teil «er Laser-Strahlleistung mit Hilfe einer Auskoppelvorrichtung ausgekoppelt und mit einem Meßfühler gemessen wird, der ein Istwertsignal erzeugt, das dem Regler zugeführt wird und wobei die Nachstellung durch Änderung der Basmaspannung oder durch Änderung der Gaszusammensetzung erfolgt.
• Die Nachstellung kann vorteilhafterweise durch Änderung der Plasmaspannung mit Hfffe eines Nachstellmotors, der mit einem die Plasmaspannung erzeugenden Regeltransformator bzw. einem Regelwiderstand gekoppelt ist, erfolgen. Stattdessen kann man die Nachstellung auch mit Hilfe einer Längsröhre durchführen, deren Gitterspannung gesteuert wird.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Nachstellung der Laser-Ausgangsleistung durch Änderung der Gaszusammensetzung vorgesehen. Bekanntlich besteht in einem C02-Laser beispielsweise das Gas,.in dem die Plasmaentladung stattfindet, aus einem Gemisch aus etwa 70 ffi Helium, 15 ffi Stickstoff und 15 % CO2. Durch Änderung der Gaszusammensetzung läßt sich die Laser-husgangsleistung beeinflussen. Diese Änderung der Gaszusammensetzung erfolgt in der Weise, daß der Lascr-Raum über steuerbare Gasventile mit den Vorratsbehältern für die einzelnen Gase verbunden ist, wobei die steuerbaren Gasventile mit Hilfe von Stellmotoren in Abhängigkeit von dem Stellwert verstellt werden.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel derselben anhand der Figur beschrieben.
• Die Figur zeigt den Gas-Laser 1 mit den Elektroden 2 und 3, der Gaseinlaßöffnung 4, sowie mit der Laser-Optik 5, die den Strahl des Gas-Lasers auf ein Werkstück 6 richtet.
• Ein Teil des Laser-Strahls wird mit Hilfe des Åuskoppelspiegels 7 auf einen Meßfühler 8 gerichtet, der hieraus ein der augenblicklichen Laser-Leistung proportionales Istwertsignal erzeugt und dieses d-em Regler 9 zuführt, der es mit dem Sollwert der Solluertspannungsquelle 10 vergleicht und bei Abweichung des Istwertes vom Sollwert ein Stellwertsignal erzeugte das dem Machstellmotor 11 zugeführt wird, der mit dem Drehtransformator 12 gekoppelt ist, so daß durch die Stellbewegung des Nachstellmotors 11 die von dem Drehtransf.ormator 12 an den Elektroden 2 und 3 erzeugte Plasmaspannung verändert wird. Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen.
• Regelvorrichtung wird das Stellwertsignal vom Regler den Nachstellmotoren 12 bzw. 13 zugeführt, die die Steuerventile 14 bzw. 15 verstellen. Durch Be-tätigung des Nachstellmotors 12 in einer solchen Richtung daß das Ventil 14 weiter geöffnet wird, wird der Zufluß aus dem Vorratsbehälter 16 zu der Gaszuführung 4 erhöht und demgemäß der Heliumanteil des Plasmagases erhöht. Wird andererseits durch eine weitere Öffnung des Ventils 15 durch den Nachstellmotor 13 der Zufluß aus der Vorratsbehälter 17 erhöht, so erhöht sich der Kohlendioxydanteil des Plasmagases.
• Die Ausgangsleistung des Lasers erreicht ihren Höchstwert beileinem Optimum der Gaszusammensetzung. Geht man nun hier davon aus, daß die momentane Gaszusammensetzung von diesem Optimum in Richtung auf einen zu geringen C02-Gehalt verschoben ist, so läßt sich durch Öffnen des Ventils 15 der C02-Gehalt im Gas-Laser 1 erhöhen und damit die Ausgangsleistung steigern. Öffnet man hingegen durch Betätigung des Nachstellmotors 12 das Ventil 14, so steigt der Heliumanteil, wodurch die Åusgangsleistung herabgesetzt wird.
• Mit der Zuführungsöffnung 4 ist ferner direkt ohne ein besonderes Steuerventil der Vorratsbehälter 18, der mit Stickstoffgas gefüllt ist, verbunden, so daß jeweils je nach der Stellung der Ventile 14 und 15 sein Gasgemisch aus Stickstoff, Helium und Kohlendioxyd mit regelbaren Anteilen an Kohlendioxyd und Helium in den Plasmaraum des Gas-Lasers 1 eingeführt wlrd, während durch gleichzeitiges Abpumpen durch die Vakuumpumpe 19 über die Evakuierungsöffnung 20 glnichmeitig eine Gasabfülrrung aus dem Plasmaraum stattfindet, so daß ein ständiger Gasstrom dem Plasmaraum aufrechterhalten wird.
• Durch die Änderung der Gaszusammensetzung läßt---sich die Laser-Ausgangsleistung in weiten Grenzen ve-rändern Hingegen gestattet die VeränderunX der Plasmaspannung mit Hilfe des Drehtransformators 21 lediglich eine Veränderung der Laser-Ausgangsleistung um etwa 30 . Soll -daher die Laser-Ausgangsleistung in weiten Grenzen verändert werden, so kann dies nur uber eine Veränderung der Gaszusammensetzung erfolgen. Gegebenenfalls kann sowohl eine Regelung der Plasmaspannung wie der Gaszusammensetzung vorgesehen arerden,um eine reproduzierbare Einstellung der Laser-Ausgangsleistung innerhalb weiter Grenzen zu ermöglichen.
• 1 Figur 6 Patentansprüche

Claims (1)

1. Patentansprüche 1.jRegelvorrichtung zur Regelung der Ausgangsleistung eines Gasdauerstrich-Lasers, die die Ausgangsleistung mißt und durch Vergleichen des gewonnenen Neßwertes mit dem Sollwert in einem Regler einen Stellwert erzeugt, der einem Stellglied zugeführt wird, um die Ausgangsleistung dem Sollwert anzugleichen2 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Ermittlung der Ausgangsleistung ein Teil der Laserstrahlleistung mit Hilfe einer Auskoppelvorrichtung ausgekoppelt und mit einem Meßfühler gemessen wird, der ein latwertaignal erzeugt, das dem Regler zugeführt wird und daß die Nachstellung durch Änderung der Plasmaspannung undloder durch Änderung der Gaszusammensetzung erfolgt.

   2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -ke n n z e i c h n e t , daß die Änderung der Plasmaspannung zum Zweck- der Nachstellung mit Hilfe eines Nachstellmotors erfolgt, der mit einem Regelkansforma-eor oder Regelwiderstand gekoppelt ist.

   5. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Änderung der maspannung zum Zweck der Nachstellung mit Hilfe einer Längsröhre erfolgt, deren Gitterspannung gesteuert wird.

   4. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die änderung der Gaszusammensetzung mit Hilfe von steuerbaren Gasventilen in der Zuleitung zu dem Laser-Raum erfolgt, die mit Vorratsbehältern der entsprechenden Gasbestandteile verbunden sind und daß die Gasventil mit Hilfe von Stellmotoren verstellt werden.

   5. Regelvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprache 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß als Meßfühler, auf die Wellenlänge der Laser-Strahlung ansprechende Fotozellen, Thermistoren, Thermoelemente oder Kondensatoren verånderbarer Kapazität verwendet werden.

   6. Regelvorriditung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Auskoppelvorrichtung ein Auskoppclspiegel ist.