JP2010212549A - Laser oscillation device and laser beam machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillation device capable of performing stable laser output without changing set values of laser output corresponding to a beam mode. <P>SOLUTION: The laser oscillation device includes a beam mode-switching means 21 for switching an output beam mode and is provided with a control unit 30 which outputs a beam mode switching signal to the beam mode-switching means 21. An output command arithmetic means 23 for inputting a signal from a laser output setting unit 22 and the signal from the control unit 30 and holding an output signal from a laser output setting unit 22 in synchronism with beam mode switching not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode is provided between the laser output setting unit 22 and a comparator 24. A power supply command arithmetic means 26 for inputting the signal from the control unit 30 and holding an output signal of the comparator 24 in synchronism with the beam mode switching not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode is provided between the comparator 24 and a high-voltage power source 8. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザビームの形状を選択設定することができるレーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。   The present invention relates to a laser oscillation device and a laser processing machine capable of selectively setting the shape of a laser beam.

近年、レーザ発振装置にビームモードを切り替えるビームモード切替手段を備え、レーザ光を高次モードと低次モードに切替、高次モードで溶接加工や焼入れ加工など、また、低次モードで切断加工など、用途に応じてモード切替を可能としたレーザ発振装置が広く使用され始めている。   In recent years, laser oscillators have been equipped with beam mode switching means to switch the beam mode, switching the laser light between higher order mode and lower order mode, welding processing and quenching processing in higher order mode, cutting processing in lower order mode, etc. Laser oscillation devices that can switch modes according to applications have begun to be widely used.

このような従来のレーザ発振装置では、レーザ光のビームモードの切替えに伴ってレーザ出力の許容値も変化するため、高次モードに許容値を合わせれば低次モードでの鏡の破損を招き、一方低次モードに許容値を合わせれば、高次モードの出力が抑えられるという問題があった。   In such a conventional laser oscillation device, the allowable value of the laser output also changes with the switching of the beam mode of the laser beam, so if the allowable value is adjusted to the higher order mode, the mirror in the lower order mode is broken, On the other hand, if the permissible value is matched with the low order mode, there is a problem that the output of the high order mode can be suppressed.

そこで、レーザ共振器の鏡を保護しつつ、切換可能な各ビームモード最大許容出力を得るため、レーザ光検出器からの出力信号と比較する設定値を複数個設け、ビームモードに応じてレーザ出力設定値を選択するようにした発明が知られている(特許文献1参照)。   Therefore, in order to obtain the maximum allowable output for each beam mode that can be switched while protecting the mirror of the laser resonator, a plurality of setting values to be compared with the output signal from the laser light detector are provided, and the laser output according to the beam mode. An invention in which a set value is selected is known (see Patent Document 1).

この特許文献1に記載された発明では、レーザ出力設定器は複数個の設定値を有し、レーザ光のビームモードの切替えに応じてレーザ出力設定値を選択するようになっている。このレーザ発振装置の高次モードおよび低次モードについての高電圧電源出力とレーザ出力の関係を図11に示す。   In the invention described in Patent Document 1, the laser output setting device has a plurality of setting values, and selects a laser output setting value in accordance with switching of the beam mode of the laser light. FIG. 11 shows the relationship between the high-voltage power supply output and the laser output for the high-order mode and the low-order mode of this laser oscillation device.

図11に示すように、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時の高次モードに対して、使用時の低次モードでは、同一の高電圧電源出力では60〜80%程度のレーザ出力に低下する。これは、アパーチャなどのビームモード切替手段の使用により、レーザ共振器内のレーザ光路が制限され、レーザ共振現象の起きる範囲が制限されるためである。   As shown in FIG. 11, in the low-order mode during use, the laser output is about 60 to 80% with the same high-voltage power supply output as compared to the high-order mode when the beam mode switching means such as the aperture is not used. descend. This is because the use of beam mode switching means such as an aperture limits the laser optical path in the laser resonator and limits the range in which the laser resonance phenomenon occurs.

また、高電圧電源出力とレーザ出力の関係は、高電圧電源出力が増加するとレーザ出力が単調に増加する比例関係の状態と、高電圧電源出力が増加してもレーザ出力があまり増加しない飽和状態が存在する。   The relationship between the high voltage power output and the laser output is in a proportional relationship where the laser output increases monotonously as the high voltage power output increases, and in a saturated state where the laser output does not increase much even if the high voltage power output increases. Exists.

これは、レーザ共振器内の励起媒体が高電圧電源からの出力エネルギーにより熱的に飽和状態になるためである。この飽和現象は、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時の高次モードに比べ、アパーチャなどのビームモード切替手段を使用した低次モードの方が顕著に現れる。このように高電圧電源出力を増加してもレーザ出力の増加にあまり寄与しない現象は、アパーチャなどのビームモード切替手段の使用と不使用によっても差が発生する。
特公平6−26270号公報
This is because the excitation medium in the laser resonator is thermally saturated by the output energy from the high voltage power supply. This saturation phenomenon is more prominent in the lower order mode using the beam mode switching means such as the aperture than in the higher order mode when the beam mode switching means such as the aperture is not used. Thus, even if the high voltage power supply output is increased, the phenomenon that does not contribute much to the increase of the laser output varies depending on whether or not the beam mode switching means such as the aperture is used.
Japanese Patent Publication No. 6-26270

従来のレーザ発振装置は、レーザ出力設定器に複数個の設定値を有し、レーザ光のビームモードの切替えに応じてレーザ出力設定値を選択するようになっているため、ビームモード数と同数のレーザ出力設定値および切換スイッチが必要で構成が複雑になっている。また、レーザ出力設定の変更に際して複数の設定を同時に変更する必要がある。   The conventional laser oscillation apparatus has a plurality of setting values in the laser output setting device, and selects the laser output setting value according to the switching of the beam mode of the laser beam. The laser output set value and the changeover switch are necessary, and the configuration is complicated. In addition, when changing the laser output setting, it is necessary to change a plurality of settings simultaneously.

前記このようにレーザ出力設定器にビームモード数と同数のレーザ出力設定値および切換スイッチが設けられているので、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定値の変更が必要となり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合には、煩雑な設定変更の作業が必要となっていた。   As described above, the laser output setting device is provided with the same number of laser output setting values and changeover switches as the number of beam modes. Therefore, when changing the laser output output from the laser oscillation device, the beam mode of each laser beam is changed. It is necessary to change the corresponding laser output setting value. When laser processing is frequently performed by changing the beam mode or laser power of the laser beam, complicated setting change work is required.

また、アパーチャなどのビームモード切替手段の不使用時に比べアパーチャなどのビームモード切替手段の使用時には、高電圧電源出力とレーザ出力の関係が変化して、高電圧電源の出力を増大してもレーザ出力の増加比率が著しく低下して、レーザ出力が飽和状態に至る現象が発生し、高電圧電源出力の利用効率が著しく悪くなる。さらに、最悪の場合、高電圧電源の出力を増大するとレーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下するという課題を有していた。   When the beam mode switching means such as the aperture is not used, the relationship between the high voltage power supply output and the laser output is changed and the laser output is increased even when the output of the high voltage power supply is increased. The increase rate of the output is remarkably lowered, and a phenomenon that the laser output reaches a saturation state occurs, and the utilization efficiency of the high voltage power supply output is remarkably deteriorated. Furthermore, in the worst case, when the output of the high voltage power supply is increased, there is a problem that the laser output is lowered due to the occurrence of thermal saturation in the laser resonator.

本発明は、ビームモードの切替えをした場合でもレーザ出力が同一出力のときは、レーザ出力設定器の再設定をすることなく安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置およびレーザ加工機を提供することを目的とする。   The present invention provides a laser oscillation device and a laser processing machine capable of stable laser output without resetting a laser output setting device when the laser output is the same even when the beam mode is switched. With the goal.

前記課題を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設けたものである。   In order to solve the above problems, a laser oscillation device according to the present invention includes a laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode, a high-voltage power supply for supplying power to the laser resonator, and the laser resonance. A photodetector for measuring the laser beam output from the detector, a laser output setting unit for setting a set value of the laser beam output from the laser resonator, an output signal of the photodetector and the laser output setting unit And a control device that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means is provided, and a signal from the laser output setting unit and the control device are provided. In synchronization with the beam mode switching, the output signal from the laser output setting unit is kept so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode. An output command computing means for those provided between the comparator and the laser output setting unit.

この構成により光検出器の出力信号と比較する比較器へのレーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値に抑えることで過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化が図れる。   With this configuration, excessive laser output irradiation can be prevented by suppressing the laser output command value to the comparator to be compared with the output signal of the photodetector to a voltage value corresponding to the beam mode. In addition, when changing the laser output output from the laser oscillation device, it is not necessary to change the setting value of the laser output setting unit corresponding to the beam mode of each laser beam, and the beam mode and laser power of the laser beam are frequently changed. The work can be simplified even when laser processing is performed with the change.

また、本発明の別のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたものである。   Further, another laser oscillation device of the present invention is provided with a laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode, a high voltage power source for supplying power to the laser resonator, and an output from the laser resonator. A photodetector for measuring the laser beam, a laser output setting unit for setting a setting value of the laser beam output from the laser resonator, an output signal of the photodetector and a setting value of the laser output setting unit. Comparing and providing a comparator that feeds back to the high-voltage power supply, and providing a control device that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means, inputs a signal from the control device, and synchronizes with the beam mode switching. A power command calculation means for holding the output signal of the comparator so as not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode is provided between the comparator and the high voltage power source. Than is.

この構成により、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下するということもなくなる。   With this configuration, by clipping the command to the high-voltage power supply with a voltage value corresponding to the beam mode, the output of the high-voltage power supply is not increased above a certain value, so that the efficiency of use of the high-voltage power supply is significantly reduced. Disappear. In addition, it does not occur that the laser output is lowered due to thermal saturation in the laser resonator.

さらに、本発明の別のレーザ発振装置は、出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたものである。   Furthermore, another laser oscillation apparatus of the present invention is provided with a laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode, a high voltage power source for supplying power to the laser resonator, and an output from the laser resonator. A photodetector for measuring the laser beam, a laser output setting unit for setting a setting value of the laser beam output from the laser resonator, an output signal of the photodetector and a setting value of the laser output setting unit. A comparator that compares and feeds back to the high-voltage power supply; and a controller that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means is provided, and a signal from the laser output setting unit and a signal from the controller are Input and output command to hold the output signal from the laser output setting unit so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with beam mode switching An arithmetic means is provided between the laser output setting unit and the comparator, and a signal from the control device is input, and the output signal of the comparator is equal to or higher than a voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with beam mode switching. The power supply command calculation means for holding the power supply is provided between the comparator and the high voltage power supply.

この構成により、上述した効果に加え、レーザ出力指令を間違って指令した場合でも出力指令演算手段で出力指令が制限されため、過大レーザ出力の照射防止、また、電源指令演算手段により高電圧電源への指令が制限されるため、高電圧電源からの過大電圧や過大電流の発生することなく機器の破損も防止でき、レーザ発振装置の安全性と信頼性をさらに向上さすことができる。   With this configuration, in addition to the above-described effects, even if the laser output command is commanded incorrectly, the output command is limited by the output command calculation means. Therefore, the apparatus can be prevented from being damaged without generating an excessive voltage or an excessive current from the high voltage power supply, and the safety and reliability of the laser oscillation apparatus can be further improved.

また、本発明のレーザ加工機は、加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する上述した何れかのレーザ発振装置を備えたものである。   In addition, the laser processing machine of the present invention includes a processing table on which a workpiece is placed, a driving unit that moves at least one of the movement of the processing table and the laser beam condensing unit, and a numerical control unit that controls the driving unit. Any of the laser oscillation devices described above that generate laser light is provided.

この構成により前記と同様な効果のほか、数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御され、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークの不良品の混入を防止することができる。   With this configuration, in addition to the same effects as described above, the laser oscillation device is comprehensively controlled by the numerical control means, so that the reliability of the laser processing can be improved and the introduction of defective products of the workpiece can be prevented.

以上のように、本発明はレーザ出力の変更時に行っていたビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更作業の必要がなくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡略化が図れると同時に、レーザ出力の設定が一元化できて過大なレーザ出力の照射を防止できる。   As described above, the present invention eliminates the need to change the setting value of the laser output setting unit corresponding to the beam mode used when changing the laser output, and frequently changes the laser beam mode and laser power. Even when processing is performed, the work can be simplified, and at the same time, the setting of the laser output can be unified and the excessive laser output irradiation can be prevented.

また、高電圧電源出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率の向上および、レーザ共振器内の熱飽和の発生を防止して、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。   In addition, since the high-voltage power supply output is not increased above a certain value, the use efficiency of the high-voltage power supply is improved and the generation of thermal saturation in the laser resonator is prevented, thereby stabilizing the laser output and improving the reliability. Can be planned.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図1から図10を用いて説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は本発明のレーザ発振装置の実施の形態1におけるブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of Embodiment 1 of the laser oscillation apparatus of the present invention.

図1において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光1、2、レーザ共振器を構成する出力鏡3、レーザ共振器を構成する反射鏡4、誘電体よりなる放電管5、アノード電極6、カソード電極7、アノード電極6とカソード電極7を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源8、レーザガス温度を下げる熱交換器9、レーザガスを循環する送風機10、ガス循環管体11、微少レーザ光を拡散する積分球12、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器13、ビームモードを整形するアパーチャ20、アパーチャ20を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段21、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部22、レーザ出力設定部22からの信号と制御装置30からの信号を入力し、ビームモード切替に同期してレーザ出力設定部22からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段23、光検出器13の出力信号とレーザ出力設定部22の設定値を比較して高電圧電源8にフィードバックする比較器24、光検出器信号を増幅する増幅器25、ビームモード切替手段21へのビームモード切替信号を出力する制御装置30を備えている。   In FIG. 1, the laser oscillation apparatus of this embodiment includes laser beams 1 and 2, an output mirror 3 constituting a laser resonator, a reflecting mirror 4 constituting a laser resonator, a discharge tube 5 made of a dielectric, and an anode electrode 6. , A cathode electrode 7, a high voltage power supply 8 for supplying power to the laser resonator via the anode electrode 6 and the cathode electrode 7, a heat exchanger 9 for lowering the laser gas temperature, a blower 10 for circulating the laser gas, a gas circulation tube 11, An integrating sphere 12 for diffusing a minute laser beam, a photodetector 13 for measuring the power of the laser beam output from the laser resonator, an aperture 20 for shaping the beam mode, and an aperture 20 inserted in the optical path to switch the output beam mode. Beam mode switching means 21, laser output setting unit 22 for setting the set value of the output of the laser beam from the laser resonator, and signals from the laser output setting unit 22 And an output command calculation means 23 for holding the output signal from the laser output setting unit 22 so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with beam mode switching, A comparator 24 that compares the output signal of the detector 13 with a set value of the laser output setting unit 22 and feeds back to the high voltage power supply 8, an amplifier 25 that amplifies the photodetector signal, and a beam mode switching to the beam mode switching means 21. A control device 30 for outputting a signal is provided.

その構成は、放電管5の両端にアノード電極6とカソード電極7を配置し、これらアノード電極6とカソード電極7は高電圧電源8と接続して放電管5内部のレーザガスを放電するようにしている。この放電管5にはガス循環管体11を接続していて、このガス循環管体11の途中に熱交換器9、送風機10、熱交換器9を配置してレーザガスが循環するように構成しており、本実施の形態ではアノード電極6からカソード電極7へレーザガスを流すようにしている。また、本実施の形態では放電管5を2本向かい合わせに接続しているが並列に並べて反射鏡で折り返して光学的に連結してもよいし、1本でもまた3本以上連結してもよい。   The structure is such that an anode electrode 6 and a cathode electrode 7 are arranged at both ends of the discharge tube 5, and these anode electrode 6 and cathode electrode 7 are connected to a high voltage power source 8 to discharge laser gas inside the discharge tube 5. Yes. A gas circulation tube 11 is connected to the discharge tube 5, and a heat exchanger 9, a blower 10, and a heat exchanger 9 are arranged in the middle of the gas circulation tube 11 so that the laser gas circulates. In this embodiment, laser gas is allowed to flow from the anode electrode 6 to the cathode electrode 7. In the present embodiment, two discharge tubes 5 are connected to face each other, but they may be arranged in parallel and folded back by a reflecting mirror to be optically connected, or one or more than three may be connected. Good.

各放電管5を連結していないそれぞれの端部には出力鏡3と透過率が約0.5%で反射率99.5%の部分反射鏡からなる反射鏡4を配置してレーザ共振器を構成している。このレーザ共振器からは出力鏡3から高出力のレーザ光1が出力され、一方、反射鏡4からはレーザ光1に比例して低出力のレーザ光2が出力される。   At each end where the discharge tubes 5 are not connected, the output mirror 3 and a reflecting mirror 4 composed of a partial reflecting mirror having a transmittance of about 0.5% and a reflectance of 99.5% are arranged to form a laser resonator. Is configured. The laser resonator outputs a high-power laser beam 1 from the output mirror 3, while the reflecting mirror 4 outputs a low-power laser beam 2 in proportion to the laser beam 1.

このレーザ光2を積分球12と積分球12に設けた光検出器13とで構成したレーザ光検出部でレーザ光2のレーザ出力を計測することでレーザ光1の出力を検出するようにしている。   The output of the laser beam 1 is detected by measuring the laser output of the laser beam 2 with a laser beam detector comprising the integrating sphere 12 and the photodetector 13 provided on the integrating sphere 12. Yes.

この計測した光検出器13からの信号を増幅器25を介して比較器24に入力するようにしている。   The measured signal from the photodetector 13 is input to the comparator 24 via the amplifier 25.

また、レーザ出力設定部22からのレーザ光の出力の設定値信号(電圧値)V1を出力指令演算手段23に入力し、この出力指令演算手段23からの出力信号V4を比較器24に入力するようにしている。   Further, a set value signal (voltage value) V 1 of the laser light output from the laser output setting unit 22 is input to the output command calculation means 23, and an output signal V 4 from the output command calculation means 23 is input to the comparator 24. I am doing so.

そして、比較器24は入力した出力信号V4と増幅器25からの信号を比較して、レーザ出力が所定値未満のときには電力の増加指令を、レーザ出力が所定値を超えているときには電力の減少指令を、レーザ出力が所定値のときには電力を現状のままとする指令を電源指令として高電圧電源8に出力するようにしている。   The comparator 24 compares the input output signal V4 with the signal from the amplifier 25. When the laser output is less than a predetermined value, the comparator 24 gives a power increase command, and when the laser output exceeds a predetermined value, the power decrease command. When the laser output is a predetermined value, a command to keep the current power is output to the high voltage power supply 8 as a power command.

また、上述したレーザ共振器の出力鏡3の近傍にはアパーチャ20を配置してレーザ光のビームモードをアパーチャ20を切り替えることで切り替えるようにしている。   Further, an aperture 20 is disposed in the vicinity of the output mirror 3 of the laser resonator described above, and the beam mode of the laser beam is switched by switching the aperture 20.

このアパーチャ20の切り替えはアパーチャ20に接続したビームモード切替手段21で行う。   The aperture 20 is switched by beam mode switching means 21 connected to the aperture 20.

このビームモード切替手段21には制御装置30を接続して、ビームモードの切り替えを制御装置30からの信号で行うようにしている。   A control device 30 is connected to the beam mode switching means 21 so that the beam mode is switched by a signal from the control device 30.

制御装置30からはビームモード切替手段30に信号を出力するのと同期して出力指令演算手段23に信号(電圧データ)V2を出力するようにしている。   The control device 30 outputs a signal (voltage data) V2 to the output command calculation means 23 in synchronism with the output of the signal to the beam mode switching means 30.

以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。   The operation of the laser oscillation apparatus configured as described above will be described.

このレーザ発振装置は、放電管5内にレーザガスが循環している。放電管5の周辺に設けられたアノード電極6およびカソード電極7に接続された高電圧電源8は、放電管5内に放電を発生させる。放電によりレーザガスは励起され、反射鏡4および出力鏡3を通って外部にレーザ光1として出力される。放電管5と共にレーザガスの循環路を形成するガス循環管体11の内部には送風機10によりレーザガスが送られており、放電および送風機10により上昇したレーザガスの温度を下げるため、熱交換器9が配置されている。   In this laser oscillation device, a laser gas is circulated in the discharge tube 5. A high voltage power supply 8 connected to the anode electrode 6 and the cathode electrode 7 provided around the discharge tube 5 generates a discharge in the discharge tube 5. The laser gas is excited by the discharge and is output as laser light 1 to the outside through the reflecting mirror 4 and the output mirror 3. Laser gas is sent by a blower 10 inside a gas circulation tube 11 that forms a laser gas circulation path together with the discharge tube 5, and a heat exchanger 9 is arranged to lower the temperature of the laser gas raised by the discharge and blower 10. Has been.

反射鏡4は、透過率が約0.5%、反射率99.5%の鏡でレーザ共振器より照射されるレーザ光1に比例した微少のレーザ光2が出力される。このレーザ光2は積分球12と光検出器13で構成されるレーザ光検出部で電気信号に変換され、増幅器25を経由して比較器24に出力される。   The reflecting mirror 4 outputs a minute laser beam 2 proportional to the laser beam 1 irradiated from the laser resonator by a mirror having a transmittance of about 0.5% and a reflectance of 99.5%. This laser beam 2 is converted into an electrical signal by a laser beam detector composed of an integrating sphere 12 and a photodetector 13, and is output to a comparator 24 via an amplifier 25.

一方、レーザ出力設定部22で設定された設定値信号は、出力指令演算手段23でビームモードに最適な出力指令に変換され比較器24に入力される。比較器24において、前記増幅器25の出力信号と比較し、電源指令信号として高電圧電源8にフィードバック制御される。   On the other hand, the set value signal set by the laser output setting unit 22 is converted into an output command optimal for the beam mode by the output command calculation means 23 and input to the comparator 24. The comparator 24 compares the output signal of the amplifier 25 with the feedback signal to the high voltage power supply 8 as a power supply command signal.

レーザ共振器内のレーザ光路上に設置したアパーチャ20は、制御装置30の制御信号でレーザ光のビームモードに応じてビームモード切替手段21で選択可能な状態となっていて、溶接加工、焼入れ加工、切断加工などの加工用途に応じて切替えできる構成となっている。それと同時に、制御装置30よりレーザ光のビームモードに応じて出力指令演算手段23および電源指令演算手段26に対して、基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などを制御信号として出力する。前記基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などは、各ビームモードごとに初期値として制御装置30に記憶されているので、モード切替時に対応が容易となっている。   The aperture 20 installed on the laser beam path in the laser resonator is in a state that can be selected by the beam mode switching means 21 according to the beam mode of the laser beam by the control signal of the control device 30, and is welded and quenched. It can be switched according to the processing application such as cutting. At the same time, the control device 30 outputs a reference voltage switching signal, a reference voltage data signal, and the like as control signals to the output command calculation means 23 and the power supply command calculation means 26 according to the beam mode of the laser beam. Since the reference voltage switching signal, the reference voltage data signal, and the like are stored in the control device 30 as initial values for each beam mode, it is easy to cope with the mode switching.

図2はアパーチャ不使用時の高次モードのレーザ光強度分布、図3はアパーチャ使用時の低次モードのレーザ光強度分布の一例を示す。   FIG. 2 shows an example of the laser light intensity distribution in the higher order mode when the aperture is not used, and FIG. 3 shows an example of the laser light intensity distribution in the lower order mode when the aperture is used.

アパーチャ不使用時の高次モードの用途として溶接加工、焼入れ加工などに向き、アパーチャ使用時の低次モードの用途として切断加工に適している。   It is suitable for welding and quenching as high-order mode applications when no aperture is used, and suitable for cutting as a low-order mode application when using apertures.

図4は出力指令演算手段の構成一例を示す回路構成図である。   FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an example of the configuration of the output command calculation means.

図4において出力指令演算手段23は、レーザ出力設定部22からの入力信号V1のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段41、制御装置30から入力する電圧データV2に基づきクリップ手段41への基準電圧V3を出力する基準電圧部42を備えている。   In FIG. 4, the output command calculation means 23 is clipped based on the clip data 41 that suppresses the input signal V1 from the laser output setting unit 22 that is equal to or higher than the reference voltage to the reference voltage value, and the voltage data V2 that is input from the control device 30. A reference voltage unit 42 for outputting a reference voltage V3 to the means 41 is provided.

クリップ手段41は、レーザ出力設定部22からの入力信号V1と基準電圧部42からの基準電圧V3を入力する演算増幅器43と、この演算増幅器43の出力を入力し、出力信号V4を出力する演算増幅器44から構成し、また、基準電圧部42は、制御装置30からの電圧データV2をDA変換して基準電圧V3を出力するDA変換器45で構成している。   The clip means 41 receives the input signal V1 from the laser output setting unit 22 and the reference voltage V3 from the reference voltage unit 42, and the calculation that inputs the output of the operational amplifier 43 and outputs the output signal V4. The reference voltage unit 42 includes a DA converter 45 that DA converts the voltage data V2 from the control device 30 and outputs a reference voltage V3.

以上のように構成した出力指令演算手段について、その動作を説明する。   The operation of the output command calculation means configured as described above will be described.

制御装置30からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などにより、基準電圧部42のDA変換器45で基準電圧V3を発生させ演算増幅器43に出力する。   A reference voltage V3 is generated by the DA converter 45 of the reference voltage unit 42 based on a reference voltage switching signal or a reference voltage data signal synchronized with the beam mode switching signal from the control device 30 and output to the operational amplifier 43.

レーザ出力設定部22より設定値信号V1が入力されると前記基準電圧V3と比較され、前記設定値信号V1が基準電圧V3以下の場合はそのままの電圧値V1が演算増幅器44により電圧信号として出力される。   When the set value signal V1 is input from the laser output setting unit 22, it is compared with the reference voltage V3. When the set value signal V1 is equal to or lower than the reference voltage V3, the voltage value V1 is output as a voltage signal by the operational amplifier 44. Is done.

しかし、レーザ出力設定部22の設定値が基準電圧V3より高い場合は、演算増幅器43でクリップされ演算増幅器44から基準電圧V3と同じ電圧値が出力信号として出力される。   However, when the set value of the laser output setting unit 22 is higher than the reference voltage V3, it is clipped by the operational amplifier 43 and the same voltage value as the reference voltage V3 is output from the operational amplifier 44 as an output signal.

このように基準電圧部42を設けたことによりビームモードに対しての切替えが容易となり正確な電圧指令が比較器24に供給されレーザ出力の安定性を向上することとなる。   By providing the reference voltage unit 42 in this way, switching to the beam mode is facilitated, and an accurate voltage command is supplied to the comparator 24, thereby improving the stability of the laser output.

また、基準電圧部42をDA変換器45で構成したことにより制御装置30に記憶している設定値でさらに正確に切替えが出来るため、経年変化に対して安定することとなる。   Further, since the reference voltage unit 42 is configured by the DA converter 45, the setting value stored in the control device 30 can be switched more accurately, so that it is stable against aging.

なお、基準電圧部42にDA変換器45を用いて説明したがこの素子に限ったものではなく抵抗器と切替え素子を用いて基準電圧を切替えて制御するようにしても良い。   Although the DA converter 45 is used for the reference voltage unit 42, the present invention is not limited to this element, and the reference voltage may be switched and controlled using a resistor and a switching element.

このように、制御装置30からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号など基準電圧部の基準電圧を変更することにより、各ビームモードに最適なレーザ出力指令値が選択でき安定したレーザ光が出力できる。   Thus, by changing the reference voltage of the reference voltage section such as the reference voltage switching signal and the reference voltage data signal synchronized with the beam mode switching signal from the control device 30, the optimum laser output command value for each beam mode is selected. And stable laser light can be output.

図5に出力指令演算手段のレーザ出力指令値入力と出力指令演算出力の関係を示す。   FIG. 5 shows the relationship between the laser output command value input of the output command calculation means and the output command calculation output.

高次モードの場合、レーザ出力指令値入力は、そのままの出力指令として出力されるが、低次モードの場合、レーザ出力指令値入力は、P1点を境にクリップされ入力電圧が上昇しても出力指令は一定値以上に上昇しないようになっている。   In the high-order mode, the laser output command value input is output as the output command as it is, but in the low-order mode, the laser output command value input is clipped at the point P1 and the input voltage rises. The output command does not rise above a certain value.

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, excessive laser output irradiation can be prevented by clipping the laser output command value with a voltage value corresponding to the beam mode. In addition, when changing the laser output output from the laser oscillation device, it is not necessary to change the setting value of the laser output setting unit corresponding to the beam mode of each laser beam, and the beam mode and laser power of the laser beam are frequently changed. Simplification of the work can also be realized when laser processing is performed with changes.

なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるCPUを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。   In the laser oscillation device having the above configuration, each component is provided with a control element and controlled in each signal processing or each configuration. However, the laser oscillation device is provided with a CPU connected to each configuration. You may make it control each process collectively.

(実施の形態2)
図6は本発明のレーザ発振装置の実施の形態2におけるブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block diagram of Embodiment 2 of the laser oscillation apparatus of the present invention.

図6において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光1、2、レーザ共振器を構成する出力鏡3、レーザ共振器を構成する反射鏡4、誘電体よりなる放電管5、アノード電極6、カソード電極7、アノード電極6とカソード電極7を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源8、レーザガス温度を下げる熱交換器9、レーザガスを循環する送風機10、ガス循環管体11、微少レーザ光を拡散する積分球12、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器13、ビームモードを整形するアパーチャ20、アパーチャ20を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段21、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部22、光検出器13の出力信号とレーザ出力設定部22の設定値を比較して高電圧電源8にフィードバックする比較器24、光検出器信号を増幅する増幅器25、制御装置30からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して比較器24の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段26、ビームモード切替手段21へのビームモード切替信号を出力する制御装置30を備えている。   In FIG. 6, the laser oscillation device of this embodiment includes laser beams 1 and 2, an output mirror 3 constituting a laser resonator, a reflecting mirror 4 constituting a laser resonator, a discharge tube 5 made of a dielectric, and an anode electrode 6. , A cathode electrode 7, a high voltage power supply 8 for supplying power to the laser resonator via the anode electrode 6 and the cathode electrode 7, a heat exchanger 9 for lowering the laser gas temperature, a blower 10 for circulating the laser gas, a gas circulation tube 11, An integrating sphere 12 for diffusing a minute laser beam, a photodetector 13 for measuring the power of the laser beam output from the laser resonator, an aperture 20 for shaping the beam mode, and an aperture 20 inserted in the optical path to switch the output beam mode. Beam mode switching means 21, laser output setting unit 22 for setting the set value of the output of the laser beam from the laser resonator, output signal and laser of the photodetector 13 The comparator 24 that compares the set value of the output setting unit 22 and feeds back to the high voltage power supply 8, the amplifier 25 that amplifies the photodetector signal, and the signal from the control device 30 are input and compared in synchronization with the beam mode switching. Power supply command calculation means 26 for holding the output signal of the device 24 so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode, and a control device 30 for outputting a beam mode switching signal to the beam mode switching means 21.

本実施の形態は、実施の形態1の出力指令演算部23を削除し、レーザ出力設定部22のレーザ光の出力の設定値信号(電圧値)V1を比較器24に入力する点と、比較器24からの比較結果の信号V5を入力し、かつ、制御装置30からのビームモード切替の信号と同期した信号(電圧データ)V6を入力し、高電圧電源8に信号V8を出力する電源指令演算手段26を、比較器24と高電圧電源8の間に設けた点が実施の形態1と異なる点である。   In the present embodiment, the output command calculation unit 23 of the first embodiment is deleted, and the setting value signal (voltage value) V1 of the laser light output of the laser output setting unit 22 is input to the comparator 24. A power supply command for inputting a signal V5 as a comparison result from the device 24 and inputting a signal (voltage data) V6 synchronized with a beam mode switching signal from the control device 30 and outputting the signal V8 to the high voltage power supply 8 The difference from the first embodiment is that the calculation means 26 is provided between the comparator 24 and the high voltage power supply 8.

それ以外の構造および作用は実施の形態1と同じため、同じ符号を付し説明を省略する。   Since other structures and operations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図7は、電源指令演算手段26の構成図で、この電源指令演算手段26は、比較器24からの入力信号V5のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段51、制御装置30から入力する電圧データV6に基づきクリップ手段51への基準電圧V7を出力する基準電圧部52を備えている。   FIG. 7 is a block diagram of the power supply command calculation means 26. The power supply command calculation means 26 is a clip means 51 for suppressing an input signal equal to or higher than the reference voltage among the input signals V5 from the comparator 24 to a reference voltage value, and a control device. A reference voltage unit 52 that outputs a reference voltage V7 to the clip means 51 based on voltage data V6 input from 30 is provided.

クリップ手段51は、比較器24からの入力信号V5と基準電圧部52からの基準電圧V7を入力する演算増幅器53と、この演算増幅器53の出力を入力し、出力信号V8を出力する演算増幅器54から構成し、また、基準電圧部52は、制御装置30からの電圧データV6をDA変換して基準電圧V7を出力するDA変換器55で構成している。   The clip means 51 receives an input signal V5 from the comparator 24 and a reference voltage V7 from the reference voltage unit 52, and an operational amplifier 54 that receives the output of the operational amplifier 53 and outputs an output signal V8. The reference voltage unit 52 includes a DA converter 55 that DA converts the voltage data V6 from the control device 30 and outputs a reference voltage V7.

基準電圧部52を設けたことによりビームモードに対しての切替えが容易となり正確な電圧指令が高電圧電源に供給され、レーザ出力の安定性を向上することとなる。   By providing the reference voltage unit 52, switching to the beam mode is facilitated, and an accurate voltage command is supplied to the high voltage power source, thereby improving the stability of the laser output.

また、基準電圧部52をDA変換器55で構成したことにより制御装置30に記憶している設定値でさらに正確に切替えが出来るため、経年変化に対して安定することとなる。   In addition, since the reference voltage unit 52 is configured by the DA converter 55, switching can be performed more accurately with the set value stored in the control device 30, so that it is stable against aging.

以上のように構成した電源指令演算手段について、その動作を説明する。   The operation of the power supply command calculation means configured as described above will be described.

制御装置30からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号などにより、基準電圧部52のDA変換器55で基準電圧V7を発生させ演算増幅器53に出力する。   A reference voltage V7 is generated by the DA converter 55 of the reference voltage unit 52 based on a reference voltage switching signal or a reference voltage data signal synchronized with the beam mode switching signal from the control device 30 and output to the operational amplifier 53.

比較器24より比較結果信号V5が入力されると前記基準電圧V7と比較され、前記設定値信号V5が基準電圧V7以下の場合はそのままの電圧値V5が演算増幅器54により電圧信号として出力される。   When the comparison result signal V5 is inputted from the comparator 24, it is compared with the reference voltage V7. When the set value signal V5 is equal to or lower than the reference voltage V7, the voltage value V5 is outputted as a voltage signal by the operational amplifier 54. .

しかし、比較器24の比較結果信号V5が基準電圧V7より高い場合は、演算増幅器53でクリップされ演算増幅器54よりは基準電圧V7と同じ電圧値が出力信号として出力される。   However, when the comparison result signal V5 of the comparator 24 is higher than the reference voltage V7, it is clipped by the operational amplifier 53 and the same voltage value as the reference voltage V7 is output from the operational amplifier 54 as an output signal.

なお、基準電圧部52にDA変換器55を用いて説明したがこの素子に限ったものではなく抵抗器と切替え素子を用いて基準電圧を切替えて制御するようにしても良い。   Although the reference voltage unit 52 has been described using the DA converter 55, the present invention is not limited to this element, and the reference voltage may be switched and controlled using a resistor and a switching element.

このように、制御装置30からのビームモード切換信号に同期した基準電圧切替え信号や基準電圧データ信号など基準電圧部の基準電圧を変更することにより、各ビームモードに最適な電源指令信号が選択でき経年変化のない安定したレーザ光が出力できる。   As described above, by changing the reference voltage of the reference voltage unit such as the reference voltage switching signal and the reference voltage data signal synchronized with the beam mode switching signal from the control device 30, an optimum power command signal for each beam mode can be selected. Stable laser light without aging can be output.

図8に電源指令演算手段の電源指令入力と電源指令演算出力の関係を示す。   FIG. 8 shows the relationship between the power command input and the power command calculation output of the power command calculation means.

高次モードの場合、電源指令入力は、そのままの電源指令出力として出力されるが、低次モードの場合、電源指令入力は、P2点を境にクリップされ入力電圧が上昇しても出力指令は一定値以上に上昇しないようになっている。   In the high-order mode, the power command input is output as the power command output as it is, but in the low-order mode, the power command input is clipped at the point P2 and the output command is output even if the input voltage rises. It does not rise above a certain value.

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応した設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, when changing the laser output output from the laser oscillation device, it is not necessary to change the set value corresponding to the beam mode of each laser beam, and the laser beam is frequently Simplification of work can also be realized when laser processing is performed by changing the beam mode or laser power.

また、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下を防止することができる。   In addition, by clipping the command to the high voltage power supply with a voltage value corresponding to the beam mode, the output of the high voltage power supply is not increased above a certain value, so that the utilization efficiency of the high voltage power supply is not significantly reduced. Further, it is possible to prevent the laser output from being lowered by generating thermal saturation in the laser resonator.

なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるCPUを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。   In the laser oscillation device having the above configuration, each component is provided with a control element and controlled in each signal processing or each configuration. However, the laser oscillation device is provided with a CPU connected to each configuration. You may make it control each process collectively.

(実施の形態3)
図9は本発明のレーザ発振装置の実施の形態3におけるブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a block diagram of Embodiment 3 of the laser oscillation apparatus of the present invention.

図9において本実施の形態のレーザ発振装置は、レーザ光1、2、レーザ共振器を構成する出力鏡3、レーザ共振器を構成する反射鏡4、誘電体よりなる放電管5、アノード電極6、カソード電極7、アノード電極6とカソード電極7を介してレーザ共振器に電力を供給する高電圧電源8、レーザガス温度を下げる熱交換器9、レーザガスを循環する送風機10、ガス循環管体11、微少レーザ光を拡散する積分球12、レーザ共振器から出力されるレーザ光のパワーを測定する光検出器13、ビームモードを整形するアパーチャ20、アパーチャ20を光路に挿入して出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段21、レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部22、レーザ出力設定部22からの信号と制御装置30からの信号を入力し、ビームモード切替に同期してレーザ出力設定部22からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段23、光検出器13の出力信号とレーザ出力設定部22の設定値を比較して高電圧電源8にフィードバックする比較器24、光検出器信号を増幅する増幅器25、制御装置30からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して比較器24の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段26、ビームモード切替手段21へのビームモード切替信号を出力する制御装置30を備えている。   In FIG. 9, the laser oscillation device of this embodiment includes laser beams 1 and 2, an output mirror 3 constituting a laser resonator, a reflecting mirror 4 constituting a laser resonator, a discharge tube 5 made of a dielectric, and an anode electrode 6. , A cathode electrode 7, a high voltage power supply 8 for supplying power to the laser resonator via the anode electrode 6 and the cathode electrode 7, a heat exchanger 9 for lowering the laser gas temperature, a blower 10 for circulating the laser gas, a gas circulation tube 11, An integrating sphere 12 for diffusing a minute laser beam, a photodetector 13 for measuring the power of the laser beam output from the laser resonator, an aperture 20 for shaping the beam mode, and an aperture 20 inserted in the optical path to switch the output beam mode. Beam mode switching means 21, laser output setting unit 22 for setting the set value of the laser beam output from the laser resonator, and signals from the laser output setting unit 22 And an output command calculation means 23 for holding the output signal from the laser output setting unit 22 so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with beam mode switching, The comparator 24 that compares the output signal of the detector 13 with the set value of the laser output setting unit 22 and feeds back to the high voltage power supply 8, the amplifier 25 that amplifies the photodetector signal, and the signal from the control device 30 are input. Control for outputting a beam mode switching signal to the power supply command calculation means 26 and the beam mode switching means 21 for holding the output signal of the comparator 24 so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with the beam mode switching. A device 30 is provided.

本実施の形態は実施の形態1に実施の形態2を加えたもので、実施の形態1に、実施の形態2の電源指令演算手段26を比較器24と高電圧電源8の間に設けたものである。   In this embodiment, the second embodiment is added to the first embodiment. In the first embodiment, the power command calculation means 26 of the second embodiment is provided between the comparator 24 and the high voltage power supply 8. Is.

本実施の形態の特徴とする出力指令演算部23、電源指令演算手段26、および全体の構造および作用は実施の形態1および2と同じため、同じ符号を付し説明を省略する。   Since the output command calculation unit 23, the power supply command calculation means 26, and the overall structure and operation, which are the characteristics of the present embodiment, are the same as those in the first and second embodiments, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ出力指令値をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより過大なレーザ出力の照射を防止できる。また、レーザ発振装置より出力されるレーザ出力を変更する場合、各レーザ光のビームモードに対応したレーザ出力設定部の設定値変更の作業が必要なくなり、頻繁にレーザ光のビームモードやレーザパワーを変更してレーザ加工を行う場合にも、作業の簡素化を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, excessive laser output irradiation can be prevented by clipping the laser output command value with a voltage value corresponding to the beam mode. In addition, when changing the laser output output from the laser oscillation device, it is not necessary to change the setting value of the laser output setting unit corresponding to the beam mode of each laser beam, and the beam mode and laser power of the laser beam are frequently changed. Simplification of the work can also be realized when laser processing is performed with changes.

また、高電圧電源への指令をビームモードに対応した電圧値でクリップすることにより、高電圧電源の出力を一定値以上に上昇させないため、高電圧電源の利用効率が著しく低下することはなくなる。また、レーザ共振器内で熱飽和を発生してレーザ出力が低下を防止することができる。   In addition, by clipping the command to the high voltage power supply with a voltage value corresponding to the beam mode, the output of the high voltage power supply is not increased above a certain value, so that the utilization efficiency of the high voltage power supply is not significantly reduced. Further, it is possible to prevent the laser output from being lowered by generating thermal saturation in the laser resonator.

さらに、レーザ出力指令を間違って指令した場合でも出力指令演算手段で出力指令が制限されため、過大レーザ出力の照射防止、また、電源指令演算手段により高電圧電源への指令が制限されるため、高電圧電源からの過大電圧や過大電流の発生することなく機器の破損も防止でき、レーザ発振装置の安全性と信頼性をさらに向上さすことができる。   Furthermore, even if the laser output command is commanded incorrectly, the output command is limited by the output command calculation means, so that irradiation of excessive laser output is prevented, and the command to the high voltage power supply is limited by the power command calculation means, The apparatus can be prevented from being damaged without generating an excessive voltage or an excessive current from the high-voltage power supply, and the safety and reliability of the laser oscillation device can be further improved.

なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるCPUを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。   In the laser oscillation device having the above configuration, each component is provided with a control element and controlled in each signal processing or each configuration. However, the laser oscillation device is provided with a CPU connected to each configuration. You may make it control each process collectively.

(実施の形態4)
図10は、本発明の実施の形態4におけるレーザ加工機の構成図を示している。
(Embodiment 4)
FIG. 10 shows a configuration diagram of the laser beam machine according to Embodiment 4 of the present invention.

レーザ加工機は、加工ワーク64を乗せる加工テーブル63と、加工テーブル63の移動またはレーザ光を集光する集光手段67の少なくとも一方を移動する駆動手段62と、前記駆動手段62を制御する数値制御手段61と、上述した実施の形態1から3の何れかに記載のレーザ発振装置65と、レーザ光路66とにより構成されている。   The laser processing machine includes a processing table 63 on which a processing workpiece 64 is placed, a driving unit 62 that moves at least one of a movement of the processing table 63 or a condensing unit 67 that collects laser light, and a numerical value that controls the driving unit 62. The control unit 61, the laser oscillation device 65 described in any of the first to third embodiments, and the laser beam path 66 are included.

レーザ発振装置65より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路66で伝送され集光手段67により集光されて、加工ワーク64に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段61により駆動手段62に指令が出力され、加工テーブル63または集光手段67の少なくとも一方を動作させて加工ワーク64を加工される。   The laser beam emitted from the laser oscillation device 65 is transmitted through a laser beam path 66 composed of a folding mirror or the like, collected by the focusing unit 67, irradiated onto the workpiece 64, and processing is started. At the same time, a command is output to the drive means 62 by the numerical control means 61, and the workpiece 64 is machined by operating at least one of the machining table 63 or the light collecting means 67.

前記レーザ加工機によれば、ビームモード切換に関係なくレーザ出力指令が同一加工条件で指令できて作業性が向上する。また、レーザ出力指令を間違った場合でも、レーザ発振装置より過大なレーザ光の照射を防止し、レーザ光の出力パワーの正確な照射が可能となる。   According to the laser processing machine, the laser output command can be commanded under the same processing conditions regardless of the beam mode switching, and the workability is improved. Further, even when the laser output command is wrong, it is possible to prevent the irradiation of the laser beam that is larger than that of the laser oscillation device, and to accurately irradiate the output power of the laser beam.

さらに数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。   Furthermore, since the laser oscillation device is comprehensively controlled by the numerical control means, it is possible to improve the reliability of laser processing and to prevent defective products from being mixed into the workpiece.

本発明のレーザ発振装置およびレーザ加工機は、過大なレーザ出力の照射の防止およびレーザ出力設定作業の簡素化をすることができ、ビームモード選択機能を有するレーザ発振装置およびレーザ加工機などに有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The laser oscillation device and laser processing machine of the present invention can prevent excessive laser output irradiation and simplify the laser output setting work, and are useful for laser oscillation devices and laser processing machines having a beam mode selection function. It is.

本発明のレーザ発振装置の実施の形態1におけるブロック図Block diagram of Embodiment 1 of the laser oscillation apparatus of the present invention アパーチャ不使用時の高次モードのレーザ光強度分布図High-order mode laser light intensity distribution diagram when no aperture is used アパーチャ使用時の低次モードのレーザ光強度分布図Low-order mode laser beam intensity distribution when using aperture 本発明の実施の形態1の出力指令演算手段の回路構成図FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an output command calculation unit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1の出力指令演算手段のレーザ出力指令値入力と出力指令演算出力の関係図FIG. 3 is a relationship diagram between a laser output command value input and an output command calculation output of the output command calculation means according to the first embodiment of the present invention. 本発明のレーザ発振装置の実施の形態2におけるブロック図The block diagram in Embodiment 2 of the laser oscillation apparatus of this invention 本発明の実施の形態2の電源指令演算手段の回路構成図The circuit block diagram of the power supply command calculating means of Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2の電源指令演算手段の電源指令入力と電源指令演算出力の関係図FIG. 6 is a relationship diagram between the power command input and the power command calculation output of the power command calculation means according to the second embodiment of the present invention. 本発明のレーザ発振装置の実施の形態3におけるブロック図The block diagram in Embodiment 3 of the laser oscillation apparatus of this invention 本発明の実施の形態4におけるレーザ加工機の構成図Configuration diagram of laser beam machine in Embodiment 4 of the present invention 高電圧電源出力とレーザ出力の関係図Relationship diagram between high voltage power output and laser output

1 レーザ光
2 レーザ光
3 出力鏡
4 反射鏡
5 放電管
6 アノード電極
7 カソード電極
8 高電圧電源
9 熱交換器
10 送風機
11 ガス循環管体
12 積分球
13 光検出器
20 アパーチャ
21 ビームモード切替手段
22 レーザ出力設定部
23 出力指令演算手段
24 比較器
25 増幅器
26 電源指令演算手段
30 制御装置
41 クリップ手段
42 基準電圧部
43、44 演算増幅器
45 DA変換器
51 クリップ手段
52 基準電圧部
53、54 演算増幅器
55 DA変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam 2 Laser beam 3 Output mirror 4 Reflecting mirror 5 Discharge tube 6 Anode electrode 7 Cathode electrode 8 High voltage power supply 9 Heat exchanger 10 Blower 11 Gas circulation tube 12 Integrating sphere 13 Photo detector 20 Aperture 21 Beam mode switching means DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Laser output setting part 23 Output command calculating means 24 Comparator 25 Amplifier 26 Power supply command calculating means 30 Control apparatus 41 Clip means 42 Reference voltage part 43, 44 Operational amplifier 45 DA converter 51 Clip means 52 Reference voltage part 53, 54 Calculation Amplifier 55 DA converter

Claims (12)

出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記前記光検出器の出力信号と前記前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器前記を備え、前記前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設けたレーザ発振装置。 A laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode; a high-voltage power supply for supplying power to the laser resonator; a photodetector for measuring laser light output from the laser resonator; A laser output setting unit that sets a set value of the output of the laser beam from the laser resonator, and compares the output signal of the photodetector with the set value of the laser output setting unit and feeds back to the high voltage power source A control device that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means, inputs a signal from the laser output setting unit and a signal from the control device, and performs beam mode switching. Output command calculation means for holding the output signal from the laser output setting unit in synchronism so as not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode. Laser oscillation device provided between the comparator and over The output setting unit. 前記前記出力指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記レーザ出力設定部からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項1記載のレーザ発振装置。 The output command calculation unit includes a reference voltage unit that changes corresponding to each beam mode, and a clip unit that suppresses an input signal equal to or higher than a reference voltage among input signals from the laser output setting unit to a reference voltage value. The laser oscillation device according to claim 1. 前記前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するDA変換器を備えた請求項2記載のレーザ発振装置。 3. The laser oscillation device according to claim 2, wherein the reference voltage unit includes a DA converter that changes a setting value corresponding to each beam mode stored in the control device in synchronization with a beam mode switching signal. 出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記前記光検出器の出力信号と前記前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器前記を備え、前記前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたレーザ発振装置。 A laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode; a high-voltage power supply for supplying power to the laser resonator; a photodetector for measuring laser light output from the laser resonator; A laser output setting unit that sets a set value of the output of the laser beam from the laser resonator, and compares the output signal of the photodetector with the set value of the laser output setting unit and feeds back to the high voltage power source And a comparator that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means, inputs a signal from the controller, and outputs the comparator in synchronization with beam mode switching. A laser oscillation device in which power supply command calculation means for holding a signal so as not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode is provided between the comparator and the high voltage power supply. . 前記前記電源指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記比較器からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項4記載のレーザ発振装置。 The power command calculation means includes a reference voltage unit that changes corresponding to each beam mode, and a clip means that suppresses an input signal that is equal to or higher than a reference voltage among input signals from the comparator to a reference voltage value. 4. The laser oscillation device according to 4. 前記前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するDA変換器を備えた請求項5記載のレーザ発振装置。 6. The laser oscillation device according to claim 5, wherein the reference voltage unit includes a DA converter that changes a set value corresponding to each beam mode stored in the control device in synchronization with a beam mode switching signal. 出力ビームモードを切り替えるビームモード切替手段を設けたレーザ共振器と、前記レーザ共振器に電力を供給する高電圧電源と、前記レーザ共振器から出力されるレーザ光を測定する光検出器と、前記レーザ共振器からのレーザ光の出力の設定値を設定するレーザ出力設定部と、前記光検出器の出力信号と前記レーザ出力設定部の設定値を比較し、前記高電圧電源にフィードバックする比較器を備え、前記ビームモード切替手段へのビームモード切替信号を出力する制御装置を設け、前記レーザ出力設定部からの信号と前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記レーザ出力設定部からの出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する出力指令演算手段を前記レーザ出力設定部と前記比較器の間に設け、前記制御装置からの信号を入力し、ビームモード切替に同期して前記比較器の出力信号を各ビームモードに対応した電圧値以上にならないように保持する電源指令演算手段を前記比較器と前記高電圧電源の間に設けたレーザ発振装置。 A laser resonator provided with a beam mode switching means for switching an output beam mode; a high-voltage power supply for supplying power to the laser resonator; a photodetector for measuring laser light output from the laser resonator; A laser output setting unit for setting a set value of the output of laser light from the laser resonator, and a comparator for comparing the output signal of the photodetector with the set value of the laser output setting unit and feeding back to the high voltage power source A control device that outputs a beam mode switching signal to the beam mode switching means, inputs a signal from the laser output setting unit and a signal from the control device, and synchronizes with the beam mode switching Output command calculation means for holding the output signal from the output setting unit so as not to exceed the voltage value corresponding to each beam mode, the laser output setting unit and the ratio A power supply command calculation means for inputting a signal from the control device and holding the output signal of the comparator so as not to exceed a voltage value corresponding to each beam mode in synchronization with beam mode switching. A laser oscillation device provided between the comparator and the high voltage power source. 前記出力指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記レーザ出力設定部からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項7記載のレーザ発振装置。 The output command calculation means includes a reference voltage section that changes corresponding to each beam mode, and clip means that suppresses an input signal that is equal to or higher than a reference voltage among input signals from the laser output setting section to a reference voltage value. Item 8. The laser oscillation device according to Item 7. 前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するDA変換器を備えた請求項8記載のレーザ発振装置。 9. The laser oscillation device according to claim 8, wherein the reference voltage unit includes a DA converter that changes a setting value corresponding to each beam mode stored in the control device in synchronization with a beam mode switching signal. 前記電源指令演算手段は、各ビームモードに対応して変化する基準電圧部と、前記比較器からの入力信号のうち基準電圧以上の入力信号を基準電圧値に抑えるクリップ手段を備えた請求項7から9の何れかに記載のレーザ発振装置。 8. The power supply command calculation means includes a reference voltage unit that changes corresponding to each beam mode, and a clip means that suppresses an input signal that is equal to or higher than a reference voltage among input signals from the comparator to a reference voltage value. The laser oscillation apparatus in any one of 9. 前記基準電圧部は、前記制御装置に記憶している各ビームモードに対応した設定値をビームモード切替信号と同期して変更するDA変換器を備えた請求項10記載のレーザ発振装置。 The laser oscillation device according to claim 10, wherein the reference voltage unit includes a DA converter that changes a setting value corresponding to each beam mode stored in the control device in synchronization with a beam mode switching signal. 加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する請求項1から11のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。 A laser beam is generated from a processing table on which a workpiece is placed, a driving unit that moves at least one of a movement of the processing table and a laser beam condensing unit, a numerical control unit that controls the driving unit, and a laser beam. A laser processing machine comprising the laser oscillation device according to any one of 11.
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