JP2013026302A - Gas laser oscillator and laser material processing machine - Google Patents

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智浩 持山
Hiroyuki Hayashikawa
洋之 林川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem of a gas laser oscillator that the output drop due to deterioration of components in the oscillator after long-term use must be minimized.SOLUTION: The gas laser oscillator comprises a laser gas supply/discharge detector which detects the laser gas supply/discharge of the gas laser oscillator, a discharge input detector which detects the discharge input, a laser output detector which detects the laser output, a comparator which calculates the I/O characteristics of the gas laser oscillator by receiving the discharge input and the laser output thus received, and comparing the I/O characteristics with a preset reference characteristics, and a controller which can obtain an optimum laser gas supply/discharge by controlling a laser gas supply device and a laser gas discharge device depending on the output from the comparator.

Description

本発明は主として板金切断用途に用いられる高出力のガス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 high-power gas laser oscillation apparatus and a laser processing machine mainly used for sheet metal cutting.

従来のガスレーザ発振装置を図4に沿って説明する。   A conventional gas laser oscillation apparatus will be described with reference to FIG.

誘電体よりなるレーザ放電管901内にはレーザガス902が充填あるいは循環している。レーザ放電管901周辺に設けられた電極903、904に接続された高電圧電源装置905は、レーザ放電管901内に放電906を発生させる。放電906によりレーザガス902は励起され、全反射鏡907および部分反射鏡908間にレーザビームが発生し、その一部が部分反射鏡908を通って外にレーザビーム909として出力される。   A laser gas 902 is filled or circulated in the laser discharge tube 901 made of a dielectric. A high voltage power supply device 905 connected to electrodes 903 and 904 provided around the laser discharge tube 901 generates a discharge 906 in the laser discharge tube 901. The laser gas 902 is excited by the discharge 906, a laser beam is generated between the total reflection mirror 907 and the partial reflection mirror 908, and a part of the laser beam 902 passes through the partial reflection mirror 908 and is output as a laser beam 909.

このレーザ放電管901の周辺には、ガス供給排出制御装置910に接続されたレーザガス排出口911およびレーザガス供給口912が設けられており、放電906により劣化したレーザガスの一部はレーザガス排出口911より常時、一定量排出され、かつ排出されたレーザガスと等量の新しいレーザガスがレーザガス供給口912より常時供給されるように制御されている。   A laser gas discharge port 911 and a laser gas supply port 912 connected to the gas supply / discharge control device 910 are provided around the laser discharge tube 901, and part of the laser gas deteriorated by the discharge 906 is from the laser gas discharge port 911. Control is performed so that a constant amount of new laser gas is constantly discharged from the laser gas supply port 912 at a constant amount.

しかるに、ガスレーザ発振装置は、安定した放電を行い、安定したレーザ出力を得るためには、外部の大気中からレーザガス中に不純物が混入することを極力防ぐ必要がある。したがって、通常ガスレーザ発振装置は、外部の大気とは隔離された密封構造となっている。   However, in order to perform a stable discharge and obtain a stable laser output, the gas laser oscillation device needs to prevent impurities from entering the laser gas from the outside atmosphere as much as possible. Therefore, the gas laser oscillation device usually has a sealed structure that is isolated from the external atmosphere.

なお、停止期間中にガス循環経路内壁に吸着した水分を除去するために起動後の一定時間放電をすることで熱を加え、一定時間レーザガスの消費量を5倍程度に増加させて良好なレーザ発振を行うものもあった(例えば、特許文献1を参照)。   In addition, in order to remove the moisture adsorbed on the inner wall of the gas circulation path during the stop period, heat is applied by discharging for a certain time after startup, and the laser gas consumption is increased by a factor of about 5 for a certain time. Some oscillate (see, for example, Patent Document 1).

特開平10−56221号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-56221

従来のレーザ発振装置においては、レーザガス供給排出量が常に一定に設定されているため、レーザ発振装置内を構成する部品の劣化によって入出力特性が一定の水準まで低下した時点で、レーザ発振装置のメンテナンスを実施しなければならない。一般的にガスレーザ発振装置は運転時間5万時間以上使用されるが、例えば、全反射鏡や部分透過型反射鏡は4千時間程度で新品への交換がなされる。   In the conventional laser oscillation device, the laser gas supply / discharge amount is always set to be constant. Therefore, when the input / output characteristics are reduced to a certain level due to deterioration of the components constituting the laser oscillation device, the laser oscillation device Maintenance must be performed. In general, the gas laser oscillation device is used for 50,000 hours or more in operation time. For example, the total reflection mirror and the partial transmission type reflection mirror are replaced with new ones in about 4,000 hours.

すなわち、長期使用時における発振装置の部品劣化による出力低下抑制が大きな課題となっていた。   That is, suppression of output reduction due to component deterioration of the oscillation device during long-term use has been a major issue.

本発明はレーザ発振装置の状態によって、レーザガスの供給排出量を最適化し、レーザ発振装置のメンテナンス期間を長期間とする、合理的なガスレーザ発振装置を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a rational gas laser oscillation device that optimizes the supply and discharge amount of the laser gas according to the state of the laser oscillation device and extends the maintenance period of the laser oscillation device.

上記課題を解決するために、本発明のガスレーザ発振器は、レーザガスを満したレーザ放電管と、前記レーザガスに放電エネルギを供給する高電圧電源装置と、レーザ放電管内のレーザガスを排出するレーザガス排気装置と、レーザ放電管内に新しいレーザガスを供給するレーザガス供給装置とを備えたガスレーザ発振装置であって、ガスレーザ発振器のレーザガス供給排出量を検出するレーザガス供給排出量検出器と、放電入力を検出する放電入力検出器と、レーザ出力を検出するレーザ出力検出器と、前記検出された放電入力とレーザ出力を入力して前記ガスレーザ発振器の入出力特性を演算し、あらかじめ設定した基準特性と比較する比較装置と、前記比較装置の出力に応じて前記レーザガス供給装置および前記レーザガス排気装置を制御する制御装置を備えている。この構成により、発振器構成部品劣化によるレーザ出力の低下を抑制するものである。   In order to solve the above problems, a gas laser oscillator according to the present invention includes a laser discharge tube filled with a laser gas, a high-voltage power supply device that supplies discharge energy to the laser gas, and a laser gas exhaust device that discharges the laser gas in the laser discharge tube. A gas laser oscillation device comprising a laser gas supply device for supplying a new laser gas into the laser discharge tube, a laser gas supply / discharge amount detector for detecting the laser gas supply / discharge amount of the gas laser oscillator, and a discharge input detection for detecting the discharge input A comparator, a laser output detector for detecting a laser output, a calculation device for calculating the input / output characteristics of the gas laser oscillator by inputting the detected discharge input and laser output, and comparing with a preset reference characteristic; According to the output of the comparison device, the laser gas supply device and the laser gas exhaust device And a Gosuru controller. With this configuration, a decrease in laser output due to deterioration of oscillator component parts is suppressed.

以上のよう構成することで、本発明のガスレーザ発振器は、レーザ発振装置運転中のレーザガス供給排出量を最適化することにより、レーザガスの利用率を向上させ、且つ、発振器構成部品劣化によるレーザ出力低下を抑制し、メンテナンス期間を長期間とすることができる。   With the configuration described above, the gas laser oscillator of the present invention improves the laser gas utilization rate by optimizing the laser gas supply / discharge amount during operation of the laser oscillation device, and reduces the laser output due to the deterioration of the oscillator components. And the maintenance period can be extended.

本発明の実施の形態の一例の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of an example of embodiment of this invention レーザ発振装置の入出力特性の一例を示すグラフGraph showing an example of input / output characteristics of laser oscillator 本発明のガスレーザ発振装置を用いたレーザ加工機の構成図Configuration diagram of a laser processing machine using the gas laser oscillation device of the present invention 従来技術に係るガスレーザ発振装置の構成図Configuration diagram of gas laser oscillation device according to prior art

本発明の一実施例を図1に示す。   An embodiment of the present invention is shown in FIG.

図1において、レーザ発振部101は圧力センサ104で検出される発振部内のレーザガスの圧力を、予め設定された運転圧力になるように、制御装置110からの指令でレーザガス供給弁109、レーザガス排気弁105が開閉され、レーザガスの供給排出量を一定に保たれている。   In FIG. 1, a laser oscillating unit 101 receives a laser gas supply valve 109, a laser gas exhaust valve in response to commands from the control device 110 so that the pressure of the laser gas in the oscillating unit detected by the pressure sensor 104 becomes a preset operating pressure. 105 is opened and closed, and the supply and discharge amount of the laser gas is kept constant.

この状態で高電圧電源装置111からレーザ発振部101に放電入力が与えられると、レーザ発振が生じ、レーザ発振部101内に充填されたレーザガスは徐々に劣化する。このとき、劣化したレーザガスの一部はレーザガス排気装置103を介して排気されるが、一部は発振器内を循環する。そのため、レーザ発振装置運転中は常にある割合で、劣化したレーザガスの一部が循環している状態になっている。   In this state, when a discharge input is applied from the high voltage power supply device 111 to the laser oscillation unit 101, laser oscillation occurs, and the laser gas filled in the laser oscillation unit 101 gradually deteriorates. At this time, a part of the deteriorated laser gas is exhausted through the laser gas exhaust device 103, but a part circulates in the oscillator. Therefore, a part of the deteriorated laser gas is circulated at a certain rate at all times during the operation of the laser oscillation device.

循環する劣化ガスの割合は次のようにして判定される。すなわち放電入力検出器106で検出された放電電流とレーザ出力検出器107で検出されたレーザ出力は比較装置108に入力され、ここで入出力特性が演算され、あらかじめ設定された基準特性すなわち最適なレーザガス供給量における入出力特性F1および循環する劣化ガス割合の限界の入出力特性F2と比較される。   The ratio of circulating deteriorated gas is determined as follows. That is, the discharge current detected by the discharge input detector 106 and the laser output detected by the laser output detector 107 are input to the comparator 108, where the input / output characteristics are calculated, and the preset reference characteristics, that is, the optimum It is compared with the input / output characteristic F1 at the laser gas supply amount and the input / output characteristic F2 at the limit of the ratio of the deteriorated gas to be circulated.

循環する劣化ガスの割合が限界を超えると、新鮮なレーザガスの供給量を増大させ、発振部内を循環する劣化したレーザガスを徐々に希釈して、劣化ガスの割合を低下させる。   When the ratio of the circulated deteriorated gas exceeds the limit, the supply amount of fresh laser gas is increased, and the deteriorated laser gas circulated in the oscillation unit is gradually diluted to decrease the ratio of the deteriorated gas.

この時、発振部内のガス圧力を一定に保つためにレーザガスの供給とバランスさせながら排気を行う。   At this time, the gas is exhausted while being balanced with the supply of the laser gas in order to keep the gas pressure in the oscillation unit constant.

この場合、レーザガス排気装置103による排気量をレーザガス供給装置102からの供給量と一致させるために、圧力センサ104で検出した発振部内圧力が運転圧力となるように制御装置110を介してレーザガス排気弁105の開閉操作を行う。   In this case, in order to make the exhaust amount by the laser gas exhaust device 103 coincide with the supply amount from the laser gas supply device 102, the laser gas exhaust valve is connected via the control device 110 so that the internal pressure of the oscillation unit detected by the pressure sensor 104 becomes the operating pressure. The opening / closing operation 105 is performed.

また、レーザガス供給排出量検出器112によってレーザガス排出量は監視されており、レーザ出力が入出力特性F1まで回復した時点での排出量を制御装置110に記憶させるとともに、レーザガスの供給排気量の増大を止め、再び、制御装置に新たに記憶された一定のレーザガス供給排出量で継続運転を行う。   Further, the laser gas discharge amount is monitored by the laser gas supply / discharge amount detector 112, and the discharge amount when the laser output is recovered to the input / output characteristic F1 is stored in the control device 110, and the increase in the supply / discharge amount of the laser gas is increased. And the continuous operation is performed again with a constant laser gas supply / discharge amount newly stored in the control device.

このように2つの運転モードを繰返すサイクル運転を行うことにより、レーザ発振装置の状態に応じた最適なガス消費量で運転することが可能で、従来のレーザ発振器に比べて発振器を構成する反射鏡等のメンテナンス期間を長期間とすることができる。   Thus, by performing the cycle operation that repeats the two operation modes, it is possible to operate with the optimum gas consumption according to the state of the laser oscillation device, and the reflecting mirror constituting the oscillator as compared with the conventional laser oscillator Such a maintenance period can be made long.

次に、図3は本発明の実施の形態におけるガスレーザ加工機の構成図である。本発明のガスレーザ発振装置113より出力されたレーザビーム114を反射ミラー115によりトーチ116内部に具備された集光レンズ117まで誘導し、集光レンズ117により集光されたレーザビーム118を加工ワーク119に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。   Next, FIG. 3 is a block diagram of the gas laser processing machine in the embodiment of the present invention. The laser beam 114 output from the gas laser oscillation device 113 of the present invention is guided to the condensing lens 117 provided in the torch 116 by the reflecting mirror 115, and the laser beam 118 condensed by the condensing lens 117 is processed as a workpiece 119. Is used for applications such as cutting and welding.

加工ワーク119はテーブル120に搭載されており、動力121や動力122により集光レンズ117を移動させることにより、加工ワーク119を任意の形状に加工している。図3では集光レンズ117を動力121や動力122により移動させているが、テーブル120側に動力121や動力122を接続して移動させても同様の効果を得ることができる。   The workpiece 119 is mounted on the table 120, and the workpiece 119 is machined into an arbitrary shape by moving the condenser lens 117 with the power 121 and the power 122. In FIG. 3, the condensing lens 117 is moved by the power 121 or the power 122, but the same effect can be obtained even if the power 121 or the power 122 is connected to the table 120 and moved.

本発明によるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、レーザガスを効率的に利用することができ、且つ反射鏡等の発振器構成部品の定期点検、交換費用が大幅に抑制する事ができ、ランニングコストを抑えたガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。   The gas laser oscillation apparatus and gas laser processing machine according to the present invention can efficiently use laser gas, and can significantly reduce the periodic inspection and replacement costs of oscillator components such as reflectors, thereby reducing running costs. It is useful as a gas laser oscillator and a gas laser processing machine.

101 レーザ発振部
102 レーザガス供給装置
103 レーザガス排気装置
104 圧力センサ
105 レーザガス排気弁
106 放電入力検出器
107 レーザ出力検出器
108 比較装置
109 レーザガス供給弁
110 制御装置
111 高電圧電源装置
112 レーザガス供給排出量検出器
113 ガスレーザ発振装置
114 レーザビーム
115 反射ミラー
116 トーチ
117 集光レンズ
118 集光されたレーザビーム
119 加工ワーク
120 テーブル
121 動力
122 動力
901 レーザ放電管
902 レーザガス
903 電極
904 電極
905 高電圧電源装置
906 放電
907 全反射鏡
908 部分反射鏡
909 レーザビーム
910 ガス供給排出制御装置
911 レーザガス排出口
912 レーザガス供給口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Laser oscillation part 102 Laser gas supply apparatus 103 Laser gas exhaust apparatus 104 Pressure sensor 105 Laser gas exhaust valve 106 Discharge input detector 107 Laser output detector 108 Comparison apparatus 109 Laser gas supply valve 110 Control apparatus 111 High voltage power supply apparatus 112 Laser gas supply discharge amount detection 113 Gas laser oscillator 114 Laser beam 115 Reflective mirror 116 Torch 117 Condensing lens 118 Condensed laser beam 119 Workpiece 120 Table 121 Power 122 Power 901 Laser discharge tube 902 Laser gas 903 Electrode 904 Electrode 905 High voltage power supply 906 Discharge 907 Total reflection mirror 908 Partial reflection mirror 909 Laser beam 910 Gas supply / discharge control device 911 Laser gas discharge port 912 Laser gas supply port

Claims (3)

レーザガスを満したレーザ放電管と、前記レーザガスに放電エネルギを供給する高電圧電源装置と、レーザ放電管内のレーザガスを排出するレーザガス排気装置と、レーザ放電管内に新しいレーザガスを供給するレーザガス供給装置とを備えたガスレーザ発振装置であって、
ガスレーザ発振器のレーザガス供給排出量を検出するレーザガス供給排出量検出器と、放電入力を検出する放電入力検出器と、レーザ出力を検出するレーザ出力検出器と、レーザガス供給排出量を検出するレーザガス供給排出量検出器と、前記検出された放電入力とレーザ出力を入力して前記ガスレーザ発振器の入出力特性を演算し、あらかじめ設定した基準特性と比較する比較装置と、前記比較装置の出力に応じて前記レーザガス供給装置および前記レーザガス排気装置を制御する制御装置と
を備えたガスレーザ発振装置。
A laser discharge tube filled with laser gas, a high voltage power supply device for supplying discharge energy to the laser gas, a laser gas exhaust device for discharging laser gas in the laser discharge tube, and a laser gas supply device for supplying new laser gas into the laser discharge tube A gas laser oscillation device comprising:
Laser gas supply / discharge amount detector for detecting laser gas supply / discharge amount of gas laser oscillator, discharge input detector for detecting discharge input, laser output detector for detecting laser output, and laser gas supply / discharge for detecting laser gas supply / discharge amount A quantity detector; a comparator that inputs the detected discharge input and laser output to calculate the input / output characteristics of the gas laser oscillator; and compares the input and output characteristics with a preset reference characteristic; and the comparator according to the output of the comparator A gas laser oscillation device comprising: a laser gas supply device; and a control device for controlling the laser gas exhaust device.
前記制御装置が、算出された入出力特性が劣化ガス割合の限界基準特性を超えたときは、レーザガス供給装置と排気装置との連動運転により、レーザガス供給排出量を増大させ、正常基準特性に回復した時点で、供給排出量の増大を停止し、再び供給排出量を一定に制御する請求項1記載のガスレーザ発振装置。 When the calculated input / output characteristic exceeds the limit reference characteristic of the deteriorated gas ratio, the controller increases the laser gas supply / discharge amount by the linked operation of the laser gas supply device and the exhaust device, and recovers to the normal reference characteristic. 2. The gas laser oscillation apparatus according to claim 1, wherein at the time when the supply / discharge amount is stopped, the increase in the supply / discharge amount is stopped and the supply / discharge amount is controlled to be constant again. 請求項1または2のいずれかに記載のガスレーザ発振装置を具備したことを特徴とするレーザ加工機。 A laser processing machine comprising the gas laser oscillation device according to claim 1.
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