JP2013247260A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主として板金切断用途に用いられるkWクラスのガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機に関するものである。 The present invention relates to a gas laser oscillator and gas laser processing machine of kW class mainly used for sheet metal cutting.
図6に従来の軸流型ガスレーザ発振装置の概略構成の一例を示す。以下、図2を参照しながら従来の軸流型ガスレーザ発振装置を説明する。 FIG. 6 shows an example of a schematic configuration of a conventional axial flow type gas laser oscillation device. Hereinafter, a conventional axial gas laser oscillator will be described with reference to FIG.
この図に於いて、101はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、102、103は前記放電管周辺に設けられた電極である。104は前記電極に接続された電源である。105は前記電極102、103間に挟まれた放電管101内の放電空間である。
In this figure, 101 is a discharge tube made of a dielectric material such as glass, and 102 and 103 are electrodes provided around the discharge tube.
106は全反射鏡、107は部分反射鏡であり、この全反射鏡106、部分反射鏡107は前記放電空間5の両端に固定配置され、光共振器を形成している。108は前記部分反射鏡7より出力されるレーザビームである。
矢印109はレーザガス流を示しており、軸流型ガスレーザ発振装置の中を循環している。110はレーザガス流路であり、111および112は放電空間105における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、113はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段113により放電空間105にて約100m/sec程度のガス流を得ている。レーザガス流路110と放電管101は、レーザガス導入部114で接続されている。
An
118がスペーサ本体であり、従来技術においては、放電管の近傍に配置され散乱光を抑制するための溝が設けられている。
図5は従来の板金切断レーザ加工機の概略構成の一例を示す。以下、図5を参照しながら従来のレーザ加工機を説明する。 FIG. 5 shows an example of a schematic configuration of a conventional sheet metal cutting laser processing machine. Hereinafter, a conventional laser beam machine will be described with reference to FIG.
この図に於いて、レーザビーム8は、反射鏡31にて反射され、ワーク32近傍へ導かれる。レーザビーム8は、トーチ36内部に備えられた集光レンズ35によって高密度のエネルギビームに集光され、ワーク32に照射され、切断加工が行われる。ワーク32は加工テーブル37上に固定されており、駆動装置33および数値制御装置34によって、トーチ36はワーク32に対して相対的に移動する事で、所定の形状の加工が行われる。
In this figure, the
以上が従来のガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機の構成である。次にその動作について説明する。 The above is the configuration of the conventional gas laser oscillation device and gas laser processing machine. Next, the operation will be described.
送風手段113より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路110を通り、レーザガス導入部114より放電管1内へ導入される。この状態で電源104に接続された電極102、103から放電空間105に放電を発生させる。放電空間105内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡106および部分反射鏡107により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡7からレーザビーム108が出力される。このレーザビーム108がレーザ加工等の用途に用いられる。
The laser gas sent out from the
この様な従来のガスレーザ発振装置は、下記課題を有している。 Such a conventional gas laser oscillation device has the following problems.
上記従来のレーザ発振装置においては、光共振器内でのレーザ光共振の際、光軸115に対して平行な光のみが増幅されてレーザビーム108として取り出され事が理想であるが、実際には反射や回折によって、光軸115に対して平行でない散乱光117が発生してしまう。散乱光117がレーザビーム108に混入することにより、レーザビーム108の質が低下し、例えばレーザ切断を行う際に、切断速度が低下するなどの問題があった。
In the above conventional laser oscillation device, it is ideal that only the light parallel to the
この問題を解決するための従来の取り組みとして、アパーチャと呼ばれる中空のスペーサ118を配置し、中空スペーサ118の内側面に溝を設けることによって散乱光を遮ることでレーザビーム108中に散乱光が混入することを抑制する試みもなされている。
As a conventional approach for solving this problem, a scattered spacer is mixed in the
しかしレーザ光は発振効率を上げるアライメントと呼ばれる角度調整が行われる。アライメントは出力鏡107と終段鏡106を保持しかつ、角度を調整する調整機構を有するホルダ116により調整される。従って機械部品からなる光軸115と出力鏡107と終段鏡106の角度が必ずしも直角になることがない。
However, the laser light is subjected to angle adjustment called alignment for increasing the oscillation efficiency. The alignment is adjusted by a
前述したように、光共振器内でのレーザ光共振の際、光軸115に対して平行な光のみが増幅されてレーザビーム8として取り出されことが理想であるが、実際には反射や回折によって、光軸115に対して平行でない散乱光21が発生してしまう。またこの回折や反射の角度はアライメントにより変わってしまうため、光軸調整の度合いや部品のバラツキなどにより散乱光を抑制する十分な効果を得ることはできなかった。
As described above, it is ideal that only the light parallel to the
本発明は、上述のごとき問題を鑑みてなされたものである。 The present invention has been made in view of the above problems.
本発明は、上記問題点を解決するために、エネルギーを与えて内部に配置したレーザ媒質を励起する放電管と、前記放電管で励起されたレーザ媒質から放出されるレーザ光の光軸上に配置した少なくとも一対のミラーと、前記ミラーを保持しかつ、アライメントの調整機構を有し、前記調整機構部に光軸方向に対する傾斜角のついた溝を設けた事を特徴とし、前記傾斜角は15〜45degreeとし、前記調整機構部材質をアルミニウムとし、スペーサ表面にカーボンを蒸着したあるいは前記傾斜角のついた溝材質をセラミックとした事を特徴とするガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機である。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a discharge tube for exciting a laser medium disposed inside by applying energy, and an optical axis of laser light emitted from the laser medium excited by the discharge tube. It has at least a pair of arranged mirrors, and has an alignment adjustment mechanism for holding the mirror, and a groove having an inclination angle with respect to the optical axis direction is provided in the adjustment mechanism portion. The gas laser oscillator and the gas laser processing machine are characterized in that the adjusting mechanism member material is 15 to 45 degrees, the material of the adjusting mechanism is aluminum, and carbon is vapor-deposited on the spacer surface or the grooved material having the inclined angle is ceramic.
本発明によれば、散乱光がレーザビーム中に混入することを抑制し、レーザビームの質を高めることができる。これによりレーザ加工における切断速度の向上や、切断幅の減少などの加工性能向上ができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the scattered light from being mixed into the laser beam and improve the quality of the laser beam. Thereby, it is possible to improve processing performance such as improvement of the cutting speed in laser processing and reduction of the cutting width.
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態である。この図に於いて、1はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、2,3は前記放電管周辺に設けられた電極、4は前記電極に接続された電源、5は前記電極2,3間に挟まれた放電管1内の放電空間、6はほぼ全反射である終段鏡、7は部分反射である出力鏡であり、この全反射鏡6,部分反射鏡7は前記放電空間5の両端に固定配置され、光共振器を形成している。8は部分反射鏡7より出力されるレーザビームである。
(Embodiment)
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this figure, 1 is a discharge tube made of a dielectric material such as glass, 2 and 3 are electrodes provided around the discharge tube, 4 is a power source connected to the electrode, 5 is the
9の矢印はレーザガスの流れる方向を示しており、100〜200Torr程度の圧力で、軸流型ガスレーザ発振器の中を循環している。10はレーザガス流路であり、11および12は放電空間5における放電と送風機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げるための熱交換機、13はレーザガスを循環させるための送風機であり、この送風機13により放電空間5にて約100m/sec程度のガス流を得ている。レーザガス流路10と放電管1は、レーザガス導入部14で接続されている。
The arrow 9 indicates the direction in which the laser gas flows, and it circulates in the axial flow type gas laser oscillator at a pressure of about 100 to 200 Torr.
出力鏡6および終段鏡7は角度調整機構を有するホルダ16に固定されており、放電空間とパイプ18で接続されている。ホルダ16はレーザ出力を増幅させるためのアライメントと呼ばれる角度調整を行っており光軸15に垂直かつ互いに平行に向き合うことで、最大のレーザ出力が得られる。
The output mirror 6 and the
以上がガスレーザ発振装置の構成であり、次にその動作について説明する。 The above is the configuration of the gas laser oscillation apparatus, and the operation thereof will be described next.
送風機13より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路10を通り、レーザガス導入部14より放電管1内へ導入される。この状態で電源4に接続された電極2,3から放電空間5に放電を発生させる。
The laser gas sent out from the
放電空間5内のレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡6および部分反射鏡7により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡7からレーザビーム8が出力される。このレーザビーム8が切断・溶接に代表されるレーザ加工等の用途に用いられる。
The laser gas in the
全反射鏡6および部分反射鏡7によって形成された光共振器の光軸15上に沿って放電管1が配置され、放電管1は放電管固定ホルダ19によって保持されている。
The discharge tube 1 is disposed along the
また、図2に示すように、角度調整機構を有するホルダ16にはスペーサ17が接続されており内側のスペーサ面20には散乱光21を防止するための溝が設けられている。
As shown in FIG. 2, a
溝は散乱光21を抑制する溝は角度調整機構を有するホルダ16に取り付けられており、アライメントによる角度調整の影響を受けないため、散乱光の入射角度がずれることなく散乱光21を抑制することができる。
The groove suppresses the scattered
図3に示すように散乱光21を防止するための溝の光軸方向に対する傾斜角は、理論上鋭角であることが望ましい。本実施の形態においてはこの傾斜角は鋭角としているが、傾斜角が鋭角になるほど深さが必要になるため、部品の構成上15〜45degreeが最も好適である。 As shown in FIG. 3, it is theoretically desirable that the inclination angle of the groove for preventing scattered light 21 with respect to the optical axis direction is an acute angle. In the present embodiment, the inclination angle is an acute angle. However, since the depth is required as the inclination angle becomes acute, 15 to 45 degrees are most preferable in terms of the component configuration.
またスペーサ材質は、アルミニウムとし、表面に膜厚10μm以上のカーボンを蒸着するとより一層効果的である。これは反射光を極力吸収し共振空間に戻ることを防ぐ役割をするものと思われる。蒸着膜厚が10μm未満であると、回折現象により、効果が低減してしまう。 It is more effective to use aluminum as the spacer material and to deposit carbon having a thickness of 10 μm or more on the surface. This is considered to play a role of preventing reflected light from being absorbed as much as possible and returning to the resonance space. If the deposited film thickness is less than 10 μm, the effect is reduced due to the diffraction phenomenon.
なお、スペーサ材質はセラミックでも効果的である。これはセラミック自体がレーザ光の吸収率が高いため、散乱光の吸収が効果的に行われるからである。 The spacer material is also effective with ceramic. This is because the ceramic itself has a high absorptance of laser light, so that the scattered light is effectively absorbed.
散乱光21を抑制する溝は大出力になる程効果が高い。光共振空間における光の増幅は大出力になる程内部エネルギーは増大する。従ってこの中に存在する回折などによって発生する散乱光の量も増加する。 The effect of the groove for suppressing the scattered light 21 increases as the output increases. As the amplification of light in the optical resonance space increases, the internal energy increases. Accordingly, the amount of scattered light generated by the diffraction existing therein increases.
図4は入射するレーザ光量と散乱光21の量を示したものである。モード形状を確認するにはアクリルなどにレーザ光を照射させるバーンパターンをとるのが一般的である。通常このモード形状は正規分布のような形をしており、傾きやフリンジのないものが望ましい。
FIG. 4 shows the amount of incident laser light and the amount of scattered
散乱光21が増加するとモード形状の中に顕著に表れ、フリンジなどのシワのようなものが発生する。本実施の形態は散乱光抑制のスペーサ17が角度調整機構部に装着され為にこれまで取りきれなかった散乱光21を確実に減衰させる機能がある。
When the scattered light 21 increases, it appears remarkably in the mode shape, and wrinkles such as fringes are generated. The present embodiment has a function of reliably attenuating the scattered light 21 that has not been able to be obtained so far because the scattered
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、アライメントによる角度調整の影響を受けず散乱光を抑制することができるため、高品質のビームモードを得ることができる為、加工性能の高い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 device and the gas laser processing machine according to the present invention can suppress scattered light without being affected by the angle adjustment by the alignment, so that a high-quality beam mode can be obtained. And it is useful as a gas laser processing machine.
1 放電管
2 電極
3 電極
4 電源
5 放電空間
6 全反射鏡
7 部分反射鏡
8 レーザビーム
9 レーザガスの流れる方向
10 レーザガス流路
11 熱交換器
12 熱交換器
13 送風機
14 レーザガス導入部
15 光軸
16 ホルダ
17 スペーサ
18 パイプ
19 放電管固定ホルダ
20 スペーサ内面
21 散乱光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012120432A JP2013247260A (en) | 2012-05-28 | 2012-05-28 | Gas laser oscillator |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015116027A1 (en) | 2014-09-30 | 2016-03-31 | Fanuc Corporation | Laser oscillator for improving the beam quality |
DE102015117513A1 (en) | 2014-10-22 | 2016-04-28 | Fanuc Corporation | Laser oscillator for improving the beam properties |
-
2012
- 2012-05-28 JP JP2012120432A patent/JP2013247260A/en active Pending
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US10186831B2 (en) | 2014-09-30 | 2019-01-22 | Fanuc Corporation | Laser oscillator for improving beam quality |
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