JP2014116384A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高速軸流のガスレーザにおける、送風機の振動などが光学ベンチに少なからず伝播し、ビームが振動し加工性能に大きく影響する問題があった。
【解決手段】レーザ発振器の停止時に位置センサ２５は永久磁石２６を取付けた連結棒１４との距離をあらかじめ検出している。この位置検出は円周方向に配置した複数のセンサが独立して検出しており、その検出された信号は接続ケーブル２１にて制御装置２０へ送られる。レーザ発振器を運転させて、送風機が運転すると、振動が筐体を伝播して伝わってくる。この振動は送風機１３につけられた振動センサヘッド１９にて検知し、制御装置２０にて振動量を変位量に変換し、電磁石２４の磁力を調整することで、光学ベンチの相対位置を停止状態での位置から変化することなく保持することができる。光学ベンチはフィードバック制御により常に一定の位置を保つことができる。
【選択図】図１

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。

一般にガスレーザ発振装置では、レーザガスを内部に有する放電管両端に部分反射鏡からなる出力鏡と反射鏡からなる終段鏡を配置する構成で、これら出力鏡と終段鏡を夫々出力鏡ホルダと終段鏡ホルダで保持し、出力鏡ホルダと終段鏡ホルダの平行度を保つための位置規制手段と、放電管の位置を保つための位置規制手段を夫々設けていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、従来のレーザ発振装置について図３を用いて説明する。

１０１は放電管、１０２、１０３は放電管１０１内部のレーザガスにエネルギーを与えるための電極、１０４は電極１０２、１０３に接続した電源部、１０５は放電管１０１内の放電空間、１０６は放電管１０１からのレーザ光軸上に配置した１００％に近い反射率を有する終段鏡、１０７は放電管１０１からのレーザ光軸上に配置した部分反射鏡からなる出力鏡、１１０は放電管１０１へ接続したレーザガス流路、１１１、１１２はレーザガスを冷却する熱交換器、１１３はレーザガスを循環させる送風機で、送風機１１３、熱交換器１１２、レーザガス流路１１０、放電管１０１、熱交換器１１１、送風機１１３へとレーザガスを循環させるように構成していた。

そして、出力鏡１０７は出力鏡ホルダ１１５ａで保持し、終段鏡１０６は終段鏡ホルダ１１５ｂで保持し、これら出力鏡ホルダ１１５ａと終段鏡ホルダ１１５ｂは、複数のミラーホルダ連結棒１１４によって、互いに平行になるように支持し、また、放電管１０１は放電管ホルダ１１６を介して放電管ホルダベース１１７で支持していた。

ここで、放電管と終段鏡、出力鏡の支持関係について説明する。

回転支持部２００は、出力鏡ホルダ１１５ａを放電管ホルダベース１１７に支持するための連結フランジ１１７ａに接続されている。出力鏡ホルダ１１５ａがレーザ光軸に対して垂直になるように支持するための支持部１２０ａが、出力鏡ホルダ１１５ａの下部に配置されている。連結フランジ１１７ａには、回転軸支持部１２０ｂが配置されている。

上記の支持部１２０ａと回転軸支持部１２０ｂには、回転軸１１９を挿入するための穴が開いている。回転軸１１９は、上記の支持部１２０ａと回転軸支持部１２０ｂに挿入することにより、連結フランジ１１７ａを介して出力鏡ホルダ１１５ａと放電管ホルダベース１１７が組み合せられる。上記のように、回転軸１１９、上記支持部１２０ａと回転軸支持部１２０ｂは、出力鏡ホルダ１１５ａを放電管ホルダベース１１７に支持するために回転支持部２００を構成している。この回転支持部２００は、図に示す矢印２０２の回転方向に自由度を持つ。

一方、終段鏡ホルダ１１５ｂの下部には、支持棒１２１が取付けられている。放電管ホルダベース１１７側の連結フランジ１１７ｂには、回転体１２２と前記回転体１２２を支持している回転体支持部１２３が、上記支持棒１２１を支持するために構成されている。これらによって、光軸方向に摺動自在なスライダー構造２２０が形成されている。このスライダー構造２２０は、図に示す矢印２２２の光軸方向に自由度を持つ。

この構成によって、出力鏡ホルダ１１５ａと放電管ホルダベース１１７は、レーザ光軸方向と垂直方向に対して、固定される。しかし、出力鏡ホルダ１１５ａと放電管ホルダベース１１７は、レーザ光軸方向を含む平面内において、回転方向にのみ自由度を持っている。これによって、出力鏡側のミラーホルダ１１５ａと放電管ホルダベース１１７は、光軸のズレ無く結合することができる。

一方、終段側ミラーホルダ１１５ｂと放電管ホルダベース１１７とは、レーザ光軸方向と垂直方向に対して、固定される（ただし厳密には、上方向に対しては、フリーである）。すなわち、ミラーホルダ１１５ｂの持つ重量（自重）により、終段側ミラーホルダ１１５ｂと放電管ホルダベース１１７は、固定されたものと考えられる。勿論、この構成は、光軸方向の摺動方向ならびに光軸方向を含む平面内の回転方向に、フリーである。これにより終段鏡側のミラーホルダと放電管支持部も、出力鏡側と同様に光軸のズレ無く結合される。

なお、各部の支持のベースとなる放電管ホルダベース１１７は剛性の面などから中空状の金属パイプを用い、放電管ホルダ１１６と溶接して接続していた。

国際公開第０１／９３３８０号

しかしながら、上記従来の光学ベンチの構造では、熱膨張や振動などの外的要因を極力小さくするために、スライダー機構や剛性の高い金属パイプなどで構成されているが、高速軸流のガスレーザでは、送風機の振動などが光学ベンチに少なからず伝播し、ビームが振動するなどの課題を有している。ビームの振動は加工性能に大きく影響することから、ビーム振動の少ないガスレーザ発振器が要望されている。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、ビームの振動を抑制し加工性能を向上させるための
光学ベンチを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本発明のガスレーザ発振装置は、エネルギーを与えて内部に配置したレーザガスを励起する放電管と、前記放電管で励起されたレーザガスから放出されるレーザ光の光軸上に配置した一対のミラーと、前記ミラーをそれぞれ保持するミラーホルダと、前記ミラーホルダを支持するミラーホルダ取付を互いに平行になるように複数本の連結棒に固定し、この連結棒の円周上に永久磁石を配置し、電磁石と位置センサにて発振器運転時の振動を変位量に変換し、相対位置を停止状態での位置から変化することなく保持する機能を有するガスレーザ発振装置である。

以上のように本発明によると、熱膨張や振動による外的要因によるレーザ光の振動を抑制したガスレーザ発振装置を提供することがでる。

実施の形態１における概略構成図 実施の形態１における電磁石機構断面図 従来のレーザ発振装置の概略構成図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。

図１において、１は放電管、２、３は放電管１内部のレーザガスにエネルギーを与えるための電極、４は電極２、３に接続した電源部、５は放電管１内の放電空間、６は放電管１からのレーザ光軸２３上に配置した１００％に近い反射率を有する終段鏡、７は放電管１からのレーザ光軸２３上に配置した部分反射鏡からなる出力鏡、１０は放電管１へ接続したレーザガス流路、１１、１２はレーザガスを冷却する熱交換器、１３はレーザガスを循環させる送風機で、送風機１３、熱交換器１２、レーザガス流路１０、放電管１、熱交換器１１、送風機１３へとレーザガスを循環させるように構成している。

終段鏡６及び出力鏡７はミラーホルダ９で保持し、ミラーホルダ９はミラーホルダ取付板８に固定されている。このミラーホルダ取付板は互いに平行になるように複数本の連結棒１４に固定されている。１６は放電管１から排出されたガスを集合するガス排気ブロックであり、連結棒１４に固定されている。１５は放電管１を支持する放電管支持板であり、これも連結棒１４に固定されている。

１７は磁気浮上機構部であり、１８の筐体に固定されている。この磁気浮上機構部は複数本の連結棒１４の端部のそれぞれに配置され、光学ベンチを筐体１８に対して非接触で保持している。１９は送風機の振動を検知する振動センサヘッドであり、２０が制御装置である。２１は制御装置２０と磁気浮上機構部を結ぶ接続ケーブルであり、２２は振動センサヘッド１９と制御装置を結ぶ振動センサケーブルである。

次に磁気浮上機構部の詳細について、図２を使って説明する。図２は図１内のＡ−Ａ断面を示した詳細図にあたる。

図２（ａ）はレーザ発振器運転中の磁気浮上機構部である。２６は永久磁石であり、連結棒１４の円周上に配置されている。２４は電磁石であり筐体１８に固定された構造物により保持されている。２５は位置センサであり、２７は非磁性体板であり、隣り合う電磁石の磁力の影響を防止するために設けられている。２８は位置センサ２５と電磁石２４の信号を制御するセンサ基板であり、２９のセンサ接続ケーブルにて接続されている。

図２（ｂ）はレーザ発振器停止中の磁気浮上機構部である。電磁石２４に電気が供給されないため、光学ベンチは自重により重力方向に沈む。このとき図１記載の台３０で光学ベンチを受けることになる。このとき図１記載のミラーホルダ取付板８と台３０の隙間は図２（ａ）で示すセンサ距離３１より小さくなければならない。

図２（ａ）において、レーザ発振器の運転中は制御装置２０により常に同じ位置を保つように制御されている。

これはセンサ距離３１を円周上に複数個配置した位置センサ２５が互いに距離を検出する。これは連結棒１４の円周方向の膨張なども検出するために複数個配置している。位置検出は少なくとも４方向以上で検出を行うが、制御する電磁石２４は互いに向き合う電磁石２４のそれぞれ、どちらか片方で制御する。これは互いに制御すると発生するチャタリングを防止するためである。

レーザ発振器を停止状態から運転状態にすると、電磁石２４に電気が供給されて、前回レーザ発振器運転時のセンサ距離３１になるように制御装置２０でコントロールされる。また、レーザ発振器を運転させて、送風機が運転すると、振動が筐体を伝播して伝わってくる。この振動は送風機１３につけられた振動センサヘッド１９にて検知し、制御装置２０にて振動量を変位量に変換し、電磁石２４の磁力を調整することで、光学ベンチの相対位置を停止状態での位置から変化することなく保持することができる。光学ベンチはフィードバック制御により常に一定の位置を保つことができるため、光学ベンチへの振動が伝わらずレーザ光の振動抑制に大きく役立つ。

また送風機１３に取付けた振動センサヘッド１９は他の振動源部にも取付けることが可能であり、あらゆる振動に対して制御ができる。また熱膨張など振動以外の影響を考えるならば、熱電対などの温度センサをつけて制御することもできる。

本発明の磁気浮上光学ベンチはビーム振動を抑制し、安定した加工ができるため、ガスレーザ発振装置などに有用である。

１ 放電管
２、３ 電極
４ 電源部
５ 放電空間
６ 終段鏡
７ 出力鏡
８ ミラーホルダ取付板
９ ミラーホルダ
１０ レーザガス流路
１１、１２ 熱交換機
１３ 送風機
１４ 連結棒
１５ 放電管保持板
１６ ガス排気ブロック
１７ 磁気浮上機構部
１８ 筐体
１９ 振動センサヘッド
２０ 制御装置
２１ 接続ケーブル
２２ 振動センサケーブル
２３ レーザ光軸
２４ 電磁石
２５ 位置センサ
２６ 永久磁石
２７ 非磁性体板
２８ センサ基板
２９ センサ接続ケーブル
３０ 台
３１ センサ距離

Claims (2)

1. レーザ媒質を放電励起してレーザ光を発生する複数の放電手段と前記複数の放電手段の光軸上に配された一対の光学手段と前記レーザ媒質を循環する送風手段を備え、前記光学手段の支持棒を磁気浮上機構部にて筐体部と非接触にしたガスレーザ発振装置。
2. 前記磁気浮上機構部は位置センサと送風機に取付けた振動センサによりブロワの振動を制御する請求項１記載のガスレーザ発振装置。

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