JP2644315B2 - 高周波放電励起レーザ装置 - Google Patents

高周波放電励起レーザ装置

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JP2644315B2 JP1013560A JP1356089A JP2644315B2 JP 2644315 B2 JP2644315 B2 JP 2644315B2 JP 1013560 A JP1013560 A JP 1013560A JP 1356089 A JP1356089 A JP 1356089A JP 2644315 B2 JP2644315 B2 JP 2644315B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/134Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属などの切断加工等に用いる大出力用の高
周波放電励起レーザ装置に関し、さらに詳細にはレーザ
出力ゼロ時の放電を安定に維持できるようにした高周波
放電励起レーザ装置に関する。
〔従来の技術〕
高周波放電励起レーザ装置はシングルモードの高出力
のレーザ光が得られるので、金属加工等に広く使用され
るようになった。このような高周波放電励起レーザ装置
では、加工プログラム等によりレーザの発振を制御して
おり、運転中でも加工を行わない時にはレーザの発振は
ベース放電状態となっていて、加工指令を受けることに
よって、シャッタを開き、所定の出力でレーザを発振
し、加工を行っている。
従って、加工待機時はベース放電状態に放電管を保つ
必要がある。このために従来は補助用の放電電極を使用
して、出力ゼロで放電のみ行うように制御していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
このために、レーザ励起を行うための電極以外に補助
電極を必要とし、配電管の構成が複雑になっていた。ま
た、補助電極のための電源の供給も必要となり、レーザ
励起用の高周波電源の構成も複雑になる。
また、補助電極を使用せずにレーザ励起用の主電極だ
けで、レーザ出力をゼロにして放電のみを継続するのは
困難である。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
簡単な構成で、加工待機時の放電を安定に制御するよう
にした高周波放電励起レーザ装置を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明では上記課題を解決するために、放電管に高周
波電圧を印加してレーザ発振を生起させる高周波放電励
起レーザ装置において、放電管からの放電光を測定する
光測定手段を有し、前記放電光を主たる帰還信号とし、
パワーセンサからの帰還信号を補助的に使用してレーザ
用電源の出力を制御して、レーザ出力ゼロ時の放電を安
定に制御することを特徴とする高周波放電励起レーザ装
置が、提供される。
また、放電管に高周波電圧を印加してレーザ発振を生
起させる高周波放電励起レーザ装置において、放電管周
辺の温度を測定する温度測定手段を有し、前記温度を主
たる帰還信号とし、パワーセンサからの帰還信号を補助
的に使用してレーザ用電源の出力を制御して、レーザ出
力ゼロ時の放電を安定に制御することを特徴とする高周
波放電励起レーザ装置が、提供される。
〔作用〕
レーザ出力は放電管内の放電領域と密接な関係があ
る。従って、放電領域が出力ゼロ放電を安定に持続でき
る放電領域を放電光から検出して、この放電光を主たる
帰還信号とし、パワーセンサからの帰還信号を補助的に
使用して、レーザ用電源の出力を制御し、レーザ出力ゼ
ロ時の放電を安定に制御する。
また、放電領域の長さは間接的に放電管周辺の温度と
相関関係があり、放電領域が出力ゼロで放電を安定に持
続できる放電領域に温度検出手段を設け、放電管周辺の
温度を主たる帰還信号とし、パワーセンサからの帰還信
号を補助的に使用して、レーザ用電源の出力を制御し、
レーザ出力ゼロ時の放電を安定に制御する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明のレーザ出力制御方法を実施するため
NCレーザ装置のハードウェアの構成図である。図におい
て、プロセッサ1はNCレーザ装置全体を制御する。出力
制御回路2は出力指令値を電流指令値に変換して出力
し、その内部にディタル値をアナログ出力に変換するDA
コンバータを内蔵している。レーザ用電源3は商用電源
を整流して、出力制御回路2からの指令に応じた2MHz程
度の高周波電力を出力する。
放電管4の内部にレーザガスを循環させ、これにレー
ザ用電源3からの高周波電力を印加して放電させること
によってレーザガスを励起し、誘導放出によりレーザ光
を出力する。全反射鏡5と出力鏡6はレーザ発振器を構
成し、レーザ光はこの全反射鏡5と出力鏡6間を往復す
ることにより、励起されたレーザガスからエネルギーを
受けて、増幅され、出力鏡6から一部が外部に出力され
る。
出力されたレーザ光9は、後述するシャッタ23が開い
ている時には、ベンダミラー7で方向を変え、集光レン
ズ8によって、ワーク17の表面に照射される。
メモリ10には加工プログラム及びパラメータ等が格納
されており、バッテリバックアップされたCMOS等が使用
される。
位置制御回路11の出力はサーボアンプ12によって増幅
され、サーボモータ13を回転制御し、ボールスクリュー
14及びナット15によってテーブル16の位置を移動させ、
ワーク17の位置を制御する。ここでは、位置制御回路11
等は1軸分のみ表してあるが、実際にはテーブル16を制
御するために2軸分の位置制御回路等が必要であるが、
その構成は同じであるので省略してある。
表示装置18は、テーブルの位置、加工速度、加工形状
等を表示し、CRT或いは液晶表示装置等が使用される。
シャッタ23は加工時以外はレーザ光を遮断し、表面に
金メッキが施された銅板またはアルミ板によって構成さ
れている。シャッタ23はプロセッサ1の指令に基づいて
開閉し、閉時には出力鏡6から出力されたレーザ光9を
反射して外部に出力させない機能を有する。
パワーセンサ21はレーザ発振装置の出力パワーを測定
し、全反射鏡5の一部を透過させて出力されたモニター
用レーザ出力を熱電対あるいは光電変換素子等を用いて
測定する。22は放電管4の周辺の温度を測定する温度セ
ンサであり、熱電対が使用される。フォトダイオード20
は放電管4の放電光を検出する。これらのパワーセンサ
21、温度センサ22及びフォトダイオード20はそれぞれ、
放電管4の放電状態を検出して、レーザ加工待機時、す
なわちレーザ出力ゼロ時の放電状態を安定に制御するた
めの帰還信号として使用される。このために、この帰還
信号は入力制御回路19に入力される。入力制御回路19は
内部にAD変換器と切り換え回路を有しており、これらセ
ンサからのアナログ信号を受けて、ディジタル信号に変
換し、変換されたディジタル信号はプロセッサ1によっ
て読み取られる。これらのセンサからの帰還信号を使用
して、レーザ出力ゼロ時の放電状態を安定に制御する。
なお、第1図では、レーザガスの循環のための送風機
及びレーザガスの冷却器は省略してある。
第2図は放電管への入力電力とレーザ出力の関係を示
す図である。図では横軸は放電管4への入力電力、縦軸
はレーザ出力である。放電管4への入力電力を徐々に上
げていくと、点Paで放電状態になるが、レーザ出力はゼ
ロである。次に入力電力が点Pbを過ぎると、レーザ出力
は図のように上昇する。従って、レーザ加工待機時は点
Pbの状態が最も望ましい。
第3図は放電領域と出力の関係を示す図である。横軸
は実際の放電領域と放電可能領域の比である。すなわち
実際の放電領域をPl1、放電可能領域をPlとすると、両
者の比Kは、 K=Pl1/Pl である。ここでは放電可能領域は放電管4の電極長とほ
ぼ等しい。第3図から明らかなように、Kが点Pcから点
Pdまでの間はレーザ出力はゼロであり、点Pdを越える
と、すなわち放電領域が一定値を越えるとレーザ出力が
ほぼKに比例し、Kが1になった後は放電電流密度の増
加によってレーザ出力は増加する。
第4図は放電管周辺の詳細図である。第4図では第1
図と同一の要素は同一の符号が付してあり、その説明は
省略する。放電管4の両端には電極24及び25が設けられ
ている。この電極はレーザ用電源3に接続されている。
電極24及び25は図では放電管4上に平行に描いてある
が、らせん状等他の形状であってもよい。第3図の説明
で述べたように、電極24及び25の長さがほぼ放電可能領
域Plであり、実際の放電領域がPl1である。フォトダイ
オード20は放電管4内の放電光を検出し、その信号は第
1図で説明したように、入力制御回路19でディジタル信
号に変換され、プロセッサ1によって読み取られる。な
お、27はレーザガスの流れを示す。
従って、第3図の点Pdでのフォトダイオード20の出力
信号を、最適なレーザ出力ゼロ時の放電領域として検出
して、この放電状態になるように、レーザ用電源3の出
力を制御すればよい。また、フォトダイオードに換え
て、フォトトランジスタを使用することもできる。
第5図は第4図の外観図である。放電管4からの放電
光26をフォトダイオード20で検出している状態を表して
いる。
また、放電領域と周囲温度は一定の関係にあるので、
放電管4の周辺の温度を第1図の熱電対22で測定して、
温度信号を入力回路に帰還し、レーザ出力ゼロ時のレー
ザ出力を制御することもできる。ただし、温度は時定数
が大きいので、放電光の場合に比べ正確な制御は難し
い。
さらに、上記の放電管4からの放電光あるいは温度に
よる制御に加え、全反射鏡5に入射するレーザ光の一部
を透過させ、これをパワーセンサ21で測定して、この信
号を補助的に使用することができる。すなわち、第2図
の点Pbあるいは第3図の点Pdを越えたときに、これをパ
ワーセンサ21で検出して、レーザ用電源3の出力を低く
してやることができる。勿論これら3個のセンサはすべ
て設ける必要がなく、目的とする出力制御に応じて、適
宜選択して使用することができる。
上記の説明では放電の制御は一例としてNCレーザ装置
で制御することで説明したがこれ以外の制御装置でも同
様に制御することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の高周波放電励起レーザ装
置によれば、レーザ出力ゼロ時の放電状態を放電領域に
設けられた光検出手段によって検出した放電光を主たる
帰還信号とし、パワーセンサからの帰還信号を補助的に
使用して、レーザ用電源の出力を制御するようにしたの
で、レーザ出力ゼロ時の放電状態を安定に制御すること
ができる。
また、レーザ出力ゼロ時の放電状態を放電領域に設け
られた温度測定手段によって測定して温度を主たる帰還
信号とし、パワーセンサからの帰還信号を補助的に使用
して、レーザ用電源の出力を制御するようにしたので、
レーザ出力ゼロ時の放電状態を安定に制御することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高周波放電励起レーザ装置の一実施例
であるNCレーザ装置のハードウェアの構成図、 第2図は放電管への入力電力とレーザ出力の関係を示す
図、 第3図は放電領域と出力の関係を示す図、 第4図は放電管周辺の詳細図、 第5図は第4図の外観図である。 1……プロセッサ 2……出力制御回路 3……レーザ用電源 4……放電管 9……レーザ光 17……ワーク 19……入力制御回路 20……フォトダイオード 21……パワーセンサ 22……熱電対 23……シャッタ 26……放電光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−1088(JP,A) 特開 昭50−151083(JP,A) 特開 昭59−8386(JP,A) 特開 昭63−86592(JP,A) 特開 昭62−249494(JP,A) 実公 昭44−18589(JP,Y1)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電管に高周波電圧を印加してレーザ発振
    を生起させる高周波放電励起レーザ装置において、 放電管からの放電光を測定する光測定手段を有し、 前記放電光を主たる帰還信号とし、パワーセンサからの
    帰還信号を補助的に使用してレーザ用電源の出力を制御
    して、レーザ出力ゼロ時の放電を安定に制御することを
    特徴とする高周波放電励起レーザ装置。
  2. 【請求項2】放電管に高周波電圧を印加してレーザ発振
    を生起させる高周波放電励起レーザ装置において、 放電管周辺の温度を測定する温度測定手段を有し、 前記温度を主たる帰還信号とし、パワーセンサからの帰
    還信号を補助的に使用してレーザ用電源の出力を制御し
    て、レーザ出力ゼロ時の放電を安定に制御することを特
    徴とする高周波放電励起レーザ装置。
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