JP4437878B2 - Q-switch carbon dioxide laser device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属加工などに用いられる高平均出力のQスイッチ炭酸ガスレーザにおいて、レーザ照射効果を向上させるため、あるいは加工後の被加工材の表面性状の劣化を避けるために、数十μsオーダーの時間間隔で発振するQスイッチレーザパルス群を得るQスイッチ炭酸ガスレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パルスレーザにより鋼材表面などに小径、深穴の加工を行う場合、大きなエネルギーを有する1発のレーザパルスで一度に大きな体積の金属を除去すると、加工に伴うスパッタや穴周辺への溶融物の固着が発生し被加工材の表面性状を劣化させる。この様なスパッタおよび穴周辺への溶融物の固着を避ける方法としては、比較的小さなエネルギーの複数のレーザパルスを用いて徐々に穴深さを拡大しながら、1つの穴加工を行う方法がある。
【0003】
上記の様なレーザパルス群を得る方法としては、例えば特開平6−326395号公報において、炭酸ガスレーザ発振器の共振器内部にテレスコープを組み込み、該テレスコープの共焦点位置近傍にスリットを有した高速で回転するチョッパディスクを設置し、レーザ媒質を励起する放電を該チョッパディスクのスリットの開閉に同期して駆動し、複数のQスイッチレーザパルスからなるQスイッチレーザパルス群を得る方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平6−326395号公報の発明ではレーザ媒質を励起する放電をチョッパディスク上のスリットがテレスコープ光学系の共焦点位置を通過するタイミングに同期してON/OFF駆動する必要がる。このため該従来発明では、回転するチョッパディスク上のスリット開口検出装置の信号をもとに放電をON/OFFする高速のスイッチング電源が必要であり、装置コストが高くなる問題がある。したがって本発明は、特開平6−326395号公報に開示されたQスイッチ炭酸ガスレーザパルス群と同様なレーザパルス群を、高速駆動のスイッチング電源などの高価な設備を用いずに得る事を目的としたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、レーザ共振器内部にテレスコープを有し、該テレスコープの共焦点位置近傍にスリットを有する高速回転チョッパディスクを設置する事で、レーザ発振をQスイッチ発振とするQスイッチ炭酸ガスレーザ装置において、2組のテレスコープと、該2組のテレスコープの各共焦点位置近傍に高速回転する狭開口スリットを有するチョッパディスクと広開口を有するチョッパディスクの2枚のチョッパディスクを備えた事を特徴とするQスイッチ炭酸ガスレーザ装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1は本発明で使用するQスイッチ発振用の複数の微小スリットSを1群の単位Stとして有するチョッパディスクの例示図である。また、図2は該チョッパディスクによるQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器構成の例示図であり、本発明の炭酸ガスレーザ共振器は、図1に例示のチョッパディスク1、該チョッパディスク回転用モータ2、集光光学系4、および共振器リアミラー3から構成されるテレスコープ光学系5、レーザ出力窓6から構成される。図2中のLBはレーザ光を表す。
【0007】
図3は図2のレーザ発振器の発振波形(a)、チョッパディスク上スリット開口Sがテレスコープ5の共焦点位置近傍を通過するタイミング(スリット開口が共焦点位置を通過する時を開状態と表示)(b)、レーザ媒質を励起する放電入力の状態(c)を示している。図1のチョッパディスクを回転させると、チョッパディスク上に配されたスリット開口Sがテレスコープの共焦点位置近傍を通過する際に炭酸ガスレーザ共振器の損失が低くなり、Qスイッチパルスと呼ばれる尖頭値の高いパルスレーザ発振が起こる。
【0008】
図1のチョッパディスクでは、スリット開口Sが数個づつ(例示図では4個)の単位Stで配置されているため、チョッパディスクを等速回転し、レーザ媒質に一定の励起放電入力を与えた場合においても、該炭酸ガスレーザのQスイッチパルス発振は、図3(a)に示すような、周期T1のQスイッチレーザパルスP1〜P4で構成されるレーザパルス群Ptが周期T2で繰り返すレーザ発振となる。図1では微小スリットSが4個、スリット群Stが4箇所となっているが、必ずしもこの数値に拘る必要はなく、2個以上の複数個のスリットSを単位とするスリット群Stが1箇所以上チョッパディスク上に配置されていれば良く、スリットの配置パターンおよびチョッパディスクの回転速度を変える事で、スリットSt中のスリットSの数に対応した複数パルスからなるQスイッチパルス群のレーザ発振を得る事が出来る。
【0009】
図4は等間隔の狭開口スリットを有するチョッパディスク(a)と広開口のチョッパディスク(b)を貼り合わせることで、図1のチョッパディスクと同等の機能を持たせた合成チョッパディスク(c)の例示図である。図4(c)の合成チョッパディスクを図2のレーザ共振器のチョッパディスク1として用いる事でも、図3(a)に示すQスイッチレーザパルス群を得る事が出来る。
【0010】
図5は本発明請求項3のQスイッチ炭酸ガスレーザ装置の構成図である。レーザ共振器を構成する2枚のミラー11、12の間に2組のテレスコープ光学系21および22を有し、各テレスコープの共焦点位置近傍に図4(a)に例示したチョッパディスク23および図4(b)に例示したチョッパディスク24が設置されている。チョッパディスク23上には開口の細い微小スリットS1が等間隔にあけられており、チョッパディスク24上には開口の広いスリット開口S2が等間隔であけられている。各チョッパディスクはモータ25により高速回転する。
【0011】
該チョッパディスク23、24を高速回転した状態でレーザ媒質に一定の放電励起入力を与えると、該チョッパディスク23および24のスリット開口が同時にテレスコープ21および22の各共焦点位置近傍を通過するタイミングにのみレーザ発振が可能となるので、図6(a)例示の様なQスイッチパルス群によるレーザ発振が得られる。
【0012】
さらに、微小スリット開口S1を有するチョッパディスク23のスリット位置を検出し、微小スリット開口S1がテレスコープ21の共焦点位置を通過するタイミングに同期させて、広い開口S2を持つチョッパディスク24の開口も同時にテレスコープ22の共焦点位置を通過する様にチョッパディスク24の回転を制御すると、2つのチョッパディスクのスリットの合成の開閉タイミングが図7に示した様に同期し、Qスイッチレーザパルス群Pt内の各QスイッチレーザパルスPnのパルス巾が均一なQスイッチレーザパルス群を得る事ができる。
【0013】
【実施例】
[実施例1]
図1に例示したスリット群を持つチョッパディスクとして、直径300mmのチョッパディスク上に、スリット巾0.7mmのスリットを0.72度間隔で4個形成したスリット群を36度間隔で10箇所形成したものを製作した。該チョッパディスクを図2のレーザ共振器内でモータにより毎分6000回転の速度で回転させ、繰り返し周波数50kHz のQスイッチレーザパルス4発で形成されるレーザパルス群が周波数1kHz で発振するQスイッチレーザ発振を得た。パルスレーザ群の各Qスイッチレーザパルスのパルス巾は5μs、平均エネルギーは7mJであった。
【0014】
[実施例2]
図4(a)に例示した等間隔微小スリットを持つチョッパディスクとして、直径300mmのチョッパディスク上に、スリット巾0.7mmのスリットを0.72度間隔で500個形成したもの製作し、図4(b)に例示した等間隔微小スリットを持つチョッパディスクとして、直径300mmのチョッパディスク上に、スリット巾3.0mmのスリットを36度間隔で10個形成したものを製作し、2つのチョッパディスクを張り合わせ図4(c)の構造を持つチョッパディスクを製作した。
該チョッパディスクを図2のレーザ共振器内でモータにより毎分6000回転の速度で回転させ、繰り返し周波数50kHz のQスイッチレーザパルス4発で形成されるレーザパルス群が周波数1kHz で発振するQスイッチレーザ発振を得た。パルスレーザ群の各Qスイッチレーザパルスのパルス巾は5μs、平均エネルギーは7mJであった。
【0015】
[実施例3]
図4(a)に例示した等間隔微小スリットを持つチョッパディスクとして、直径300mmのチョッパディスク上に、スリット巾0.7mmのスリットを0.72度間隔で500個形成したものを製作し、図4(b)に例示した等間隔微小スリットを持つチョッパディスクとして、直径300mmのチョッパディスク上に、スリット巾3.0mmのスリットを36度間隔で10個形成したもの製作した。
該2枚のチョッパディスクを図5のレーザ共振器内の23、24として使用し、各チョッパディスクをでモータにより毎分6000回転の速度で回転させ、図6(a)に例示した周波数50kHz のQスイッチレーザパルス4発で形成されるレーザパルス群が周波数1kHz で発振するQスイッチレーザ発振を得た。パルスレーザ群の各Qスイッチレーザパルスのパルス巾は5μs、平均エネルギーは7mJであった。
【0016】
[実施例4]
実施例1、2および3のレーザ発振器を用いて、圧延ロール表面にダル穴加工をおこなった。図8は使用した圧延ロールダル加工装置の模式図である。加工装置は、実施例1および2に説明した本発明のQスイッチレーザ発振器31、およびベンドミラー32、ノズル33、集光レンズ34、1軸ステージ35、被加工圧延ロール36、ロール回転装置37により構成される。
【0017】
レーザ発振器11からは図3(a)および図6(a)に示したQスイッチパルス群Ptが出射される。圧延ロールは直径450mm、巾2000mm(加工対象巾は1300mm)である。圧延ロール36はロール回転装置37により回転数17rpm で定速回転しており、集光レンズ34および加工ノズル33は1軸ステージ35により圧延ロール36の軸と平行に毎分6.8mmの速度で移動する。
【0018】
Qスイッチレーザパルス群Pt内の各QスイッチレーザパルスPnの周波数は50kHz あり、P1からP4までのQスイッチパルスは圧延ロール表面の約4μmずれた位置に照射される。このずれ量4μmは集光されたレーザ光のスポット径に比べて十分小さな値であり、そのためあたかも圧延ロール表面の同一の場所にP1からP4の4発のQスイッチレーザパルスが照射されたかの様に4発のQスイッチレーザパルスにより順次穴深さが増大する単一開口を持つ穴加工が圧延ロール表面に行われる。
【0019】
一方、Qスイッチレーザパルス群Ptの繰り返し周波数は1kHz であるので、P4までのQスイッチレーザパルスの照射が終了し、次のレーザパルス群Ptの先頭パルスP1が照射されるまでには約900μsの時間があり、この間に圧延ロール外周は400μmずれる。このタイミングで再びP1からP4までの4発のQスイッチレーザパルスが50kHz 周波数で照射され、再び1つの開口を持つダル穴がロール表面に加工される。
この様にして圧延ロール表面に穴直径80μm、深さ30μmダル穴加工を400μmピッチで行った。
【0020】
レーザパルス群Ptでのダル穴加工では、前Qスイッチレーザパルスにより形成されたダル穴が後続のQスイッチレーザパルスを内部に多重反射により導光し穴底部でのレーザ光の吸収効率を増加させる作用がある。このため、選択的に深さ方向に加工が進み、大きなエネルギーを持つ1発のQスイッチレーザパルスで加工した場合よりも、より小径かつ深穴のダル穴加工を行える。
【0021】
本実施例では7mJのエネルギーを持つQスイッチレーザパルス4発で前記の穴直径90μm、深さ50μmのダル穴加工が可能であったが、28mJのエネルギーを持つ1発のQスイッチレーザパルスを圧延ロール表面に照射したところ、穴直径120μm、深さ25μmの穴径の大きく浅いダル穴加工が得られただけであった。
【0022】
さらに、本実施例では10mJのエネルギーを持つP1からP4のQスイッチパルスで順次穴深さを拡大して1つのダル穴加工を行ったことにより、リムと呼ばれる穴外周に付着した溶融物の高さ約1μmとわずかであったのに対し、50mJのエネルギーを有する1発のQスイッチレーザパルスによりダル穴加工を行った場合は、溶融物の発生が多く高さ8μmのリム形成が見られ、よりきれいな穴加工を実現する事が可能であった。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、回転チョッパディスクを用いたQスイッチ炭酸ガスレーザ装置において、本発明のチョッパディスクあるいは2組みのテレスコープと2枚のチョッパディスクを用いる事で、数十μsオーダーの時間間隔で発振するQスイッチレーザパルス群を得る事ができ、金属のレーザ加工へのレーザ照射効果を向上させる事ができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振に使用するチョッパディスクの例示図である。
【図2】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器構成の例示図である。
【図3】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器によるレーザ発振波形の例示図である。
【図4】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器に使用するチョッパディスクの例示図である。
【図5】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器構成の例示図である。
【図6】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器によるレーザ発振波形および2枚のチョッパディスクスリット開口の開閉タイミングの例示図である。
【図7】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザ発振器によるレーザ発振波形および2枚のチョッパディスクスリット開口の開閉タイミングの例示図である。
【図8】本発明のQスイッチ炭酸ガスレーザを用いた圧延ロールのダル加工装置の構成図である。
【符号の説明】
P1、P2、P3、P4、:Qスイッチレーザパルス波形
Pt:本発明のQスイッチレーザパルス群
T1:QスイッチレーザパルスPnの周期
T2:レーザパルス群Ptの周期
S、S1、S2:スリット開口
St:スリット開口群
LB:レーザ光
1、23、24:チョッパディスク
2、25:モーター
3:ZnSe凹ミラー
4:ZnSeレンズ
5、21、22:テレスコープ
6、11:レーザ光を出射するZnSeハーフミラー
12:ZnSe全反射ミラー
31:本発明のQスイッチレーザ発振器
32:ベンドミラー
33:加工ノズル
34:集光レンズ
35:1軸テーブル
36:圧延ロール
37:ロール回転装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a high average output Q-switched carbon dioxide laser used for metal processing or the like, in order to improve the laser irradiation effect or to avoid deterioration of the surface properties of the processed material after processing. The present invention relates to a Q-switched carbon dioxide laser device that obtains a Q-switched laser pulse group that oscillates at time intervals.
[0002]
[Prior art]
When machining a small diameter or deep hole on the surface of a steel material with a pulse laser, if a large volume of metal is removed at once with a single laser pulse having a large energy, the spatter accompanying the machining and the adhesion of the melt around the hole Is generated and the surface properties of the workpiece are deteriorated. As a method of avoiding such spatter and adhesion of the melt around the hole, there is a method of performing one hole processing while gradually expanding the hole depth by using a plurality of laser pulses with relatively small energy. .
[0003]
As a method for obtaining the laser pulse group as described above, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-326395, a telescope is incorporated in a resonator of a carbon dioxide laser oscillator, and a high-speed slit having a slit near the confocal position of the telescope is provided. And a method of obtaining a Q-switched laser pulse group consisting of a plurality of Q-switched laser pulses by installing a chopper disk rotating at a time and driving a discharge for exciting a laser medium in synchronization with opening and closing of the slit of the chopper disk. Yes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-326395, the discharge for exciting the laser medium needs to be driven ON / OFF in synchronization with the timing when the slit on the chopper disk passes through the confocal position of the telescope optical system. For this reason, the conventional invention requires a high-speed switching power supply that turns on / off the discharge based on the signal of the slit opening detection device on the rotating chopper disk, and there is a problem that the device cost increases. Accordingly, an object of the present invention is to obtain a laser pulse group similar to the Q-switched carbon dioxide laser pulse group disclosed in JP-A-6-326395 without using expensive equipment such as a high-speed switching power supply. Is.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
It is a gist of the present invention has a record over The resonator inside telescope, by installing a high-speed rotating chopper disk having a slit near the confocal position of the telescope, the laser oscillation Q switch oscillation In the Q-switch carbon dioxide laser device, two sets of telescopes, a chopper disk having a narrow aperture slit that rotates at high speed near each confocal position of the two sets of telescopes, and a chopper disc having a wide aperture are provided. A Q-switch carbon dioxide laser device characterized by comprising a chopper disk.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an exemplary view of a chopper disk having a plurality of minute slits S for Q-switch oscillation used in the present invention as a group St. FIG. 2 is an exemplary diagram of a Q-switched carbon dioxide laser oscillator configuration using the chopper disk, and the carbon dioxide laser resonator of the present invention includes the chopper disk 1, the chopper disk rotating motor 2, and the condensing optics shown in FIG. A telescope optical system 5 including a system 4, a resonator rear mirror 3, and a laser output window 6 are included. LB in FIG. 2 represents laser light.
[0007]
FIG. 3 shows the oscillation waveform (a) of the laser oscillator of FIG. 2, the timing when the slit opening S on the chopper disk passes in the vicinity of the confocal position of the telescope 5 (when the slit opening passes the confocal position, the open state is indicated) (B) shows the state (c) of the discharge input for exciting the laser medium. When the chopper disk of FIG. 1 is rotated, the loss of the carbon dioxide laser resonator is reduced when the slit opening S disposed on the chopper disk passes near the confocal position of the telescope, and a peak called a Q switch pulse is obtained. High value pulse laser oscillation occurs.
[0008]
In the chopper disk of FIG. 1, since the slit openings S are arranged in units of several (4 in the illustrated example) unit St, the chopper disk is rotated at a constant speed to give a constant excitation discharge input to the laser medium. Even in this case, the Q-switch pulse oscillation of the carbon dioxide laser is a laser oscillation in which a laser pulse group Pt composed of Q-switch laser pulses P1 to P4 with a period T1 is repeated with a period T2, as shown in FIG. Become. In FIG. 1, there are four micro slits S and four slit groups St, but it is not always necessary to be concerned with this numerical value, and there is one slit group St having two or more slits S as a unit. The Q switch pulse group consisting of a plurality of pulses corresponding to the number of slits S in the slit St can be generated by changing the slit arrangement pattern and the rotation speed of the chopper disk. I can get it.
[0009]
FIG. 4 shows a synthetic chopper disc (c) having a function equivalent to that of the chopper disc of FIG. 1 by bonding a chopper disc (a) having narrow aperture slits at equal intervals and a wide chopper disc (b). FIG. The Q-switched laser pulse group shown in FIG. 3A can also be obtained by using the synthetic chopper disk of FIG. 4C as the chopper disk 1 of the laser resonator of FIG.
[0010]
FIG. 5 is a block diagram of a Q-switched carbon dioxide laser device according to claim 3 of the present invention. Two sets of telescope optical systems 21 and 22 are provided between the two mirrors 11 and 12 constituting the laser resonator, and the chopper disk 23 illustrated in FIG. 4A near the confocal position of each telescope. And the chopper disk 24 illustrated in FIG. 4B is installed. On the chopper disk 23, narrow slits S1 with narrow openings are formed at equal intervals, and on the chopper disk 24, slit openings S2 with wide openings are formed at equal intervals. Each chopper disk is rotated at high speed by a motor 25.
[0011]
When a constant discharge excitation input is applied to the laser medium while the chopper disks 23 and 24 are rotated at high speed, the timing at which the slit openings of the chopper disks 23 and 24 simultaneously pass in the vicinity of the confocal positions of the telescopes 21 and 22. Thus, laser oscillation can be obtained by the Q switch pulse group as illustrated in FIG. 6A.
[0012]
Further, the slit position of the chopper disk 23 having the minute slit opening S1 is detected, and the opening of the chopper disk 24 having the wide opening S2 is also synchronized with the timing when the minute slit opening S1 passes the confocal position of the telescope 21. At the same time, when the rotation of the chopper disk 24 is controlled so as to pass the confocal position of the telescope 22, the opening / closing timing of the synthesis of the slits of the two chopper disks is synchronized as shown in FIG. 7, and the Q-switched laser pulse group Pt A Q-switched laser pulse group having a uniform pulse width of each Q-switched laser pulse Pn can be obtained.
[0013]
【Example】
[Example 1]
As a chopper disk having the slit group illustrated in FIG. 1, ten slit groups each having a slit width of 0.7 mm and four slits formed at intervals of 0.72 degrees are formed on a chopper disk having a diameter of 300 mm at intervals of 36 degrees. I made something. A Q-switched laser in which the chopper disk is rotated at a speed of 6000 revolutions per minute by a motor in the laser resonator of FIG. Got oscillation. The pulse width of each Q-switched laser pulse in the pulse laser group was 5 μs, and the average energy was 7 mJ.
[0014]
[Example 2]
As a chopper disk having equally-spaced micro slits illustrated in FIG. 4A, 500 slits having a slit width of 0.7 mm are formed on a chopper disk having a diameter of 300 mm at intervals of 0.72 degrees. As a chopper disk having equally spaced fine slits as illustrated in (b), a chopper disk having a diameter of 300 mm and 10 slits having a slit width of 3.0 mm formed on a chopper disk having a diameter of 300 mm is manufactured. A chopper disk having the structure shown in FIG.
A Q-switched laser in which the chopper disk is rotated at a speed of 6000 revolutions per minute by a motor in the laser resonator of FIG. Got oscillation. The pulse width of each Q-switched laser pulse in the pulse laser group was 5 μs, and the average energy was 7 mJ.
[0015]
[Example 3]
As a chopper disk having equally spaced micro slits illustrated in FIG. 4A, a chopper disk having a diameter of 300 mm and 500 slits having a slit width of 0.7 mm formed on a chopper disk having a diameter of 300 mm is manufactured. As a chopper disk having equally spaced fine slits as exemplified in 4 (b), a chopper disk having a diameter of 300 mm and 10 slits having a slit width of 3.0 mm formed at intervals of 36 degrees were produced.
The two chopper disks are used as 23 and 24 in the laser resonator of FIG. 5, and each chopper disk is rotated by a motor at a speed of 6000 revolutions per minute, and the frequency of 50 kHz illustrated in FIG. A Q-switched laser oscillation was obtained in which a laser pulse group formed by four Q-switched laser pulses oscillated at a frequency of 1 kHz. The pulse width of each Q-switched laser pulse in the pulse laser group was 5 μs, and the average energy was 7 mJ.
[0016]
[Example 4]
Using the laser oscillators of Examples 1, 2, and 3, dull hole processing was performed on the surface of the rolling roll. FIG. 8 is a schematic view of the used rolling roll dull processing apparatus. The processing apparatus includes the Q-switched laser oscillator 31 of the present invention described in the first and second embodiments, the bend mirror 32, the nozzle 33, the condenser lens 34, the single-axis stage 35, the work roll 36, and the roll rotation device 37. Composed.
[0017]
The Q oscillator pulse group Pt shown in FIGS. 3A and 6A is emitted from the laser oscillator 11. The rolling roll has a diameter of 450 mm and a width of 2000 mm (processing object width is 1300 mm). The rolling roll 36 is rotated at a constant speed of 17 rpm by a roll rotating device 37, and the condenser lens 34 and the processing nozzle 33 are parallel to the axis of the rolling roll 36 by a uniaxial stage 35 at a speed of 6.8 mm / min. Moving.
[0018]
The frequency of each Q-switched laser pulse Pn in the Q-switched laser pulse group Pt is 50 kHz, and the Q-switched pulses from P1 to P4 are irradiated at positions shifted by about 4 μm on the surface of the rolling roll. The amount of deviation 4 μm is sufficiently small compared to the spot diameter of the focused laser beam, so that it is as if four Q-switched laser pulses from P1 to P4 were irradiated at the same location on the surface of the rolling roll. Drilling with a single opening in which the hole depth is sequentially increased by four Q-switched laser pulses is performed on the surface of the rolling roll.
[0019]
On the other hand, since the repetition frequency of the Q-switched laser pulse group Pt is 1 kHz, the irradiation of the Q-switched laser pulse up to P4 is completed, and it takes about 900 μs until the first pulse P1 of the next laser pulse group Pt is irradiated. There is time, during which the outer circumference of the rolling roll is shifted by 400 μm. At this timing, four Q-switch laser pulses from P1 to P4 are irradiated again at a frequency of 50 kHz, and a dull hole having one opening is processed again on the roll surface.
In this way, a hole diameter of 80 μm and a depth of 30 μm were drilled on the surface of the rolling roll at a pitch of 400 μm.
[0020]
In the dull hole processing with the laser pulse group Pt, the dull hole formed by the front Q-switch laser pulse guides the subsequent Q-switch laser pulse to the inside by multiple reflection, and increases the absorption efficiency of the laser beam at the bottom of the hole. There is an effect. For this reason, processing advances selectively in the depth direction, and a dull hole processing with a smaller diameter and a deep hole can be performed than when processing with a single Q-switch laser pulse having a large energy.
[0021]
In the present embodiment, the above-mentioned dull hole processing with a diameter of 90 μm and a depth of 50 μm was possible with four Q-switched laser pulses having an energy of 7 mJ, but one Q-switched laser pulse having an energy of 28 mJ was rolled. When the roll surface was irradiated, a large and shallow dull hole process with a hole diameter of 120 μm and a depth of 25 μm was only obtained.
[0022]
Further, in this embodiment, by performing one dull hole processing by sequentially expanding the hole depth with P1 to P4 Q switch pulses having an energy of 10 mJ, the height of the melt adhering to the outer periphery of the hole called a rim is increased. When the dull hole processing was performed with one Q-switched laser pulse having an energy of 50 mJ, the rim formation with a height of 8 μm was observed. It was possible to achieve a cleaner drilling.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, in a Q-switched carbon dioxide laser device using a rotating chopper disk, the chopper disk of the present invention or two sets of telescopes and two chopper disks oscillate at a time interval of the order of several tens of μs. The Q-switched laser pulse group can be obtained, and there is an advantage that the laser irradiation effect on the laser processing of the metal can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exemplary view of a chopper disk used for Q-switched carbon dioxide laser oscillation of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary diagram of a Q-switched carbon dioxide laser oscillator configuration according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing an example of a laser oscillation waveform by the Q-switched carbon dioxide laser oscillator of the present invention.
FIG. 4 is a view showing an example of a chopper disk used in the Q-switched carbon dioxide laser oscillator of the present invention.
FIG. 5 is an exemplary diagram of a Q-switched carbon dioxide laser oscillator configuration according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of the laser oscillation waveform by the Q-switched carbon dioxide laser oscillator of the present invention and the opening / closing timing of two chopper disk slit openings.
FIG. 7 is a view showing an example of the laser oscillation waveform by the Q-switched carbon dioxide laser oscillator of the present invention and the opening / closing timing of two chopper disk slit openings.
FIG. 8 is a block diagram of a rolling roll dull processing apparatus using the Q-switched carbon dioxide laser of the present invention.
[Explanation of symbols]
P1, P2, P3, P4: Q-switched laser pulse waveform Pt: Q-switched laser pulse group T1: Q-switched laser pulse Pn period T2: Laser-pulsed group Pt period S, S1, S2: Slit opening St : Slit aperture group LB: Laser light 1, 23, 24: Chopper disk 2, 25: Motor 3: ZnSe concave mirror 4: ZnSe lenses 5, 21, 22: Telescope 6, 11: ZnSe half mirror for emitting laser light 12: ZnSe total reflection mirror 31: Q-switch laser oscillator 32 of the present invention 32: Bend mirror 33: Processing nozzle 34: Condensing lens 35: Single axis table 36: Rolling roll 37: Roll rotating device

Claims (1)

レーザ共振器内部にテレスコープを有し、該テレスコープの共焦点位置近傍にスリットを有する高速回転チョッパディスクを設置する事で、レーザ発振をQスイッチ発振とするQスイッチ炭酸ガスレーザ装置において、2組のテレスコープと、該2組のテレスコープの各共焦点位置近傍に高速回転する狭開口スリットを有するチョッパディスクと広開口を有するチョッパディスクの2枚のチョッパディスクを備えた事を特徴とするQスイッチ炭酸ガスレーザ装置。  Two sets of Q-switched carbon dioxide laser devices that have a telescope in the laser resonator and a high-speed rotating chopper disk having a slit near the confocal position of the telescope to make the laser oscillation Q-switched oscillation Q telescope, and two chopper discs including a chopper disc having a narrow aperture slit and a chopper disc having a wide aperture that rotate at high speed near the confocal positions of the two telescopes. Switch carbon dioxide laser device.
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