JP7449836B2 - Laser oscillator, laser processing machine, and stimulated Raman scattering suppression method - Google Patents

Laser oscillator, laser processing machine, and stimulated Raman scattering suppression method Download PDF

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Description

本発明は、レーザ発振器、レーザ加工機、及び誘導ラマン散乱抑制方法に関する。 The present invention relates to a laser oscillator, a laser processing machine, and a method for suppressing stimulated Raman scattering.

近年、レーザ加工機に搭載されているレーザ発振器は高輝度・高出力化が進み、レーザ出力が10kW以上のレーザ発振器を搭載するレーザ加工機が市場に投入されている。レーザ加工機によって薄板の板金を高速に切断するには、高輝度で集光性のよいレーザビームを板金に照射することが必要である。そのために、レーザ発振器が備える光ファイバのコア径を小さくするのが一般的である。 In recent years, laser oscillators installed in laser processing machines have become higher in brightness and output, and laser processing machines equipped with laser oscillators with a laser output of 10 kW or more have been introduced into the market. In order to cut a thin sheet metal at high speed with a laser processing machine, it is necessary to irradiate the sheet metal with a high-intensity, well-focused laser beam. For this purpose, it is common to reduce the core diameter of the optical fiber included in the laser oscillator.

レーザ発振器が高出力化すると、光ファイバの非線形現象の1つである誘導ラマン散乱(Stimulated Raman Scattering)が発生しやすくなる。以下、誘導ラマン散乱をSRSと略記することがある。また、光ファイバのコア径を小さくすると、SRSが発生しやすくなる。SRSが発生するレーザパワーの閾値であるSRS発生閾値Psrs_thは、光ファイバの有効コア断面積をAeff、定数である偏光因子をfp、定数であるラマン利得をGr、光ファイバの有効ファイバ長をLeffとすると、式(1)で計算される。
Psrs_th=16×(Aeff/(fp×Gr×Leff)) …(1)
When the output of a laser oscillator increases, stimulated Raman scattering, which is one of the nonlinear phenomena of optical fibers, becomes more likely to occur. Hereinafter, stimulated Raman scattering may be abbreviated as SRS. Furthermore, if the core diameter of the optical fiber is made smaller, SRS is more likely to occur. The SRS generation threshold Psrs_th, which is the threshold of the laser power generated by SRS, is the effective core cross-sectional area of the optical fiber Aeff, the polarization factor which is a constant fp, the Raman gain which is a constant Gr, and the effective fiber length of the optical fiber Leff. Then, it is calculated using equation (1).
Psrs_th=16×(Aeff/(fp×Gr×Leff))…(1)

式(1)より分かるように、光ファイバのコア径が小さいとSRS発生閾値Psrs_thが小さくなって、SRSが発生しやすくなる。コア径を大きくするとレーザビームのビーム品質が悪化して薄板の加工品質を低下させてしまうので、コア径を大きくすることはできない。光ファイバの有効ファイバ長Leffを短くすればSRS発生閾値Psrs_thは大きくなるが、レーザ発振器が備えるフィーディングファイバは10m~20mの長さを有するので、有効ファイバ長Leffを短くすることは困難である。 As can be seen from equation (1), when the core diameter of the optical fiber is small, the SRS occurrence threshold Psrs_th becomes small, making it easier for SRS to occur. If the core diameter is increased, the beam quality of the laser beam will deteriorate and the processing quality of the thin plate will be degraded, so the core diameter cannot be increased. If the effective fiber length Leff of the optical fiber is shortened, the SRS generation threshold Psrs_th will increase, but since the feeding fiber included in the laser oscillator has a length of 10 m to 20 m, it is difficult to shorten the effective fiber length Leff. .

特開2020-61512号公報JP2020-61512A

レーザ発振器でSRSが多く発生すると、レーザ発振器より射出されるレーザビームの出力が不安定となり、ビーム品質が悪化する。すると、板金を切断する加工速度または加工品質を低下させてしまう。レーザ発振器は、連続波(CW)発振動作とパルス発振動作とのいずれかを行ってレーザビームを発振する。SRSは、レーザ発振器がCW発振動作を行うときにはほとんど発生しないが、パルス発振動作を行うときに多く発生する。レーザ発振器がパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するときに発生するSRSを抑制することが求められる。 When a large amount of SRS occurs in a laser oscillator, the output of the laser beam emitted from the laser oscillator becomes unstable, and the beam quality deteriorates. This will reduce the processing speed or processing quality for cutting the sheet metal. A laser oscillator oscillates a laser beam by performing either a continuous wave (CW) oscillation operation or a pulse oscillation operation. SRS rarely occurs when a laser oscillator performs CW oscillation operation, but it often occurs when a laser oscillator performs pulse oscillation operation. It is required to suppress SRS that occurs when a laser oscillator performs a pulse oscillation operation to oscillate a laser beam.

本発明は、レーザ発振器がパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するときに発生する誘導ラマン散乱を効果的に抑制することができるレーザ発振器、レーザ加工機、及び誘導ラマン散乱抑制方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a laser oscillator, a laser processing machine, and a method for suppressing stimulated Raman scattering that can effectively suppress stimulated Raman scattering that occurs when a laser oscillator performs a pulse oscillation operation to oscillate a laser beam. The purpose is to

本発明は、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号に基づいて、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成するパルス生成部と、前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するレーザ発振モジュールとを備え、前記パルス生成部は、前記出力指令信号が、ハイの期間に所定のレーザ出力を超えるレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と電圧値を前記駆動電圧信号のローの期間の電圧値まで低下させることなく所定の電圧値だけ低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳し、前記出力指令信号が、ハイの期間に前記所定のレーザ出力以下のレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調せず、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳しないレーザ発振器を提供する。 The present invention provides a pulse generation section that generates a drive voltage signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low based on an output command signal that consists of a pulse signal that alternately repeats high and low; a laser oscillation module that performs a pulse oscillation operation to oscillate a laser beam based on the output command signal; When the drive voltage signal has a high voltage value, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is maintained in a high state for a preset time from the rise time of the high period of the drive voltage signal, and the voltage value is maintained in the drive voltage value. A sub-pulse is superimposed on the drive voltage signal by modulating it in a pulsed manner so as to alternately repeat a low state in which the voltage signal is lowered by a predetermined voltage value without lowering it to the voltage value in the low period of the voltage signal, and the voltage signal is outputted. When the command signal has a voltage command value corresponding to a laser output that is less than or equal to the predetermined laser output during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is not modulated in a pulse form, and the drive voltage signal To provide a laser oscillator that does not superimpose sub-pulses on the oscillator.

本発明は、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号を生成する制御装置と、前記出力指令信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振して、レーザビームを射出するレーザ発振器と、前記レーザ発振器が射出するレーザビームを用いて板金を加工する加工部とを備え、前記レーザ発振器は、前記出力指令信号に基づいてハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成するパルス生成部と、前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するレーザ発振モジュールとを備え、前記パルス生成部は、前記出力指令信号が、ハイの期間に所定のレーザ出力を超えるレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と電圧値を前記駆動電圧信号のローの期間の電圧値まで低下させることなく所定の電圧値だけ低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳し、前記出力指令信号が、ハイの期間に前記所定のレーザ出力以下のレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調せず、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳しないレーザ加工機を提供する。 The present invention provides a control device that generates an output command signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low levels, and a control device that performs a pulse oscillation operation based on the output command signal to oscillate a laser beam and emit the laser beam. and a processing section that processes a sheet metal using a laser beam emitted by the laser oscillator, the laser oscillator comprising a pulse signal that alternately repeats high and low based on the output command signal. The pulse generation unit includes a pulse generation unit that generates a drive voltage signal, and a laser oscillation module that performs a pulse oscillation operation based on the drive voltage signal to oscillate a laser beam, and the pulse generation unit is configured to generate a high output command signal when the output command signal is high. When the voltage command value corresponds to a laser output exceeding a predetermined laser output for a period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is changed for a preset time from the rise time of the high period of the drive voltage signal. , modulated in a pulsed manner so as to alternately repeat a high state in which the voltage value is maintained and a low state in which the voltage value is reduced by a predetermined voltage value without reducing the voltage value to the voltage value during the low period of the drive voltage signal. and superimpose a sub-pulse on the drive voltage signal, and when the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output that is less than or equal to the predetermined laser output during the high period, the high period of the drive voltage signal Provided is a laser processing machine that does not modulate the voltage value of the drive voltage signal into a pulse shape and does not superimpose sub-pulses on the drive voltage signal.

本発明は、制御装置が、レーザ発振器によってレーザビームを射出させるために、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号を生成し、ハイの期間の電圧指令値を前記レーザ発振器が射出するレーザビームのレーザ出力に応じて設定し、前記レーザ発振器が備えるパルス生成部が、前記制御装置から供給される前記出力指令信号に基づいてハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成し、前記レーザ発振器が備えるレーザ発振モジュールが、前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振し、前記出力指令信号が、ハイの期間に誘導ラマン散乱が発生するレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記パルス生成部が生成する前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と、誘導ラマン散乱が発生しないレーザ出力に対応する電圧指令値に対応する電圧値まで低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳する誘導ラマン散乱抑制方法を提供する。 In the present invention, in order to cause a laser oscillator to emit a laser beam, a control device generates an output command signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low, and the voltage command value during the high period is set by the laser oscillator. Drive configured according to the laser output of the laser beam to be emitted, and in which a pulse generation unit included in the laser oscillator generates a pulse signal that alternately repeats high and low based on the output command signal supplied from the control device. A voltage signal is generated, a laser oscillation module included in the laser oscillator performs a pulse oscillation operation based on the drive voltage signal to oscillate a laser beam, and stimulated Raman scattering occurs during a period in which the output command signal is high. When the voltage command value corresponds to the laser output to be output, the voltage value during the high period of the drive voltage signal generated by the pulse generator is set for a preset time from the rise time of the high period of the drive voltage signal. , modulated in a pulsed manner so as to alternately repeat a high state in which the voltage value is maintained and a low state in which the voltage value is lowered to a voltage value corresponding to a voltage command value corresponding to a laser output that does not cause stimulated Raman scattering, A stimulated Raman scattering suppression method is provided in which a sub-pulse is superimposed on the drive voltage signal.

本発明のレーザ発振器、レーザ加工機、及び誘導ラマン散乱抑制方法によれば、レーザ発振器がパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するときに発生する誘導ラマン散乱を効果的に抑制することができる。 According to the laser oscillator, laser processing machine, and stimulated Raman scattering suppression method of the present invention, stimulated Raman scattering that occurs when the laser oscillator performs pulse oscillation operation to oscillate a laser beam can be effectively suppressed. .

一実施形態のレーザ発振器を備える一実施形態のレーザ加工機を示す図である。1 is a diagram illustrating an embodiment of a laser processing machine including an embodiment of a laser oscillator; FIG. 図1におけるNC装置30がパルス生成部11に供給する出力指令信号の第1の例を示す波形図である。2 is a waveform diagram showing a first example of an output command signal that the NC device 30 in FIG. 1 supplies to the pulse generator 11. FIG. 図2Aに示す出力指令信号が入力されるパルス生成部11が生成する駆動電圧信号を示す波形図である。2A is a waveform diagram showing a drive voltage signal generated by the pulse generation unit 11 to which the output command signal shown in FIG. 2A is input. FIG. NC装置30がパルス生成部11に供給する出力指令信号の第2の例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing a second example of an output command signal that the NC device 30 supplies to the pulse generator 11. FIG. 図3Aに示す出力指令信号が入力されるパルス生成部11が生成する駆動電圧信号を示す波形図である。3A is a waveform diagram showing a drive voltage signal generated by the pulse generation section 11 to which the output command signal shown in FIG. 3A is input. FIG. NC装置30がパルス生成部11に供給する出力指令信号の第3の例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing a third example of an output command signal that the NC device 30 supplies to the pulse generation section 11. FIG. 図4Aに示す出力指令信号が入力されるパルス生成部11が生成する駆動電圧信号を示す波形図である。4A is a waveform diagram showing a drive voltage signal generated by the pulse generating section 11 to which the output command signal shown in FIG. 4A is input. FIG. 駆動電圧信号のハイの期間に重畳されるサブパルスの詳細を説明するための部分拡大波形図である。FIG. 7 is a partially enlarged waveform diagram for explaining details of a sub-pulse superimposed on a high period of a drive voltage signal. 図1におけるレーザ発振モジュール12が、ハイの期間にサブパルスを重畳しない駆動電圧信号に基づいてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生する誘導ラマン散乱の出力を示す波形図である。2 is a waveform diagram showing a laser output when the laser oscillation module 12 in FIG. 1 oscillates a laser beam based on a drive voltage signal that does not superimpose a sub-pulse during a high period, and an output of stimulated Raman scattering generated at that time. FIG. . レーザ発振モジュール12が、ハイの期間にサブパルスを重畳した駆動電圧信号に基づいてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生する誘導ラマン散乱の出力を示す波形図である。2 is a waveform diagram showing a laser output when the laser oscillation module 12 oscillates a laser beam based on a drive voltage signal on which a sub-pulse is superimposed in a high period, and an output of stimulated Raman scattering generated at that time. FIG. レーザ発振モジュール12が、サブパルスを重畳せず、ハイの期間の立ち上がり時刻から所定の時間だけ一律に電圧値を低減させた駆動電圧信号に基づいてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生する誘導ラマン散乱の出力を示す波形図である。Laser output when the laser oscillation module 12 oscillates a laser beam based on a drive voltage signal whose voltage value is uniformly reduced for a predetermined time from the rise time of the high period without superimposing sub-pulses, and at that time FIG. 2 is a waveform diagram showing the output of stimulated Raman scattering generated in FIG. 出力指令信号の周波数を変化させたときの誘導ラマン散乱の出力割合の変化を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in the output ratio of stimulated Raman scattering when the frequency of the output command signal is changed. 出力指令信号の周波数を変化させたときのビームパラメータ積の比の変化を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in the ratio of beam parameter products when the frequency of an output command signal is changed.

以下、一実施形態のレーザ発振器、レーザ加工機、及び誘導ラマン散乱抑制方法について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, a laser oscillator, a laser processing machine, and a method for suppressing stimulated Raman scattering according to one embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、一実施形態のレーザ加工機100を示す。レーザ加工機100は、板金Wを切断するレーザ切断機である。レーザ加工機100は、板金Wを溶接するレーザ溶接機であってもよい。図1に示すように、レーザ加工機100は、ファイバレーザ発振器10、プロセスファイバ15、加工部20、NC装置30を備える。ファイバレーザ発振器10は、一実施形態のレーザ発振器である。プロセスファイバ15は、ファイバレーザ発振器10が射出するレーザビームを加工部20に伝送する。NC装置30は、レーザ加工機100による板金Wの加工を制御する。NC装置30はレーザ加工機100を制御する制御装置の一例である。レーザ発振器はファイバレーザ発振器に限定されない。 FIG. 1 shows a laser processing machine 100 according to one embodiment. The laser processing machine 100 is a laser cutting machine that cuts a sheet metal W. The laser processing machine 100 may be a laser welding machine that welds the sheet metal W. As shown in FIG. 1, the laser processing machine 100 includes a fiber laser oscillator 10, a process fiber 15, a processing section 20, and an NC device 30. The fiber laser oscillator 10 is a laser oscillator of one embodiment. Process fiber 15 transmits the laser beam emitted by fiber laser oscillator 10 to processing section 20 . The NC device 30 controls the processing of the sheet metal W by the laser processing machine 100. The NC device 30 is an example of a control device that controls the laser processing machine 100. Laser oscillators are not limited to fiber laser oscillators.

ファイバレーザ発振器10は、パルス生成部11、レーザ発振モジュール12、フィーディングファイバ13、ビームカプラ14を備える。後に詳述するように、パルス生成部11は、NC装置30から供給される出力指令信号に基づいて、レーザ発振モジュール12を駆動するための駆動電圧信号を生成してレーザ発振モジュール12に供給する。 The fiber laser oscillator 10 includes a pulse generator 11, a laser oscillation module 12, a feeding fiber 13, and a beam coupler 14. As will be described in detail later, the pulse generation unit 11 generates a drive voltage signal for driving the laser oscillation module 12 based on the output command signal supplied from the NC device 30 and supplies it to the laser oscillation module 12. .

レーザ発振モジュール12は、複数のレーザダイオードと、コンバイナと、高反射ファイバブラッググレーティング、アクティブファイバ、低反射ファイバブラッググレーティングを備える公知の構成を有する。コンバイナは、複数のレーザダイオードから射出されて光ファイバによって伝送されるレーザビームを光結合させる。アクティブファイバのコアには、典型的にはYb(イッテルビウム)である希土類の元素が添加されている。コンバイナより射出されたレーザビームは、高反射ファイバブラッググレーティングと低反射ファイバブラッググレーティングとの間に設けられたアクティブファイバに入射される。 The laser oscillation module 12 has a known configuration including a plurality of laser diodes, a combiner, a high reflection fiber Bragg grating, an active fiber, and a low reflection fiber Bragg grating. The combiner optically combines laser beams emitted from a plurality of laser diodes and transmitted by optical fibers. The core of the active fiber is doped with a rare earth element, typically Yb (ytterbium). A laser beam emitted from the combiner is incident on an active fiber provided between a high reflection fiber Bragg grating and a low reflection fiber Bragg grating.

アクティブファイバから射出されたレーザビームは、高反射ファイバブラッググレーティングと低反射ファイバブラッググレーティングとの間で往復を繰り返す。低反射ファイバブラッググレーティングは、レーザダイオードが射出するレーザビームの波長とは異なる例えば波長1060nm~1080nmのレーザビームを射出する。 The laser beam emitted from the active fiber repeatedly goes back and forth between the high-reflection fiber Bragg grating and the low-reflection fiber Bragg grating. The low reflection fiber Bragg grating emits a laser beam having a wavelength of 1060 nm to 1080 nm, for example, which is different from the wavelength of the laser beam emitted by the laser diode.

レーザ発振モジュール12より射出されたレーザビームは、フィーディングファイバ13のコアに入射される。フィーディングファイバ13は、レーザビームをビームカプラ14へと伝送する。 A laser beam emitted from the laser oscillation module 12 is incident on the core of the feeding fiber 13. Feeding fiber 13 transmits the laser beam to beam coupler 14 .

ビームカプラ14は、コリメートレンズ141、全反射ミラー142、集束レンズ143を備える。コリメートレンズ141は、フィーディングファイバ13の射出端より射出された発散光のレーザビームを平行化して、コリメート光に変換する。全反射ミラー142は、入射されたコリメート光を全反射させて集束レンズ143に入射させる。集束レンズ143は、入射されたコリメート光のレーザビームを集束して収束光に変換して、プロセスファイバ15のコアに入射させる。プロセスファイバ15は、レーザビームを加工部20へと伝送する。 The beam coupler 14 includes a collimating lens 141, a total reflection mirror 142, and a focusing lens 143. The collimating lens 141 collimates the diverging laser beam emitted from the exit end of the feeding fiber 13 and converts it into collimated light. The total reflection mirror 142 totally reflects the incident collimated light and makes it enter the focusing lens 143 . The focusing lens 143 focuses the incident collimated laser beam, converts it into a convergent light, and makes the convergent light enter the core of the process fiber 15 . Process fiber 15 transmits the laser beam to processing section 20 .

加工部20は、加工ヘッド21と、加工ヘッド21を駆動する駆動部22とを備える。加工ヘッド21は、コリメートレンズ211と集束レンズ212とを備える。コリメートレンズ211は、プロセスファイバ15の射出端より射出された発散光のレーザビームを平行化して、コリメート光に変換する。集束レンズ212は、入射されたコリメート光のレーザビームを集束して収束光に変換し、板金Wに照射する。駆動部22は、板金Wに照射されるレーザビームを移動させて板金Wを切断するよう、加工ヘッド21を板金Wに沿って移動させる。駆動部22は、加工ヘッド21が固定されていて、板金Wを移動させてもよい。駆動部22は、板金Wを切断するよう板金Wに対して相対的に加工ヘッド21を移動させればよい。 The processing section 20 includes a processing head 21 and a drive section 22 that drives the processing head 21. The processing head 21 includes a collimating lens 211 and a focusing lens 212. The collimating lens 211 collimates the diverging laser beam emitted from the exit end of the process fiber 15 and converts it into collimated light. The focusing lens 212 focuses the incident collimated laser beam, converts it into convergent light, and irradiates the sheet metal W with the convergent light. The drive unit 22 moves the processing head 21 along the sheet metal W so that the laser beam irradiated onto the sheet metal W is moved to cut the sheet metal W. The drive unit 22 may have the processing head 21 fixed thereto and may move the sheet metal W. The drive unit 22 may move the processing head 21 relative to the sheet metal W so as to cut the sheet metal W.

次に、以上のように構成されるレーザ加工機100において、ファイバレーザ発振器10がパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するときのNC装置30及びパルス生成部11の動作を説明する。 Next, in the laser processing machine 100 configured as described above, the operation of the NC device 30 and the pulse generator 11 when the fiber laser oscillator 10 performs pulse oscillation operation to oscillate a laser beam will be described.

図2Aに示すように、NC装置30は、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号をパルス生成部11に供給する。出力指令信号はデジタル信号で構成されており、ハイの期間の各パルスの高さは電圧指令値を示す。NC装置30は、ハイの期間の電圧指令値をファイバレーザ発振器10(レーザ発振モジュール12)が射出するレーザビームの所望のレーザ出力(レーザパワー)に応じて設定する。図2Aは、レーザ出力100%に対応する電圧指令値(100%の電圧指令値)を有する出力指令信号を示す。 As shown in FIG. 2A, the NC device 30 supplies the pulse generator 11 with an output command signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low levels. The output command signal is composed of a digital signal, and the height of each pulse during the high period indicates the voltage command value. The NC device 30 sets the voltage command value during the high period according to the desired laser output (laser power) of the laser beam emitted by the fiber laser oscillator 10 (laser oscillation module 12). FIG. 2A shows an output command signal having a voltage command value corresponding to 100% laser output (100% voltage command value).

出力指令信号の周期をT0、ハイの期間をH0とすると、デューティ比は(H0/T0)×100で表される。図2Aに示す出力指令信号及び後述する出力指令信号は、デューティ比50%である場合を例としている。デューティ比は50%に限定されるものではなく、例えば10%~90%のうちの任意のデューティ比に設定されていればよい。図2Aに示す出力指令信号においては、期間H0は一例として600μsである。 When the period of the output command signal is T0 and the high period is H0, the duty ratio is expressed as (H0/T0)×100. The output command signal shown in FIG. 2A and the output command signal described below are based on an example in which the duty ratio is 50%. The duty ratio is not limited to 50%, and may be set to any duty ratio between 10% and 90%, for example. In the output command signal shown in FIG. 2A, the period H0 is, for example, 600 μs.

図2Bは、図2Aに示す出力指令信号がパルス生成部11に供給されたときにパルス生成部11が生成する駆動電圧信号を示す。パルス生成部11が生成する駆動電圧信号は例えばアナログ信号である。但し、パルス生成部11が生成する駆動電圧信号はアナログ信号に限定されるものではない。 FIG. 2B shows a drive voltage signal generated by the pulse generation section 11 when the output command signal shown in FIG. 2A is supplied to the pulse generation section 11. The drive voltage signal generated by the pulse generator 11 is, for example, an analog signal. However, the drive voltage signal generated by the pulse generator 11 is not limited to an analog signal.

パルス生成部11は、入力される出力指令信号に基づいて、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成する。出力指令信号のハイの期間H0の電圧指令値が100%であるので、パルス生成部11は、ハイの期間に100%の電圧値を有する駆動電圧信号を生成する。このとき、図2Bに示すように、パルス生成部11は、ハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値をパルス状に変調する。パルス生成部11は、駆動電圧信号の電圧値を維持するハイの状態と、電圧値を、駆動電圧信号のローの期間の電圧値(最小電圧値)まで低下させることなく所定の電圧値だけ低下させるローの状態とを交互に繰り返すように、電圧値をパルス状に変調する。 The pulse generator 11 generates a drive voltage signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low levels based on the input output command signal. Since the voltage command value during the high period H0 of the output command signal is 100%, the pulse generation unit 11 generates a drive voltage signal having a voltage value of 100% during the high period. At this time, as shown in FIG. 2B, the pulse generation unit 11 modulates the voltage value in a pulse form for a preset time from the rise time of the high period. The pulse generation unit 11 maintains the voltage value of the drive voltage signal in a high state, and lowers the voltage value by a predetermined voltage value without reducing it to the voltage value (minimum voltage value) during the low period of the drive voltage signal. The voltage value is modulated in a pulsed manner so that the low state and low state are alternately repeated.

電圧値の変調によって駆動電圧信号に重畳されるパルス波形をサブパルスと称することとする。ハイの期間にサブパルスを重畳する時間は、ハイの期間の立ち上がり時刻から一例として400μsである。 The pulse waveform superimposed on the drive voltage signal by modulating the voltage value will be referred to as a sub-pulse. The time for superimposing the sub-pulse on the high period is, for example, 400 μs from the rising time of the high period.

図2Aに示す出力指令信号は期間H0が600μsであるため、駆動電圧信号のハイの期間も600μsであり、そのうちの一部である400μsの期間にサブパルスが重畳されている。ハイの期間の立ち上がり時刻から400μsを超えた時間には、サブパルスは重畳されていない。 Since the period H0 of the output command signal shown in FIG. 2A is 600 μs, the high period of the drive voltage signal is also 600 μs, and a sub-pulse is superimposed on a portion of the 400 μs period. No sub-pulses are superimposed during a period exceeding 400 μs from the rise time of the high period.

図3Aは、レーザ出力90%に対応する90%の電圧指令値を有し、期間H0が400μsである出力指令信号を示している。図3Bは、パルス生成部11が生成する駆動電圧信号を示している。図3Aに示す出力指令信号は期間H0が400μsであるため、図3Bに示すように、駆動電圧信号のハイの期間も400μsであり、400μsの全期間にサブパルスが重畳されている。駆動電圧信号のハイの期間が上記の予め設定した時間以下であれば、駆動電圧信号のハイの全期間にサブパルスが重畳される。 FIG. 3A shows an output command signal having a voltage command value of 90% corresponding to 90% laser output and a period H0 of 400 μs. FIG. 3B shows the drive voltage signal generated by the pulse generator 11. Since the period H0 of the output command signal shown in FIG. 3A is 400 μs, as shown in FIG. 3B, the high period of the drive voltage signal is also 400 μs, and the sub-pulse is superimposed on the entire period of 400 μs. If the high period of the drive voltage signal is less than or equal to the preset time, the sub-pulse is superimposed on the entire high period of the drive voltage signal.

このように、パルス生成部11は、出力指令信号がハイの期間に所定のレーザ出力を超えるレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調して、駆動電圧信号にサブパルスを重畳するように構成されている。一方、パルス生成部11は、出力指令信号がハイの期間に所定のレーザ出力以下のレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調せず、駆動電圧信号にサブパルスを重畳しないように構成されている。所定のレーザ出力とは、レーザ出力100%に対する所定の割合であり、所定の割合は例えば80%である。 In this way, when the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output exceeding a predetermined laser output during a high period, the pulse generation unit 11 pulses the voltage value during the high period of the drive voltage signal. It is configured to modulate and superimpose sub-pulses on the drive voltage signal. On the other hand, when the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output equal to or less than a predetermined laser output during the high period, the pulse generator 11 modulates the voltage value during the high period of the drive voltage signal into a pulse shape. First, it is configured so that sub-pulses are not superimposed on the drive voltage signal. The predetermined laser output is a predetermined percentage of the laser output of 100%, and the predetermined percentage is, for example, 80%.

図4Aは、レーザ出力70%に対応する70%の電圧指令値を有する出力指令信号を示している。パルス生成部11は、図4Aに示す出力指令信号が入力された場合には、80%以下の電圧指令値を有する出力指令信号であるため、図4Bに示すように、ハイの期間にサブパルスを重畳しない駆動電圧信号を生成する。 FIG. 4A shows an output command signal having a voltage command value of 70%, which corresponds to 70% laser output. When the output command signal shown in FIG. 4A is input, the pulse generation unit 11 generates a sub-pulse during the high period as shown in FIG. 4B because the output command signal has a voltage command value of 80% or less. Generate non-overlapping drive voltage signals.

図5に示す駆動電圧信号の1つのパルスの拡大図を用いて、サブパルスを詳細に説明する。0%の電圧指令値に対応する0%の電圧値(最小電圧値)からサブパルスがローとなっている期間の電圧値までを出力制限率PLRと称することとする。なお、最小電圧値は電圧値0ではない所定の小さな電圧値である。 The sub-pulses will be explained in detail using an enlarged view of one pulse of the drive voltage signal shown in FIG. The range from the 0% voltage value (minimum voltage value) corresponding to the 0% voltage command value to the voltage value during the period in which the sub-pulse is low will be referred to as the output restriction rate PLR. Note that the minimum voltage value is a predetermined small voltage value that is not a voltage value of 0.

レーザ発振モジュール12がパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するとき、レーザ出力が高出力であれば誘導ラマン散乱(SRS)が発生し、低出力であればSRSは発生しない。出力制限率PLRはSRSが発生しないレーザ出力に対応する電圧値に設定されている。出力制限率PLRは、SRSが発生しないできるだけ高出力のレーザ出力に対応する電圧値に設定するのがよい。電圧指令値が80%であるときにSRSが発生しない場合、上記のように、パルス生成部11は80%以下の電圧指令値でサブパルスを重畳しない。このときの出力制限率PLRは、80%の電圧指令値に対応して80%の電圧値とすればよい。 When the laser oscillation module 12 performs a pulse oscillation operation to oscillate a laser beam, stimulated Raman scattering (SRS) occurs if the laser output is high, and no SRS occurs if the laser output is low. The output limiting rate PLR is set to a voltage value corresponding to a laser output at which SRS does not occur. The output limiting rate PLR is preferably set to a voltage value corresponding to a laser output as high as possible without causing SRS. If SRS does not occur when the voltage command value is 80%, the pulse generation unit 11 does not superimpose a sub-pulse at a voltage command value of 80% or less, as described above. The output restriction rate PLR at this time may be set to a voltage value of 80% corresponding to the voltage command value of 80%.

図5に示すように駆動電圧信号のハイの期間の電圧値が100%であるとすれば、パルス生成部11は、駆動電圧信号のハイの期間を電圧値100%と電圧値80%とを交互に繰り返すように変調する。これにより、パルス生成部11は、駆動電圧信号のハイの期間に、サブパルスのハイの期間に電圧値100%でサブパルスのローの期間に電圧値80%のサブパルスを重畳する。 Assuming that the voltage value during the high period of the drive voltage signal is 100% as shown in FIG. Modulate to repeat alternately. As a result, the pulse generator 11 superimposes a sub-pulse with a voltage value of 100% during the high period of the sub-pulse and 80% of the voltage value during the low period of the sub-pulse during the high period of the drive voltage signal.

サブパルスの周期T1は例えば20μsである。サブパルスのデューティ比は例えば50%である。図2B、図3B、図5では図示の都合上、周期T1を時間方向に拡大している。サブパルスが重畳されている期間において、レーザ発振モジュール12が射出するレーザビームの単位時間当たりのレーザ出力の平均値は、サブパルスを重畳しない場合と比較して低下する。しかしながら、サブパルスが重畳されている期間においても、レーザ出力の電圧指令値で指令されている最大値は維持されている。サブパルスを重畳する期間を出力制限時間PLTと称することとする。上記のように、出力制限時間PLTは一例として400μsである。 The sub-pulse period T1 is, for example, 20 μs. The duty ratio of the sub-pulses is, for example, 50%. In FIGS. 2B, 3B, and 5, the period T1 is expanded in the time direction for convenience of illustration. During the period when the sub-pulses are superimposed, the average value of the laser output per unit time of the laser beam emitted by the laser oscillation module 12 is lower than when the sub-pulses are not superimposed. However, even during the period in which the sub-pulses are superimposed, the maximum value commanded by the voltage command value of the laser output is maintained. The period during which the sub-pulses are superimposed will be referred to as output limit time PLT. As mentioned above, the output limit time PLT is, for example, 400 μs.

レーザ発振モジュール12においてSRSが発生し始める駆動電圧信号の電圧値は、レーザ発振モジュール12の個体差によって変化する。よって、出力制限率PLRは各個体のレーザ発振モジュール12によって設定すればよい。サブパルスの周期T1及びデューティ比は特に限定されない。 The voltage value of the drive voltage signal at which SRS begins to occur in the laser oscillation module 12 varies depending on individual differences in the laser oscillation module 12. Therefore, the output limiting rate PLR may be set by each individual laser oscillation module 12. The period T1 and duty ratio of the sub-pulses are not particularly limited.

図6及び図7を用いて、パルス生成部11が駆動電圧信号にサブパルスを重畳することによる作用効果を説明する。図6は、レーザ発振モジュール12が、サブパルスを重畳しない駆動電圧信号に基づいてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生するSRS出力を示している。SRS出力とは、SRSの発生量を示すレーザパワーである。図6に示す例では、駆動電圧信号のハイの期間を500μs、デューティ比を50%、周波数を1kHzとした場合のレーザ出力及びSRS出力を示している。 The effects obtained when the pulse generation unit 11 superimposes sub-pulses on the drive voltage signal will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows the laser output when the laser oscillation module 12 oscillates a laser beam based on a drive voltage signal without superimposing sub-pulses, and the SRS output generated at that time. The SRS output is laser power that indicates the amount of SRS generated. The example shown in FIG. 6 shows the laser output and SRS output when the high period of the drive voltage signal is 500 μs, the duty ratio is 50%, and the frequency is 1 kHz.

図6に示すように、実線で示すレーザ出力は、駆動電圧信号の時刻0での立ち上がりに伴って最小値から急増し、その後、漸増して最大値となって最大値を維持する。レーザ出力は、500μs経過した時点の駆動電圧信号の立ち下がりに伴って最大値から急減し、その後、漸減して最小値となる。破線で示すSRS出力は、レーザ出力の立ち上がりに伴って最小値から漸増して最大値に至り、その後、漸減して300μs程度経過した時点で最小値となる。SRSは一例として1110nm~1130nmを中心波長として発生する。最小値は、ほぼ0の極めて小さい値である。なお、図6及び図7において、レーザ出力とSRS出力とは、各出力値が発生する時間的なタイミングを示し、縦軸方向の各出力値は両者の絶対的な値の関係を示すものではない。 As shown in FIG. 6, the laser output indicated by the solid line sharply increases from the minimum value as the drive voltage signal rises at time 0, and then gradually increases to reach the maximum value and maintain the maximum value. The laser output sharply decreases from the maximum value as the drive voltage signal falls after 500 μs, and then gradually decreases to the minimum value. The SRS output shown by the broken line gradually increases from the minimum value to the maximum value as the laser output rises, and then gradually decreases to the minimum value after about 300 μs. For example, SRS is generated with a center wavelength of 1110 nm to 1130 nm. The minimum value is a very small value of approximately zero. In addition, in FIGS. 6 and 7, the laser output and the SRS output indicate the temporal timing at which each output value occurs, and each output value in the vertical axis direction does not indicate the relationship between the absolute values of the two. do not have.

図6より分かるように、本発明者による検証によって、SRSは、駆動電圧信号のハイの期間が500μsのように300μsより長くても、時刻0から300μs程度の時間でしか発生しないことが確認されている。SRSは、長くても時刻0から400μsの時間でしか発生しない。 As can be seen from FIG. 6, the inventor's verification has confirmed that SRS occurs only in a period of about 300 μs from time 0 even if the high period of the drive voltage signal is longer than 300 μs, such as 500 μs. ing. SRS occurs only in a period of 400 μs from time 0 at the longest.

図7は、レーザ発振モジュール12が、サブパルスを重畳した駆動電圧信号に基づいてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生するSRS出力を示している。図7においても、駆動電圧信号のハイの期間を500μs、デューティ比を50%、周波数を1kHzとした場合のレーザ出力及びSRS出力を示している。図7においては、出力制限時間PLTを300μsとしている。 FIG. 7 shows the laser output when the laser oscillation module 12 oscillates a laser beam based on the drive voltage signal on which sub-pulses are superimposed, and the SRS output generated at that time. FIG. 7 also shows the laser output and SRS output when the high period of the drive voltage signal is 500 μs, the duty ratio is 50%, and the frequency is 1 kHz. In FIG. 7, the output limit time PLT is set to 300 μs.

図7に示すように、SRSが発生する時刻0から300μsの出力制限時間PLTにサブパルスを重畳すると、サブパルスのハイの期間ではSRSがわずかに発生するものの、サブパルスのローの期間ではSRSが発生しない。従って、SRS出力は、サブパルスのハイの期間で一旦増加するものの、サブパルスのローの期間で減少するので、図6に示すように山状の大きな値となることはなく、小さな値で増減を繰り返す。レーザ発振モジュール12が駆動電圧信号にサブパルスを重畳することによって、SRS出力を大幅に減少させることができる。上記の例において、出力制限時間PLTを400μsとしているのは、SRSは、長くても時刻0から400μsの時間でしか発生しないからである。 As shown in Figure 7, when a subpulse is superimposed on the output limit time PLT of 300 μs from time 0 when SRS occurs, SRS slightly occurs during the high period of the subpulse, but no SRS occurs during the low period of the subpulse. . Therefore, although the SRS output increases once during the high period of the sub-pulse, it decreases during the low period of the sub-pulse, so it does not become a large mountain-like value as shown in Figure 6, but repeats increases and decreases at small values. . By superimposing sub-pulses on the drive voltage signal by the laser oscillation module 12, the SRS output can be significantly reduced. In the above example, the output limit time PLT is set to 400 μs because SRS occurs only from time 0 to 400 μs at the longest.

このように、本実施形態の誘導ラマン散乱抑制方法は、出力指令信号が、ハイの期間にSRSが発生するレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、次のようにしてSRSを抑制する。パルス生成部11が、生成する駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、パルス状に変調して、駆動電圧信号にサブパルスを重畳する。パルス生成部11が重畳するサブパルスは、駆動電圧信号の電圧値を維持するハイの状態と、SRSが発生しないレーザ出力に対応する電圧指令値に対応する電圧値まで低下させるローの状態とを交互に繰り返す。 As described above, the stimulated Raman scattering suppression method of the present embodiment suppresses SRS in the following manner when the output command signal has a voltage command value corresponding to the laser output at which SRS occurs during the high period. The pulse generation unit 11 pulse-modulates the voltage value during the high period of the generated drive voltage signal for a preset time from the rise time of the high period of the drive voltage signal, and generates sub-pulses in the drive voltage signal. Superimpose. The sub-pulses superimposed by the pulse generator 11 alternate between a high state in which the voltage value of the drive voltage signal is maintained and a low state in which the voltage value is lowered to a voltage value corresponding to a voltage command value corresponding to a laser output that does not generate SRS. Repeat.

以上のようにして、本実施形態のレーザ発振器であるレーザ発振モジュール12を備えるファイバレーザ発振器10、及び本実施形態の誘導ラマン散乱抑制方法によれば、SRSを効果的に抑制することができる。本実施形態のレーザ加工機であるレーザ加工機100によれば、SRSの抑制によってビーム品質をほとんど悪化させることがないので、板金Wを良好な加工品質で加工することができる。 As described above, according to the fiber laser oscillator 10 including the laser oscillation module 12, which is the laser oscillator of this embodiment, and the stimulated Raman scattering suppression method of this embodiment, SRS can be effectively suppressed. According to the laser processing machine 100, which is the laser processing machine of this embodiment, the beam quality is hardly deteriorated by suppressing SRS, so that the sheet metal W can be processed with good processing quality.

上記のように、駆動電圧信号にサブパルスを重畳してもレーザ出力の電圧指令値で指令されている最大値は維持されているから、レーザ加工機100は、高輝度のレーザビームを用いて板金Wを加工することができる。 As described above, even if sub-pulses are superimposed on the drive voltage signal, the maximum value commanded by the voltage command value of the laser output is maintained, so the laser processing machine 100 uses a high-intensity laser beam to process sheet metal. W can be processed.

図8は比較例であり、レーザ発振モジュール12が、サブパルスを重畳するのではなく、時刻0から200μsの時間に一律に電圧値を80%に低減させてレーザビームを発振したときのレーザ出力と、そのときに発生するSRS出力を示している。図8においても、駆動電圧信号のハイの期間を500μs、デューティ比を50%、周波数を1kHzとした場合のレーザ出力及びSRS出力を示している。 FIG. 8 is a comparative example, showing the laser output when the laser oscillation module 12 oscillates a laser beam by uniformly reducing the voltage value to 80% from time 0 to 200 μs instead of superimposing sub-pulses. , shows the SRS output generated at that time. FIG. 8 also shows the laser output and SRS output when the high period of the drive voltage signal is 500 μs, the duty ratio is 50%, and the frequency is 1 kHz.

図8に示すように、時刻0から200μsの時間に電圧値を80%に低減させると、時刻0から200μsの時間にSRSは発生しない。ところが、200μsの時点で電圧値を100%に増加させると、200μsの時点以降に、図6と同様の山状の比較的大きな値のSRSが発生する。これに対して、図7に示すように、駆動電圧信号にサブパルスを重畳した場合には、出力制限時間PLTを経過した後に山状のSRSは発生しない。 As shown in FIG. 8, when the voltage value is reduced to 80% in the time period from time 0 to 200 μs, no SRS occurs in the time period from time 0 to 200 μs. However, if the voltage value is increased to 100% at 200 μs, a mountain-like SRS with a relatively large value similar to that shown in FIG. 6 occurs after 200 μs. On the other hand, as shown in FIG. 7, when sub-pulses are superimposed on the drive voltage signal, the mountain-like SRS does not occur after the output limit time PLT has elapsed.

図9及び図10を用いて、パルス生成部11が駆動電圧信号にサブパルスを重畳することによって得られる効果をさらに説明する。図9は、出力指令信号(駆動電圧信号)の周波数を変化させたときのSRS出力割合の変化を示している。ここでのSRS出力割合とは、SRS出力をレーザ出力とSRS出力との加算値で除算した値である。即ち、SRS出力割合とは、1060nm~1080nmと1110nm~1130nmを含む全体のレーザパワーのうちの1110nm~1130nmのレーザパワーの割合である。図9及び図10において、三角を結んだ折れ線は駆動電圧信号をサブパルスで変調しなかった場合、丸を結んだ折れ線は駆動電圧信号をサブパルスで変調した場合のSRS出力割合を示している。周波数の最小値は100Hzである。 The effect obtained by the pulse generation unit 11 superimposing sub-pulses on the drive voltage signal will be further explained using FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows the change in the SRS output ratio when the frequency of the output command signal (drive voltage signal) is changed. The SRS output ratio here is a value obtained by dividing the SRS output by the sum of the laser output and the SRS output. That is, the SRS output ratio is the ratio of the laser power of 1110 nm to 1130 nm to the total laser power including 1060 nm to 1080 nm and 1110 nm to 1130 nm. In FIGS. 9 and 10, the polygonal line connecting triangles shows the SRS output ratio when the drive voltage signal is not modulated with sub-pulses, and the polygonal line connecting circles shows the SRS output ratio when the drive voltage signal is modulated with sub-pulses. The minimum value of frequency is 100Hz.

図9に示すように、駆動電圧信号をサブパルスで変調することにより、100Hz~10kHzの全周波数範囲でSRSがわずかしか発生しないことが分かる。駆動電圧信号をサブパルスで変調しないと、SRS出力割合は周波数2kHzで最大の25%も発生し、全周波数範囲でSRSが多く発生していることが分かる。 As shown in FIG. 9, it can be seen that by modulating the drive voltage signal with sub-pulses, only a small amount of SRS occurs in the entire frequency range of 100 Hz to 10 kHz. If the drive voltage signal is not modulated with sub-pulses, the SRS output ratio reaches a maximum of 25% at a frequency of 2 kHz, indicating that a large amount of SRS occurs over the entire frequency range.

図10は、出力指令信号の周波数を変化させたときのBPP比の変化を示している。BPPとはビームパラメータ積(Beam Parameter Products)を示し、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積として定義されるビーム品質を表す指標である。ここでのBPP比とは、レーザ発振モジュール12がレーザ出力100%、デューティ比50%でパルス発振動作したときのBPPを、レーザ発振モジュール12がレーザ出力50%でCW発振動作したときのBPPで除算した値である。 FIG. 10 shows the change in the BPP ratio when the frequency of the output command signal is changed. BPP stands for Beam Parameter Products, and is an index representing beam quality defined as the product of the beam waist radius and the half-width at half maximum of the beam divergence angle. The BPP ratio here means the BPP when the laser oscillation module 12 operates in pulse oscillation with a laser output of 100% and a duty ratio of 50%, and the BPP when the laser oscillation module 12 operates in CW oscillation with a laser output of 50%. This is the divided value.

なお、NC装置30がパルス信号ではなく一定値の出力指令信号をパルス生成部11に供給すれば、パルス生成部11は一定値の駆動電圧信号をレーザ発振モジュール12に供給して、レーザ発振モジュール12はCW発振動作を行う。 Note that if the NC device 30 supplies an output command signal of a constant value to the pulse generation section 11 instead of a pulse signal, the pulse generation section 11 supplies a drive voltage signal of a constant value to the laser oscillation module 12, and the laser oscillation module 12 performs CW oscillation operation.

レーザ出力100%、デューティ比50%でパルス発振動作したときの平均出力と、レーザ出力50%でCW発振動作したときの平均出力とはいずれも50%である。平均出力が同じであるため、ファイバレーザ発振器10及び測定光学系にかかる単位時間当たりの熱負荷は同等である。熱負荷が大きくなると熱レンズを引き起こしてBPPが悪化する。熱負荷を同等にしているので両者のBPPを適切に比較することができる。 The average output when pulse oscillation is performed with a laser output of 100% and a duty ratio of 50%, and the average output when CW oscillation is performed with a laser output of 50% are both 50%. Since the average output is the same, the heat load per unit time applied to the fiber laser oscillator 10 and the measurement optical system is equivalent. If the heat load increases, thermal lensing will occur and BPP will worsen. Since the heat loads are the same, the BPPs of both can be appropriately compared.

前述のようにレーザ発振モジュール12がCW発振動作を行うときにはSRSはほとんど発生しない。よって、レーザ発振モジュール12がレーザ出力100%、デューティ比50%でパルス発振動作するときにSRSが少ないほど、BPP比は100%に近付くことになる。逆に言えば、図10において、BPP比が100%に近いほど、レーザ発振モジュール12がレーザ出力100%でパルス発振動作するときにSRSが発生しないということである。 As described above, when the laser oscillation module 12 performs the CW oscillation operation, SRS hardly occurs. Therefore, when the laser oscillation module 12 performs pulse oscillation operation with a laser output of 100% and a duty ratio of 50%, the BPP ratio approaches 100% as the SRS decreases. Conversely, in FIG. 10, the closer the BPP ratio is to 100%, the less SRS will occur when the laser oscillation module 12 performs pulse oscillation at 100% laser output.

図10に示すように、駆動電圧信号をサブパルスで変調することにより、100Hz~10kHzの全周波数範囲でSRSがわずかしか発生しないことが分かる。駆動電圧信号をサブパルスで変調しないと、BPP比は周波数3kHzで最大の150%近くまで達しており、全周波数範囲でSRSの発生によってBPPが悪化していることが分かる。 As shown in FIG. 10, it can be seen that by modulating the drive voltage signal with sub-pulses, only a small amount of SRS occurs in the entire frequency range of 100 Hz to 10 kHz. When the drive voltage signal is not modulated with sub-pulses, the BPP ratio reaches nearly 150% of its maximum at a frequency of 3 kHz, indicating that BPP is worsened by the occurrence of SRS over the entire frequency range.

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

10 ファイバレーザ発振器
11 パルス生成部
12 レーザ発振モジュール
13 フィーディングファイバ
14 ビームカプラ
15 プロセスファイバ
20 加工部
21 加工ヘッド
22 駆動部
30 NC装置(制御装置)
100 レーザ加工機
W 板金
10 Fiber laser oscillator 11 Pulse generation unit 12 Laser oscillation module 13 Feeding fiber 14 Beam coupler 15 Process fiber 20 Processing unit 21 Processing head 22 Drive unit 30 NC device (control device)
100 Laser processing machine W Sheet metal

Claims (5)

ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号に基づいて、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成するパルス生成部と、
前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するレーザ発振モジュールと、
を備え、
前記パルス生成部は、
前記出力指令信号が、ハイの期間に所定のレーザ出力を超えるレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と電圧値を前記駆動電圧信号のローの期間の電圧値まで低下させることなく所定の電圧値だけ低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳し、
前記出力指令信号が、ハイの期間に前記所定のレーザ出力以下のレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調せず、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳しない
レーザ発振器。
a pulse generation unit that generates a drive voltage signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low based on an output command signal that consists of a pulse signal that alternately repeats high and low;
a laser oscillation module that performs a pulse oscillation operation based on the drive voltage signal to oscillate a laser beam;
Equipped with
The pulse generation section includes:
When the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output exceeding a predetermined laser output during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is set to the voltage value during the high period of the drive voltage signal. For a preset time from the rise time, a high state in which the voltage value is maintained and a low state in which the voltage value is reduced by a predetermined voltage value without reducing it to the voltage value during the low period of the drive voltage signal are alternated. modulating the drive voltage signal in a pulsed manner so as to repeat the sub-pulses on the drive voltage signal;
When the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output equal to or less than the predetermined laser output during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is not modulated in a pulse form, and the drive A laser oscillator that does not superimpose subpulses on the voltage signal.
前記パルス生成部は、前記サブパルスのローの期間の電圧値が、前記所定のレーザ出力に対応する電圧指令値に対応する電圧値となるよう、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を変調する請求項1に記載のレーザ発振器。 The pulse generation unit modulates the voltage value during the high period of the driving voltage signal so that the voltage value during the low period of the sub-pulse becomes a voltage value corresponding to a voltage command value corresponding to the predetermined laser output. The laser oscillator according to claim 1. 前記パルス生成部は、
前記駆動電圧信号のハイの期間が前記予め設定した時間より長いときには、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から前記予め設定した時間だけ前記サブパルスを重畳し、前記駆動電圧信号のハイの期間の前記予め設定した時間を超えた期間には前記サブパルスを重畳せず、
前記駆動電圧信号のハイの期間が前記予め設定した時間以下であるときには、前記駆動電圧信号のハイの全期間前記サブパルスを重畳する
請求項1または2に記載のレーザ発振器。
The pulse generation section includes:
When the high period of the drive voltage signal is longer than the preset time, the sub-pulse is superimposed for the preset time from the rise time of the high period of the drive voltage signal, and the high period of the drive voltage signal is The sub-pulse is not superimposed during a period exceeding the preset time of
The laser oscillator according to claim 1 or 2, wherein when the high period of the drive voltage signal is less than or equal to the preset time, the sub-pulse is superimposed during the entire high period of the drive voltage signal.
ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号を生成する制御装置と、
前記出力指令信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振して、レーザビームを射出するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器が射出するレーザビームを用いて板金を加工する加工部と、
を備え、
前記レーザ発振器は、
前記出力指令信号に基づいてハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成するパルス生成部と、
前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振するレーザ発振モジュールと、
を備え、
前記パルス生成部は、
前記出力指令信号が、ハイの期間に所定のレーザ出力を超えるレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と電圧値を前記駆動電圧信号のローの期間の電圧値まで低下させることなく所定の電圧値だけ低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳し、
前記出力指令信号が、ハイの期間に前記所定のレーザ出力以下のレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値をパルス状に変調せず、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳しない
レーザ加工機。
a control device that generates an output command signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low;
a laser oscillator that performs a pulse oscillation operation based on the output command signal to oscillate a laser beam and emit the laser beam;
a processing section that processes sheet metal using a laser beam emitted by the laser oscillator;
Equipped with
The laser oscillator is
a pulse generation unit that generates a drive voltage signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low levels based on the output command signal;
a laser oscillation module that performs a pulse oscillation operation based on the drive voltage signal to oscillate a laser beam;
Equipped with
The pulse generation section includes:
When the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output exceeding a predetermined laser output during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is set to the voltage value during the high period of the drive voltage signal. For a preset time from the rise time, a high state in which the voltage value is maintained and a low state in which the voltage value is reduced by a predetermined voltage value without reducing it to the voltage value during the low period of the drive voltage signal are alternated. modulating the drive voltage signal in a pulsed manner so as to repeat the sub-pulses on the drive voltage signal;
When the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output equal to or less than the predetermined laser output during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal is not modulated in a pulse form, and the drive A laser processing machine that does not superimpose subpulses on voltage signals.
制御装置が、レーザ発振器によってレーザビームを射出させるために、ハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる出力指令信号を生成し、ハイの期間の電圧指令値を前記レーザ発振器が射出するレーザビームのレーザ出力に応じて設定し、
前記レーザ発振器が備えるパルス生成部が、前記制御装置から供給される前記出力指令信号に基づいてハイとローとを交互に繰り返すパルス信号よりなる駆動電圧信号を生成し、
前記レーザ発振器が備えるレーザ発振モジュールが、前記駆動電圧信号に基づいてパルス発振動作を行ってレーザビームを発振し、
前記出力指令信号が、ハイの期間に誘導ラマン散乱が発生するレーザ出力に対応する電圧指令値を有するとき、前記パルス生成部が生成する前記駆動電圧信号のハイの期間の電圧値を、前記駆動電圧信号のハイの期間の立ち上がり時刻から予め設定した時間だけ、電圧値を維持するハイの状態と、誘導ラマン散乱が発生しないレーザ出力に対応する電圧指令値に対応する電圧値まで低下させるローの状態とを交互に繰り返すようにパルス状に変調して、前記駆動電圧信号にサブパルスを重畳する
誘導ラマン散乱抑制方法。
In order to cause the laser oscillator to emit a laser beam, a control device generates an output command signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low, and outputs a voltage command value during the high period to cause the laser oscillator to emit a laser beam. Set according to the laser output of
A pulse generation unit included in the laser oscillator generates a drive voltage signal consisting of a pulse signal that alternately repeats high and low based on the output command signal supplied from the control device,
A laser oscillation module included in the laser oscillator performs a pulse oscillation operation based on the drive voltage signal to oscillate a laser beam,
When the output command signal has a voltage command value corresponding to a laser output at which stimulated Raman scattering occurs during the high period, the voltage value during the high period of the drive voltage signal generated by the pulse generation unit is set to the voltage value during the high period of the drive voltage signal. A high state in which the voltage value is maintained for a preset time from the rise time of the high period of the voltage signal, and a low state in which the voltage value is lowered to a voltage value corresponding to the voltage command value corresponding to the laser output that does not cause stimulated Raman scattering. A method for suppressing stimulated Raman scattering, which modulates the drive voltage signal in a pulsed manner so as to alternately repeat the states and superimposes sub-pulses on the drive voltage signal.
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