JPH02196484A - レーザパルスの指令方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明はレベルの相異する二つの指令値を交互に切り換
えて指令して特定の出力値のレーザパルスを出力させる
レーザパルスの指令方法に関し、特に高周波数あるいは
パルスデューティの大きなレーザパルスを出力させる場
合のレーザパルスの相対的な波高値を一定に保つレーザ
パルスの指令方法に関する。

〔従来の技術〕

ＣＯｚガスレーザ発振器等のガスレーザ発振器は高効率
で高出力が得られ、ビーム特性も良いのでレーザ加工装
置として種々のワークの加工に広（使用されている。一
方、銅やアルミニウム等の金属はレーザ光に対する反射
率が高く、連続発振のレーザ光では効率的にワークにエ
ネルギーを吸収させることが困難である。このため、レ
ーザ加工装置では金属加工の場合にパルス状のレーザを
出力している。

第６図（ａ）、（ｂ）は従来のレーザ加工装置における
パルス出力時の指令値及びレーザ出力を示したグラフで
ある。第６図（ａ）において、出力指令６１はハイレベ
ル指令値Ｖｐを指令時間ｔｐｏで指令し、次にローレベ
ル指令値ｖｂを指令時間ｔｂｏで指令し、この指令サイ
クルを連続的に繰り返す指令である。ハイレベル指令値
Ｖｐは特定のレーザ出力値に対応した指令値であり、ロ
ーレベル指令値ｖｂは定常的にレーザ出力を停止し、且
つ放電管内の放電を継続させてベース放電状態とする指
令値である。なお、以下の説明ではハイレベル指令値の
指令時間をオン時間、ローレベル指令値の指令時間をオ
フ時間と記す。

この出力指令６１によって実際に出力されるレーザ出力
の特性を第６図（ｂ）に示す。図において、レーザ出力
特性７１の立ち上がり特性は比較的良好で、ハイレベル
指令値′■ｐに良く追従して、対応したレーザ出力値ｐ
ｐを出力する。しかし、ハイレベル指令値Ｖｐからロー
レベル指令値ｖｂへ切り換えたときには、時定数Ｔの立
ち下がり特性７１ｂで徐々に低下して最終的にベース放
電状態となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、レーザ加工装置ではワークの種類や加工条件
等によってレーザパルスの周波数あるいはパルスデュー
ティを変化させる必要がある。

第７図（ａ）、（ｂ）はパルスデューティを大にしたと
きの指令値及びレーザ出力を示したグラフである。第７
図（ａ）において、出力指令６２のオフ時間ｔｂｌは第
６図（ａ）におけるオフ時間ｔｂｏよりも短い。したが
って、このときのレーザ出力は第７図（ｂ）の７２に示
すように、出力値Ｐｘまで低下した状態から再び出力値
ｐｐに上昇してしまう。

ここではパルスデューティを大にしたときについて説明
したが、パルスデューティを固定して周波数を高くした
場合にも、同様にオフ時間が短くなるので、レーザ出力
が完全に停止しない状態のまま立ち上がり、レーザパル
スの相対的な波高値が減少する。この結果、ワークの加
工能率が低下し、加工暗度も低下する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、特
に高周波数あるいはパルスデューティの大きなレーザパ
ルスを出力させる場合のレーザパルスの相対的な波高値
を一定に保つレーザパルスの指令方法を提供することを
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、レベルの相異す
る二つの指令値を各々第１の指令時間及び第２の指令時
間で交互に切り換えて指令する指令手段を有し、この指
令手段によってレーザ出力を制御して特定の出力値のレ
ーザパルスを出力させるレーザパルスの指令方法におい
て、指令値を切り換えたときのレーザ出力の立ち下がり
特性に関するデータを記憶し、前記データに基づいて、
レーザ出力を前記第２の指令時間以内に前記特定の出力
値から非出力状態に低下させる所定の指令値を求め、前
記第１の指令時間には前記特定の出力値のレーザを定常
的に出力させる指令値を指令し、前記第２の指令時間に
は前記所定の指令値を指令することを特徴とするレーザ
パルスの指令方法が提供される。

〔作用〕

指令されたオフ時間をレーザ出力の立ち下がり特性に関
するデータに与え、レーザ出力をオフ時間以内に非出力
状態に低下させる指令値を求める。

この指令値を指令手段のローレベル指令値として設定し
、オフ時間に指令する。オフ時間を短くしても、オフ時
間の最終時点では必ず非出力状態となり、レーザパルス
の相対的な波高値は減少しない。

〔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図は本発明の一実施例のレーザパルスの指令方法の
概念図である。図において、ハイレベル指令値Ｖｐ　（
１）、オフ時間むｂ（４）、オン時間ｔｂ（５）はレー
ザ加工の条件に合わせて設定される。

ローレベル補正指令値演算手段６は、ローレベル基準指
令値Ｖｂ　（２）、立ち下がりデータ３及びオフ時間ｔ
ｂ（４）を入力して、これらに基づいて後述する方法で
ローレベル補正指令値Ｖｍを求め、出力する。ローレベ
ル指令値切り換え手段７は、レーザパルスを出力する場
合にはローレベル補正指令値Ｖｍを選択して出力し、加
ニブログラムあるいはオペレータによって待機指令が指
令されるとローレベル基準指令値Ｖｂ　（２）を出力す
る。

指令値出力手段９はパルス発生手段８の切り換えパルス
によってハイレベル指令ＷＶｐ（１）とローレベル指令
値切り換え手段７の出力信号とを交互に切り換えて出力
指令どして出力する。この出力指令によって、後述する
ように、レーザ発振器の放電管の放電電流を制御し、レ
ーザパルスを出力させる。なお、先に述べた待機指令が
指令された時はローレベル指令値切り換え手段７の出力
信号のみを出力し、レーザ発振器を待機状態とする。

第２図は指令値とレーザ出力との関係を示したグラフで
ある。図において、レーザ出力特性１０は比較的小出力
時における特性であり、ローレベル基準指令値ｖｂ以上
でレーザが出力され、指令値に比例して増減する。制御
系の比例ゲインの値をＫとすると、レーザ出力と指令値
との関係は、Ｐ　＝　Ｋ　（Ｖ　−Ｖ　ｍ　）　　　　
　　−−−−−−−−−−（１）である。

第３図はレーザ出力の立ち下がり特性に関するグラフで
ある。回において、Ｐ２　（ｔ）は指令値をＶｐから、
ローレベル基準指令値ｖｂよりも低レベルの指令値Ｖｍ
に切り換えた場合の立ち下がり特性であり、時間ｔ１で
ベース放電状態に到達する。この立ち下がり特性は一次
遅れ系であり、時定数をＴとすると次式で表される。

Ｐ　（ｔ）＝　（Ｐｐ−Ｐｍ）　　・ｅｘｐ　（−ｔ／
Ｔ）　　＋　Ｐ　ｍ　　　　　　　　−−−−−−−−
−・−（２）但し、ｐｐは指令１ｅ、Ｖｐに対応する出
力値、Ｐｍは指令値Ｖｍに対応する出力値（仮想出力値
）である。

（２）式の各出力値を（１）式の関係を用いて指令値に
関する式に変形し、さらにＰ２（ｔ、１）＝０の条件を
代入すると、次式（３）が求められる。

Ｖｍ＝　（Ｖｂ−Ｖｐ　−ｅｘｐ　　（−ｔ　１／Ｔ）
）／　（１−ｅｘｐ　　（−ｔ　１／Ｔ））本実施例で
は、先に述べた立ち下がり特性データとして上記の式（
３）に相当するデータが格納されており、式（３）のｔ
ｌに指令されたオフ時間ｔｂを代入して指令値Ｖｍの具
体的な値を求める。この指令値Ｖｍは第１図のローレベ
ル補正指令値Ｖｍに相当する。これにより、オフ時間ｔ
ｂの大小に係わらず、オフ時間ｔｂ後に必ずベース放電
状態とすることができる。

第４図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例のし−ザパル
スの指令方法の指令値とレーザ出力に関するグラフであ
る。第４図（ａ）において、出力指令１１はハイレベル
指令値Ｖｐを指令時間ｔｐＯで指令し、次にローレベル
補正指令値Ｖｍｌを指令時間ｔｂｏで指令し、この指令
サイクルを連続的に繰り返す指令である。同様に、出力
指令２１はハイレベル指令値Ｖｐを指令時間ｔｐｌで指
令し、ローレベル補正指令値Ｖｍ２を指令時間Ｌｂ１で
指令する。指令サイクルは、例えば２ＫＨ２である。

これらの出力指令により出力されるレーザパルスの出力
特性を第４図（ｂ）に示す。図において、出力指令１１
により出力されるレーザパルス２１、及び出力指令１２
により出力されるレーザパルス２２は共に、オフ時間の
最終時点ではベース放電状態となっている。したがって
、両者ともレーザパルスの相対的な波高値は変わらない
。

第５図は本発明のレーザパルスの指令方法を実施するた
めのレーザ加工装置のハードウェアの構成を示したブロ
ック図である。図において、プロセッサ４１は図示され
ていない加ニブログラムに基づいて各種の指令を行って
レーザ加工装置全体を制御する。出力制御回路４２はプ
ロセッサ４１から出力された出力指令を電流指令値に変
換して出力し、その内部にディジ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４３は商用電源を整流した後、出力制御回路４２から
の指令に応じた高周波の電圧を出力する。

放電管４４の内部にはレーザガスが循環しており、レー
ザ用電源４３から高周波電圧が印加されると、放電を生
じてレーザガスが励起される。リア鏡４５は反射率９９
．５％のゲルマニウム（Ｇｅ）製の鏡、出力鏡４６は反
射率６５％のジンクセレン（ＺｎＳｅ）製の鏡であり、
これらはファプリベロー型共振器を構成し、励起された
レーザガス分子から放出される１０．６μｍの光を増幅
させて一部を出力鏡４６からレーザ光４７として外部に
出力する。

レーザ光４７はペンダミラー４８で方向を変え、集光レ
ンズ４９によって０．２ｍｍ以下のスポットに集光され
てワーク５０の表面に照射される。

メモリ５１は加ニブログラム及び先に述べた各種のデー
タを格納するメモリであり、バッテリバックアップされ
たＣＭＯ３等が使用される。位置制御回路５２はプロセ
ッサ４１から出力された位置指令値を解読し、サーボア
ンプ５３を介してサーボモータ５４を回転制−御し、ボ
ールスクリュー５５及びナツト５６によってテーブル５
７の移動を制御し、ワーク５０の位置を制御する。表示
装置５８にはＣＲＴ或いは液晶表示装置等が使用される
。

パワーセンサ５９は熱電あるいは光電変換素子等で構成
され、リア鏡４５の一部を透過させて出力されたレーザ
光のレベルを測定し、モニタ値としてプロセッサ４１に
入力する。

なお、上記の説明では立ち下がり特性に関するデータと
して一次遅れ系の時間関数に相当するデータを記憶し、
これに指令されたオフ時間を代入してローレベル補正指
令値を求めたが、この方法に限らず、例えば予めオフ時
間とローレベル補正指令値とを対応させたテーブルを作
成してメモリ５１に格納しておき、このテーブルを参照
して該当するローレベル補正指令値を求めても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、指令されたオフ時間を
レーザ出力の立ち下がり特性に関するデータに与え、オ
フ時間以内に非出力状態に低下させる指令値を求めて、
この指令値をローレベルの指令値として指令する。した
がって、出力指令の周波数を高くした場合あるいはパル
スデューティを大きくした場合でも、オフ時間の最終時
点では必ず非出力状態となり、レーザパルスの相対的な
波高値は減少しない。

これにより、レーザ加工においてはワークの加工精度が
均一化し、加工能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザパルスの指合方法の
概念図、 第２図は本発明の一実施例の指令値とレーザ出力との関
係を示したグラフ、 第３図はレーザ出力の立ち下がり特性に関するグラフ、 第４図（ａ）は本発明の一実施例の出力指令を示したグ
ラフ、 第４図（ｂ）は本発明の一実施例のレーザ出力特性を示
したグラフ、 第５図は本発明を実施するためのレーザ加工装置のハー
ドウェアの構成を示したブロック図、第６図（ａ）は従
来の指令方法のレーザパルスの出力指令を示したグラフ
、 第６図（ｂ）は従来の指令方法によるレーザパルスの出
力特性を示したグラフ、 第７図（ａ）は従来の指令方法の、パルスデューティを
大きくしたときの出力指令のグラフ、第７図（ｂ）は従
来の指令方法による、パルスデューティを大きくしたと
きのレーザパルスの出力特性を示したグラフである。 １・・−−−−−−・・・・−・ハイレベル指令値記憶
手段２・・・−−−−−一・−・−ローレベル指令値記
憶手段３−・・−・−・・・・−・立ら下がりデータ記
憶手段６−・−−−−−−−−・・・・−ローレベル補
正指令値演算手段Ｖｐ−・−・−−−一−・・・ハイレ
ベル指令値ｖｂ・−・−・−・−ローレベル基準指令値
Ｖｍ−・・・−・・・−一一一−−ローレベル補正指令
値むｐ−・・・−−一−−・・−オン時間ｔｂ・・−・
−一−−−−・−オフ時間１１．１２−ｍ−−−・・−
出力指令 ２１．２２−・・−・・−・・レーザ出力特性ｐ　（ｔ
）・−・−・−・−・−・立ち下がり特性４１・・・・
−−−一−−・−・−プロセッサ４２・−・・・−・−
・−・・出力制御回路４３−・−・−・・・−レーザ用
電源 ４４・−・・−・−・・放電管 ４７−・・−・−・・・・−・レーザ光５Ｌ−−・・・
−一−−−・・・・・メモリ第２図 第４ 図（０） 第６図（０） 第６図（ｂ） 第７図（０） 第７図（ｂ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）レベルの相異する二つの指令値を各々第１の指令
   時間及び第２の指令時間で交互に切り換えて指令する指
   令手段を有し、この指令手段によってレーザ出力を制御
   して特定の出力値のレーザパルスを出力させるレーザパ
   ルスの指令方法において、 　指令値を切り換えたときのレーザ出力の立ち下がり特
   性に関するデータを記憶し、 　前記データに基づいて、レーザ出力を前記第２の指令
   時間以内に前記特定の出力値から非出力状態に低下させ
   る所定の指令値を求め、 　前記第１の指令時間には前記特定の出力値のレーザを
   定常的に出力させる指令値を指令し、前記第２の指令時
   間には前記所定の指令値を指令することを特徴とするレ
   ーザパルスの指令方法。
2. （２）前記立ち下がり特性を一次遅れ系の時間関数とし
   て記憶し、前記時間関数に前記第２の指令時間を与えて
   前記所定の指令値を求めることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のレーザパルスの出力指令方法。
3. （３）前記立ち下がり特性に関するデータとして、指令
   時間と指令値とを対応させたテーブルを作成して記憶し
   、このテーブルを参照して前記所定の指令値を求めるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザパル
   スの出力指令方法。
4. （４）前記レーザパルスは放電励起型ガスレーザ発振器
   から出力され、前記非出力状態は前記放電励起型ガスレ
   ーザ発振器のベース放電状態であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のレーザパルスの出力指令方法
   。
5. （５）前記レーザパルスの出力を中断する場合には、定
   常的に前期ベース放電状態を保つ規定の指令値を指令す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のレーザ
   パルスの指令方法。