JPH04276675A - レーザ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス出力の波形を変
化させて、加工品に適合したレーザ光を出力し得るレー
ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ装置の一例として、図５に示す気
体レーザ装置が知られている。このレーザ装置のレーザ
共振器１を構成する放電管２には、給気ダクト２ａと排
気ダクト２ｂとが連結されている。そして、両ダクト２
ａ、２ｂ間には、レーザ媒質ガスを導入する送風機３お
よびレーザ媒質ガスを冷却するガス冷却器４が配設され
ている。また、前記放電管２には、１対の電極２ｃ、２
ｄが設けられていて、直流低圧電源５からの直流電圧に
基づき、高圧電源１０から出力されるパルス電圧を受け
て放電を引き起こすようになっている。

【０００３】さらに、前記放電管２の両端には、出力鏡
２ｅと全反射鏡２ｆとが取付けられており、放電管２内
で励起されたレーザビームを出力鏡２ｅ側から取り出す
構成となっている。

【０００４】前記直流低圧電源５の出力はスイッチング
素子６に接続され、例えば２００Ｖの直流電圧を供給す
る。そして、前記スイッチング素子６には、パルス発生
手段であるパルス発生器７の出力が導かれており、この
パルス発生器７にアナログスイッチ８の出力が接続され
ている。

【０００５】また、このアナログスイッチ８には、レー
ザ出力のレベルを設定する操作部からのレベル出力指令
信号ａと、出力パルスのパルスオン・オフ時間を設定す
る指令信号ｂ、ｃを受けるパルス信号器９の出力とが導
かれており、前記パルス発生器７に制御信号を与えるよ
うになっている。

【０００６】このパルス発生器７は、パルス信号により
スイッチング素子６をスイッチングし、交流低電圧を発
生させて交流昇圧トランス１１の１次側に供給する。

【０００７】また、この交流昇圧トランス１１の２次側
は、該トランス１１と共に高圧電源１０を構成する整流
素子である高圧整流ダイオード１２および平滑コンデン
サ１３を介して前記放電電極２ｃ、２ｄに接続されてお
り、交流低電圧を放電開始に必要な１０〜５０ＫＶの電
圧まで昇圧する。

【０００８】そして、この高電圧は、高圧整流ダイオー
ド１２と平滑コンデンサ１３を経ることにより、整流平
滑され直流高電圧として放電電極２ｃ、２ｄに印加され
るものである。

【０００９】しかして、上記レーザ装置においてレーザ
出力を制御する場合には、アナログスイッチ８に与える
レーザ出力指令信号ａの電圧を可変とすることによりパ
ルス発生器７の出力周波数や出力パルス幅を変えてスイ
ッチイング素子６をスイッチイングし、交流昇圧トラン
ス１１の入力電圧の実効値を変化させて発生する高電圧
の電圧レベルを変化させている。

【００１０】また、パルス出力の制御には、レーザ光の
照射対象に合わせて設定するパルス出力のパルスオン・
オフ時間を指令信号ｂ、ｃとしてパルス信号器９に入力
してアナログスイッチ８を断続し、パルス発生器７に入
力するレーザ出力指令信号ａを制御する。

【００１１】ここで、レーザ出力を制御する場合におけ
るパルス出力時の指令値と放電電流・レーザ出力波形の
関係を図６、図７を参照して説明する。

【００１２】まず、図６（ａ）のように、パルスオン時
間の指令値ｂをＴＯＮとし、レーザ出力指令信号ａの電
圧値をＰｈ、Ｐｌのレベルに変化させた場合、交流昇圧
トランス１１の入力である高周波交流電圧の実効値が増
減するので、高圧出力を平滑する平滑コンデンサ１３の
充電速度は前記レーザ出力指令信号の電圧に応じて変化
する。

【００１３】即ち、出力電圧を低くするほどコンデンサ
１３の充電は遅くなるので、図６（ｂ）のようにコンデ
ンサ１３の放電開始電圧まで昇圧する時間（充電時間）
Ｔｄ３２は長くなり、実際に放電する時間が短くなるの
で、図６（ｃ）、（ｄ）の如くパルスオン時間の指令値
ＴＯＮより短いレーザパルス幅Ｔｃ３２となる。

【００１４】一方、電圧値を大きくするほど充電は速く
なり、放電開始電圧までに要する時間Ｔｄ３１が短くな
って、パルスオン時間ＴＯＮの指令値とこのパルス幅Ｔ
ｌ３１との差が殆どなくなる。このため、図６（ｄ）の
ように、レーザ出力指令信号ａの電圧値を大きくすると
、レーザ出力波形をＰｌ３１の如く適正にできるが、電
圧値が小の場合はＰｌ３２のように波形が著しく変形す
る。

【００１５】その結果、図７に示されるように、パルス
オン時間の指令値を同一として、レーザ出力指令信号ａ
の電圧値を変化させた場合、同図実線の如くパルス出力
における平均出力は電圧値に比例して変化しない傾向を
示す。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記従
来のレーザ装置は、レーザ出力指令信号ａの電圧指令値
を変化させたとき、パルス出力を指令値に応じて変化さ
せることができないことから、必要とするレーザ出力特
性を得ることのできる範囲は限られていた。従って、レ
ーザ出力の制御が難しく加工条件の設定が困難であると
いう問題が残されていた。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１の本発明に係るレー
ザ装置は、直流低電圧を断続して高周波交流電圧を発生
せしめるパルス発生手段と、前記高周波交流電圧をトラ
ンスで昇圧し、整流素子および平滑コンデンサにて整流
平滑してレーザ媒質励起用の放電電極にパルス電圧を印
加する高圧電源とを備え、前記パルス発生手段に、レー
ザ出力のレベルを設定する指令信号と出力パルスのオン
・オフ時間を設定する指令信号とを与えて、高周波交流
電圧の実効値を変化させ、前記放電電極への印加電圧を
可変としてレーザ出力を制御するレーザ装置において、
前記出力パルス指令信号のオン時間に同期してレーザ出
力指令信号の最高レベルに等しいレベルの単パルスを出
力する単パルス発生手段と、この単パルス発生手段から
の単パルスを前記レーザ出力指令信号に重畳してパルス
発生手段に送出する演算器とを設けたことを特徴とする
。

【００１８】第２の本発明に係るレーザ装置は、直流低
電圧を断続して高周波交流電圧を発生せしめるパルス発
生手段と、前記高周波交流電圧をトランスで昇圧し、整
流素子および平滑コンデンサにて整流平滑してレーザ媒
質励起用の放電電極にパルス電圧を印加する高圧電源と
を備え、前記パルス発生手段に、レーザ出力のレベルを
設定する指令信号と出力パルスのオン・オフ時間を設定
する指令信号とを与えて、高周波交流電圧の実効値を変
化させ、前記放電電極への印加電圧を可変してレーザ出
力を制御するレーザ装置において、前記レーザ出力指令
信号の指令値が低いときパルス発生手段に与える出力パ
ルス指令信号のパルスオン時間を増加させる一方、指令
値が高いときは指令信号のパルスオフ時間を減ずる演算
回路を設けたことを特徴とする。

【００１９】

【作用】第１の本発明によれば、レーザ出力の指令値と
出力パルスのパルスオン・オフ時間とを設定すると、そ
の指令信号がパルス発生手段に与えられる。これに伴っ
て、単パルス発生手段は、出力パルス指令信号のパルス
オン時間に同期してレーザ出力指令信号の最高レベルに
等しいレベルの単パルスを出力する。この単パルスは演
算器にてレーザ出力指令信号に重畳され、パルス発生手
段に送出される。

【００２０】すると、レーザ出力指令信号はレベルの高
低によらず、パルスオン時の瞬間だけ常に高いレベルと
なり、パルス発生手段に与えられる。これによりパルス
発生手段の断続による高周波交流電圧の波形は、立ち上
りで実効値が最大となる。

【００２１】このため、トランスで昇圧された高電圧が
平滑コンデンサで平滑されるとき、常に同一の時間で放
電が開始される。よって、放電電極に印加される高圧パ
ルスのパルス幅は、レーザ出力指令信号のレベルによっ
て変化せず、常にパルスオン時間の指令信号と同じ時間
幅になるから、レーザ光の照射対象に合せて容易に設定
できる。

【００２２】第２の本発明によれば、レーザ出力の指令
値と出力パルスのパルスオン・オフ時間とを設定すると
、この指令信号がパルス発生手段に与えられる。演算回
路はレーザ出力指令信号のレベルが低いとき出力パルス
指令信号のパルスオン・オフ時間を増加させ、逆に高い
ときはパルスオフ時間を減じる。このため、レーザ出力
指令信号のレベルによって補正幅は異なってくるが、パ
ルス発生手段には電圧立ち上り時間だけがそれぞれ補正
されたレーザ出力指令信号が与えられることになる。 これにより、パルス発生手段の断続による高周波交流電
圧がトランスで昇圧されて平滑されるとき、平滑コンデ
ンサの充電時間は前記補正幅によって異なるが、それぞ
れの放電時間は等しくなる。よって、放電電極に印加さ
れる高電圧のパルス幅が、レーザ出力指令信号のレベル
によらず、常にパルスオン時間の指令信号と同じ時間幅
となるから、レーザ光の照射対象に合せて容易に設定で
きる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２４】図１は、本発明の実施例に係るレーザ装置
を示しており、図５に示す従来例と同一部分には同一符
号を付して詳細な説明は省略する。

【００２５】図１において、１４は単パルス発生手段で
ある単パルス発生器であり、パルス信号器９の出力が導
かれていて、このパルス信号器９から出力されるパルス
電圧の立ち上りを検出してレーザ出力指令信号ａの最高
値と同レベルの単パルスを発生し、演算器１５に与える
ようになっている。この演算器１５はオア演算器であっ
て、レーザ出力指令信号ａが導かれており、このレーザ
出力指令信号ａと前記単パルス信号とをオア演算してア
ナログスイッチ８に送出する構成となっている。

【００２６】次に、動作について説明する。

【００２７】このレーザ装置を用いて材料を加工する場
合レーザ出力を得るに先立ち、まずレーザ出力が加工材
料に適合するパルス波形となるように、操作部において
出力パルスのパルスオン・オフ時間とレーザ出力の電圧
レベルとが設定される。

【００２８】この設定値に基づいて、パルスオン・オフ
指令信号ｂ、ｃがパルス信号器９に与えられると共に、
レーザ出力指令信号ａが演算器１５に入力される。これ
に伴って、パルス信号器９は、パルスオン時間の間、一
定電圧を出力しオフ時間の間、０電圧を出力する。

【００２９】そして、単パルス発生器１４がパルス信号
器９より出力されるパルスオン時の立ち上りを検出する
と、これに同期して単パルスを出力し演算器１５に送出
する。この演算器１５は、レーザ出力指令信号ａに単パ
ルス信号をオア演算し、アナログスイッチ８に出力パル
スを供給する。

【００３０】このとき、出力パルスは、単パルスがレー
ザ出力指令信号ａの最高値に設定されているので、図２
（ａ）のように、レーザ出力指令信号ａが低レベルＰｌ
であっても、高レベルＰｈ時と同じくパルス幅ＴＯＮの
最初の時間Ｔｔだけ最高レベルが重畳された波形となる
。

【００３１】アナログスイッチ８がこのようにして生成
された出力パルスを受けてパルス発生器７に制御信号を
出力すると、パルス発生器７のパルス列によって、実効
電圧を変化可能とする周波数が少なくとも１ｋＨＺ　以
上となる直流低電圧が断続される。

【００３２】これに伴って、高周波交流電圧が交流昇圧
トランス１１に入力されるが、前記パルス発生器７から
出力されるパルスは、同図（ｌ）のように立ち上り瞬間
が最高レベルＰＨとなっているので、レーザ出力指令信
号ａが低レベルＰｌであっても、各波形は高レベルＰｈ
時と同様な立ち上りで実効値が最大となる。

【００３３】このため、交流昇圧トランス１１で昇圧さ
れるときは、各パルスＰｈ、Ｐｌのパルス幅が高圧上昇
時間とほぼ同じ時間であるＴｔとなるので、高電圧が整
流され、平滑されるとき、平滑コンデンサ１３の充電時
間が等しくなり、前記レーザ出力指令信号ａのレベルに
よらず、常に同一の時間で放電が開始されることになる
。

【００３４】これにより、放電電極２ｅ、２ｄに印加さ
れるパルス電圧の立ち上りとパルスオン時間との差が最
小かつ一定となり、そのパルス幅はパルスオン時間幅に
対応して等しくなる。また、高圧パルスの電流波形につ
いては、レーザ出力指令信号ａのレベルに依存して形成
されるので、図２（ｃ）のように波形変形は殆ど生じな
い。

【００３５】このため、レーザ出力波形は同図（ｄ）の
如く指令値に対応する。従って、レーザ出力における平
均出力についてみると、図７の点線で示すように、レー
ザ出力指令信号ａの電圧レベルに応じてリニア特性とな
り、必要なレーザ光を得ることができることが分かる。 よって、加工条件の設定が容易となり、加工材料を精度
よく加工することが可能となる。

【００３６】図３は本発明の他の実施例を示すレーザ装
置の概要構成図である。

【００３７】本実施例は、図１に示すパルス信号器９の
前段に制御回路１６を設けたもので、他は前記第１実施
例と基本的構成が同一である。

【００３８】図３において、１７は信号変換器であり、
レーザ出力指令信号ａが導かれていていて、この信号変
換器１７とともに制御回路１６を構成する加算器１８と
減算器１９とに接続されている。

【００３９】加算器１８には、パルスオン時間の指令信
号ｂが導かれており、レーザ出力指令信号ａが低レベル
のときパルスオン時間を電圧立ち上り時間だけ長い時間
に変換してパルス信号器９に出力する。

【００４０】また、減算器１９には、パルスオフ時間の
指令信号ｃが導かれており、レーザ出力指令信号ａが高
レベルのときパルスオフ時間を電圧立ち上り時間だけ短
い時間に変換してパルス信号器９に出力するようになっ
ている。

【００４１】次に、動作について説明する。

【００４２】まず、出力パルスのオン・オフ時間とレー
ザ出力の電圧値とが設定されると、この設定値に基づい
てパルスオン・オフ時間の指令信号ｂ、ｃが加算器１８
と減算器１９とに与えられると共に、レーザ出力指令信
号ａが信号変換器１７に入力される。

【００４３】この信号変換器１７は、レーザ出力指令信
号ａの電圧レベルに応じて時間指令電圧を出力し、図２
（ａ）のように、電圧が低レベルＰｌのとき加算器１８
で前記パルスオン時間ＴＯＮを長くさせる時間Ｔｄ２２
を加える。

【００４４】一方、電圧が高レベルＰｈのときは減算器
１９にて前記パルスオフ時間ＴＯＦＦ　を短くさせる。 即ち、パルスオン時間ＴＯＮから時間Ｔｄ２１を差し引
く。これにより、レーザ出力指令信号ａの電圧レベルに
よって補正幅は異なるが、パルス信号器９には同図（ｂ
）のように電圧立ち上り時間だけを補正したレーザ出力
指令信号電圧が加わる。

【００４５】すると、前記パルス信号器９は、この指令
信号ａを受けてパルスオン時間ＴＯＮの間、一定電圧を
出力し、パルスオフ時間ＴＯＦＦ　の間、０電圧を出力
する。 アナログスイッチ８が、このパルス信号器９で生成され
た出力パルスを受けてパルス発生器７に制御信号を出力
すると、パルス発生器７のパルス列によって前記実施例
と同周波数の直流低電圧が断続される。

【００４６】これに伴って、高周波交流電圧が交流昇圧
トランス１１に入力され、このトランス１１から出力さ
れる高電圧が整流され、かつ平滑コンデンサ１３にて平
滑される。

【００４７】このとき、平滑コンデンサ１３では、高圧
パルスの立ち上り時間の差によって充電時間が異なって
くるが、実際の放電時間は等しくなる。

【００４８】このため、同図（ｃ）に示すように、平滑
コンデンサ１３を経ることにより前記加算器１８で加算
された時間幅Ｔｄ２２がカットされると共に、減算器１
９で減算された時間幅Ｔｄ２１もカットされることにな
る。 これにより、高圧パルスのパルス幅は、常に前記パルス
オン時間ＴＯＮに対応して等しくなる。

【００４９】また、高圧パルスの電流波形については、
レーザ出力指令信号ａのレベルに依存して形成され、波
形変形は殆ど生じないことが分る。このため、レーザ出
力波形も同図の如く指令値に対応する。

【００５０】従って、レーザ出力における平均出力は図
７のようにリニア特性となり、必要なレーザ光を得るこ
とができる。よって、前述の実施例と同様に加工条件の
設定が容易となり、加工材料と精度よく加工することが
可能となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、第１の本発明は、
パルス発生器に与える指令信号のパルスオン時間に同期
して高レベルの単パルスを重畳させることにより、レー
ザ光の出力幅がレーザ出力の指令値によっては変化せず
従来のようなばらつきがなくなるので、加工条件の設定
が容易となり、加工品質の向上を図ることができる。

【００５２】また、第２の発明は、パルス発生器に与え
るレーザ指令信号の指令値に応じて、パルスオン・オフ
時間を増減し、レーザ光の出力幅がパルスオン時間の指
令信号と同じ時間幅になるように制御するので、加工条
件の設定が容易となり、加工品質の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すレーザ装置の概要構
成図である。

【図２】レーザ出力時の動作波形図である。

【図３】本発明の第１実施例を示すレーザ装置の概要構
成図である。

【図４】レーザ出力時の動作波形図である。

【図５】従来のレーザ装置を示す概要構成図である。

【図６】レーザ出力時の動作波形図である。

【図７】レーザ出力の出力特性を示すグラフである。

【符号の説明】

２ａ、２ｂ　　　　　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流低電圧を断続して高周波交流電圧
   を発生せしめるパルス発生手段と、前記高周波交流電圧
   をトランスで昇圧し、整流素子および平滑コンデンサに
   て整流平滑してレーザ媒質励起用の放電電極にパルス電
   圧を印加する高圧電源とを備え、前記パルス発生手段に
   、レーザ出力のレベルを設定する指令信号と出力パルス
   のオン・オフ時間を設定する指令信号とを与えて、高周
   波交流電圧の実効値を変化させ、前記放電電極への印加
   電圧を可変としてレーザ出力を制御するレーザ装置にお
   いて、前記出力パルス指令信号のオン時間に同期してレ
   ーザ出力指令信号の最高レベルに等しいレベルの単パル
   スを出力する単パルス発生手段と、この単パルス発生手
   段からの単パルスを前記レーザ出力指令信号に重畳して
   パルス発生手段に送出する演算器とを設けたことを特徴
   とするレーザ装置。
2. 【請求項２】　　直流低電圧を断続して高周波交流電圧
   を発生せしめるパルス発生手段と、前記高周波交流電圧
   をトランスで昇圧し、整流素子および平滑コンデンサに
   て整流平滑して放電電極にパルス電圧を印加する高圧電
   源とを備え、前記パルス発生手段に、レーザ出力のレベ
   ルを設定する指令信号と出力パルスのオン・オフ時間を
   設定する指令信号とを与えて、高周波交流電圧の実効値
   を変化させ、前記放電電極への印加電圧を可変してレー
   ザ出力を制御するレーザ装置において、前記レーザ出力
   指令信号の指令値が低いときパルス発生手段に与える出
   力パルス指令信号のパルスオン時間を増加させる一方、
   指令値が高いときは指令信号のパルスオフ時間を減ずる
   演算回路を設けたことを特徴とするレーザ装置。