JPH048154B2 - - Google Patents
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- JPH048154B2 JPH048154B2 JP57142408A JP14240882A JPH048154B2 JP H048154 B2 JPH048154 B2 JP H048154B2 JP 57142408 A JP57142408 A JP 57142408A JP 14240882 A JP14240882 A JP 14240882A JP H048154 B2 JPH048154 B2 JP H048154B2
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- applied voltage
- voltage
- output
- machining speed
- pulse
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、無声放電式パルスレーザ装置の出
力制御方式、特にレーザ加工におけるパルスレー
ザ装置の印加電圧制御装置方式に関するものであ
る。
力制御方式、特にレーザ加工におけるパルスレー
ザ装置の印加電圧制御装置方式に関するものであ
る。
従来、この種のレーザ装置の代表例として、第
１図に示すものがある。この図において、１は金
属電極、２は誘電体電極である。金属電極１は接
地３され、誘電体電極２は金属部２１とそれを被
覆する誘電体２２とにより構成されている。４は
前記電極１，２間の放電空間、５は変圧器、６は
高周波電源である。７は全反射ミラー、８は部分
反射ミラーで、この全反射ミラー７と部分反射ミ
ラー８と放電空間４とで光共振器を形成してい
る。９はレーザガスの流れを示す矢印、１０はレ
ーザ出力を示す矢印、１１はレーザ出力を曲折さ
せるベンデイングミラー、１２は集光レンズ、１
３は速度ｖで移動する加工対象物である。
１図に示すものがある。この図において、１は金
属電極、２は誘電体電極である。金属電極１は接
地３され、誘電体電極２は金属部２１とそれを被
覆する誘電体２２とにより構成されている。４は
前記電極１，２間の放電空間、５は変圧器、６は
高周波電源である。７は全反射ミラー、８は部分
反射ミラーで、この全反射ミラー７と部分反射ミ
ラー８と放電空間４とで光共振器を形成してい
る。９はレーザガスの流れを示す矢印、１０はレ
ーザ出力を示す矢印、１１はレーザ出力を曲折さ
せるベンデイングミラー、１２は集光レンズ、１
３は速度ｖで移動する加工対象物である。
第２図は無声放電式パルスレーザ装置に印加す
る電圧波形および発振出力波形を示す図である。
第２図ａは印加電圧波形を示し、VOPは高周波電
圧のゼロピーク値、T0＝１／f0は高周波電圧周
期、T1は印加電圧パルス幅、T2はパルス間隔を
示す。第２図ｂは発振出力波形を示し、Wr（pk）
は発振出力のピーク値、TPは発振出力のパルス
幅、Tlは発振遅れ時間を示す。また、上記無声放
電式パルスレーザ装置に用いるレーザガスは炭酸
ガス（CO2）窒素ガス（N2）、ヘリウムガス
（He）の混合気体でモル分率５−60−35，圧力
200Torr程度である。
る電圧波形および発振出力波形を示す図である。
第２図ａは印加電圧波形を示し、VOPは高周波電
圧のゼロピーク値、T0＝１／f0は高周波電圧周
期、T1は印加電圧パルス幅、T2はパルス間隔を
示す。第２図ｂは発振出力波形を示し、Wr（pk）
は発振出力のピーク値、TPは発振出力のパルス
幅、Tlは発振遅れ時間を示す。また、上記無声放
電式パルスレーザ装置に用いるレーザガスは炭酸
ガス（CO2）窒素ガス（N2）、ヘリウムガス
（He）の混合気体でモル分率５−60−35，圧力
200Torr程度である。
次に上記無声放電式パルスレーザ装置の動作に
ついて説明する。金属電極１と誘電体電極２との
間に、高周波電源６から変圧器５を介して、第２
図ａに示すような、周波数f0ゼロピーク値VOP
（8Kv）の高周波が、パルス幅T1（0.5ｍｓ），パル
ス間隔T2（0.5ｍｓ）でパルス状に印加される。な
お、今後fp＝１／T1＋T2をパルス周波数、αD＝ T1／T1＋T2をデユーテイと呼ぶことにする。
ついて説明する。金属電極１と誘電体電極２との
間に、高周波電源６から変圧器５を介して、第２
図ａに示すような、周波数f0ゼロピーク値VOP
（8Kv）の高周波が、パルス幅T1（0.5ｍｓ），パル
ス間隔T2（0.5ｍｓ）でパルス状に印加される。な
お、今後fp＝１／T1＋T2をパルス周波数、αD＝ T1／T1＋T2をデユーテイと呼ぶことにする。
レーザの励起分子寿命は100μs程度であり、印
加高周波電圧の周期T0＝１／f0は約10μsであるか ら、レーザ出力は第２図ｂに示すようなパルス状
のものとなる。すなわち期間T1＋T2を周期とす
る幅TPのパルス状の出力である。この出力パル
スのパルス幅TPは印加パルス幅T1より小さく0.3
ｍｓとなるが、これは電圧が印加されて出力パル
スが立ち上るまでに約0.2ｍｓ程度の発振遅れ時
間Tlを必要とするからである。従つて、印加電圧
パルス幅T1と発振遅れ時間Tl、出力パルス幅Tp
とのｘ間には、T1≒Tl＋Tpの関係が成立する。
加高周波電圧の周期T0＝１／f0は約10μsであるか ら、レーザ出力は第２図ｂに示すようなパルス状
のものとなる。すなわち期間T1＋T2を周期とす
る幅TPのパルス状の出力である。この出力パル
スのパルス幅TPは印加パルス幅T1より小さく0.3
ｍｓとなるが、これは電圧が印加されて出力パル
スが立ち上るまでに約0.2ｍｓ程度の発振遅れ時
間Tlを必要とするからである。従つて、印加電圧
パルス幅T1と発振遅れ時間Tl、出力パルス幅Tp
とのｘ間には、T1≒Tl＋Tpの関係が成立する。
上記のままの条件でレーザ出力を発し、レーザ
加工を行うと、加工速度により加工性能が変化す
ることになる。その模様をセラミツクのスクライ
ビング（けがき加工）を例にしたのが第３図であ
る。第３図ａは加工速度ｖ＝１ｍ／min、第３図
ｂはｖ＝２ｍ／min時のスクライビングをした状
態を示している。第３図において明らかなように
加工速度の変化により、長径Ａ、短径Ｂ、穴間隔
Ｃ、溶け込み深さＤがそれぞれ変化している。こ
こで長径Ａ、短径Ｂ、穴間隔Ｃ、溶け込み深さＤ
のそれぞれは、加工速度ｖの関数として以下の(1)
〜(3)式で示すことができる。
加工を行うと、加工速度により加工性能が変化す
ることになる。その模様をセラミツクのスクライ
ビング（けがき加工）を例にしたのが第３図であ
る。第３図ａは加工速度ｖ＝１ｍ／min、第３図
ｂはｖ＝２ｍ／min時のスクライビングをした状
態を示している。第３図において明らかなように
加工速度の変化により、長径Ａ、短径Ｂ、穴間隔
Ｃ、溶け込み深さＤがそれぞれ変化している。こ
こで長径Ａ、短径Ｂ、穴間隔Ｃ、溶け込み深さＤ
のそれぞれは、加工速度ｖの関数として以下の(1)
〜(3)式で示すことができる。
Ａ＝TP・ｖ ……(1)
Ｂ・Ｄ∝Ｗ（pk）・v-1 ……(2)
Ｃ＝（T1＋T2）ｖ≡fP -1・ｖ ……(3)
従来のパルスレーザ加工にあつては、第３図
ａ，ｂに示すように加工精度が加工速度ｖにより
大きく変化していた。それは、加工速度ｖにより
レーザ出力１パルス当りの受け持つ加工領域が異
なること、加工対象物１３の単位長さ当りの投入
エネルーギーが異なることに起因していた。
ａ，ｂに示すように加工精度が加工速度ｖにより
大きく変化していた。それは、加工速度ｖにより
レーザ出力１パルス当りの受け持つ加工領域が異
なること、加工対象物１３の単位長さ当りの投入
エネルーギーが異なることに起因していた。
この発明は、上記の点にかんがみなされたもの
で、パルス周波数fP、デユーテイαD、印加電圧の
ゼロピーク値VOP、放電電力Wd、放電電流のＩの
それぞれを一定の関係のもとで、２個以上を加工
速度ｖに応じ変化させることにより、加工速度ｖ
のいかんにかかわらずビーム出力１パルス当りの
うけもつ加工領域および加工対象物１３の単位長
さ当りの投入エネルギーをほぼ等しく加工速度ｖ
に関係なく一定のスクライビング、穴明け等の加
工が、可能な無声放電式パルスレーザ装置の出力
制御方式を提供することを目的とする。以下この
発明を図面に基づいて説明する。
で、パルス周波数fP、デユーテイαD、印加電圧の
ゼロピーク値VOP、放電電力Wd、放電電流のＩの
それぞれを一定の関係のもとで、２個以上を加工
速度ｖに応じ変化させることにより、加工速度ｖ
のいかんにかかわらずビーム出力１パルス当りの
うけもつ加工領域および加工対象物１３の単位長
さ当りの投入エネルギーをほぼ等しく加工速度ｖ
に関係なく一定のスクライビング、穴明け等の加
工が、可能な無声放電式パルスレーザ装置の出力
制御方式を提供することを目的とする。以下この
発明を図面に基づいて説明する。
第４図はこの発明の一実施例としての無声放電
式パルスレーザ装置を示す図である。この図にお
いて、第１図と同一符号を付した部分は同一部分
を示すので説明は省略する。１４は前記加工対象
物１３の移動速度を検出する加工速度センサ、１
５は印加電圧を制御する印加電圧制御回路、１６
は前記印加電圧制御回路１５により制御された高
周波電源６からの印加電圧波形の一例である。
式パルスレーザ装置を示す図である。この図にお
いて、第１図と同一符号を付した部分は同一部分
を示すので説明は省略する。１４は前記加工対象
物１３の移動速度を検出する加工速度センサ、１
５は印加電圧を制御する印加電圧制御回路、１６
は前記印加電圧制御回路１５により制御された高
周波電源６からの印加電圧波形の一例である。
次に上記無声放電式パルスレーザ装置の動作に
ついて説明する。まずレーザ出力１パルス当りの
受け持つ加工領域が加工対象物１３の移動速度、
すなわち加工速度ｖに関係なく一定にする場合
は、前記第(1)式，第(3)で示した長径Ａ、穴間隔Ｃ
が加工速度ｖに関係なく一定にすればよい。前記
第(1)式は次のように書き直すことができる。
ついて説明する。まずレーザ出力１パルス当りの
受け持つ加工領域が加工対象物１３の移動速度、
すなわち加工速度ｖに関係なく一定にする場合
は、前記第(1)式，第(3)で示した長径Ａ、穴間隔Ｃ
が加工速度ｖに関係なく一定にすればよい。前記
第(1)式は次のように書き直すことができる。
Ａ＝TP・ｖ＝（fP -1・αD−Tl）ｖ
∴αD＝fP（Ａ／ｖ＋Tl）
＝C1Tlｖ＋C1A
＝C1Tlｖ＋C2 ……(4)
従つて、以下の２項目を印加電圧に施すことに
より出力パルス当りのうけもつ加工領域は加工速
度ｖに依存しなくなる。、C1，C2を定数として、 () ｖ＝C1fPとなるようにパルス周波数fPを加
工速度ｖに同期させる。
より出力パルス当りのうけもつ加工領域は加工速
度ｖに依存しなくなる。、C1，C2を定数として、 () ｖ＝C1fPとなるようにパルス周波数fPを加
工速度ｖに同期させる。
() αD＝C1Tlｖ＋C2となるようにデユーテイαD
を加工速度ｖに同期させる。
を加工速度ｖに同期させる。
ここで印加電圧のパルス幅T1＝fP -1αDに対応す
る発振遅れ時間Tlの測定結果を第５図に示す。第
５図に明示するようにパルス幅が0.3ｍｓ以上は
発振遅れ時間は約0.2ｍｓとほぼ一定となる。
る発振遅れ時間Tlの測定結果を第５図に示す。第
５図に明示するようにパルス幅が0.3ｍｓ以上は
発振遅れ時間は約0.2ｍｓとほぼ一定となる。
次に加工対象物１３の単位長さ当りの投入エネ
ルギーを加工速度ｖに関係なく一定にするには、
前記第(2)式より、以下の第(5)式を満足させる必要
がある。
ルギーを加工速度ｖに関係なく一定にするには、
前記第(2)式より、以下の第(5)式を満足させる必要
がある。
Wr（pk）・v-1＝一定 ……(5)
印加電圧ゼロピーク値VOPと発振出力ピーク値
Wr（pk）とは第６図に示すような関係があるの
で、Wr（pk）＝０となる電圧ゼロピーク値をV* OP
とすると、 Wr（pk）∝（VOP−V* OP ……(6) と表わすことができる。前記第(5)、第(6)式より、
C3を定数として以下の（）を印加電圧に施す
ことにより、加工対象物１３の単位の長さ当りの
投入エネルギーを加工速度ｖに関係なく一定にす
ることができる。
Wr（pk）とは第６図に示すような関係があるの
で、Wr（pk）＝０となる電圧ゼロピーク値をV* OP
とすると、 Wr（pk）∝（VOP−V* OP ……(6) と表わすことができる。前記第(5)、第(6)式より、
C3を定数として以下の（）を印加電圧に施す
ことにより、加工対象物１３の単位の長さ当りの
投入エネルギーを加工速度ｖに関係なく一定にす
ることができる。
() （VOP−V* OP）v-1＝C3によつて、
VOP＝V* OP＋C3v ……(7)
となるように、印加電圧ゼロピーク値VOPを加工
速度ｖに同期させる。
速度ｖに同期させる。
セラミツクのスクライビングを例にとつてパル
ス周波数fPとデユーテイαDを加工速度ｖに同期制
御した場合を第７図ａ，ｂに、また、印加電圧ゼ
ロピーク値VOPも同時に加工速度ｖに同期制御し
た場合を第８図ａ，ｂに示す。第７図、第８図に
おいて、各ａ図は加工速度ｖ＝１ｍ／min，各ｂ
図はｖ＝２ｍ／minの場合である。第７図におい
ては加工速度ｖに無関係にほぼ一定のプロフイー
ルが得られているが、溶け込み深さＤは加工速度
ｖにより変化している。第８図においては加工速
度ｖに関係なくほぼ均一の加工が得られる。
ス周波数fPとデユーテイαDを加工速度ｖに同期制
御した場合を第７図ａ，ｂに、また、印加電圧ゼ
ロピーク値VOPも同時に加工速度ｖに同期制御し
た場合を第８図ａ，ｂに示す。第７図、第８図に
おいて、各ａ図は加工速度ｖ＝１ｍ／min，各ｂ
図はｖ＝２ｍ／minの場合である。第７図におい
ては加工速度ｖに無関係にほぼ一定のプロフイー
ルが得られているが、溶け込み深さＤは加工速度
ｖにより変化している。第８図においては加工速
度ｖに関係なくほぼ均一の加工が得られる。
第９図は放電電力Wdと発振出力ピーク値Wr
（pk）の関係を示した図、第１０図は放電電流Ｉ
と発振出力ピーク値Wr（pk）の関係を示した図で
ある。第９図、第１０図において発振出力ピーク
値Wr（pk）が０の時の放電電力および放電電流、
すなわちレーザ発振がおこるしきい値放電電力お
よびしきい値放電電流はW* d，I*となる。上記
（）に対応する関係は、この放電電力Wd，放電
電流Ｉについても考えることができる。すなわ
ち、レーザ発振のおこるしきい値放電電力W* dに
関して、C4を定数とし、放電電力WdをWd＝W* d
＋C4vとなるように加工速度ｖに同期させること
により加工物単位長さ当りの投入エネルギーを加
工速度ｖに関係なく一定にすることができる。ま
た、同様にレーザ発振のおこるしきい値放電電流
I*に関して、C5を定数とし、Ｉ＝I*＋C5vとなる
ように放電電流Ｉを加工速度ｖに同期させること
により、加工対象物１３の単位長さ当りの投入エ
ネルギーを加工速度ｖに関係なく一定にすること
ができる。
（pk）の関係を示した図、第１０図は放電電流Ｉ
と発振出力ピーク値Wr（pk）の関係を示した図で
ある。第９図、第１０図において発振出力ピーク
値Wr（pk）が０の時の放電電力および放電電流、
すなわちレーザ発振がおこるしきい値放電電力お
よびしきい値放電電流はW* d，I*となる。上記
（）に対応する関係は、この放電電力Wd，放電
電流Ｉについても考えることができる。すなわ
ち、レーザ発振のおこるしきい値放電電力W* dに
関して、C4を定数とし、放電電力WdをWd＝W* d
＋C4vとなるように加工速度ｖに同期させること
により加工物単位長さ当りの投入エネルギーを加
工速度ｖに関係なく一定にすることができる。ま
た、同様にレーザ発振のおこるしきい値放電電流
I*に関して、C5を定数とし、Ｉ＝I*＋C5vとなる
ように放電電流Ｉを加工速度ｖに同期させること
により、加工対象物１３の単位長さ当りの投入エ
ネルギーを加工速度ｖに関係なく一定にすること
ができる。
なお、この発明は加工全般に適用でき、例えば
紙の穴明けなどにも有効である。
紙の穴明けなどにも有効である。
以上説明したように、この発明に係る無声放電
式パルスレーザ装置の出力制御方式は、断続的印
加電圧の断続周波数、電圧印加時間の割合、電圧
ゼロピーク値または放電電力あるいは放電電流の
いずれか２個以上の関係をもつて加工速度に同期
させるか、あるいは電圧ゼロピーク値にかえて放
電電力ないしは放電電流を一定な関係をもつて加
工速度に応じ変化させるようにしたので、加工速
度に関係なく一定の加工が可能となり、例えば、
加工テーブルが定速度になるまでの間にも加工が
でき、材料の節減、加工時間の短縮が可能となる
というすぐれた効果がある。また、、加工形状に
より加工速度を変化しなければならない場合にも
均一の精度で加工を行うことが可能であるという
すぐれた効果も有する。
式パルスレーザ装置の出力制御方式は、断続的印
加電圧の断続周波数、電圧印加時間の割合、電圧
ゼロピーク値または放電電力あるいは放電電流の
いずれか２個以上の関係をもつて加工速度に同期
させるか、あるいは電圧ゼロピーク値にかえて放
電電力ないしは放電電流を一定な関係をもつて加
工速度に応じ変化させるようにしたので、加工速
度に関係なく一定の加工が可能となり、例えば、
加工テーブルが定速度になるまでの間にも加工が
でき、材料の節減、加工時間の短縮が可能となる
というすぐれた効果がある。また、、加工形状に
より加工速度を変化しなければならない場合にも
均一の精度で加工を行うことが可能であるという
すぐれた効果も有する。
第１図は従来の無声放電式パルスレーザ装置の
構成を示す原理図、第２図ａはその印加電圧波形
図、第２図ｂはその発振出力波形図、第３図ａ，
ｂは従来のパルスレーザによるセラミツクスのス
クライビング例を示す図、第４図はこの発明に係
る無声放電式パルスレーザ装置を示す図、第５図
は発振遅れ時間Tlの測定結果を示す図、第６図は
印加電圧ゼロピーク電圧VOPと発振出力ピーク値
Wr（pk）との関係を示した図、第７図ａ，ｂ、お
よび第８図ａ，ｂはこの発明に係る無声放電式パ
ルスレーザ装置の出力制御方式によるセラミツク
ススクライビングの例を示した図、第９図、第１
０図はそれぞれの放電電力Wd、放電電流Ｉと発
振出力ピーク値Wr（pk）の関係を示す図である。 図中、１は金属電極、２は誘電体電極、４は放
電空間、５は変圧器、６は高周波電源、７は全反
射ミラー、８は部分反射ミラー、１１はベンデイ
ングミラー、１２は集光レンズ、１３は加工対象
物、１４は加工速度センサ、１５は印加電圧制御
回路、２１は金属部、２２は誘電体である。な
お、図中の同一符号は同一または相当部分を示
す。
構成を示す原理図、第２図ａはその印加電圧波形
図、第２図ｂはその発振出力波形図、第３図ａ，
ｂは従来のパルスレーザによるセラミツクスのス
クライビング例を示す図、第４図はこの発明に係
る無声放電式パルスレーザ装置を示す図、第５図
は発振遅れ時間Tlの測定結果を示す図、第６図は
印加電圧ゼロピーク電圧VOPと発振出力ピーク値
Wr（pk）との関係を示した図、第７図ａ，ｂ、お
よび第８図ａ，ｂはこの発明に係る無声放電式パ
ルスレーザ装置の出力制御方式によるセラミツク
ススクライビングの例を示した図、第９図、第１
０図はそれぞれの放電電力Wd、放電電流Ｉと発
振出力ピーク値Wr（pk）の関係を示す図である。 図中、１は金属電極、２は誘電体電極、４は放
電空間、５は変圧器、６は高周波電源、７は全反
射ミラー、８は部分反射ミラー、１１はベンデイ
ングミラー、１２は集光レンズ、１３は加工対象
物、１４は加工速度センサ、１５は印加電圧制御
回路、２１は金属部、２２は誘電体である。な
お、図中の同一符号は同一または相当部分を示
す。
Claims (1)
- １ ２個の電極の内少なくとも一方を金属表面が
誘電体で被覆された構造の誘電体電極とし、この
両電極間に高周波電圧を断続的に印加し、パルス
発振出力を得る無声放電式パルスレーザ装置にお
いて、加工対象物の移動速度を検出する加工速度
センサと、この加工速度センサの出力により印加
電圧を制御する印加電圧制御回路と、断続的印加
電圧を出力する高周波電源とからなり、前記印加
電圧制御回路により前記断続的印加電圧の断続周
波数、電圧印加時間の割合、電圧ゼロピーク値ま
たは放電電力あるいは放電電流のいずれか２個以
上を前記加工速度センサからの加工速度に応じて
変化させ、被加工物の速度に関係なく所定の加工
を施すパルス発振出力を発生せしめることを特徴
とする無声放電式パルスレーザ装置の出力制御方
式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57142408A JPS5932186A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57142408A JPS5932186A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5932186A JPS5932186A (ja) | 1984-02-21 |
| JPH048154B2 true JPH048154B2 (ja) | 1992-02-14 |
Family
ID=15314641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57142408A Granted JPS5932186A (ja) | 1982-08-17 | 1982-08-17 | 無声放電式パルスレ−ザ装置の出力制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932186A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6360084A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-16 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ加工装置 |
-
1982
- 1982-08-17 JP JP57142408A patent/JPS5932186A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5932186A (ja) | 1984-02-21 |
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