JPS5933074B2

JPS5933074B2 - レ−ザ加工装置

Info

Publication number: JPS5933074B2
Application number: JP52068003A
Authority: JP
Inventors: 誠一大越; 政彦望月
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1977-06-10
Publication date: 1984-08-13
Also published as: JPS543996A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は波形制御装置を具えたレーザ加工装置に関する
。

近時レーザ光により被加工物の切断、溶接、除去などを
行なう加工が広く普及しつつある。

これに用いられるレーザ光は連続発振、パルス発振いず
れの形式のものも使用されているが、照射に際しては総
加工エネルギーのみならずピークパワー、波形も加工結
果に密接な関係があり、これらの条件が適切でないと満
足すべき結果が得られないことは一般に知られているこ
とである。従来の加工装置に用いられているレーザ光の
波形制御方法は例えばパルスレーザにおいては（１）励
起源の電圧もしくは電流を適宜設定してピークパワーを
制御する。

（２）発振時間巾を段階的に変える。

などが振用されている。

しかしピークパワーや時間巾を種々に変えることにより
波形は変化するが、前述のα顛の場合はピークパワーの
変化により略相似な波形となり、（２）項の場合は凸状
がやや平坦化されるが、いずれにしてもほぼ類似した波
形のものが得られるにすぎない。従つで立上り、立下り
時間を所望時間に制御したり、ピーク位置を発振時間内
の所望の位置に制御するとか、さらに所望される複雑な
波形のレーザ光を得ることは全くできない。また出力さ
れたレーザ光の−部を検出し、励起電源に帰還して波形
制御を行なうことは電流の小さい連続発振のレーザ装置
に於ては出力の安定を計る目的で採用されているが出力
の大きい加工レーザ光は電流が大きく目下の技術では帰
還制御は困難で実施されていないのである。しかるにレ
ーザ加工においては上述したように満足すべき加工結果
を得るには加工条件に適した波形のレーザ光が必要であ
り、所望の変調波形が得られるレーザ加工装置が要望さ
れている。本発明は、上述の事情にかんがみてなされた
もので、レーザ光に与える変調波形を決める要素を独立
してそれぞれ適宜設定することによりこれに対応した波
形信号を送出する波形発振器と、この波形信号によりレ
ーザ光の波形を変調する光変調器とを具えた波形制御装
置を設けることにより最適な波形で加工できるレーザ加
工装置を提供することを目的とする。

以下本発明の詳細を図示の実施例により説明する。

第１図は第１の実施例の概略的説明図で、レーザ発振装
置１（本実施例においてはパルスＹＡＧレーザ）と、こ
れから送出されたレーザ光２を受け、これの振［ＴＪを
変調し、所望の変調波形を有する変調レーザ光３として
送出する波形制御装置４と、この変調レーザ光３を反射
鏡５で受け、光路を直角に曲げ、この変調レーザ光３を
集束レンズ６で被加工物７上に集束して加工する加工装
置８とから構成されている。上述のレーザ発振装置１お
よび加工装置８は公知のものと同様なので詳細な説明は
省略する。波形制御装置４は第２図にプロツク図で示し
たようにレーザ発振器１と波形制御装置４とを同期させ
る同期パルスを送出する同期パルス発生器１１と、これ
とレーザ発振装置１との間に設けられ同期パルスを受け
レーザ発振装置１を駆動するレーザ電源１２と、波形を
決定す２る要素例えばピークパワー値、立上り時間、
立下り時間などを任意に独立して設定でき、同期パルス
発生器１１からの同期パルスを受けて上記の要素により
決まる波形に対応した波形に対応した波形信号を送出す
るいわゆるプログラムできる波形２発振器１３と、こ
の波形発振器１３から送出された波形信号を受け、これ
を増巾した制御信号を送出する駆動回路１４と、レーザ
発振装置１と加工装置８との間のレーザ光２の光路上に
設けられていて、駆動回路１４からの増巾された制御信
号に３よりレーザ光２を変調する光変調器１５とから
構成されている。上記の光変調器１５は光電効果を利用
したもので、変調用結晶と偏光板とを組み合わせた公知
の構成のものである。次に作動につき述べる。

本実施例における変調３，前の原波形は第３図（横軸
に時間ｔを、縦軸にパワ一Ｐをとつてある）に示すよう
に立上り部ａは傾斜が緩やかで時間Ｔｒ、平坦部ｂはや
や山形で時間Ｔｆまで、立下り部ｃは時間Ｔｅまでで立
上り時間より長いが中間部で急速にパワ一が下つてＪ
いる。溶接においては溶着後の急冷は好ましくなく、緩
やかにパワーを落すことが好ましいので、立上り時間を
短かく溶着後の立下り時間を均一に直線状に下げること
にした。設定される変調波形は第４図に示すように立土
り部ａは急傾斜とし時間ｔ′ｒまで、平坦部ｂ′は一様
にパワーＰ２で時間ｔ′ｒからｔ′ｆまで、立上り部ｃ
は溶着後の急激な冷却を避けて均一に緩やかに温度が下
がるように直線状で時間ｔ′ｅまでとする。

まず加工機８に被加工物７を載置し、加工位置などの調
節をする。次に変調波形を決める要素例えばｔ′Ｒ，ｔ
′Ｆ，ｔ，Ｐ２を波形発振器１３に設定する。以上の操
作が終つたら同期パルス発生器１１を作動させると、同
期パルスがレーザ電源１２に入りレーザ発振装置１から
レーザ光２が送出される。

一方同期パルスは同時に波形発振器１３に入り、これを
作動させ、変調波形に対応した波形信号が出て駆動回路
１４に入る。ここにおいて弱い波形信号は増巾され、制
御信号として光変調器１５に入る。ここに入射したレー
ザ光２は制御信号により変調され、所望の波形を具えた
変調レーザ光３として出て行き、加工装置８に入り加工
が行なわれる。この際実際に得られた波形は第５図に示
すように第４図の設定された所望波形に近いものが得ら
れた。第６図に示すは第２の実施例で、第１の実施例に
おける波形制御装置４に帰還制御装置を設けたもので、
第１の実施例と同様な部分は同一の符号を付して詳細な
説明を省略する。

帰還制御装置２１は波形発振器１３と駆動回路１４との
間に挿入された比較制御回路２２と、光変調器１５と加
工装置８と（ハ）間に挿入され変調レーザ光３の一部を
導出するビームスプリツタ２３と、このビームスプリツ
タ２３からのレーザ光２４を検出する光検出器２５とか
ら構成されている。ビームスプリツタ２３からのレーザ
光２４が光検出器２５のフオトトランジスタ（図示しな
い）に入ると、その強弱に応じて被検出レーザ光３ど丁
定の関係をもつた検出信号が光検出器２５から出され、
この検出信号は比較制御回路２２に入る。比較制御回路
２２は上記の検出信号と波形発振器１３からの波形信号
とを比較し、所望の変調波形が得られるように例えば出
力が大きすぎる場合は減少方向に波形信号を修正し、修
正された制御信号を，駆動回路１４に送出する。そして
駆動回路１４により増巾され、制御信号として光変調器
１５に入り、レーザ光２の変調波形が修正される。上述
の制御においては険出波形に対し比較波形は時間的に遅
れているがきわめて短時間の遅れなので実用上さしつか
えはない。

上記実施例においては、第４図に示すような変調波形に
つき述べたが、変調波形はこれに限らず、第７図に示す
ように、最初に大きなパワーで順次階段状にパワーを小
さくした矩形波を連続したようなものでもよく、加工条
件に合わせて種々な波形を選択してもよいことはもちろ
んである。

また、本実施例においてはパルス発振レーザの場合につ
き述べたが、連続発振レーザの場合でもよい。以上詳述
したように本発明のレーザ加装置は任意に波形が設定で
きる波形発振器と光変調器とを組合わせた波形制御装置
を設けたので、加工条件に合わせて最適の波形で加工す
ることができ、また最適波形の設定に際しても種種な波
形の検討がきわめて容易にできる。さらにまた従来溶接
が困難視されていた材料、例えば銅などの溶接において
もきわめて好結果が得られ、連続発振レーザ光を使用し
たシーム溶液においても被加工物を同期させて移動させ
非常によい溶接ができるようになるなどレーザ加工の利
用範囲を拡大することができφ。なお第１の実施例にお
いても十分上述の効果が得られるが、第２の実施例によ
るときは所望の変調波形に対しさらに正確に一致した波
形が得られ本発明の効果は一層発揮されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の概略説明図、第２図は
同じく第１の実施例における波形制御装置のプロツク説
明図、第３図は同じく第１の実施例における変調前の波
形図、第４図は同じく第１の実施例における設定された
変調波形図、第５図は同じく第１の実施例の実際に得ら
れた変調波形図、第６図は同じく第２の実施例の概略言
曽明図、第７図は同じく他の設定された変調波形図であ
る。１・・・レーザ発振装置、２・・・レーザ光、３・・・
変調レーザ光、４・・・波形制御装置、７・・・被加工
物、８・・・加工装置、１３・・・波形発振器、１５・
・・光変調器、２１・・・帰還制御装置、２２・・・比
較制御回路、２５・・・光検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザ光を送出するレーザ発振装置と、上記レーザ
光に与える所望の変調波形に対応した波形信号を送出す
る波形発振器および上記レーザ光を受け、これを上記波
形信号により変調し、変調レーザ光として送出する光変
調器を具えた波形制御装置と、上記変調レーザ光を被加
工物に照射する加工装置とを具備したことを特徴とする
レーザ加工装置。２特許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置にお
いて、波形制御装置は光変調器から送出された変調レー
ザ光の一部を検出し、上記変調レーザ光の強さに対応し
た検出信号を送出する光検出器と、波形発振器から送出
される波形信号および上記検出信号を受け両者を比較し
、光変調器に修正された制御信号を送出する比較制御回
路とからなる帰還制御装置を具備したことを特徴とする
レーザ加工装置。