JPS61253193A - Laser beam machine - Google Patents
Laser beam machineInfo
- Publication number
- JPS61253193A JPS61253193A JP60095785A JP9578585A JPS61253193A JP S61253193 A JPS61253193 A JP S61253193A JP 60095785 A JP60095785 A JP 60095785A JP 9578585 A JP9578585 A JP 9578585A JP S61253193 A JPS61253193 A JP S61253193A
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- Japan
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- pulse
- light source
- laser light
- solid
- burst
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、レーザ加工装置に関するものである。[Detailed description of the invention] purpose of invention Industrial applications The present invention relates to a laser processing device.
従来の技術
レーザ加工装置には、光源として固体レーザ光源を使用
するものがある。Some conventional laser processing devices use solid state laser light sources as light sources.
固体レーザ光源から出射されるレーザビームの直径と拡
がり角は、レーザ媒質の寸法、その熱的特性、共振器の
構成などに依存し、通常、直径数mm、拡がり角数mr
ad〜数+mradの範囲にある。この出射レーザビー
ムを所望のパワー密度に変換する手段として、組合せレ
ンズで構成されるビームエキスパンダーが使用されてい
る。The diameter and divergence angle of the laser beam emitted from a solid-state laser light source depend on the dimensions of the laser medium, its thermal characteristics, the configuration of the resonator, etc., and are usually several mm in diameter and several millimeters in divergence angle.
It is in the range of ad to number + mrad. A beam expander composed of a combination lens is used as a means for converting this emitted laser beam into a desired power density.
また、固体レーザ光源では、パルス状の励起が行われる
。Further, in a solid-state laser light source, pulsed excitation is performed.
発明が解決しようとする問題点
固体レーザ光源が定常動作をしている間は、レーザ媒質
が熱的平衡状態にあり、出射されるレーザビームの拡が
り角は一定値を保つ。Problems to be Solved by the Invention While a solid-state laser light source is in steady operation, the laser medium is in a thermal equilibrium state and the divergence angle of the emitted laser beam remains constant.
これに対して、固体レーザが間歇的に動作する場合には
、動作開始直後の熱的過渡状態においてビーム拡がり角
が変化し、これに伴い被加工物上のパワー密度が変化し
、加工精度が低下するという問題がある。On the other hand, when a solid-state laser operates intermittently, the beam divergence angle changes in the thermal transient state immediately after the start of operation, and the power density on the workpiece changes accordingly, reducing processing accuracy. There is a problem with the decline.
発明の構成
問題点を解決するための手段
本発明のレーザ加工装置は、パルス励起固体レーザ光源
と被加工物との間に配置される組合せレンズから成るビ
ームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、パルス励起
固体レーザ光源から出射されるレーザビームの拡がり角
の変化を相殺する方向に自動的に変更されることにより
、熱的過渡状態におけるビーム拡がり角の変動を吸収す
るように構成されている。Means for Solving the Problems in the Structure of the Invention The laser processing apparatus of the present invention has a beam expander including a combination lens disposed between a pulse-excited solid-state laser light source and a workpiece. It is configured to absorb changes in the beam divergence angle during thermal transient states by automatically changing the direction to offset changes in the divergence angle of the laser beam emitted from the solid-state laser light source.
以下、本発明の作用を実施例と共に詳細に説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be explained in detail together with examples.
実施例
第1図は、本発明の一実施例のレーザ加工装置における
ビームエキスパンダー周辺部分の構成を模式的に示すブ
ロック図である。Embodiment FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a portion around a beam expander in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
このビームエキスパンダー10は、YAGレーザ発振器
などから成る固体レーザ光源1の前方に設置され、固体
レーザ光源からの出射レーザビームの径を拡大して被加
工物側に導く。This beam expander 10 is installed in front of a solid-state laser light source 1 consisting of a YAG laser oscillator or the like, expands the diameter of the laser beam emitted from the solid-state laser light source, and guides it toward the workpiece.
このビームエキスパンダー10は、凹レンズ11と、そ
の前方に配置された凸レンズ12と、凹レンズ11を搭
載して移動する移動板13a、この移動板をレンズ11
12の光軸と平行な方向に前後させるカム13b及びば
ね13cから成る機構部13と、この機構部13のカム
13bを所定の速度で回転させるパルスモータ14と、
このパルスモータ14に所定周期のパルスを供給するパ
ルス発生回路15を備えている。This beam expander 10 includes a concave lens 11, a convex lens 12 disposed in front of the concave lens, a movable plate 13a that carries the concave lens 11 and moves, and a movable plate that moves between the lenses 11 and 13.
a mechanism section 13 consisting of a cam 13b and a spring 13c that move the cam 13b back and forth in a direction parallel to the optical axis of the mechanism section 12; a pulse motor 14 that rotates the cam 13b of the mechanism section 13 at a predetermined speed;
The pulse motor 14 is provided with a pulse generating circuit 15 that supplies pulses of a predetermined period.
駆動回路2は、固体レーザ光源1に周期的な駆動パルス
群を間歇的に供給することにより、いわゆるバーストモ
ードで固体レーザ光源1を動作させる。The drive circuit 2 operates the solid-state laser light source 1 in a so-called burst mode by intermittently supplying a group of periodic drive pulses to the solid-state laser light source 1 .
すなわち、固体レーザ光源1は、その出射ビーム強度の
時間変化を第2図(A)に例示するように、所定周期で
10回だけパルス的に動作したのち、所定期間にわたっ
て休止し、さらに所定周期で10回だけパルス的に動作
したのち所定期間に渡って休止するというバーストモー
ドによる周期的な動作を繰り返す。That is, the solid-state laser light source 1 operates in a pulsed manner 10 times at a predetermined period, stops for a predetermined period, and then operates in a pulse manner at a predetermined period, as shown in FIG. It repeats a periodic operation in a burst mode in which it operates in a pulsed manner 10 times and then pauses for a predetermined period of time.
このようなバーストモードにおいては、レーザロッドの
温度は、例えば第2図(B)に示すように周期的に変化
する。すなわち、バーストの開始に伴い最初のパルス動
作が行われると、レーザロッドの温度が上昇し始める。In such a burst mode, the temperature of the laser rod changes periodically, for example, as shown in FIG. 2(B). That is, when the first pulse operation is performed with the start of a burst, the temperature of the laser rod begins to rise.
この温度上昇は、2番目、3番目・・・のパルス動作に
伴い漸次増加してゆくが、レーザロッドからの放熱量も
同時に増加してゆくためやがては発熱量と放熱量が均合
った熱平衡状態になり、レーザロッドの温度も一定値と
なる。この上昇した温度は、固体レーザ光源1の停止期
間中に徐々に低下し、次のバースト動作が開始される時
には、前回のパルス動作が開始された時の温度に等しく
なっている。This temperature rise gradually increases with the second, third, etc. pulse operations, but the amount of heat dissipated from the laser rod also increases at the same time, so eventually a thermal equilibrium is reached where the amount of heat and heat dissipation are evenly balanced. state, and the temperature of the laser rod also becomes a constant value. This increased temperature gradually decreases during the stop period of the solid-state laser light source 1, and when the next burst operation is started, it is equal to the temperature when the previous pulse operation was started.
レーザロッド内では中心部分はど高温であるような空間
的な温度分布が生じ、この温度分布に基づく屈折率の空
間分布などから、レーザロッド自体がレンズ作用を行う
。この結果、出射ビームの拡がり角がレーザロッドの温
度分布の変化に伴って変化する。従って、熱的不平衡時
における温度の空間分布の変化に伴い出射レーザビーム
の拡がり角θが、第2図(C)に例示するように、一定
値まで漸増する。A spatial temperature distribution occurs within the laser rod such that the center portion is at a high temperature, and the laser rod itself acts as a lens due to the spatial distribution of refractive index based on this temperature distribution. As a result, the divergence angle of the emitted beam changes as the temperature distribution of the laser rod changes. Therefore, as the spatial distribution of temperature changes during thermal imbalance, the divergence angle θ of the emitted laser beam gradually increases to a constant value, as illustrated in FIG. 2(C).
この出射ビームの拡がり角の増加を相殺する方向に、凹
レンズ11と凸レンズ12のレンズ間隔dが減少せしめ
られる。The lens distance d between the concave lens 11 and the convex lens 12 is decreased in a direction that offsets this increase in the divergence angle of the emitted beam.
すなわち、第1図(D)に示すように、パルス発生回路
15は、駆動回路2が固体レーザ光tX1に供給するバ
ーストパルスのうち最初のものに同期したパルスを駆動
回路2から受け、その整数倍の繰り返し速度のパルスを
発生し、これをパルスモータ14に供給する。このパル
スを受けたパルスモータ14は、パルス速度に比例する
一定速度でカム13bを回転させる。この結果、固体レ
ーザ光源1のバースト動作の開始時には、第1図の実線
で示す位置にあった凹レンズ11は、移動板13cの移
動に伴い徐々に前方に押し出されて凸レンズ12に接近
してゆき、点線で示す最大接近位置を所定時間保持した
のち、再度後退し始め、次のバーストの開始時までには
、実線で示す元の位置に戻るという反復的な前後運動を
バースト周期で繰り返す。That is, as shown in FIG. 1(D), the pulse generation circuit 15 receives from the drive circuit 2 a pulse synchronized with the first of the burst pulses that the drive circuit 2 supplies to the solid-state laser beam tX1, and calculates the integer number of the pulses. A pulse with twice the repetition rate is generated and supplied to the pulse motor 14. The pulse motor 14 receiving this pulse rotates the cam 13b at a constant speed proportional to the pulse speed. As a result, at the start of the burst operation of the solid-state laser light source 1, the concave lens 11, which was in the position shown by the solid line in FIG. 1, is gradually pushed forward and approaches the convex lens 12 as the moving plate 13c moves. , after holding the maximum approach position indicated by the dotted line for a predetermined time, it begins to retreat again, and returns to the original position indicated by the solid line by the start of the next burst, repeating the repetitive back and forth movement at the burst cycle.
この結果、固体レーザ光源2から出射されるレーザビー
ムは、各バーストの開始時には第1図中実線で示すよう
な光路を経て、また、熱的平衡状態に達した後は同図中
点線で示すような光路を経゛ζ被加工物側に供給される
。このようなレンズ間隔の周期的な増減により、固体レ
ーザ光源1から出射されたレーザビームの拡がり角の増
加分が補償される。As a result, the laser beam emitted from the solid-state laser light source 2 passes through the optical path shown by the solid line in Figure 1 at the beginning of each burst, and after reaching a thermal equilibrium state, the laser beam is emitted by the solid line in the figure The light is supplied to the workpiece through such an optical path. Such periodic increase/decrease in the lens interval compensates for the increase in the divergence angle of the laser beam emitted from the solid-state laser light source 1.
以上、1回のバーストに含まれるパルス数とバースト周
期が固定されている場合について本発明を例示したが、
これらが変動する場合にも本発明が適用できる。この場
合、各バーストのパルス数を計数してこれが所定値にな
るまでパルスモータを回転させたのち回転を停止させ、
各バーストの終了を検出した時点で、所定数の高速パル
スを供給することによりパルスモータの回転角を初期値
に早戻しする等の適宜な修正を行えばよい。The present invention has been exemplified above for the case where the number of pulses included in one burst and the burst period are fixed, but
The present invention can also be applied when these vary. In this case, count the number of pulses in each burst, rotate the pulse motor until it reaches a predetermined value, and then stop the rotation.
When the end of each burst is detected, appropriate corrections may be made, such as quickly returning the rotation angle of the pulse motor to its initial value by supplying a predetermined number of high-speed pulses.
また、レンズ間隔を変更するためにカムとパルスモータ
を使用する構成を例示したが、その他の適宜な方法を使
用してもよい。Further, although a configuration in which a cam and a pulse motor are used to change the lens interval has been exemplified, other appropriate methods may be used.
また、凹レンズを移動させることによってレンズ間隔を
変化させる場合を例示したが、凹レンズを固定して凸レ
ンズ側を移動させる構成としてもよい。Moreover, although the case where the lens interval is changed by moving the concave lens has been illustrated, a configuration may also be adopted in which the concave lens is fixed and the convex lens is moved.
発明の効果
以上詳細に説明したように、本発明のレーザ加工装置は
、ビームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、パルス
励起固体レーザ光源から出射されるレーザビームの拡が
り角の変化を相殺する方向に自動的に変更される構成で
あるから、熱的過渡状態におけるビーム拡がり角の変動
を吸収でき、加工精度を一段と高めることができる。Effects of the Invention As explained in detail above, the laser processing apparatus of the present invention automatically adjusts the distance between the lenses of the beam expander in a direction that offsets changes in the divergence angle of the laser beam emitted from the pulse-excited solid-state laser light source. Since it is a configuration that can be changed symmetrically, it is possible to absorb fluctuations in the beam divergence angle in a thermal transient state, and it is possible to further improve processing accuracy.
第1図は本発明の一実施例のレーザ加工装置におけるビ
ームエキスパンダー周辺部分の構成を模式的に示すブロ
ック図、第2図は第1図の動作を説明するための特性図
である。
■・・固体レーザ光源、2・・駆動回路、10・・ビー
ムエキスパンダー、11・・凹レンズ。
12・・凸レンズ、13・・機構部、14・・パルスモ
ータ、15・・パルス発生回路。
特許出廓人 日本電気株式会社
代 理 人 弁理士 櫻井俊彦FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the peripheral portion of a beam expander in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of FIG. 1. ■...Solid laser light source, 2...Drive circuit, 10...Beam expander, 11...Concave lens. 12... Convex lens, 13... Mechanism section, 14... Pulse motor, 15... Pulse generation circuit. Patent distributor NEC Corporation Representative Patent attorney Toshihiko Sakurai
Claims (1)
ルス励起レーザ光源と被加工物との間に配置される組合
せレンズから成るビームエキスパンダーとを備え、 このビームエキスパンダーのレンズ相互の間隔が、前記
パルス励起固体レーザ光源から出射されるレーザビーム
の拡がり角の変化を相殺する方向に自動的に変更される
ことを特徴とするレーザ加工装置。[Scope of Claims] A beam expander comprising a pulse-excited solid-state laser light source that operates intermittently and a combination lens disposed between the pulse-excited laser light source and the workpiece, A laser processing apparatus characterized in that the interval between the pulse-excited solid-state laser light sources is automatically changed in a direction that offsets a change in the divergence angle of the laser beam emitted from the pulse-excited solid-state laser light source.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60095785A JPS61253193A (en) | 1985-05-04 | 1985-05-04 | Laser beam machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60095785A JPS61253193A (en) | 1985-05-04 | 1985-05-04 | Laser beam machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61253193A true JPS61253193A (en) | 1986-11-11 |
Family
ID=14147112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60095785A Pending JPS61253193A (en) | 1985-05-04 | 1985-05-04 | Laser beam machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61253193A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5756961A (en) * | 1993-09-27 | 1998-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Laser cutting machine |
-
1985
- 1985-05-04 JP JP60095785A patent/JPS61253193A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5756961A (en) * | 1993-09-27 | 1998-05-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Laser cutting machine |
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