JPS62221Y2 - - Google Patents

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JPS62221Y2
JPS62221Y2 JP2870782U JP2870782U JPS62221Y2 JP S62221 Y2 JPS62221 Y2 JP S62221Y2 JP 2870782 U JP2870782 U JP 2870782U JP 2870782 U JP2870782 U JP 2870782U JP S62221 Y2 JPS62221 Y2 JP S62221Y2
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laser
power supply
circuit
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thyristor
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【考案の詳細な説明】 本考案は、たとえば溶接、穴あけ加工などに適
したパルス波形を発生し、かつ励起用ランプを破
損させる恐れのないパルスレーザ波形制御装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a pulsed laser waveform control device that generates a pulsed waveform suitable for, for example, welding, drilling, etc., and that does not cause damage to an excitation lamp.

従来のパルスレーザ加工装置のノーマルパルス
レーザは、励起用フラツシユランプにトリガパル
スを印加し、このパルスの立上り部で大電流放電
を行なわせて強い励起光を得、これをレーザ媒質
に照射することにより得ていた。このようにして
得たレーザ出力は、パルスの立上り部に大きなピ
ーク値、すなわちビームエネルギを有している。
この大きなビームエネルギを被加工物である金属
表面に照射することにより、この金属表面の光吸
収率を向上させ、後続のパルス波形のビームエネ
ルギが前記金属表面に効率的に吸収されるように
している。このようなパルスの立上がり部に大き
なビームエネルギを有するレーザ出力を得るに
は、レーザ出力の立上がりを急にしなければなら
ない。
The normal pulse laser of conventional pulse laser processing equipment applies a trigger pulse to the excitation flash lamp, causes a large current discharge at the rising edge of this pulse to obtain strong excitation light, and irradiates the laser medium with this. I got it by doing that. The laser output thus obtained has a large peak value, ie, beam energy, at the rising edge of the pulse.
By irradiating this large beam energy onto the metal surface of the workpiece, the light absorption rate of this metal surface is improved, and the beam energy of the subsequent pulse waveform is efficiently absorbed by the metal surface. There is. In order to obtain a laser output having a large beam energy at the rising edge of the pulse, the laser output must rise sharply.

しかし、前記フラツシユランプに急激に大電流
を流しても、レーザ出力はそれに応じてすぐには
立上がらないので、急な立上がりを有するレーザ
出力を得るためには、極めて急峻な立上がりを有
する大電流を前記フラツシユランプに流すことが
必要である。ところが、フラツシユランプの放電
開始時には、その放電インピーダンスが高いの
で、前記したような極めて急峻な立上がりを有す
る大電流を流すには高電圧を印加しなければなら
ない。
However, even if a large current is suddenly passed through the flash lamp, the laser output does not rise immediately accordingly, so in order to obtain a laser output with a sudden rise, it is necessary to It is necessary to pass a current through the flash lamp. However, when a flash lamp starts discharging, its discharge impedance is high, so a high voltage must be applied to flow a large current having an extremely steep rise as described above.

しかし、フラツシユランプの放電電流を急に立
上がらせると、大電流がこのランプのカソード部
に瞬時に流入するので、このカソードの寿命を短
かくする結果になる。また、大電流に伴つて発生
する熱によつて前記ランプの管壁に熱応力や衝撃
波が急激に発生してその管壁を破損し、前記ラン
プを爆発させるという恐れがある。このようにフ
ラツシユランプの放電電流を急に立上がらせるこ
とは、装置の信頼性を悪くするという欠点を伴つ
ていた。
However, if the discharge current of the flash lamp is suddenly increased, a large current will instantly flow into the cathode of the lamp, resulting in a shortened life span of the cathode. Furthermore, there is a fear that thermal stress and shock waves are suddenly generated in the tube wall of the lamp due to the heat generated by the large current, damaging the tube wall and causing the lamp to explode. Sudden rise of the discharge current of the flash lamp in this manner has the disadvantage of impairing the reliability of the device.

一般に、ノーマルパルスレーザによる穴あけ加
工は、パルス幅1ms程度のパルスレーザを被加工
時に照射して行なう。1発のパルスレーザで加工
が不充分の場合は、1秒の数発から数十発のパル
スレーザを被加工物に照射して加工を行なう。こ
のように行なわれる穴あけ加工ではパルスレーザ
の照射によつて蒸発飛散する被加工物の微粒子が
前記パルスレーザの入射ビーム光路を横切る。そ
のため、パルス幅の長いパルスレーザを用いた場
合、このパルスの前部の有するエネルギによつて
飛散した被加工物の微粒子が、前記パルスの後部
に対応する後続の入射レーザピームを散乱して、
被加工物の加工部近傍をこの散乱レーザビームで
加熱するので、前記加工部の穴形状にだれを生じ
させるという欠点があつた。
Generally, drilling with a normal pulse laser is performed by irradiating the workpiece with a pulse laser with a pulse width of about 1 ms. If machining is insufficient with one pulsed laser beam, the workpiece is irradiated with several to several dozen pulsed laser beams per second to perform the machining. In the drilling process performed in this manner, fine particles of the workpiece that are evaporated and scattered by the pulsed laser irradiation cross the incident beam optical path of the pulsed laser. Therefore, when a pulsed laser with a long pulse width is used, fine particles of the workpiece scattered by the energy of the front part of this pulse scatter the subsequent incident laser beam corresponding to the rear part of the pulse.
Since the vicinity of the machined part of the workpiece is heated by this scattered laser beam, there is a drawback that the hole shape of the machined part becomes droopy.

また、パルスレーザのパルス幅を短くした場合
は、パルスレーザの間隔が適切でないと、先行す
るパルスレーザの照射によつて加熱された被加工
物の熱が、後続のパルスレーザによつて再び照射
されるまでに、周囲に放散してしまい、加工能率
を低下させるという欠点があつた。
In addition, when the pulse width of the pulsed laser is shortened, if the interval between the pulsed lasers is not appropriate, the heat of the workpiece heated by the preceding pulsed laser irradiation will be re-irradiated by the subsequent pulsed laser. This has the disadvantage that by the time the process is completed, it is dispersed into the surrounding area, reducing machining efficiency.

本考案は、以上の欠点を除去するためになされ
たものであり、溶接、穴あけ加工などに適したパ
ルス波形を発生し、かつ励起用ランプを破損させ
る恐れのないパルスレーザ波形制御装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and provides a pulsed laser waveform control device that generates a pulsed waveform suitable for welding, drilling, etc., and that does not cause damage to the excitation lamp. The purpose is to

以下、本考案の一実施例を図面を参照しながら
説明する。第1図は、本考案の一実施例の回路図
である。直流電源1の両端に平滑コンデンサ2が
接続され、このコンデンサ2のプラス側端に半導
体スイツチとしてのサイリスタ3のアノードが接
続されている。このサイリスタ3のカソードは、
コイル4とこのコイル4にアノードが接続された
ダイオード5と、このダイオード5のカソードに
接続されたコイル6を介して励起光を発するフラ
ツシユランプ7のアノードに接続されている。こ
のフラツシユランプ7のカソードは前記平滑コン
デンサ2のマイナス側端に接続されている。同フ
ラツシユランプ7の両端には抵抗8を介して、同
フラツシユランプ7を予め微小直流放電させるた
めの補助直流電源9が接続されている。前記ラン
プ7はトリガ回路10から放出されるトリガパル
スにより放電するものである。なお、フラツシユ
ランプ7から発せられる強い励起光は集光器11
によつてレーザロツド12に集光されるようにな
つている。このレーザロツド12からレーザ光が
発せられ、このレーザ光は反射鏡13A,13B
間を何回も往復することにより発振する。この発
振により、振幅の増大したレーザ光は透過性の前
記反射鏡13Bを透過してレンズ14に投光され
る。このレンズ14はレーザ光を収束して大きな
エネルギー密度の非常に小さなスポツトを形成し
て被加工物15に穴15Aを明ける。また、前記
平滑コンデンサ2のプラス側端は共振電用コイル
16に接続され、このコイル16は、同コイル1
6にアノードが接続された半導体スイツチとして
のサイリスタ17を介して共振充電用コンデンサ
18のプラス側端に接続され、第1の共振充電回
路を形成している。また、前記共振充電用コンデ
ンサ18のプラス側端は、このコンデンサ18の
プラス側端にアノードが接続されたダイオード1
9を介して共振充電用コンデンサ20のプラス側
端に接続され、第2の共振充電回路を形成してい
る。また、前記共振充電用コンデンサ20のプラ
ス側端は、このコンデンサ20のプラス側端にア
ノードが接続されたダイオード21を介して共振
充電用コンデンサ22のプラス側端に接続され、
第3の共振充電回路を形成している。なお、前記
コンデンサ18,20,22のマイナス側端は全
て前記平滑コンデンサ2のマイナス側端に接続さ
れている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. A smoothing capacitor 2 is connected to both ends of a DC power supply 1, and the positive end of this capacitor 2 is connected to an anode of a thyristor 3 as a semiconductor switch. The cathode of this thyristor 3 is
It is connected to the anode of a flash lamp 7 which emits excitation light via a coil 4, a diode 5 whose anode is connected to the coil 4, and a coil 6 which is connected to the cathode of the diode 5. The cathode of this flash lamp 7 is connected to the negative end of the smoothing capacitor 2. An auxiliary DC power source 9 is connected to both ends of the flash lamp 7 via a resistor 8 to cause the flash lamp 7 to discharge a minute DC discharge in advance. The lamp 7 is discharged by a trigger pulse emitted from a trigger circuit 10. Note that the strong excitation light emitted from the flash lamp 7 is transmitted to the condenser 11.
The light is focused on the laser rod 12 by the laser beam. A laser beam is emitted from this laser rod 12, and this laser beam is reflected by reflecting mirrors 13A and 13B.
It oscillates by going back and forth between the two many times. Due to this oscillation, the laser beam with increased amplitude is transmitted through the transparent reflecting mirror 13B and projected onto the lens 14. This lens 14 converges the laser beam to form a very small spot with high energy density, thereby drilling a hole 15A in the workpiece 15. Further, the positive end of the smoothing capacitor 2 is connected to a resonant electric coil 16, and this coil 16 is connected to the coil 1.
The resonant charging capacitor 18 is connected to the positive end of the resonant charging capacitor 18 via a thyristor 17, which is a semiconductor switch whose anode is connected to the resonant charging capacitor 18, thereby forming a first resonant charging circuit. Further, the positive end of the resonant charging capacitor 18 is connected to a diode 1 whose anode is connected to the positive end of the capacitor 18.
9 to the positive end of the resonant charging capacitor 20, forming a second resonant charging circuit. Further, the positive end of the resonant charging capacitor 20 is connected to the positive end of the resonant charging capacitor 22 via a diode 21 whose anode is connected to the positive end of the capacitor 20,
A third resonant charging circuit is formed. Note that the negative ends of the capacitors 18, 20, and 22 are all connected to the negative end of the smoothing capacitor 2.

前記第1、第2、第3の共振充電回路の共振充
電用コンデンサ18,20,22のプラス側端
は、それぞれ半導体スイツチとしてのサイリスタ
23,24,25のアノードに接続されており、
これらサイリスタ22,24,25のうちサイリ
スタ23,24のカソードは互いに接続され、前
記コイル6を介してフラツシユランプ7のアノー
ドに接続されている。一方、サイリスタ25のカ
ソードはコイル26およびアノード側をコイル2
6に接続してなるダイオード27を介してスイツ
チ28の一端に接続され、このスイツチ28他端
は前記平滑コンデンサ2のプラス側端に接続され
ている。なお、コイル26とダイオード27の共
通部はサイリスタ3のカソード側に接続してい
る。制御回路29は、前記サイリスタ3,17,
23,24,25のゲート端へ予め定められた時
刻にゲートパルスを送出するものである。
The positive ends of the resonant charging capacitors 18, 20, 22 of the first, second, and third resonant charging circuits are connected to the anodes of thyristors 23, 24, 25 as semiconductor switches, respectively,
Among the thyristors 22, 24, 25, the cathodes of the thyristors 23, 24 are connected to each other and to the anode of the flash lamp 7 via the coil 6. On the other hand, the cathode of the thyristor 25 is connected to the coil 26 and the anode side is connected to the coil 26.
6 is connected to one end of a switch 28, and the other end of this switch 28 is connected to the positive end of the smoothing capacitor 2. Note that a common portion of the coil 26 and the diode 27 is connected to the cathode side of the thyristor 3. The control circuit 29 includes the thyristors 3, 17,
Gate pulses are sent to gate ends 23, 24, and 25 at predetermined times.

なお、前記共振充電用コンデンサ18,20の
キヤパシタンスは、サイリスタ23,24、コイ
ル6、フラツシユランプ7を介して放電した時、
コイル6のインダクタンスとの関係で得られる放
電時間が、サイリスタ3の逆バイアス電圧によつ
て遮断するのに要するターンオフタイムにより小
さくなるように設定してある。また、前記共振充
電用コンデンサ22のキヤパシタンスは、サイリ
スタ25、コイル26,4、ダイオード5、コイ
ル6、フラツシユランプ7を介して放電した時、
コイル26,4,6のインダクタンスとの関係で
得られる放電時間が、前記サイリスタ3のターン
オフタイムより大きくなるように設定してある。
また、前記共振充電用コイル16のインダクタン
スは、前記共振充電用コンデンサ18,20,2
2のキヤパシタンスと共振し直流電源1の供給電
圧よりも大きな電圧が得られるように設定してあ
る。前記コイル4のインダクタンスは、前記サイ
リスタ3のカソードに逆バイアス電圧がターンオ
フタイムより短い時間が印加された時でも、前記
サイリスタ3からの電流を充分維持できる値に設
定されている。前記補助直流電源9によりフラツ
シユランプ7に印加される電圧は、トリガ回路1
0から前記ランプ7にトリガパルスが印加された
時、直流微小放電を行う値に設定されている。
Note that the capacitance of the resonance charging capacitors 18 and 20 is as follows when discharged through the thyristors 23 and 24, the coil 6, and the flash lamp 7.
The discharge time obtained in relation to the inductance of the coil 6 is set to be shorter than the turn-off time required to cut off the thyristor 3 by the reverse bias voltage. Further, the capacitance of the resonance charging capacitor 22 is, when discharged via the thyristor 25, the coils 26, 4, the diode 5, the coil 6, and the flash lamp 7,
The discharge time obtained in relation to the inductance of the coils 26, 4, and 6 is set to be longer than the turn-off time of the thyristor 3.
Further, the inductance of the resonant charging coil 16 is equal to the inductance of the resonant charging capacitors 18, 20, 2.
It is set so that it resonates with the capacitance of the DC power supply 1 and obtains a voltage larger than the supply voltage of the DC power supply 1. The inductance of the coil 4 is set to a value that can sufficiently maintain the current from the thyristor 3 even when a reverse bias voltage is applied to the cathode of the thyristor 3 for a time shorter than the turn-off time. The voltage applied to the flash lamp 7 by the auxiliary DC power supply 9 is applied to the trigger circuit 1.
0 to a value that causes a DC minute discharge when a trigger pulse is applied to the lamp 7.

このような構成の本実施例の動作を説明する。
初期の状態として、スイツチ28は開いておりサ
イリスタ3,17,23,24,25のゲート端
子にゲートパルスが印加されていないものとす
る。まず、フラツシユランプ7に補助直流電源9
により電圧を印加した後、トリガ回路10により
トリガパルスを印加する。そうすると前記ランプ
7は連続した直流微小放電を行う。しかし、この
直流微小放電では前記ランプ7からレーザロツド
に十分に強度の励起光を照射するとができないの
でレーザ発振は生じない。この状態で、第2図の
時刻t1に、制御回路29からサイリスタ17のゲ
ート端子へゲートパルスが送出されると、前記サ
イリスタ17が導通し、直流電源1から共振充電
用コイル16を介して共振充電用コンデンサ1
8,20,22へ直流電流が供給され充電が行な
われる。そうすると、前記共振充電用コイル16
と共振充電用コンデンサ18,20,22の共振
により、前記直流電源1の供給電圧よりも大きな
共振電圧が得られ、各コンデンサ18,20,2
2に第2図a,b,cに図示したように充電され
る。同図の時刻t2において、前記コンデンサ1
8,20,22の充電電圧はそれぞれ電圧レベル
V18,V20,V22で増加を停止し、以後定電圧を保
つ。同図の時刻t3で、前記制御回路29からサイ
リスタ3のゲート端子にゲートパルスが送出され
ると、このサイリスタ3が導通し、前記直流電源
1から前記サイリスタ3、コイル4、ダイオード
5、コイル6を介してフラツシユランプ7のアノ
ードに電流が供給される。その結果、このランプ
7の放電電流が同図eに示したように徐々に増加
しIS1の放電電流レベルで増加を停止し、そのレ
ベルを維持する。そうすると同ランプ7のカソー
ドを流れる電流密度が一様になり、かつ同ランプ
からの励起光によりレーザロツド12が十分に励
起され大きな利得を有するようになる。前記フラ
ツシユランプ7の放電電流がIS1に達する時刻
T4に、前記制御回路29からサイリスタ23の
ゲート端子にゲートパルスが送出されると、この
サイリスタ23が導通し、前記共振充電用コンデ
ンサ18の共振充電電圧V18が、前記サイリスタ
23、コイル6を介して放電を開始する。この時
点においては、前記フラツシユランプ7は、前記
したように放電電流レベルIS1の放電状態にある
ので、前記した大きな共振充電電圧V18による放
電電流が重畳する結果になり、同図eに示したよ
うに時刻t4において電流レベルIS2まで急激に増
加する。この時、前記共振充電用コンデンサ18
からの大きな共振電圧V18が、導通している前記
ダイオード5、コイル4を介して前記サイリスタ
3のカソードに印加される。しかし、前記コンデ
ンサ18とコイル6とによつて決定される放電時
間が、サイリスタ3の逆バイアス電圧によつて遮
断されるターンオフタイムより小さく設定してあ
り、かつ放電中のフラツシユランプ7はインピー
ダンスが小さいので放電が容易であり、前記サイ
リスタ3が遮断される前に前記コンデンサ18の
充電電圧が直流電源1の供給電圧V1まで低下す
る。従つて前記サイリスタ3は遮断状態になるこ
とはなく、また、コイル4のインダクタンスによ
つて前記サイリスタ3の電流は、逆バイアス中に
も継続して流れる。
The operation of this embodiment having such a configuration will be explained.
In the initial state, it is assumed that the switch 28 is open and no gate pulse is applied to the gate terminals of the thyristors 3, 17, 23, 24, and 25. First, connect the auxiliary DC power supply 9 to the flash lamp 7.
After applying a voltage, the trigger circuit 10 applies a trigger pulse. Then, the lamp 7 performs a continuous DC micro discharge. However, in this DC microdischarge, it is not possible to irradiate the laser rod with sufficiently strong excitation light from the lamp 7, so that no laser oscillation occurs. In this state, when a gate pulse is sent from the control circuit 29 to the gate terminal of the thyristor 17 at time t 1 in FIG. Resonant charging capacitor 1
DC current is supplied to 8, 20, and 22 to perform charging. Then, the resonant charging coil 16
Due to the resonance of the resonant charging capacitors 18, 20, 22, a resonant voltage larger than the supply voltage of the DC power supply 1 is obtained, and each capacitor 18, 20, 2
2 is charged as shown in FIGS. 2a, b, and c. At time t 2 in the figure, the capacitor 1
The charging voltages of 8, 20, and 22 are each voltage level.
The increase is stopped at V 18 , V 20 , and V 22 and the voltage is kept constant thereafter. At time t3 in the figure, when a gate pulse is sent from the control circuit 29 to the gate terminal of the thyristor 3, the thyristor 3 becomes conductive, and the DC power source 1 connects the thyristor 3, coil 4, diode 5, and coil. A current is supplied to the anode of the flash lamp 7 via 6. As a result, the discharge current of the lamp 7 gradually increases as shown in FIG. 7(e), stops increasing at the discharge current level of I S1 , and maintains that level. Then, the current density flowing through the cathode of the lamp 7 becomes uniform, and the laser rod 12 is sufficiently excited by the excitation light from the lamp, resulting in a large gain. Time when the discharge current of the flash lamp 7 reaches I S1
At T4 , when a gate pulse is sent from the control circuit 29 to the gate terminal of the thyristor 23, the thyristor 23 becomes conductive, and the resonant charging voltage V18 of the resonant charging capacitor 18 increases between the thyristor 23 and the coil 6. Start discharging through. At this point, the flash lamp 7 is in a discharging state at the discharging current level I S1 as described above, so that the discharging current due to the large resonant charging voltage V18 described above is superimposed, as shown in e of the figure. As shown, the current increases rapidly to the current level I S2 at time t4 . At this time, the resonance charging capacitor 18
A large resonant voltage V 18 is applied to the cathode of the thyristor 3 via the conductive diode 5 and coil 4. However, the discharge time determined by the capacitor 18 and the coil 6 is set shorter than the turn-off time cut off by the reverse bias voltage of the thyristor 3, and the flash lamp 7 during discharge has an impedance. Since the voltage is small, discharging is easy, and the charging voltage of the capacitor 18 decreases to the supply voltage V1 of the DC power supply 1 before the thyristor 3 is cut off. Therefore, the thyristor 3 is never cut off, and the current in the thyristor 3 continues to flow even during reverse bias due to the inductance of the coil 4.

前記共振充電用コンデンサ18の充電電圧が放
電の結果、直流電源1の供給電圧V1まで低下す
ると、前記サイリスタ3を介して供給される電源
による放電が主になり、放電電流はIS1になる。
When the charging voltage of the resonant charging capacitor 18 decreases to the supply voltage V1 of the DC power supply 1 as a result of discharging, the discharge is mainly caused by the power supplied through the thyristor 3, and the discharge current becomes I S1 . .

同図の時刻t5で前記制御回路29からサイリス
タ24へゲートパルスが送出されると、このサイ
リスタ24は導通し、前記共振充電用コンデンサ
20の共振充電電圧V20が、前記サイリスタ2
4、コイル6を介して放電を開始する。その結
果、前記した大きな共振充電電圧V20による放電
電流が前記フラツシユランプ7の放電電流IS1
重畳し、同図eに示したように時刻t5において放
電電流が電流レベルIS2を越えるレベルまで急激
に増加する。この時、前記共振充電用コンデンサ
20からの大きな共振電圧V20が、導通している
前記ダイオード5、コイル4を介して前記サイリ
スタ3のカソードに印加されるが、前記共振充電
用コンデンサ18の動作説明において説明したよ
うに、同サイリスタ3は遮断状態になることはな
く、放電電流IS1をフラツシユランプ7へ流し続
ける。
When a gate pulse is sent from the control circuit 29 to the thyristor 24 at time t5 in the figure, this thyristor 24 becomes conductive, and the resonant charging voltage V 20 of the resonant charging capacitor 20 increases
4. Start discharging via the coil 6. As a result, the discharge current due to the large resonant charging voltage V 20 described above is superimposed on the discharge current I S1 of the flash lamp 7, and the discharge current exceeds the current level I S2 at time t 5 as shown in e of the figure. rapidly increases to the level. At this time, a large resonant voltage V 20 from the resonant charging capacitor 20 is applied to the cathode of the thyristor 3 via the conductive diode 5 and coil 4, but the operation of the resonant charging capacitor 18 As explained in the explanation, the thyristor 3 does not enter the cut-off state and continues to flow the discharge current I S1 to the flash lamp 7.

前記共振充電用コンデンサ20の充電電圧が放
電の結果、直流電源1の供給電圧V1まで低下す
ると、前記サイリスタ3を介して供給される電源
による放電が主になり、放電電流はIS1になる。
When the charging voltage of the resonant charging capacitor 20 decreases to the supply voltage V1 of the DC power supply 1 as a result of discharging, the discharge is mainly caused by the power supplied through the thyristor 3, and the discharge current becomes I S1 . .

同図の時刻t6で前記制御回路29からサイリス
タ25のゲート端子に送出されると、このサイリ
スタ25は導通し、前記共振用コンデンサ22の
共振充電電圧V22が、前記サイリスタ25、コイ
ル26、コイル4、ダイオード5、コイル6を介
して放電を開始する。その結果、前記した大きな
共振充電電圧V22による放電電流が前記フラツシ
ユランプ7の放電電流IS1に重畳し、同図eに示
したように時刻t6において放電電流が電流レベル
S3まで急激に増加する。
When the signal is sent from the control circuit 29 to the gate terminal of the thyristor 25 at time t 6 in the figure, the thyristor 25 becomes conductive, and the resonance charging voltage V 22 of the resonance capacitor 22 is applied to the thyristor 25, the coil 26, Discharge is started via the coil 4, diode 5, and coil 6. As a result, the discharge current due to the large resonant charging voltage V 22 is superimposed on the discharge current I S1 of the flash lamp 7, and the discharge current suddenly reaches the current level I S3 at time t 6 as shown in e of the figure. increases to

この時、前記共振充電用コンデンサ22からの
大きな共振電圧V22が、導通しているサイリスタ
3のカソードに印加されるが、このサイリスタ3
のターンオフタイム以下の逆バイアス時間中は導
通状態を続ける。しかし、前記共振充電用コンデ
ンサ22、コイル26,4,6で決定される放電
時間を、サイリスタ3のターンオフタイムより大
きく設定してあるので、放電時間がこのターンオ
フタイムに達していても前記サイリスタ3は依然
と逆バイアスされる結果、時刻t7で前記サイリス
タ3は遮断される。その結果、このサイリスタ3
を介して供給されていた放電電流IS1は流れなく
なり、前記共振充電用コンデンサ22の充電電圧
による放電電流のみ前記フラツシユランプ7へ流
れることになる。そして前記コンデンサ22の充
電電圧が放電により前記直流電源1の供給電圧
V1まで低下すると、ダイオード19,21が順
方向バアイスされるので、前記共振充電用コンデ
ンサ18,20の残留充電電圧V1もサイリスタ
25を介して前記フラツシユランプ7へ放電電流
を流す。そうして、時刻t8においてほぼ前記コン
デンサ18,20,22の充電電圧がほぼ零レベ
ル電圧まで低下して一連のパルス発生動作が完了
する。以後は、前記した時刻t1〜t8における動作
と同様の動作を繰返す。
At this time, a large resonant voltage V 22 from the resonant charging capacitor 22 is applied to the cathode of the thyristor 3 which is conducting.
It remains conductive during the reverse bias time that is less than the turn-off time of . However, since the discharging time determined by the resonant charging capacitor 22 and the coils 26, 4, and 6 is set larger than the turn-off time of the thyristor 3, even if the discharging time reaches this turn-off time, the thyristor 3 is still reverse biased, so that at time t7 the thyristor 3 is cut off. As a result, this thyristor 3
The discharge current I S1 that had been supplied through the resonant charging capacitor 22 stops flowing, and only the discharge current due to the charging voltage of the resonant charging capacitor 22 flows to the flash lamp 7. Then, the charging voltage of the capacitor 22 changes to the supply voltage of the DC power supply 1 due to discharge.
When the voltage drops to V 1 , the diodes 19 and 21 are biased in the forward direction, so that the residual charging voltage V 1 of the resonant charging capacitors 18 and 20 also causes a discharge current to flow through the thyristor 25 to the flash lamp 7 . Then, at time t8 , the charging voltages of the capacitors 18, 20, and 22 drop to approximately zero level voltage, and the series of pulse generation operations is completed. Thereafter, the same operations as those at times t 1 to t 8 described above are repeated.

このように、本実施例は、フラツシユランプ7
の放電電流を直流微小放電状態から電流レベルI
S1までゆるやかに増加させ、同ランプ7のカソー
ド面に電流IS1が均一に流れるようになつた後、
この放電電流IS1に共振充電用コンデンサ18,
20,22の放電により得られる短いパルスの放
電電流を重畳するようにしている。したがつて、
同ランプ7のカソードに初めから大電流が流れな
いので、同カソードの電極物質を飛散することは
なくなり同カソードの寿命を長くすることができ
る。また、大電流に伴つて同ランプ7の管壁に発
生する熱応力や衝撃波を抑制できるので、同ラン
プ7の破損の恐れがなくなる。
In this way, in this embodiment, the flash lamp 7
discharge current from DC microdischarge state to current level I
After the current I S1 flows uniformly to the cathode surface of the lamp 7 by increasing it slowly to S1,
The resonant charging capacitor 18,
The short pulse discharge currents obtained by the discharges 20 and 22 are superimposed. Therefore,
Since a large current does not flow through the cathode of the lamp 7 from the beginning, the electrode material of the cathode is not scattered, and the life of the cathode can be extended. In addition, thermal stress and shock waves generated on the tube wall of the lamp 7 due to large current can be suppressed, eliminating the risk of damage to the lamp 7.

レーザ発振は、発振のスレツシユホールドレベ
ルをフラツシユランプ7の放電電流のどの値に設
定するかによつて、第2図f,gに示すように異
つたレーザ出力波形が得られる。第2図fは発振
フラツシユホールドレベルをIS4に設定したとき
のレーザ出力波形であり、第2図gは放電電流レ
ベルをIS1に設定したときのレーザ出力波形であ
る。第2図f,gに示したように立上がりの急峻
なパルスが所定の時間間隔で出力される。従つて
先行するパルスを被加工物に照射し、除去物を飛
散し、その飛散粒子がレーザビーム光路になくな
つた時、後続のパルスが再び同被加工物に照射さ
れるので、除去物の飛散粒子によりレーザビーム
が散乱することはなくなり、加工部周囲を加熱す
ることがなくなる。そのため、従来、散乱レーザ
ビームで加工部の穴形状にだれを生じさせること
があつた穴あけ加工に、第2図f,gの波形は適
している。
In laser oscillation, different laser output waveforms can be obtained as shown in FIG. FIG. 2f shows the laser output waveform when the oscillation flash hold level is set to I S4 , and FIG. 2g shows the laser output waveform when the discharge current level is set to I S1 . As shown in FIG. 2 f and g, steeply rising pulses are output at predetermined time intervals. Therefore, the preceding pulse is irradiated to the workpiece, the removed material is scattered, and when the scattered particles are no longer in the laser beam optical path, the subsequent pulse is irradiated to the same workpiece again, so that the removed material is scattered. The laser beam is no longer scattered by flying particles, and the area around the processing area is no longer heated. Therefore, the waveforms shown in FIGS. 2(f) and 2(g) are suitable for drilling operations in which conventionally the scattered laser beam has caused drooping in the hole shape of the processed portion.

また、第2図f,gに示したように、レーザパ
ルスは予め定められた時間間隔で連続して自動的
に出力されるので、先行するパルスの残留熱が放
散しないうちに、後続のパルスが被加工物に照射
されるので、効率的に穴あけ加工が行なわれる。
In addition, as shown in Figure 2 f and g, since laser pulses are automatically output continuously at predetermined time intervals, subsequent pulses can be output before the residual heat of the preceding pulse has dissipated. Since the beam is irradiated onto the workpiece, drilling is performed efficiently.

また、スイツチ28を閉じて、前記した動作を
行なわせると、時刻t1〜t5までの動作は前記した
動作と同じであるが、時刻t6において異つた動作
をする。すなわち、前記共振充電用コンデンサ2
2の大きな共振充電電圧がコイル26を介してダ
イオード27のアノードに印加されると、このダ
イオード27は順方向にバイアスされるので導通
し、閉じたスイツチ28を介して平滑コンデンサ
2のプラス側端子へ放電電流が流れる。そのた
め、サイリスタ3を介して供給される放電電流I
S1に、前記共振充電用コンデンサ22からの放電
電流が重畳されることはない。第2図hは、前記
したようにスイツチ27を閉じたときのフラツシ
ユランプ7の放電電流の波形を示した図である。
時刻t6において放電電流IS1に電流パルスが重畳
されず、電流レベルIS1を維持する。そうして、
時刻t7において減少を開始し時刻t8でほぼ零レベ
ルになつている。第2図iはレーザ発振スレツシ
ユホールドレベルをIS4に設定したときのレーザ
出力波形である。この第2図iから明らかなよう
に、パルスの初期に高いピーク出力を有し、最終
部はゆるやかに立ち下がる波形となつている。第
2図iのような波形は、加工部を溶かした後接合
する溶接加工に適している。すなわち、パルスの
前部の大きなエネルギで加工部を溶かし、パルス
後部のあまり大きくないエネルギで接合部に予熱
を与えることができる。
Further, when the switch 28 is closed and the above-described operation is performed, the operation from time t1 to t5 is the same as the above-described operation, but a different operation is performed at time t6 . That is, the resonance charging capacitor 2
When a large resonant charging voltage of 2 is applied to the anode of the diode 27 through the coil 26, the diode 27 is forward biased and conducts, and the positive terminal of the smoothing capacitor 2 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor 2 through the closed switch 28. A discharge current flows to. Therefore, the discharge current I supplied via the thyristor 3
The discharge current from the resonance charging capacitor 22 is not superimposed on S1 . FIG. 2h is a diagram showing the waveform of the discharge current of the flash lamp 7 when the switch 27 is closed as described above.
At time t6 , no current pulse is superimposed on the discharge current I S1 , and the current level I S1 is maintained. Then,
It starts to decrease at time t7 and reaches almost zero level at time t8 . Figure 2i shows the laser output waveform when the laser oscillation threshold level is set to I S4 . As is clear from FIG. 2i, the waveform has a high peak output at the beginning of the pulse and a gradual fall at the end. The waveform shown in Fig. 2i is suitable for welding in which the processed parts are melted and then joined. That is, the large energy at the front of the pulse can melt the processed portion, and the less large energy at the rear of the pulse can preheat the joint.

なお、本考案は前記した一実施例に限定される
ものではない。たとえば、前記実施例において
は、共振充電用コンデンサを3個設けて出力され
るパルスレーザ2個または3個得られるようにし
たが、前記コンデンサを2個にして出力されるパ
ルスレーザを1個または2個得られるようにして
もよいし、前記コンデンサを3個以上設けて3個
以上のパルスレーザ出力が得られるようにしても
よい。また前記実施例では、半導体スイツチとし
てサイリスタを用いたが、ゲートパルスによつて
導通するものなら他の半導体素子でもよい。その
他、本考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実
施できるのは勿論である。
Note that the present invention is not limited to the one embodiment described above. For example, in the above embodiment, three resonant charging capacitors are provided to output two or three pulsed lasers, but two capacitors are provided to output one or three pulsed lasers. Two capacitors may be provided, or three or more capacitors may be provided to obtain three or more pulsed laser outputs. Further, in the embodiment described above, a thyristor was used as the semiconductor switch, but any other semiconductor element may be used as long as it becomes conductive in response to a gate pulse. Of course, various other modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

このように、本考案は、レーザ媒質に励起光を
照射する励起用ランプの放電電流を、前記レーザ
媒質が十分励起されるレベルまでゆるやかに増加
し、同ランプのカソードの電流密度が一様になつ
たとき、共振充電回路からの単数または複数の急
峻な立ち上がりを有するパルス状の放電電流を、
すでに同ランプを流れている放電電流に重畳し、
すでに十分励起されて大きな利得を有する同レザ
ー媒質に強い励起光を照射して、立上がりの急峻
なパルスレーザを得るものである。従つて、本考
案によれば、励起用ランプに急激に大電流が流れ
ることはなくかつ得られるレーザパルス光は所定
の時間間隔で連続的い出力されるので、前記励起
用ランプを破損させる恐れがなくかつ溶接、穴あ
け加工などに適したパルス波形を発生できるパル
スレーザ制御装置を提供できる。
In this way, the present invention gradually increases the discharge current of the excitation lamp that irradiates the laser medium with excitation light to a level at which the laser medium is sufficiently excited, so that the current density at the cathode of the lamp becomes uniform. When the temperature rises, one or more pulsed discharge currents with steep rises from the resonant charging circuit are
superimposed on the discharge current already flowing through the lamp,
The laser medium, which is already sufficiently excited and has a large gain, is irradiated with strong excitation light to obtain a pulsed laser with a steep rise. Therefore, according to the present invention, a large current does not suddenly flow through the excitation lamp, and the resulting laser pulse light is output continuously at predetermined time intervals, so there is no risk of damaging the excitation lamp. It is possible to provide a pulsed laser control device that can generate a pulse waveform suitable for welding, drilling, etc. without any problems.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図は本考案の一実施例に係
り、第1図は回路図、第2図a,b,cは各共振
充電用コンデンサの充電電圧の波形図、同図dは
直流電源の供給電圧の波形図、同図e,hはフラ
ツシユランプの放電電流の波形図、同図f,g,
iはレーザ出力波形図である。 1……直流電源、2……平滑コンデンサ、3…
…サイリスタ、4……コイル、5……ダイオー
ド、6……コイル、7……フラツシユランプ、9
……補助直流電源、10……トリガ回路、12…
…レーザロツド、16……共振充電用コイル、1
7……サイリスタ、18,19,20……共振充
電用コンデンサ、23,24,25……サイリス
タ、26……コイル、28……スイツチ、29…
…制御回路。
Fig. 1 and Fig. 2 relate to an embodiment of the present invention, Fig. 1 is a circuit diagram, Fig. 2 a, b, and c are waveform charts of the charging voltage of each resonant charging capacitor, and Fig. 2 d is a DC Waveform diagrams of the supply voltage of the power supply, e and h in the same figure are waveform diagrams of the discharge current of the flash lamp, f, g in the same figure,
i is a laser output waveform diagram. 1...DC power supply, 2...Smoothing capacitor, 3...
...Thyristor, 4...Coil, 5...Diode, 6...Coil, 7...Flash lamp, 9
...Auxiliary DC power supply, 10...Trigger circuit, 12...
...Laser rod, 16... Resonance charging coil, 1
7... Thyristor, 18, 19, 20... Resonance charging capacitor, 23, 24, 25... Thyristor, 26... Coil, 28... Switch, 29...
...control circuit.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] レーザ媒質を有するレーザ発振部と、励起用ラ
ンプとを備え、この励起用ランプを発光駆動する
ことにより上記レーザ媒質を励起してレーザ発光
を行なわせるパルスレーザ波形制御装置におい
て、前記励起用ランプに対し直流微少電流を供給
して連続した直流微少放電を行なわせる補助直流
電源回路と、この補助電源回路とは異なる主電源
回路と、この主電源回路の出力電圧をそれぞれ共
振充電する複数の共振充電回路と、これらの共振
充電回路の放電に先立ち前記主直流電源回路から
前記励起用ランプに対し所定の放電電流を徐々に
供給してランプのカソード面の電流密度が均一と
なる放電状態を得る第1の半導体スイツチ回路
と、前記各共振充電回路に充電された電荷を選択
的に所定のタイミングでそれぞれ放電させその各
パルス状電流を前記励起用ランプに前記主直流電
源回路からの放電電流に重畳して供給し励起用ラ
ンプに立上がりの急峻なパルス発光を行なわせる
複数の第2の半導体スイツチ回路と、これらの第
2の半導体スイツチ回路および前記第1の半導体
スイツチ回路の動作タイミングを制御する制御回
路とを具備したことを特徴とするパルスレーザ波
形制御装置。
A pulsed laser waveform control device comprising a laser oscillation unit having a laser medium and an excitation lamp, and driving the excitation lamp to emit light to excite the laser medium to emit laser light. On the other hand, there is an auxiliary DC power supply circuit that supplies a DC minute current to perform continuous DC minute discharge, a main power supply circuit different from this auxiliary power supply circuit, and a plurality of resonant charging circuits that resonantly charge the output voltage of this main power supply circuit, respectively. and a step of gradually supplying a predetermined discharge current from the main DC power supply circuit to the excitation lamp to obtain a discharge state in which the current density on the cathode surface of the lamp is uniform, prior to discharging the circuit and the resonant charging circuit. 1 semiconductor switch circuit and each of the resonant charging circuits is selectively discharged at a predetermined timing, and each of the pulsed currents is superimposed on the discharge current from the main DC power supply circuit to the excitation lamp. a plurality of second semiconductor switch circuits that supply pulsed light to the excitation lamp to cause the excitation lamp to emit pulsed light with a steep rise; and control that controls the operation timing of these second semiconductor switch circuits and the first semiconductor switch circuit. A pulsed laser waveform control device characterized by comprising a circuit.
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