JPS63160776A - 高速パルスレ−ザ加工装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速繰り返しパルスレーザ光でレーザ加工を
行う装置に関し、特にパルスレーザ光のピーク出力値を
可変制御することによって適正な加工品質を得るように
したものである。

（従来の技術） 高速繰り返しパルスレーザ光は、パルス繰り返Ｌｆｉが
大体５０〜２００パルス／数のパルスレーザ光で、主に
シーム溶接や切断等のレーザ加工に用いられている。

レーザ光発生手段としてよく使われるのはＹＡＧレーザ
で、クリプトンランプ等の励起用フラッシュランプを上
記のパルス繰り返し数に相当する周波数で点滅させてＹ
ＡＧレーザロッドをパルス発振させるようにしている。

シーム溶接とは、比較的薄い金属板の合わせ目または継
ぎ目を縫うように連続的に溶接接合する加工であり、被
加工物としては、例えば乾電池や半導体装置等の各種金
属ケース、リレー［子管外囲器等がある。

第４図に示すような金属ケースの蓋部１００に対するシ
ーム溶接では、点線で示す合わせ目１０２に沿ってパル
スレーザ光のスポットＳＰを移動させることにより、合
わせ目１０２を連続的に溶接接合する。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来のシーム溶接では、パルスレーザ光のピ
ーク出力値を一定にしてビームスポットを移動させてい
た。第４図を例にとると、加工位置Ｐｏからスタートし
、合わせ目１０２に沿ってビームスポットＳＰを例えば
反時計回りに一周させるのであるが、この間、パルスレ
ーザ光のピーク出力値はレーザ媒体の発振特性の変動等
によって多少変動することがあっても大体一定である。

ところが、ビームスポットＳＰの移動速度、つまりレー
ザ出射装置の移動速度のほうは一定ではなく、角部（例
えばＰ１〜Ｐ２）では方向転換するためにかなり遅（な
る。

しかして、そのような角部でのレーザエネルギの照射密
度は直線部でのそれよりもずっと大きくなり、その結果
合わせ目１０２の一周にわたって一定な溶接強度ないし
溶接品質が得られないという不具合が生じる。

また、直線部のシーム溶接においても、パルスレーザ光
のピーク出力値が一定であると、スタート位置と中間位
置とでは溶接品質にバラツキのでることがある。すなわ
ち、スタート位置付近ではパルスレーザ光が照射されて
間もないため被溶接物において熱が放散しやすいが、中
間位置付近では直前の位置に照射されたレーザエネルギ
の熱が及んで（るため熱がこもり、あたかも過大なレー
ザエネルギが照射されたような結果になることがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、上述
したシーム溶接のようにある区間にわたるレーザ加工に
おいて、より均一または適正な加工品質を得るようにし
た高速パルスレーザ装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明の構成は、高速繰り返しパル
スレーザ光を被加工物に照射して所定のレーザ加工を行
う高速パルスレーザ加°工装置において、加工位置、加
工時点等の加工ポイントに対応させて各パルスレーザ光
のピーク出力値を可変制御する手段を備えることを特徴
とする。

（作用） 例えば、シーム溶接において溶接区間に直線部と角部が
ある場合、被加工物に照射されるパルスレーザ光のビー
ムスポットの移動速度は一定ではなく、角部のところで
は方向転換のために遅くなる。本発明にしたがえば、そ
のような角部に対してはパルスレーザ光のピーク出力値
が下げられ、これにより被加工物に与えられるレーザエ
ネルギ密度は低下する結果、単位部分区間力たりのレー
ザエネルギ量が一定に保たれることになり、一定の溶接
強度ないし溶接品質が確保される。

全体的に直線的な溶接区間に対するシーム溶接やその他
のレーザ加工に対しても、パルスレーザ光のピーク出力
値が可変制御されることによって加工ポイントに適応し
た高精度な加工品質が得られる場合は多い。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明の一実施例による高速パルスレーザ装
置の主要な構成を示す。

（Ａ）レーザ光発生部１０ レーザ光発生部１０はＹＡＧレーザで、クリプトンラン
プもしくはキセノンランプ等の励起ランプ１２を発光さ
せ、その先エネルギをＹＡＧロッド１４に照射してレー
ザ発振を起こさせる。反射ミラー１６と出力ミラー１８
はレーザ共振器を構成し、出力ミラー１８から出たレー
ザ光ＬＢは反射率１％の低反射型ビームスプリッタ２０
を透過して外部へ送出され、所定のレーザ加工、例えば
シーム溶接に供せられる。

（Ｂ）電源部３０ 電源部３０は、上記励起ランプ１２に高速繰り返しパル
スの励起用電力を供給する。電圧制御回路３４には、商
用電源３２より、例えば２００■の商用交流電圧が与え
られる。電圧制御回路３４は、交流−直流変換器を有し
、後述するピーク出力値可変制御部５０からの電圧制御
信号Ｃ８に応じてその直流出力電圧Ｖｏを制御する。こ
の直流電圧Ｖｏは、大容量の充電コンデンサ３８を介し
てスイッチング回路３８に供給される。スイッチング回
路３８は、タイミング回路４６からのタイミング信号Ｔ
２に応動して可能化され、入力した直流電圧ＶＯを一定
の周波数、例えば５０〜２００Ｈｚで切り刻むようにし
てパルス電圧ＰＶｏに変換し、これをダイオード４０を
介して励起ランプ１２に供給する。シマー回路４２は、
励起ランプ１２内の放電路を安定化させるためのもので
、ダイオード４４を介して１００〜２００ｍＡ程度の微
弱な予備電流を励起ランプ１２に供給する。

励起ランプ１２の点灯は、スタート信号ＳＴに応答して
タイミング回路４６により起動させられたトリガ回路４
８がトリガ電極２２にトリガパルスＳｔを印加すること
によって行われる。

（Ｃ）ピーク出力値可変制御部５０ この実施例のピーク出力値可変制御部５０はマイクロコ
ンピュータを利用する。先ず、操作者はキーボードやマ
ウス等を含む入力装置６６とＣＲＴディスプレイ等の表
示装置６８を通して、与えられたレーザ加工の位置的区
間または時間的区間に対スるパルスレーザ光のピーク出
力値のパターンを設定入力する。ＲＯＭＢ２には、その
設定入力のための入力ルーチンやスクリーンエディタ等
のプログラムが格納されている。そして、設定入力され
たピーク出力値パターンのデータはＲＡＭ６４に格納さ
れる。

第２図は、設定入力されるピーク出力値パターンの例を
示す。第２図（Ａ）のパターンは、第３図のように角部
を含むシーム溶接に好適なもので、角部に対応する部分
区間ＴＩ　−Ｔ２　、Ｔ３〜Ｔ４のところでピーク出力
値が落ち込んだ形になっている。第２図（Ｂ）のパター
ンは、溶接が進行するにつれてだんだんと熱がこもるよ
うなシーム溶接に好適なもので、一定の傾斜でピーク出
力値が次第に低下する形になっている。これら図示のパ
ターン例のほかにも、登り傾斜形や曲線形等、任意のパ
ターンが設定入力可能である。

さて、例えば第２図（Ａ）のパターンを適用すべきシー
ム溶接が開始されると、ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ６２に格
納されたプログラムにしたがってＲＡＭ８４よりそのパ
ターンのデータを逐次読み出してそれに対応した電圧制
御信号Ｃ８を生成し、これをｌ１０（入出力インターフ
ェイス）５６゜Ｄ／Ａ　（ディジタル・アナログ）変換
器５８を介して電源部３０の電圧制御回路３４に与える
。電源部３０では、スタート信号ＳＴに応動してスイッ
チング回路３８が可能化される。これにより、第３図（
Ａ）に示すように、励起ランプ１２に供給される各励起
用パルス電流■０のピーク電流値の時間的変化（軌跡）
、ひいては各パルスレーザ光ＬＢのピーク出力値の時間
的変化（軌跡）が第２図（Ａ）のパターンに一致する。

したがって、角部Ｔｌ−Ｔ２．Ｔ３〜Ｔ４のところでは
ピーク出力値が落ち込むことになるが、それによってレ
ーザ照射エネルギ密度は直線部とほぼ等しくなり、溶接
区間全体でほぼ一定な溶接強度ないし溶接品質が得られ
ることになる。

なお、第３図（Ｂ）は、第２図（Ａ）のパターンを適用
してシーム溶接を行った場合に得られる励起用パルス電
流Ｉｏのピーク電流値の時間的変化（軌跡）、および各
パルスレーザ光ＬＢのピーク出力値の時間的変化（軌跡
）を示す。この場合も、結果的には溶接区間全体でほぼ
一定な溶接強度ないし溶接品質が得られることになる。

位置検出器７０は、被加工物（図示せず）上における各
パルスレーザ光ＬＢのビームスポット位置を検出するも
ので、現在のビームスポット位置を表す位置検出信号Ｋ
ＥをＩ　１０５　Ｂを介してＣＰＵ８０に送る。ＣＰＵ
６０は、その信号ＫＥを基に現在の加工位置に対応した
パターンデータをＲＡＭ６４より読み出すことができる
。

光センサ装置５２は、ビームスプリッタ２０からの反射
光ＬＢ”を受けて各パルスレーザ光ＬＢのピーク出力値
を表すアナログの電圧信号ｖｐを発生する。この電圧信
号ｖｐは、Ａ／Ｄ　（アナリグ・ディジタル）変換器５
４でディジタル信号Ｄｖｐに変換されてからｌ１０５Ｂ
を通ってＣＰＵ６０に供給される。ＣＰＵ８０は、ディ
ジタル信号Ｄｖｐをモニタ信号またはピーク出力値検出
データとして受は取り、いったんＲＡＭ８４にストアす
る。そして、かかるデータを基に表示装置６８に即時的
にまたは必要に応じてパルスレーザ光のピーク出力値を
設定入カバターンと一緒に表示する。また、実際のパル
スレーザ光のピーク出力値が設定人カバターンに一致し
ない場合があり、例えばＹＡＧ口、ド１４で熱レンズ効
果が発生して各励起用パルス電流１ｏのピーク出力値に
各パルスレーザ光ＬＢのピーク出力値が対応（比例）し
ない場合がある。そのような場合、ＣＰＵ６０は、ピー
ク出力（６４９出データＤｖｐに基づいて電圧制御信号
Ｃ８に補正値を加えてよい。すなわち高速繰り返しパル
スレーザ光にあっては、近接（前後）するパルスレーザ
光のピーク出力値は設定値でもそれほど違うことがない
ので、直前のパルスレーザ光のピーク出力値検出データ
Ｄｖｐを設定値き比較して誤差を割り出し、その誤差を
力くずように次のパルスレーザ光に対する電圧制御信号
Ｃ８に補正をかけることができる。

（Ｄ）ランプ保護部８０ この実施例では、励起ランプ１２を過大な供給電力から
保護するランプ保護部８０が設けられている。

Ｌ述のようにして励起ランプ１２が点灯するとパルス状
のランプ電流ＩＯがランプ１２内を励起電ｆ？Ｌ、！：
Ｌ、て流れる。このランプ電流Ｉｏは７ヤント抵抗８２
にも流れ、そこで生じたパルス状のＩ■圧（降下）ＶＡ
はランプ電流１ｏを表す電流検出信号として電流検出回
路８４に取り込まれる。電流検出回路８４は各パルス吠
電圧Ｖ＾を時間積分し、各積分値または所定数のパルス
毎の累積積分値にある定数を乗算してランプ電流Ｉｏの
値を表す電圧信号ｖ１を生成する。この電圧信号ｖｌは
電流検出信号として電力演算回路８８に与えられる。

一方、コンデンサ３６の端子間電圧、つまり電圧制御回
路３４の出力電力Ｖｏが電圧検出回路８６によって検出
される。この電圧検出回路８６は例えば入力電圧Ｖｏに
対して一定の比率（１／Ｂ：１３＞１）のレベルをもつ
電圧信号ＶＯを出力する回路でよく、この電圧信号ｖｏ
は電圧検出信号として電力演算回路８８に与えられる。

電力演算回路８８は電流検出信号ｖｌと電圧検出信号Ｖ
Ｏとを乗算し、励起ランプ１２に現在供給されている電
力Ｐｏを表す電圧信号ｖｐを生成する。この際、検出の
対象になっている直流電圧ＶＯと実際にランプ１２に供
給されているパルス電圧ＰＶｏとの差を補正するための
定数を乗算してもよい。こうして得られた電圧信号ｖｐ
は電力検出信号として比較回路９２に与えられる。

比較回路９２は、電力制限値設定回路９０より例えばｔ
限の電力制限値ＵＰを表す電圧信号ｙｕｐを受は取り、
この電圧信号ｖｕｐと電力検出信号ｖｐとを比較して両
信号間の大小関係を示す二値の比較結果信号ＣＦを発生
する。すなわちＮＶｕｐ＞ｖｐのとき“０”で、ｖｕｐ
≦ｖｐのとき“１”となるような二値信号ＣＦを発生す
る。電力制限値ＵＰは励起ランプ１２の最大定格電力よ
り幾分低い値に設定され、したがって通常はｖ　ＵＰ＞
　ｖ　ｐの関係が保たれ、比較結果信号ＣＦは“０”で
ある。電圧制御回路３４は　＆ｌＱ”の比較結果信号Ｃ
Ｆに対しては何ら応答しない。しかし、ピーク出力値可
変制御部５０からの電圧制御信号Ｃ８が過大な直流出力
電圧Ｖｏひいては過大なピーク出力値を指示した場合に
、あるいはそうでなくともレーザ発振効率の低Ｆその他
の何らかの原因により、ランプ１２に供給されている電
力Ｐｏが最大定格電力を越えることがある。そうなると
、Ｖｕｐ≦ｖｐで比較結果信号ＣＦが“１”になり、こ
れに応答して電圧制御回路３４は電圧制御信号Ｃ８に拘
わらす直流出力電圧ＶＯを強制的に比較的低い所定値に
シフトする。これにより、スイッチング回路３６の出力
パルス電圧ＰＶｏのレベルが低ドし、その結果ランプ１
２に供給される電力Ｐ。

が強制的に下げられる。

このように、ランプ１２に供給されている電力が最大定
格電力より幾分低い所定値に設定されたＬ限の電力制限
値を越えそうな時には、その事態が検出されて自動的に
安全値に下げられるので、ランプ１２が過大な電力によ
って破壊したり消耗度を早めるようなおそれがない。し
たがって、ピーク出力値可変制御部５０にあっては、ラ
ンプ１２のほうをそれほど心配することなく、任意のピ
ークイ１αパターンを入力設定することができる。なお
、電力制限値設定回路９０には、必要に応じて下限の電
力制限値を設定することも可能である。

（発明の効果） 以上のように、本発明によれば、加工ポイントに合わせ
てパルスレーザ光のピーク出力値を可変制御するように
したので、結果的により適正な加工品質を得ることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による高速パルスレーザ装
置の主要な構成を示すブロック図、第２図は、第１図の
装置のピーク出力値可変制御部において設定入力される
ピーク出力値パターンの例を示す図、 第３図は、第１図の装置の動作例を示す信号波形図、お
よび 第４図は、角部を含む区間に対するシーム溶接の方法を
示す略平面図である。 図面において、 １０・・・・レーザ光発生部、 １２・・・・励起ランプ、 １４・・・・レーザロッド、 ３０・・・・電源部、 ３４・・・・電圧制御回路、 ３８・・・・スイッチング回路、 ５０・・・・ピーク出力値可変制御部、５２・・・・光
センサ装置、 ５６・・・・Ｉｌｏ、 ６０・・・・ＣＰＵ。 ６２・・・・ＲＯＭ。 ６４・・・・ＲＡＭ１ ６６・・・・入力装置、 ６８・・・・表示装置、 ７０・・・・位置検出装置、 ８０・・・・ランプ保護部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高速繰り返しパルスレーザ光を被加工物に照射して所定
   のレーザ加工を行う高速パルスレーザ加工装置において
   、 加工位置、加工時点等の加工ポイントに対応させてパル
   スレーザ光のピーク出力値を可変制御する手段を備える
   ことを特徴とする高速パルスレーザ加工装置。