JPH02280391A - ガスレーザ発振器 - Google Patents

ガスレーザ発振器

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JPH02280391A
JPH02280391A JP1100271A JP10027189A JPH02280391A JP H02280391 A JPH02280391 A JP H02280391A JP 1100271 A JP1100271 A JP 1100271A JP 10027189 A JP10027189 A JP 10027189A JP H02280391 A JPH02280391 A JP H02280391A
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JP
Japan
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reynolds number
laser medium
medium gas
gas
laser
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Pending
Application number
JP1100271A
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English (en)
Inventor
Hidehiko Karasaki
秀彦 唐崎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP1100271A priority Critical patent/JPH02280391A/ja
Publication of JPH02280391A publication Critical patent/JPH02280391A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/104Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation in gas lasers

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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、発生したレーザ光を利用して金属または非金
属の切断、溶接2表面処理等を行う装置のガスレーザ発
振器に関するものである。
(従来の技術) 第7図に従来の技術を用いたガスレーザ発振器の構成例
を示す。同図において、1は循環ポンプであり、レーザ
媒質ガスを循環させる働きをする。
2は放電管であり、レーザ媒質ガスを大気から融離する
。3はアノード電極、4はカソード電極であり1両電極
管で放電を維持する。5は出力鏡であり1発生したレー
ザ光の一部を出力として取り出す働きをする。6は終端
鏡であり、出力鏡5と対で発振器を形成し、発生したレ
ーザ光を増幅する役目を果たす。
本構成において、レーザ媒質ガスのレイノルズ数は、放
電管長をLとすると で一般に表わされる。ここで、ρはレーザ媒質ガスの密
度、μはレーザ媒質ガスの粘度であり、■は放電管内を
通過するレーザ媒質ガスの流速である。放電管内レーザ
媒質ガス流速Vは、循環ポンプの流量特性から算出され
、 ■=−・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・(2)で表わされる。ここで、Fは指定されたある
条件下、すなわち運転条件下における流量であり、Aは
放電管のレーザ媒質ガスに垂直方向の断面積である。レ
ーザ媒質ガスの密度および粘度は、レーザ媒質ガスの成
分比、圧力、放電管内温度で補正した値を用いる。
以上の方法で算出された従来のガスレーザ発振器の放電
管内のレイノルズ数はIoooo以上に達する。
(発明が解決しようとする課題) 10000以上のレイノルズ数では、流体力学上放電管
内のレーザ媒質ガスの流れは乱流状態であり、レーザ媒
質ガスが変動するため、レーザ光の利得分布が安定しな
い。従って、レーザビーム横モードの形状が時間的に変
動し、エネルギー密度の最大値を示す位置が変化するた
め、切断幅が広がったり、切断加工面の粗さが増加した
り、切断加工面の光沢を失ったり、熱処理が不均一にな
ったりする欠点があった。
本発明の目的は、従来の欠点を解消し、放電区域内のレ
ーザ媒質ガスのレイノルズ数を2300以下になるよう
に、レーザ媒質ガスの密度、粘度、流速を調節または制
御する機構を具備したガスレーザ発振器を提供すること
である。
(課題を解決するための手段) 本発明のガスレーザ発振器は、レーザ光を発生させるた
めレーザ媒質ガスを循環させ、かつ循環系の一区域に放
電区域を設けたガスレーザ発振器において、放電区域内
のレーザ媒質ガスのレイノルズ数が2300以下になる
ように、レーザ媒質ガスの密度、粘度、流速を調節制御
する機構を有するものであり、また、放電区域内のレー
ザ媒質ガスを層僚化するため、放電区域内または放電区
域上流側に整流機構を有するものであり、さらに、放電
区域内のレーザ媒質ガスのレイノルズ数を2300以下
に抑えるために、中央処理ユニツ1−.センサ。
A/Dコンバータ、ドライブ回路および制御駆動機構で
構成され、センサの出力信号をA/Dコンバータでディ
ジタル信号化し、中央処理ユニットでレイノルズ数を演
算して、その結果に基づいて制御!駆動機構をコン1−
ロールする機能を有する装置を設けたものである。
(作 用) 放電区域のレーザ媒質ガスのレイノルズ数が2300以
下になると、放電管内のレーザ媒質ガスの流れが安定し
、レーザ媒質ガスの変動がなくなるため、レーザ光の利
得分布が安定する。安定したレーザ媒質ガスから発生し
たレーザ光は、レーザ光の横モード、すなわちレーザ光
の空間強度分布が安定するため、切断加工時の切断幅が
狭くなるだけでなく、切断加工表面の粗さが低減し、切
断加工面の光沢が増す。また、熱処理時には処理効果が
安定し、加工品質の向上が認められる。
(実施例) 本発明の一実施例を第1図ないし第6図に裁づいて説明
する。
第1図は、本発明のガスレーザ発振器の構成図である。
同図において、第7図に示した従来例と同じ部分には同
−符−)を付し、その説明を省略する。
第」図において、7はレーザ媒質ガスの整流装置であり
、8はレイノルズ数制御装置である。レイノルズ数制御
装置8の一例を第2図に示す。大別して、レイノルズ数
制御装置8はコントローラ10、ドライバ1】、制御1
ψ動機t)】2から構成されコントローラ10は制御命
令をドライバ11に転送し2ドライバ11が制御駆動機
構12を制御命令に従−つで駆動する。レイノルズ数を
制御するため、上記(1)式からも明らかであるように
、放電管内のレーザ媒質ガス密度および粘度、放電管長
と、放′I′l!管内のレーザ媒質ガスの流速を制御す
る必要がある6これらの因子の中からレーザ媒質ガスの
密度、レーザ媒質ガスの粘度は、レーザ媒質ガスの組成
圧力および放電管内のレーザ媒質ガスの温度から算出さ
れる。式(1)に示された放電管長しは設計値に固定で
あり、フィードバック系の信号となり得ない。本実施例
では、放電管内のレーザ媒質ガスの流速制御によるレイ
ノルズ数制御を行う機構の一例を紹介する。第2図にお
いて、13は流体制御板、14は差圧コントローラ、1
5は流体制御板駆動回路、 16は熱電対等の温度セン
サ、17はレーザffffガスの各組成ごとに取り付け
られた流量センサ、18は圧力センサ、19は@環系の
途中に挿入された流量センサ、20は各センサの接点を
切り換えるスキャナ、21はセンサの出力信号をディジ
タル変換するA/Dコンバータであり、レーザ媒質ガス
の組成ガスの密度、粘度など物性データが記憶されてい
るファイル記憶表f?22およびスキャナ20゜A/D
コンバータ21を制御し、得られた情報よりレイノルズ
数を算出し、制御駆動機構を制御する命令をドライバ1
1に送り出す中央処理ユニット23から構成される。ド
ライバ11はコントローラ10から命令信号を受けて、
制御駆動機構12に適した信号に変換し、制御駆動機構
12に信号を転送する。
制御駆動機構12は、流体制御板13.差圧コントロー
ラ14.流体制御板駆動回路15で構成されている。
本実施例では、上記の関係式(2)に基づいて、レーザ
媒質ガスの一部をバイパス管に誘導することにより、放
電区域内のレーザ媒質ガス流量の制御を行い、放電区域
内のレーザ媒質ガスの流速を調節して、放電管内のレー
ザ媒質ガスのレイノルズ数を変化させる方式について説
明する。
差圧コントローラ14は、循環ポンプ1の出入口差圧が
変化すると、循環ポンプ1の流量特性も変化するため、
制御命令が難しくなるだけでなく、循環ポンプ1の負荷
が変動するため、循環ポンプ1のモータを焼損させる可
能性があるため、循環ポンプ1の出入口差圧が流体制御
板13の開口度により変化しないように、バイパス管の
途中に挿入する。レーザ媒質ガスの組成ガスの導入口に
取り付けられた流量センサ17.圧力センサ18.放電
直後に取り付けられた温度センサ16および循環系用流
量センサ19の出力信号を、中央処理ユニット23はス
キャナ20を走査してA/Dコンバータ21に入力する
。A/Dコンバータ21に入力された信号はディジタル
信号化され、中央処理ユニット23に転送される。転送
入力された信号は中央処理ユニット23で較正され、メ
モリに記憶される。一方、ファイル記憶装置22内に既
存する物性データファイルを利用しながら、中央処理ユ
ニット23はレーザ媒質ガスの密度、粘度、放電区域内
のレーザ媒質ガスの流速を計算し、レイノルズ数を算出
する。
もし、導き出されたレイノルズ数が2300より大きい
場合、中央処理ユニット23は流体制御板13を開方向
へ動かすための命令と移動量をドライバ11に送り出す
。ドライバ11は中央処理ユニット23からの制御命令
および数値を受は取り、制御駆動機構12の制御信号に
変換し、制御駆動機構12を動かす。
動いた結果は中央処理ユニット23に入力され、次の動
作の参照信号となる。差圧コントローラ14も流体制御
板13に連動して移動し、バイパス管の差圧を一定に保
つ。また、レイノルズ数が2300以下の場合、流体制
御板13および差圧コントローラ14は全く逆の動作を
する。この機構を取り付けたガスレーザ発振器の放電区
域のレーザ媒質ガスのレイノルズ数は著しく低下し、放
電管内のレーザ媒質ガスの流れの安定度が著しく向上す
る。
第3図に放電区域のレーザ媒質ガスのレイノルズ数とレ
ーザ光の横モードのゆらぎの関係を示す。
同図からも明らかなように、レイノルズ数を低減するこ
とにより、レーザ光の横モードが顕著に安定化しており
、その効果が大きいことが理解できる。他方、第1図に
示した整流装置7は放電区域内のレーザ媒質ガスを層流
にする動きをしている。
第4図にある条件下におけるレーザ媒質ガスの流れの様
子と管径方向の速度分布を示す。整流装置7を放電区域
の上流側に取り付けると一放電管内のレーザ媒質ガスの
流れの様子が大きく変わり、レーザ媒質ガスの安定度が
増加する。従って、ボンピングされた励起分子の分布が
安定するため、利得分布が安定化し、レーザ光の横モー
ドのゆらぎが減少する。
次に、安定したレーザ光の横モードをもつレーザ光で切
断加工を行った事例について述べる。第5図に放電区域
中のレーザ媒質ガスのレイノルズ数と切断幅の関係を示
す。同図からも明らかなように、レーザ光の横モードの
安定化に伴い、同条件下において切断幅の減少が認めら
れた。また、第6図には放電区域中のレーザ媒質ガスの
レイノルズ数と切断加工面中央部の表面粗さの関係につ
いて示す。この結果からも、レーザ光の横モードの安定
化に伴って切断加工面の粗さの低減が認められた。
(発明の効果) 本発明によれば、放電区域のレーザ媒質ガスのレイノル
ズ数が2300以下になると、放電管内のレーザ媒質ガ
スの流れが安定し、レーザ媒質ガスの変動がなくなるた
め、レーザ光の利得分布が安定し、レーザ加工の品質は
著しく向上し、その実用上の効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるガスレーザ発振器の
構成図、第2図は本発明のレイノルズ数制御機構の構成
図、第3図は放電区域のレーザ媒質ガスのレイノルズ数
とレーザ光の横モードのゆらぎの関係図、第4図は放電
区域のレーザ媒質ガスの管径方向の流速分布と流れを示
す関係図、第5図は放電区域のレーザ媒質ガスのレイノ
ルズ数と切断加工時の切断幅の関係図、第6図は放電区
域のレーザ媒質ガスのレイノルズ数と切断加工時の切断
加工面の粗さの関係図、第7図は従来のガスレーザ発振
器の構成図である。 1・・・循環ポンプ、 2・・・放電管、 3・・・ア
ノードf!!極、  4・・・カソード電極、  5・
・・出力鏡、 6・・・終端鏡、 7・・・整流装置、
8・・・レイノルズ数制御装置、 10・・・コントロ
ーラ、 11・・・ドライバ、 12・・・制御駆動機
も!、 13・・・流体制御板、14・・・差圧コント
ローラ、 15・・・流体制御板駆動回路、16・・・
温度センサ、 17.19・・・流量センサ。 18・・・圧力センサ、 20・・・スキャナ、 21
・・・A/Dコンバータ、 22・・・ファイル記憶装
置、 23・・・中央処理ユニット。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第1図 (a) (b) 第 第 レーサ゛謀霞力゛入の 流速外布 図 図 し−ケ゛沫頁力゛大の 涜れ騨東千 琺 切断ヤ (mm) ン禍埒謬 表向粗で(戸m) 第 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) レーザ光を発生させるためレーザ媒質ガスを循
    環させ、かつ循環系の一区域に放電区域を設けたガスレ
    ーザ発振器において、前記放電区域内のレーザ媒質ガス
    のレイノルズ数が2300以下になるように、前記レー
    ザ媒質ガスの密度、粘度、流速を調節制御する装置を有
    することを特徴とするガスレーザ発振器。
  2. (2) 放電区域内のレーザ媒質ガスを層流化するため
    に、前記放電区域内または放電区域上流側に整流機構を
    有する請求項(1)記載のガスレーザ発振器。
  3. (3) 放電区域内のレーザ媒質ガスのレイノルズ数を
    2300以下に抑えるために、中央処理ユニット、セン
    サ、A/Dコンバータ、ドライブ回路および制御駆動機
    構で構成され、前記センサの出力信号をA/Dコンバー
    タでディジタル信号化し、中央処理ユニットでレイノル
    ズ数を演算して、その結果に基づいて制御駆動機構をコ
    ントロールする機能を有する装置を設けた請求項(1)
    記載のガスレーザ発振器。
JP1100271A 1989-04-21 1989-04-21 ガスレーザ発振器 Pending JPH02280391A (ja)

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JP1100271A JPH02280391A (ja) 1989-04-21 1989-04-21 ガスレーザ発振器

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JP1100271A JPH02280391A (ja) 1989-04-21 1989-04-21 ガスレーザ発振器

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JPH02280391A true JPH02280391A (ja) 1990-11-16

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ID=14269544

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JP1100271A Pending JPH02280391A (ja) 1989-04-21 1989-04-21 ガスレーザ発振器

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JP (1) JPH02280391A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6768761B2 (en) * 2000-03-02 2004-07-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Gas laser oscillator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6768761B2 (en) * 2000-03-02 2004-07-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Gas laser oscillator

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