JPH03295285A - ガスレーザ装置 - 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〕 本発明は送風機及び冷却器によってレーザガスを強制冷
却させる機構を備えたガスレーザ装置に関し、特に送風
機を駆動する高周波インバータの出力周波数をレーザ出
力値によって制御するように構成したガスレーザ装置に
関する。

〔従来の技術〕

ＣＯ２ガスレーザ等のガスレーザ発振器は高効率で高出
力が得られ、ビーム特性も良いので、数値制御装置と結
合されたガスレーザ装置として金属加工等に広く使用さ
れるようになった。このようなガスレーザ発振器におい
ては、発振効率を向上させるために、レーザ発振を行っ
て高温になったレーザガスを充分再冷却する必要がある
。このため、レーザガスを絶えずターボブロア等の送風
機で冷却器を通して装置内を循環させている。この送風
機は通常１０Ｋｒｐｒｒ１（回転７分）以上の高速回転
を必要とする為に高周波モータを使用し、駆動源として
高周波インバータを使用している。

第３図は従来のターボブロアにおいて実測した排気曲線
を示す図である。これは、ＪＩＳＢ８３４５に基づいて
実際に測定したベース放電時と出力最大時におけるター
ボブロアの排気曲線を示している。図において、横軸は
流量を、縦軸は圧縮比を表している。第３図で、ベース
放電時および最大出力時の送風系の送風抵抗曲線は２次
曲線で示されている。ベース放電時の送風抵抗曲線ａは
最大出力時の送風抵抗曲線すより右側にあり、ベース放
電時は最大出力時と肚較して同圧縮比で、レーザガス流
量がより多いことがわかる。すなわち、送風配管抵抗が
低下しているのが読み取れる。

なお、ターボブロアの圧縮比とレーザガスの流量の関係
を、回転数８５Ｋｒｐｍを曲線ＣＣ１８０Ｋｒｐを曲線
ｄ、７０Ｋｒｐ’ｍを曲線ｅで表しである。

さらに例を示すと、回転数が８０Ｋｒｐｍ、ガス圧が６
２Ｔｏ　ｒ　ｒの条件におけるターボブロアのベース放
電時と最大出力時のレーザガス流量及び高周波モータ入
力の値は次の通りである。

（ａ）ベース放電時 レーザガス流量　　２６０ｊ！／ｓｅｃ高周波モータ入
力　２．４ｋＷ （ｂ）最大出力時 レーザガス流量　　１８０ｆ／ｓｅｃ 高周波モータ入力　２，１ｋＷ このようにターボブロアは定圧縮型の送風機なので、放
電領域が狭いベース放電時は、送風配管抵抗が小さくな
り、レーザガス流量は最大となる。

一方、レーザ出力値が最大の時には放電領域、送風配管
抵抗ともに最大となり、レーザガス流量は最小となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ターボブロアは定圧縮型の送風機であるので、
送風配管抵抗の変化に伴い、そのレーザガス送風量も変
化していた。つまり、放電領域が狭いベース放電時には
レーザガス送風量が最大となり、高周波モータの負荷、
すなわち入力パワーが最大となる。

逆に、放電領域が最大の時にはレーザガス送風量が最小
となり、高周波モータの負荷、すなわち入力パワーが最
小となる。

このよ°うにレーザ出力の変化に伴い高周波モータの負
荷も変動するので、ターボブロアの動作点の負荷が最大
の場合、すなわちレーザ出力を巳ないベース放電時の値
を基準に決定しなければならなかった。

また、このベース放電時のような高周波モータの負荷の
大きい状態が続くと、そのことが高周波モータにとって
負担となり、信頼性を低下させ、その寿命を短くしてい
た。しかも、ベース放電時間はワークの加工開始前の段
取りや作業準備、ワークの加工後の手入れ時間を合計す
ると相当な時間となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、レ
ーザ出力値に対応した出力周波数を高周波モータを回転
させる高周波インバータへ指令するように構成したガス
レーザ装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的はレーザ出力値が零のベース放
電時にも、高周波モータの人力パワーが、レーザ出力値
が最大のときと同程度にするようにしたガスレーザ装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、高周波インバー
タにより駆動される送風機及びガス冷却器により、レー
ザガスを閉ループで強制循環して冷却する機能を備えた
レーザ発振器と、前記レーザ発振器を制御する制御装置
とから構成されるガスレーザ装置において、前記レーザ
発振器のレーザ出力値を指令するレーザ出力指令手段と
、前記レーザ出力値に対応した前記高周波インバータの
出力周波数を求める出力周波数決定手段と、前記出力周
波数を前記高周波インバータへ指令する出力周波数指令
手段と、を備えたことを特徴とするガスレーザ装置が、
提供される。

〔作用〕

出力周波数決定手段は、レーザ出力値を読み出し、この
レーザ出力に対応して、出力周波数を決定する。レーザ
出力値が低い程ターボブロワの出力は増加するので、タ
ーボブロワの圧力周波数を低減する。これによって、高
周波モータの入力パワーを一定に保つ。高周波インバー
タはこの出力周波数で高周波モータを回転させ、高周波
モータは送風機を駆動して、レーザガスを閉ループ内で
強制循環させ、レーザガスを冷却器を通して冷却する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明のガスレーザ装置の構成を示したブロ
ック図である。図において、プロセッサ１は図示されて
いないＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて、
メモリ１０に格納された加ニブログラムを読みだし、ガ
スレーザ装置全体の動作を制御する。出力制御回路２は
内部にディジタル値をアナログ出力に変換するＤ／Ａコ
ンバータを内蔵しており、プロセッサ１から出力された
レーザ出力値を電流指令値に変換して出力する。

レーザ用電源３は商用電源を整流した後、スイッチング
動作を行って高周波の電圧を発生し、電流指令値に応じ
た高周波電流を放電管４に供給する。

放電管４の内部にはレーザガス２５が循環しており、レ
ーザ用電源３から高周波電圧が印加されると放電が生じ
てレーザガス２５が励起される。

レーザ光は全反射鏡５と、出力鏡６を往復することによ
り、励起されたレーザガス２５からエネルギーを受けて
、増幅され、８カ鏡６から一部が外記に８カされる。

圧力されたレーザビーム９はペンダミラー７で方向を変
え、集光レンズ８によって、ワーク１７の表面に照射さ
れる。

・メモリ１０は加ニブログラム及び各種のパラメータ等
を格納する不揮発性のメモリであり、バッテリバックア
ップされたＣＭＯ５が使用される。

また、メモリ１０にはレーザ発振器のレーザ出力値と、
このレーザ出力値に対応した高周波インバータの出力周
波数との相関データが格納されている。プロセッサ１は
制御プログラムに基づいて、レーザ出力値に応じて、高
周波インバータ２２の出力周波数を決定する。

ガスレーザ装置のレーザ出力値が零のベース放電時は送
風配管抵抗が最小となり、レーザガスの流量が最大とな
り、高周波モータの２０ａの負荷、すなわち人力パワー
が最大となる。逆に、レーザ出力値が最大の時は送風配
管抵抗が最大となり、レーザガスの流量が最小となり、
高周波モータ２０ａの人力パワーが最小になる。

そこで、高周波モータ２０ａの回転数を減らすために、
高周波インバータ２２の出力周波数を減らし、ベース放
電時の高周波モータ２０ａの人力パワーを軽減する。実
験からは５％程度出力周波数を減らす。すなわち、高周
波モータ２０ａの回転数を５％程度低減することにより
、高周波モータ２０ａの入力パワーをレーザ出力値が最
大の時と同じ入力パワーにすることができる。

位置制御回路１１はプロセッサ１の指令によってサーボ
アンプ１２を介してサーボモータ１３を回転制御し、ボ
ールスクリュー１４及びナツト１５によってテーブル１
６の移動を制御し、ワーク１７の位置を制御する。図で
は、サーボアンプ及びサーボモータは１軸分のみを表示
しであるが、実際には複数の制御軸がある。表示装置１
８にはＣＲＴ或いは液晶表示装置等が使用される。

レーザ発振装置の出力パワーを測定するパワーセンサ１
９は全反射鏡５の一部を透過させて出力されたモニター
用レーザ出力を、熱電あるいは光電変換素子等を用いて
測定する。

レーザガスを循環させるためのターボブロア２０は、高
周波モータ２０ａに結合されており、レーザガス２５を
冷却器２１ａ及び２１ｂを通じて循環させる。冷却器２
１ａはレーザ発振を行って高温となったレーザガス２５
を冷却し、冷却器２１ｂはターボブロア２０による圧縮
熱を除去する。

高周波インバータ２２は高周波モータ２０ａを回転し、
ターボブロア２０を駆動し、真空ポンプ２３は送風系内
部のガスを排気するためのものである。

第２図は本発明のガスレーザ装置の高周波モータの負荷
を制御するためのフローチャートである。

図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。

〔Ｓ１〕出力制御回路２へのレーザ出力値を読み取り、
ベース放電時かどうか調べ、ベース放電時ならＳ２へ、
そうでなければＳ３へ進む。

〔Ｓ２〕高周波モータ２０ａの出力周波数を上記に説明
したように、高周波モータ２０ａの入力パワーがレーザ
出力値が最大時と同じ程度になる値に低減する。

〔Ｓ３〕出力周波数を高周波インバータ２２に出力する
。

〔Ｓ４〕高周波インバータ２２はこの出力周波数で高周
波モータ２０ａを駆動し、ターボブロワ２０がレーザ出
力値に応じて回転し、高周波モータ２０ａの入力パワー
が、レーザ出力値の最大時とベース放電時で、はぼ同じ
になる。

上記の説明では、高周波モータの入力パワーをレーザ出
力値の最大時と、ベース放電時のみ切り換えるようにす
る例を説明した。これ以外に、高周波モータの入力パワ
ーがほぼ一定となるような、レーザ出力値と８力周波数
との相関データをメモリに予め格納しておき、この相関
データを読み出して、高周波インバータの出力周波数を
決定するように構成することもできる。これによって、
レーザ出力値の広い範囲で、高周波モータの負荷を一定
に保つことが可能となる。このような相関データはレー
ザ出力値と、高周波モータの負荷電流を測定することに
よって求めることができる。

たブロック図、 第２図は本発明のガスレーザ装置の高周波モータの負荷
を制御するためのフローチャート、第３図は従来のター
ボブロアにおいて実測した排気曲線を示す図である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、レーザ出力値に対応す
る出力周波数を決定し、高周波インバータへ出力するよ
うに構成したので、ベース放電時あるいはレーザ出力値
が小さいときにも、ターボブロアを駆動している高周波
モータの負荷が不必要に増大することがない。従って、
高周波モータおよび軸受の信頼性、寿命が改善される。

また、ベース放電時のモータ負荷の軽減に伴い、ターボ
ブロアの動作点を高負荷側に設定することによってレー
ザ装置の高出力化も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスレーザ装置の構成を示し０ １ ９ ０ ０ａ ２１ａ、ｂ ２ ３ ５ ＰＵ 出力制御回路 レーザ用電源 赦電管 メモリ 位置制御回路 パワーセンサ ターボブロア 高周波モータ 冷却器 高周波インバータ 真空ポンプ レーザガス 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波インバータにより駆動される送風機及びガ
   ス冷却器により、レーザガスを閉ループで強制循環して
   冷却する機能を備えたレーザ発振器と、前記レーザ発振
   器を制御する制御装置とから構成されるガスレーザ装置
   において、 前記レーザ発振器のレーザ出力値を指令するレーザ出力
   指令手段と、 前記レーザ出力値に対応した前記高周波インバータの出
   力周波数を求める出力周波数決定手段と、前記出力周波
   数を前記高周波インバータへ指令する出力周波数指令手
   段と、 を備えたことを特徴とするガスレーザ装置。
2. （２）前記出力周波数決定手段を、前記レーザ出力値が
   零のベース放電時は、前記レーザ出力値が最大の時より
   所定の比率に応じて前記出力周波数を減らすように構成
   したことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。
3. （３）前記出力周波数決定手段を、予めメモリに格納さ
   れた前記レーザ出力値と前記レーザ出力値に対応した前
   記高周波インバータの出力周波数の相関データを読み出
   し、前記相関データに基づいて、出力周波数を決定する
   ように構成したことを特徴とする請求項１記載のガスレ
   ーザ装置。
4. （４）前記制御装置は、数値制御装置で構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。