JPH0440118B2 - - Google Patents
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- JPH0440118B2 JPH0440118B2 JP63022038A JP2203888A JPH0440118B2 JP H0440118 B2 JPH0440118 B2 JP H0440118B2 JP 63022038 A JP63022038 A JP 63022038A JP 2203888 A JP2203888 A JP 2203888A JP H0440118 B2 JPH0440118 B2 JP H0440118B2
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multi-focusing
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はレーザ光を利用したロール等の製品表
面のダル加工法に関し、特にパルスレーザのビー
ム合成制御を行うダル加工法に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for dulling the surface of a product such as a roll using laser light, and particularly to a method for dulling the surface of a product such as a roll using laser light, and in particular to a method for controlling pulsed laser beam synthesis.
［従来の技術］
ロールのダル加工法としては、シヨツトブラス
ト法、放電加工法やレーザを用いてロール表面を
加工する方法などがある。[Prior Art] Examples of roll dulling methods include shot blasting, electrical discharge machining, and a method of processing the roll surface using a laser.
レーザを用いてロール表面のダル加工を行う装
置については、特公昭58−25557号、特公昭60−
2156号により公告されている。特公昭60−2156号
公報に記載の装置は、YAGレーザ、ルビーレー
ザなどの光源をＱスイツチを用いてパルスレーザ
を発生させてロール表面のダル加工を行う装置
で、複数パルスによつてダル形状（高さ、深さ、
穴径）を制御している。すなわち、単パルスでは
ダル形状の高さ部分が低く適正なダル加工になら
ないため、複数パルスを使用している。 Regarding equipment for dulling the surface of rolls using laser, Japanese Patent Publication No. 58-25557 and Japanese Patent Publication No. 1983-
Published by No. 2156. The device described in Japanese Patent Publication No. 60-2156 is a device that uses a light source such as a YAG laser or a ruby laser to generate a pulsed laser using a Q switch to dull the roll surface. (height, depth,
hole diameter). That is, multiple pulses are used because a single pulse does not result in proper dulling because the height of the dull shape is too low.
しかして、ロール表面のダル加工においては、
所定の周波数、パルス幅、尖頭値などをもつパル
スレーザを用いて、ロール表面に周期的な加工を
施す必要がある。このようなパルスレーザ出力を
得る方法としては、連続発振（CW）レーザ出力
を機械的光学装置（チヨツパー、シヤツター等）
でパルス化する方法と、パルス励起あるいはＱス
イツチパルスなどのパルスレーザ励起、あるいは
Ｑスイツチパルスなどのパルスレーザを使用する
方法がある。 However, when dulling the roll surface,
It is necessary to periodically process the roll surface using a pulsed laser having a predetermined frequency, pulse width, peak value, etc. One way to obtain such pulsed laser output is to convert the continuous wave (CW) laser output into a mechanical optical device (chopper, shutter, etc.).
There are two methods: one method uses pulsed excitation, pulsed laser excitation such as Q-switch pulse, or pulsed laser such as Q-switched pulse.
Ｑスイツチパルスは機械装置を必要としないた
め、前者に比較して装置が小型、簡素化出来ると
同時に、周波数制御が容易でかつ制御範囲が広い
という特徴を有している。しかしながら、Ｑスイ
ツチは周波数を変化させると、発振励起条件が変
化するため、パルス波形や尖頭出力などが同時に
変化し、安定したダル加工が出来ない。又、第２
図に示したように、尖頭パルスの尖頭値（Ｐ１）
が後続のパルス（Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，…）よりも
極度に大きくなる。 Since the Q-switch pulse does not require any mechanical equipment, it is characterized by being smaller and simpler than the former, and at the same time, it is easy to control the frequency and has a wide control range. However, when the frequency of the Q switch is changed, the oscillation excitation conditions change, so the pulse waveform, peak output, etc. change at the same time, making stable dull processing impossible. Also, the second
As shown in the figure, the peak value of the peak pulse (P1)
becomes extremely larger than the subsequent pulses (P2, P3, P4, . . . ).
また、特公昭60−2156号においても上記短所の
解決法については示されていない。 Furthermore, Japanese Patent Publication No. 60-2156 does not disclose any solution to the above disadvantages.
［発明が解決しようとする問題点］
パルス列の尖頭値が大きく異なると、最初のパ
ルスＰ１で穴の深さが決まるのでＰ２〜Ｐ４の効
果が小さくなり、総合的なパルス群としての制御
性がよくないので、この問題を解決する必要があ
る。[Problems to be Solved by the Invention] If the peak values of the pulse train differ greatly, the depth of the hole is determined by the first pulse P1, so the effect of P2 to P4 becomes small, and the controllability as a comprehensive pulse group decreases. This is not a good idea, so we need to solve this problem.
本発明はこのような問題点を解決することを目
的とするものである。 The present invention aims to solve these problems.
［問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明は複数のパル
スレーザおよびパルス発生制御系（Ｑスイツチレ
ーザの場合はＱスイツチ制御系）とビームスプリ
ツターを用いてレーザビーム群を合成し、レーザ
発振器の励起ランプの電流値をもつて各レーザの
パルスピーク値を制御することにより、ロール表
面のダル加工に適したパルス群を構成することを
特徴とする、ダル加工に適したパルスレーザ制御
方法を提供するものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention uses a plurality of pulse lasers, a pulse generation control system (Q switch control system in the case of a Q switch laser), and a beam splitter to generate a laser beam. A pulse group suitable for dulling the roll surface is constructed by combining the groups and controlling the pulse peak value of each laser using the current value of the excitation lamp of the laser oscillator. A suitable pulsed laser control method is provided.
すなわち、本発明の要旨とするところは、パル
スレーザを用いて製品表面をダル加工する方法に
おいて、個々にパルスピーク値を設定した２台を
１組とするレーザ発振器よりレーザを発振し、加
工表面に達する途中で個々のレーザ成分の分離と
同軸合成を行い、所定間隔で加工面にレーザを照
射することを特徴とする製品表面のダル加工法で
ある。 That is, the gist of the present invention is to provide a method for dulling the surface of a product using a pulsed laser, in which a laser is oscillated from a set of two laser oscillators each having a pulse peak value set individually, and the surface to be machined is This method of dulling the surface of a product is characterized by separating the individual laser components and coaxially combining them on the way to reach the target surface, and then irradiating the processed surface with the laser at predetermined intervals.
以下本発明に係る方法について図面を用いて説
明する。 The method according to the present invention will be explained below with reference to the drawings.
［作用］
ここでいうビームスプリツターとは、ある一定
波長域の光を、ある固有の角度で入射した場合
に、入射光を反射光と透過光に分離する機能を有
する光学素子のことである。通常、これらの光学
素子は、石英などの母材表面に数種類の屈折率の
異なる物質を多層膜として積層した構造を有して
いる。また多層膜の特性により反射光と透過光の
偏光を同時に行うことも可能であり、この場合に
はLB１の透過光はLB１の入射面に平行な偏光成
分（Ｐ波）、LB２の反射光は水平偏光成分（Ｓ
波）となる。[Function] The beam splitter referred to here is an optical element that has the function of separating incident light into reflected light and transmitted light when light in a certain wavelength range is incident at a certain specific angle. . Generally, these optical elements have a structure in which several types of substances with different refractive indexes are laminated as a multilayer film on the surface of a base material such as quartz. Also, due to the characteristics of the multilayer film, it is possible to polarize the reflected light and the transmitted light at the same time. In this case, the transmitted light of LB1 has a polarized component (P wave) parallel to the plane of incidence of LB1, and the reflected light of LB2 has a polarized component (P wave) parallel to the plane of incidence of LB1. Horizontal polarization component (S
waves).
第１図ａは、本発明方法を実施するに適したパ
ルス数２本の場合のパルスレーザ制御装置の基本
構成を示す。OSC１，OSC２はレーザ発振器で
ある。QS１，QS２はＱスイツチであり、発振器
OSC１，OSC２にセツトされている。１０はＱ
スイツチの制御系であり、これよりＱスイツチ信
号Ｑ１，Ｑ２が順次送出され、それに応じて発振
器OSC１，OSC２よりレーザビームLB１，LB２
が発生する。レーザビームLB２は直接に、レー
ザビームLB１は折曲げ鏡BM１を介しビームス
プリツターBSに投入され、LB１の透過光LB１
(T)とLB２の反射光LB２(R)を同軸のレーザビーム
群LBP１として合成する。 FIG. 1a shows the basic configuration of a pulsed laser control device in the case of two pulses, which is suitable for carrying out the method of the present invention. OSC1 and OSC2 are laser oscillators. QS1 and QS2 are Q switches and oscillators
It is set to OSC1 and OSC2. 10 is Q
This is a control system for the switch, from which Q switch signals Q1 and Q2 are sequentially sent out, and in response, the oscillators OSC1 and OSC2 generate laser beams LB1 and LB2.
occurs. The laser beam LB2 is directly input, and the laser beam LB1 is input to the beam splitter BS via the bending mirror BM1, and the transmitted light LB1 of LB1 is
(T) and reflected light LB2(R) of LB2 are combined as a coaxial laser beam group LBP1.
一方、ビームスプリツターBSの他の１方向に、
LB２の透過光LB２(T)とLB１の反射光LB１(R)を
同軸なレーザビーム群LBP２として合成する。 On the other hand, in the other direction of the beam splitter BS,
The transmitted light LB2(T) of LB2 and the reflected light LB1(R) of LB1 are combined into a coaxial laser beam group LBP2.
レーザビーム群LBP１，LBP２はそれぞれは
集光レンズFL１，FL２によつて集光される。集
光点FP１，FP２においてあたかも一つのレーザ
ビームが集光されたと同様なレーザ集光ビーム群
LBP１，LBP２となり、ロール表面のダル加工
をロールを二分割して高速ダル加工を可能にして
いる。 The laser beam groups LBP1 and LBP2 are focused by condensing lenses FL1 and FL2, respectively. A group of laser focused beams as if one laser beam was focused at the focusing points FP1 and FP2
LBP1 and LBP2 allow high-speed dulling of the roll surface by dividing the roll into two.
第１図ｂはビームスプリツターにて合成したレ
ーザビーム群LBP２のみを使用し、他方のレー
ザビームLBP１はビームダンパーBDで吸収し使
用しない。この場合は第１図ａに比較してダル加
工速度は２分の１になる。 In FIG. 1b, only the laser beam group LBP2 combined by the beam splitter is used, and the other laser beam LBP1 is absorbed by the beam damper BD and is not used. In this case, the dulling speed is halved compared to that shown in FIG. 1a.
２０は被加工ロールの表面である。本数が２本
になるとともに穴の深さはほぼ二倍に深くなり、
ダル加工を行うロール表面粗度の要求品質に合わ
せて本数を選択する事になる。 20 is the surface of the roll to be processed. As the number of holes increases to two, the depth of the hole almost doubles,
The number of rolls to be used for dulling is selected according to the required quality of the surface roughness of the rolls.
第３図はロール表面ダル加工を行う場合の理想
のパルス波形であり、τ0は各パルス幅、τ1は尖頭
パルスPL１と２番目のパルスPL２の間隔であ
る。第３図に示したように、ロールダル加工に適
した理想的なパルス波形はPL１＝PL２である。 FIG. 3 shows an ideal pulse waveform for dulling the roll surface, where τ 0 is the width of each pulse, and τ 1 is the interval between the peak pulse PL1 and the second pulse PL2. As shown in FIG. 3, the ideal pulse waveform suitable for rolled dull processing is PL1=PL2.
ビームスプリツターの偏光による分割機能を用
い、かつレーザビームLB１，LB２はランダム偏
向として、それぞれＰ波とＳ波が50％ずつの場
合、レーザビームLB１，LB２のパワーを同じに
し、またビームスプリツターの固有の入射角（Ｐ
波とＳ波を完全に分離できる入射角）にすること
によつてPL１＝PL２とすることが可能である。 Using the polarization splitting function of the beam splitter, and assuming that the laser beams LB1 and LB2 are randomly polarized, and the P waves and S waves are 50% each, the powers of the laser beams LB1 and LB2 are the same, and the beam splitter The characteristic angle of incidence of (P
It is possible to set PL1=PL2 by setting the incident angle to completely separate the S wave and the S wave.
レーザビームLB１，LB２が完全なランダム偏
向でなくＰ波とＳ波が50％に分離できない場合
は、レーザビームLB１，LB２のパワーをＰ波と
Ｓ波の分離比に合わせることによつて、PL１＝
PL２とすることが可能である。 If the laser beams LB1 and LB2 are not completely randomly deflected and the P wave and S wave cannot be separated by 50%, PL1 can be adjusted by adjusting the power of the laser beams LB1 and LB2 to the separation ratio of the P wave and S wave. =
It is possible to set it to PL2.
次に、Ｑスイツチ制御系１０の具体的な制御回
路を第４図に、また制御信号の時間関係を第５図
に示す。 Next, a specific control circuit of the Q switch control system 10 is shown in FIG. 4, and a time relationship of control signals is shown in FIG.
第４図は、パルス群の周波数f0を決定するパル
ス発生器PGと、パルス群内のパルス間隔τ1を決
定するワンシヨツトバイブレータOM１，OM２
にて構成されており、第５図において、各OM
１，OM２はそれぞれの入力信号の立上り信号に
同期している。すなわち、パルス発生器PGより
の出力信号f0をOM１のクロツクCK１に入力す
る。これによつてf0の立上り信号に同期してOM
１で設定したパルス幅τ1のパルスＱ１が発生す
る、同時にＱ１と逆極性の信号Ｑ１が発生する。 Figure 4 shows the pulse generator PG, which determines the frequency f 0 of the pulse group, and the one-shot vibrators OM1, OM2, which determines the pulse interval τ 1 within the pulse group.
In Figure 5, each OM
1 and OM2 are synchronized with the rising signal of each input signal. That is, the output signal f0 from the pulse generator PG is input to the clock CK1 of the OM1. This allows OM to synchronize with the rising edge signal of f 0 .
A pulse Q1 with a pulse width τ 1 set in step 1 is generated, and at the same time a signal Q1 with a polarity opposite to that of Q1 is generated.
以上のように、ダル加工用のパルス群の周波数
f0はパルス発生器PGで設定、その先頭信号に同
期し、一定の時間遅れをもつたパルス群が発生
し、LB１，LB２のＱスイツチ制御を実施するこ
とが可能となる。また、τ1を０にすれば、両パル
スは同時に照射することもできる。 As mentioned above, the frequency of the pulse group for dull processing
f 0 is set by the pulse generator PG, and a group of pulses with a certain time delay are generated in synchronization with the leading signal, making it possible to implement Q switch control of LB1 and LB2. Further, if τ 1 is set to 0, both pulses can be irradiated simultaneously.
第６図はビーム合成を示す図で、第６図ａがビ
ームスプリツターによるビーム合成で入力レーザ
ビームLB１とLB２の入射角θ1，θ2をビームスプ
リツターの固有値内で同一に設定することによつ
て、LB１の透過光とLB２の反射光を同軸の合成
ビームLPBにすることが出来る。第６図ｂは全
反射鏡TMによるビーム合成の図である。この場
合、入力レーザビームLB１とLB２を並行に合成
できるが同軸に合成できず、合成ビームLPBの
径が大きくなり、集光系のレンズが大型化する欠
点がある。 Figure 6 is a diagram showing beam combination, and Figure 6a is beam combination using a beam splitter, where the incident angles θ 1 and θ 2 of input laser beams LB1 and LB2 are set to be the same within the eigenvalues of the beam splitter. Accordingly, the transmitted light of LB1 and the reflected light of LB2 can be made into a coaxial combined beam LPB. FIG. 6b is a diagram of beam combination by the total reflection mirror TM. In this case, the input laser beams LB1 and LB2 can be combined in parallel, but cannot be combined coaxially, resulting in a disadvantage that the diameter of the combined beam LPB becomes large and the lens of the condensing system becomes large.
なお、レーザ加工をする対象物は、ロール表面
に限定されるものではなく、一般の製品いずれで
もよい。また、加工に用いるレーザの種類は、
YAG，ルビーなどの固体レーザである。 Note that the object to be laser processed is not limited to the roll surface, but may be any general product. In addition, the type of laser used for processing is
These are solid-state lasers such as YAG and ruby.
［実施例］
本発明による方法で２台のＱスイツチレーザの
パルス波形制御を行いロールダル加工を実施し
た。Ｑスイツチレーザのパルス波形制御条件は次
の通りである。[Example] Roll dull processing was carried out by controlling the pulse waveforms of two Q-switch lasers using the method according to the present invention. The pulse waveform control conditions of the Q-switch laser are as follows.
ビームスプリツター ２インチ径
レーザビームτ0：300nsec
τ1：5μsec
f0：20kHz
レンズ焦点距離 FL：25mm
ロール形状 長さ：1500mm
径 ：600mm
処理時間 約１時間
その結果、処理時間も約１時間と高速で、穴形
状として内径100μm、粗度値 2.2μmのダル加工
となり、鋼板表面への転写率も80％と高く、耐摩
耗性も向上した。 Beam splitter 2 inch diameter Laser beam τ 0 : 300nsec τ 1 : 5μsec f 0 : 20kHz Lens focal length FL: 25mm Roll shape Length: 1500mm Diameter: 600mm Processing time: Approximately 1 hour As a result, the processing time is approximately 1 hour. At high speed, the hole shape was dulled with an inner diameter of 100 μm and a roughness value of 2.2 μm, with a high transfer rate of 80% on the steel plate surface and improved wear resistance.
［発明の効果］
以上説明した本発明の方法によれば、パルスレ
ーザビームが同軸で合成出来るので、レンズによ
る集光系が小型でシンプルになり、集光点での位
置合せが容易になる。又、パルス群の中のパルス
個別にピーク値が設定出来るので、粗面化におけ
る穴あけ工程での被照射体の溶融および蒸発現象
を制御でき、適正な硬度の穴を形成することが出
来る。しかも、パルス群のパルス間隔を制御でき
るので、さらにダル加工に適した穴加工をするこ
とができ、その効果は大きい。[Effects of the Invention] According to the method of the present invention described above, pulsed laser beams can be coaxially synthesized, so the condensing system using a lens becomes small and simple, and alignment at the condensing point becomes easy. Furthermore, since the peak value can be set for each pulse in the pulse group, it is possible to control the melting and evaporation phenomena of the irradiated object in the hole-drilling process for surface roughening, and it is possible to form holes with appropriate hardness. Moreover, since the pulse interval of the pulse group can be controlled, it is possible to perform hole machining that is more suitable for dull machining, which is highly effective.
第１図ａ，ｂは本発明によるダル加工システム
の構成を示すブロツク図、第２図はＱスイツチを
用いたパルス群のレーザ出力の状態を示す波形
図、第３図は本発明によるパルス群の出力状態を
示す波形図、第４図はＱスイツチ制御系の具体的
な制御回路を示すブロツク図、第５図は制御信号
の時間関係を示すタイミングチヤートで、第６図
はビーム合成を示す図で、ａがビームスプリツタ
ーによるビーム合成を、ｂが全反射鏡によるビー
ム合成を説明する図である。
１０……Ｑスイツチ制御系、２０……被加工ロ
ール表面、OSC１，OSC２……レーザ発振器、
QS１，QS２……Ｑスイツチ、BM１，BM２…
…折曲げ鏡、FL１，FL２…集光レンズ、LB１，
LB２……レーザビーム、LBP１，LBP２……レ
ーザ集光ビーム群、FP１，FP２……集光点、
PG……パルス発生器、OM１，OM２……ワンシ
ヨツトマルチバイブレータ、BS……ビームスプ
リツター、TM……全反射鏡。
Figures 1a and b are block diagrams showing the configuration of the dull processing system according to the present invention, Figure 2 is a waveform diagram showing the state of the laser output of a pulse group using a Q switch, and Figure 3 is a pulse group according to the present invention. Figure 4 is a block diagram showing the specific control circuit of the Q switch control system, Figure 5 is a timing chart showing the time relationship of control signals, and Figure 6 shows beam synthesis. In the figure, a shows beam combining using a beam splitter, and b shows beam combining using a total reflection mirror. 10... Q switch control system, 20... Work roll surface, OSC1, OSC2... Laser oscillator,
QS1, QS2...Q switch, BM1, BM2...
...Bending mirror, FL1, FL2...Condensing lens, LB1,
LB2...Laser beam, LBP1, LBP2...Laser focused beam group, FP1, FP2...Focusing point,
PG...Pulse generator, OM1, OM2...One-shot multivibrator, BS...Beam splitter, TM...Total reflection mirror.
Claims (1)
る方法において、個々にパルスピーク値を設定し
た２台を１組とするレーザ発振器よりレーザを発
振し、加工表面に達する途中で個々のレーザ成分
の分離と同軸合成を行い、所定間隔で加工面にレ
ーザを照射することを特徴とする製品表面のダル
加工法。1 In a method of dulling the surface of a product using a pulsed laser, a laser is emitted from a set of two laser oscillators with individually set pulse peak values, and the individual laser components are separated on the way to the processing surface. A method for dulling the surface of a product, which is characterized by performing coaxial synthesis and irradiating the processed surface with a laser at predetermined intervals.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01254392A (en) | 1989-10-11 |
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