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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JP
Japan
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laser
pulse
dulling
switch
roll
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JP63022038A
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JPH01254392A (ja
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Katsuhiro Minamida
Junya Suehiro
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Priority to EP88902201A priority patent/EP0308512B1/en
Priority to DE3850330T priority patent/DE3850330T2/de
Priority to PCT/JP1988/000194 priority patent/WO1988006504A1/ja
Priority to US07/305,121 priority patent/US4947023A/en
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Publication of JPH0440118B2 publication Critical patent/JPH0440118B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • 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
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multi-focusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

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。
[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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
以下本発明に係る方法について図面を用いて説
明する。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 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。
JP63022038A 1987-02-24 1988-02-03 製品表面のダル加工法 Granted JPH01254392A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63022038A JPH01254392A (ja) 1987-12-11 1988-02-03 製品表面のダル加工法
EP88902201A EP0308512B1 (en) 1987-02-24 1988-02-24 Apparatus for dull finish of roll with pulse laser
DE3850330T DE3850330T2 (de) 1987-02-24 1988-02-24 Gerät zur mattveredelung einer rolle mittels impulslaser.
PCT/JP1988/000194 WO1988006504A1 (fr) 1987-02-24 1988-02-24 Procede et installation de finition mate de cylindres a l'aide d'un laser pulse
US07/305,121 US4947023A (en) 1987-02-24 1988-10-18 Method and apparatus for roll dulling by pulse laser beam

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31362087 1987-12-11
JP62-313620 1987-12-11
JP63022038A JPH01254392A (ja) 1987-12-11 1988-02-03 製品表面のダル加工法

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Publication Number Publication Date
JPH01254392A JPH01254392A (ja) 1989-10-11
JPH0440118B2 true JPH0440118B2 (ja) 1992-07-01

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