JPS6252677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速度で回転する回転体の表面を能
率良くしかも高精度に除去加工し得るようにした
回転体の表面除去加工装置に関する。

従来、モータ回転子等のダイナミツクバランス
を調整する一手法として、レーザビームで不平衡
部分を除去加工することが多く行なわれている。
この場合、加工用レーザビームとしては、パルス
出力を大きくできることから、ネオジウムガラス
レーザやルビーレーザにより発生したスパイク波
の連続発振パルス（第１図ａ）が用いられてい
る。ところが、上記ネオジウムガラスレーザやル
ビーレーザは、各スパイク波の繰り返し発振周期
が比較的長いため、単位時間当りの除去加工量に
限界があり、加工能率の向上を望めないといつた
難点があつた。

そこで、加工能率の向上をはかるため、繰り返
し発振速度の高速化が可能なYAGレーザの使用
が試みられている。しかるに、このYAGレーザ
では、ノーマルパルス波形を得ようとする際に、
パルス幅を一定に保持したまま繰り返し発振速度
を増加すると、スパイク波形が減少して第１図ｂ
に示す如くパルス出力の最大ピーク値が低下し、
除去加工量の低下を招く。この除去加工量の低下
は、特に回転体の回転速度が高速になると急激に
大きくなり、このためYAGレーザは回転体の高
速回転領域には適用できず、このため、加工能率
の向上の要求に応えることができなかつた。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、スパイク波の少ない高
速繰り返しレーザビームを用いても、除去加工量
を低下させずに特に回転体の高速回転領域におい
て十分な除去加工を行ない得、能率良くしかも高
精度にダイナミツクバランスの調整を行ない得る
回転体の表面除去加工装置を提供することにあ
る。

すなわち、本発明はパルスレーザビームの立上
がり部にピーク値の高いパルス波形を形成して回
転体に照射することにより、上記高ピーク波によ
つて被加工部位を十分加熱し光吸収率を高め、そ
の後の低レベルのレーザビームにより被加工部位
を除去加工し、これにより回転体の高速回転領域
においても十分な除去加工を行ない得るように
し、しかも回転体の被加工部位を検出し、この被
加工部位の中心位置検出タイミングよりも所定時
間だけ早めてレーザロツドの励起を開始せしめる
ことにより、被加工部位を片寄ることなく均一に
しかも正確に除去加工し得るようにするものであ
る。

以下、本発明を図面に示す一実施例を参照して
説明する。第２図は同実施例における回転体の表
面除去加工装置の概略構成図で、図中１は加工用
レーザ装置を示している。この加工用レーザ装置
１は、励起電源２によりフラツシユランプ３を駆
動してレーザ励起光を発光させ、この励起光を集
光反射鏡４で集光反射してYAGレーザロツド５
に供給し、YAGレーザロツド５を励起してい
る。そして、このYAGレーザロツド５から高速
繰り返し速度で発振出力されたパルスレーザビー
ム６を、集光レンズ７を介して回転体８表面の被
加工部位に集光照射している。なお、図中９ａ，
９ｂは共振器ミラーを示すものである。

一方、回転体８は、回転軸１０を介して軸受１
１に支持されており、この軸受１１は弾性部材１
２を介して基体１３に固定されている。そして、
回転体８は図示しない電動機により回転駆動され
ている。ところで、上記軸受１１および回転体１
０の側面部には、それぞれ振動検出器１４および
回転位相検出器１５が近接配置してあり、これら
の各検出器１４，１５の検出出力はそれぞれ加工
制御回路１６に導びかれている。この加工制御回
路１６は、上記振動検出器１４の検出出力から回
転体８の被加工部位、つまり除去加工すべき部位
を検出するとともに、この被加工部位が前記レー
ザビーム６照射位置上を通過するタイミングを、
上記回転位相検出器１５の検出出力に基づいて検
出している。なお、上記回転体８の回転位相は、
回転体８に予め標示してある指標の通過タイミン
グを検出することによりなされる。そして、上記
加工制御回路１６は、先に検出した被加工部位の
中心位置検出タイミングよりも所定時間早めてレ
ーザ制御信号を発生し、このレーザ制御信号を前
記加工用レーザ装置１の励起電源２に供給してい
る。

ところで、第３図は上記励起電源２の回路構成
を示すもので、図中３はフラツシユランプを示し
ている。このフラツシユランプ３の外周部には起
動用トリガ電極１７が巻回してあり、この起動用
トリガ電極１７は高圧パルス回路１８に接続され
ている。この高圧パルス回路１８は、前記加工制
御回路１６から加工制御信号が発生されたとき
に、トリガ電極１７に対して起動トリガパルスを
発生するものである。一方、この励起電源２は低
圧と高圧の２個の充電用電源１９，２０を備えて
いる。低圧電源１９の出力は、コンデンサ２１，
２２，２３にコイル２４，２５を通して充電す
る。そして、このコンデンサ２３の充電電荷は、
前記フラツシユランプ３のトリガ起動時にダイオ
ード２６およびコイル２７を介してフラツシユラ
ンプ３に供給され、フラツシユランプ３で放電す
るようになつている。また、高圧電源２０の出力
は、一旦コンデンサ２８に蓄えられたのち、サイ
リスタ２９の点弧によりコイル３０を介して前記
フラツシユランプ３に供給され、フラツシユラン
プ３で放電する。ここで、上記サイリスタ２９の
点弧タイミングは、前記フラツシユランプ３の起
動タイミングよりも少々遅れて定められる。

次に、以上のように構成された装置の作用を説
明する。被加工物としての回転体８を軸受１１に
セツトし回転させると、軸受１１が弾性部材１２
を介して支持されているため、回転体８はその重
量のアンバランスに従つて振動を始める。この振
動は、振動検出器１４によりその静電容量変化や
インダクタンス変化を利用した検出器出力等とし
て第４図HSの如く検出され、また同時に回転位
相検出器１５によつて回転体８の回転位相が第４
図CSの如く検出される。これにより、加工制御
回路１６は、上記振動検出出力HSから所定のス
レツシユホールドレベルＸ以上となる振動部分、
つまり回転体８の被加工部位を検出し、さらにこ
の被加工部位の中心位置Ａがレーザビーム照射位
置を通過するタイミングを、前記回転位相検出出
力CSに基づいて検出する。すなわち、被加工部
位の中心位置Ａは、回転位相検出パルスCSの発
生タイミングからT₁時間後として検出される。
ここで、この被加工部位の中心位置Ａの通過タイ
ミングにおいてレーザビームを照射すると、被加
工部位は上記中心位置以降しか除去されないこと
になる。したがつて、レーザビームの照射開始タ
イミングは、上記中心位置Ａの通過タイミングよ
りも所定時間早めて定める必要がある。この早め
る時間は、第４図に示す如く上記中心位置Ａの通
過タイミングとスレツシユホールドレベルＸ以上
となる最初のタイミング（Ｂに相当）との差T₂
に相当する。そこで、加工制御回路１６は、前記
中心位置通過時間T₁と上記T₂との差を算出し、
この差T₃だけ前記回転位相検出パルスCSを遅延
させてこの遅延パルスをレーザ制御信号として加
工用レーザ装置１の励起電源２に供給する。この
ようにレーザ制御信号が供給されると、励起電源
２はフラツシユランプ３を発光させ、この結果
YAGレーザロツド５が励起されてスパイク波の
繰り返し発振周期の短かいパルス状レーザビーム
６が回転体８の被加工部位に照射され、除去加工
がなされる。このとき、上記レーザビーム６の照
射開始タイミングは、被加工部位の中心位置Ａ通
過タイミングよりも早めてあるので、回転体８の
表面は第５図に示す如く被加工部位の前後の領域
にわたつて除去加工される。なお、第５図中
A′およびB′はそれぞれ被加工部位の中心位置お
よび最先端に相当する位置を示している。

さて、前記回転体８に照射されるレーザビーム
６の波形は次のように定められる。すなわち、励
起電源１８の高圧パルス回路１８に前記加工制御
回路１６からレーザ制御信号が供給されると、フ
ラツシユランプ３はトリガ起動され、先ずコンデ
ンサ２３，２２，２１の蓄積電荷が波形整形用の
コイル２７を介して第６図ａに示す如くフラツシ
ユランプ３に放電される。続いて時刻t₂において
サイリスタ２９が点弧され、これによりコンデン
サ２８の蓄積電荷が第６図ｂに示す如くフラツシ
ユランプ３で放電する。この結果、フラツシユラ
ンプ３からは、上記各放電電流波形がそれぞれ重
畳された第６図ｃに示す如き発光パルスが出力さ
れ、またYAGレーザロツド５はこの発光パルス
により第６図ｄに示す如くパルス状のレーザビー
ム６を発生する。ここで、上記フラツシユランプ
３から出力される発光パルスの立上がり時の高ピ
ーク波形は、時刻t₁〜t₂においてフラツシユラン
プ３が十分放電してプラズマが充満し、放電抵抗
が低い状態になつているため、立上がりの急峻な
ものとなる。また、レーザロツド５から発振され
るレーザビームの立上がり時の高ピーク波形も、
t₁〜t₂においてレーザロツド５が発振開始可能な
励起レベルまで引き上げられているので、急峻な
ものとなる。なお、レーザロツド５の発振開始タ
イミングは、上記したようにt₂となつてフラツシ
ユランプ３の発光開始タイミングt₁よりも多少遅
れることになる。したがつて、励起電源２の動作
開始タイミング、つまり加工制御回路１６のレー
ザ制御信号発生タイミングを、第４図Ｂ点よりも
上記t₂−t₁だけさらに早めることにより、上記t₂
−t₁分のレーザビーム照射開始タイミングの遅れ
は吸収されて回転体８の被加工開始位置がより一
層正確に定まる。

そうして、上記のようにして得たレーザパルス
出力（レーザビーム６）を回転体８表面に照射す
ると、その被照射部は上記立上がり時の急峻な高
ピーク波により十分に加熱されてレーザ光の光吸
収率が高められ、その後のレーザパルスのレベル
が低くスパイク状の波形が生じていなくても、回
転体８表面は十分深く除去加工される。このと
き、上記除去加工量は、レーザビームとして高速
繰り返し発振するYAGレーザを用いた場合、特
に回転体８の回転速度が高速になるに従つて著し
く低下し、第７図ロに示す如く回転速度がν_Aを
超えると除去加工量m₁以下となつて加工不能に
なる。ところが、本実施例のように立上がりに急
峻で高ピークの波形を形成したレーザパルスを使
用すると、回転体８の除去加工量は第７図イに示
す如く大幅に増加し、特に回転体８の高速回転領
域ν_A〜ν_Bにおいてもm₁以上の除去加工が可能
となる。

このように、本実施例の装置によれば、回転体
８に対して立上がり時に急峻で高ピークの波形を
形成したレーザビームを照射することによつて、
高速繰り返し発振動作によりスパイク状波形が著
しく減少した低出力レベルのレーザビームを使用
しても、十分深い除去加工を行なうことができ、
特に回転体８の高速回転領域においても十分な除
去加工量を得ることができる。この結果、加工速
度を大幅に向上させ得て、加工能率の向上をはか
ることができる。また、レーザビームを回転体８
に照射する際に、回転体８の振動から被加工部位
を検出し、この被加工部位の中心位置通過タイミ
ングよりも所定時間早く励起電源２を起動させて
レーザビーム６を発生させているので、回転体８
の被加工部位全域を片寄ることなく均一にしかも
正確に除去加工することができ、高精度のダイナ
ミツクバランスの調整を行なうことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、回転体８が熱伝導の良い材質の
場合には、高ピークの波形を１ケ所だけではなく
２ケ所以上に形成するようにしてもよい。この場
合には、励起電源２の構成およびフラツシユラン
プ３の駆動タイミングを適宜制御することにより
簡単に実施できる。この結果、加工能率をより高
めることができる。また、除去加工量の調整、つ
まり除去加工深さの調整は、高ピーク波形のパル
ス幅を制御することにより容易に行ない得る。さ
らに、加工用レーザ装置としては、高速繰り返し
発振を行なえるものであれば如何なるものを適用
してもよく、その他高ピーク波を形成したレーザ
ビームを発生させる手段および回転体８の被加工
部位検出手段等についても、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種種変形して実施できる。

以上詳述したように本発明によれば、高速繰り
返し発振によりスパイク波の減少したYAGレー
ザビームを用いたとしても、加工除去量を減少さ
せずに、特に回転体の高速回転領域において十分
な除去加工を行ない得て加工能率が高く、しかも
高精度のダイナミツクバランスの調整を行ない得
る回転体の表面除去加工装置を、ここに提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の従来説明に用いるため
のレーザパルス波形図、第２図〜第７図は本発明
の一実施例を説明するための図で、第２図は回転
体の表面除去加工装置の概略構成図、第３図はレ
ーザ励起電源の概略構成図、第４図〜第７図は作
用説明に用いるための図である。 １……加工用レーザ装置、２……励起電源、３
……フラツシユランプ、５……YAGレーザロツ
ド、６……レーザビーム、８……回転体、１１…
…軸受、１２……弾性部材、１４……振動検出
器、１５……回転位相検出器、１６……加工制御
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ励起ランプの発光パルスで固体レーザ
   発振器を励起して回転体の表面にレーザビームを
   照射し、回転体の表面除去加工を行なう回転体の
   表面除去加工装置において、回転体表面の被加工
   部位を検出する手段と、この手段により検出した
   被加工部位の中心位置検出タイミングよりも所定
   時間だけ早めて前記レーザ励起ランプの発光動作
   を開始せしめる手段と、前記レーザ励起ランプか
   ら発生される発光パルス波形の発光動作開始時に
   ピーク値の高い波形を形成する手段とを具備した
   ことを特徴とする回転体の表面除去加工装置。