(57)【要約】【課題】内部の湿度を保ちつつ、レーザ装置の運転費用を抑制する。【解決手段】レーザ装置１００は、レーザモジュール１１と、その内部に設けられた第１の湿度センサＴＨＳ１と、吸着剤を内部に有し、レーザモジュール１１の内部を除湿する除湿器２０と、を有するレーザ発振器１０と、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御するとともに、第１の湿度センサＴＨＳ１で測定されたレーザモジュール１１の内部の第１の湿度ＨＬＭに基づいて除湿器２０の運転を制御する制御部３０と、を備えている。制御部３０は、第１の湿度ＨＬＭが第２の値Ｈ２を超えた場合は、除湿器２０の運転を開始する一方、第２の値Ｈ２よりも低い第１の値Ｈ１以下になった場合は、除湿器２０の運転を停止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザモジュールと、
前記レーザモジュールの内部に設けられた第１の湿度センサと、
吸着剤を内部に有し、前記レーザモジュールの内部を除湿するための除湿器と、
前記レーザモジュールと前記第１の湿度センサと前記除湿器とを内部に有するレーザ発振器と、
前記レーザモジュールの外部でかつ前記レーザ発振器の内部に設けられた第２の湿度センサと、
前記レーザ発振器のレーザ発振を制御するとともに、前記第１の湿度センサで測定された第１の湿度及び前記第２の湿度センサで測定された第２の湿度に基づいて前記除湿器の運転を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記レーザモジュールの内部の湿度が第２の値を超えた場合は、前記除湿器の運転を開始する一方、前記第２の値よりも低い第１の値以下になった場合は、前記除湿器の運転を停止し、
前記第１の値と前記第２の値と前記第１の湿度と前記第２の湿度とに基づいて、前記除湿器の残存寿命を予測することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記制御部は、
所定の時点で測定された前記第１の湿度及び前記第２の湿度と前記吸着剤の飽和率とに基づいて、前記第１の湿度の時間変化率を算出するとともに、前記第１の値及び前記第２の値に基づいて前記除湿器の運転デューティー比を算出し、
前記所定の時点までの前記除湿器の運転積算時間と前記第１の湿度の時間変化率と前記除湿器の運転デューティー比とに基づいて、前記除湿器の残存寿命を予測することを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ装置において、
前記第１の値と前記第２の値とは、予め求められた前記レーザモジュールの内部の湿度と前記レーザ発振器から出射されるレーザ光出力との関係に基づいて決定されることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
前記第１の湿度が前記第２の値よりも高い第４の値を超えた場合は、前記レーザモジュールのレーザ発振を停止させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
前記制御部は、前記吸着剤の交換時期を知らせるための報知部を有していることを特徴とするレーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のレーザ装置において、
前記制御部は、予測された前記除湿器の残存寿命に基づいて、前記報知部に前記除湿器の交換時期を知らせるためのアラームを報知させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ装置において、
前記除湿器及び前記吸着剤には、それぞれ識別番号が付与されており、
前記除湿器の残存寿命は、前記識別番号に関連付けられて前記制御部に保存されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドを保持するとともに所望の位置に移動させるマニピュレータと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大出力のレーザ装置では、温度上昇による性能低下を防止するため、内部のレーザ光源や光学部品を水冷して温度を安定化させる構成が採用されている。一方、レーザ装置の温度が所定値以下になると、内部で結露が生じ、レーザ光が結露水に吸収されたり散乱されたりして、レーザ出力が安定しないという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１には、レーザ装置内のレーザモジュールを冷却するとともに、レーザモジュールを収容する筐体内の温度をエアコンで制御する構成が開示されている。この構成では、筐体０内に供給されるパージエアーから低露点のドライエアーを生成してレーザモジュールに供給し、レーザモジュール内部の露点を低下させている。また、筐体内の温度を制御することで、レーザモジュールの冷却効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−０８１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示される従来の構成では、常時、ドライエアーを生成し、レーザ装置内に供給するため、レーザ装置の運転費用が高くなるおそれがあった。また、ドライエアー供給設備や設備内の部品のメンテナンスまたは交換周期が短くなり、レーザ装置のメンテナンス費用が増大するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、内部の湿度を所定の範囲に維持し、さらに除湿器の寿命を予測することで、メンテナンス費用や頻度が抑制可能なレーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ装置は、レーザ光を発生するレーザモジュールと、前記レーザモジュールの内部に設けられた第１の湿度センサと、吸着剤を内部に有し、前記レーザモジュールの内部を除湿するための除湿器と、前記レーザモジュールと前記第１の湿度センサと前記除湿器とを内部に有するレーザ発振器と、前記レーザモジュールの外部でかつ前記レーザ発振器の内部に設けられた第２の湿度センサと、前記レーザ発振器のレーザ発振を制御するとともに、前記第１の湿度センサで測定された第１の湿度及び前記第２の湿度センサで測定された第２の湿度に基づいて前記除湿器の運転を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザモジュールの内部の湿度が第２の値を超えた場合は、前記除湿器の運転を開始する一方、前記第２の値よりも低い第１の値以下になった場合は、前記除湿器の運転を停止し、前記第１の値と前記第２の値と前記第１の湿度と前記第２の湿度とに基づいて、前記除湿器の残存寿命を予測することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、レーザ発振器から出射されるレーザ光出力を安定化できる。また、レーザモジュールの内部の湿度が第１の値以下になった場合、除湿器の運転を停止することで、除湿器、ひいてはレーザ装置の運転費用が増加するのを抑制できる。さらに、除湿器の残存寿命を予測することで、適切なタイミングでレーザ装置をメンテナンスでき、メンテナンス費用の増加を抑制できる。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前記レーザ装置と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドを保持するとともに所望の位置に移動させるマニピュレータと、を少なくとも備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、安定した出力のレーザ光でワークを加工することができ、ワークの加工品質を高く維持できる。また、レーザ装置の運転費用及びメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加するのを抑制できるため、レーザ加工装置自体の運転費用やメンテナンス費用を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ装置によれば、レーザ光出力を安定化できる。また、運転費用やメンテナンスが増加するのを抑制できる。また、本発明のレーザ加工装置によれば、ワークの加工品質を高く維持できる。また、運転費用やメンテナンス費用を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図２】レーザ装置の構成を示す模式図である。
【図３】レーザ装置の運転手順を示すフローチャートである。
【図４】レーザモジュールの内部の湿度とレーザ発振器から出射されたレーザ光出力との関係を示す図である。
【図５】除湿器の残存寿命の予測手法を示すフローチャートである。
【図６】除湿器が運転された状態での第１の湿度の時間変化を示す図である。
【図７】第２の湿度と除湿器の運転デューティー比との関係を示す図である。
【図８】除湿器の運転デューティー比と残存寿命との関係を示す図である。
【図９】第２の湿度と除湿器の残存寿命との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係るレーザ装置の機能ブロックの構成を示す模式図である。
【図１１】デシカントの交換手順を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１４】
（実施形態）
［レーザ加工装置及びレーザ装置の構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示し、レーザ加工装置１０００は、レーザ装置１００とレーザ加工ヘッド２００と光ファイバ３００とマニピュレータ４００とロボット制御部５００とを有している。
【００１５】
レーザ装置１００は、光ファイバ３００に接続され、レーザ発振器１０（図２参照）で発生したレーザ光が光ファイバ３００を介してレーザ加工ヘッド２００に導光される。レーザ加工ヘッド２００は、光ファイバ３００で導光されたレーザ光をワークＷに照射する。マニピュレータ４００は、先端にレーザ加工ヘッド２００が取り付けられ、レーザ加工ヘッド２００を移動させる。ロボット制御部５００は、マニピュレータ４００の動作を制御する。なお、レーザ発振器１０には、図示しない電源からレーザ発振のための電力が供給される。
【００１６】
レーザ加工装置１０００は、レーザ加工ヘッド２００が取付けられたマニピュレータ４００を動作させて、レーザ装置１００から出力されたレーザ光をワークＷに向けて所望の軌跡で照射することで、ワークＷの切断や溶接、穴あけ加工等を行うのに使用される。
【００１７】
光ファイバ３００の一部はレーザ発振器１０の内部に配置され、レーザ加工ヘッド２００と光ファイバ３００の残部とマニピュレータ４００とはレーザ発振器１０と隔てられた加工室６００の内部に配置され、ロボット制御部５００はレーザ発振器１０及び加工室６００と隔てられた制御室７００の内部に配置されている。ただし、レーザ装置１００のうち制御部３０は制御室７００の内部に配置されている。なお、制御室７００は、レーザ光の一部が反射等されて入り込まないようにレーザ発振器１０及び加工室６００と光学的に遮蔽されている。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るレーザ装置１００の構成の模式図を示し、レーザ装置１００は、レーザ発振器１０と除湿器２０と制御部３０とを有している。
【００１９】
レーザ発振器１０は、複数のレーザモジュール１１とビーム結合器１２と集光光学ユニット１３と除湿器２０とを有している。また、レーザ発振器１０はこれらを内部に収容する筐体５０を有している。集光光学ユニット１３には光ファイバ３００の一端が接続され、レーザ光を図１に示すレーザ加工ヘッド２００に導光する。なお、説明の便宜上、レーザモジュール１１に電力を供給する電源の図示及び説明を省略する。
【００２０】
レーザモジュール１１は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオードまたはレーザアレイからなり、レーザモジュール１１内で波長合成されたレーザ光が各レーザモジュール１１からそれぞれ出射される。また、複数のレーザモジュール１１の内部にそれぞれ内部の湿度を測定する第１の温湿度センサＴＨＳ１が配設されている。
【００２１】
ビーム結合器１２は、複数のレーザモジュール１１からそれぞれ出射されたレーザ光を一つのレーザ光に結合して集光光学ユニット１３に出射する。具体的には、各々のレーザ光の光軸を近接又は一致させるとともに、互いの光軸が平行になるように結合する。なお、レーザ光の波長域は、例えば９００ｎｍ〜１μｍの間にある。
【００２２】
集光光学ユニット１３は、内部に配設された集光レンズ（図示せず）によって、入射されたレーザ光のビーム径を所定の倍率で縮小し、光ファイバ３００に入射する。また、集光光学ユニット１３は図示しないコネクタを有し、コネクタには光ファイバ３００の一端が接続されている。
【００２３】
レーザモジュール１１とビーム結合器１２と集光光学ユニット１３とはそれぞれ連通している。また、レーザモジュール１１の外部でかつ筐体５０の内部に第２の温湿度センサＴＨＳ２が配設されている。第２の温湿度センサＴＨＳ２は、筐体５０の内部、言い換えるとレーザ発振器１０の内部の湿度を測定している。
【００２４】
レーザ発振器１０をこのような構成とすることで、レーザ光出力が数ｋＷを超える高出力のレーザ装置１００を得ることができる。なお、本実施形態では、４つのレーザモジュール１１がレーザ発振器１０に搭載されているが、特にこれに限定されない。レーザモジュール１１の搭載個数は、レーザ装置１００に要求される出力仕様や、個々のレーザモジュール１１の出力仕様によって適宜変更されうる。
【００２５】
なお、図示しないが、レーザ発振器１０の内部には、集光光学ユニット１３内の集光レンズを含め、数個〜十数個の光学部品が配設されている。
【００２６】
除湿器２０は、ドライエアー分配器２１とエアーポンプ２２とデシケータ２３とを有しており、エアーポンプ２２とデシケータ２３とドライエアー分配器２１とは配管２４を介して直列に接続されている。また、ドライエアー分配器２１から複数に分岐した配管２４は、複数のレーザモジュール１１のそれぞれに接続されている。エアーポンプ２２から吐出された気流は、配管２４を介してデシケータ２３に流入される。デシケータ２３の内部には図示しない吸着剤であるデシカントが配設されており、デシケータ２３に流入した気流中の水分がデシカントに吸収されて、水分含有量が低下した気流がデシケータ２３から吐出される。デシケータ２３から吐出された気流は、ドライエアー分配器２１と配管２４とを介して、レーザモジュール１１の内部に流入する。前述したように、各レーザモジュール１１とビーム結合器１２と集光光学ユニット１３は連通しているため、水分含有量が低下した気流がこれらの内部を流れ、配管２４及びドライエアー分配器２１を介してエアーポンプ２２の吸気口に流入する。
【００２７】
このように、エアーポンプ２２を駆動して、除湿器２０とレーザモジュール１１の内部との間で気流を循環させることで、レーザモジュール１１の内部の湿度は一定の飽和値に到るまで低下する。なお、本実施形態において、エアーポンプ２２から吐出する気流は大気であるが、窒素ガスまたは他の不活性ガスであってもよい。
【００２８】
なお、レーザモジュール１１の内部と筐体５０の内部とは相互に気体が出入り可能であり、筐体５０の内部とその外部とも相互に気体が出入り可能である。
【００２９】
制御部３０は、レーザモジュール１１と除湿器２０とに接続されており、除湿器２０の運転を制御する。具体的には、エアーポンプ２２に制御信号を出力して、エアーポンプ２２の運転、例えば駆動開始や停止を制御する。また、制御部３０は、第１の温湿度センサＴＨＳ１の出力信号を受け取って、レーザモジュール１１の内部の温度や湿度及び露点を算出する。
【００３０】
また、制御部３０は、レーザモジュール１１のレーザ発振を制御する。具体的には、各々のレーザモジュール１１に接続された図示しない電源に対して出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することにより、レーザ発振制御を行う。なお、各々のレーザモジュール１１に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール１１毎にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。
【００３１】
また、第２の温湿度センサＴＨＳ２は制御部３０に接続されており、制御部３０は、第２の温湿度センサＴＨＳ２の出力信号を受け取って、レーザ発振器１０の内部の温度や湿度及び露点を算出する。また、筐体５０には配管４０が接続されており、図示しないドライエアー供給機構から、湿度が所定値以下、例えば、１０％以下となるように制御されたドライエアーが筐体５０の内部に供給可能に構成されている。なお、ドライエアーの代わりに、湿度が所定値以下となるように制御された窒素ガスまたは他の不活性ガスが筐体５０の内部に供給されるようにしてもよい。なお、レーザ装置１００の運転コストあるいは設置環境に鑑みて、配管４０及びドライエアー供給機構を省略するようにしてもよい。
【００３２】
制御部３０は、レーザ加工作業者等にデシカントの交換時期を知らせるためのアラームを報知する報知部３１と第１及び第２の温湿度センサＴＨＳ１，ＴＨＳ２での測定値や除湿器２０の運転積算時間Ｔａやその他のデータを保存する記憶部３２を有している。アラームを報知する条件等については後で詳述する。また、制御部３０は、記憶部３２に保存されたデータ等に基づいて各種の演算を行う演算部３３を有しており、演算部３３での演算処理結果に基づいて除湿器２０の寿命を予測する。具体的な寿命予測手法については後で述べる。
【００３３】
［レーザ装置の運転方法］
図３は、本実施形態に係るレーザ装置の運転手順を示す。なお、図３に示すフローチャートにおいて、判定ステップは制御部３０で実行される。また、以降の説明において、第１の値Ｈ１を５％、第２の値Ｈ２を１０％、第３の値Ｈ３を２０％、第４の値Ｈ４を３０％とする。
【００３４】
まず、第１の温湿度センサＴＨＳ１によりレーザモジュール１１の内部の湿度ＨＬＭ（以下、第１の湿度ＨＬＭと言うことがある。）を測定する（ステップＳ１１）。第１の湿度ＨＬＭが第２の値Ｈ２以上であるか否かを判定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１２での判定結果が肯定的であれば、エアーポンプ２２を駆動して除湿器２０の運転を開始する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の実行後にステップＳ１４に進む。なお、ステップＳ１１の実行時点で、既に除湿器２０の運転が開始されていれば、ステップＳ１３をスキップしてステップＳ１４に進む。また、ステップＳ１２での判定結果が否定的、言い換えると、第１の湿度ＨＬＭが第２の値Ｈ２未満である場合も同様に、ステップＳ１３をスキップしてステップＳ１４に進む。
【００３５】
次に、第１の湿度ＨＬＭが第１の値Ｈ１以上、第２の値Ｈ２未満であるか否かを判定し（ステップＳ１４）、判定結果が肯定的であれば、除湿器２０の運転を停止する（ステップＳ１５）。所定の時間経過後に、ステップＳ１１に戻って、再度、第１の湿度ＨＬＭを測定し、以降のステップに進む。
【００３６】
一方、ステップＳ１４での判定結果が否定的であれば、第１の湿度ＨＬＭが第３の値Ｈ３以下であるか否かを判定し（ステップＳ１６）、判定結果が肯定的であれば、除湿器２０を継続して運転する（ステップＳ１７）とともに、所定の時間経過後に、ステップＳ１１に戻って、再度、第１の湿度ＨＬＭを測定し、以降のステップに進む。
【００３７】
一方、ステップＳ１６での判定結果が否定的であれば、第１の湿度ＨＬＭが第４の値Ｈ４以下であるか否かを判定し（ステップＳ１８）、判定結果が肯定的であれば、制御部３０は、報知部３１にデシケータ２３内のデシカントの交換時期を知らせるためのアラームを報知させる（ステップＳ１９）。一方、ステップＳ１８での判定結果が否定的であれば、制御部３０はレーザ発振器１０のレーザ発振、具体的にはレーザモジュール１１のレーザ発振を停止させる（ステップＳ２０）。また、制御部３０は、報知部３１にレーザ発振器１０が停止した旨のアラームを報知させる。
【００３８】
ここで、第１の値Ｈ１と第２の値Ｈ２とを決定する要因について説明する。
【００３９】
図４は、第１の湿度とレーザ発振器から出射されたレーザ光出力との関係を示す。なお、レーザ光出力は、図１に示す光ファイバ３００の出射端から出射されたレーザ光の出力で表わしている。
【００４０】
図４から明らかなように、第１の湿度ＨＬＭが増加して１０％を超えたあたりからレーザ光出力が低下し始める。この現象は、第１の湿度ＨＬＭの増加に伴い、レーザ発振器１０の内部でレーザ光の光路中に配設された光学部品の表面に吸着される水分量が増加し、レーザ光が吸着された水分に一部吸収されることに起因していると推定される。前述したように、レーザ発振器１０の内部には多数の光学部品が存在しており、各々においてレーザ光が吸収されると、検出できる程度にレーザ光出力が低下するものと考えられる。
【００４１】
前述の第１の値Ｈ１及び第２の値Ｈ２は、この現象を勘案して決定されている。言い換えると、ステップＳ１４では、第１の湿度ＨＬＭが、予め求められた第１の湿度ＨＬＭとレーザ光出力との関係に基づいて、レーザ光出力が一定かつ高い値を維持できる範囲内にあるか否かを判定していると言える。
【００４２】
なお、図４は、第１の湿度ＨＬＭとレーザ光出力との関係の一例を示したものであり、レーザ発振器１０の構成や除湿器２０の仕様やレーザモジュール１１の容積等に応じて、当該関係は変化しうる。つまり、第１の値Ｈ１及び第２の値Ｈ２は、前述した値（Ｈ１＝５％、Ｈ２＝１０％）から適宜変更されうる。
【００４３】
また、第３の値Ｈ３は、デシカントが飽和状態に近づいたか否かを判定するための目安であり、除湿器２０の寿命、具体的には、エアーポンプ２２やデシカントの寿命に応じて、前述の値（Ｈ３＝２０％）から適宜変更されうる。また、第４の値Ｈ４は、レーザ光出力の許容下限やレーザ発振器１０の内部の光学部品の光学損傷の程度等に応じて、前述の値（Ｈ４＝３０％）から適宜変更されうる。ただし、第１〜第４の値Ｈ１〜Ｈ４の間では、式（１）に示す関係が維持されるものとする。
【００４４】
Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ４  ・・・（１）
【００４５】
［除湿器の残存寿命予測手法］
図５は、本実施形態に係る除湿器の残存寿命予測手法のフローチャートを示す。図６は、除湿器が運転された状態での第１の湿度の時間変化を、図７は、第２の湿度と除湿器の運転デューティー比との関係を、図８は、除湿器の運転デューティー比と残存寿命との関係を、それぞれ示す。また、図９は、第２の湿度と除湿器の残存寿命との関係を示す。
【００４６】
除湿器２０の残存寿命ＴＲを予測するにあたって、第１の温湿度センサＴＨＳ１により第１の湿度ＨＬＭを測定し（ステップＳ２１）、第２の温湿度センサＴＨＳ２によりレーザ共振器１０の内部の湿度ＨＬｏ（以下、第２の湿度ＨＬｏと呼ぶことがある。）を測定する（ステップＳ２２）。なお、第２の湿度ＨＬｏは、筐体５０の内部の湿度に相当する。
【００４７】
ステップＳ２１，Ｓ２２の終了時点までの除湿器２０の運転積算時間Ｔａを記憶部３２から読み出す（ステップＳ２３）。なお、運転積算時間Ｔａには、エアーポンプの運転積算時間とデシカントの使用積算時間とがそれぞれ含まれている。
【００４８】
次に、デシカントの飽和率（以下、デシカント飽和率ＳＲと呼ぶことがある。）を算出する（ステップＳ２４）。未使用状態のデシカントの重量と使用後のデシカントの重量との差分に基づいてデシカント飽和率ＳＲは算出される。また、記憶部３２には、使用後のデシカントの重量に関連付けられたデシカント飽和率ＳＲがテーブル形式で保存されている。デシケータ２３に設置された図示しない重量計での測定値に基づいて、所定の期間、除湿器２０を運転した後のデシカントの重量が算出され、記憶部３２に保存されたデータと比較して、デシカント飽和率ＳＲが算出される。なお、ステップＳ２３，Ｓ２４は同時に実行されるようにしてもよい。
【００４９】
次に、第１の湿度ＨＬＭの時間変化率Ａを算出する（ステップＳ２５）。第１の湿度ＨＬＭの時間変化率Ａは、以下に示す式（２）で表わされ、ステップＳ２２〜Ｓ２４での算出値あるいは測定値及び記憶部３２に保存されたデータに基づいて、演算部３３で算出される。
【００５０】
Ａ＝｛（ＨＬＭ×ＶＬＭ）＋（ＨＬｏ×Ｆｏ）＋（Ｂ×Ｆｄ）｝／（ＶＬＭ＋Ｆｏ＋Ｆｄ）  ・・・（２）
【００５１】
ここで、
ＶＬＭ：レーザモジュール１１の内部容積
Ｆｏ：レーザモジュール１１の内部とその外部との気体の流出入量
Ｆｄ：デシケータ２３を流れるドライエアーの流量
Ｂ  ：デシカントの内部の湿度
である。また、Ｂは、以下に示す式（３）で表わされる。
【００５２】
Ｂ＝ＨＬＭ×ｅｘｐ（−Ｃ×ＳＲ）  ・・・（３）
【００５３】
ここで、Ｃは、デシカントの吸湿係数である。
【００５４】
気体の流出入量Ｆｏと吸湿係数Ｃとは、予め実験により求められて、記憶部３２に保存されている。また、レーザモジュール１１の内部容積ＶＬＭやドライエアーの流量Ｆｄは、レーザ装置１００の仕様や運転条件等に関連付けられて予め記憶部３２に保存されている。なお、図２に示すように、４つのレーザモジュール１１が配置されている場合、レーザモジュール１１の内部容積ＶＬＭは、各々のレーザモジュール１１の内部容積の和で表わされる。
【００５５】
次に、除湿器２０の運転デューティー比ＤＲを算出する（ステップＳ２６）。ここで、運転デューティー比ＤＲはエアーポンプ２２の運転デューティー比に相当する。
【００５６】
前述したように、第１の湿度ＨＬＭが第１の値Ｈ１（＝５％）以下になると、除湿器２０、具体的にはエアーポンプ２２は運転を停止し、第２の値Ｈ２（＝１０％）を越えると、運転を再開する。
【００５７】
このように、エアーポンプ２２の運転開始条件及び停止条件が設定されると、図６に示すように、第１の湿度ＨＬＭは、期間Ｔ１中に第１の値Ｈ１から上昇し、期間Ｔ２中に第２の値Ｈ２から低下する挙動を所定の周期Ｔで繰り返す。なお、周期Ｔは期間Ｔ１と期間Ｔ２との和に相当する。また、期間Ｔ１はエアーポンプ２２の停止期間に、期間Ｔ２はエアーポンプ２２の運転期間にそれぞれ相当する。
【００５８】
従って、運転デューティー比ＤＲは、以下に示す式（４）で表わされる。
【００５９】
ＤＲ＝Ｔ２／Ｔ＝Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）  ・・・（４）
【００６０】
また、図７から明らかなように、エアーポンプ２２の運転開始及び停止をそれぞれ決める第１の値Ｈ１と第２の値Ｈ２とが変更されれば、それに応じて、運転デューティー比ＤＲも変更される。
【００６１】
ステップＳ２３で読み出された運転積算時間Ｔａと、ステップＳ２５で算出された第１の湿度ＨＬＭの時間変化率Ａと、ステップＳ２６で算出された運転デューティー比ＤＲとに基づいて、除湿器２０の残存寿命ＴＲを算出する（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２７では、運転積算時間Ｔａとしてエアーポンプ２２の運転積算時間を用いている。
【００６２】
レーザモジュール１１の内部と筐体５０の内部とは相互に気体が出入り可能であるため、第２の湿度ＨＬｏが高くなるにつれて、第１の湿度ＨＬＭも高くなる。第１の湿度ＨＬＭが高くなると、エアーポンプ２２を運転させて、第１の湿度ＨＬＭを低下させる必要がある。従って、図７に示すように、第２の湿度ＨＬｏが高くなるにつれて、運転デューティー比ＤＲも大きくなる。また、デシカント飽和率ＳＲが大きくなるにつれて、第２の湿度ＨＬｏに対する運転デューティー比ＤＲの増加率も上昇する。
【００６３】
また、運転デューティー比ＤＲが大きくなるにつれて、エアーポンプ２２を長時間運転させることとなり、その結果、図８に示すように、残存寿命ＴＲも低下する。
【００６４】
これらの傾向を予め、記憶部３２に保存しておくか、あるいは、ステップＳ２６までに求められた各種の値を用いて演算部３３で演算処理するかして、残存寿命ＴＲが予測される。
【００６５】
また、制御部３０は、予測された除湿器２０の残存寿命ＴＲに基づいて、報知部３１に除湿器２０の交換時期を知らせるためのアラームを報知させる。残存寿命ＴＲが所定値、例えば、１６８時間以下になった場合に、報知部３１から除湿器２０の交換時期を知らせるためのアラームが報知される。
【００６６】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１００は、レーザ光を発生するレーザモジュール１１と、レーザモジュール１１の内部に設けられた第１の温湿度センサＴＨＳ１と、吸着剤であるデシカントを内部に有し、レーザモジュール１１の内部を除湿するための除湿器２０と、レーザモジュール１１と第１の温湿度センサと除湿器２０とを内部に有するレーザ発振器１０と、レーザモジュール１１の外部でかつレーザ発振器１０の内部に設けられた第２の湿度センサＴＨＳ２と、を備えている。
【００６７】
また、レーザ装置１００は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御するとともに、第１の温湿度センサＴＨＳ１で測定された第１の湿度ＨＬＭ及び第２の温湿度センサＴＨＳ２で測定された第２の湿度ＨＬＯに基づいて除湿器２０の運転を制御する制御部３０と、を備えている。
【００６８】
制御部３０は、第１の湿度ＨＬＭが第２の値Ｈ２を超えた場合は、除湿器２０の運転を開始する一方、第２の値Ｈ２よりも低い第１の値Ｈ１以下になった場合は、除湿器２０の運転を停止する。また、制御部３０は、第１の値Ｈ１と第２の値Ｈ２と第１の湿度ＨＬＭと第２の湿度ＨＬＯとに基づいて、除湿器２０の残存寿命ＴＲを予測する。
【００６９】
レーザ装置１００をこのように構成することで、レーザ光出力が低下する前に除湿器２０を運転させて、第１の湿度ＨＬＭの上昇を抑制し、レーザ光出力を安定化できる。また、第１の湿度ＨＬＭが第１の値Ｈ１以下になった場合、それ以上に第１の湿度ＨＬＭを低下させる必要がないため、除湿器２０の運転を停止することで、除湿器２０、ひいてはレーザ装置１００の運転費用が増加するのを抑制できる。また、デシカントの交換等、除湿器２０のメンテナンスを行う期間を延ばせるとともに、除湿器２０の残存寿命ＴＲの減少速度を抑制することができる。このことにより、例えば、除湿器２０の残存寿命ＴＲを従来よりも１．５倍程度延ばすことができる。また、除湿器２０、ひいてはレーザ装置１００のメンテナンス頻度を低減でき、レーザ装置１００のメンテナンス費用が増加するのを抑制できる。
【００７０】
また、制御部３０が除湿器２０の残存寿命ＴＲを予測するようにすることで、除湿器２０の交換時期の到来を確実に把握することができ、除湿器２０の不要なメンテナンスを無くして、レーザ装置１００のメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加するのを抑制できる。
【００７１】
なお、除湿器２０の残存寿命ＴＲは、以下の手順で算出される。まず、所定の時点で測定された第１及び第２の湿度ＨＬＭ，ＨＬＯとデシカント飽和率ＳＲとに基づいて、第１の湿度ＨＬＭの時間変化率Ａが算出される。また、第１の値Ｈ１及び第２の値に基づいて除湿器２０の運転デューティー比ＤＲが算出される。
【００７２】
第１の湿度ＨＬＭ及び第２の湿度ＨＬＯの測定時点までの除湿器２０の運転積算時間Ｔａと第１の湿度ＨＬＭの時間変化率Ａと運転デューティー比ＤＲとに基づいて、残存寿命ＴＲが予測される。
【００７３】
制御部３０は、デシカントの交換時期を知らせるための報知部３１を有しており、制御部３０は、予測された除湿器２０の残存寿命ＴＲに基づいて、報知部３１に除湿器２０の交換時期を知らせるためのアラームを報知させる。
【００７４】
制御部３０及び報知部３１をこのように構成することで、デシケータ２３内のデシカントの交換時期の到来を精度良く予測でき、かつレーザ加工作業者等に当該交換時期を確実に知らせることができる。
【００７５】
また、前述したように、筐体５０の内部は、その外部の空間と気体の出入りが可能に構成されている。レーザ発振器１０や加工室６００は、特別な湿度管理がなされていない環境に設置されることが多い。例えば、運転コスト等の関係で、筐体５０の内部にドライエアー等を供給する気体供給機構を省略するような場合、レーザ発振器１０が設置された環境の大気が、そのまま、レーザ発振器１０の内部やレーザモジュール１１の内部に流入してしまう。
【００７６】
このような場合、例えば、図９に示すように、レーザ発振器１０が高温多湿の雰囲気に設置された場合と低温かつ乾燥した雰囲気に設置された場合とでは、第２の湿度ＨＬＯが大きく異なり、これに従って、第１の湿度ＨＬＭや除湿器の残存寿命ＴＲ、例えば、エアーポンプ２２の残存寿命やデシカントの残存寿命にも違いが出てくる。なお、図９では、レーザ発振器１０を有するレーザ加工装置１０００が異なる地域（欧州や日本や東南アジア）に設置された場合に、第２の湿度ＨＬＯに違いが生じる例を示している。また、図９に示す残存寿命ＴＲは、エアーポンプ２２の残存寿命である。
【００７７】
本実施形態によれば、レーザ発振器１０が設置された環境、特に設置環境の湿度が大きく異なる場合にも、精度良く除湿器２０の残存寿命ＴＲ、つまりエアーポンプ２２やデシカントの交換時期を予測して、レーザ加工作業者等にこれらの交換時期を報知することができる。このことにより、除湿器２０のメンテナンスを適切な時期に行うことができ、レーザ装置１００のメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加するのを抑制できる。
【００７８】
なお、第１の値Ｈ１と第２の値Ｈ２とは、予め求められた第１の湿度ＨＬＭとレーザ発振器１０から出射されたレーザ光出力との関係に基づいて決定される。
【００７９】
また、レーザ装置１００において、第１の湿度ＨＬＭが第４の値Ｈ４を超えた場合は、レーザ発振器１０のレーザ発振を停止させるようにしてもよい。
【００８０】
レーザ装置１００をこのように構成することで、レーザ発振器１０から許容下限を下回るレーザ光が出力されるのを防止できる。また、レーザ発振器１０の内部の光学部品が破損等するのを抑制できる。前述したように、第１の湿度ＨＬＭが第２の値Ｈ２を超えると、当該光学部品の表面に水分が吸着し、これにレーザ光の一部が吸収される。吸収されたレーザ光は熱に変換されるため、光学部品の表面は発熱する。第１の湿度ＨＬＭが増加すると、水分の吸着量、ひいてはレーザ光の吸収量が増加してしまい、それとともに光学部品の発熱量も増加してしまう。その結果、光学部品に熱的損傷が加わり、光学特性が変化したり、極端な場合には光学部品が破損したりする。
【００８１】
本実施形態によれば、第１の湿度ＨＬＭが第４の値Ｈ４を超えた場合に、レーザ発振器１０のレーザ発振を停止させることで、光学部品の発熱及びそれに伴う損傷等の発生を抑制し、レーザ光出力を安定化できる。また、光学部品の交換頻度が増加するのを抑制して、レーザ装置１００のメンテナンス頻度を低減できる。このことにより、レーザ装置１００のメンテナンス費用が増加するのを抑制できる。
【００８２】
また、レーザ装置１００は、レーザ発振器１０の内部に湿度が所定値以下である気体を供給するための気体供給機構を備えていてもよい。
【００８３】
レーザモジュール１１はビーム結合器１２との連通部分を有しており、高い気密性を有しているわけではない。前述したように、レーザモジュール１１の内部と筐体５０の内部とは、気体の出入りが可能に構成されている。また、筐体５０の内部とその外部の空間とは、レーザ光が漏れないように光学的に遮蔽されている一方、気体の出入りは可能に構成されている。
【００８４】
このような構成において、筐体５０の外部の湿度が高い状態だと、筐体５０の内部、つまりレーザ発振器１０の内部も湿度が高くなり、ひいては、第１の湿度ＨＬＭが増加して、除湿器２０を常に運転させなければならなくなる。しかし、この場合、除湿器２０のメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加してしまう。
【００８５】
一方、前述の気体供給機構を設けることで、レーザ発振器１０の内部の湿度ＨＬＯ（以下、単に第２の湿度ＨＬＯと呼ぶことがある。）及び第１の湿度ＨＬＭが増加するのを抑制して、除湿器２０、ひいてはレーザ装置１００のメンテナンス頻度やメンテナンス費用を低減できる。
【００８６】
また、本実施形態に係るレーザ加工装置１０００は、レーザ装置１００と、レーザ光を受け取ってワークに向けて照射するレーザ加工ヘッド２００と、レーザ加工ヘッド２００を保持するとともに所望の位置に移動させるマニピュレータ４００と、を少なくとも備えている。
【００８７】
レーザ加工装置１０００をこのように構成することで、安定した出力のレーザ光でワークを加工することができ、ワークの加工品質を高く維持できる。また、レーザ装置１００の運転費用及びメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加するのを抑制できるため、レーザ加工装置１０００自体の運転費用やメンテナンス費用を低減できる。
【００８８】
なお、４つのレーザモジュール１１のそれぞれに第１の温湿度センサＴＨＳ１を取付けて、各レーザモジュール１１の内部の湿度を測定し、測定された値の平均値を第１の湿度ＨＬＭとしてもよい。
【００８９】
前述したように、レーザモジュール１１は、それぞれビーム結合器１２と連通しているため、互いに気体の出入りが可能に構成されている。従って、各レーザモジュール１１で測定された値の平均値を第１の湿度ＨＬＭとしても、実際の値と大きな差は生じない。また、このようにすることで、除湿器２０の運転を簡便に制御できる。
【００９０】
また、４箇所の測定値のうち、１箇所での測定値と他の測定値との比または差分が所定値以上である場合、該当するレーザモジュール１１に取付けられた第１の温湿度センサＴＨＳ１１あるいはレーザモジュール１１自体に何らかの異常が発生していると考えられる。
【００９１】
従って、このような場合に、制御部３０が、報知部３１に当該異常を知らせるためのアラームを報知させるようにすることで、レーザ装置１００の点検やメンテナンスを適切に行うことができ、レーザ加工における不良の発生を未然に防ぐことができる。
【００９２】
また、異常が発生していると考えられるレーザモジュール１１での測定値を除外して、残りの３箇所での測定値の平均を第１の湿度ＨＬＭとみなすようにしてもよい。この場合、残存寿命ＴＲは３箇所での測定値の平均に基づいて予測される。
【００９３】
このようにすることで、精度をあまり低下させずに、除湿器２０の残存寿命ＴＲを予測できる。
【００９４】
（実施形態２）
図１０は、本実施形態に係るレーザ装置の機能ブロックの模式図を、図１１は、デシカントの交換手順の説明図をそれぞれ示す。なお、図１０，１１において、説明の便宜上、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１０において、レーザモジュール１１とエアーポンプ２２とデシケータ２３と制御部３０以外の構成部品の図示及び説明を省略する。
【００９５】
図１０に示すように、レーザ発振器１０の内部に設置されたエアーポンプ２２及びデシカントにそれぞれ識別番号（ＩＤ）が付与されている。また、記憶部３２には、エアーポンプ２２及びデシカントの識別番号にそれぞれ関連付けられて、エアーポンプ２２の残存寿命ＴＲｐ及びデシカントの残存寿命ＴＲｄの値が保存されている。なお、残存寿命ＴＲｐ及び残存寿命ＴＲｄはそれぞれ、実施形態１で説明した除湿器２０の残存寿命ＴＲに基づいて得られた値である。
【００９６】
このようにすることで、例えば、エアーポンプ２２の残存寿命ＴＲｐやデシカントの残存寿命ＴＲｄを個体毎に管理することができる。例えば、図１１に示すように、運転中のレーザ装置１００に設置され、交換時期が到来したデシカント（ＩＤ：Ｄ１）を休止中のレーザ装置１０１に設置されたデシカント（ＩＤ：Ｄ２）と交換しても、交換後のデシカント（ＩＤ：Ｄ２）の残存寿命ＴＲｄ２が管理、把握されているため、次の交換時期を精度良く予測して、適切なタイミングで除湿器２０のメンテナンスを行うことができる。このことにより、レーザ装置１００のメンテナンス頻度やメンテナンス費用が増加するのを抑制できる。なお、休止中のレーザ装置１０１には、新たなデシカント（ＩＤ：Ｄ０）が設置され、その識別番号Ｄ０や残存寿命ＴＲｄ０の値も記憶部３２に新たに保存される。
【００９７】
（その他の実施形態）
なお、実施形態１，２において、報知部３１がアラームを報知する形態として種々の形態を取りうる。例えば、画面の表示が可能なように報知部３１を構成して、報知部３１に警告画面が表示されるようにしてもよいし、音声の出力が可能なように報知部３１を構成して、報知部３１から警告音または警告音声が出力されるようにしてもよい。
【００９８】
また、図２において、記憶部３２が制御部３０の内部に設けられた例を示したが、記憶部３２が制御部３０の外部に設けられていてもよい。制御部３０とデータのやり取りが可能なように構成されていればよく、例えば、レーザ加工装置１０００が設置された場所と異なる場所に設置されたサーバを記憶部３２として利用するようにしてもよい。また、記憶部３２に上記以外のデータが保存されるようにしてもよい。例えば、レーザ発振器１０の動作プログラムや、レーザ発振時の電力や内部温度等の時間経過が保存されるようにしてもよい。
【００９９】
また、実施形態１，２において、第１及び第２の温湿度センサＴＨＳ１，ＴＨＳ２で測定された湿度に基づいて除湿器２０やレーザ装置１００の運転制御を行う例を示したが、第１及び第２の温湿度センサＴＨＳ１，ＴＨＳ２の出力信号に基づいて、制御部３０がレーザモジュール１１の内部の露点やレーザ発振器１０の内部の露点をそれぞれ算出し、当該露点に基づいて除湿器２０やレーザ装置１００の運転制御を行うようにしてもよい。また、温湿度センサの代わりに、レーザモジュール１１及びレーザ発振器１０に湿度センサが取付けられるようにしてもよい。
【０１００】
また、レーザ光の発生光源はレーザモジュール１１でなくてもよく、単一のレーザ光源であってもよい。また、デシケータ２３内の吸着剤はゼオライト系材料でも他のタイプの材料でもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係るレーザ装置は、レーザ光出力を安定化でき、また、運転費用の増加を抑制できるため、金属加工等に用いられる大出力のレーザ装置に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０      レーザ発振器
１１      レーザモジュール
２０      除湿器
２２      エアーポンプ
２３      デシケータ
３０      制御部
３１      報知部
３２      記憶部
５０      筐体
１００    レーザ装置
２００    レーザ加工ヘッド
３００    光ファイバ
４００    マニピュレータ
５００    ロボット制御部
１０００  レーザ加工装置
ＴＨＳ１  第１の温湿度センサ（第１の湿度センサ）
ＴＨＳ２  第２の温湿度センサ（第２の湿度センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020177991.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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