(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが循環する放電管と、
電源出力指令を出力する出力指令部と、
前記電源出力指令に応じた放電管電圧を前記放電管に印加して、前記放電管で放電を開始させる電源部と、
前記放電管電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源部の出力電流を検出する電流検出部と、
前記放電管で放電を開始させるために、前記出力指令部から出力される電源出力指令値を徐々に増加させる指令電圧制御部と、
前記電源出力指令値を徐々に増加させたときの前記電圧検出部の検出値に基づき、前記放電管で放電が開始したか否かを判定する放電開始判定部とを備え、
前記指令電圧制御部は、前記電源出力指令値を徐々に増加させているときに前記電流検出部により検出された出力電流が予め定めた閾値以上になると、前記電源出力指令値を一旦低下させた後、再度、前記電源出力指令値を徐々に増加させることを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスレーザ発振器において、
前記閾値は第１の閾値であり、
前記電流検出部により検出された出力電流が、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達すると、レーザ電源の出力を停止させる過電流制限部をさらに備えることを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスレーザ発振器において、
予め、前記放電管で放電が正常に行われているときの放電管電圧の電源出力指令値に対する変化割合が記憶された記憶部を有し、
前記放電開始判定部は、前記電圧検出部で検出された放電管電圧の電源出力指令値に対する変化割合と前記記憶部に記憶された放電管電圧の電源出力指令値に対する変化割合との差分が予め定めた閾値以内になったときに、放電開始条件が成立したと判定し、この放電開始条件が所定回数成立したときに、放電が開始したと判定することを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器において、
前記放電管を複数備え、
前記指令電圧制御部は、前記放電開始判定部により前記放電管の個数分だけ放電が開始したと判定されるまで、前記電源出力指令値を徐々に増加させることを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスレーザ発振器において、
前記電源部を複数備えるとともに、これら電源部に対応して前記放電管を複数備え、
前記出力指令部から出力される電源出力指令は、前記複数の電源部に対して共通であるバイアス指令と、前記複数の電源部のそれぞれに対応して設定されたオフセット指令とを含み、
前記出力指令部は、前記バイアス指令に前記オフセット指令を加算して前記複数の電源部のそれぞれに対応した電源出力指令を出力することを特徴とするガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電開始を判定する機能を有するガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、放電管に印加される電圧を検出し、その検出値に基づいて放電管で放電が開始されたか否かを判定するようにしたガスレーザ発振器が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のガスレーザ発振器では、レーザ電源への出力指令値をステップ状に上昇させる。そして、電源出力指令値に対する放電管電圧の検出値の変化割合と、放電が正常に行われているときのデータに基づいて予め定められた、電源出力指令値に対する放電管電圧の変化割合との差分を求め、この差分が所定の閾値以内になったときに、放電が開始されたと判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２２５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスレーザ発振器においては、放電管内を循環するレーザガスの圧力、流量、組成等のガス状態の変化により、放電が開始し難い場合がある。したがって、上記特許文献１記載のガスレーザ発振器のように、放電開始が判定されるまで電源出力指令値をステップ状に上昇させたのでは、レーザ電源に過大な電流が流れ、過電流防止回路等が機能して放電の開始が妨げられるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様であるガスレーザ発振器は、レーザガスが循環する放電管と、電源出力指令を出力する出力指令部と、電源出力指令に応じた放電管電圧を放電管に印加して、放電管で放電を開始させる電源部と、放電管電圧を検出する電圧検出部と、電源部の出力電流を検出する電流検出部と、放電管で放電を開始させるために、出力指令部から出力される電源出力指令値を徐々に増加させる指令電圧制御部と、電源出力指令値を徐々に増加させたときの電圧検出部の検出値に基づき、放電管で放電が開始したか否かを判定する放電開始判定部とを備える。そして、指令電圧制御部は、電源出力指令値を徐々に増加させているときに電流検出部により検出された出力電流が予め定めた閾値以上になると、電源出力指令値を一旦低下させた後、再度、電源出力指令値を徐々に増加させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電源出力指令値を徐々に増加させているときに出力電流の検出値が予め定めた閾値以上になると、電源出力指令値を一旦低下させた後、再度、電源出力指令値を徐々に増加させるようにした。これによりレーザ電源に過大な電流が流れることを防止することができ、放電が開始し難い場合であっても放電管への電圧印加時間が長くなることで容易に放電を開始させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスレーザ発振器の概略構成を示す図。
【図２】図１のレーザ電源とマッチングユニットの構成を示すブロック図。
【図３】図１の出力指令部とモニタ部の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るガスレーザ発振器におけるＣＮＣの主要な構成を示すブロック図。
【図５】図４のリトライ処理部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図６】図５のリトライ処理による動作特性の一例を示す図。
【図７】電源出力指令値と放電管電圧の関係を示す図。
【図８】複数の放電管が放電を開始するまでの動作特性の一例を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るガスレーザ発振器におけるＣＮＣの主要な構成を示すブロック図。
【図１０】図９のリピート処理部で実行される処理の一例を示すフローチャート。
【図１１】出力指令部からオフセット指令を出力する前の動作特性の一例を示す図。
【図１２】出力指令部からオフセット指令を出力した後の動作特性の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−第１の実施形態−
以下、図１〜図８を参照して本発明によるガスレーザ発振器の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスレーザ発振器１００の概略構成を示す図である。このガスレーザ発振器１００は、共振器１と、共振器１の放電管１１〜１４に電力を供給する電源部２と、ガスレーザ発振器１００の動作全般を制御する数値制御装置（ＣＮＣ）３と、電源部２とＣＮＣ３との間で通信を行うインターフェイス部４とを備える。
【０００９】
共振器１は、レーザ媒質であるレーザガスが循環するガス流路１０を有する。レーザガスは、例えば二酸化炭素、ヘリウムおよび窒素を、所定の組成比で混合したものである。ガス流路１０は、放電管ホルダ１０ａを有する第１流路１０１と、第１流路１０１に対し並列に形成された放電管ホルダ１０ｂが設けられた第２流路１０２とを有する。第１流路１０１には、放電管ホルダ１０ａを挟んで一対の放電管１１，１２が設けられ、第２流路１０２には、放電管ホルダ１０ｂを挟んで一対の放電管１３，１４が設けられている。
【００１０】
放電管１１，１３側の端部には、それぞれ折返鏡１０５，１０６が設けられ、放電管１２側の端部には出力鏡１０７が、放電管１４側の端部にはリア鏡１０８がそれぞれ設けられている。放電管１１〜１４は、流路１０１，１０２を挟んで互いに対向して配置された一対の主電極１１ａ〜１４ａをそれぞれ有する。主電極１１ａ〜１４ａの流路方向側方（レーザガスの流れ方向上流側）には、それぞれ補助電極１１ｂ〜１４ｂが設けられている。主電極１１ａ〜１４ａおよび補助電極１１ｂ〜１４ｂには、それぞれ電源部２から電力が供給される。
【００１１】
主電極１１ａ〜１４ａに電力が供給されると、放電管１１〜１４内のレーザガス中で放電が開始される。この主放電により、レーザガスが励起されて光を発生し、出力鏡１０７，リア鏡１０８との間で共振が起こって誘導放出により光が増幅され、その一部が出力鏡１０７から取り出される。取り出されたレーザ光は、レーザ加工等に使用される。
【００１２】
レーザ発振器１００がレーザビームを出力可能なレーザ運転状態においては、レーザ出力がゼロ（０Ｗ）であっても電源部２から主電極１１ａ〜１４ａ、および補助電極１１ｂ〜１４ｂに一定量の電力が供給され続ける。供給される電力量は主電極による放電管の放電が消滅した状態で、補助電極からの補助放電のみが開始した状態に調整される。この補助放電は、微弱な放電のためレーザ出力には直接的には寄与しないが、レーザ出力がゼロ（０Ｗ）の主放電が消滅した状態（ベース放電の状態）においても主放電を開始しやすくするための補助放電として維持されるようになっている。すなわち、レーザ出力がゼロのときにも、ガスレーザ発振器１００が完全に停止されない限り、電源部２は、補助放電が維持される待機電力を出力する。
【００１３】
ガス流路１０には、ターボブロワ１５が接続されている。ターボブロワ１５の回転により、図の矢印に示すように、放電管１１〜１４の一端側からレーザガスが吸い込まれ、ターボブロワ１５から排出される。ターボブロワ１５から排出されたレーザガスは、放電管１１〜１４の他端側にそれぞれ供給され、ガス流路１０を循環する。
【００１４】
ターボブロワ１５の上流側および下流側にはそれぞれ熱交換器１６ａ，１６ｂが設けられ、ガス流路１０を循環するレーザガスは、熱交換器１６ａ，１６ｂにより冷却される。熱交換器１６ａ，１６ｂには、冷却水循環システム１７により冷却媒体として冷却水が供給される。ガス流路１０内におけるレーザガスの圧力は、レーザガスを供給、排出するレーザガス圧制御システム１８により制御される。すなわち、レーザガス圧制御システム１８は、レーザガスを給排する制御弁１８１（図４）を有し、制御弁１８１の開閉によりレーザガス圧が制御される。
【００１５】
電源部２は、放電管１１，１３（主電極１１ａ，１３ａと補助電極１１ｂ，１３ｂ）に電圧を印加する第１電源部２１と、放電管１２，１４（主電極１２ａ，１４ａと補助電極１２ｂ，１４ｂ）に電圧を印加する第２電源部２２とを有する。第１電源部２１は、レーザ電源２３１とマッチングユニット２４１とを有し、第２電源部２２は、レーザ電源２３２とマッチングユニット２４２とを有する。なお、レーザ電源２３１，２３２の構成は互いに等しく、マッチングユニット２４１，２４２の構成も互いに等しい。レーザ電源２３１，２３２を符号２３で表し、マッチングユニット２４１，２４２を符号２４で表すこともある。
【００１６】
図２は、レーザ電源２３とマッチングユニット２４の構成を示すブロック図である。図２に示すように、レーザ電源２３は、ＤＣ（直流）電源部２５とＲＦ（高周波）電源部２６とを有する。ＤＣ電源部２５は、三相交流２００Ｖに接続され、インターフェイス部４からの電源出力指令Ｓに基づきＲＦ電源部２６にＤＣ電流Ａを出力する。ＲＦ電源部２６は、ＤＣ電源部２５からの出力を高周波電力に変換し、マッチングユニット２４に出力する。マッチングユニット２４は、ＲＦ電源部側の出力インピーダンスと放電管側の入力インピーダンスを整合させ、電源出力指令Ｓに応じた電圧（放電管電圧Ｖ）を放電管１１〜１４に印加する。これにより放電管１１〜１４に電流（放電管電流）が流れる。放電管電流に応じた信号は、電源出力指令Ｓにフィードバックされ、放電管電流が所定値に制御される。
【００１７】
図２において、ＤＣ電源部２５からＲＦ電源部２６に供給されるＤＣ電流Ａ、およびマッチングユニット２４を介して放電管１１〜１４に印加される放電管電圧Ｖは、レーザガス等の放電負荷の影響により特性が大きく変化する。本実施形態では、これらＤＣ電流Ａおよび放電管電圧Ｖを検出部で検出する。すなわち、図１に示すように、レーザ電源２３１，２３２は、それぞれＤＣ電流Ａを検出する電流検出部２７１，２７２を有し、マッチングユニット２４１，２４２は、それぞれ放電管電圧Ｖを検出する電圧検出部２８１．２８２を有する。
【００１８】
レーザ電源２３１，２３２は、さらに自己保護回路２９をそれぞれ有する。自己保護回路２９は過電流防止回路であり、電流検出部２７１，２７２により検出されたＤＣ電流Ａが回路で設定した閾値Ａ１に達すると過電流防止回路が動作し、電源出力指令値に拘わらず、ＤＣ電源部２５からＲＦ電源部２６に供給されるＤＣ電流Ａの出力を停止させ、放電管電圧Ｖを０まで低下させる。これにより、ガスレーザ発振器１００の動作が強制的に停止し、ＤＣ電流Ａが遮断され、レーザ電源が過電流で破損することを防止する。なお、このようなガスレーザ発振器１００の停止動作を、アラーム停止と呼ぶ。
【００１９】
インターフェイス部４は、レーザ電源２３１，２３２にそれぞれ電源出力指令値Ｓ１，Ｓ２を出力する出力指令部４１と、電流検出部２７１，２７２および電圧検出部２８１，２８２からの信号を取り込むモニタ部４２とを有する。電源出力指令値Ｓ１，Ｓ２を総称して単にＳと表す場合もある。図３は、出力指令部４１とモニタ部４２の構成を示すブロック図である。出力指令部４１およびモニタ部４２は、互いに通信する通信ＩＣ（通信用集積回路）４３を有し、通信ＩＣ４３を介してＣＮＣ３と各種のデータを通信する。
【００２０】
図３に示すように、出力指令部４１は、ＣＮＣ３からの指令をそれぞれ１２ｂｉｔのバイアス指令Ｃｂ、出力指令Ｃｏ、オフセット指令Ｃｓおよびゲイン指令Ｃｇに分離する分離部４５を有する。バイアス指令Ｃｂは、レーザビームを出力可能なレーザ運転状態において、ＣＮＣ３から常に指令される所定の指令値である。出力指令Ｃｏは、レーザ出力を制御する指令であり、レーザ発振器１００が何Ｗのレーザビームを出力するかにより決定される。オフセット指令Ｃｓは、バイアス指令Ｃｂに対するレーザ電源２３１，２３２の負荷に応じて設定され、ゲイン指令Ｃｇは、出力指令Ｃｏに対するレーザ電源２３１，２３２の負荷に応じて設定される。
【００２１】
レーザ電源２３１，２３２の負荷とは、各々のレーザ電源２３１，２３２に関連付けられる負荷である。レーザ電源２３１の負荷には、第１電源部２１のマッチングユニット２４１、放電管１１，１３、放電管１１，１３内のガス圧力、補助電極１１ｂ，１３ｂ等が含まれる。レーザ電源２３２の負荷には、第２電源部２２のマッチングユニット２４２、放電管１２，１４、放電管１２，１４内のガス圧力、補助電極１２ｂ，１４ｂ等が含まれる。バイアス指令Ｃｂと出力指令Ｃｏを各々のレーザ電源２３１，２３２に対し共通の指令としているのに対し、オフセット指令Ｃｓおよびゲイン指令Ｃｇをレーザ電源２３１，２３２の負荷に応じて個別に設定することで、レーザ電源２３１，２３２間の負荷のばらつきを吸収できる。レーザ電源２３１に対応したオフセット指令Ｃｓ１とゲイン指令Ｃｇ１の設定値およびレーザ電源２３２に対応したオフセット指令Ｃｓ２とゲイン指令Ｃｇ２の設定値は、予め記憶部４６に記憶される。
【００２２】
バイアス指令Ｃｂは、Ｄ／Ａ変換部４７を介してＤ／Ａ変換され、加算回路５４，５５にそれぞれ入力される。出力指令Ｃｏは、Ｄ／Ａ変換部４８を介してＤ／Ａ変換され、Ｄ／Ａ変換部５２，５３にそれぞれ入力される。オフセット指令Ｃｓ１，Ｃｓ２およびゲイン指令Ｃｇ１，Ｃｇ２は、ＣＮＣ３からの指定信号に基づいて順次切り換えられ、データセレクタ４９を介してＤ／Ａ変換部５０，５１にオフセット指令Ｃｓ１，Ｃｓ２がそれぞれ入力され、Ｄ／Ａ変換部５２，５３にゲイン指令Ｃｇ１，Ｃｇ２がそれぞれ入力される。Ｄ／Ａ変換部５０，５１では、オフセット指令Ｃｓ１，Ｃｓ２がＤ／Ａ変換され、加算回路５４，５５に入力される。Ｄ／Ａ変換部５２，５３では、出力指令Ｃｏにゲイン指令Ｃｇ１，Ｃｇ２がそれぞれ乗算されてＤ／Ａ変換され、加算回路５７，５８に入力される。
【００２３】
加算回路５４，５５では、Ｄ／Ａ変換後のバイアス指令ＣｂにＤ／Ａ変換後のオフセット指令Ｃｓ１，Ｃｓ２がそれぞれ加算される。加算回路５７，５８では、加算回路５４，５５で加算された指令に、出力指令Ｃｏとゲイン指令Ｃｇを乗算したＤ／Ａ変換後の指令がそれぞれ加算される。これによりレーザ電源２３１，２３２への電源出力指令値Ｓ１，Ｓ２が生成される。
【００２４】
モニタ部４２は、ＣＮＣ３からのセレクト信号により、電流検出部２７１，２７２および電圧検出部２８１，２８２からの信号を切り換えて順次出力するマルチプレクサ６０を有する。マルチプレクサ６０から出力された信号は、１２ｂｉｔのＡ/Ｄ変換部６１でＡ/Ｄ変換され、通信ＩＣ４３を介してＣＮＣ３に出力される。
【００２５】
ところで、ガスレーザ発振器１００は、放電管１１〜１４に数ｋＶの電圧を印加することでレーザガスを励起し、放電状態を生成するが、レーザガスの圧力、流量、組成などの変化により、放電が開始し難い場合がある。放電が開始していない状態で、レーザビームを出力すると、レーザ電源２３と放電負荷とのインピーダンスの整合が取れず、放電管１１〜１４に過大な電圧が印加されるとともに、レーザ電源２３に過大な電流が流れ、各々が破損、もしくはアラーム停止するおそれがある。そこで、本実施形態では、ＣＮＣ３を以下のように構成し、レーザ電源２３への過電流を防止しつつ放電開始を促進する。
【００２６】
図４は、第１の実施形態に係るにガスレーザ発振器１００におけるＣＮＣ３の主要な構成を示すブロック図であり、とくに放電管１１〜１４で放電を開始させるときの特徴的な構成を示している。すなわち、レーザビームを出力可能なレーザ運転状態へ移行するための前段階として放電を開始させるが、ＣＮＣ３は、その放電開始時の処理を行うリトライ処理部３１と、ガス圧低下処理部３２とを有する。
【００２７】
ＣＮＣ３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。ＣＮＣ３には、電流検出部２７１，２７２および電圧検出部２８１，２８２からの信号が入力される。ＣＮＣ３は、これらの入力信号に基づき放電開始時において所定の処理を実行し、出力指令部４１に制御信号を出力するとともに、レーザガス圧制御システム１８を構成する制御弁１８１に制御信号を出力する。
【００２８】
図５は、リトライ処理部３１で実行される処理（リトライ処理）の一例を示すフローチャートであり、図６は、リトライ処理による動作の一例を示す特性図である。図５のフローチャートに示す処理は、ＣＮＣ３に放電を開始させる指令が入力されると開始される。以下、図６を参照して図５のリトライ処理を説明する。なお、図６において、特性ｆｓは出力指令部４１からの電源出力指令値Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）であり、特性ｆｖは電圧検出部２８１，２８２で検出された放電管電圧Ｖであり、特性ｆａは電流検出部２７１，２７２で検出されたＤＣ電流Ａである。
【００２９】
ステップＳ１では、出力指令部４１に制御信号を出力し、電源出力指令値Ｓ（バイアス指令Ｃｂ）を所定時間ｔ１かけて所定値Ｓ０まで上昇させる。例えば図６に示すように、所定値Ｓ０まで上昇させた後（時点ｔ０〜ｔ１）、所定の周期で電源出力指令値Ｓを所定量ずつ徐々に増加させる。すなわち、電源出力指令値Ｓをステップ状に上昇させる。電源出力指令値Ｓの上昇に伴い、放電管電圧ＶおよびＤＣ電流Ａもステップ状に上昇する。
【００３０】
ステップＳ２では、電圧検出部２８１，２８２からの信号を読み込み、放電管電圧Ｖの変化量に基づき放電が開始したか否かを判定する。図７は、電源出力指令値Ｓと放電管電圧Ｖの関係を示す図である。ステップＳ１において、電源出力指令値Ｓを所定の上げ幅でステップ状に上昇させた場合、図７に示すように放電開始前の放電管電圧Ｖの電源出力指令値Ｓに対する変化割合ｄＶ／ｄｓ（特性の傾き）は、放電開始後の放電管電圧Ｖの電源出力指令値Ｓに対する変化割合ｄＶ／ｄｓよりも大きい。この点を考慮し、正常時（例えば工場出荷時または実績のある通常運転時）における電源出力指令値Ｓに対する放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶａ／ｄｓを予めＣＮＣ３のメモリ（記憶部）に基準値として記憶しておく。そして、ステップＳ２では、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓと基準値ｄＶａ／ｄｓとを比較し、両者の差αが予め定めた閾値α１以内となったときに、放電が開始したと判定する（図６の時点ｔ３）。
【００３１】
ステップＳ２が否定されるとステップＳ３に進み、肯定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、放電管１１〜１４の個数分（４回）だけ放電開始が判定されたか否か、すなわち全ての放電管１１〜１４が放電を開始したか否かを判定する。ステップＳ５が否定されるとステップＳ１に戻り、肯定されると図５の処理を終了してレーザビームを出力可能なレーザ運転状態へ移行する。つまり、電源出力指令値Ｓは、出力指令値Ｃｏが０（レーザ出力０Ｗ）、かつ、バイアス指令Ｃｂはベース放電の状態の所定値になり、各電源のオフセット指令（Ｃｓ１，Ｃｓ２）が加算された指令値になる。
【００３２】
ステップＳ３では、電流検出部２７１，２７２からの信号を読み込み、検出されたＤＣ電流Ａが、予め定められた閾値Ａ２以上であるか否かを判定する。この処理は、ＤＣ電流Ａが過大となってアラーム停止することを防ぐための処理であり、所定値Ａ２は、レーザ電源内の過電流防止回路で設定したアラーム停止時の閾値Ａ１よりも小さい値に設定する。なお、Ａ１とＡ２を同じ閾値に設定してもよく、この場合は、ＣＮＣ３における電流の検出速度が過電流防止回路における電流の検出速度よりも速ければよい。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ１に戻る。
【００３３】
ステップＳ４では、電源出力指令値Ｓを低下させるため、バイアス指令値Ｃｂを所定値だけ低下させる。例えば、電源出力指令値Ｓをステップ状に上昇させる際のステップの上げ幅よりも大きい所定量だけ低下させる。あるいは図６に示すように、電源出力指令値Ｓを初期値Ｓ０まで低下させる（時点ｔ２）。次いで、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。これにより電源出力指令値Ｓが再び徐々に上昇し、放電開始が再度判定される。このように放電管電圧Ｖを一旦低下させた後に再上昇させること（時点ｔ２以降の動作）を、リトライ動作と呼ぶ。
【００３４】
リトライ動作は、時点ｔ１〜時点ｔ２で放電管１１〜１４に電圧が印加された後に行われ、リトライ動作時には、放電管１１〜１４に電圧を印加する時間が長くなるため、前回の処理で電源出力指令値Ｓを上昇させた時よりも放電が開始しやすい。したがって、図６に示すように、前回と同様に放電管電圧Ｖを上昇させた場合であっても放電が開始される（時点ｔ３）。これにより、例えばガスレーザ発振器１００を数週間停止した後に起動する場合等、レーザガスの組成の変化により放電が開始し難い場合であっても、放電を容易に開始させることができる。以上のリトライ動作は、放電が開始されまで所定回数実行される。
【００３５】
図８は、複数の放電管（例えば同一のレーザ電源２３１に接続されている放電管１１，１３）が放電を開始するまでの動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｆｓは出力指令部４１からの電源出力指令値Ｓ１、ｆｖは電圧検出部２８１で検出された放電管電圧Ｖである。図８の時点ｔ４では、一の放電管（例えば放電管１１）の放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓと基準値ｄＶａ／ｄｓとの差αが閾値α１以内となり、放電管１１が放電開始と判定されているが、他の放電管（例えば放電管１３）は未だ放電開始と判定されていない。したがって、ステップＳ５が否定され、電源出力指令値Ｓ１は徐々に増加する。このとき、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓは、時点ｔ４で一旦小さくなった後、２本目の放電管１３の放電を開始するために元の大きい状態に戻る。その後、時点ｔ５で２本目の放電管１３の放電が開始すると、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓは再び小さくなる。
【００３６】
リトライ動作を所定回数実行すれば、通常は全ての放電管１１〜１４の放電が開始されるが、冷却水循環システム１７により供給される冷却水の温度が極端に低い場合やレーザガスへの大気の混入が生じた場合には、リトライ動作を所定回数実行しても放電が開始されないことがある。この場合には、図４のガス圧低下処理部３２においてガス圧の低下処理を実行する。
【００３７】
ガス圧低下処理部３２では、まず、レーザガス圧制御システム１８の制御弁１８１に制御信号を出力して制御弁１８１を開放し、ガス流路１０内からレーザガスを排出する。これにより放電管１１〜１４内のガス圧を、所望のレーザ出力を得るために必要な運転ガス圧よりも低い所定のレーザガス圧まで低下させる。次いで、電源出力指令値Ｓを０まで下げた後に、電源出力指令値Ｓを所定時間かけて徐々に上昇させ、放電管１１〜１４に電圧を印加する。この場合のレーザガス圧は、冷却水の温度が極端に低い場合やレーザガスに大気が混入した場合であっても必ず放電開始が可能な圧力に設定される。放電管１１〜１４の放電が開始したと判定されると、制御弁１８１を開放してガス流路１０にレーザガスを供給し、レーザガス圧を元の運転ガス圧に戻す。以上が、ガス圧低下動作である。
【００３８】
第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ガスレーザ発振器１００は、レーザガスが循環する放電管１１〜１４と、電源出力指令を出力する出力指令部４１と、電源出力指令に応じた放電管電圧Ｖを放電管１１〜１４に印加して、放電管１１〜１４で放電を開始させる電源部２と、放電管電圧Ｖを検出する電圧検出部２８１，２８２と、電源部２のＤＣ電流を検出する電流検出部２７１，２７２と、放電管１１〜１４で放電を開始させるために、出力指令部４１から出力される電源出力指令値Ｓを徐々に増加させるＣＮＣ３（リトライ処理部３１）と、電源出力指令値Ｓを徐々に増加させたときの電圧検出部２８１，２８２の検出値に基づき、放電管１１〜１４で放電が開始したか否かを判定するリトライ処理部３１とを備える。そして、リトライ処理部３１は、放電が開始したと判定される前に検出されたＤＣ電流Ａが所定値Ａ２以上になると、電源出力指令値Ｓを一旦低下させた後、再度、電源出力指令値Ｓを徐々に増加させる（ステップＳ４→ステップＳ１）。これにより、レーザガスの組成の変化等により放電が開始し難い場合であっても、レーザ電源２３に過大な電流が流れることなく、放電管１１〜１４で容易に放電を開始させることができる。
【００３９】
（２）リトライ動作を実行するためのＤＣ電流の閾値Ａ２を、アラーム停止時のＤＣ電流の閾値Ａ１よりも小さい値に設定した。これにより、放電の開始時に、自己保護回路２９が機能してガスレーザ発振器１００がアラーム停止することを防止できる。例えば、夜間無人運転時などガスレーザ発振器１００がアラーム停止すると、稼働率の低下を招き、装置の復旧（原因調査と再起動）にも時間を要するが、アラーム停止を回避することで、稼働率の低下を防ぐことができる。
【００４０】
（３）リトライ処理部３１での処理によりリトライ動作を複数実行しても放電が開始されないときに、ガス圧低下処理部３２での処理によりガス圧低下動作を実行するようにした。これにより、いかなる条件下であってもアラーム停止を完全に回避して、放電管１１〜１４で確実に放電を開始させることができる。この場合、ガス圧低下動作を行うと、レーザガスの消費量が増え、レーザガス圧を運転ガス圧に戻すのに時間を要するが、本実施形態ではリトライ動作をガス圧低下動作よりも優先的に実行するので、ガス圧低下動作の頻度を最小限に抑えることができる。
【００４１】
（４）ガスレーザ発振器１００が複数の放電管１１〜１４を有する場合に、リトライ処理部３１での処理により、全ての放電管１１〜１４の放電が開始したと判定されるまで、電源出力指令値Ｓを徐々に増加させるようにした（ステップＳ５→ステップＳ１）。レーザ電源２３１，２３２に複数の放電管１１〜１４が接続される場合、放電管１１〜１４の寸法のばらつきや各放電管１１〜１４に流れるレーザガス流量などのばらつきに起因して、放電が開始する放電管電圧が放電管毎に異なるが、全ての放電管１１〜１４の放電開始を判定するまでの間、繰り返し電源出力指令値Ｓを徐々に増加させることで、全ての放電管１１〜１４で放電を開始させることができる。したがって、例えば１本の放電管１１で放電が開始し、他の放電管１２〜１４では放電が開始していない場合に、ＣＮＣ３がビーム出力が可能なレーザ運転状態であると誤判定してレーザ電源２３に過大な電流が流れ、放電管に過大な電圧が印加されることを防止できる。
【００４２】
−第２の実施形態−
図９，図１０を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、放電開始時にＣＮＣ３で実行される処理である。以下では、第１の実施形態との相違点を主に説明する。図９は、第２の実施形態に係るガスレーザ発振器１００におけるＣＮＣ３の主要な構成を示すブロック図である。なお、図５と同一の箇所には同一の符号を付している。
【００４３】
図９に示すように、ＣＮＣ３は、リトライ処理部３１とガス圧低下処理部３２の他、リピート処理部３３を有する。リピート処理部３３では、リトライ処理部３１における処理の一部、すなわち放電開始の判定に係る処理（図５のステップＳ２）を変更する。具体的には、図５のステップＳ２と同様、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓと、予め記憶された正常時の放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓとを比較し、両者の差αが予め定めた閾値α１以内となったときに、放電開始条件が成立と判定する。そして、放電開始条件が、予め定めた複数回（所定回数Ｎ）成立したと判定されると、放電が開始したと判定する。
【００４４】
図１０は、リピート処理部３３における処理（リピート処理）を説明するための動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｆｓは電源出力指令値Ｓを示し、特性ｆｖは放電管電圧Ｖを示す。図１０に示すように、時点ｔ６で、ノイズなどの影響で放電管電圧Ｖに異常が生じると、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓが小さくなり、放電開始条件が成立して放電開始を誤判定する。しかし、この場合には、放電開始条件が所定回数Ｎ成立する前に、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓが直ちに大きくなるため、ＣＮＣ３は放電開始と判定せず、ノイズなどの異常による誤判定を防止することができる。その後、時点ｔ７で、真に放電が開始されると、放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓが安定的に（ｔ７以降ずっと）小さくなり、放電開始条件が所定回数Ｎ成立する。時点ｔ８で、放電開始条件が所定回数Ｎ成立したと判定されると、放電が開始したと判定して、レーザ出力が可能なレーザ運転状態に移行する。
【００４５】
このように第２の実施形態では、電圧検出部２８１，２８２で検出された放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓと予め記憶された正常時の放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ／ｄｓとの差分αが所定値α１以内になったときに、放電開始条件が成立したと判定し、この放電開始条件が所定回数Ｎ成立したときに、放電が開始したと判定するようにした。これにより放電管電圧Ｖの変化割合がノイズ等の影響で小さくなった場合に、ＣＮＣ３が放電開始であると誤判定することを防止することができ、放電開始を正確に判定することができる。
【００４６】
（変形例）
本実施形態のガスレーザ発振器１００では、予めベース放電を調整している。ベース放電の調整とは、レーザ出力が０Ｗとなるようなオフセット指令Ｃｓ（図３）の調整であり、レーザ運転状態における所定のバイアス指令Ｃｂを出力した状態で、全ての放電管１１〜１４の放電が消滅して補助電極１１ｂ〜１４ｂのみが放電している状態となるようにオフセット指令Ｃｓを調整している。このオフセット指令Ｃｓを記憶部４６に記憶し、放電を開始させるときに予めオフセット指令Ｃｓを出力してバイアス指令Ｃｂに加算することができる。これによりレーザ電源２３１，２３２の負荷のばらつきに拘わらず、複数の放電管１１〜１４の放電を同一のタイミングで開始させることができる。この点を、図１１，図１２を参照して説明する。なお、以下では、説明を簡単にするために、レーザ電源２３２側の放電管１２，１４がレーザ電源２３１側の放電管１１，１３よりも放電が開始し難いものとして、放電開始時には、レーザ電源２３２側にオフセット指令Ｃｓ２を出力するものとする。
【００４７】
図１１は、オフセット指令Ｃｓ２を出力する前の動作特性の一例を示す図であり、図１２は、オフセット指令Ｃｓ２を出力した後の動作特性の一例を示す図である。図中、特性ｆｓ１はバイアス指令Ｃｂからなる電源出力指令値Ｓ１、特性ｆｓ２はバイアス指令Ｃｂにオフセット指令Ｃｓ２を加算してなる電源出力指令値Ｓ２であり、特性ｆｖ１は、レーザ電源２３１に接続された放電管（例えば放電管１１）に印加される放電管電圧Ｖ、特性ｆｖ２は、レーザ電源２３２に接続された放電管（例えば放電管１２）に印加される放電管電圧Ｖである。
【００４８】
図１１に示すように、レーザ電源２３１側の放電管１１は時点ｔ９で放電が開始している。これに対し、レーザ電源２３２側の放電管１２は放電が開始し難いため、時点ｔ９よりも遅い時点ｔ１０で放電が開始している。このようにレーザ電源２３１，２３２に同一のバイアス指令Ｃｂのみを出力した場合には、放電開始のタイミングにばらつきが生じる。一方、放電が開始し難いレーザ電源２３２側のバイアス指令Ｃｂにオフセット指令Ｃｓ２を加算して出力すると、図１２に示すように、放電管１２の放電開始のタイミングが早まり、時点ｔ９で放電管１１と同一のタイミングで放電管１２の放電を開始させることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、複数の電源部２１，２２と複数の放電管１１〜１４を備え、放電管１１〜１４の個数分だけ放電が開始したと判定されるまで、電源出力指令値Ｓを徐々に増加させるようにしたが、電源部と放電管の個数は上述したものに限らない。例えば、電源部が１つであってもよく、電源部と放電管の両方が１つであってもよい。指令電圧制御部としてのＣＮＣ３からの指令により出力指令部４１から出力する電源出力指令値Ｓをステップ状に上昇させるようにしたが、放電管１１〜１４で放電を開始させるために電源出力指令値Ｓを徐々に増加させるのであれば、電源出力指令値Ｓの上昇パターンは上述したものに限らない。なお、電源出力指令値Ｓは、放電管電圧Ｖと相関関係を有するものであり（図７）、電源出力指令値Ｓを上昇させることには、電源部２からの出力を増加させるという意味を含むことがある。
【００５０】
ＣＮＣ３のメモリ（記憶部）に、放電管１１〜１４で放電が正常に行われているときの放電管電圧Ｖの電源出力指令値Ｓに対する変化割合ｄＶ／ｄｓを記憶した。そして、ＣＮＣ３で、電圧検出部２８１，２８２で検出された放電管電圧Ｖの電源出力指令値Ｓに対する変化割合ｄＶ／ｄｓと記憶部に記憶された放電管電圧Ｖの変化割合ｄＶ/ｄｓとの差分αが所定値α１以内になったときに、放電が開始したと判定するようにしたが、電圧検出部２８１，２８２の検出値に基づき放電開始を判定するのであれば、放電開始判定部としてのＣＮＣ３（リトライ処理部３１）の構成はいかなるものでもよい。上記第２の実施形態では、放電開始判定部としてのリピート処理部３３で、放電開始条件が所定回数Ｎ成立したときに放電が開始したと判定するようにしたが、放電管１１〜１４の個数を所定回数Ｎとして放電管１１〜１４の個数分だけリピート処理を行うようにしてもよい。これにより図５のステップＳ５の処理が不要となる。
【００５１】
電源出力指令値Ｓを徐々に増加させているときに電流検出部２７１，２７２により検出されたＤＣ電流（出力電流）Ａが所定値Ａ２以上になると、電源出力指令値Ｓを一旦低下させた後、再度、電源出力指令値Ｓを徐々に増加させるのであれば、リトライ処理部３１の構成は上述したものに限らない。過電流制限部としての自己保護回路２９により、電流検出部２７１，２７２により検出されたＤＣ電流Ａが所定値Ａ２（第１の閾値）よりも大きい所定値Ａ１（第２の閾値）に達すると、ガスレーザ発振器１００の動作を停止するようにしたが、レーザ電源の出力を停止し、放電管電圧Ｖを低下させるのであれば、過電流制限部の構成はいかなるものでもよい。また、Ａ１とＡ２を同じ値に設定し、ＣＮＣ３における電流の検出速度が過電流防止回路における電流の検出速度よりも速くなるように構成してもよい。
【００５２】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２    電源部
３    ＣＮＣ
１１〜１４    放電管
２９    自己保護回路
３１    リトライ処理部
３３    リピート処理部
４１    出力指令部
２３１，２３２    レーザ電源
２７１，２７２    電流検出部
２８１，２８２    電圧検出部
【図１】
0005513571.tif 000002
【図２】
0005513571.tif 000003
【図３】
0005513571.tif 000004
【図４】
0005513571.tif 000005
【図５】
0005513571.tif 000006
【図６】
0005513571.tif 000007
【図７】
0005513571.tif 000008
【図８】
0005513571.tif 000009
【図９】
0005513571.tif 000010
【図１０】
0005513571.tif 000011
【図１１】
0005513571.tif 000012
【図１２】
0005513571.tif 000013