(57)【要約】【課題】特定された自動弁の故障の有無を自動的かつ簡易に診断することができるレーザ装置を提供する。【解決手段】制御装置１４により制御されたレーザ光を発振するレーザ発振器２と、レーザ発振器２の励起媒体４の周囲に配設されて冷却水を循環させるために用いられる水路６〜９と、水路に設けられ、制御装置による開閉指令に基づいて水路を開閉する自動弁１０，１１と、を備えたレーザ装置において、水路の出口側に、水路を流れた冷却水の合計流量を計測する流量計２４が設けられ、制御装置に自動弁の開閉動作異常を診断する故障診断手段２６が備えられ、故障診断手段は制御装置に、開閉指令によって診断対象となる自動弁を特定する機能と、開閉指令に対応する条件で水路を本来流れるべき冷却水の基準流量と流量計により計測された実際に流れている冷却水の計測流量とを比較する機能を実施させる。【選択図】図１
2007157837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置により制御されたレーザ光を発振するレーザ発振器と、
該レーザ発振器の発熱体の周囲に配設されて冷却水を循環させるために用いられる水路と、
該水路に設けられ、前記制御装置による開閉指令に基づいて前記水路を開閉する自動弁と、を備えたレーザ装置において、
前記水路の出口側に、該水路を流れた冷却水の合計流量を計測する流量計測手段が設けられ、前記制御装置に前記自動弁の開閉動作異常を診断する故障診断手段が備えられ、該故障診断手段は前記制御装置に、前記開閉指令によって診断対象となる前記自動弁を特定する機能と、前記開閉指令に対応する条件で前記水路を本来流れるべき冷却水の基準流量と前記流量計測手段により計測された実際に流れている冷却水の計測流量とを比較する機能を実施させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記自動弁が複数の前記水路に設けられ、前記開閉指令が複数の前記自動弁の開閉パターンを規定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記計測流量を記録する記録手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記自動弁の故障情報を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置の開閉指令に基づいて水路に設けられた自動弁を開閉し、水路内で冷却水を循環させてレーザ発振器を冷却するレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水路の自動弁を開閉することで、水路内で冷却水を循環させ、レーザ発振器を冷却するレーザ装置として、図３に開示されているものがある。図３は、レーザ装置１の構成を模式的に示したものである。このレーザ装置１は、レーザ発振器２と、冷却水供給装置５と、これらを制御する制御装置１４とを備えている。
【０００３】
レーザ発振器２は、発光体としてのレーザ媒質３と、レーザ媒質３にエネルギーを与えて励起させる発熱体としての励起媒体４と、レーザ媒質３から放出される光を増幅するための図示しない共振器ミラーとから構成されている。
【０００４】
冷却水供給装置５は、励起媒体４から熱を奪って冷却するためのものであり、電気伝導度の低い冷却水を貯水するための貯水タンク（図示せず）と、貯水タンクから冷却水を汲み上げて所定の水圧で冷却水を送水するポンプ（図示せず）と、汲み上げた冷却水を励起媒体４の周囲に送給するための水路６〜９と、水路７，８を制御装置１４の指令に基づいて自動で開閉する自動弁１０，１１とを備えている。性能や信頼性を保持するために冷却を要する発熱体としての励起媒体４は、冷却水で間接的に冷却され、高温過熱による動作効率の低下や障害から守られている。
【０００５】
制御装置１４は、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏポート等を装備し、加工対象物に任意のレーザ光を照射するためにレーザ発振器２を制御したり、レーザ発振器２を冷却するために冷却水供給装置５の自動弁１０，１１を開閉制御したりする。
【０００６】
冷却水は、冷却水入口１５から入り、水路６を通り、水路分岐点１８にて２方向に分かれ、自動弁１０が設置されている水路７と、自動弁１１が設置されている水路８とを流れ、両水路７，８の冷却水が合流して冷却水出口１６から排出される。
【０００７】
自動弁１０や自動弁１１は、制御装置１４の指令を受けて、モータやソレノイドや圧縮空気の圧力等により、水路を自動的に開閉する電磁式又は空気圧式の自動弁である。自動弁１０が開き、自動弁１１が閉じている場合、冷却水は水路７を通って励起媒体４を冷却する。一方、自動弁１０が閉じ、自動弁１１が開いている場合は、冷却水は水路８を通り、水路７には冷却水が流れないので、励起媒体４は冷却水により冷却されることはない。また、自動弁１０と自動弁１１の両方が開いている場合は、水路７にも水路８にも冷却水は流れる。自動弁１０と自動弁１１の両方が閉じている場合は、水路７にも水路８にも冷却水は流れない。水路７又は水路８を流れた冷却水は、水路合流点１９にて合流し、水路９を流れて、冷却水出口１６を経て筐体の外に排出される。このようにして、自動弁１０と自動弁１１の開閉により、励起媒体４の冷却を制御することができるようになっている。
【０００８】
本発明のレーザ装置に直接関係するものではないが、油圧回路内の電磁弁を制御装置の指令に基づいて開閉し、油圧ブレーキを自動制御するものが開示されている（特許文献１）。この従来例は、電磁弁のソレノイド部に発生する電圧を基準電圧と比較することで、ソレノイド部に生じたショート故障を確実に検出し、電磁弁の故障診断を行うことを要旨とするものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−２１８２５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記レーザ装置１は、レーザ発振中で励起媒体４が発熱している時に、自動弁１０を開けて自動弁１１を閉じて励起媒体４を高温過熱による動作効率の低下や障害から守り、レーザ発振停止中で励起媒体４が発熱していない時には、自動弁１０を閉めて自動弁１１を開けて励起媒体４を局所過冷却による結露から守るというものである。このため、自動弁１０，１１が故障し、制御装置１４の指令通りに自動弁１０，１１の開閉が行われなくなった場合には、様々な効率低下や障害を引き起こすこととなる。以下に、各自動弁１０，１１が故障した場合に発生する効率低下や障害について説明する。
【００１１】
自動弁１０が指令通りに開かなくなると、励起媒体４を冷却するのに十分な流量の冷却水が流れず、高温過熱による励起媒体４の動作効率の低下や障害が発生する。自動弁１１が指令通りに閉まらなくなると、自動弁１０の開指令、自動弁１１の閉指令時に、本来水路７に流れるべき冷却水の一部が水路８に流れてしまうため、励起媒体４を冷却するのに十分な流量の冷却水が流れず、この場合も高温過熱による励起媒体４の動作効率の低下や障害を引き起こすこととなる。
【００１２】
次に、自動弁１０が指令通りに閉まらなくなると、励起媒体４が発熱していない場合に、励起媒体４を局所的に周囲温度より過度に低温にさせてしまい、励起媒体４に結露を発生させ、電子回路の短絡や漏電や光学透過率の低下等の障害を起こすことがある。自動弁１１が指令通りに開かなくなると、自動弁１０の閉指令、自動弁１１の開指令時に、全体の冷却水流量が、本来流れるべき流量より低くなってしまうため、レーザ発振器２に供給される冷却水がポンプによって送水されている最中に、ポンプに過度の負荷が掛かり、ポンプ寿命が短くなることがある。
【００１３】
このように、自動弁１０，１１が故障した場合は種々の問題を生ずることとなるが、従来は自動弁１０，１１が指令通りに開閉せずに、その故障が疑われる場合、全ての自動弁１０，１１が正常に開閉しているかを確認したり、さらには、いずれかの自動弁１０，１１が故障している時にどの自動弁１０，１１が故障しているかを判断したりすることは不可能であった。このため、自動弁１０，１１の故障が疑われる場合、分解して各自動弁１０，１１を検査する等、調査する必要があった。また、自動弁１０，１１の検査を行わずに自動弁１０，１１の故障を見過ごしたままレーザ発振器２の運転を続けると、効率の悪化や冷却部位の故障をもたらす心配があった。
【００１４】
本発明は、上記した点に鑑み、特定された自動弁の故障の有無を自動的かつ簡易に診断することができるレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載のレーザ装置は、制御装置により制御されたレーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器の発熱体の周囲に配設されて冷却水を循環させるために用いられる水路と、該水路に設けられ、前記制御装置による開閉指令に基づいて前記水路を開閉する自動弁と、を備えたレーザ装置において、前記水路の出口側に、該水路を流れた冷却水の合計流量を計測する流量計測手段が設けられ、前記制御装置に前記自動弁の開閉動作異常を診断する故障診断手段が備えられ、該故障診断手段は前記制御装置に、前記開閉指令によって診断対象となる前記自動弁を特定する機能と、前記開閉指令に対応する条件で前記水路を本来流れるべき冷却水の基準流量と前記流量計測手段により計測された実際に流れている冷却水の計測流量とを比較する機能を実施させることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、前記自動弁が複数の前記水路に設けられ、前記開閉指令が複数の前記自動弁の開閉パターンを規定することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ装置において、前記制御装置は、前記計測流量を記録する記録手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ装置において、前記自動弁の故障情報を表示する表示手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、水路の出口側に流量計測手段が設けられ、制御装置に故障診断手段が備えられることで、制御装置の開閉指令に基づいて自動弁を開閉したときに、水路を本来流れるべき冷却水の基準流量と流量計測手段により計測された計測流量とが比較され、比較結果によって任意の自動弁の開動作不良又は閉動作不良が診断される。したがって、簡易な方法で、診断対象とされる任意の自動弁の故障の有無を自動的に診断することができる。
【００１９】
また、請求項２記載の発明によれば、自動弁が複数ある場合に、各自動弁の開閉状態が任意に組み合わされた開閉パターンに応じて、診断される自動弁が特定される。言い換えると、自動弁の開閉パターンを変えることで、診断対象とされる自動弁を変えることができ、自動弁の開動作不良又は閉動作不良を区別してそれぞれ診断することができる。
【００２０】
また、請求項３記載の発明によれば、制御装置が計測流量を記録する記録手段を備えたことで、自動弁の開閉パターンに応じた過去の計測流量と現在の計測流量の値を比較でき、自動弁動作の異常診断の参考とすることができる。
【００２１】
また、請求項４記載の発明によれば、自動弁の故障情報を表示する表示手段を備えたことで、自動弁の診断結果を容易に知ることができ、レーザ装置の故障などを未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るレーザ装置の一実施形態を図１に基づいて説明する。なお、図３に示す従来例と同一構成部分については同一の符号を付すこととする。
【００２３】
本実施形態のレーザ装置２０は、レーザ光を発振するレーザ発振器２と、レーザ光を伝送すると共に集光して加工対象物に照射する図示しない光伝送装置と、加工対象物を水平移動可能に保持する図示しないＸ−Ｙテーブルと、レーザ発振器２の励起媒体４などを冷却などするために冷却水を循環させる冷却水供給装置５と、レーザ発振器２や各種装置などを制御する制御装置１４とから構成されている。
【００２４】
レーザ発振器２は、発光体としてのレーザ媒質３と、レーザ媒質３にエネルギーを与えて励起させる発熱体としての励起媒体４と、レーザ媒質３から放出される光を増幅するための図示しない共振器ミラーとから構成されている。レーザ媒質３は、ガス又は固体結晶（例えば、ＹＡＧやガラスなどの固体結晶）である。レーザ媒質３がガスの場合は、グロー放電によりレーザ光が励起され、レーザ媒質３が固体ロッドの場合は、励起媒体４によりレーザ媒質が励起される。励起媒体４は、励起ランプ（例えば、クリプトンやキセノンなどの希ガス放電管や半導体レーザ）などの電子部品や光学部品から構成されている。
【００２５】
光伝送装置は、ミラー、集光レンズ、ガスノズルなどを備えており、ビーム形状、ビーム径、焦点距離、スポット径などの種々の照射条件を設定すると共に、必要に応じてシールドガスやアシストガスを供給する。
【００２６】
Ｘ−Ｙテーブルは、互いに直交するＸＹ方向に加工対象物を移動可能に保持する。なお、ＸＹ方向に直交するＺ軸方向の調整は、光伝送装置のレーザヘッドにより行うようにすることができる。
【００２７】
冷却水供給装置５は、電気伝導度の低い冷却水を貯水するための貯水タンク（図示せず）と、貯水タンクから冷却水を汲み上げて所定の水圧で冷却水を供給するポンプ（図示せず）と、冷却水に含まれる不純物を取り除くフィルター（図示せず）と、汲み上げた冷却水を励起媒体４の周囲に送給するための水路６〜９と、水路７，８を制御装置１４の指令に基づいて自動で開閉する二つの自動弁１０，１１とを備えている。励起媒体４は、循環する冷却水により間接的に冷却され、高温過熱による動作効率の低下や障害から守られている。なお、冷却水供給装置５は、温度の上昇した冷却水から熱を奪って冷却水を冷やすための熱交換機を備えることも可能である。
【００２８】
冷却水は、冷却水入口１５から入り、水路６を通り、水路分岐点１８にて２方向に分かれ、自動弁１０が設置されている水路７と、自動弁１１が設置されている水路８とを流れ、冷却水出口１６から排出される。
【００２９】
自動弁１０，１１は、制御装置１４の指令を受けて、モータやソレノイドや圧縮空気の圧力等により、水路を自動的に開閉する自動弁であり、制御装置１４の開閉指令によって、完全閉状態と完全開状態の２つの開閉状態をとることができるようになっている。このため、自動弁１０，１１が閉じた状態では、冷却水が水路７，８を流れず、自動弁１０，１１が開いた状態では、一定水圧の冷却水が水路を流れるようになっている。二つの自動弁１０，１１のうち、何れか一方の自動弁が閉じている場合は、閉じている自動弁を有する水路には冷却水が流れず、開いている自動弁を有する水路には、二つの自動弁１０，１１が開いたときと同じ水圧の冷却水が流れるようになっている。
【００３０】
制御装置１４は、図示しないＲＡＭ（記憶手段）、ＲＯＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏポート等を備えた、いわゆるＣＮＣである。また、この制御装置１４には、二つの自動弁１０，１１の開閉パターンに応じた条件で、水路を本来流れるべき冷却水の基準水量を記憶するメモリ（記憶手段）２２が含まれている。メモリ２２には、水路６〜９を流れる冷却水の水圧を変えた場合や、二つの自動弁１０，１１の開閉パターンを変えた場合の、多数の基準水量の値が記憶されている。これにより、種々の条件で、自動弁１０，１１の開閉不良状態を診断することが可能となる。
【００３１】
ここで、二つの自動弁１０，１１の開閉パターンとは、各自動弁の開閉状態が任意に組み合わされた４パターンを意味し、二つの自動弁１０，１１が閉じているパターンと、自動弁１０が閉じて自動弁１１が開いているパターンと、自動弁１０が開いて自動弁１１が閉じているパターンと、二つの自動弁１０，１１が開いているパターンである。
【００３２】
インプットポートには、Ａ／Ｄ変換器を介して各種センサからの情報が入力される。アウトプットポートには、レーザ発振器２や各種装置などに接続する信号線が接続されていて、制御信号が出力されるようになっている。
【００３３】
なお、制御装置１４は、その本体やディスプレイ（表示手段）などに自動弁１０，１１が故障しているか否かの診断結果を表示することもできる。また、単に表示するだけでなく、診断結果の表示と同時に、故障の場合はアラームランプを点灯させることも可能である。
【００３４】
以上のように、本実施形態のレーザ装置２０と図３に示す従来のレーザ装置１との基本的構成はほぼ同様であるが、本実施形態のレーザ装置２０には、レーザ発振器２の周囲を循環した冷却水が回収される水路９の出口側に、冷却水の合計流量を計測する流量計（流量計測手段）２４が設けられ、制御装置１４に、自動弁１０，１１の開閉動作異常を診断する故障診断プログラム（故障診断手段）２６が備えられた点で、従来のレーザ装置１と相違する。流量計２４には、正確に流量を測定することができるものであれば、如何なるものでも使用することができ、例えば差圧流量計（例えば、オリフィス、ノズル、ベンチュリ管）などを使用することができる。
【００３５】
以下、故障診断プログラムを用いた制御について詳細に説明する。
制御装置１４に内蔵されている故障診断プログラム２６は、制御装置１４に、診断対象となる自動弁１０，１１を特定する機能と、開閉指令に対応する条件で水路６〜９を本来流れるべき冷却水の基準流量と流量計２４により計測された実際に流れている冷却水の計測流量とを比較する機能と、を実施させる手段である。
【００３６】
図２は、故障診断プログラム２６を内蔵した制御装置１４により、自動弁１０，１１を故障診断するフローチャートの一例を示したものである。初めに、ステップＳ１で自動弁１０と自動弁１１の両方に閉指令を与え、ステップＳ２で予め設定された基準流量Ｍと流量計２４で計測された実際の計測流量とを比較する。自動弁１０と自動弁１１の両方が完全に閉じた状態であれば基準流量は０となるはずであるが、計測誤差も考慮して、実際の流量が基準流量Ｍ以下であれば自動弁１０と自動弁１１の閉動作は共に正常と判断し、基準流量Ｍを超えれば、自動弁１０か自動弁１１の少なくともいずれか一方が閉動作異常と判断する。
【００３７】
自動弁１０と自動弁１１の閉動作が正常であれば、ステップＳ３で自動弁１０と自動弁１１の両方に開指令を与え、ステップＳ４で予め設定された基準流量Ｎと実際の計測流量とを比較する。実際の計測流量が基準流量Ｎ以上であれば自動弁１０と自動弁１１の開動作は共に正常と判断し、ステップＳ５で制御装置１４のディスプレイなどに”自動弁全て正常”と表示してプログラムを終了する。基準流量Ｎを下回れば自動弁１か自動弁２の少なくともいずれか一方が開動作異常と判断する。
【００３８】
次に、ステップＳ２で、自動弁１０か自動弁１１の少なくともいずれか一方が閉動作異常と判断された場合は、ステップＳ６で自動弁１０に開指令を与えて自動弁１１に閉指令を与え、ステップＳ７で予め設定された基準流量Ｐと実際の計測流量とを比較する。実際の計測流量が基準流量Ｐ以下であれば、ステップＳ８で自動弁１０の閉動作は異常と判断して制御装置１４のディスプレイなどに”自動弁１０の閉動作不良”と表示してプログラムを終了する。基準流量Ｐを超えれば、ステップＳ９で”自動弁１１の閉動作不良”と表示してプログラムを終了する。
【００３９】
次に、ステップＳ４で、自動弁１０か自動弁１１の少なくともいずれか一方が開動作異常と判断された場合は、ステップＳ１０で自動弁１０に開指令を与えて自動弁１１に閉指令を与え、ステップＳ１１で予め設定された基準流量Ｑと実際の計測流量とを比較する。実際の流量が基準流量Ｑ以上であれば、ステップＳ１２で自動弁１１の開動作は異常と判断して制御装置１４のディスプレイなどに”自動弁１１の開動作不良”と表示してプログラムを終了する。基準流量Ｑを下回れば、ステップＳ１３で”自動弁１０の開動作不良”と表示してプログラムを終了する。
【００４０】
自動弁１０，１１の両方が、閉動作不良又は開動作不良を生じている場合は、自動弁１０，１１の開閉パターンを変えた条件で、再び故障診断プログラムを実施することにより、診断することが可能である。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態において、基準流量Ｍ，Ｎ，Ｐ，Ｑは、予め決められた定数であっても良いが、例えば、過去の実施時の値を参考に決められた値であっても良い。自動弁１０，１１の各開閉パターンについての基準流量を、メモリ２２に記憶しておくことで、各開閉パターンの流量について、過去の値と現在の値を比較し、自動弁１０，１１動作の異常診断の参考とすることが出来る。
【００４２】
この故障診断プログラム２６は、レーザ発振停止中に実施する方がレーザ発振器２の損傷を防ぐためには良いが、条件によってはレーザ発振中に実施する方式も実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るレーザ装置の一実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】図１に示すレーザ装置を用いて、自動弁の診断を行うフローチャートの一例を示す図である。
【図３】従来のレーザ装置の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，２０    レーザ装置
２    レーザ発振器
３    レーザ媒質
４    励起媒体（発熱体）
５    冷却水供給装置
６，７，８，９    水路
１０，１１    自動弁
１４    制御装置
２２    メモリ（記憶手段）
２４    流量計（流量計測手段）
２６    故障診断プログラム（故障診断手段）
【図１】
2007157837.tif 000003
【図２】
2007157837.tif 000004
【図３】
2007157837.tif 000005