(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管と、該放電管内にレーザガスを供給する供給手段と、前記放電管の排気を行う排気手段と、前記放電管内のレーザガス圧を制御するガス圧制御手段と、前記放電管の放電電圧を制御する放電電圧制御手段と、前記放電管内での放電によるレーザ発振と該放電を行わない該レーザ発振の休止とから成る暖気運転のシーケンスを繰り返し実行する手段とを備えたガスレーザ発振器であって、
該ガスレーザ発振器の運転停止時間を計測する手段と、
前記運転停止時間に基づいて前記暖気運転のシーケンスの実行回数を決定する手段と、
該決定に従って前記暖気運転のシーケンスを繰返し実行する手段とを備え、
前記暖気運転のシーケンスの実行中に、前記供給手段による前記放電管に対するレーザガスの供給と、前記排気手段による前記放電管の排気が行われ、前記放電管内の劣化したレーザガス及び吸着分子が外部に排出されることを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記ガス圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスを実行する際のレーザガス圧は、レーザ発振時から同レーザ発振の休止時に移行するとともに低下するように制御されることを特徴とする、請求項１に記載されたレーザ発振器。
【請求項３】
前記放電電圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスにおけるレーザ発振時の放電電圧は、通常運転における放電電圧よりも低くなるように制御されるとともに、
前記ガス圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスにおけるレーザ発振時のレーザガス圧は、通常運転におけるレーザガス圧よりも低くなるように制御されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザ加工機に用いられるガスレーザ発振器に関し、更に詳しく言えば、暖気運転のシーケンスを自動的に実行する機能を備えたガスレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ガスレーザ発振器を停止させておく場合、放電管内部にレーザガスを大気圧まで充填した状態としておく。この状態で長時間にわたってレーザ発振器を使用しなかた場合、レーザガスを流動させるためのターボブロワの潤滑用オイルが気化してレーザガスに混入し、更にはその一部が放電管の内壁等に吸着することがある。このような状態でレーザ発振器を動作させると放電管を傷める恐れがある。
【０００３】
そこで、潤滑用オイル等の不純物分子を追い出し、放電管内をフレッシュなレーザガスのみが存在する状態とするために、いわゆる暖気運転が行なわれている。この暖気運転では、レーザ発振と同発振の休止とを何回か繰り返しながら放電管内ガスの質を上げていくプロセスが実行される。
【０００４】
従来はこのプロセスをオペレータが制御装置を手動操作して実行していたため、その負担が大きかった。先ず、放電管内の環境劣化の程度は停止期間の長さに依存するから、レーザ発振と同発振の休止の繰り返し回数を適正に決めるためには、レーザ発振器の停止期間の長さを知る必要がある。
【０００５】
従来はオペレータが運転記録を付けておき、暖気運転時にそれをチェックして停止時間の長さに応じて最適な発振、休止の繰り返し回数をオペレータが算出していた。
【０００６】
そして、暖気運転の実行にあたっては、算出された回数分の操作サイクル（レーザ発振、同発振の休止及び放電管内ガス圧の上げ下げ等の関連操作）を手動で繰り返す必要があった。このような作業に伴う負担は無視出来るものでなく、作業効率低下の要因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、ガスレーザ発振器の停止後に行なわれる暖気運転について、オペレータの負担を大きく軽減出来るガスレーザ発振器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ発振器を停止した状態から起動する際に、前回の運転時との間の停止期間の長さに応じて自動的に暖気運転のシーケンスを実行し、安定した状態にレーザ発振器を戻すことによって上記問題を解決したものである。
具体的に言えば、本発明に従ったガスレーザ発振器は、放電管と、該放電管内にレーザガスを供給する供給手段と、前記放電管の排気を行う排気手段と、前記放電管内のレーザガス圧を制御するガス圧制御手段と、前記放電管の放電電圧を制御する放電電圧制御手段と、前記放電管内での放電によるレーザ発振と該放電を行わない該レーザ発振の休止とから成る暖気運転のシーケンスを繰り返し実行する手段に加えて、該ガスレーザ発振器の運転停止時間を計測する手段と、前記運転停止時間に基づいて前記暖気運転のシーケンスの実行回数を決定する手段と、該決定に従って前記暖気運転のシーケンスを繰返し実行する手段とを備え、前記暖気運転のシーケンスの実行中に、前記供給手段による前記放電管に対するレーザガスの供給と、前記排気手段による前記放電管の排気が行われ、前記放電管内の劣化したレーザガス及び吸着分子が外部に排出されるように構成されている。
【０００９】
このようなレーザ発振器においては、レーザ発振器の停止時間に応じて何度かの放電−放電休止の繰返えしからなる暖気運転が自動的に実行され、劣化したレーザガスや吸着分子が外部に排出される。放電の繰り返し回数は、レーザ立上げ時に、直近の停止時間に基づいて自動的に算出される。
【００１０】
ここで、前記ガス圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスを実行する際のレーザガス圧が、レーザ発振時から同レーザ発振の休止時に移行するとともに低下するように制御することが出来る。また、前記放電電圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスにおけるレーザ発振時の放電電圧が、通常運転における放電電圧よりも低くなるように制御されるとともに、前記ガス圧制御手段により、前記暖気運転シーケンスにおけるレーザ発振時のレーザガス圧が、通常運転におけるレーザガス圧よりも低くなるように制御されるのが通常である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１つの実施形態に係るレーザ発振器の要部構成をブロック図で表わしたものである。同図において、符号１は光共振器を含むレーザ発振器の本体部を構成する放電管を表わしており、図示を省略した駆動回路を介して制御装置１０に接続され、放電のオン／オフ、放電電圧の制御等が制御される。また、光共振器のレーザ出力部には、レーザ出力ビームを光学的に遮断／通過させるシャッタ（図示省略）が設けられ、その開閉は制御装置１０によって行なわれる。
【００１２】
放電管１へのレーザガスの供給は、ボンベ２から供給弁３、ガス圧制御弁４を介して行なわれる。供給弁３、ガス圧制御弁４の制御も制御装置１０で行なわれる（接続線は図示省略）。符号８は放電管１内のガス圧を検出するセンサで、その出力は制御装置１０に送られる。
【００１３】
周知のように、放電管１には、光共振器の内部（光共振空間内）と外部（光共振空間外）とを通るガス循環路が付設され、レーザガスの過熱を防止している。符号９は、このガス循環路に沿ってガスを流動させるためのターボブロワで、そのオン／オフ等は、制御装置１０によって制御される。ターボブロワ９の吸い込み側と吐き出し側にそれぞれ熱交換器２１、２２が設けられている。
【００１４】
更に、放電管１には排気路が設けられ、排気弁７を介して真空ポンプ６につながっている。排気弁７の開閉及び真空ポンプ６のオン／オフも制御装置１０によって制御される（接続線は図示省略）。排気弁７を開放し、真空ポンプ６をオン状態とすれば、放電管１内（循環路を含む）のガスは外部へ排気され、いわゆる真空引きが行なわれる。放電管１内（循環路を含む）に急速なレーザガス供給を行い、大気圧とするには、ボンベ２からパージ弁５を通って放電管１に至るバイパスが利用される。パージ弁５の開閉についても制御装置１０によって制御される（接続線は図示省略）。制御装置１０には表示器１１とプリンタ１２が接続されており、真空ポンプ等の異常、ガス圧、放電電圧、暖気運転の進行状況等のデータが表示／印刷可能になっている。
【００１５】
このようにレーザ発振器の各部を制御する制御装置は、レーザ発振器専用のものであっても良いが、レーザ加工機の場合であれば同加工機をＮＣ制御する制御装置を兼用することが出来る。いずれにしても制御装置には、ＣＰＵ、メモリ、クロック、レーザ発振器の各部と入出力のためのインターフェイス等のハードウェアと、制御装置１０自身の各部及びレーザ発振器の各部の制御のためのソフトウェアが装備されており、次に述べる暖気運転を所要時に随伴するレーザ立ち上げ処理を実行し、それに関連してレーザ発振器各部の制御を行なう機能を有している。
【００１６】
本実施形態では上記システム構成を利用して、レーザ発振器の立ち上げに際して、前回の運転の終了時点との間の停止時間の長短に応じた立ち上げ処理を行なう。この処理は、必要な条件設定を行なっておけば、オペレータの手を煩わすことなく自動的に遂行される。立ち上げ処理の概要を図２に示した。各ステップの要点は下記の如くである。なお、立ち上げ処理開始時のレーザ発振器の状態は、ガス圧はほぼ大気圧（前回運転終了時のパージによる）であり、レーザ出力ビームを光学的に遮断／通過させるシャッタは閉成された状態にある。放電は当然オフ状態にある。
【００１７】
ステップＳ０；準備段階として、放電管１内のレーザガス圧を放電開始時用に予め設定されたＰ2 に整定する。そのために、排気弁７を開き、真空ポンプ６の動作を開始させる。その後、供給弁３を開き、ガス圧制御弁４を動作させ、ボンベ２から徐々に新鮮なレーザガスを送り込む。この間、制御装置１０はガス圧センサ８の出力を短周期でサンプリングし、ガス圧をＰ2 に整定するためにガス圧制御弁４の開度についてフィードバック制御を行なう。
【００１８】
ステップＳ１；レーザ発振器の停止時間を求める。停止時間は、前回の運転（発振）の終了時点から現在までの経過時間として、制御装置１０内の計時部（クロック及び計時のソフトウェア）によって自動的に算出される。
ステップＳ２；求められた停止時間に基づいて、暖気運転におけるレーザ発振／同発振休止のシーケンスの繰り返し回数Ｎを決定し、そのための指標値Ｎをその算出値に設定する。繰り返し回数Ｎを定める関係は予め制御装置１０に設定される。一例を示せば、次のようになる。
停止時間が６０時間未満の場合：Ｎ＝０
停止時間が６０時間以上、８４時間未満の場合：Ｎ＝２
停止時間が８４時間以上、１０８時間未満の場合：Ｎ＝３
停止時間が１０８時間以上、１３２時間未満の場合：Ｎ＝４
停止時間が１３２時間以上、１５６時間未満の場合：Ｎ＝５
停止時間が１５６時間以上、１８０時間未満の場合：Ｎ＝６
停止時間が１８０時間以上の場合：Ｎ＝７
ステップＳ３；Ｎ＝０、即ち、暖気運転が不要であればステップＳ８へ進み、それ以外（Ｎ≧１）であれば、ステップＳ４へ進む。上記の例では、停止時間が６０時間未満であれば暖気運転不要と判定し、ステップＳ８へ進み、６０時間以上であれば暖気運転が必要と判定し、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４；暖気運転のための放電を開始する。なお、放電開始時のレーザ発振器の状態はステップＳ０で整定された通りとする。整理すれば下記の通りである。
【００１９】
ガス圧＝放電開始時用に予め設定された放電時ガス圧Ｐ2 でスタートし、内部放電開始後に徐々に予め設定されたガス圧Ｐ1 まで上昇させる。ここで、ガス圧Ｐ1 は通常運転時（本運転時）の放電時ガス圧Ｐ0 （標準値）よりも若干低い圧力とする（Ｐ2 ＜Ｐ1 ＜Ｐ0 ）。
【００２０】
レーザ出力ビームのシャッタ：閉成状態を維持する（内部放電）。
【００２１】
放電電圧；０でスタートし、予め設定された放電電圧Ｖ1 まで徐々に上昇させる。ここで、放電電圧Ｖ1は、通常運転（本運転）時の放電電圧Ｖ0 （標準値）よりやや低い電圧とする（Ｖ1 ＜Ｖ0 ）。
【００２２】
ステップＳ５；内部放電開始後、時間経過を短周期でチェックし、予め定めた時間Ｔ1 （例えば５分）が経過したら、ステップＳ６へ進む。
ステップＳ６；内部放電を停止し、レーザガス圧をＰ2 に低減する。そのために、制御装置１０はガス圧センサ８の出力を短周期でサンプリングし、ガス圧をＰ2 に整定するためにガス圧制御弁４の開度についてフィードバック制御を行なう。ガス圧がＰ2 に整定されたらステップＳ７へ進む。
【００２３】
ステップＳ７；繰り返し回数の指標値Ｎを１だけ下げて、ステップＳ３へ戻り、暖気運転続行の要否を再度判定する。以下、Ｎ＝０になるまでステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ３のサイクルを繰り返す。
【００２４】
ステップＳ８；本運転のための放電を開始する。なお、放電開始時のレーザ発振器の状態は、ステップＳ０またはステップＳ６で作られている。整理して記せば、次のようになる。
【００２５】
ガス圧＝放電開始時用に予め設定された放電時ガス圧Ｐ2 でスタートし、本放電開始後に徐々に予め設定されたガス圧Ｐ0 まで上昇させる。こここで、前述した通りＰ2 ＜Ｐ1 ＜Ｐ0 の関係がある。
【００２６】
レーザ出力ビームのシャッタ：必要に応じて開閉される。開閉のタイミングは、例えば加工プログラムによって制御される。
【００２７】
放電電圧；０でスタートし、予め設定された放電電圧Ｖ0 まで徐々に上昇させる。ここで、前述した通り、Ｖ1 ＜Ｖ0 の関係がある。
【００２８】
ステップＳ９；レーザ発振器に装備されているレーザ光出力モニタを使って実際に出力されているレーザ光のパワーをチェックし、予定されたパワー（例えば加工プログラムで指定）とのずれがあれば、それを補正するように放電電圧を調整する。このパワー補正を経てレーザ発振器が安定状態に入ったら、立ち上げ処理を完了する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ発振器のレーザガスの質を回復するための暖気運転が、停止期間の長短を考慮して自動的に行なわれるため、オペレータに負担をかけることなく、その後のレーザ発振器の動作を安定したものとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ発振器の要部構成を表わすブロック図である。
【図２】本発明の実施形態において実行される暖気運転のシーケンスを実行するための処理の概要を表わしたフローチャートである。
【符号の説明】
１  放電管
２  ボンベ
３  供給弁
４  ガス圧制御弁
５  パージ弁
６  排気弁
７  真空ポンプ
８  ガス圧センサ
９  ターボブロワ
１０  制御装置
１１  表示器
１２  プリンタ
２１、２２  熱交換器
【図１】
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【図２】
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