(57)【要約】【課題】放電管の放電負荷の異常を簡易かつ安全に検出する。【解決手段】レーザ電源（４）により放電管（７）内のレーザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振器（１）の異常を検出するガスレーザ発振器（１）は、ガスレーザ発振器の通常運転時における出力指令とレーザ電源のＤＣ電流の関係を記憶する記憶手段（１２）と、出力指令とＤＣ電流の関係における電流のピーク値に対応する出力指令を作成する出力指令作成手段（１３）と、ガスレーザ発振器の待機運転時に出力指令に基づいてレーザ電源を動作させたときの電流を検出する電流検出手段（１９）と、電流検出手段により検出された検出電流と出力指令とＤＣ電流の関係における電流のピーク値とに基づいて、ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定する異常判定手段（１５）とを含む。さらに、異常判定された場合に、ガスレーザ発振器を停止させる停止手段（１６）を具備するのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ電源により放電管内のレーザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振器の異常を検出するガスレーザ発振器において、
該ガスレーザ発振器の通常運転時における出力指令と前記レーザ電源のＤＣ電流の関係を記憶する記憶手段と、
前記出力指令とＤＣ電流の関係における電流のピーク値に対応する出力指令を作成する出力指令作成手段と、
前記ガスレーザ発振器の待機運転時に前記出力指令に基づいて前記レーザ電源を動作させたときのＤＣ電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値とに基づいて、前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定する異常判定手段とを具備する、ガスレーザ発振器。
【請求項２】
前記異常判定手段は、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値との間の偏差が所定の閾値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした請求項１に記載の、ガスレーザ発振器。
【請求項３】
前記異常判定手段は、前記電流検出手段により検出された検出電流が、前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値に１より大きい所定の係数を乗算した値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした請求項１に記載の、ガスレーザ発振器。
【請求項４】
さらに、前記異常判定手段により異常判定された場合に、前記ガスレーザ発振器を停止させる停止手段を具備する請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振器。
【請求項５】
レーザ電源により放電管内のレーザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振器の異常を検出する異常検出方法において、
該ガスレーザ発振器の通常運転時における前記出力指令と前記レーザ電源のＤＣ電流の関係を記憶し、
前記出力指令とＤＣ電流の関係におけるＤＣ電流のピーク値に対応する出力指令を作成し、
前記ガスレーザ発振器の待機運転時に前記出力指令に基づいて前記レーザ電源を動作させたときのＤＣ電流を電流検出手段により検出し、
前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値とに基づいて、前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定する、ガスレーザ発振器の異常検出方法。
【請求項６】
前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値との間の偏差が所定の閾値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした請求項５に記載の、ガスレーザ発振器の異常検出方法。
【請求項７】
前記電流検出手段により検出された検出電流が、前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値に１より大きい所定の係数を乗算した値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした請求項５に記載の、ガスレーザ発振器の異常検出方法。
【請求項８】
さらに、異常判定された場合に、前記ガスレーザ発振器を停止させる、ことを含む請求項５から７のいずれかに記載の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザ発振器の放電負荷の異常を検出する異常検出方法およびそのような方法を実施するガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを励起してレーザ出力を得るガスレーザ発振器をその放電負荷が正常な状態で安定して稼働することが望まれている。この目的のために、ガスレーザ発振器の放電管におけるレーザガス組成の判別および分析技術等が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、放電負荷に対する高周波電圧と電流の位相とを組み合わせて、レーザ電源と放電負荷との間のマッチングを最適にすることが開示されている。高周波電圧と電流の位相とを組み合わせているので、引用文献１のレーザ電源の電圧電流関係においてはピーク電流は存在しない。
【特許文献１】特開平７−２２１３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１では、放電負荷の変化に対して高周波電圧を制御しているので、放電後に放電負荷の異常（レーザガスの異常等）が発生した場合であっても、マッチングを調整することにより電圧電流関係の変化を少なくできる。しかしながら、引用文献１の場合には、放電負荷の異常を、放電時に検出するのが難しい。
【０００５】
さらに、引用文献１ではマッチングを調整しているので、放電が消滅するほどの大幅な変化が生じない場合には、放電の異常を検出するのは困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、放電負荷の異常を簡易かつ安全に検出することのできる、ガスレーザ発振器の異常検出方法およびこの方法を実施するガスレーザ発振器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】
【０００７】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、レーザ電源により放電管内のレーザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振器の異常を検出するガスレーザ発振器において、該ガスレーザ発振器の通常運転における前記出力指令と前記レーザ電源のＤＣ電流の関係を記憶する記憶手段と、前記出力指令とＤＣ電流の関係におけるＤＣ電流のピーク値に対応する出力指令を作成する出力指令作成手段と、前記ガスレーザ発振器の待機運転時に前記出力指令に基づいて前記レーザ電源を動作させたときのＤＣ電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値とに基づいて、前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定する異常判定手段とを具備する、ガスレーザ発振器が提供される。
【０００８】
すなわち１番目の発明においては、予め記憶されたピーク電流に対応する出力指令を掛けたときの検出電流を用いて放電負荷の異常の有無を判断するようにしている。従って、放電負荷の異常を簡易かつ安全に検出することが可能となる。
【０００９】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記異常判定手段は、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値との間の偏差が所定の閾値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした。
すなわち２番目の発明においては、比較的簡易な手法により放電負荷の異常を検出することができる。
【００１０】
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記異常判定手段は、前記電流検出手段により検出された検出電流が、前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値に１より大きい所定の係数を乗算した値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした。
すなわち３番目の発明においては、比較的簡易な手法により放電負荷の異常を検出することができる。なお、１より大きい所定の係数は例えば１．１であるが、他の値を使用しても良い。
【００１１】
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記異常判定手段により異常判定された場合に、前記ガスレーザ発振器を停止させる停止手段を具備する。
すなわち４番目の発明においては、異常判定時にはガスレーザ発振器を停止させるようにしているので、異常状態にあるガスレーザ発振器を稼働させるのを回避できる。
【００１２】
５番目の発明によれば、レーザ電源により放電管内のレーザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ発振器の異常を検出する異常検出方法において、該ガスレーザ発振器の通常運転時における前記出力指令と前記レーザ電源のＤＣ電流の関係を記憶し、前記出力指令とＤＣ電流の関係における電流のピーク値に対応する出力指令を作成し、前記ガスレーザ発振器の待機運転時に前記出力指令に基づいて前記レーザ電源を動作させたときのＤＣ電流を電流検出手段により検出し、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記電流のピーク値とに基づいて、前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定する、ガスレーザ発振器の異常検出方法が提供される。
【００１３】
すなわち５番目の発明においては、予め記憶されたピーク電流に対応する出力指令を掛けたときの検出電流を用いて放電負荷の異常の有無を判断するようにしている。従って、放電負荷の異常を簡易かつ安全に検出することが可能となる。
【００１４】
６番目の発明によれば、５番目の発明において、前記電流検出手段により検出された検出電流と前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値との間の偏差が所定の閾値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした。
すなわち６番目の発明においては、比較的簡易な手法により放電負荷の異常を検出することができる。
【００１５】
７番目の発明によれば、５番目の発明において、前記電流検出手段により検出された検出電流が、前記出力指令とＤＣ電流の関係における前記ＤＣ電流のピーク値に１より大きい所定の係数を乗算した値以上である場合に前記ガスレーザ発振器の放電負荷に異常があると判定するようにした。
すなわち７番目の発明においては、比較的簡易な手法により放電負荷の異常を検出することができる。なお、１より大きい所定の係数は例えば１．１であるが、他の値を使用してもよい。
【００１６】
８番目の発明によれば、５番目から７番目のいずれかの発明において、さらに、異常判定された場合に、前記ガスレーザ発振器を停止させる、ことを含む。
すなわち８番目の発明においては、異常判定時にはガスレーザ発振器を停止させるようにしているので、異常状態にあるガスレーザ発振器を稼働させるのを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく異常検出方法を実施するガスレーザ発振器装置全体の略図である。図示されるように、ガスレーザ発振器１と、ガスレーザ発振器１に接続された制御部１０で構成されている。さらに、この制御部１０はレーザ加工機（図示しない）に接続されているものとする。ガスレーザ発振器１から出力されるレーザ光はレーザ加工機（図示しない）に入力されて、ワーク（図示しない）の切断などに利用される。
【００１８】
ガスレーザ発振器１は誘導放電励起型である比較的高出力のガスレーザ発振器、例えば出力１ｋＷ以上の炭酸ガスレーザである。ガスレーザ発振器１はレーザガス圧制御システム１８に接続されたガス送風配管９を含んでいる。レーザガス圧制御システム１８は、ガス送風配管９へのレーザガスの供給およびガス送風配管９からのレーザガスの排出を行うことができる。このため、ガス送風配管９は通常はレーザガスにより満たされている。
【００１９】
図示されるように、ガス送風配管９の一端には部分透過性をほとんど有しないリア鏡６（全反射鏡）が設けられており、ガス送風配管９の他端には部分透過性を有する出力鏡８（部分反射鏡）が設けられている。
【００２０】
リア鏡６と出力鏡８との間においては放電管７が配置されている。図示されるように、放電管７の放電電極対７ａ、７ｂは同一寸法であって、セラミックコーティングが施されているものとする。また、これら放電電極対７ａの間および放電電極対７ｂの間には放電セクションが形成される。
【００２１】
図１に示されるように、これら放電電極対７ａ、７ｂはマッチングユニット１７を介してレーザ電源４に接続されている。レーザ電源４はＤＣ電源部４ａ（直流電源部）とＲＦ電源部４ｂ（高周波電源部）とから構成されている。このレーザ電源４は制御部１０からの出力指令に応じてマッチングユニット１７を通じて放電電極対７ａ、７ｂに高周波電力を供給する。さらに、ＤＣ電源部４ａの出力電流Ａを検出する電流検出部１９がＤＣ電源部４ａとＲＦ電源部４ｂの間に配置されている。
【００２２】
さらに、図示されるようにガス送風配管９には送風機２５が配置され、送風機の上流および下流には熱交換器２４、２４'がそれぞれ配置されている。さらに、ガスレーザ発振器１は冷却水循環システム２２に接続されており、ガス送風配管９内のレーザガスなどが適宜冷却されるようになっている。
【００２３】
公知であるように、レーザ電源４により高周波電力を放電電極対７ａ、７ｂに供給すると、放電管7内のレーザガスは放電により励起され放電セクションにおいて光が発生する。そして、この光は、出力鏡８とリア鏡６との間で反射を繰返しながら増幅され、その一部がレーザ光として出力鏡８から出力される。
【００２４】
制御部１０はデジタルコンピュータであり、ＣＰＵ１１と記憶部１２とを主に含んでいる。図示されるように、ＣＰＵ１１は、出力指令３１を作成する出力指令作成手段１３と、後述する各種の演算を行う演算手段１４と、演算手段１４の演算結果に応じてガスレーザ発振器１に異常があるか否かを判定する異常判定手段１５としての役目を果たす。
【００２５】
また、記憶部１２はＲＯＭまたはＲＡＭから構成されており、各種のデータ、閾値、プログラムなどを記憶している。さらに、図示されるように、ガスレーザ発振器１を停止させる非常停止手段１６および異常判定されたときにアラームを出力するアラーム出力手段２６が制御部１０に接続されている。
【００２６】
図２は本発明に基づく異常検出方法の動作プログラムを示すフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、本発明の異常検出の動作を説明する。はじめに、動作プログラム１００のステップ１０１において、ガスレーザ発振器１を通常運転する。次いで、ステップ１０２において、通常運転時における出力指令３１と、電流検出部１９により検出されるＤＣ電源部４ａの電流Ａとの間の出力指令とＤＣ電流の関係Ｘ０（レーザ電源と放電負荷とのマッチング特性）を記録する。出力指令とＤＣ電流の関係Ｘ０は制御部１０の記憶部１２に記憶される。なお、本願明細書においては、放電負荷とは、放電管７、放電電極対７ａ、７ｂ放電管７内を流れるレーザガス全てを含む。
【００２７】
図３はレーザの出力指令とレーザ電源のＤＣ電流との間の関係を示す図である。図３においては横軸は出力指令３１を表しており、縦軸はレーザ電源のＤＣ電流Ａを表している。本発明においては、放電励起する周波数およびマッチング定数を一定にしている。このため、図３に示されるように、ガスレーザ発振器１を通常運転すると、電圧電流関係Ｘ０は平坦にはならず、電圧Ｖ１においてピーク電流Ａ０（最大値）を含むようになる。
【００２８】
次いで、ステップ１０３において、制御部１０の出力指令作成手段１３が、ピーク電流Ａ０に対応する出力指令Ｖ１を作成する。その後、ガスレーザ発振器１は通常運転から待機運転に切換えられる（ステップ１０４）。本願明細書において、待機運転とは、レーザ加工機（図示しない）におけるワークの加工を一時的に中止しているときのガスレーザ発振器１の運転状態を指す。待機運転時には、出力指令はピーク電流Ａ０に対応しない電圧Ｖ０まで低下せしめられ（図３を参照されたい）、その結果、レーザ光は出力鏡８から出力されない。
【００２９】
再び図２を参照すると、ステップ１０５において、制御部１０は出力指令Ｖ１をレーザ電源４に供給し、それにより、レーザ電源４は出力指令Ｖ１に基づいて動作するようになる。そして、このときのＤＣ電源部４ａにおける電流Ａは電流検出部１９によって検出電流Ａ１として検出される。検出電流Ａ１は制御部１０の記憶部１２に記憶される（ステップ１０６）。
【００３０】
その後、ステップ１０７においては、制御部１０の異常判定手段１５により放電負荷の異常判定が行われる。図４（ａ）は本発明の第一の実施形態における異常判定手法を示すフローチャートである。図４（ａ）の動作プログラム２００のステップ２０１に示されるように、はじめに演算手段１４が検出電流Ａ１と出力指令とＤＣ電流の関係Ｘ０のピーク電流Ａ０との間の偏差ΔＡ（＝Ａ１−Ａ０）を算出する。次いで、異常判定手段１５は、偏差ΔＡが所定の閾値Ｂ１以上であるかを判定する。偏差ΔＡが所定の閾値Ｂ１以上である場合には、ステップ２０３において放電負荷に異常があるものと判定して処理を終了する。一方、偏差ΔＡが所定の閾値Ｂ１以上でない場合には異常判定しない。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示される第二の実施形態における異常判定手法においては、動作プログラム２１０のステップ２１１に示されるように、はじめに演算手段１４がピーク電流Ａ０に所定の係数ｋ（ｋ＞１。図４（ｂ）ではｋ＝１．１。）を乗算して、比較値Ａ０’（＝ｋ×Ａ０）を算出する。次いで、異常判定手段１５は、検出電流Ａ１が比較値Ａ０’以上であるかを判定する。検出電流Ａ１が比較値Ａ０’以上である場合には、ステップ２１３において放電負荷に異常があるものと判定して処理を終了する。一方、検出電流Ａ１が比較値Ａ０’以上でない場合には異常判定しない。
【００３２】
このように本発明においては、検出電流Ａ１がピーク電流Ａ０よりも閾値Ｂ１だけ大きい場合、あるいは検出電流Ａ１がピーク電流Ａ０の比較値Ａ０’よりも大きい場合に、放電負荷が異常であると判定している。この理由は、検出電流Ａ１が大きくなる場合には、放電管７またはガス送風配管９のシール部の破損などにより空気または水分が放電管７またはガス送風配管９内に流入して放電管７におけるレーザガスの組成が変化すると推察できるためである。さらに、検出電流Ａ１が大きくなる場合には、放電電極対７ａ、７ｂが劣化している可能性もある。
【００３３】
本発明においては、このように検出電流Ａ１とピーク電流Ａ０とに基づいて放電負荷の異常を判定している。つまり、本発明においては、特別な測定器などを必要とすることなしに、放電負荷の異常を簡易かつ安全に検出することが可能である。
【００３４】
ところで、異常判定手段１５によって異常判定された場合には、非常停止手段１６によりガスレーザ発振器１を非常停止させるようにしてもよい。この場合には、異常状態にあるガスレーザ発振器１の稼働を回避することが可能となる。
【００３５】
あるいは、異常判定手段１５によって異常判定された場合には、アラーム出力手段２６からアラームを出力してもよい。これにより、放電負荷に異常があることを操作者に伝えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に基づく異常検出方法を備えたガスレーザ発振器の装置全体の略図である。
【図２】本発明に基づく異常検出方法の動作を示すフローチャートである。
【図３】レーザの出力指令とレーザ電源のＤＣ電流との間の関係を示す図である。
【図４】（ａ）本発明の第一の実施形態における異常判定手法を示すフローチャートである。（ｂ）本発明の第二の実施形態における異常判定手法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１    ガスレーザ発振器
４    レーザ電源
４ａ    ＤＣ電源部
４ｂ    ＲＦ電源部
６    リア鏡
７    放電管
７ａ、７ｂ    放電電極対
８    出力鏡
９    ガス送風配管
１０    制御部
１１    ＣＰＵ
１２    記憶部
１３    出力指令作成手段
１４    演算手段
１５    異常判定手段
１６    非常停止手段
１７    マッチングユニット
１８    レーザガス圧制御システム
１９    電流検出部
２２    冷却水循環システム
２４、２４    熱交換器
２５    送風機
２６    アラーム出力手段
３１    出力指令
３２    ＤＣ電流検出信号
Ａ０    ピーク電流
Ａ０’    比較値
Ａ１    検出電流
Ｘ０    通常運転時の出力指令とＤＣ電流の関係
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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