专利名称：气体激光振荡器以及测定激光气体置换量的方法
技术领域：
本发明涉及一种在激励激光气体来产生激光的气体激光振荡器中，用于对每单位时间置换的激光气体的量进行测定的方法以及通过该方法可以测定激光气体置换量的气体激光器。
背景技术：
在激光加工装置等中，为了产生激光，使用气体激光振荡器。例如，在二氧化碳气体激光振荡器中，使气体室内充满由CO2、N2、He等气体组成的激光气体，通过对该激光气体例如施加高电压来产生放电，通过该放电来激励激光气体(详细地为CO2)，并且通过光共振器使由此释放出的光共振，来产生激光。
在该放电时，激光气体中的CO2分解，生成CO、O2、O3-，而且，由于O3-与N2的反应还生成NOx。当继续进行激光振荡动作时，这样的生成物随着时间的推移在气体室内增加。结果，激光气体的组成比从初期的状态慢慢变化，导致激光输出的下降。因此，目前在激光振荡动作中，通过将气体室内的激光气体每次一定量地与新的激光气体进行置换，来进行气体室内的气体交换。此外，为了稳定放电来使激光输出稳定，需要将气体室内的激光气体保持在规定的压力(例如为绝对压力为0.05～0.2的压力)。因此，例如在特开平7-176809号公报中记述的那样，在气体交换时，控制对于气体室的激光气体的供给以及排出，来使气体室内的激光气体维持在规定压力。
如此，在气体激光振荡器中，需要将气体室内的激光气体保持在预先规定的压力，同时进行气体室内的激光气体的置换。因此，理想的是对气体室内的激光气体的压力和每单位时间的激光气体的置换量的双方进行控制。但是，为了将其实现，需要用于测定气体室内的激光气体的压力的气压测定器、用于测定对气体室供给或排出的激光气体的流量的气体流量计、用于调整对气体室的激光气体的供给的电磁比例阀等供给侧阀、用于调整从气体室的激光气体的排出的电磁比例阀等排出侧阀，使气体激光振荡器的制造成本上升。
另一方面，即使单位时间的激光气体置换量发生变化，激光输出等诸特性也不会在短时间内发生大的变化，即使单位时间的激光气体置换量多少发生些变化，对激光输出等诸特性的影响也较小。因此，优先考虑制造成本，一般采取以下的方式通过手动阀预先调整单位时间的激光气体置换量，之后不进行调整，仅对气体室内的激光气体的压力进行控制以使其为一定值。
但是，当用于排出气体室内的激光气体的排气泵和激光气体排出路径等与激光气体置换量存在关系的部件发生恶化，或者对该部件进行了更换时，激光气体置换量发生变化。此时，当激光气体置换量减少时，激光气体的量不足激光输出下降，相反，当激光气体置换量增多时，激光气体的使用量增加导致运转成本的上升。因此，激光气体置换量需要保持在适当的量。但是，在激光振荡动作中不进行激光气体置换量的控制、而是预先调整激光气体置换量、在激光振荡动作中仅控制气体室内的激光气体的压力使其为一定值的一般的激光振荡器，如上所述，不具备气体流量计。因此，为了调整激光气体置换量，需要准备气体流量计，将气体流量计安装在激光振荡器规定的测定位置上，进行激光气体置换量的确认，根据需要再次调整激光气体置换量。此外，在调整之后，需要再次取下气体流量计。因此，目前，为了调整激光气体置换量，需要较多的工时。
而且，气体流量计价格高，激光振荡器的用户为了进行维护而购买气体流量计成为经济上较大的负担。因此，气体置换量的调整作业由专业人员自带气体流量计来进行。
发明内容
因此，本发明的目的在于可以不使用气体流量计来求出气体激光振荡器中的单位时间的激光气体置换量。
根据本发明第一方式，提供一种气体激光振荡器，其在具备收容激光气体的气体室、用于调整对气体室的激光气体的供给的供给侧阀、用于调整从气体室的激光气体的排出的排出侧阀以及用于测定气体室内的激光气体的压力的气压测定器，在对所述气体室内的激光气体进行激励来产生激光的期间，控制所述供给侧阀和所述排出侧阀，来对所述气体室内的激光气体进行置换的激光振荡器中，还具备激光气体置换量测定装置，其在开放了所述排出侧阀的状态下锁闭所述供给侧阀来排出所述气体室内的激光气体时，或者在之后进一步锁闭所述排出侧阀并且开放所述供给侧阀来吹洗所述气体室内时，间隔预先决定的时间间隔，通过所述气压测定器对所述气体室内的压力进行第一测定和第二测定，并且根据第一测定的结果与第二测定的结果求出激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量。
在上述气体激光振荡器中，当在停止了向气体室的激光气体的供给的状态下从气体室排出激光气体时，或者之后在进一步停止了从气体室的激光气体的排出的状态下对气体室供给激光气体时，设置预先决定的时间间隔，对气体室内的激光气体压力进行两次测定，根据该两侧测定的结果，求出激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量。由此，无需为了求出单位时间的激光气体置换量，使用高价的气体流量计。
例如，在将激光振荡动作时的所述气体室内的激光气体的平均压力设为P0，将所述气体室的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1由所述气压测定器测定到的所述气体室内的压力设为P1，把在时刻t2由所述气压测定器测定到的所述气体室内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，所述激光气体置换量测定装置可以通过以下的公式，根据在排气时测定到的所述气体室内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)此外，在将所述气体室的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1由所述气压测定器测定到的所述气体室内的压力设为P1，把在时刻t2由所述气压测定器测定到的所述气体室内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，所述激光气体置换量测定装置可以通过以下的公式，根据在吹洗时测定到的所述气体室内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)气体激光振荡器，理想的是还具有用于显示由所述激光气体置换量测定装置求出的单位时间的激光气体置换量的显示装置。此外，气体激光振荡器，理想的是还具有对由所述激光气体置换量测定装置求出的单位时间的激光气体置换量进行存储的存储装置，在所述显示装置上显示在该存储装置中存储的所述单位时间的激光气体置换量。
而且，所述激光气体置换量测定装置，理想的是在从所述气体室进行排气时或者在进行所述气体室内的吹洗时，自动地进行激光气体置换量的测定。
此外，根据本发明第二方式，提供一种测定激光气体置换量的方法，其是在激励气体室内的激光气体来产生激光的期间、控制对所述气体室的激光气体的供给和从所述气体室的激光气体的排出来置换所述气体室内的激光气体的气体激光振荡器中，测定激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量的方法，包含停止对所述气体室供给激光气体的步骤；在停止对所述气体室供给激光气体的状态下，排出所述气体室内的激光气体的步骤；在进行所述排出的步骤时进行所述气体室内的压力的第一测定的步骤；从所述第一测定开始间隔预先规定的时间间隔进行所述气体室内的压力的第二测定的步骤；以及根据第一测定的结果和第二测定的结果求出激光振荡时的单位时间的激光气体置换量的步骤。
同样地，在将激光振荡动作时的所述气体室内的激光气体的平均压力设为P0，将所述气体室的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1测定到的所述气体室内的压力设为P1，把在时刻t2测定到的所述气体室内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，可以通过以下的公式，根据在排气时测定到的所述气体室内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)此外，根据本发明第三方式，提供一种测定激光气体置换量的方法，其是在激励气体室内的激光气体来产生激光的期间、控制对所述气体室的激光气体的供给和从所述气体室的激光气体的排出来置换所述气体室内的激光气体的气体激光振荡器中，测定激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量的方法，包含停止对所述气体室供给激光气体的步骤；在停止对所述气体室供给激光气体的状态下，排出所述气体室内的激光气体的步骤；在进行所述排出的步骤之后，在停止了从所述气体室排出激光气体的状态下，对所述气体室供给气体来吹洗所述气体室的步骤；在进行所述吹洗的步骤时进行所述气体室内的压力的第一测定的步骤；从所述第一测定开始间隔预先规定的时间间隔进行所述气体室内的压力的第二测定的步骤；以及根据第一测定的结果和第二测定的结果求出激光振荡时的单位时间的激光气体置换量的步骤。
此外，在将所述气体室的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1测定到的所述气体室内的压力设为P1，把在时刻t2测定到的所述气体室内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，可以通过以下的公式，根据在吹洗时测定到的所述气体室内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)根据本发明，在气体激光振荡器中，可以不使用气体流量计来求出激光气体置换量。结果，在调整激光气体置换量时，无需使用高价的气体流量计，有助于降低成本。此外，因为不需要安装拆卸气体流量计，所以不仅可以减少用于调整激光气体置换量的工时，还可以使激光气体置换量的测定自动化。
参照附图并根据本发明最佳实施方式对本发明上述以及其他的目的、特征、优点进行详细地说明。
图1是表示本发明第一实施方式的气体激光振荡器的结构的模式图。
图2是从图1所示的气体激光振荡器的气体室排出激光气体时的压力变化的图线。
图3以及图4是表示在第一实施方式的气体激光振荡器中根据在排气时测定到的气体室内的激光气体的压力求出单位时间的激光气体置换量的顺序的流程图。
图5是表示本发明第二实施方式的气体激光振荡器的结构的模式图。
图6是表示对图5所示的气体激光振荡器的气体室进行吹洗时的压力变化的图线。
图7以及图8是表示在第二实施方式的气体激光振荡器中根据在吹洗时测定到的气体室内的激光气体的压力求出单位时间的激光气体置换量的顺序的流程图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明最佳的实施方式进行说明。
当参照图1时，本发明的气体激光振荡器11，具有收容激光气体的气体室13、用于控制激光振荡器11的动作的控制装置15、用于存储数据的存储装置49、用于显示数据的显示装置51。在气体室13内设置有激光气体流动的激光气体循环路径17，在该激光气体循环路径17中设置有放电管19、有电动机21驱动的鼓风机23、第一热交换器25、第二热交换器27以及气压测定器29。
放电管19，通过对激光气体循环路径17内的激光气体施加高电压使其激励来引起放电，由此来产生激光。鼓风机23强制地使激光气体循环路径17内的激光气体循环，抑制由于放电引起的气体室13内的激光气体温度的上升。第一热交换器25在激光气体循环路径17中被配置在放电管19的下游一侧，吸收由于放电成为高温的激光气体的热量来冷却激光气体。第二热交换器27在激光气体循环路径17中被配置在鼓风机23的下游一侧，吸收被鼓风机23压缩成为高温的激光气体的热量来冷却激光气体。气压测定器29在激光循环路径17中被配置在鼓风机23的上游一侧，可以监视并测定气体室13内的激光气体的压力。这样的气体室的结构以及动作与现有的气体激光振荡器相同，所以这里不详细地进行说明。
而且，在气体室13中，用于供给激光气体的激光气体供给路径31与用于排出激光气体的激光气体排出路径33相连接。激光气体供给路径31从积存了高压的激光气体的高压储气瓶那样的激光气体供给源(未图示)延长。在激光气体供给路径31上，为了调整向气体室13的激光气体的供给量，设置了供给侧节流阀35，作为供给侧节流阀35使用了电磁比例阀。但是，作为供给侧节流阀35使用的电磁比例阀一般由于一次侧和二次侧的密封性能不足，所以在执行后述的用于测定本发明的激光气体置换量的方法时，可能无法完全停止对气体室13的激光气体的供给，成为妨碍正确测定激光气体置换量的原因。因此，在第一实施方式的激光气体振荡器11中，以可以完全停止向气体室13的激光气体的供给为目的，在供给侧节流阀35的上游一侧(激光气体供给源一侧)设置有供给侧开关阀37，作为供给侧开关阀37使用了二位置切换类型的电磁阀。
此外，激光气体排出路径33与由电动机39驱动的真空泵等排气泵41连接。在激光气体排出路径33上，为了调整从气体室13的激光气体的排出量，设置有排出侧节流阀43，作为排出侧节流阀43使用了手动节流阀。在激光气体排出路径33中，还与排出侧节流阀43并列地连接了第一排出侧开关阀45，并在排出侧节流阀43以及第一排出侧开关阀45的下游一侧(与气体室相反一侧)连接了第二排出侧开关阀47。作为第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47，使用了二位置切换类型的电磁阀。
第一排出侧开关阀45，是在气体激光振荡器11启动时为了抽成真空从气体室13排出气体时，为了得到足够的排出速度而设置的，在对气体室13内的激光气体抽成真空时全开，在激光振荡动作中关闭。因此，在激光振荡动作中，气体室13内的激光气体通过排出侧节流阀43以及第二排出侧开关阀47被排出，所以通过排出侧节流阀43流动的激光气体的量与后述的激光气体置换量相当。此外，第二排出侧开关阀47，是把在执行本发明的用于测定激光气体置换量的方法时、完全停止从气体室13排出激光气体作为目的而设置的。为了在对气体室13抽成真空时得到足够的排气速度，第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47与排出侧节流阀43相比优选具有较大的有效截面面积。
此外，由电磁比例阀构成的供给侧节流阀35以及由二位置切换类型的电磁阀构成的供给侧开关阀37、第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47，可以由控制装置15控制它们的动作。
然后，对在上述第一实施方式的气体激光振荡器11中，测定激光气体置换量的原理进行说明。
在第一实施方式的气体激光振荡器11的结构中，单位时间置换气体室13内的激光气体的量，即激光气体置换量，由使用手动操作的排出侧节流阀43调整后的排气系统的有效截面面积和排气泵41的排气能力所决定。这里，持续进行通过排气泵41进行的激光气体的排气，同时当关闭了供给侧开关阀37时，激光气体供给路径31被断开，对气体室13的激光气体的供给停止，所以气体室13内的激光气体的压力如图2所示缓缓地降低。因此，在经过时间dt后，当设气体室13内的激光气体的平均压力P下降了dp时，导出以下的微分方程式(1)。
-dp·V0＝p·QEP·dt...(1)这里，V0是气体室13的容积，QEP是1大气压换算前的动作时的排气泵41的排气速度。此外，排气泵41的排气速度QEP，虽然在排气泵41的特性上恒定，但由于气体室13内的激光气体的平均压力变化，所以1大气压换算的排气速度对应激光气体的平均压力的变化而变化。此外，详细地说，气体室13的容积V0，意味着激光气体循环路径17的容积。
在将供给侧开关阀37完全关闭之后，当在从时刻t1到时刻t2之间由气压测定器29测定到的气体室13内的激光气体的压力从P1变化到P2的条件下，对微分方程式(1)进行求解时，单位时间的激光气体置换量Q通过以下的式(2)求出。
Q=P0·V0(t2-t1)·lnP1P2...(2)]]>这里，P0是激光振荡动作时的气体室13内的激光气体的平均压力。
由于P0以及V0是可以预先求出的气体激光振荡器固有的值，所以通过测定时刻t1的气体室13内的激光气体的压力P1和时刻t2的气体室13内的激光气体的压力P2，求出激光气体置换量Q。此外，从式(2)可知所需要的是相同测定位置的激光气体的压力的变化率。即，在气体室13中激光气体在激光气体循环路径17内循环，由于场所不同激光气体的压力不同，但如果激光气体的压力是在相同的位置进行测定的，可知该测定位置可以设定在任意的场所。而且，得知可以不使激光气体循环地进行观察。
在使用利用该式(2)来测定本发明的激光气体置换量的方法的气体激光振荡器中，作为激光气体置换量测定装置的工作的控制装置15，与激光振荡动作的过程相同，当在稳定状态下运行排气泵时，完全关闭供给侧开关阀37来切断激光气体供给路径31，同时完全关闭第一排出侧开关阀45并且完全打开第二排出侧开关阀47来排出气体室内的激光气体。于是，在停止了对气体室13进行供给的状态下，与在激光振荡动作过程中置换气体室13内的激光气体时相同，通过排出侧节流阀43以及第二排出侧开关阀47排出气体室13内的激光气体。在该条件下，控制装置15使用气压测定器29，间隔预先规定的时间间隔，两次测定气体室内的激光气体的压力，根据两次的测定结果求出单位时间的激光气体置换量。
而且，控制装置15，将求出的激光气体置换量存储在存储装置49中，对应作业者的请求从存储装置49中读出在显示装置51上进行显示。作业者可以根据在该显示装置51上显示的激光气体置换量，操作作为排出侧节流阀43的手动阀来将激光气体置换量调整为恰当的值。
以下，参照图3以及图4所示的流程图，详细地说明对图1的气体激光振荡器11的单位时间的激光气体置换量进行测定的方法。
首先，控制装置15在为了将气体室内抽成真空，使用排气泵41进行排气时，关闭供给侧开关阀37，并且打开第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47，由此，在停止了供给激光气体的状态下从气体室13排出激光气体(步骤S1)。然后，控制装置15从气压测定器29接收测定到的气体室13内的激光气体的压力，例如与预先决定的气体激光振荡器11进行激光振荡动作时的激光气体压力设定值P0进行比较(步骤S2)。
然后，在步骤S2中，在由气压测定器29测定到的激光气体的压力高于激光气体压力设定值P0时，使排气计时器减少(步骤S3)，确认排气计时器的值为0以上(步骤S4)。在步骤S4中，如果排气计时器的值为0以上，继续进行排气，返回步骤S2重复进行步骤S2到步骤S4的处理。此外，在步骤S4中，在排气计时器的值小于0时，表示即使经过了预先设定的排气时间，激光气体的压力也不会变得低于激光气体压力设置定P0，所以在显示装置51上显示警报(排气异常)，并进入在后面进行说明的步骤13(步骤S5)。此时，推定存在排气泵41的异常或从气体室13的泄漏。
另一方面，在步骤S2中，当由气压测定器20测定到的气体室13内的激光气体的压力变得低于预先设定的激光气体压力设定值P0时，删除在上次测定时求出的在存储装置49中存储的数据(激光气体压力测定结果或已求出的激光气体置换量等)以及显示装置51上的旧数据的显示(步骤S6)。然后，完全关闭第一排出侧开关阀45(步骤S7)。于是，因为是供给侧开关阀37依然关闭，并且第二排出侧开关阀47依然打开的状态，所以排气速度下降，气体室13内的激光气体的压力变化变得缓和。
之后，为了使气体室内的状态静定，在从完全关闭第一排出侧开关阀45之后待机了预先规定的时间T1(例如为5秒)之后(步骤S8)，控制装置15在时刻t1使气压测定器29测定气体室13内的激光气体的压力(步骤S9)。控制装置15从气压测定器29接收测定到的激光气体的压力，存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。然后，控制装置15在从第一次测定之后待机了预先规定的时间T2(例如为120秒)之后(步骤S10)，在时刻t2使气压测定器29测定气体室13内的激光气体的压力(步骤S11)。控制装置15，从气压测定器29接收测定到的激光气体的压力，存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。
当第一次测定以及第二次测定结束时，控制装置15根据关于气体室13内的激光气体的时刻t1的测定结果以及时刻t2的测定结果、预先设定的激光振荡动作时的气体室13内的激光气体的平均压力P0、已知的气体室13的容积V0、步骤S10中的待机时间T2(＝t2-t1)，使用式(2)运算单位时间的激光气体置换量Q(步骤S12)。然后，把通过运算求出的单位时间的激光气体置换量Q存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。
当激光气体置换量Q的测定结束时，控制装置15为了开始气体室13内的吹洗处理，打开供给侧开关阀37来对气体室13供给激光气体，同时关闭第二排出侧开关阀47并且使排气泵41停止(步骤S13)。此时，第一排出侧开关阀45依然维持关闭的状态。然后，控制装置15确认表示气体室13达到大气压吹洗处理结束的吹洗结束信号(步骤S14)。吹洗结束信号可以在气体室13内的压力达到大气压时从压力开关(未图示)输出，还可以在来自气压测定器29的输出达到了大气压时从控制装置15输出。
在步骤S14中，在控制装置15无法确认吹洗结束信号时，使吹洗计时器减少(步骤S15)，确认吹洗计时器的值为0以上(步骤S16)。而且，在步骤S16中，如果吹洗计时器的值为0以上，继续进行吹洗处理，返回步骤S14重复进行步骤S14到步骤S16的处理。此外，在步骤S16中，在吹洗计时器的值小于0时，表示即使经过了预先设定的排气时间，也不会吹洗气体室，所以在显示装置51上显示警报(供气异常)，并进入在后面进行说明的步骤13(步骤S5)。此时，可以推定为发生了向气体室13供给激光气体的管路的泄漏或激光气体供给源压力的降低等。
另一方面，在步骤S14中，当控制装置15确认了吹洗结束信号时，进入步骤S18，关闭供给侧开关阀37来结束吹洗处理。此外，此时，第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47已经关闭，排气泵41也已经停止。
控制装置15作为激光气体置换量测定装置来工作，像上面那样，就可以不使用气体流量计来在气体激光振荡器中测定单位时间对气体室内的激光气体进行置换的量。此外，因为将激光气体压力测定的结果、求出的单位时间的激光气体置换量，存储在了存储装置49中，所以可以根据需要在显示装置51上显示并进行确认。
此外，如上所述，因为无需进行针对气体激光振荡器的气体流量计的安装拆卸，所以可以由控制装置15自动地进行激光气体置换量的测定。因此，例如如果在气体激光振荡器的启动顺序中加入上述顺序，可以在气体激光振荡器启动时自动地进行激光气体置换量的测定，即使是不熟练的作业者也可以简单地确认、调整单位时间的激光气体置换量。结果，可以保证气体激光振荡器的稳定动作，激光气体的成本监视也变得容易。此外，因为对作业者没有作业负担，所以作业者可以离开作业现场，也有助于削减作业成本。而且，因为无需为了测定激光气体的置换量使用高价的气体流量计，所以还可以削减气体激光振荡器的维护费用。
如上所述，根据图1所示的实施方式，对本发明的气体激光振荡器11以及气体置换量测定方法进行了说明，但本发明并不限定于图1所示的实施方式。例如还可以如图5所示的第二实施方式的气体激光振荡器11’那样，更换在第一实施方式中作为供给侧节流阀使用的电磁比例阀和作为排出侧节流阀使用的手动阀的配置。在图5所示的第二实施方式的气体激光振荡器11’中，作为供给侧节流阀35’使用了手动的节流阀，作为排出侧节流阀43’使用了电磁比例阀。此外，在这样的结构中，气体室13内的单位时间的激光气体的置换量在很大程度上取决于对气体室13供给的激光气体的压力，所以在作为供给侧节流阀35’使用的手动阀以及供给侧开关阀37的上游一侧配置了减压阀53。减压阀53也可以配置在供给侧节流阀35’的下游一侧。其他的构成要素与第一实施方式相同，所以在共同的构成要素中给予了与第一实施方式相同的参照符号。
在该第二实施方式中，与第一实施方式不同，在对气体室13抽成真空之后，在对气体室13进行吹洗(即，对气体室13再次供给激光的体)时间隔预先决定的时间间隔进行两次气体室13内的激光气体压力的测定，由此测定激光气体置换量。以下，在上述第二实施方式的气体激光振荡器11’中，对测定激光气体置换量的原理进行说明。
在第二实施方式的气体激光振荡器11’的结构中，激光气体置换量由使用手动操作的供给侧节流阀35’调整后的吸气系统的有效截面面积和减压阀的二次压来决定。如在第一实施方式中说明的那样，当在关闭了供给侧开关阀37并且打开了第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47的状态下，通过排气泵41从气体室13排出激光气体、对气体室13抽成真空时，气体室13内的压力如图3所示缓缓地降低。另一方面，在将气体室13抽成真空之后，在打开供给侧开关阀37并且关闭第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47再次对气体室13供给激光气体，由此来吹洗气体室13时，气体室13内的激光气体的压力如图6所示缓缓地上升。
在第二实施方式中，因为使用供给侧节流阀35’对气体流量进行节流，所以在图6的区域A中，气体室13内的激光气体的压力上升为直线。另一方面，在图6的区域B中，气体室13内的激光气体的压力与减压阀53的二次压的压力差变小，激光气体的压力上升随着时间的经过变缓。因此，在图6的区域A中，当在从时刻t1到时刻t2之间，由气压测定器29测定到的气体室13内的激光气体的压力从P1变化到了P2时，单位时间的激光气体置换量Q通过下式(3)求出。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)...(3)这里，V0是气体室13的容积，详细地说，表示激光气体循环路径17的容积。
因为V0是可以预先求出的气体激光振荡器固有的值，所以通过测定时刻t1的气体室13内的激光气体的压力P1和时刻t2的气体室13内的激光气体的压力P2，求出激光气体置换量Q。此外，测定到的激光气体的压力P1、P2必须是气体室13内的，即激光气体循环路径17内的激光气体的平均压力。但是，在吹洗处理中，通常停止用于使激光气体循环路径17内的激光气体循环的鼓风机，不进行激光气体的循环。因此，在本实施方式中，把气压测定器29测定到的激光气体的压力作为气体室13内的激光气体的平均压力进行处理。
另外，预先求出图6的区域B中的激光气体置换量Q与测定到的激光气体的压力P1、P2之间的关系式，或者跨越图6的区域A和区域B的区域的激光气体置换量Q与测定到的激光气体的压力P1、P2之间的关系式，可以基于求出的关系式，根据测定到的激光气体的压力P1、P2求出激光气体置换量Q。而且，还可以不使用关系式，通过对表示预先通过试验求出的激光气体置换量Q与测定到的激光气体的压力P1、P2之间的关系的数据进行比较，根据测定到的激光气体的压力P1、P2求出激光气体置换量Q。
然后，参照图7以及图8所示的流程图，详细地说明对图5的气体激光振荡器11’的单位时间的激光气体置换量进行测定的方法。
首先，按照步骤T1至步骤T5，进行气体室13内的抽真空，直到气体室13内的激光气体的压力低于预先决定的激光气体压力设定值P0为止，在存在异常时，在显示装置51上显示警报(排气异常)。从步骤T1至步骤T5与图3以及图4所示的步骤S1至步骤S5完全相同，这里不进行详细地说明。
在步骤T2中，当气压测定器29测定到的气体室13内的激光气体的压力低于预先测定的激光气体压力设定值P0时，结束抽成真空，删除在上次测定时求出的在存储装置49中存储的数据(激光气体压力测定结果或已求出的激光气体置换量等)以及显示装置51上的旧数据的显示(步骤T6)。
当气体室13的抽成真空结束时，控制装置15为了开始气体室13内的吹洗处理，打开供给侧开关阀37来对气体室13供给激光气体，并且停止排气鼓风机41，关闭第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47(步骤T7)。于是，气体室13内的激光气体压力开始上升。然后，控制装置15为了使气体室13内的状态稳定，在从完全关闭第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47之后待机了预先规定的时间T1(例如为3秒)之后(步骤T8)，在时刻t1使气压测定器29测定气体室13内的激光气体的压力(步骤T9)。控制装置15从气压测定器29接收测定到的激光气体的压力，存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。然后，控制装置15在从第一次测定之后待机了预先规定的时间T2(例如为30秒)之后(步骤T10)，在时刻t2使气压测定器29测定气体室13内的激光气体的压力(步骤T11)。控制装置15从气压测定器29接收测定到的激光气体的压力，存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。
当第一次测定以及第二次测定结束时，控制装置15根据关于气体室13内的激光气体的时刻t1的测定结果以及时刻t2的测定结果、已知的气体室13的容积V0、步骤ST0中的待机时间T2(＝t2-t1)，使用式(3)运算单位时间的激光气体置换量Q(步骤T12)。然后，把通过运算求出的单位时间的激光气体置换量Q存储在存储装置49中，并且将其在显示装置51上进行显示。
然后，控制装置15，确认表示气体室13达到大气压、吹洗处理结束的吹洗结束信号(步骤T13)。吹洗结束信号可以在气体室13内的压力达到大气压时从压力开关(未图示)输出，还可以在来自气压测定器29的输出达到了大气压时从控制装置15输出。
在步骤T13中，在控制装置15无法确认吹洗结束信号时，使吹洗计时器减少(步骤T14)，确认吹洗计时器的值为0以上(步骤T15)。而且，在步骤T15中，如果吹洗计时器的值为0以上，继续进行吹洗处理，返回步骤T13重复进行步骤T13到步骤T15的处理直到吹洗计时器的值小于0为止。此外，在步骤T15中，在吹洗计时器的值小于0时，表示即使经过了预先设定的吹洗时间，也不会吹洗气体室，所以在显示装置51上显示警报(供气异常)，并进入在后面进行说明的步骤T17(步骤T16)。此时，可推定为发生了向气体室13供给激光气体的管路的泄漏或激光气体供给源压力的降低等。
另一方面，在步骤T13中，当控制装置15确认了吹洗结束信号时，进入步骤T17，关闭供给侧开关阀37来结束吹洗处理。此外，此时，第一排出侧开关阀45以及第二排出侧开关阀47已经关闭，排气泵41也已经停止。
如上所述，第二实施方式的控制装置15与第一实施方式相同，可以不使用气体流量计来在气体激光振荡器11’中测定单位时间对气体室内的激光气体进行置换的量。此外，因为将激光气体压力测定的结果、求出的单位时间的激光气体置换量存储在了存储装置49中，所以可以根据需要在显示装置51上显示并进行确认。
权利要求
1.一种气体激光振荡器(11)，其具备收容激光气体的气体室(13)、用于调整对该气体室(13)的激光气体的供给的供给侧阀(35、37)、用于调整从该气体室(13)的激光气体的排出的排出侧阀(43、45、47)以及用于测定该气体室(13)内的压力的气压测定器(29)，在对所述气体室(13)内的激光气体进行激励来产生激光的期间，控制所述供给侧阀(35、37)和所述排出侧阀(43、45、47)，来对所述气体室(13)内的激光气体进行置换，其特征在于，还具备激光气体置换量测定装置(15)，其在开放了所述排出侧阀(43、45、47)的状态下锁闭所述供给侧阀(35、37)来排出所述气体室(13)内的激光气体时，或者在之后进一步锁闭所述排出侧阀(43、45、47)并且开放所述供给侧阀(35、37)来吹洗所述气体室(13)时，间隔预先决定的时间间隔，通过所述气压测定器(29)对所述气体室(13)内的压力进行第一测定和第二测定，并且根据第一测定的结果与第二测定的结果求出激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量。
2.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，在将激光振荡动作时的所述气体室(13)内的激光气体的平均压力设为P0，将所述气体室(13)的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1由所述气压测定器(29)测定到的所述气体室(13)内的压力设为P1，把在时刻t2由所述气压测定器(29)测定到的所述气体室(13)内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，所述激光气体置换量测定装置(15)，通过以下的公式Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2).根据在排气时测定到的所述气体室(13)内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
3.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，在将所述气体室(13)的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1由所述气压测定器(29)测定到的所述气体室(13)内的压力设为P1，把在时刻t2由所述气压测定器(29)测定到的所述气体室(13)内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，所述激光气体置换量测定装置(15)，通过以下的公式Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)，根据在吹洗时测定到的所述气体室(13)内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
4.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，还具有用于显示由所述激光气体置换量测定装置(15)求出的单位时间的激光气体置换量的显示装置(51)。
5.根据权利要求4所述的气体激光振荡器，其特征在于，还具有对由所述激光气体置换量测定装置(15)求出的单位时间的激光气体置换量进行存储的存储装置(49)，在所述显示装置(51)上显示在该存储装置(49)中存储的所述单位时间的激光气体置换量。
6.根据权利要求2所述的气体激光振荡器，其特征在于，所述激光气体置换量测定装置(15)，在从所述气体室(13)进行排气时，自动地进行激光气体置换量的运算。
7.根据权利要求3所述的气体激光振荡器，其特征在于，所述激光气体置换量测定装置(15)在进行所述气体室(13)的吹洗时，自动地进行激光气体置换量的运算。
8.一种测定激光气体置换量的方法，其在激励气体室(13)内的激光气体来产生激光的期间，控制对所述气体室(13)的激光气体的供给和从所述气体室(13)的激光气体的排出来置换所述气体室(13)内的激光气体的气体激光振荡器(11)中，测定激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量，其特征在于，包含以下步骤停止对所述气体室(13)供给激光气体的步骤；在停止了对所述气体室(13)供给激光气体的状态下，排出所述气体室(13)内的激光气体的步骤；在进行所述排出的步骤时进行所述气体室(13)内的压力的第一测定的步骤；从所述第一测定间隔预先规定的时间间隔进行所述气体室(13)内的压力的第二测定的步骤；和根据第一测定的结果和第二测定的结果求出激光振荡时的单位时间的激光气体置换量的步骤。
9.根据权利要求8所述的测定激光气体置换量的方法，其特征在于，在将激光振荡动作时的所述气体室(13)内的激光气体的平均压力设为P0，将所述气体室(13)的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1测定到的所述气体室(13)内的压力设为P1，把在时刻t2测定到的所述气体室(13)内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，通过以下的公式Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)，根据在排气时测定到的所述气体室(13)内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
10.一种测定激光气体置换量的方法，其在激励气体室(13)内的激光气体来产生激光的期间，控制对所述气体室(13)的激光气体的供给和从所述气体室(13)的激光气体的排出来置换所述气体室(13)内的激光气体的气体激光振荡器(11)中，测定激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量，其特征在于，包含以下步骤停止对所述气体室(13)供给激光气体的步骤；在停止了对所述气体室(13)供给激光气体的状态下，排出所述气体室(13)内的激光气体的步骤；在进行所述排出的步骤之后，在停止了从所述气体室(13)排出激光气体的状态下，对所述气体室(13)供给激光气体来吹洗所述气体室(13)的步骤；在进行所述吹洗的步骤时进行所述气体室(13)内的压力的第一测定的步骤；从所述第一测定间隔预先规定的时间间隔进行所述气体室内(13)的压力的第二测定的步骤；和根据第一测定的结果和第二测定的结果求出激光振荡时的单位时间的激光气体置换量的步骤。
11.根据权利要求10所述的测定激光气体置换量的方法，其特征在于，在将所述气体室(13)的容积设为V0，将所述第一测定时刻设为t1，将所述第二测定时刻设为t2，把在时刻t1测定到的所述气体室(13)内的压力设为P1，把在时刻t2测定到的所述气体室(13)内的压力设为P2，将单位时间的激光气体置换量设为Q时，通过以下的公式Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1).根据在吹洗时测定到的所述气体室(13)内的压力求出单位时间的激光气体置换量Q。
全文摘要
气体激光振荡器(11)，具备用于调整对气体室(13)的激光气体的供给的供给侧阀(35、37)、用于调整从气体室(13)的激光气体的排出的排出侧阀(43、45、47)、用于测定气体室(13)内的压力的气压测定器(29)、以及作为激光气体置换量测定装置工作的控制装置(15)。控制装置在对气体室(13)抽真空或进行吹洗时，间隔预先决定的时间间隔，通过气压测定器对气体室内的压力进行第一测定和第二测定，根据第一测定的结果与第二测定的结果，求出激光振荡动作时的单位时间的激光气体置换量。
文档编号G01F1/34GK101013790SQ200710006958
公开日2007年8月8日 申请日期2007年1月31日 优先权日2006年2月2日
发明者久保嘉孝, 盐见年康, 江川明, 铃木一弘 申请人:发那科株式会社