专利名称：气体激光振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体激光振荡器，特别涉及用于激光加工机的气体激光振荡器。
背景技术：
一般的气体激光振荡器，例如特开平7-221378号公报所公开的气体激光振荡器通过放电电极间的放电能量激发封入放电管内的激光气体，产生与该激发状态的气体离子返回基态时放出的能量相当的振荡波长的激光。
但是，在长时间停止了气体激光振荡器的情况下，在对放电管提供的激光气体源(储气瓶)已变空的情况下，或者在将气体激光振荡器内部对大气进行了开放等情况下，用于使激光气体在放电管内循环的鼓风机，即涡轮鼓风机的润滑油气化并混入放电管内的激光气体中。在气化的润滑油的量多时，一部分的润滑油也有可能附着在放电管的内壁。这时，在激光气体中混入杂质分子，即混入润滑油的分子，导致激光气体恶化。当在激光气体已恶化的状态下使气体激光振荡器进行动作时，放电难以点亮，放电点亮时的放电电压与激光未恶化的情况相比大幅上升。由于这样的放电电压的上升，有可能在放电管的外部发生绝缘破坏，损坏放电管。特别是近年来，由于激光振荡器的输出存在进一步加大的倾向，所以放电管损坏的可能性不断增大。
通常，在润滑油混入了放电管的激光气体的情况下，通过暂时更换激光气体，来排出放电管内的杂质分子，例如润滑油，在仅使用新的激光气体填充了放电管之后，进行暖机运转。但是，需要由操作者自身进行激光气体是否已恶化的判定，所以操作者的负担增大，另外，操作者更换激光气体所需要的功夫及时间也不可忽视。
另外，特开平7-221378号公报所公开的气体激光振荡器在规定条件下未检测到放电开始的情况以及在规定条件以外检测到放电开始的情况下，判断为放电性负载即激光头内的激光气体异常。在特开平7-221378号公报所公开的激光振荡装置中，虽然可以判断激光气体的异常，但直到异常判断之前已经施加了高电压，所以难以防止放电点亮前可能产生的放电管的损坏。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而发明的，目的在于提供一种气体激光振荡器，其不必伴随操作者的作业，通过在放电点亮前判断激光气体的异常可以防止放电管的损坏。
为了达到上述的目的，根据第1种方式，提供一种气体激光振荡器，其具有电压检测单元，其对放电点亮前的放电管的多个放电管区段每一个的电压进行检测；和放电管区段点亮判定单元，其根据由所述电压检测单元所检测到的所述多个放电管区段的电压，判断是否点亮各自的所述多个放电管区段，所述放电管区段点亮判定单元仅在所述多个放电管区段中的全部的放电管区段的电压比规定的电压小的情况下，使所述多个放电管区段全部点亮。
即在第1种方式中，因为使用放电点亮前的各放电管区段的电压，所以可以在放电点亮前判定激光气体是否存在异常。之后，在全部的放电管区段的电压比规定的电压小时，即在全部的放电管区段不发生绝缘破坏的状态下，点亮这些放电管区段，所以可以防止因绝缘破坏导致的放电管的损坏。
根据第2种方式，在第1种方式中，还具有激光气体净化单元，其更换并净化所述放电管内的激光气体，所述放电管区段点亮判定单元在所述多个放电管区段中的全部放电管区段的电压大于等于规定电压的情况下，停止点亮全部的所述多个放电管区段，并通过所述激光净化单元净化所述放电管内的激光气体。
即在第2种方式中，在全部的放电管区段的电压大于等于规定的电压时，即在全部的放电管区段可能发生绝缘破坏时，通过进行激光气体的净化可以排出激光气体的杂质分子。
根据第3种方式，在第1种或第2种方式中，所述放电管区段点亮判定单元在所述多个放电管区段中的一部分放电管区段的电压比规定的电压小的情况下，仅点亮该部分的放电管区段进行暖机运转。
在具有多个放电管区段的气体激光振荡器中，由于放电管以及驱动电源的特性波动而导致放电点特性不同，所以即使在激光气体已恶化的情况下，有时在绝缘破坏电压以下的电压下放电点亮。
因此，根据第3种方式，在一部分放电管区段的电压比规定的电压小时，即在一部分放电管区段不发生绝缘破坏时，通过进行暖机运转可以排出激光气体内的杂质分子。这样，在进行暖机运转时，与更换激光气体时相比可以在短时间内排出杂质分子。
根据第4种方式，在第2种方式或第3种方式中，在所述激光气体净化后或在所述暖机运转后，通过所述电压检测单元再次检测所述多个放电管区段的电压；在所述多个放电管区段中的至少一部分的放电管区段的电压比规定的电压小的情况下，发出警报。
即在第4种方式中，通过发出警报，可以促使操作者注意。另外，在发生警报的同时，通过强制停止气体激光振荡器，可以事前防止放电管的损坏。
根据第5种方式，在第3种方式或第4种方式中，所述暖机运转时的所述放电管内的激光气体气压以及放电电压与所述气体激光振荡器正常运转时的激光气体气压以及放电电压不同。
即在第5种方式中，通过以与一般运转时不同的激光气体气压以及放电电压进行暖机运转，进一步防止放电管区段中的绝缘破坏的发生。另外，暖机运转时的激光气体气压以及放电电压最好是比一般运转时的激光气体气压以及放电电压小的值，由此可以避免绝缘破坏同时进行暖机运转。
根据各种方式，可以达到共通的效果为即不必伴随操作者的作业，通过在放电点亮前判断激光气体的异常，可以防止放电管的损坏。
进而，根据第2种方式，可以达到可以排出激光气体的杂质分子的效果。
进而，根据第3种方式，可以达到通过进行暖机运转，可以在短时间内排出激光气体内的杂质分子。
进而，根据第4种方式，可以达到可以促使操作者注意的效果。
进而，根据第5种方式，可以达到可以进一步防止放电管区段中的绝缘破坏的发生的效果。
通过附图所示的本发明典型的实施方式的详细说明，可以进一步明确本发明的这些目的、特征及优点，以及其他的目的、特征及优点。
图1是本发明的气体激光振荡器的概略图。
图2a表示放电管的放电点亮时的施加电压以及电流的关系。
图2b表示放电管的放电点亮时的施加电压以及电流的关系。
图3是表示本发明的气体激光振荡器的1个动作程序的流程图。
图4是表示本发明的气体激光振荡器的1个动作程序的流程图。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的实施方式。在下面的附图中，对相同的部件附以相同的参照符号。为了容易理解，对这些附图适当地变更了比例尺。
图1是基于本发明的气体激光振荡器的概略图。如图1所示，激光振荡器10是感应放电激发型的气体激光振荡器，包含有与激光气体气压控制系统18连接的放电管区段6a～6b。激光气体气压控制系统18可以进行向放电管区段6a～6b的激光气体的供给以及来自放电管区段6a～6b的激光气体的排出。如图1所示，在激光振荡器10的一端设置有不具有部分穿透性的后反射镜7(共振器内部反射镜)，在放电管9的另一端设置有具有部分穿透性的输出反射镜8。在本实施方式中，后反射镜7是反射率为99.5％的锗制镜子，输出反射镜8是反射率为65％的锌硒制镜子。
如图所示，在后反射镜7以及输出反射镜8之间的光共振空间内，在大约一条直线上配置有多个放电管区段，如在图1中配置有4个放电管区段6a～6b。另外，如图所示，在激光振荡器10中配置有鼓风机14，例如涡轮鼓风机，使送风管路9内的激光气体沿箭头方向循环。再者，在鼓风机的上游以及下游分别配置有冷却器12、12′。冷却器12′用于冷却在放电管区段6a～6b中被加热成高温的激光气体13，冷却器12用于除去由鼓风机14引起的压缩热。
各放电管区段6a～6b分别包含有一对挟着放电管区段6a～6d那样配置的放电电极5a～5d。这些放电电极5a～5d为相同尺寸，施加有涂层。如图1所示，放电电极5a通过激发用电源3a与电源控制电路2相连接。另外，放电电极5b～5d也分别通过对应的激发用电源3b～3d与电源控制电路2相连接。这些激发用电源3a～3d在整流了商用电源之后，进行开关动作来产生高频电压，向各放电管区段6a～6d提供与电流指令值相对应的高频电流。
激光振荡器10的CPU(微处理器)1通过双向总线与电源控制电路2相连接。电源控制电路2具有把从CPU1输出的信号转换为电流指令信号并输出的A/D转换器。另外，如图1所示，电源控制电路2与激发用电源3a～3d的施加电压检测电路4a～4d相连接。这些施加电压检测电路4a～4d发挥检测分别对放电管区段6a～6d施加的电压值的作用。施加电压检测电路4a～4d将高频的高电压转换为直流的低电压，将施加电压的监控值反馈给电源控制电路2。电源控制电路2对监控值进行信号处理，在放电管的施加电压大于等于规定电压时，停止向放电电极5a～5d的电流指令。另外，虽然在附图中未表示，但存在通过双向总线与CPU1相互连接的ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)。
如图1所示，快门控制电路15与CPU1相连接。快门控制电路15根据来自CPU1的指令，关闭配置于输出反射镜8前方的快门11。快门11由表面上镀金的铜板形成。另外，根据来自CPU1的指令发出警报的报警装置16也与CPU1相连接。
在气体激光振荡器动作时，通过激光气体气压控制系统18向放电管区段6a～6d内供给激光气体。接着，通过鼓风机14激光气体在由送风管路9构成的循环路经中循环。在图1中，如由箭头所示，从鼓风机14送出的激光气体通过用于除去压缩热的冷却器12′，被供给各放电管区段6a～6d。
当通过激发用电源3a～3b在各放电管区段6a～6d的放电电极5a、5b施加规定的频率以及电压，例如从数百kHz到数十MHz以及从数百伏特到数十kV的高频电压时，通过放电作用激发激光气体，由此产生激光。根据众所周知的原理，激光在光共振空间被放大，通过输出反射镜8输出激光。如图1所示，在通过快门控制电路15快门11已关闭时，从输出镜8所输出的激光17被快门11反射，被射束吸收器19吸收。另一方面，在快门11已打开时，来自输出反射镜8的激光17原样被输出到激光振荡器10的外部，例如输出到激光加工机(未图示)。另外，由于放电作用变为高温的激光气体由冷却器12冷却，再次返回到鼓风机14。
另外，图2a表示激光气体为正常状态下的激光振荡器10的放电管在放电点亮时的施加电压以及电流的关系。在图2a中，纵轴表示施加在放电管上的电压，横轴表示放电管中的电流。另外，图中的横轴所示的区间A表示放电点亮前区间A，区间B表示放电点亮后区间B。另外，为了容易理解，图2a中的点划线表示后述的图2b的实线的举动。
如图2a所示，当由CPU1指令放电起动动作时，放电管电流I增大。放电管电压V随着放电管电流I的上升而增大。之后，当放电管电压V为电压Vc时，放电点亮。如图所示，当放电点亮时，由于放电管的等价阻抗的变化，电压V急剧下降，在电压Vd放电点亮动作结束。这时的电流I为电流Ia。另外，图2a中的电压Va表示绝缘破坏电压Va。电压Vb表示为了防止绝缘破坏而停止点亮动作的规定电压Vb，规定电压Vb比绝缘破坏电压Va稍微低一些。如图2a所示，在激光气体没有异常时，放电管的施加电压始终在比规定电压Vb小的区域。即，放电点亮时电压Vc以及放电点亮结束时电压Vd都比规定电压Vb小。
另一方面，图2b是与图2a相同的图示，表示激光气体存在异常时的激光振荡器10的放电管放电点亮时的施加电压以及电流的关系。所谓如图2b所示的激光气体存在异常的情况是指例如在长时间使气体激光振荡器停止的情况，在提供给放电管的激光气体的源(储气瓶)已空的情况下，或者在将气体激光振荡器内部对大气进行了开放等情况下，用于使激光气体流动到放电管的鼓风机的润滑油气化并混入到放电管内的激光气体的情况，即激光气体内混入润滑油等杂质分子，激光气体恶化的情况。
在图2b所示的情况下，当由CPU1指令放电起动动作时，放电管电流I增大。但是，在激光气体已恶化的情况下，因为放电管区段的放电点亮困难，所以图2b中的放电点亮时电压Vc′超过规定电压Vb以及绝缘破坏电压Va。之后，电压V同样地急剧下降，在电压Vd′放电点亮动作结束。这时的电流I为电流Ia′。放电点亮结束时电压Vd′比图2a中的放电点亮结束时电压Vd大很多，超过了绝缘破坏电压Va。因此，这时发生绝缘破坏，放电管，例如放电管区段6a～6d有可能损坏。因此，为了避免绝缘破坏，必须使电压V小于绝缘破坏电压Va，最好是比规定电压Vb小。
本发明的气体激光振荡器10利用图2a以及图2b所示的电压与电流之间的关系进行工作，以使在任何的放电管区段6a～6d都不发生绝缘破坏。图3以及图4是表示本发明的气体激光振荡器的一个动作程序的流程图。该程序100被预先安装在电源控制电路2的ROM或RAM内，由CPU1执行。在执行程序100之前，气体激光振荡器10的放电管区段6a～6d中的激光气体气压大至与大气压相等，快门11处于关闭状态。当然，在该时刻，放电管区段6a～6d未发生放电。
在程序100的步骤101，使用激光气体气压控制系统18，将放电管区段6a～6d内的激光气体气压降到规定的激光气体气压P0。接着，驱动鼓风机14使激光气体在送风管路9内循环。在步骤102，通过激发用电源3a～3d，向放电管区段6a～6d提供高频电流，电流I慢慢增大。接着，在步骤103，通过施加电压检测电路4a～4d，检测放电管区段6a～6d各自的电压。以下，在本案说明书中，将放电管区段6a的电压称为电压V1，将放电管区段6b的电压称为电压V2，将放电管区段6c的电压称为电压V3，将放电管区段6d的电压称为电压V4。之后，代表这些电压V1～V4，称为电压Vn。
接着，在步骤104，判定这些放电管区段6a～6d的全部的电压Vn(＝V1、V2、V3、V4)是否比规定电压Vb(请参照图2)小。之后，在判定为全部的电压Vn比规定电压Vb小时，进行步骤105。在步骤105，因为在全部放电管区段6a～6d中未发现异常，所以将这些放电管区段6a～6d全部点亮，结束气体激光振荡器10的启动处理。相反，在判定为全部的电压Vn并不比规定电压Vb小时，即在判定为电压V1～V4中的至少1个电压不小于规定电压Vb时，进入步骤106。
在步骤106，判定步骤103中的电压Vn的检测在气体激光振荡器10起动后是否是第2次检测。之后，在判定为是第2次检测时，判断为未通过后述的激光更换或暖机运转解除激光气体的异常，进行步骤107。在步骤107，判断为在至少1个放电管区段6a～6d中发生了不能轻易解除的激光气体的异常，并发出警报16。由此，可以促使操作者注意。接着，进入到步骤108，自动关闭气体激光振荡器10，结束处理，事前避免绝缘破坏。另外，在步骤106，虽然判定是否是第2次所检测的电压，但也可以变更为判定是否是第3次或在此之上的次数。另外，为了简化程序，也可以省略步骤106～108。
在步骤106，在判断为不是第2次检测时，进入到步骤109。在步骤109，判定放电管区段6a～6d的全部电压Vn是否大于等于规定电压Vb。在判定为全部的电压Vn大于等于规定电压Vb时，因为激光气体内的杂质分子混入相当多，所以判断为通过后述的暖机运转不能完全解除激光气体的异常，进入到步骤110。在步骤110，通过图1所示的激光气体气压控制系统18来更换放电管区段6a～6d内的激光气体。即，这时在送风管路9内循环的激光气体全部被排出，之后填充新的激光气体。因此，在放电管区段6a～6d内的激光气体中混入的全部的杂质分子也与激光气体一起被排出，所以在填充了新的激光气体后，在放电管区段6a～6d内不存在杂质分子。
在步骤109在判定为并非所有的放电管区段6a～6d的电压Vn大于等于规定电压b，即在电压V1～V4中至少有1个电压比规定电压Vb小时，进入到步骤111。在步骤111，在放电管区段6a～6d中，只点亮具有满足“Vn＜Vb”关系的电压的放电管区段。
接着，在步骤112，开始气体激光振荡器10的暖机运转。在暖机运转时，将激光气体气压P0降到压力P1(P1＜P0)。另外，使暖机运转时的放电电压Vz比正常运转时的放电电压Ve低(Vz＜Ve)。在步骤112，在低压力、低放电电压下，进行规定时间例如15分钟的暖机运转，由此通过暖机运转排出位于放电管区段6a～6d中的杂质分子。之后，在步骤113停止暖机运转以及放电作用。
由于多个放电管6a～6d以及激发用电源3a～3d的特性波动，各放电管区段中的放电点亮特性不恒定，所以即使在激光气体已恶化的情况下，有时在小于等于绝缘破坏电压Va的电压下，例如在小于规定电压Vb的电压下也放电点亮。因此，在上述的步骤112，与通常情况相比在低压力、低放电电压下进行暖机运转，防止绝缘破坏的发生。之后，在进行暖机运转时，与进行激光气体的更换相比，可以在短时间内进行杂质分子的排出。
当步骤113中的放电作用的停止以及步骤110中的激光气体的更换结束时，进入到步骤102，再次重复所述的处理。当再次进入到步骤102时，因为通过暖机运转排出了激光气体内的一部分杂质分子，或通过激光气体的更换排出了全部的杂质分子，所以通过步骤102判定为放电管区段6a～6d的电压Vn全部比规定电压Vb小的可能性增大。而且，在没有设置步骤106～108的情况下，在步骤104重复进行处理直到判定为放电管区段6a～6d的全部的电Vn比规定电压Vb小。
这样，在本发明中，通过参照放电点亮前的各放电管区段6a～6d的电压Vn，可以不必伴随操作者的作业，在放电点亮前判定各放电管区段6a～6d内的激光气体是否存在异常。之后，只有当全部的放电管区段6a～6d没有异常时，才进行全部的放电管区段6a～6d的放电点亮。因此，可以防止由于在激光气体存在异常时，即由于在激光气体内混入了杂质分子时可能产生的绝缘破坏而导致的放电管区段6a～6d的损坏。
进而，在本发明中，在放电管区段6a～6d的至少1个存在异常时，通过进行暖机运转或更换激光气体来排出激光气体内的杂质分子。由此，可以消除可能引起绝缘破坏的状态。特别是，在只有放电管区段6a～6d中的一部分放电管区段为异常时，只点亮未发生异常的放电管区段通过暖机运转排出杂质分子，由此，与进行激光气体更换比可以在短时间内排出杂质分子。另外，在图1中，虽然使用了4个放电管区段6a～6d，但即使放电管区段的数目不同，也都是在本发明的范围内。
虽然使用典型的实施方式说明了本发明，但如果是本行业人员因该可以理解在不脱离本发明的范围以及精神的情况下，可以进行所述的变更以及各种各样的变更、省略、追加。
权利要求
1.一种气体激光振荡器(10)，其具有电压检测单元(4a～4d)，其对放电点亮前的放电管的多个放电管区段(6a～6d)每一个的电压进行检测；和放电管区段点亮判定单元(1)，其根据由所述电压检测单元(4a～4d)所检测到的所述多个放电管区段(6a～6d)的电压，判断是否点亮各自的所述多个放电管区段(6a～6d)，其特征在于，所述放电管区段点亮判定单元(1)仅在所述多个放电管区段(6a～6d)中的全部的放电管区段的电压比规定的电压(Vb)小的情况下，使所述多个放电管区段(6a～6d)全部点亮。
2.根据如权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，还具有激光气体净化单元(18)，其更换并净化所述放电管内的激光气体；所述放电管区段点亮判定单元(1)在所述多个放电管区段(6a～6d)中的全部放电管区段的电压大于等于规定电压(Vb)的情况下，停止点亮全部的所述多个放电管区段(6a～6d)，并通过所述激光净化单元(18)净化所述放电管内的激光气体。
3.根据权利要求1所述的气体激光振荡器，其特征在于，所述放电管区段点亮判定单元(1)在所述多个放电管区段(6a～6d)中的一部分放电管区段的电压比规定的电压(Vb)小的情况下，仅点亮该部分的放电管区段进行暖机运转。
4.根据权利要求2或3所述的气体激光振荡器，其特征在于，在所述激光气体净化后或在所述暖机运转后，通过所述电压检测单元(4a～4d)再次检测所述多个放电管区段(6a～6d)的电压；在所述多个放电管区段(6a～6d)中的至少一部分的放电管区段的电压比规定的电压(Vb)小的情况下，发出警报。
5.根据权利要求3或4所述的气体激光振荡器，其特征在于，所述暖机运转时的所述放电管内的激光气体气压以及放电电压与所述气体激光振荡器(10)正常运转时的激光气体气压以及放电电压不同。
全文摘要
提供一种气体激光振荡器(10)，其具有电压检测单元(4a～4d)，其对放电点亮前的放电管的多个放电管区段(6a～6d)每一个的电压进行检测；和放电管区段点亮判定单元(1)，其根据由电压检测单元检测到的多个放电管区段(6a～6d)的电压，判断是否点亮各自的多个放电管区段，放电管区段点亮判定单元仅在多个放电管区段中的全部的放电管区段的电压比规定的电压(Vb)小的情况下，使多个放电管区段全部点亮。由此，不必伴随操作者的作业，通过在放电点亮前判断激光气体的异常，来防止放电管因绝缘破坏而损坏。
文档编号H01S3/00GK1797873SQ20051012434
公开日2006年7月5日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年11月29日
发明者江川明, 安藤稔, 森敦 申请人:发那科株式会社