专利名称：气体激光装置的启动方法以及气体激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将气体用作激励介质的气体激光装置的启动方法，尤其涉及在 低温环境下安全地启动气体激光装置的方法。此外，本发明还涉及具有这样的 启动功能的气体激光装置。
技术背景一般，使激光介质气体在激光放电管中循环的放电激励式气体激光装置 中，在激光振荡器启动时，激光气体、谐振器、振荡器内部以及冷却水等的温 度与热平衡状态相比较低，所以从启动开始在一定时间内放电负载处于过度状 态。在此，特别是在低温的环境下启动激光振荡器时，对振荡器提供高频电力的激光电源与放电负载之间的匹配发生变化，激光电源的DC电流变大。此外， 在温度极低的环境下，有时该DC电流上升到报警等级，根据过电流报警，振 荡器停止。目前，作为对于处在过度状态的放电负载，抑制高频电源的输出电流自动 地使匹配最佳化的方法，具有改变匹配电路的常数(电容器、电感器)来适应 于此时的负载状态的技术。例如，在特开平6-326543号公报中，作为使高频 电源与放电管负载的匹配最佳化的方法，公开了以下的技术检测高频电压、 电流以及电压与电流的相位差，使用据此求出的阻抗以及相位来控制匹配箱 (matching box)内的可变匹配电容器。此外，在特开2006-166412号公报中公开了以下的技术进一步增加了对 在特开平6-326543号公报中使用的可变匹配电容器进行控制的参数，电动机 的控制方法变得更加复杂。如果应用如特开平6-326543号乂>报或者特开2006-166412号公报中记载 的技术，能够使激光振荡器启动时的过渡状态的匹配最佳化。但是，改变匹配 电路的常数来适应此时的负载的状态的方法，为了改变匹配电路的常数，需要 控制电动机等驱动系统。因此，在利用特开平6-326543号公报或者特开2006-166412号公报中记载的技术时，需要相位检测装置、用于改变可变电容 器的电极间距离或有效面积的电动机，并且还需要用于其的控制装置，因此作 为装置存在复杂、成本高的问题。 发明内容因此，本发明的目的在于提供即使在低温环境下启动激光振荡器，也不需 要特别的部件或复杂的系统，可以容易并且价廉地抑制高频电源的输出电流来 启动激光振荡器的启动方法、以及具有这样的启动功能的气体激光装置。为了实现上述目的，根据本发明的一实施方式，提供一种启动方法，其是 使激光气体在激光放电管中循环，通过高频放电来产生激光的放电激励式气体 激光装置的启动方法，该启动方法包括以下步骤将所述气体激光装置正常启 动时的所述气体激光装置的激光电源的DC电源部的输出电流特性作为正常 电流特性，来预先存储；检测所述气体激光装置启动时的所述激光电源的DC 电源部的输出电流；以及控制所述激光放电管内的激光气体的气压，使所述 DC电源部的被检测出的输出电流不超过根据所述正常电流特性规定的阈值。控制所述激光气体的气压的步骤可以包含从所迷DC电源部的被检测出 的输出电流达到所述阈值的时刻开始，向降低所述激光放电管内的激光气体的 气压的方向控制所述激光放电管内的激光气体的气压。根据本发明的另一实施方式，提供一种气体激光装置，其是使激光气体在 激光放电管中循环，通过高频放电来产生激光的放电激励式气体激光装置，其 具有存储部，其将所述气体激光装置正常启动时的所述气体激光装置的激光 电源的DC电源部的输出电流特性作为正常电流特性来预先存储；检测部，其 检测所述气体激光装置启动时的所述激光电源的DC电源部的输出电流；气压 控制部，其控制所述激光放电管内的激光气体的气压，使所述检测部^r测到的 所述DC电源部的输出电流不超过根据所述正常电流特性规定的阈值。所述气压控制部从所述DC电源部的被检测出的输出电流达到所述阈值 的时刻开始，向降低所述激光放电管内的激光气体的气压的方向控制所述激光 放电管内的激光气体的气压。此外，气体激光装置可以具有包含固定容量的电容器的匹配单元。
通过参照附图对以下的最佳实施方式进行说明，本发明上述或者其它的目 的、特征以及优点将更加明确。图l表示本发明的激光装置的基本结构。图2通过相同的时间轴对表示图1的激光装置启动时的DC电流随时间的 变化的曲线图(上段)和表示激光气体气压的随时间变化的曲线图(下段)进 行了图示。
具体实施方式
图1表示可以应用本发明的启动方法的放电激励式气体激光装置1的构成 例。激光装置1具有激光振荡器2、对激光振荡器2提供电力的激光电源3以 及控制部4，控制部4通过内置的CPU (未图示)来控制激光振荡器2以及激 光电源3的全部动作。激光电源3是包含DC电源部5以及RF电源部6的高频电源。根据从控 制部4输出的输出指令7来控制DC电源部5的输出，并且通过RF电源部6 转换成高频电力，然后经由匹配单元8提供给激光振荡器2的电极9。此外， 激光电源3具有检测DC电源部5的输出电流的检测部10，将检测部10的检 测结果作为输出电流信号11输入给控制部4。电极9之间充满作为激光介质的激光气体，激光气体在热交换器12中被 冷却，并且通过涡轮鼓风机13等鼓风机使激光气体在激光振荡器2的气体循 环路径14的内部高速循环。气压控制部即气压控制单元15根据从控制部4 输出的气压控制信号16来控制激光气体的气压。具体地说，控制设置在气体 循环路径14中的供气排气装置17,根据气压控制信号16调节针对气体循环 路径14的激光气体的供气排气量。此外，在气体循环路径14中设置有测定、 监视、监控激光气体的气压的气压传感器18,从气压传感器18输出的气压检 测信号19经由气压控制单元15输入给控制部4。激光振荡器2具有包括上述电极9的放电管20，在放电管20的各端分别 设有全反射镜21以及半透明反射镜22。放电管20、全反射镜21以及半透明 反射镜22相协作而构成光谐振器23。当从激光电源3对电极9提供了高频电 力时，激光气体通过放电而被激励，在光谐振器23中产生光。该光在全反射 镜21与半透明反射镜22之间反复进行反射，并且通过感应发射(inducedemission )被放大，其中 一部分作为激光24从半透明反射镜22取出到外部， 用于激光加工等。以下说明激光装置1的启动方法。图2上段的曲线图表示了激光装置1 启动时DC电源部的输出电流，此外，图2下段的曲线图通过与上段的曲线图 相同的时间轴，表示了气体循环路径内的激光气体的气压。在此，两个曲线图 中的实线的曲线31以及34分别表示了在通常的温度环境下，从时刻tl到时 刻t2 (大约20-30秒)正常进行启动时的DC电流以及激光气体气压的变化， 即正常电流特性以及正常气压特性。此外，曲线31及34可以使用过去确定的 正常数据，也可以根据几个正常数据的平均来求出。此处，在低温环境下启动了激光振荡器时，例如像虚线曲线32那样，与 通常温度环境相比，启动时的放电负载增大，DC电流较大地偏离正常值(曲 线31)，根据情况，有可能因为过电流报警等强制性地停止激光振荡器。因此， 如点划线曲线33所示，根据正常时的数据预先设定了阈值，当DC电流超过 了该阈值时(在图2的上段的曲线图的例中，时刻t3),有效地进行后面所述 的气压控制。另外，该阈值最好设定成多少大于正常值，例如可以是对正常值 附加了一定安全系数的值，也可以是乘以一定比率U.l 1.3等)的值。此外， 可以将正常时的电流特性数据或者根据该正常时的电流特性数据预先规定的阈值预先存储在适当的存储部中，在本实施方式中存储在控制部4内。在时刻t3 DC电流达到了阈值时，为了防止DC电流进一步变得大于阈值 而使过电流报警器等进行工作，如图2下段的曲线图的虚线曲线35所示，为 了使气体循环路径内的激光气压与正常时(曲线34)相比低一些，自动地进 行控制。具体地说，通过通常的气压控制，激光气体的气压从启动前的气压 pl (例如2 4kPa)逐渐上升到p2 (例如10 15kPa)， ^旦在时刻t3以后，为了 使DC电流(曲线32 )不超过阈值(曲线33 )进行激光气体气压的反馈控制。 此时，对激光气体气压进行控制，使其上升斜度变得稍微平緩并逐渐上升到与 p2相比低一些的p2'。 一般，当激光气体的气压下降时放电管的放电负载下降， 结果，可以降低DC电流。因此，在时刻t3以后，通过进行如上所述的反馈 控制，可以防止由于过电流报警等激光振荡器停止，并且可以安全地启动激光 振荡器。一般，从控制部4输出给激光电源3的输出指令7仅指令激光输出，因此， 目前需要为了在过渡状态中DC电流变得过剩的情况而准备的，用于使输出电 流与放电负载的匹配最佳化的复杂的匹配箱。但是，在本发明中，能够通过激 光气体气压的控制来自动降低放电负载，由此来防止过电流，因此如图l所示 的匹配单元8不具备可变电容器以及用于其的电动机等复杂的元件，例如可以 具有简单的固定容量的电容。因此，可以构成作为整体价廉，并且具有过电流防止功能的激光装置。另外，在图2的例中，作为监视的电流值而利用了 DC电流，但也可以用 同样的方式利用RF电源部6输出的高频电流。但是，因为直流电流的监控比 较容易，并且启动时的变化比较明显等理由，最好是使用DC电流。根据本发明，即使在低温环境下启动激光装置时，也会通过激光气体气压 的控制而自动抑制激光电源的DC电流，所以能够防止由于过电流报警等激光 振荡器停止，并且可以安全地启动激光振荡器。此外，因为是在已有的系统内 进行DC电流的检测或激光气体气压的控制，因此不需要检测过电流的特殊的 检测装置及其处理、可变电容器及用于其的电动机、以及具有控制装置的复杂 的匹配箱等。因此，能够提供结构简单，价廉的激光装置。此外，作为激光气体的气压控制的具体方法，还可以应用从DC输出电流 达到了阈值的时刻开始，向降低激光气体的气压的方向控制激光气体的气压这 样的简单的方法。本领域的技术人员应该知道在不超出本发明的基本概念以及范围的情况下，可 以进行多种变更。
权利要求
1.一种启动方法，其用于使激光气体在激光放电管(20)中循环，通过高频放电来产生激光的放电激励式气体激光装置(1)，该启动方法的特征在于，包括以下步骤将所述气体激光装置(1)正常启动时的所述气体激光装置(1)的激光电源(3)的DC电源部(5)的输出电流特性作为正常电流特性，来预先存储；检测所述气体激光装置(1)启动时的所述激光电源(3)的DC电源部(5)的输出电流；以及控制所述激光放电管(20)内的激光气体的气压，使所述DC电源部(5)的被检测出的输出电流不超过根据所述正常电流特性规定的阈值。
2. 根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，所述控制激光气体气压的步骤包含从所述DC电源部(5)的被检测出的 输出电流达到所述阈值的时刻开始，向降低所述激光放电管(20)内的激光气 体的气压的方向控制所述激光放电管(20)内的激光气体的气压。
3. —种气体激光装置，其是使激光气体在激光放电管(20)中循环，通 过高频放电来产生激光的放电激励式气体激光装置(1)，其特征在于，具有存储部(4),其将所述气体激光装置(1)正常启动时的所述气体激光装 置(1)的激光电源(3)的DC电源部(5)的输出电流特性作为正常电流特 性来预先存储；检测部(10),其检测所述气体激光装置(1)启动时的所述激光电源(3 ) 的DC电源部(5 )的输出电流；气压控制部(15)，其控制所述激光放电管(20)内的激光气体的气压， 使所述检测部(10)检测到的所述DC电源部(5)的输出电流不超过根据所 述正常电流特性规定的阈值。
4. 根据权利要求3所述的气体激光装置，其特征在于， 所述气压控制部(15)从所述DC电源部(5)的被检测出的输出电流达到所述阈值的时刻开始，向降低所述激光放电管(20)内的激光气体的气压的方向控制所述激光放电管(20)内的激光气体的气压。
5.根据权利要求3所述的气体激光装置，其特征在于，具有包含固定容 量的电容器的匹配单元(8)。
全文摘要
本发明提供一种即使在低温环境下启动激光振荡器时，也不需要特别的部件或复杂的系统，可以容易并且价廉地抑制高频电源的输出电流来启动激光振荡器的启动方法、以及具有这样的启动功能的气体激光装置。根据通常的气压控制，激光气体的气压从启动前的气压p1逐渐上升到p2，但在时刻t3 DC电流达到规定的阈值时，为了在时刻t3之后DC电流不超过阈值，进行激光气体气压的反馈控制。此时，对激光气体的气压进行控制，使其上升斜度变得平缓，并逐渐上升到与p2相比低一些的p2′。
文档编号H01S3/00GK101325305SQ20081011012
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月10日 优先权日2007年6月11日
发明者安藤稔, 池本肇 申请人:发那科株式会社