具有维护作业用温度管理功能的激光装置的制作方法

本发明涉及一种激光装置。

背景技术：

在激光装置中所使用的构成部件具有如下情况：若在高温下使用，则寿命变短。相反，若温度过低，则有可能激光的特性变化。因此，一般进行如下的温度管理：将构成部件维持在15℃～30℃范围的预定温度。

在高温多湿的环境下使用激光装置时，有时因外部空气与维持在低温的构成部件之间的温度差而发生结露。尤其，若在光学部件中发生结露，则由于激光被吸收或被散射，而无法实现所希望的性能。并且，若尘埃或挥发性物质等异物附着于发生结露的位置，则干燥后异物沉淀在光学部件的表面，需要更换或修理光学部件。结露会使漏电、短路等危险增加，因此对于电气部件来说，也不希望发生结露。

已知有防止光学部件中发生结露的各种技术。已知有如下的激光振荡器：具备向收纳光学部件等的壳体内提供干燥空气的除湿装置(参照日本特开平04-356981号公报、日本特开2012-024778号公报以及日本特开2013-239696号公报)。已知如下的激光振荡器：根据需要，对冷却光学部件的冷却水进行加热，由此调整光学部件的温度(参照日本特开平01-232779号公报、日本特开昭57-045988号公报、日本特开平04-335585号公报)。

已知如下的激光振荡器：放电停止时，停止提供用于冷却光学部件的冷媒，由此防止发生结露(参照日本特开2003-110174号公报)。

技术实现要素：

以往，在进行维护作业时，若打开用于收纳光学部件等的壳体的门，则有可能发生结露，因此需要等待长时间直至壳体内的温度充分上升。因此，要求一种能够根据需要迅速执行维护作业的激光装置。

根据优选实施方式，提供一种激光装置，具备：壳体，其具有可打开的密闭构造；光学系统，其设置于上述壳体内；温度调节机构，其使上述光学系统维持预定温度；以及准备工序控制部，其控制在打开上述壳体前执行的准备工序，其中，上述温度调节机构构成为：在激光装置的运行中使上述光学系统维持第1温度，并且在开始了上述准备工序时使上述光学系统维持上述第1温度以上的第2温度。

根据优选实施方式，激光装置还具备：第1温度取得部，其取得外部空气温度；以及温度计算部，其根据上述外部空气温度来计算上述第2温度。

根据优选实施方式，上述温度计算部构成为：以上述第2温度成为上述外部空气温度以上的方式计算上述第2温度。

根据优选实施方式，该激光装置还具备：露点温度取得部，其取得外部空气的露点温度；以及温度计算部，其根据上述露点温度来计算上述第2温度。

根据优选实施方式，该激光装置还具备：信号输出部，其在上述光学系统的温度到达上述第2温度时输出信号。

根据优选实施方式，提供一种激光装置，具备：壳体，其具有可打开的密闭构造；光学系统，其设置于上述壳体内；温度调节机构，其使上述光学系统维持预定温度；准备工序控制部，其控制在打开上述壳体前执行的准备工序；以及空气提供部，其在上述准备工序开始时，向上述壳体内提供干燥空气。

附图说明

参照附图所示的本发明的示例性实施方式的详细说明，使这些以及其他的本发明的目的、特征以及优点变得更加明确。

图1A是表示第1实施方式的激光装置的结构例的图。

图1B是表示在图1A的激光装置中向服务模式转移时的状态的图。

图1C是表示在图1A的激光装置中维护作业执行时的状态的图。

图2A是表示第2实施方式的激光装置的结构例的图。

图2B是表示在图2A的激光装置中向服务模式转移时的状态的图。

图2C是表示第2实施方式的变形例的激光装置的结构例的图。

图3是表示第3实施方式的激光装置的结构例的图。

图4是表示第4实施方式的激光装置的结构例的图。

图5是表示第5实施方式的激光装置的结构例的图。

图6是表示第6实施方式的激光装置的结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了有助于理解本发明，适当地变更图示的实施方式的构成要素的比例尺。此外，对相同或相应的构成要素使用相同的参照符号。

图1A、图1B以及图1C表示第1实施方式的激光装置10的结构例。激光装置10用于利用从激光振荡器发射的激光来进行工件加工，例如焊接、穿孔或切断。激光装置10具备光学系统11、电源单元12、温度调节机构2、控制温度调节机构2的控制装置3。

光学系统11由在激光装置10中使用的各种光学部件构成。光学部件包括构成光谐振器的反射镜等。

电源单元12向激光振荡器提供激励激光介质的电力。激光介质既可以是二氧化碳等气体，也可以是玻璃、晶体或半导体等固体。

光学系统11以及电源单元12收纳于具有大致密闭结构的壳体4内。壳体4具有可打开的门41，可根据需要进入壳体4内部的构成部件。激光装置10也可以在壳体4的外部具备折射或反射振荡后的激光的追加光学部件。

在壳体4中，形成通过间隔壁42和阀43相互隔离的第1空间4a和第2空间4b(参照图1A)。光学系统11收纳于第1空间4a内，电源单元12收纳于第2空间4b内。阀43是通过控制装置3可开闭地控制的电磁阀。在打开了阀43时(参照图1B)，第1空间4a和第2空间4b相互连通。

在一实施方式中，为了防止壳体4的内部空间的湿度上升，也可以使用除湿剂。或者，在周围环境特别高温多湿的情况下(例如，气温约40℃、露点温度30℃)，也可以使用除湿器或干燥空气提供装置。

温度调节机构2调节壳体4的内部空间的温度。温度调节机构2具备冷却水循环装置21和热交换器22。

冷却水循环装置21通过配管提供用于冷却光学系统11的冷却水。与光学系统11进行热交换而变得温暖的冷却水向冷却水循环装置21回流，通过冷却装置再次被冷却。图1A所示的箭头23表示冷却水的流向。

热交换器22通过壳体4的第2空间4b与外部空气的热交换，使电源单元12维持外部空气温度。图1A的箭头24表示热的传递方向。在一实施方式中，热交换器22也可以是内外空气分离式热交换器。热交换器22通过薄片金属板将壳体4的内部空间和外部空间彼此隔离。由此，防止外部空气进入到壳体4的内部。

控制装置3用于使激光装置10启动或停止，或控制激光输出，或控制激光装置10的构成部件的温度。控制装置3是具备与CPU、存储器以及外部装置连接的接口的数字计算机。CPU执行与激光装置10的动作相关的各种运算。存储器由ROM、RAM、非易失性存储器等构成。

在ROM中存储用于控制控制装置3的整体动作的系统程序。在RAM中存储CPU的运算结果、输入值以及检测值等。在非易失性存储器中存储激光装置10的控制程序以及与之相关的参数等。接口用于将激光装置10连接到外部装置，例如输入装置以及显示装置。

控制装置3具备准备工序控制部31和温度调节部32。准备工序控制部31控制执行维护作业(伴随维护或检修等的作业)之前的准备工序。准备工序控制部31根据操作员的操作来开始准备工序。在定期地执行维护作业的情况下，也可以将准备工序控制部31编程为在预先决定的时刻开始准备工序。

温度调节部32控制冷却水循环装置21，使光学系统11的温度维持预定温度。

接着，说明激光装置10的动作。激光装置10在用于发射激光的通常模式与用于进行维护作业的服务模式之间进行切换。

(1)选择通常模式时

在选择了通常模式时，壳体4的门41以及阀43分别位于闭塞位置。即，壳体4的内部空间分离为第1空间4a和第2空间4b(参照图1A)。温度调节部32控制冷却水循环装置21通过配管提供冷却水，使光学系统11维持大致固定的温度。例如，光学系统11维持15℃～30℃范围内的预定温度，例如约20℃。光学系统11维持从预先决定的温度至例如±1℃程度的范围内。另一方面，电源单元12通过热交换器22维持与外部空气温度大致相等。

(2)选择服务模式时

若操作员操作与控制装置3连接的开关来选择服务模式时，与之相应地，控制装置3按照预先决定的序列，执行用于进行维护作业的准备工序。从控制装置3的非易失性存储器读出序列程序。

需要打开壳体4的门41来进入内部时，选择服务模式。若从通常模式切换为服务模式后打开门41，则有时较高温多湿的外部空气进入到壳体4的内部空间，发生结露。尤其，若在构成光学系统11的透镜等光学部件的表面发生结露，则有可能破坏作为光学系统11的预期的功能。

根据本实施方式，在选择了服务模式时，执行应在打开门41前进行的准备工序。首先，若准备工序控制部31接收表示服务模式的选择的信号，则准备工序控制部31控制温度调节部32以及阀43来执行准备工序。

在准备工序中，温度调节部32响应从准备工序控制部31输出的信号，停止冷却水循环装置21的冷却水的提供。此外，准备工序控制部31打开阀43，使第1空间4a和第2空间4b相互连通(参照图1B)。若打开阀43，则第2空间4b的湿度变低。热交换器22在向服务模式转移后还继续运行，因此光学系统11通过热交换器22无结露地加温至大致到达外部空气温度为止。

根据本实施方式的激光装置10，若选择服务模式，则自动地开始上述的准备工序。在准备工序中，通过热交换器22，光学系统11的温度上升至与外部空气大致相等的温度。因此，选择服务模式后，若经过了预定时间后打开门41(参照图1C)，则能够不会在光学系统11中发生结露地执行维护作业。

在第1实施方式的变形例中，激光装置10也可以不具备间隔壁42和阀43。在该情况下，在通常模式下，第1空间4a和第2空间4b也相互连通。选择了服务模式时的动作与第1实施方式相同。

图2A和图2B表示第2实施方式的激光装置10的结构例。根据本实施方式，不在壳体4上设有阀43而是通过间隔壁42将第1空间4a和第2空间4b相互隔开。冷却水循环装置21具备用于冷却回流的水的冷却装置25和使冷却水循环的泵26(参照图2A)。激光装置10的其他结构与第1实施方式相同。

在选择了服务模式时，温度调节部32响应从准备工序控制部31输出的信号，使冷却装置25停止。另一方面，泵26继续进行冷却水的循环(参照图2B)。泵26在使冷却水循环时发热。因此，停止冷却装置25后，因泵26的发热冷却水的温度、进一步地光学系统11的温度逐渐升高。作业者在光学系统11的温度充分高的时间点打开壳体4的门41，执行维护作业。因此，在本实施方式中，也能够防止光学系统11中的结露的发生。

图2C表示第2实施方式的变形例的激光装置10的结构例。在本变形例中，泵26在准备工序中也可以连接到与热交换器22不同的追加的热交换器27。如箭头28所示，热交换器27与外部空气进行热交换。因此，通过泵26循环的冷却水被加温至大致到达外部空气温度为止。

在第1实施方式以及第2实施方式的其他变形例中，冷却水循环装置21也可以内置于在准备工序中使用的加热器内。加热器用于加热为了冷却光学系统11而提供的冷却水。因此，根据本变形例，能够使光学系统11的温度迅速上升。能够在短时间内完成，迅速地执行激光装置10的维护作业。或者，使光学系统11的温度上升至比外部空气高的温度。因此，即使在极度高温多湿的环境下，也能够防止结露的发生。

此外，在其他变形例中，也可以使用其他公知的冷却手段，例如利用珀耳帖(Peltier)元件的冷却装置来代替冷却水循环装置21。根据第1实施方式、第2实施方式以及它们的变形例，即使不使用测定外部空气温度的温度传感器，也能够使光学系统11的周围温度接近外部空气温度，从而能够提供具有简单结构的激光装置10。

图3表示第3实施方式的激光装置10的结构图。根据本实施方式，在准备工序中，按照外部空气温度计算出光学系统11的目标温度。

本实施方式的控制装置3还具备第1温度取得部33和目标温度计算部34。第1温度取得部33从未图示的温度传感器取得外部空气温度。在一实施方式中，温度传感器既可以安装在壳体4上，也可以设在壳体4的附近。或者，温度传感器也可以安装在冷却水循环装置21上。

目标温度计算部34按照由第1温度取得部33取得的外部空气温度，计算出光学系统11的目标温度。在一实施方式中，目标温度计算部34对外部空气温度加上预定的附加温度来计算出目标温度。温度调节部32按照计算出的目标温度来控制冷却水循环装置21。另外，也可以将附加温度适当地设定为不在局部产生温度低的位置。在一实施方式中，附加温度也可以为零。此外，在外部空气温度低于运行中的第1空间4a的温度的情况下，也可以直接将运行中的温度设为目标温度。

根据本实施方式，按照与外部空气温度对应地决定的目标温度，调节光学系统11的温度，因此不需要将光学系统11加热至需要以上高的温度，就能够迅速地执行维护作业。

图4表示第4实施方式的激光装置10的结构例。根据本实施方式，在准备工序中，按照外部空气的露点温度计算出光学系统11的目标温度。

根据本实施方式，代替参照图3说明的第1温度取得部33，控制装置3具备露点温度取得部37。露点温度取得部37按照由温度传感器测定出的外部空气温度和由湿度传感器测定出的外部空气湿度，计算出外部空气的露点温度。或者，露点温度取得部37也可以使用露点计来直接取得外部空气的露点温度。

目标温度计算部34以目标温度成为外部空气的露点温度以上的方式计算目标温度。目标温度计算部34对由露点温度取得部37取得的露点温度加上预定的附加温度(例如，约5℃)来计算出目标温度。

根据本实施方式，调节光学系统11的温度以便成为高于露点温度的温度。因此，即使存在局部温度容易上升的位置，也能够可靠地防止结露的发生。此外，不需要将光学系统11加温至需要以上高的温度，就能够迅速地执行维护作业。

图5表示第5实施方式的激光装置10的结构例。本实施方式的控制装置3还具备第2温度取得部35和信号输出部36。

第2温度取得部35通过设于壳体4内的温度传感器(未图示)来取得光学系统11的温度。

在光学系统11的温度到达目标温度的情况下，信号输出部36输出表示准备工序完成的信号。激光装置10根据从信号输出部36输出的信号，向作业者通知能够执行维护作业。例如，激光装置10根据从信号输出部36输出的信号，经由未图示的显示装置向作业者进行通知，或发出效果音。

图6表示第6实施方式的激光装置10的结构例。根据本实施方式，激光装置10具备向壳体4内提供干燥空气的空气提供装置13。控制装置3还具备空气提供部38。

根据本实施方式，在选择了服务模式时，空气提供部38根据从准备工序控制部31输出的信号，通过空气提供装置13向壳体4内提供干燥空气。由此，即使打开了壳体4的门41，也能够持续提供干燥空气，因此外部空气不会流入到第1空间4a。因此，能够防止结露的发生。

以上，说明了本发明的各种实施方式，但如果是本技术领域的技术人员，则根据其他实施方式也能够实现本发明想要实现的作用效果。尤其，不脱离本发明的范围，能够对上述的实施方式的构成要素进行删除或置换，或者还能够附加公知的手段。此外，本技术领域的技术人员应当明白通过任意地组合在本说明书中明示或暗示的多个实施方式的特征，也能够实施本发明。

通过本发明的激光装置，作为打开壳体前的准备工序，将光学系统的温度调节为运行中的温度以上的温度。或者，作为打开壳体的门前的准备工序，向壳体内提供干燥空气。由此，能够防止结露的发生，迅速地开始维护作业。