CN103430403B - 气体激光振荡装置及激光气体置换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体激光振荡装置，其具备：以被减压成大气压以下的压力的状态封入真空腔室中的激光气体；激发激光气体的放电机构；对激光气体进行鼓风的鼓风机构；形成放电机构与鼓风机构之间的激光气体的循环路径的激光气体路径；从激光气体路径排出规定量的激光气体的气体减压机构。气体减压机构应用伯努利原理，且气体减压机构具备利用在激光加工机或者气体激光振荡装置中使用的加压状态的气体的一部分而使混入激光气体中的大气的比例降低为规定以下的程序。

Description

气体激光振荡装置及激光气体置换方法

技术领域

本发明涉及主要用于板金切断用途的气体激光振荡装置及激光气体置换方法。

背景技术

使用图3来说明现有技术所涉及的激光振荡装置。图3是现有技术的气体激光振荡装置的结构图。

为了使激光气体循环而设有气体配管路径903，通过鼓风机908来高速地进行气体循环。在气体配管路径903设有作为供给激光气体的激光气体供给机构的供给侧电磁阀910及配置于装置外部的激光气体储气瓶930、通常排出侧电磁阀912、急速排出侧电磁阀913及排气泵914。在此，通常排出侧电磁阀912与作为排出气体配管路径903的激光气体的激光气体排出机构的流量限制器911串联连接。在该排气泵914中通常采用比较廉价且结构简单的回转泵。

为了向气体配管路径903内以规定的比例供给新的激光气体，且将气体配管路径903内的压力固定地保持为规定的压力，排出气体配管路径903的激光气体的激光气体排出机构内的排气泵914在固定运转的状态下如下所述地供给激光气体。即，将与流量限制器911串联连接的通常排出侧电磁阀912设为开、及将急速排出侧电磁阀913设为闭。并且，以使气体配管路径903内的压力成为规定的压力的方式使供给激光气体的激光气体供给机构内的供给侧电磁阀910开闭，从而从配置于装置外部的激光气体储气瓶930供给新的激光气体(例如参考专利文献1)。

上述的现有技术的气体激光振荡装置具有下述课题。

为了排出激光气体，在运转中需要始终持续真空泵的运转。在作为真空泵通常采用的回转泵中使用油，因此产生从排气泵向激光气体流路的油雾的倒流。油雾的倒流会产生气体激光振荡装置内的放电紊乱或镜面恶化而成为激光输出降低产生的原因。

其结果是，激光切断变得不稳定，切断工件的加工面恶化，成为切断不良产生的原因。如此，用于排气的真空泵的油雾的倒流所引起的激光输出降低所伴随的切断不良的防止成为课题。

另外，回转泵进行基于电力的马达驱动，所以稳定性地需要固定的电力消耗，从节能这一方面来看也存在课题。

在上述的现有技术中，公开了通过控制激光气体流路的压力来降低鼓风机构的油混入的内容，但是，在这样的结构中，无法防止回转泵的油雾的混入。

【先行技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2003—110170号公报

发明内容

本发明提供能够防止因所使用的真空泵引起的油雾向真空系统的倒流，进而实现节能，从而在长时间内可靠性高且环境性能高的气体激光振荡装置及激光气体置换方法。

本发明的气体激光振荡装置具备：激光气体、对所述激光气体进行激发的放电部、对所述激光气体进行鼓风的鼓风部、激光气体流路、气体减压部。在此，激光气体以被减压成大气压以下的压力的状态封入真空腔室中。激光气体流路形成所述放电部与所述鼓风部之间的激光气体的循环路径。气体减压部从所述激光气体流路排出规定量的所述激光气体。并且，在本发明的气体激光振荡装置中，所述气体减压部应用伯努利原理而对所述激光气体流路中的所述激光气体进行吸引排气，所述气体减压部由利用在激光加工机或者气体激光振荡装置中使用的加压状态的气体的一部分而使混入所述激光气体中的大气的比例降低为规定以下的结构构成。

根据该结构，能够防止作为现有的真空泵的问题点的油雾向真空系统的倒流并由此实现节能，从而能够提供一种在长时间内可靠性高且环境性能高的激光振荡装置。

另外，本发明的激光气体置换方法为具备激光气体、对激光气体进行激发的放电部、对激光气体进行鼓风的鼓风部、激光气体流路、气体减压部的气体激光振荡装置的激光气体置换方法。在此，激光气体以被减压成大气压以下的压力的状态封入真空腔室中。激光气体流路形成放电部与鼓风部之间的激光气体的循环路径。气体减压部从激光气体流路排出规定量的激光气体。并且，本发明的激光气体置换方法由如下方法构成，即，具备：气体减压部应用伯努利原理而对激光气体流路中的所述激光气体进行吸引排气的步骤；气体减压部利用在激光加工机或者气体激光振荡装置中使用的加压状态的气体的一部分而使混入激光气体中的大气的比例降低为规定以下的步骤。

根据该方法，能够防止油雾向真空系统的倒流并由此实现节能，从而提供一种在长时间内可靠性高且环境性能高的激光振荡装置的激光气体置换方法。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的气体激光振荡装置的结构图。

图2是采用了本发明的实施方式所涉及的气体激光振荡装置的板金切断用的激光加工机的结构图。

图3是现有技术的气体激光振荡装置的结构图。

具体实施方式

以下，关于本发明的一实施方式，边参考附图边进行说明。在以下的附图中，存在对相同的结构要素标以相同的符号而省略说明的情况。

(实施方式)

图1是表示本发明的实施方式所涉及的轴流型的气体激光振荡装置的结构的一例的结构图。以下，边参考图1边对本实施方式的气体激光振荡装置100进行说明。

作为本实施方式的气体激光振荡装置100的主要结构，具备：放电管101；电极102、103；电源104；放电空间105；全反射镜106；部分反射镜107。在此，放电管101由玻璃等电介质构成。电极102、103设于放电管101周边。电源104与电极102、103连接。放电空间105位于被夹持于电极102、103间的放电管101内。该全反射镜106及部分反射镜107固定配置在放电空间105的两端，形成用于激光振荡的光学共振器。激光束108从部分反射镜107输出。

接着，对用于激光气体循环的主要结构进行说明。激光气体150被填充于图1所示那样包括光学共振器在内的气体激光振荡装置100中，在轴流型的气体激光振荡装置100之中循环，且为了进行激光气体循环而设有激光气体流路110。激光气体150的流动方向109由图1中的箭头表示。

在激光气体流路110内设有用于使激光气体150循环的鼓风部113和用于使由于放电空间105中的放电和鼓风机的运转而温度上升了的激光气体150的温度下降的换热器111及112。通过利用该鼓风部113对激光气体150进行加速，在放电空间105中可获得约100m／sec左右的激光气体150的气体流。激光气体流路110和放电管101通过激光气体导入部114来连接。

由激光气体150充满的空间在气体激光振荡装置100的运转中保持为比大气压低的状态，且成为被密封为尽量避免混入激光气体150以外的杂质的状态。也就是说，由激光气体150充满的空间形成真空腔室，且成为其中封入有激光气体150的状态。

但是，激光气体150由于放电而离解因而经时性地发生劣化，因此，需要将劣化了的激光气体150排出，并供给新鲜的激光气体150。因此，本实施方式的气体激光振荡装置100具有用于始终排出特定量的激光气体150且同时供给特定量的激光气体150的结构。

在激光气体150的排出中，设置气体减压部130，从激光气体流路110的一部分通过配管并经由排出阀122而从气体吸引部132排出激光气体150的一部分。在激光气体150的供给中，设置激光气体储气瓶124，通过对供给阀125进行控制来向激光气体流路110供给新鲜的激光气体150。并且，通过气压传感器126能够检测激光气体流路110内的气压，且为了对它们进行控制而具备控制装置127。

气体激光振荡装置100整体被收纳在箱体128中，与周边气氛隔离。在箱体128中基本上未设置除激光束出口108a以外的开口部。从干燥气体供给装置129始终向箱体128内供给固定量的干燥气体。尤其是，作为本发明的特征性的结构，以使干燥气体在气体减压部130内的气体流路131中流动的方式设置配管。

关于如以上那样构成的本实施方式的气体激光振荡装置100的动作进行更加详细的说明。

在气体激光振荡装置100起动后，以规定的压力充满激光气体流路110整体的激光气体150通过鼓风部113送出，通过激光气体流路110，从激光气体导入部114向放电管101内导入。在这种状态下，对激光气体150进行激发的放电部160从与电源104连接的电极102、103向放电空间105产生放电。即，放电部160构成为包括电源104、电极102、103、放电管101及放电空间105。放电空间105内的激光气体150获得该放电能量而被激发。从该激发的激光气体150射出的光在由全反射镜106及部分反射镜107形成的光学共振器中往复而成为共振状态，从而使激光束108从部分反射镜107输出。该激光束108用于激光加工等的用途。

在运转中，从干燥气体供给装置129始终向收纳气体激光振荡装置100整体并使其与周边气氛隔离的箱体128供给固定量的干燥气体。

干燥气体的作用大致有两个。一个在于使箱体128内的气压上升而防止从外部侵入粉尘等的情况。另一个在于使箱体128内的湿度下降。这是因为，为了维持收纳于箱体128内的放电部160的绝缘性能，需要降低粉尘或湿度。所供给的干燥气体从激光束108的出口向外部排出，且在固定周期内进行更换。

在气体激光振荡装置100的运转中，经由排出阀122并通过气体减压部130将规定量的激光气体流路110中的气体排出。此时的排出量为平均每小时20～30升左右。根据排出了的气体量，通过供给阀125的开闭而向激光气体流路110供给激光气体储气瓶124的气体。

激光气体流路110中的压力始终由气压传感器126来监视，并通过控制装置127以使平均的压力保持为固定值的方式使供给阀125间歇性地开闭。

气体减压部130应用伯努利原理，从气体吸引部132吸引激光气体流路110中的激光气体150而排气。为了应用伯努利原理而排出气体需要产生压力差的机构，在本实施方式中，作为其一例采用从干燥气体供给装置129导入的加压状态的空气。

在气体减压部130的内部配置有气体流路131。加压后的干燥气体通过配管129a而被向气体流路131引导。气体流路131的一部分变细，在该部分中的干燥气体的流速上升。因此，根据伯努利原理，气体流路131的部分被减压。激光气体150从气体吸引部132被向减压了的气体流路131吸引，并与干燥气体一同向外部排气。

在本实施方式的气体激光振荡装置100的结构中，由于如上述说明那样未使用油，故显然不会发生油雾向激光气体流路110中的倒流，没有放电的稳定及镜面污染的顾虑，从而能够始终进行良好的激光切断。

即，本实施方式的气体激光振荡装置100具备：激光气体150；放电部160；鼓风部113；激光气体流路110；气体减压部130。在此，激光气体150以被减压为大气压以下的压力的状态而被封入放电管101等的真空腔室中。放电部160对激光气体150进行激发。鼓风部113对激光气体150进行鼓风。激光气体流路110形成放电部160与鼓风部113之间的激光气体150的循环路径。气体减压部130从激光气体流路110排出规定量的激光气体150。并且，气体减压部130应用伯努利原理而对激光气体流路110中的激光气体150进行吸引排气。并且，气体减压部130由利用在激光加工机或者气体激光振荡装置100中使用的加压状态的气体的一部分而使混入激光气体150中的大气的比例降低为规定以下的结构构成。

根据该结构，能够防止作为现有的真空泵的问题点的、油雾的向真空系统的倒流并由此实现节能，从而能够提供一种在长时间内可靠性高且环境性能高的激光振荡装置。

另外，干燥气体原本作为清扫气体而被导入气体激光振荡装置100的箱体128内，用于防止从外部向箱体128内的粉尘侵入及将箱体128内保持为干燥气氛。因而，在将该干燥气体用于气体减压部130之后，直接作为气体激光振荡装置100的箱体128内的清扫气体来使用。

即，也可以形成为加压状态的气体为向箱体128内导入的干燥气体的结构。根据该结构，还可实现无需重新准备加压状态的气体这样的效果。通常而言，通过转用在激光加工机或者气体激光振荡装置100中使用的干燥气体，能够实现大幅的节能。

作为用于气体减压部130的加压状态的气体的另一例，用于激光加工的辅助气体(未图示)也是有效的。通过采用辅助气体的一部分来代替本结构的干燥气体而导入气体减压部130，无需重新准备用于排气的动力源。作为辅助气体采用由氮气发生装置产生的氮气等是有用的。

另外，也可以形成为加压状态的气体包括在激光加工辅助气体用中所使用的氮、氧及空气中的至少任一种的结构。根据该结构，无需重新准备用于排气的动力源，故能够进一步地实现节能。

另外，在适用本发明时，优选具备使激光气体中的大气比例降低的程序。当与一般的回转泵相比时，应用了伯努利原理的气体减压部130在极限真空度方面差。因而，假定在由于维修等而使激光气体流路110之中被大气充满之后，无法简单地进行与激光气体150的置换。因此，适用反复进行预先设定的次数的、来自激光气体流路110的激光气体150的排出和激光气体150的再填充的程序成为有效的动作。

即，也可以形成为反复进行预先设定的次数的、来自激光气体流路110的激光气体排出和激光气体150的再填充的结构。通过该结构，能够在激光气体流路110之中被大气充满之后，简单地进行与激光气体150的置换。作为反复进行预先设定的次数的、来自激光气体流路110的激光气体排出和激光气体150的再填充的程序的例子，在激光起动后，仅在规定的时间期间内使激光气体排出量增加来促进激光气体150的置换的方法也是有效的。

另外，本实施方式的激光气体置换方法为上述结构的气体激光振荡装置100的激光气体置换方法，由具备吸引排气的步骤和使大气的比例降低至规定以下的步骤的方法构成。在此，吸引排气的步骤为气体减压部130应用伯努利原理而对激光气体流路110中的激光气体150进行吸引排气的步骤。使大气的比例降低为规定以下的步骤为气体减压部130利用在激光加工机或者气体激光振荡装置100中使用的加压状态的气体的一部分而使混入了激光气体150中的大气的比例降低为规定以下的步骤。

根据该方法，能够防止油雾向真空系统的倒流并由此实现节能，从而能够提供一种在长时间内可靠性高且环境性能高的激光振荡装置的激光气体置换方法。

另外，也可以形成为加压状态的气体为向箱体128内导入的干燥气体的方法。根据该方法，也可实现无需重新准备加压状态的气体这样的效果。

另外，也可以形成为加压状态的气体包括在激光加工辅助气体用中所使用的氮、氧及空气中的至少任一种的方法。根据该方法，无需重新准备用于排气的动力源，故能够进一步地实现节能。

另外，也可以形成为反复进行预先设定的次数的、来自激光气体流路110的激光气体排出和激光气体150的再填充的方法。根据该方法，能够在激光气体流路110之中被大气充满之后，简单地进行与激光气体150的置换。

接着，对采用了本实施方式的气体激光振荡装置100的板金切断用的激光加工机的简要结构进行说明。图2为表示采用了本实施方式的气体激光振荡装置100的板金切断用的激光加工机的一例的结构图。

如图2的激光加工机的结构所示，从气体激光振荡装置100射出的激光束108被反射镜115反射，导向工件116的附近。激光束108通过配备于割炬117内部的聚光透镜118而聚光为高密度的能量束，并向工件116照射，从而来进行工件116的切断加工。工件116固定在加工工作台119上，通过X轴马达120及Y轴马达121中的至少任一个，使割炬117相对于工件116进行相对移动，由此来进行规定形状的加工。

【工业方面可利用性]

根据本发明，能够防止作为采用回转泵时的课题的油雾的倒流，由此来实现激光切断稳定化，且能够抑制电力消耗。因而，能够实现环境性能高的激光振荡装置及激光气体置换方法，故在适用于激光加工机等时是有用的。

符号说明

100   气体激光振荡装置

101   放电管

102、103    电极

104   电源

105   放电空间

106   全反射镜

107   部分反射镜

108   激光束

108a  激光束出口

109   方向

110   激光气体流路

111、112    换热器

113   鼓风部

114   激光气体导入部

115   反射镜

116   件

117   割炬

118   聚光透镜

119   加工工作台

120   X轴马达

121   Y轴马达

122   排出阀

124   激光气体储气瓶

125   供给阀

126   气压传感器

127   控制装置

128   箱体

129   干燥气体供给装置

129a   配管

130   气体减压部

131   气体流路

132   气体吸引部

150   激光气体

160   放电部

Claims (8)

1.一种气体激光振荡装置，其中，具备：

激光气体，其以被减压成大气压以下的压力的状态封入真空腔室中；

放电部，其激发所述激光气体；

鼓风部，其对所述激光气体进行鼓风；

激光气体流路，其形成所述放电部与所述鼓风部之间的所述激光气体的循环路径；

气体减压部，其从所述激光气体流路排出规定量的所述激光气体，

所述气体减压部应用伯努利原理而对所述激光气体流路中的所述激光气体进行吸引排气，

所述气体减压部利用在激光加工机或者气体激光振荡装置中使用的加压状态的气体的一部分，使混入所述激光气体中的大气的比例降低为规定以下。

2.如权利要求1所述的气体激光振荡装置，其特征在于，

所述加压状态的气体为向箱体内导入的干燥气体。

3.如权利要求1所述的气体激光振荡装置，其特征在于，

所述加压状态的气体包括在激光加工辅助气体中使用的氮、氧及空气中的至少任一种。

4.如权利要求1～3中任一项所述的气体激光振荡装置，其特征在于，

反复进行预先设定的次数的、来自所述激光气体流路的激光气体排出和激光气体的再填充。

5.一种激光气体置换方法，该方法为下述气体激光振荡装置中的激光气体置换方法，该气体激光振荡装置具备：

激光气体，其以被减压成大气压以下的压力的状态封入真空腔室中；

放电部，其激发所述激光气体；

鼓风部，其对所述激光气体进行鼓风；

激光气体流路，其形成所述放电部与所述鼓风部之间的所述激光气体的循环路径；

气体减压部，其从所述激光气体流路排出规定量的所述激光气体，

在所述激光气体置换方法中，包括：

所述气体减压部应用伯努利原理而对所述激光气体流路中的所述激光气体进行吸引排气的步骤；

所述气体减压部利用在激光加工机或者气体激光振荡装置中使用的加压状态的气体的一部分，使混入所述激光气体中的大气的比例降低为规定以下的步骤。

6.如权利要求5所述的激光气体置换方法，其特征在于，

所述加压状态的气体为向箱体内导入的干燥气体。

7.如权利要求5所述的激光气体置换方法，其特征在于，

所述加压状态的气体包括在激光加工辅助气体中使用的氮、氧及空气中的至少任一种。

8.如权利要求5～7中任一项所述的激光气体置换方法，其特征在于，

反复进行预先设定的次数的、来自所述激光气体流路的激光气体排出和激光气体的再填充。