CN104810714A - 气体激光系统 - Google Patents

Abstract

提供一种在电力供给切断时能够保存激光气体状态的气体激光系统，该气体激光系统具备：激光振荡器；电源部，其对激光振荡器供给电力；蓄电部，其蓄积从电源部供给的电力；电力降低检测部，其检测从电源部供给的电力值低于使激光振荡器能够正常动作的电力值的电力降低状态；以及控制部，其当通过电力降低检测部检测出电力降低状态时，使用蓄电部中蓄积的电力来控制激光振荡器的气体供排部使得将激光振荡器的气体流路设为密闭状态。

Description

气体激光系统

技术领域

本发明涉及一种在电力供给由于停电等而被切断时能够保存激光气体状态的气体激光系统(gas laser system)。

背景技术

一般来说，气体激光振荡器在进行了激光振荡器内的激光气体的更换之后启动。对此，已知一种在固定的条件下省略启动时的激光气体的更换工序的一部分以缩短激光振荡器的启动所需的时间的装置。例如在日本专利第2737177号公报(JP2737177B)中记载有这种装置。在JP2737177B所记载的装置中，在进行了激光振荡器的停止动作之后，在激光振荡器的动作停止时间为固定时间以内或激光振荡器内的气体温度为固定温度以上时，省略激光气体的更换工序的一部分。

然而，在JP2737177B所记载的装置中，存在以下担忧：在电力例如由于停电等而被切断的情况下，激光振荡器的停止动作没有正常地进行，在激光振荡器重新启动时，无法省略激光气体的更换工序的一部分。

发明内容

作为本发明的一个方式的激光气体系统具备：激光振荡器，其具有：气体流路，激光气体在该气体流路中循环；以及向气体流路供给激光气体和从气体流路排出激光气体的气体供排部；电源部，其对激光振荡器供给电力；蓄电部，其蓄积从电源部供给的电力；电力降低检测部，其检测从电源部供给的电力值低于使激光振荡器能够正常动作的电力值的电力降低状态；以及控制部，其当通过电力降低检测部检测出电力降低状态时，使用蓄电部中蓄积的电力来控制气体供排部使得将气体流路设为密闭状态。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下的实施方式的说明会变得更进一步明确。在该附图中，

图1是概要性地表示构成本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的激光振荡器的结构的图，

图2是表示本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的概要结构的框图，

图3是表示本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的主要动作的时序图。

具体实施方式

下面，参照图1～图3来说明本发明的实施方式。图1是概要性地表示构成本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的激光振荡器1的结构的图。本实施方式所涉及的激光系统能够在加工、医疗、测量等广泛的领域中使用。

如图1所示，激光振荡器1具备：气体流路2，激光气体在该气体流路2中循环；与气体流路2连通的放电管3；隔着放电管3配置的输出镜4和后镜5；对放电管3施加电压(放电管电压)的激光电源6；使激光气体沿气体流路2循环的送风机7；向气体流路2供给激光气体的供气装置8；以及从气体流路2排出激光气体的排气装置9。

气体流路2由激光气体容器2a形成。激光气体容器2a是密闭的真空容器，规定的激光气体以从大气隔断的状态被封入在激光气体容器2a中。作为激光气体，使用二氧化碳气体、氮气、氩气等用于包含激光介质的激光振荡的介质气体。

激光电源6与气体激光系统的电源部20(图2)连接，从电源部20对激光电源6供给电力。控制部10控制从激光电源6对放电管3供给的电力。当从激光电源6对放电管3供给电力时，即当施加了放电管电压时，激光气体在经过放电管3时被激励而成为激光激活状态。通过放电管3产生的光在输出镜4与后镜5之间被放大，其一部分作为激光11从输出镜4输出。该激光11经过能够开闭的遮板(shutter)12后被照射到对象物。

送风机7由通过电动机驱动的风扇或鼓风机构成。从电源部20(图2)经由未图示的送风机逆变器对送风机7供给电力，送风机7利用该电力进行旋转，使激光气体沿气体流路2循环。在送风机7的上游侧和下游侧的气体流路2中分别配设有第一热交换器13和第二热交换器14。在各热交换器13、14中流动有规定的制冷剂(例如冷却水)。激光气体通过与该制冷剂的热交换而在经过热交换器13、14时被冷却，从而保持为规定温度。

在气体流路2上分别连接有供气流路15和排气流路16。在供气流路15中设置有供气装置8，在排气流路16中设置有排气装置9。供气装置8包括供气阀8a，排气装置9包括排气阀9a和真空泵9b。

供气阀8a和排气阀9a是根据来自控制部10的控制信号而打开和闭合的开闭阀(电磁阀)。即，供气阀8a和排气阀9a分别内置有螺线管(solenoid)和弹簧，在螺线管为非励磁的中立状态下，该供气阀8a和排气阀9a通过弹簧力而闭合。另一方面，当从控制部10对螺线管供给电力而螺线管励磁时，供气阀8a和排气阀9a抵抗弹簧力而打开。即，供气阀8a和排气阀9a当控制部10对它们输出开信号时打开，当输出关信号(密闭指令)时闭合。此外，也能够将供气阀8a和排气阀9a构成为能够调整其阀开度的电磁比例阀。

在供气流路15上连接有贮存激光气体的高压的罐(未图示)。因而，当打开供气阀8a时，从罐经由供气阀8a向气体流路2供给激光气体。另一方面，当打开排气阀9a并驱动真空泵9b时，从气体流路2经由排气阀9a排出激光气体。当闭合供气阀8a和排气阀9a时，气体流路2被设为密闭状态。

在激光振荡时，经由供气流路15和排气流路16对气体流路2进行激光气体的供给和排出，进行激光气体容器2a内的激光气体的微量替换。在第一热交换器13的下游侧且送风机7的上游侧设置有气压检测器17，通过气压检测器17来检测激光气体容器2a内的气压。控制部10基于气压检测器17的检测值对送风机7、供气装置8以及排气装置9输出控制信号(气压控制指令)，将激光气体容器2a内的气压控制为规定的气压。

当指示如上那样构成的激光振荡器1启动时，激光振荡器1在根据来自控制部10的指令而预先进行规定的准备动作之后，开始放电动作。准备动作例如包括通过排气装置9来排出激光气体容器2a内的气体的工序以及在排气工序之后通过供气装置8向激光气体容器2a内供给规定压力的激光气体的工序，通过准备动作来置换激光气体容器2a内的气体。此外，也可以在排气工序完成之前开始供气工序。

另一方面，在放电结束后正常地停止激光振荡器1的运转的情况下，激光振荡器1根据来自控制部10的指令而进行规定的正常停止动作。正常停止动作包括闭合供气装置8的供气阀8a和排气装置9的排气阀9a的工序以及停止真空泵9b和送风机7的驱动的工序，在激光气体容器2a内填充了比大气压高的压力的激光气体的状态下结束。由此防止在激光振荡器1的运转停止后气体流路2中混入大气。

控制部10具有对激光振荡器1的动作的异常进行检测的异常检测部10a，当通过异常检测部10a检测出动作异常时，强制性地停止(警告停止)激光振荡器1的动作。即，进行异常停止动作来停止激光振荡器1的动作。异常检测部10a例如探测激光气体容器2a内的气压和温度、放电状态、或真空泵9b和送风机7的驱动状态，来判定激光振荡器1是否存在动作异常。然后，当判定为动作异常时，停止真空泵9b和送风机7的驱动，并且将供气阀8a和排气阀9a同时打开。由此激光振荡器1恢复为启动前的初始状态。

在正常停止动作之后重新启动激光振荡器1的情况下，控制部10判定动作停止时间是否为规定时间以内。该判定是激光气体容器2a的激光气体是否被维持为规定状态的判定。即，在动作停止时间为规定时间以内的情况下，视为不存在大气混入到气体流路2或激光气体从气体流路2泄漏的情况，判定为气体流路2的激光气体被维持为规定状态。

在该情况下，省略准备动作的一部分或全部(例如激光气体的置换)，开始放电。由此缩短激光振荡器1的启动所需的时间，能够在短时间内重新开始放电。此外，只要能够判定出激光气体容器2a内的激光气压被维持为规定状态，则也可以不将动作停止时间用作判定基准，而是将其它参数(例如激光气体容器2a内的激光气体的温度、压力)用作判定基准。

另外，存在以下担忧：当例如在电力状况不好的地区运转激光振荡器1的过程中电力由于停电而被切断时，异常检测部10a检测出异常，从而不进行激光振荡器1的正常停止动作。在该情况下，在重新启动激光振荡器1时，无法省略准备动作，从而无法在短时间内重新开始放电。为了避免这种情况，在本实施方式中，如下那样构成气体激光系统。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的概要结构的框图。图中，激光振荡器1的气体循环系统1a包括气体流路2中的涉及激光气体的循环的结构即送风机7、供气装置8、排气装置9以及气压检测器17，图2主要表示涉及气体循环系统1a的控制的结构。

如图2所示，在气体激光系统的电源部20上连接有激光振荡器1、控制部10、蓄电装置21以及电力降低检测部22。蓄电装置21是规定容量的电池，在蓄电装置21中蓄积来自电源部20的供给电力。蓄电装置21与控制部10连接，控制部10能够利用从蓄电装置21供给的电力进行动作。

电力降低检测部22构成为包括电压计，检测从电源部20供给的电力的降低状态、即供给电力W变得小于规定值Wa。规定值Wa例如与发生停电时的电力相当，通过电力降低检测部22来检测是否发生停电。即，规定值Wa是使激光振荡器1能够正常动作的电力水平，电力降低检测部22检测低于使激光振荡器1能够正常动作的电力值Wa的电力的降低状态。电力降低检测部22与控制部10连接，由电力降低检测部22检测出的电力的降低状态(电力降低信号)被通知给控制部10。

控制部10基于来自该电力降低检测部22和气体循环系统1a的气压检测器17的信号，对气体循环系统1a的供气阀8a和排气阀9a输出控制信号。即，在未从电力降低检测部22输出电力降低信号的情况下，控制部10基于由气压检测器17检测出的气压数据来对气体循环系统1a输出控制信号(气压控制指令)，将气体流路2的气压控制为规定的气压。另一方面，当从电力降低检测部22输出了电力降低信号时，控制部10停止气压控制指令的输出，并且对供气阀8a和排气阀9a输出关信号(密闭指令)，闭合供气阀8a和排气阀9a。

参照图3的时序图来说明本发明的实施方式所涉及的气体激光系统的主要动作。在时间点t0，激光振荡器1运转过程中的来自电源部20的供给电力W大于规定值Wa。因而，控制部10使用来自电源部20的电力对气体循环系统1a输出(开)气压控制指令。当在该状态下发生停电时，如图3所示，从电源部20供给的电力W降低。

当在时间点t1供给电力W变得小于规定值Wa时，电力降低检测部22输出(开)电力降低信号。此时，从蓄电装置21对控制部10供给电力，控制部10停止(关)气压控制指令的输出，并且使用来自蓄电装置21的电力来对供气阀8a和排气阀9a输出关信号，即，使密闭指令为开。由此，供气阀8a和排气阀9a被闭合，循环系统(气体流路2)成为密闭状态。

密闭指令的输出从时间点t1至时间点t2持续规定时间。该规定时间与蓄电装置21的放电时间相当，在时间点t2，从蓄电装置21对控制部10的电力供给被切断，气体激光系统成为完全停止状态。通过像这样持续规定时间地输出密闭指令，即使异常检测部10a检测出动作异常，也不进行伴有供气阀8a和排气阀9a的打开的异常停止动作，能够将气体流路2维持为密闭状态。

在时间点t2气体激光系统完全停止之后，不输出密闭指令，供气阀8a和排气阀9a变为螺线管为非励磁的中立状态。因而，供气阀8a和排气阀9a保持闭合，激光气体容器2的密闭状态得以维持。通过像这样在停电中维持气体流路2的密闭状态，在时间点t3停电被解除而气体激光系统被重新启动时的气体流路2的气体状态与停电前的气体状态相等。因而，无需再次进行用于启动激光振荡器1的准备动作，能够在气体激光系统刚启动后的时间点t4重新开始放电。

根据本发明的实施方式，能够起到如下的作用效果。

(1)气体激光系统具备：电源部20；蓄电装置21，其蓄积从电源部20供给的电力；电力降低检测部22，其检测从电源部20供给的电力的降低状态；以及控制部10，其对激光振荡器1的供气阀8a和排气阀9a进行开闭控制。当通过电力降低检测部22检测出电力降低状态时，控制部10使用蓄电装置21中蓄积的电力来对供气阀8a和排气阀9a输出密闭指令，使气体流路2为密闭状态。由此，在电力供给由于停电等而降低的情况下，该电力供给降低时间点(图3的时间点t1)的激光气体容器2a内的气体状态在停电中也得以维持。因此，在供电恢复时(图3的时间点t3)能够省略激光振荡器1的激光气体的更换工序，从而能够在短时间内重新开始放电。

(2)当未通过电力降低检测部22检测出电力的降低状态而通过异常检测部10a检测出激光振荡器1的动作的异常时，控制部10进行异常停止动作，停止真空泵9b和送风机7的驱动，并且打开供气阀8a和排气阀9a。另一方面，当通过电力降低检测部22检测出电力的降低状态时，即使通过异常检测部10a检测出激光振荡器1的动作的异常，控制部10也以将气体流路2设为密闭状态的方式控制供气阀8a和排气阀9a。因此，在停电中，不进行警告停止的动作，能够可靠地维持气体流路2的密闭状态。

(3)将供气阀8a和排气阀9a构成为在来自控制部10的指令停止而螺线管为非励磁的中立状态下闭合的电磁阀。由此，即使在从蓄电装置21对控制部10的电力供给停止且气体激光系统完全停止之后，也能够维持气体流路2的密闭状态。

此外，在上述实施方式中，使从电源部20供给的电力蓄积在蓄电装置21中，但是蓄电部的结构不限于此。例如，也可以在设置于控制部10内的电容器中蓄积电力。在上述实施方式中，将电压计用作电力降低检测部22来检测电力值变得小于规定值Wa的电力的降低状态，但是电力降低检测部22的结构不限于此。在上述实施方式中，通过电力降低检测部22检测停电时的供给电力的降低状态，但是供给电力的降低状态不仅在停电时发生，例如在手动关闭主电源的情况下也会发生。因而，电力降低检测部22还能够检测该情况下的电力的降低状态，本发明的气体激光系统在停电时以外也能够应用。在上述实施方式中，经由激光电源6将来自电源部20的电力施加到放电管3，但是也可以使电源部20包括激光电源6。即，作为气体激光系统的主电源的电源部20的结构不限于上述结构。

在上述实施方式中，通过包括在来自控制部10的指令停止的状态下闭合的阀装置(供气阀8a、排气阀9a)的供气装置8和排气装置9来向气体流路2供给激光气体和从气体流路2排出激光气体，但是气体供排部的结构不限于此。激光气体所循环的气体流路2的结构可以为任意结构，激光振荡器1的结构也不限于上述结构。只要当通过电力降低检测部22检测出电力的降低状态时使用蓄电部中蓄积的电力来控制气体供排部使得将气体流路2设为密闭状态，则控制部10的结构可以为任意结构。

也能够将上述实施方式与一个或多个变形例任意组合。

根据本发明，在由于停电等引起的电力的降低时，使用蓄电部中蓄积的电力来控制气体供排部使得将气体流路设为密闭状态，因此在停电中也能够维持停电前的气体流路中的激光气体状态。因此，在供电恢复时能够省略激光气体的更换工序，从而能够在短时间内重新开始放电。

以上，与本发明的优选实施方式相关联地对本发明进行了说明，但是能够不脱离前述的权利要求书的公开范围地进行各种修正和变更，本领域技术人员会理解这一点。

Claims (3)

1.一种气体激光系统，其特征在于，具备：

激光振荡器，其具有：气体流路，激光气体在该气体流路中循环；以及向该气体流路供给激光气体和从气体流路排出激光气体的气体供排部；

电源部，其对上述激光振荡器供给电力；

蓄电部，其蓄积从上述电源部供给的电力；

电力降低检测部，其检测从上述电源部供给的电力值低于使上述激光振荡器能够正常动作的电力值的电力降低状态；以及

控制部，其当通过上述电力降低检测部检测出上述电力降低状态时，使用上述蓄电部中蓄积的电力来控制上述气体供排部使得将上述气体流路设为密闭状态。

2.根据权利要求1所述的气体激光系统，其特征在于，

还具备对上述激光振荡器的动作的异常进行检测的异常检测部，

当未通过上述电力降低检测部检测出上述电力降低状态而通过上述异常检测部检测出上述激光振荡器的动作的异常时，上述控制部进行规定的异常停止动作，当通过上述电力降低检测部检测出上述电力降低状态时，即使通过上述异常检测部检测出上述激光振荡器的动作的异常，上述控制部也以将上述气体流路设为密闭状态的方式控制上述气体供排部。

3.根据权利要求1或2所述的气体激光系统，其特征在于，

上述气体供排部具有阀装置，该阀装置设置于与上述气体流路连通的激光气体的供排路径，在来自上述控制部的指令停止的状态下闭合。