CN105870765B - 具备冷却共振器部的风扇的激光振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光振荡器，其具备冷却共振器部的风扇。本发明的激光振荡器具备：共振器部，其用于使所输出的激光进行共振；热交换器，其与共振器部邻接地配置，并用于供给冷却液；风扇，其配置于隔着共振器部及热交换器的双方的两个位置中的至少一方，产生通过共振器部及热交换器的双方的一方向的风；共振器温度测定部，其测定共振器部的温度；以及风扇控制部，其控制风扇。风扇控制部基于共振器部的温度，切换两风扇的送风方向。

Description

具备冷却共振器部的风扇的激光振荡器

技术领域

本发明涉及采用了利用冷却水冷却机箱内的方式的激光振荡器，尤其涉及冷却设置在用于激光加工机的激光振荡器的机箱内的共振器部的风扇的控制。

背景技术

已知通过对金属照射激光来进行金属的切削、切断等的激光加工机，在激光加工机上搭载激光振荡器。

激光振荡器具备通过对激光介质(例如CO₂、YAG等)进行激发，使激发出的激光介质产生的光在两张反射镜之间往复，对该光进行增幅的共振器部。具体地说，共振器部具备对激光介质进行激发且使激光振荡的轴形的振荡部(例如放电管、YAG杆)和分别配置在振荡部的光轴方向的两端的全反射镜及半反射镜。因此，激光振荡器具备收纳及保护共振器部的机箱。

另外，在激光振荡器中，需要冷却共振器部及机箱，已知使用冷却水冷却机箱内的方式、即水冷式。

以往，在水冷式激光振荡器的机箱内，在上述共振器部与风扇之间配置热交换器。

在使由于共振器部的发热而变热的机箱内的温度下降时，利用冷却装置、例如冷机将冷却水控制为一定的温度并供给至热交换器。并且，以吸引共振器部的周边的热空气的方式使风扇进行动作，由此，使该热空气与热交换器接触并冷却，将冷却后的空气输送到共振器部的周边。

上述那样的冷却风扇的动作与激光振荡器的起动同时进行。另外，在共振器部几乎没有发热，不需要冷却机箱内时，不需要使风扇进行动作。因此，也进行只在机箱内的温度上升时使风扇进行动作，减少激光振荡器的消耗电力的动作。

另外，作为控制水冷式激光振荡器的机箱内的风扇的现有例，具有专利第2992860号公报及日本特开平8-204263号公报所记载的方法。

在专利第2992860号公报中记载了为了使冷却水的温度下降，根据冷却水的温度或供给至激光振荡器的电力，使风扇的转数的变化的方法。

在日本特开平8-204263号公报中记载了设置与半导体激光阵列接触地配设的冷却气体流道、使冷却气体在冷却气体流道中流动的冷却气体流生成机构及半导体激光阵列的温度检测机构，基于温度检测机构的检测信号对冷却气体流生成机构进行驱动控制的方法。

顺便地，激光加工机不仅如恒温室那样温度恒定的场所，有时还设置在温度变化的场所、例如气温下降的工场的屋内以及屋外。尤其在冬季，在从周围的温度低温的状态起动激光振荡器的情况下，需要进行暖机动作直到机箱内的温度上升，共振器部的温度成为正常状态。即，存在在激光振动器起动后，直到激光振荡器能够稳定地使用，需要花费时间的问题。

另外，在现有的水冷式激光振荡器中，为了使机箱内尤其使共振器部的温度下降的目的，控制风扇及其送风方向。因此，在将现有的水冷式激光振荡器采用于激光加工机的情况下，由在上述暖机动作中将机箱内的冷气输送到共振器部，共振器部的温度反而难以上升。其结果，还存在暖机时间变长之类的问题点。

另外，在激光加工机中，为了减少激光振荡器的消耗电力，在中断激光加工时，还进行使激光介质的激发动作、风扇的旋转停止，使激光振荡器成为待机状态的动作。但是，若是激光振荡器的周围温度为低温的状态时，共振器部的停止时间越长，构成共振器部的部件的温度也越下降。因此，在使激光振荡器从待机状态转移到能进行激光加工的状态时，直到共振器部的温度成为正常状态，还存在激光振荡器的动作不稳定之类的问题点。

发明内容

本发明在于提供一种激光振荡器，其能在低温环境下，缩短在使激光振荡器起动或再开后，直到能稳定地使用激光振荡器的时间。

根据本发明的第一方案，提供一种激光振荡器，具备：共振器部，其用于使所输出的激光进行共振；热交换器，其与共振器部邻接地配置，并供给冷却液；风扇，其配置于隔着共振器部及热交换器的双方的两个位置中的至少一方，产生通过共振器部及热交换器的双方的一方向的风；共振器温度测定部，其测定共振器部的温度；以及风扇控制部，其控制风扇。在第一方案的激光振荡器中，风扇控制部基于由共振器温度测定部测定出的共振器部的温度，切换风扇的送风方向。

根据本发明的第二方案，是一种第一方案的激光振荡器，在测定出的共振器部的温度比规定的温度低时，风扇控制部将风扇的送风方向控制为从热交换器朝向共振器部的方向，在测定出的共振器部的温度与规定的温度相同或比规定的温度高时，风扇控制部将风扇的送风方向控制为从共振器部朝向热交换器的方向。

根据本发明的第三方案，是一种第一方案或第二方案的激光振荡器，多个风扇沿共振器部的长度方向配置，风扇控制部还基于测定出的共振器部的温度，改变多个上述风扇的至少一个的风量。

根据本发明的第四方案，是一种第一方案至第三方案中的任一方案的激光振荡器，多个风扇沿共振器部的长度方向配置，风扇控制部还基于测定出的共振器部的温度，使多个上述风扇的至少一个停止。

根据本发明的第五方案，是一种第二方案的激光振荡器，还具备测定冷却液的温度的冷却液温度测定部，规定的温度是由冷却液温度测定部测定出的冷却液的温度。

根据本发明的第六方案，是一种第一方案至第五方案中的任一方案的激光振荡器，还具备用于将＝冷却液控制为恒定的温度的冷机。

本发明的效果如下。

根据本发明的第一方案，由于风扇配置在机箱内的隔着共振器部及热交换器的双方的两个位置中的至少一方，因此，能产生通过共振器部及热交换器的双方的一方向的风。另外，能利用风扇控制部基于共振器部的温度切换风扇的送风方向。例如，在共振器部的温度比热交换器的温度低时，通过将风扇的送风方向改变为从热交换器朝向共振器部的方向，能将热交换器的热量供给到共振器部。因此，能缩短在低温环境下使激光振荡器起动或再开始后直到激光振荡器能稳定地使用的时间。

根据本发明的第二方案，在共振器部的温度是热交换器的温度以上的情况下，通过将风扇的送风方向改变为从共振器部朝向热交换器的方向，热交换器能将共振器部周围的空气的热量夺走。另一方面，在共振器部的温度比热交换器的温度低时，通过将风扇的送风方向改变为从热交换器朝向共振器部，能将热交换器的热量供给至共振器部。

根据本发明的第三方案，通过沿共振器部的长度方向配置多个风扇，基于共振器部的温度改变多个风扇的至少一个的风量，使共振器部均匀地升温。

根据本发明的第四方案，通过沿共振器部的长度方向配置多个风扇，基于共振器部的温度使多个风扇的至少一个停止，能使共振器部均匀地升温。

即，根据上述第三及第四方案，预先通过实验获得共振器部的温度分布，或者，通过在共振器部整体地配置的多个温度测定部，获得共振器部的温度分布。并且，基于这种温度分布，能向温度相对低的共振器部的部分更多地供给温暖的空气。其结果，由于能使共振器部均匀地升温，因此，能使激光振荡器的动作稳定。

根据本发明的第五方案，具备测定冷却液的温度的冷却液温度测定部，并且，将冷却水的温度设定为规定的温度。因此，基于对冷却液的温度和共振器部的温度进行比较所得的结果，能切换风扇的送风方向。

根据本发明的第六方案，通过具备用于将冷却液控制为恒定的温度的冷机，不论周围的温度如何，都能将冷却液的温度保持为恒定。

附图说明

根据附图所表示的本发明的优选的实施方式的详细的说明，本发明的这些目的、特征及优点及其他目的、特征及优点变得更明确。

图1是示意地表示本发明的一实施方式的激光振荡器的结构的主视图。

图2是示意地表示本发明的一实施方式的激光振荡器的结构的俯视图。

图3是表示本实施方式的风扇的控制流程的图。

图4A是表示由顺方向的风扇的旋转产生的风的方向的图。

图4B是表示由反方向的风扇的旋转产生的风的方向的图。

图5A是表示使激光振荡器从低温状态起动的情况下的、与共振器部的温度对应的风扇的动作的图。

图5B是表示使激光振荡器从低温状态起动的情况下的、与共振器部的温度对应的风扇的动作的图。

图5C是表示使激光振荡器从待机状态复位的情况下的、与共振器部的温度对应的风扇的动作的图。

图6A是表示本实施方式的风扇的一控制例的第一图。

图6B是表示本实施方式的风扇的一控制例的第二图。

图6C是表示本实施方式的风扇的一控制例的第三图。

图7是表示本实施方式的风扇的其他控制例的图。

具体实施方式

接着，参照附图说明本发明的实施方式。以下，作为激光振荡器，以高速轴流型气体激光装置为例进行说明，但本发明并未限定于此。

图1示意地表示本发明的一实施方式的激光振荡器的主视图。

本实施方式的激光振荡器1具备用于使所输出的激光进行共振的共振器部2、与共振器部2的一端邻接地设置的热交换器3以及分别设置在隔着共振器部2及热交换器3的双方的两个位置的第一风扇4及第二风扇5。

另外，激光振荡器1具备收纳并保护共振器部2、热交换器3及风扇4、5的机箱6。在机箱6的外侧设有作为将冷却水一边控制为恒定的温度、例如20℃一边向热交换器3供给的设备的冷机7。另外，在本实施方式中，使向热交换器3供给的冷却用液为水，但本发明并未限定于此。

在机箱6的内部具备测定共振器部2的温度的共振器温度测定部8、控制风扇4、5的风扇控制部9及测定在热交换器3和冷机7之间流动的冷却水的温度的冷却水温度测定部10。

在图1中，在机箱6的内侧图示了风扇控制部9和冷却水温度测定部10，但这些部件未限定在图示的位置，例如可以位于机箱6的外侧。

另外，风扇控制部9使用第一风扇4和第二风扇5双方产生一方向的风(参照图4A、图4B的箭头)。但是，风扇只要能够产生一方向的风，则只要配置在隔着共振器部及热交换器双方的两个位置中的至少一方即可。另外，为了使这种一方向的风有效地流向共振器部2及热交换器3，如图1所示，优选共振器部2由两个风扇4、5和两个板状部件11包围。

另外，参照图2说明共振器部2的结构。图2是示意地表示图1的激光振荡器1的俯视图。

共振器部2具有收纳作为激光介质的气体(例如CO₂)，通过放电对气体进行激发并放出激光的轴形的放电部。该轴形放电部例如串联地连接四根放电管12，使四根放电管12以两根为单位折返地配置在机箱6内。在这种放电部的作为光轴方向的两端的位置分别配置全反射镜13和半反射镜14(输出镜)。在放电部的中间位置配置折返镜15。

另外，放电管12的总根数及所折返的放电管的单位数未限定于上述根数。

另外，在共振器部2的一侧(图2的图面下侧)，沿共振器部2的长度方向依次配置六个风扇4。另外，在共振器部2的另一侧(图2的图面上侧)，沿共振器部2的长度方向依次配置两个热交换器3。另外，与这些热交换器3邻接地沿热交换器3的长度方向依次配置六个风扇5。

即，在机箱6内，与共振器部2的一端邻接地配置的热交换器3配置在共振器部2和第二风扇5之间。另外，与共振器部2的另一端邻接地配置第一风扇4(参照图1)。

另外，热交换器3及风扇4、5的个数未限定于上述个数。

接着，说明设置在激光振荡器1的机箱6内的风扇4、5的控制方法。图3表示风扇4、5的控制流程。

参照图3，首先，利用共振器温度测定部8测定共振器部2的温度Ta，利用冷却水温度测定部10，测定从冷机7流向热交换器3的冷却水的温度Tb(步骤S1)。

接着，在步骤S2中，比较共振器部2的温度Ta与冷却水的温度Tb。其结果，在判断为共振器部2的温度Ta比冷却水的温度Tb低(Ta<Tb)时，分别使风扇4、5向顺方向旋转(步骤S3)。在图4A中使用箭头表示由顺方向的风扇4、5的旋转产生的风的方向。即，在共振器部2的温度Ta比冷却水的温度Tb低的情况下，利用风扇4、5形成从热交换器3向共振器部2的风。

这种步骤S1～S3继续到共振器部2的温度Ta为冷却水的温度Tb以上。

另一方面，在步骤S2中，在判断为共振器部2的温度Ta是冷却水的温度Tb以上(Ta≥Tb)时，分别使风扇4、5向逆向旋转(步骤S4)。图4B使用箭头表示由逆向的风扇4、5的旋转产生的风的方向。在共振器部2的温度Ta是冷却水的温度Tb以上的情况下，利用风扇4、5形成从共振器部2向热交换器3的风。

在步骤S4后，在没有使激光振荡器1待机的指令时，从激光振荡器1的起动直到振荡准备结束，使风扇4、5按照步骤S1～S4进行动作。但是，如果有使激光振荡器1待机的指令，则使风扇4、5停止(步骤S5、S6)。

另外，上述控制流程的开始时机不仅是使激光振荡器1起动时，还包括从使激光振荡器1待机的状态再次开始时。

另外，在图3中表示对共振器部2的测定温度和冷却水的测定温度进行比较的例子，但本发明未限定于此。

例如，可以代替图3的步骤S1、S2，是对共振器部2的测定温度和预定的温度(例如20℃)进行比较，控制风扇4、5的动作的方法。对该设定温度，通过成为进行共振器的光轴调整等制造时的调整作业的温度，则构成共振器的部件能再现调整时的状态，能最有效地得到激光输出。

接着，对从激光振荡器1的起动到振荡准备结束期间的风扇4、5的动作进行叙述。

图5A、图5B及图5C表示与激光振荡器1的运转状态和共振器部2的温度对应的风扇4、5的动作。特别地，图5A表示使激光振荡器1从周围低温的状态起动的场合，图5B表示使激光振荡器1从低温状态起动的场合，图5C表示使激光振荡器1从待机状态复位的情况。

当使作为高速轴流形CO₂激光装置的激光振荡器1从停止状态起动时，该CO₂激光装置的计算机数值控制装置(未图示)从上向下依次实施图5A的左端栏表示的工序。即，依次实施1.进行放电管12内的抽真空、2.开始放电管12内的气压控制、3.使在放电管12内用于使CO₂气体高速流通的涡轮鼓风机(未图示)起动、4.开始向放电管12内的放电、5.结束振荡准备这一连串的工序。

但是，即使开始向放电管12内的放电，在共振器部2的温度比设定值低的情况下，也优选如图5B及图5C的各左端栏所示进行暖机动作。在此，“暖机动作”是指在从激光振荡器1不放出激光的状态下继续激光振荡。通过向放电管12内的气体供给及放电，能使共振器部2发热，使机箱6内升温。

另外，在使激光加工中断时，优选使向放电管12内的放电和风扇4、5的旋转停止，将激光振荡器1转移到待机状态。由此，能减少激光振荡器1的消耗电力。另外，当再次开始激光加工时，通过使向放电管2内的放电、风扇4、5的动作开始，振荡准备结束。

在使进行以上说明的工序的激光振荡器1从周围不是低温的状态起动的情况下，共振器部2的温度为冷却水的温度以上。因此，相对于图5A的左端栏所示的各工序，风扇4、5产生在图4B中从图面左向右流的风。即，由风扇4、5产生的风从共振器部2向热交换器3供给。因此，热交换器3夺去共振器部2周围的空气的热量，使空气的温度下降。

温度下降后的空气从第二风扇5排出，沿机箱6的内侧面绕入第一风扇4侧，由第一风扇4吹向共振器部2。利用这种送风，共振器部2的温度为正常状态，激光输出、光束模式稳定。

当在寒冷的场所使用激光振荡器1时，共振器部2及机箱6与周围的温度相同地成为低温，产生使激光振荡器1从低温状态起动的情况。另一方面，供给冷却水的冷机7以冷却水不会冷冻的程度的温度保持冷却水的温度。特别地，本实施方式的冷机7具备冷冻防止功能、即包围送水泵的功能、使冷却水变暖的加热器等，将冷却水的温度提高到20℃左右并保持。

在以上的情况下，共振器部2的温度比冷却水的温度低。因此，相对于图5B的左端栏所示的各工序，风扇4、5产生在图4A中从图面右向左流的风。即，由风扇4、5产生的风从热交换器3向共振器部2输送。因此，通过热交换器3的空气从热交换器3接受热量，空气的温度提高。温度上升后的空气吹向共振器部2，因此，能提高共振器部2的温度。

如上所述，提高共振器部2的温度的操作不仅是从暖机动作进行中，从暖机动作之前的工序也能提高共振器部2的温度。因此，能在低温环境下，缩短从激光振荡器1的停止状态到振荡准备结束所需的时间。

另外，有时中断激光加工，使激光振荡器1待机。此时，当激光振荡器1的周围温度是低温的状态时，共振器部2及机箱6与周围的温度相同，为低温，产生使激光振荡器1从低温状态起动的情况。在该情况下，共振器部2的温度比冷却水的温度低。因此，如图5C的左端栏所示，在使激光振荡器1从待机的状态再次开始时，风扇4、5以产生在图4A中从图面右向左流的风的方式进行动作。即，通过利用风扇4、5将风从热交换器3向共振器2输送，能提高共振器部2的温度。

因此，当在低温环境下从待机状态再次开始时，能缩短直到激光振荡器1能稳定地使用的时间。

如上所述，在本实施方式中，在从激光振荡器1的起动到振荡准备结束期间，对共振器部2的测定温度和冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度进行比较，基于其比较结果，切换风扇4、5的动作和风向。此时，在本实施方式中，优选还采用以下那样的风扇控制。

图6A、图6B及图6C是表示本实施方式的风扇4、5的一控制例的图，图2中表示该风扇的风向。另外，图6A及图6B表示共振器部2的测定温度比冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度低的情况的风扇控制例，图6C表示共振器部2的测定温度与冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度相同或比之高的情况的控制。另外，图6A、图6B及图6C中的箭头表示在机箱6内由风扇4、5产生的风，其箭头的长度表示风量的多少。

在共振器2的测定温度与冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度相同或比之高时，如图6A所示，使第一风扇4和第二风扇5的各风量为相同的风量。但是，在共振器部2的测定温度比冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度低时，如图6A所示，将两风扇4、5的风向切换为与图6C时相反的方向，使第二风扇5的转数比第一风扇4多。换言之，使第二风扇5的风量比第一风扇4多。由此，能尽快使共振器部2周围的空气的温度上升。

另外，在图6A的控制例中，共振器温度测定部8为了把握共振器部2整体的温度状况，优选设于离开热交换器3、放电管12等高温部的场所。因此，只要能把握共振器部2整体的温度状况，则共振器温度测定部8的场所未限定于图示的位置。

另外，如图6B所示，可以从图6A所示的控制例，只使配置在共振器部2的两端部的各附近的两个第一风扇4的风量比剩下的第一风扇4的风量增加。由此，能向机箱6内有效地产生用于提高共振器部2的温度的风流。

当然，用于增加风量的风扇未仅限于配置在共振器部2的两端部的各附近的两个第一风扇4。例如，可以增大靠近共振器部2的温度比其他低的部位的风扇4、5的风量。在该情况下，预先对共振器部2的温度分布进行动作试验并存储在存储装置(未图示)中，基于其温度分布数据，改变多个风扇4、5的至少一个的风量。或者，可以除了共振器部温度测定部8之外，分别沿共振器部2的整体配置多个温度测定部(未图示)，基于这些温度测定部的测定值，把握共振器部2的温度分布并改变多个风扇4、5的至少一个的风量。通过这种控制，由于能够向温度相对低的部分更多地供给温暖的空气，因此，能均匀地使共振器部2升温。

另外，图7是表示本实施方式的风扇4、5的其他控制例的图，图2中表示该风扇的风向。

在上述的图6的控制例中，在共振器部2的测定温度比冷却水的测定温度或共振器部2的设定温度低时，使全部的风扇4和全部的风扇5进行动作，从热交换器3向共振器部2供给风。但是，如图7所示的例子，可以使多个风扇4、5中的一部分(风扇4a、5a)的动作停止。即，优选根据能如上那样得到的共振器2的温度分布，使多个风扇4、5的全部或一部分进行动作。由此，由于能使利用共振器部2的发热部分变暖的空气流向不进行发热的部分，因此，能均匀地使共振器部2变暖。

如上所述，通过使风扇4、5的风向和送风的强弱(转数)分别独立或进行组合，能缩短在低温环境下从激光振荡器1的起动或再开始至振荡准备结束所需的时间。除此之外，能均匀地使共振器部2及机箱6内变暖。

以上，以激光高速轴流型气体激光装置为例说明了本发明，但本发明未限于气体激光装置，也能适用于固体激光或半导体激光。另外，本发明只要是在机箱内对产生热量的发热结构部进行密封，通过热交换器和风扇的协同动作冷却机箱内，则能适用于任一个。

另外，以上表示了优选的实施方案，但本发明未限定于上述实施方式，能在不脱离本发明的思想的范围内将上述实施方式改变为多种形式、结构、材料等。

Claims (5)

1.一种激光振荡器，其特征在于，

具备：

共振器部，其用于使所输出的激光进行共振；

热交换器，其与上述共振器部邻接地配置，并用于供给冷却液；

风扇，其配置于隔着上述共振器部及上述热交换器的双方的两个位置中的至少一方，产生通过上述共振器部及上述热交换器的双方的一方向的风；

共振器温度测定部，其测定上述共振器部的温度；以及

风扇控制部，其控制上述风扇，

上述风扇控制部基于由上述共振器温度测定部测定出的上述共振器部的温度，切换上述风扇的送风方向，

在上述测定出的上述共振器部的温度比规定的温度低时，上述风扇控制部将上述风扇的送风方向控制为从上述热交换器朝向上述共振器部的方向，

在上述测定出的上述共振器部的温度与上述规定的温度相同或比上述规定的温度高时，上述风扇控制部将上述风扇的送风方向控制为从上述共振器部朝向上述热交换器的方向。

2.根据权利要求1所述的激光振荡器，其特征在于，

多个上述风扇沿上述共振器部的长度方向配置，

上述风扇控制部还基于上述测定出的上述共振器部的温度，改变上述多个上述风扇的至少一个的风量。

3.根据权利要求1或2所述的激光振荡器，其特征在于，

多个上述风扇沿上述共振器部的长度方向配置，

上述风扇控制部还基于上述测定出的上述共振器部的温度，使上述多个上述风扇的至少一个停止。

4.根据权利要求1或2所述的激光振荡器，其特征在于，

还具备测定上述冷却液的温度的冷却液温度测定部，

上述规定的温度是由上述冷却液温度测定部测定出的上述冷却液的温度。

5.根据权利要求1或2所述的激光振荡器，其特征在于，还具备用于将上述冷却液控制为恒定的温度的冷机。