CN107030375A - 激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光加工系统。该激光加工系统具备：激光振荡器；激光光路，其将激光从激光振荡器引导至工件；吹扫气体供给线，其用于向激光光路内供给吹扫气体；设置于激光光路内的氧传感器和杂质气体传感器，所述杂质气体传感器检测对激光的传播产生影响的杂质气体；以及杂质气体传感器输出值校正部。杂质气体传感器输出值校正部基于氧传感器的输出值来校正杂质气体传感器的输出值。

Description

激光加工系统
技术领域
本发明涉及一种具备将从激光振荡器射出的激光引导至被加工物的激光光路的激光加工系统。
背景技术
当使激光扩散或吸收激光那样的杂质气体存在于激光加工系统的周边时，对激光的传播性产生大的影响。因此，在搭载有激光振荡器的以往的激光加工系统中，设置有具有将激光从激光振荡器的光射出口引导至加工点的光学系统的激光光路。而且，通过使那样的激光光路内充满不会对激光的传播性产生影响的纯净的吹扫气体，来使激光加工稳定。
并且，日本专利第4335154号公报公开了以下发明：在上述的以往的激光加工系统中，在激光光路内设置检测杂质气体的气体传感器，来判定激光光路内是否混入了杂质气体。
另外，在上述的以往的激光加工系统中，伴随着激光加工的高精度化和高输出化，激光光路内所要充满的吹扫气体变得多样化。例如，作为吹扫气体，使用干燥空气、或者作为激光的散射原因的二氧化碳减少了的空气、或者富氮气体(即以氮为主要成分的气体)、氮气等。
尤其是，为了生成干燥空气、二氧化碳减少了的空气，而使用中空纤维过滤器、油雾过滤器、活性炭过滤器等特殊的过滤器。但是，当使气体透过这种特殊的过滤器时，吹扫气体中的氧浓度发生增减。而且，在激光光路内氧浓度随时间的经过而大幅变化。此时，即使激光光路内未混入杂质气体，气体传感器也会对氧浓度的变化做出反应，从而导致气体传感器的输出值也随时间经过发生变化。因此，在将氧浓度发生了变化的气体用作吹扫气体的情况下，难以准确地判定激光光路内是否混入了杂质气体。
另外，在判定激光光路内是否混入了杂质气体时，将气体传感器的输出值与规定的判定阈值进行比较。关于该判定阈值，一般会考虑由环境引起的气体传感器的输出值的误差而设定一定的容许范围。这是由于当设置激光加工系统的环境、例如气温、湿度、标高等发生变化时，气体传感器的针对相同种类的气体的输出值也会略微变化。但是，在像这样设定了一定的容许范围的判定阈值的情况下，当气体传感器的输出值根据激光光路内的氧浓度的变化而发生变化时，有时杂质气体的混入的判定会发生错误。由此，存在激光加工系统引起误动作的担忧。
发明内容
本发明提供一种即使激光光路内的氧浓度发生变化也能够高精度地检测激光光路内的杂质气体的混入的激光加工系统。
根据本发明的第一方式，提供一种激光加工系统，其具备：
激光振荡器，其振荡出激光；
激光光路，其将激光从激光振荡器引导至被加工物；
设置于激光光路内的氧传感器和杂质气体传感器，该氧传感器检测氧，该杂质气体传感器检测对激光的传播产生影响的杂质气体；以及
杂质气体传感器输出值校正部，其基于氧传感器的输出值来校正杂质气体传感器的输出值。
根据本发明的第二方式，提供一种第一方式的激光加工系统，其中，
该激光加工系统具备至少两个探测浓度不同的所述杂质气体传感器。
根据本发明的第三方式，提供一种第一方式或第二方式的激光加工系统，其中，
该激光加工系统具备至少两个所探测的气体种类不同的所述杂质气体传感器。
根据本发明的第四方式，提供第一方式至第三方式中的任一种激光加工系统，其中，
该激光加工系统还具备杂质气体混入判定部，该杂质气体混入判定部基于由杂质气体传感器输出值校正部校正后的杂质气体传感器的输出值与预先存储的判定阈值之间的比较，来判定激光光路内是否混入了杂质气体。
根据本发明的第五方式，提供一种第四方式的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还具备通知装置，在由杂质气体混入判定部判定为激光光路内混入了杂质气体的情况下，该通知装置通知混入了杂质气体。
根据本发明的第六方式，提供第四方式和第五方式中的任一种激光加工系统，其中，该激光加工系统还具备：
杂质气体吸附剂，其吸附杂质气体；以及
曝露功能部，在由杂质气体混入判定部判定为激光光路内混入了杂质气体的情况下，该曝露功能部将杂质气体吸附剂曝露在激光光路内。
根据本发明的第七方式，提供第四方式至第六方式中的任一种激光加工系统，其中，
该激光加工系统还具备存储部，该存储部将杂质气体传感器和氧传感器各自的输出值与该输出值被输出的日期时间一起存储。
根据本发明的第八方式，提供第一方式至第七方式中的任一种激光加工系统，其中，
装卸自如的传感器单元设置于激光光路，
传感器单元具有氧传感器和一个以上的杂质气体传感器。
根据本发明的第九方式，提供第一方式至第八方式中的任一种激光加工系统，其中，
该激光加工系统具备向激光光路内供给吹扫气体的吹扫气体供给线，该吹扫气体是通过高分子过滤器、活性炭过滤器、中空纤维过滤器、或油雾过滤器后向激光光路内供给的空气。
根据本发明的第十方式，提供第一方式至第九方式中的任一种激光加工系统，其中，
氧传感器或杂质气体传感器是定电位电解式气体传感器、伽伐尼(Galvani)电池式气体传感器、接触燃烧式气体传感器、气体热传导式气体传感器、氧化锆式气体传感器、极化(Polaro)式气体传感器以及半导体式气体传感器中的任一种传感器。
附图说明
根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点会更加明确。
图1是示意性地表示第一实施方式的激光加工系统的结构的框图。
图2是表示图1所示的激光光路内设置的杂质气体传感器、氧传感器以及氨传感器各自的输出值的随时间经过的变化的曲线图。
图3是表示事前对两种乙醇传感器分别进行调查而得到的、与氧浓度相对的传感器输出值的变化及其近似式的曲线图。
图4是表示第一实施方式的数值运算器的结构的框图。
图5是表示第一实施方式的激光加工系统的动作的一例的流程图。
图6是示意性地表示第二实施方式的激光加工系统的结构的框图。
图7是示意性地表示第三实施方式的激光加工系统的结构的框图。
图8是表示第三实施方式中的将杂质气体吸附剂曝露在激光光路内的功能的效果的曲线图。
具体实施方式
接着，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对相同的构件标注相同的参照标记。而且，在不同的附图中标注了相同的参照标记的要素意味着是具有相同的功能的结构要素。另外，为了易于理解，这些附图适当变更了比例尺。
(第一实施方式)
图1是示意性地表示第一实施方式的激光加工系统的结构的框图。
如图1所示，第一实施方式的激光加工系统10具备：激光振荡器12，其振荡出激光11；加工头部14，其向作为被加工物的工件13照射激光11；以及激光光路15，其一边保持激光11的光轴一边将该激光11从激光振荡器12的激光射出口12a引导至工件13。并且，激光加工系统10具备数值运算器37来作为对激光振荡器12的动作、加工头部14的移动进行控制的控制装置。此外，本实施方式的激光振荡器12是在工厂中利用激光对金属或非金属进行加工的二氧化碳激光器。但是，应用于本发明的激光振荡器不限定于此，也可以是其它气体激光器或者固体激光器、半导体激光器等。
在加工头部14上设置有将激光11聚集至工件13的聚光透镜16。并且，如图1所示，在激光光路15内具备一边使从激光振荡器12射出的激光11沿激光光路15的弯曲方向弯折一边将该激光11引导至加工头部14的聚光透镜16的镜17等光学系统。另外，加工头部14能够通过未图示的引导构件和驱动机构相对于工件13进行相对移动。因此，激光光路15例如由橡胶制或金属制的可伸缩的波纹管构成。当然，激光光路15不限于那样的由波纹管形成的结构。关于激光光路15，也可以是，例如仅激光光路15的弯曲部由波纹管形成，其它部分由金属制的管形成。
并且，如图1所示，在激光光路15上连接有用于向激光光路15内供给不会对激光11的传播产生影响的吹扫气体的吹扫气体供给管18。在吹扫气体供给管18上设置有开闭阀19。而且，通过对开闭阀19进行闭操作来停止向激光光路15供给吹扫气体。
另外，在本实施方式的激光加工系统中，能够选择干燥空气、氮气以及二氧化碳减少了的空气之类的三种吹扫气体中的任一种吹扫气体来向激光光路15内供给。因此，如图1所示，在吹扫气体供给管18的、相比开闭阀19而言靠上游侧的部分，分别连接有干燥空气的供给线20、氮气的供给线21以及二氧化碳减少了的空气的供给线22。在各供给线20、21、22上分别设置有开闭阀23。而且，通过打开三个开闭阀23中的一个，来选择向激光光路15内供给的吹扫气体。此外，“二氧化碳减少了的空气”是指使空气中含有的二氧化碳的浓度成为规定值以下、例如150ppm以下而得到的空气。
在干燥空气的供给线20上，干式泵24、活性炭过滤器25以及高分子过滤器26沿空气的流动方向以串行的方式顺次连接。为了向激光光路15内供给干燥空气，仅打开供给线20的开闭阀23，而关闭其它供给线21、22的开闭阀23。然后，通过干式泵24取入空气并使所取入的空气依次通过活性炭过滤器25和高分子过滤器26。由此，空气中的杂质、有机成分等被除掉，并且空气被除湿。也就是说，干燥空气经由吹扫气体供给管18被供给到激光光路15内。
另外，在氮气的供给线21上，氮气储气罐27和流量控制阀28沿氮气的流动方向以串行的方式顺次连接。流量控制阀28也可以是开闭阀。为了向激光光路15内供给氮气，仅打开供给线21的开闭阀23，而关闭其它供给线20、22的开闭阀23，并打开流量控制阀28。由此，氮气储气罐27中填充的氮气经由吹扫气体供给管18被供给到激光光路15内。
而且，在二氧化碳减少了的空气的供给线22上，油雾过滤器29、活性炭过滤器30以及中空纤维过滤器31沿空气的流动方向以串行的方式顺次连接。并且，油雾过滤器29经由开闭阀32而与工厂的压缩空气线33连接。为了向激光光路15内供给二氧化碳减少了的空气，仅打开供给线22的开闭阀23，而关闭其它供给线20、21的开闭阀23，并打开开闭阀32。由此，使工厂的压缩空气顺次通过油雾过滤器29、活性炭过滤器30以及中空纤维过滤器31。其结果，工厂的压缩空气中的油分、杂质、有机成分等被除掉，并且压缩空气中的二氧化碳被去除。也就是说，二氧化碳减少了的空气、例如二氧化碳的浓度为150ppm以下的空气经由吹扫气体供给管18被供给到激光光路15内。
另外，在本实施方式的激光加工系统10的附近使用了稀释剂、涂料等的情况下，存在含有有机化合物的杂质气体混入到激光光路15内的担忧。这些杂质气体会引起激光的吸收、散射，其结果，妨碍激光的传播，导致激光加工机的加工能力降低。因此，如图1所示，在激光光路15内设置有分别检测对激光11的传播产生影响的多种杂质气体的多种杂质气体传感器34、35以及检测氧的氧传感器36。
在本实施方式中，氧传感器36是伽伐尼电池式气体传感器。杂质气体传感器34、35是接触燃烧式乙醇传感器。
当然，也可以将接触燃烧式气体传感器以外的气体传感器使用为杂质气体传感器34、35，也可以将伽伐尼电池式气体传感器以外的气体传感器使用为氧传感器36。也就是说，作为使用为杂质气体传感器34、35以及氧传感器36的气体传感器，可以是定电位电解式气体传感器、伽伐尼电池式气体传感器、接触燃烧式气体传感器、气体热传导式气体传感器、氧化锆式气体传感器、极化式气体传感器、半导体式气体传感器以及电化学式气体传感器中的任一种传感器。
并且，作为对激光11的传播产生影响的杂质气体，存在六氟化硫、乙烯、卤代烃、氨、丙酮、醇、二氧化碳等，因此要检测的杂质气体不限定于乙醇。因而，在本实施方式中，除了两个探测浓度不同的乙醇的杂质气体传感器34、35以外，也可以在激光光路15内设置对种类不同于乙醇的气体种类的杂质气体进行探测的一个以上的气体传感器。另外，也可以是两个杂质气体传感器34、35中的一方为对种类不同于乙醇的气体种类的杂质气体进行探测的气体传感器。
但是，以下将杂质气体传感器34、35记载为乙醇传感器来进行说明。
在本实施方式中，优选的是，乙醇传感器34、35的能够探测的乙醇的浓度互不相同。例如，一方的乙醇传感器34用于探测10ppm至300ppm(0.001％至0.03％)的乙醇浓度，另一方的乙醇传感器35用于探测200ppm至1000ppm(0.02％至0.1％)的乙醇浓度。
并且，乙醇传感器34、35以及氧传感器36分别与数值运算器37电连接。
数值运算器37基于氧传感器36的输出值来校正获取到的乙醇传感器34、35的输出值。并且，数值运算器37将校正后的各乙醇传感器34、35的输出值发送到显示装置38。
而且，显示装置38实时地显示从数值运算器37发送来的乙醇传感器34、35以及氧传感器36各自的值。此外，优选的是，显示装置38例如由CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)、液晶显示器等构成。
在此，详述对乙醇传感器34、35等杂质气体传感器的输出值进行校正的方面。
图2是表示图1所示的激光光路15内设置的乙醇传感器35、氧传感器36以及氨传感器(未图示)各自的输出值的随时间经过的变化的曲线图。在获取该曲线图时，代替图1所示的激光光路15内的乙醇传感器34而设置有氨传感器。此外，在图2的曲线图中，点划线A表示氧传感器36的输出值，实线B表示乙醇传感器35的输出值，实线C表示氨传感器的输出值。
如沿图2的曲线图的横轴所示的那样，将图1所示的激光光路15内的气体环境从空气(即，未向激光光路15内供给吹扫气体的初始状态)依次切换为二氧化碳去除空气(即，使二氧化碳浓度成为规定值以下、例如150ppm以下而得到的空气)、氮气。此时，设激光光路15内没有混入杂质气体。另外，在导入二氧化碳去除空气的期间，使空气通过特殊的中空纤维过滤器，利用二氧化碳与氮气在通过该中空纤维过滤器时的透过率的不同来减少二氧化碳。此时，由于氧与氮气的通过前述的中空纤维过滤器的透过率的不同而氧浓度变高。即，如图2所示，氧传感器36的输出值随时间的经过而上升。在使空气通过中空纤维过滤器以外的特殊的过滤器、例如高分子过滤器、活性炭过滤器、油雾过滤器等时也能够同样地发生这样的氧浓度的上升。而且，根据图2可知，当激光光路15内的氧浓度增加时，乙醇传感器35和氨传感器各自的输出值发生变化。在图2中，乙醇传感器35的输出值伴随着氧浓度的上升而下降，但是氨传感器的输出值伴随着氧浓度的上升而上升。此外，一般来说，气体传感器输出值根据氧浓度而发生变化，但是根据传感器的不同而做出输出值增加、输出值减少、输出曲线变化等不同的反应。另外，即使同为乙醇传感器，由于检测方法的不同、构造的不同，也会存在低氧状态的情况下输出值上升、低氧状态的情况下输出值减少的情况。
如上所述，在激光光路15内未混入杂质气体而激光光路15内的氧浓度发生变化的期间，乙醇传感器35和氨传感器的各输出值也发生变化，因此无法判定激光光路15内是否侵入了杂质气体。因此，在本实施方式中，基于氧传感器36的输出值来校正乙醇传感器34、35等杂质气体传感器的输出值，使得能够检测杂质气体向激光光路15内的混入。此外，在乙醇混入到激光光路15内的情况下，不仅乙醇传感器会做出反应，氨传感器也会做出反应。在氨混入到激光光路15内的情况下，乙醇传感器也会做出反应。也就是说，虽然乙醇传感器对乙醇灵敏地做出反应，但是对乙醇以外的杂质气体也会做出反应。
另外，为了实施上述的校正，事前实验与氧浓度相对地各个乙醇传感器34、35的输出值如何变化，来求出传感器输出值的变化的近似式。
图3是表示事前对两种乙醇传感器A、B分别进行调查而得到的、在使含有100ppm的乙醇的气体的氧浓度发生变化时的传感器输出值及其近似式的曲线图。在求上述的近似式时，准备了检测方法互不相同的乙醇传感器来作为乙醇传感器A、B，将乙醇传感器A、B设置在包括与图1所示的激光加工系统的激光光路15的结构相同的结构的室内。然后，如图3所示，一边保持收容有乙醇传感器A、B的室内的乙醇浓度一边增加氧浓度，每当氧浓度增加5％，就依次测定乙醇传感器A、B各自的传感器输出值(浓度)。此时，设前述的收容有乙醇传感器A、B的室内未混入乙醇以外的杂质气体。然后，根据测定结果，针对乙醇传感器A、B分别求出传感器输出值的近似式(参照图3所记载的多项式A、B)。此外，根据图3可知，即使同为探测乙醇的乙醇传感器，当传感器的检测方法不同时也存在传感器输出值大不相同的情况。因而，需要按传感器来求出传感器输出值的近似式。
通过事前求出这样的近似式，能够估计对氧浓度做出反应而发生变化的各个乙醇传感器A、B的输出值。并且，在采用伽伐尼电池式氧传感器作为氧传感器36的情况下，在氧浓度与伽伐尼电池式氧传感器的输出值(电压值)之间存在比例关系，对此后述。因此，能够通过伽伐尼电池式氧传感器的输出值(电压值)来获取氧浓度。
因此，在图1所示的激光加工系统中，通过如下方法来校正乙醇传感器34、35各自的输出值。下面，作为代表，对校正乙醇传感器34的输出值的方法进行叙述。首先，针对乙醇传感器34，事前求出传感器输出值的近似式。例如，事前求出如图3所示的多项式A那样的传感器输出值的近似式(即y＝f(x))。另外，事先存储氧浓度为21％时的、即一般空气中的传感器的输出值(即y＝f(x＝21％))。然后，根据氧传感器36的输出值x(浓度)来监视激光光路15内的氧浓度的变化，并且还根据乙醇传感器34的输出值Y(浓度)来监视乙醇浓度的变化。
并且，一边分别按规定的微少时间来实际地获取氧传感器36的输出值x和乙醇传感器34的输出值Y，一边估计乙醇传感器34的、仅对氧浓度变化做出反应而输出的传感器输出值。因此，例如，首先根据在某一时刻t1实际地获取到的氧传感器36的实际输出值x1和事前求出的乙醇传感器34的传感器输出值的近似式(即y＝f(x))，来计算相对于时刻t1的氧传感器36的实际输出值x1的、乙醇传感器34的估计输出值y1(＝f(x1))。另外，将氧浓度为21％、乙醇浓度为100ppm时的乙醇传感器34的输出值设为y21。
而且，从在时刻t1实际地获取到的乙醇传感器34的实际输出值Y减去计算出的估计输出值y1，再加上氧浓度为21％、乙醇浓度为100ppm时的输出值y21，由此校正乙醇传感器34的实际输出值Y(←Y-y1+y21)。此外，对于另一个乙醇传感器35的实际输出值，也通过与上述的乙醇传感器34相同的方法来进行校正。
在本实施方式中，通过以上那样的校正方法来校正根据激光光路15内的氧浓度而发生变化的乙醇传感器34、35各自的输出值。而且，通过监视校正后的各乙醇传感器34、35的输出值，能够不受激光光路15内的氧浓度的变化的影响地准确地检测乙醇向激光光路15内的混入。换言之，在本实施方式的激光加工系统中，即使使用使激光光路内的氧浓度发生变化那样的吹扫气体(例如，二氧化碳减少了的空气、富氮气体、氮气等)，也能够高精度地检测激光光路内的杂质气体的混入。
此外，优选的是，将包括如下结构的接触燃烧式乙醇传感器采用为本实施方式的乙醇传感器34、35。例如，接触燃烧式乙醇传感器包括与作为可燃性气体的乙醇进行反应的传感器元件、以及不与该乙醇进行反应的参照元件。传感器元件具备包括铂等贵金属的加热线圈、以及在加热线圈的外周形成的燃烧催化剂层。燃烧催化剂层例如是使铂、钯等燃烧催化剂分散于氧化铝而成的。另一方面，参照元件是仅由未添加燃烧催化剂的氧化铝构成传感器元件的结构部分中的燃烧催化剂层而得到的。
当作为可燃性气体的乙醇接触到上述乙醇传感器的传感器元件的表面时，通过燃烧催化剂层的贵金属的催化剂作用而发生燃烧，加热线圈的温度上升而电阻增大。另一方面，在参照元件中，即使接触了乙醇也不发生燃烧，因此电阻不变化。当将这种包括传感器元件和参照元件的乙醇传感器曝露于乙醇时，仅传感器元件的电阻上升。此时，通过惠斯通电桥测定传感器元件与参照元件之间的电阻之差来作为电压值，由此计算乙醇浓度。也就是说，在该电压值与乙醇浓度之间存在比例关系，因此能够基于测定出的电压值来计算乙醇浓度。因此，本实施方式的激光加工系统也能够基于杂质气体传感器(各个乙醇传感器34、35)的输出值来计算乙醇浓度。但是，在本申请发明中，只要能够判定图1所示的激光光路15内是否混入了杂质气体即可，因此也可以仅监视乙醇传感器34、35各自的输出值，而不计算乙醇浓度。此外，为了如本实施方式的杂质气体传感器34、35那样变更能够测定的乙醇浓度的浓度范围，只要变更上述传感器元件的燃烧催化剂层的组成、表面积等来改变乙醇与燃烧催化剂层接触时的电阻、燃烧热的上升率即可。
另外，优选的是，将包括如下结构的伽伐尼电池式氧传感器采用为本实施方式的氧传感器36。例如，伽伐尼电池式氧传感器具备包括金、铂等贵金属的阴极、包括铅的阳极、以及用于收容这些阴极和阳极的凹状的壳体，阴极与阳极通过导线相互连接。而且，在凹状的壳体内充满电解液，该壳体的开口部通过气体透过性的薄膜而被堵住，该薄膜与贵金属的阴极紧贴。当壳体外的大气中的氧透过薄膜时，在壳体内的贵金属的阴极发生氧的还原反应，在壳体内的铅的阳极发生氧化反应。通过负载电阻、例如热敏电阻来将伴随该反应而流过导线的电流变换为电压并测量该电压的值，由此计算氧浓度。也就是说，当氧浓度下降时，在阴极氧的还原反应减少，因此热敏电阻的两端的电压也下降。这样，在该电压的值与氧浓度之间存在比例关系，因此能够基于检测出的电压的值来计算氧浓度。因此，本实施方式的激光加工系统也能够基于氧传感器36的输出值来计算氧浓度。但是，在本实施方式中，在对乙醇传感器34、35各自的输出值进行校正时，只要获取氧传感器36的输出值即可。也就是说，只要事前调查氧传感器36的输出值与乙醇传感器34、35各自的输出值之间的对应关系，创建该对应关系的近似式、表等并将近似式、表等存储在数值运算器37中即可，也可以不计算氧浓度。
接着，对数值运算器37的结构进行说明。
图4是表示数值运算器37的结构例的框图。
如图4所示，数值运算器37具备杂质气体传感器输出值校正部40、存储部41以及杂质气体混入判定部42。
杂质气体传感器输出值校正部40监视氧传感器36的输出值，来校正根据激光光路15内的氧浓度而变化的乙醇传感器34、35各自的输出值。该校正的方法如上所述。另外，在存储部41中，按乙醇传感器34、35而存储有预先设定的判定阈值。杂质气体混入判定部42将由杂质气体传感器输出值校正部40校正后的乙醇传感器34的输出值与针对乙醇传感器34设定的判定阈值进行比较，基于该比较结果来判定激光光路15内是否混入了乙醇。同样地，杂质气体混入判定部42将由杂质气体传感器输出值校正部40校正后的乙醇传感器35的输出值与针对乙醇传感器35设定的判定阈值进行比较，基于该比较结果来判定激光光路15内是否混入了乙醇。通过像这样使用判定阈值，不用准确地检测杂质气体的种类、浓度，就能够判定出激光光路15内是否混入了杂质气体。因此，杂质气体混入判定部42为廉价且简单的结构。
此外，如上所述，将探测浓度互不相同的气体传感器使用为乙醇传感器34、35。并且，一方的乙醇传感器34是检测浓度比另一方的乙醇传感器35所检测的乙醇的浓度低的乙醇的气体传感器，换言之，是灵敏度比另一方的乙醇传感器35的灵敏度高的气体传感器。因此，存在以下情况：在乙醇传感器34的输出值根据氧浓度的变化而发生了变化时，该输出值会超过最大值而饱和，从而无法探测乙醇。与此相对地，另一方的乙醇传感器35是灵敏度比一方的乙醇传感器34的灵敏度低的气体传感器。因此，即使乙醇传感器35的输出值根据氧浓度的变化而变化，由于该输出值相比最大值存在充分的余量，因此能够探测乙醇。也就是说，即使在探测浓度低的一方、即灵敏度高的一方的杂质气体传感器的输出值超过了最大值而饱和那样的情况下，也能够使用探测浓度高的一方、即灵敏度低的一方的杂质气体传感器来探测杂质气体。根据以上的说明，在本发明中，优选在激光光路15内设置至少两个探测浓度不同的杂质气体传感器(乙醇传感器34、35)。
并且，优选的是，数值运算器37与用于显示杂质气体混入判定部42的判定结果的显示装置38连接。另外，该显示装置38显示杂质气体混入判定部42的判定结果并且将乙醇传感器34、35和氧传感器36各自的输出值的随时间经过的变化、以及由杂质气体传感器输出值校正部40校正后的各乙醇传感器34、35的输出值的随时间经过的变化分别以不同颜色来显示即可。由此，杂质气体的混入时期变得明确，从而易于确定混入杂质气体的原因。
并且，优选的是，如图4所示，数值运算器37与通知装置43连接，该通知装置43用于向激光加工系统外部通知杂质气体混入判定部42的判定结果。优选的是，通知装置43例如通过声音、光或它们的组合来通知在激光光路15内混入了对激光11的传播产生影响的杂质气体。由此，激光加工系统10的操作者能够迅速地认识到杂质气体向激光光路15内的混入。进而，能够将激光加工时的不良状况防患于未然、或能够尽早使激光加工停止，因此能够将由于加工不良而造成的损害抑制为最小限度。另外，能够迅速地确定并去除激光加工时的不良状况的原因，因此生产率也提高了。
并且，优选的是，数值运算器37的存储部41按固定时间将乙醇传感器34、35以及氧传感器36各自的输出值与该输出值被输出的日期时间一起存储。也就是说，激光光路15内混入杂质气体的原因是激光光路15的密闭度之类的激光加工系统10自身状况不良的情况多。若事先按固定时间将杂质气体传感器的输出值与该输出值被输出的日期时间一起存储到存储部41，则在发生异常时能够利用已存储的该信息来容易地确定异常原因。
接着，参照图1、图4以及图5来说明上述的激光加工系统10的动作的一例。图5是表示第一实施方式的激光加工系统10的动作的一例的流程图。
首先，使激光加工系统10启动(图5的步骤S11)，开始激光光路15的吹扫(图5的步骤S12)。此时，通过打开图1所示的三个开闭阀23中的一个开闭阀，来选择向激光光路15内供给的吹扫气体。
数值运算器37对乙醇传感器34、35各自的输出值进行监视，并且还对氧传感器36的输出值进行监视(图5的步骤S13)。
接着，数值运算器37的杂质气体传感器输出值校正部40监视氧传感器36的输出值，来校正根据激光光路15内的氧浓度而变化的乙醇传感器34、35各自的输出值(图5的步骤S14)。另外，数值运算器37将乙醇传感器34、35、氧传感器36的输出值与该输出值被输出的日期时间一起存储到存储部41(图5的步骤S15)。
然后，数值运算器37的杂质气体混入判定部42将由杂质气体传感器输出值校正部40校正后的乙醇传感器34、35的输出值与针对乙醇传感器34、35设定的判定阈值分别进行比较。也就是说，判定校正后的乙醇传感器34、35的输出值是否未超过各自的判定阈值(图5的步骤S16)。
在上述的步骤S16中，在校正后的乙醇传感器34、35的输出值超过了各自的判定阈值的情况下，转移至步骤S17。在该步骤S17中，判定从激光加工系统10启动起是否经过了5分钟以上。其结果，在为从激光加工系统10启动起的5分钟以内的情况下，存在乙醇传感器34、35以及氧传感器36尚未稳定的可能性，因此再次实施步骤S13～S15。另一方面，在从激光加工系统10启动起经过了5分钟以上的情况下，杂质气体混入判定部42判定为激光光路15内的环境存在异常，通过通知装置43来发出警告、例如警报音(图5的步骤S18)。
并且，在上述的步骤S16之后，在激光加工系统10运转的期间内，重复上述步骤S13～S15的处理，来始终确认激光光路15内的气体环境。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。但是，下面主要对与上述的第一实施方式的不同之处进行说明，对与上述的第一实施方式相同的结构要素使用相同的标记，由此省略其说明。
图6是示意性地表示第二实施方式的激光加工系统的结构的框图。如该图所示，有时在工厂中设置有两个激光加工系统10A、10B。一方的激光加工系统10A是使用二氧化碳激光器的钣金切割用的装置。另一方的激光加工系统10B是在激光光路15内未设置杂质气体传感器的系统。
在一方的激光加工系统10A的激光光路15内设置有对两种以上的杂质气体进行探测的装卸自如的传感器单元45。在传感器单元45内固定有乙醇传感器、氨传感器、氟利昂传感器、氧化锆式氧传感器以及红外式二氧化碳浓度传感器。并且，传感器单元45内的各种气体传感器与数值运算器37连接。在具备这样的传感器单元45这方面，第二实施方式的激光加工系统10A与第一实施方式的激光加工系统10不同。
而且，在第二实施方式中，如图6所示，上述的装卸自如的传感器单元45能够安装于另一方的激光加工系统10B。也就是说，在另一方的激光加工系统10B中发生了加工不良时，能够将传感器单元45从一方的激光加工系统10A卸下并安装到另一方的激光加工系统10B。由此，能够对另一方的激光加工系统10B追加对激光光路15内的吹扫气体的成分进行监视的功能。另外，也可以不在多个激光加工系统10A、10B中分别设置探测对激光的传播产生影响的杂质气体的杂质气体传感器，因此能够降低工厂整体所花费的设备成本。
此外，在图6中，图示了两个激光加工系统10A、10B，但是激光加工系统的个数不限定于两个。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。但是，下面主要对与上述的第一实施方式和第二实施方式的不同之处进行说明，对与上述的第一实施方式和第二实施方式相同的结构要素使用相同的标记，由此省略其说明。
图7是示意性地表示第三实施方式的激光加工系统的结构的框图。
与第一实施方式的激光加工系统10相比，第三实施方式的激光加工系统10C还具备将吸附杂质气体的杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内的曝露功能部。具体地说，如图7所示，在激光光路15的一部分的壁部构成有作为曝露功能部的开闭门46。并且，开闭门46设置于激光光路15与杂质气体吸附剂47之间。而且，当通过开闭门46来使激光光路15内开放时，杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内。另外，在本实施方式中，优选的是，具备对开闭门46的开闭进行驱动的驱动装置(未图示)。
此外，其它结构与第一实施方式的激光加工系统10相同。
接着，说明具备将杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内的功能这一点的效果。
例如，在含有成为二氧化碳激光的散射的主要原因的氨的气体混入到激光光路15内的情况下，即使向激光光路15内供给氮气等吹扫气体，使激光光路15内的氨浓度下降到能够进行激光加工的浓度也花费时间。在该情况下，当向激光光路15内供给氮气等吹扫气体并且将杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内时，能够使激光光路15内的氨浓度在短时间内下降。根据图8，能够进一步理解该情况。
图8是表示将杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内的功能的效果的曲线图。特别是，图8所示的曲线图是通过如下过程而获取到的。首先，在图7所示的激光加工系统10C中，在激光光路15内设置氨传感器(未图示)，向激光光路15内供给氮气约30分钟。然后，向激光光路15内供给含有20ppm的氨气的空气约45分钟。之后，再次向激光光路15内供给氮气。也就是说，图8是由氨传感器测定像这样依次切换向激光光路15内供给的气体时的氨浓度的随时间经过的变化而得到的曲线图。
根据图8中的实线P可知，在代替含有20ppm的氨气的空气而向激光光路15内供给氮气的期间，虽然氨浓度随时间经过而下降，但是氨浓度的下降速度比较慢。可以认为这是由于激光光路15内的壁面与氨之间发生了伪化学键合。在发生了这样的伪化学键合的情况下，需要向激光光路15内长时间地持续供给氮气，来使激光光路15内的氨浓度下降到能够实施稳定的激光加工的浓度。然而，当代替含有氨气的空气而向激光光路15内供给氮气并且将杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内时，如图8中的虚线Q所示，氨浓度的下降速度大幅提高。
因此，在第三实施方式中，在由如图4所示的杂质气体混入判定部42判定为激光光路15内混入了杂质气体的情况下，首先，排除混入杂质气体的原因。然后，向激光光路15内供给氮气等吹扫气体并打开开闭门46来将杂质气体吸附剂47曝露在激光光路15内。由此，如图8所示，能够使激光光路15内的杂质气体的浓度在短时间内下降。
此外，以上示出了典型的实施方式，但是本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的思想的范围内将上述的实施方式变更为各种形状、构造、材料等。
本发明的效果
根据本发明的第一方式、第九方式以及第十方式，能够校正根据激光光路内的氧浓度而变化的杂质气体传感器的输出值。由此，即使使用使激光光路内的氧浓度发生变化那样的吹扫气体(例如二氧化碳减少了的空气、富氮气体、氮气)，也能够高精度地检测激光光路内的杂质气体的混入。
根据本发明的第二方式，即使在探测浓度低的一方、即灵敏度高的一方的杂质气体传感器的输出值超过了最大值而饱和那样的情况下，也能够使用探测浓度高的一方、即灵敏度低的一方的杂质气体传感器来探测杂质气体。
根据本发明的第三方式，通过具备至少两个所探测的气体种类不同的杂质气体传感器，能够监视对激光的传播产生影响的各个种类的杂质气体。
根据本发明的第四方式，通过使用预先存储的判定阈值，不用准确地检测杂质气体的种类、浓度，就能够判定激光光路内是否混入了杂质气体。由此，杂质气体混入判定部成为廉价且简单的结构。
根据本发明的第五方式，通过通知装置来通知杂质气体向激光光路内的混入，因此激光加工系统的操作者能够迅速地认识到杂质气体向激光光路内的混入。由此，能够将激光加工时的不良状况防患于未然、能够尽早使激光加工停止、或者能够发出警报并停止激光加工系统，因此能够将由于加工不良而造成的损害抑制为最小限度。另外，能够迅速地确定并去除激光加工的不良状况的原因，因此生产率也提高了。
根据本发明的第六方式，在判断出激光光路内混入了杂质气体时，通过曝露功能部使杂质气体吸附剂曝露在激光光路内，因此能够使激光光路内的杂质气体的浓度在短时间内下降。
根据本发明的第七方式，在实施激光加工时将杂质气体传感器、氧传感器的各输出值与该输出值被输出的日期时间存储到存储部。因此，在激光加工发生了不良状况的情况下，激光加工系统的操作者能够利用那样的存储信息来容易地确定不良状况的原因。
根据本发明的第八方式，具有氧传感器和一个以上的杂质气体传感器的装卸自如的传感器单元设置于激光光路。由此，能够将传感器单元安装到不具备杂质气体传感器的另外的激光加工系统，来监视另外的激光加工系统中的激光光路内的杂质气体的混入。

Claims (10)

1.一种激光加工系统，具备：
激光振荡器，其振荡出激光；
激光光路，其将所述激光从所述激光振荡器引导至被加工物；
设置于所述激光光路内的氧传感器和杂质气体传感器，所述氧传感器检测氧，所述杂质气体传感器检测对所述激光的传播产生影响的杂质气体；以及
杂质气体传感器输出值校正部，其基于所述氧传感器的输出值来校正所述杂质气体传感器的输出值。
2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，
具备至少两个探测浓度不同的所述杂质气体传感器。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其特征在于，
具备至少两个所探测的气体种类不同的所述杂质气体传感器。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
还具备杂质气体混入判定部，该杂质气体混入判定部基于由所述杂质气体传感器输出值校正部校正后的所述杂质气体传感器的输出值与预先存储的判定阈值之间的比较，来判定所述激光光路内是否混入了所述杂质气体。
5.根据权利要求4所述的激光加工系统，其特征在于，
还具备通知装置，在由所述杂质气体混入判定部判定为所述激光光路内混入了所述杂质气体的情况下，该通知装置通知混入了所述杂质气体。
6.根据权利要求4或5所述的激光加工系统，其特征在于，还具备：
杂质气体吸附剂，其吸附所述杂质气体；以及
曝露功能部，在由所述杂质气体混入判定部判定为所述激光光路内混入了所述杂质气体的情况下，该曝露功能部将所述杂质气体吸附剂曝露在所述激光光路内。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
还具备存储部，该存储部将所述杂质气体传感器和所述氧传感器各自的输出值与该输出值被输出的日期时间一起存储。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
装卸自如的传感器单元设置于所述激光光路，
所述传感器单元具有所述氧传感器和一个以上的所述杂质气体传感器。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
具备向所述激光光路内供给吹扫气体的吹扫气体供给线，所述吹扫气体是通过高分子过滤器、活性炭过滤器、中空纤维过滤器、或油雾过滤器后向所述激光光路内供给的空气。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
所述氧传感器或所述杂质气体传感器是定电位电解式气体传感器、伽伐尼电池式气体传感器、接触燃烧式气体传感器、气体热传导式气体传感器、氧化锆式气体传感器、极化式气体传感器、或半导体式气体传感器。
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