DE102016006891A1

DE102016006891A1 - Laservorrichtung, bei der ein Laseroszillationsteil, eine Luftkühlmaschine und ein Entfeuchter durch allgemeines Kühlwasser gekühlt werden

Info

Publication number: DE102016006891A1
Application number: DE102016006891.4A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takigawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2016-12-15
Also published as: CN106253050B; JP6166310B2; CN106253050A; JP2017005141A; US20160365701A1; US9667030B2

Abstract

Die Laservorrichtung beinhaltet einen Laseroszillationsteil, der eine wassergekühlte Platte beinhaltet, eine Luftkühlmaschine, die einen Radiator beinhaltet, einen Entfeuchter, der eine wassergekühlte Platte beinhaltet, und eine Kühlwasserspeiseeinrichtung, die ein Kühlwasserrohr beinhaltet, durch das ein Kühlwasser gespeist wird. Die Luftkühlmaschine und der Entfeuchter sind in einem Gehäuse angeordnet. Das Kühlwasserrohr ist verzweigt, so dass die wassergekühlte Platte im Laseroszillationsteil, der Radiator und die wassergekühlte Platte im Entfeuchter parallel geschaltet sind. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung führt ein allgemeines Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zur wassergekühlten Platte im Laseroszillationsteil, zum Radiator und zur wassergekühlten Platte im Entfeuchter zu.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Es ist eine Laservorrichtung bekannt, die mit einem Mechanismus zum Kühlen einer Laserlichtquelle versehen ist, da die Laserlichtquelle Wärme erzeugt. Insbesondere verwendet eine Hochleistungslaservorrichtung Kühlwasser zum Kühlen der Laserlichtquelle. Wenn jedoch Luft mit hohem Feuchtigkeitsgehalt mit dem Abschnitt in Kontakt gelangt, der durch das Kühlwasser gekühlt wird und dessen Temperatur gesenkt wird, haften Wassertropfen aufgrund von Taukondensation daran an. Die Wassertropfen können zu einem Ausfall der Laservorrichtung führen.
Beispielsweise bei einer Laservorrichtung, bei der eine Laserdiode als Lichtquelle verwendet wird, wird eine Antriebsspannung an Mikroelemente angelegt und die Intensität des internen elektrischen Feldes ist dementsprechend groß. Wenn ein Wassertropfen an einer Elektrode usw. der Laserdiode anhaftet, kommt es leicht zu einem Kurzschluss, so dass die Laserdiode kritisch beschädigt werden kann. Des Weiteren wird bei einer Kohlendioxidlaservorrichtung eine hohe Spannung angelegt, um Laserlicht zu oszillieren. Aus diesem Grund kann es bei Kondensation in der Laservorrichtung zu einem Funken kommen und Elektroden oder periphere Teile können beschädigt werden. Nebst dem Vorstehenden werden, wenn ein Wassertropfen an einem Teil der Laservorrichtung anhaftet, die Teile außerdem kontaminiert und korrodiert, was ggf. zu einer signifikanten Verringerung der Zuverlässigkeit führt.
Das japanische Patent Nr. 5651396 offenbart einen Faserlaseroszillator, wobei eine Laserlichtquelle und ein Faserlasermodul mit zu entfeuchtender Trockenluft gespeist werden. Das japanische Patent Nr. 3338974 offenbart eine Laservorrichtung, die einen ersten Kühlwasserkanal, der in einem Laseroszillationsteil bereitgestellt ist, einen zweiten Kühlwasserkanal, der in einem Laserenergieversorgungsteil bereitgestellt ist, einen Wärmetauscher zum Kontrollieren der Temperatur des Kühlwassers und eine Pumpe, die das Kühlwasser zum ersten Kühlwasserkanal und zum zweiten Kühlwasserkanal speist, umfasst.
Die nichtgeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-326410 offenbart eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiterlaser, die eine Wärmesenke in Kontakt mit einem Stapel laminierter Laserdiodenbarren und einen Kühlmittelspeisemechanismus, der Kühlwasser zu einem internen Kühlmittelkanal der Wärmesenke speist, umfasst. Bei dieser Kühlvorrichtung wird unabhängig davon, ob die Temperatur des Stapels ungefähr einen Wert aufweist, bei dem eine Taukondensation erfolgt, beurteilt, die Durchflussrate des Kühlwassers, das zum Kühlkanal gespeist wird, zu kontrollieren.
Kühlvorrichtungen, die ein Peltier-Element umfassen, sind ebenfalls bekannt, wobei es sich nicht um jene handelt, die einen Kompressor umfassen. Beispielsweise offenbart die nichtgeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2015-12063 eine Bildausgabevorrichtung wie z. B. einen Projektor, die ein erstes Peltier-Element, das in einem ersten Bereich angeordnet ist, der eine Lichtquelleneinrichtung beinhaltet, und ein zweites Peltier-Element, das in einer Position angeordnet ist, die von einem zweiten Bereich beabstandet ist, der ein optisches Fenster beinhaltet, das es vor einem Auftreten von Taukondensation zu schützen gilt, umfasst. Bei dieser Bildausgabeeinrichtung wird der erste Bereich vom ersten Peltier-Element gekühlt und wird ein dritter Bereich in der Nähe des zweiten Peltier-Elements vom zweiten Peltier-Element gekühlt.
Im Innenraum der Laservorrichtung erhöht sich die Temperatur aufgrund der Wärme, die von wärmeerzeugenden Komponenten abgestrahlt wird, oder der Wärme, die vom Äußeren in das Innere des Laservorrichtung übertragen wird, entsprechend einer Erhöhung der Umgebungstemperatur oder dergleichen. In der Laservorrichtung können die wärmeerzeugenden Komponenten durch Kühlwasser gekühlt werden. Wie hinlänglich bekannt, ist die Laservorrichtung mit einem Plattenkühler vom Luftkühltyp bereitgestellt, der gekühlte Trockenluft zum Inneren der Vorrichtung speist, um eine Taukondensation während des Kühlens mit dem Kühlmittel zu verhindern. Der Plattenkühler unterdrückt eine Erhöhung der Innentemperatur der Laservorrichtung durch die wärmeerzeugenden Komponenten und senkt den Taupunkt der Innenluft der Laservorrichtung.
Wenn ein Plattenkühler und eine Kühleinrichtung unter Verwendung eines Kühlwassers gemeinsam verwendet werden, erhöht sich bei steigender Umgebungstemperatur die Wärmemenge, die von außen übertragen wird, die Kühlkapazität des Plattenkühlers hingegen nimmt ab. Daher muss der Plattenkühler ausreichend Spielraum bei der Kühlkapazität besitzen, das heißt, es muss ein großer Plattenkühler verwendet werden, wodurch sich die Größe der Laservorrichtung erhöht. Des Weiteren muss ein Kühler vom Luftkühltyp mit einer Luftaufnahmeöffnung versehen sein und Fremdsubstanzen können in das Innere der Laservorrichtung eintreten. Folglich können in Bezug auf die Wartung des Inneren der Laservorrichtung, die Zuverlässigkeit oder das Erscheinungsbild der Laservorrichtung Probleme entstehen.
Je nach Umgebung, in der die Laservorrichtung angeordnet ist, oder je nach Jahreszeit gibt es außerdem Fälle, in denen die Temperatur des Kühlwassers zu niedrig ist. In solchen Fällen besteht das Risiko einer Taukondensation, wenn kaltes Kühlwasser gespeist wird, wenn die Laservorrichtung zu arbeiten beginnt. Um dies zu verhindern, kann die Laserlichtquelle unpraktischerweise nicht betrieben werden, bis die Temperatur des Kühlwassers eine vordefinierte Temperatur erreicht hat. Und zwar ist dies mit dem Nachteil verbunden, dass bis zur Inbetriebnahme der Laservorrichtung Zeit verstreicht.
Kurzdarstellung der Erfindung
Eine Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Laseroszillationsteil, der einen wärmeaufnehmenden Teil beinhaltet, an den von einer Laserlichtquelle erzeugte Wärme übertragen wird, und ein Gehäuse, in dem ein Laseroszillationsteil angeordnet ist. Die Laservorrichtung umfasst eine Luftkühlmaschine mit einem wärmeabsorbierenden Teil, der Innenluftwärme des Gehäuses absorbiert, und einen Entfeuchter mit einem Niedrigtemperaturteil und einem Hochtemperaturteil, dessen Temperatur höher als jene des Niedrigtemperaturteils ist. Die Laservorrichtung umfasst eine Kühlwasserspeiseeinrichtung, die ein Kühlwasserrohr beinhaltet, durch das ein Kühlwasser zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil gespeist wird. Die Luftkühlmaschine und der Entfeuchter sind im Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse weist eine versiegelte Struktur auf, in der der Innenraum im Wesentlichen versiegelt ist. Das Kühlwasserrohr ist verzweigt, so dass der wärmeaufnehmende Teil, der wärmeabsorbierende Teil und der Hochtemperaturteil parallel geschaltet sind. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung speist ein allgemeines Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil.
Bei der oben genannten Erfindung kann die Laserlichtquelle aus einem Laserdiodenteil hergestellt sein, der ein Halbleiterelement enthält und eine lichtemittierende Quelle oder eine Erregungslichtquelle bilden kann.
Bei der oben genannten Erfindung kann die Laservorrichtung des Weiteren einen wärmeerzeugenden Teil umfassen, der Wärme erzeugt, wenn er betrieben wird, bei dem es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt, und der wärmeerzeugende Teil kann im Gehäuse angeordnet sein, und das Kühlwasserrohr kann verzweigt sein, so dass das Kühlwasser zum wärmeerzeugenden Teil gespeist wird, und die Kühlwasserspeiseeinrichtung kann ein allgemeines Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil, zum Hochtemperaturteil und zum wärmeerzeugenden Teil speisen.
Bei der oben genannten Erfindung kann der Entfeuchter ein elektronischer Entfeuchter mit einem Peltier-Element sein.
Bei der oben genannten Erfindung kann das Kühlwasserrohr im Gehäuse verzweigt sein, um Kühlwasser zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil zu speisen, und Abzweigrohre, in denen das vom wärmeaufnehmenden Teil, vom wärmeabsorbierenden Teil bzw. vom Hochtemperaturteil ausgegebene Kühlwasser fließt, können im Gehäuse miteinander verbunden sein.
Bei der oben genannten Erfindung kann die Laservorrichtung des Weiteren eine Steuereinheit zum Steuern der Kühlwasserspeiseeinrichtung umfassen. Die Abzweigrohre der Kühlwasserrohre können ein erstes Abzweigrohr, das mit dem wärmeaufnehmenden Teil verbunden ist, ein zweites Abzweigrohr das mit dem wärmeabsorbierenden Teil verbunden ist, und ein drittes Abzweigrohr, das mit dem Hochtemperaturteil verbunden ist, beinhalten. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung kann ein erstes elektromagnetisches Ventil, das im ersten Abzweigrohr angeordnet ist, ein zweites elektromagnetisches Ventil, das im zweiten Abzweigrohr angeordnet ist, und ein drittes elektromagnetisches Ventil, das im dritten Abzweigrohr angeordnet ist, beinhalten. Wenn die Laservorrichtung gestartet wird, kann die Steuereinheit eine Steuerung zum Öffnen des dritten elektromagnetischen Ventils und Starten des Entfeuchters, eine Steuerung zum gleichzeitigen Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils oder zum Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils nach Öffnen des zweiten elektromagnetischen Ventils, wenn der Entfeuchter betrieben wird, durchführen. Die Steuereinheit kann eine Steuerung zum Speisen von Elektrizität zur Laserlichtquelle nach Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils durchführen. Wenn die Laservorrichtung gestoppt wird, kann die Steuereinheit eine Steuerung zum Stoppen des Speisens von Elektrizität zur Laserlichtquelle eine Steuerung zum gleichzeitigen Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils oder zum Schließen des zweiten elektromagnetischen Ventils nach Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils, wenn das Speisen von Elektrizität zur Laserlichtquelle gestoppt wurde, durchführen. Die Steuereinheit kann eine Steuerung zum Schließen des dritten elektromagnetischen Ventils nach Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils durchführen, um damit den Entfeuchter zu stoppen.
Bei der oben genannten Erfindung kann die Luftkühlmaschine einen Ventilator beinhalten, der die Luft in den wärmeabsorbierenden Teil bläst. Der Niedrigtemperaturteil des Entfeuchters kann auf der nachgeschalteten Seite des wärmeabsorbierenden Teils angeordnet sein, so dass die vom wärmeabsorbierenden Teil gekühlte Luft damit in Kontakt gebracht wird.
Bei der oben genannten Erfindung kann die Laservorrichtung des Weiteren eine Steuereinheit zum Steuern des Entfeuchters umfassen. Der Hochtemperaturteil des Entfeuchters kann mit dem Gehäuse verbunden sein, um Wärme zum Gehäuse zu übertragen. Die Steuereinheit kann eine Steuerung zum Speisen des Kühlwassers zum Hochtemperaturteil und Antreiben des Peltier-Elements mit einer ersten Antriebsspannung, wenn der Laseroszillationsteil angetrieben wird, und eine Steuerung zum Antreiben des Peltier-Elements mit einer zweiten Antriebsspannung, die niedriger als die erste Antriebsspannung ist, ohne Kühlwasser zum Hochtemperaturteil zu speisen, wenn der Laseroszillationsteil gestoppt ist, durchführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht einer ersten Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Schnittansicht einer Vergleichslaservorrichtung.
3 ist ein Ablaufplan einer Steuerung zum Starten des Betriebs der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform.
4 ist ein Ablaufplan einer Steuerung zum Stoppen des Betriebs der Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform.
5 ist eine schematische Schnittansicht einer zweiten Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform.
6 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Laservorrichtung gemäß der Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird die Laservorrichtung gemäß den Ausführungsformen der Erfindung nachstehend erörtert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Die erste Laservorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform ist eine Halbleiterlaservorrichtung. Die Laservorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 weist eine versiegelte Struktur auf, in der der Innenraum im Wesentlichen versiegelt ist.
Die Laservorrichtung 1 ist mit einem Laseroszillationsteil 10 versehen, der Laserlicht oszilliert. Der Laseroszillationsteil beinhaltet einen Laserdiodenteil 11 und eine wassergekühlte Platte 12, an der der Laserdiodenteil 11 befestigt ist. Der Laserdiodenteil 11 bildet eine Laserlichtquelle, die ein Halbleiterelement beinhaltet. Beispielsweise wird Laserlicht, das vom Laserdiodenteil 11 emittiert wird, auf das andere Element abgestrahlt, um das andere Element zu verarbeiten. Man bemerke, dass der Laserdiodenteil 11 als Erregungslichtquelle verwendet werden kann, die Licht zur Erregung emittiert.
Die wassergekühlte Platte 12 bildet einen Wärmetauscher zum Kühlen des Laserdiodenteils 11. Bei dieser Ausführungsform ist die wassergekühlte Platte 12 auf ihrer Außenfläche mit einer Mehrzahl von Laserdiodenteilen 11 bereitgestellt. Die wassergekühlte Platte 12 agiert als wärmeaufnehmender Teil, an den in den Laserdiodenteilen 11 erzeugte Wärme übertragen wird. Die wassergekühlte Platte 12 ist darin mit einem Rohr versehen, in dem Kühlwasser fließt.
Die Laservorrichtung 1 umfasst eine Luftkühlmaschine 15, die die Innenluft des Gehäuses 5 kühlt. Die Luftkühlmaschine 15 bildet eine wärmeabsorbierende Einheit. Die Luftkühlmaschine 15 beinhaltet einen Radiator 16, der als wärmeabsorbierender Teil dient, der Innenluftwärme des Gehäuses 5 absorbiert. Der Radiator 16 besteht aus einer Mehrzahl von Lamellen und einem Rohr, das mit den Lamellen verbunden ist und in dem das Kühlwasser fließt. Der Radiator 16 bildet einen Wärmetauscher, der durch das Kühlwasser gekühlt wird.
Die Luftkühlmaschine 15 beinhaltet Wärmeabsorptionsventilatoren 17, die in der Nähe des Radiators 16 angeordnet sind. Die Wärmeabsorptionsventilatoren 17 sind Ventilatoren, die bewirken, dass die Luft durch den Radiator 16 strömt. Wenn die Wärmeabsorptionsventilatoren 17 betrieben werden, wird ein Luftstrom erzeugt, wie durch die Pfeile 83 angezeigt. Folglich fließt Luft in den Radiator 16, um die Innenluft des Gehäuses 5 zu kühlen.
Die Laservorrichtung 1 ist mit einem Entfeuchter 21 versehen, der die Innenluft des Gehäuses 5 entfeuchtet. Der Entfeuchter 21 der ersten Laservorrichtung 1 ist ein elektronischer Kühler. Der elektronische Kühler gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet ein Peltier-Element 22. Das Peltier-Element 22 beinhaltet eine Niedrigtemperaturplatte 23, deren Temperatur abnimmt, wenn Elektrizität zu dieser gespeist wird, und eine Hochtemperaturplatte 24, deren Temperatur höher als jene der Niedrigtemperaturplatte 23 wird. Ein thermoelektrischer Halbleiter ist zwischen der Niedrigtemperaturplatte 23 und der Hochtemperaturplatte 24 angeordnet.
Kondensationslamellen 25, die als Niedrigtemperaturteil agieren, sind mit der Niedrigtemperaturplatte 23 verbunden. Eine wassergekühlte Platte 27, die als Hochtemperaturteil agiert, dessen Temperatur höher als jene des Niedrigtemperaturteils ist, ist mit der Hochtemperaturplatte 24 verbunden. Ein Rohr, in dem das Kühlwasser fließt, erstreckt sich durch die wassergekühlte Platte 27. Die wassergekühlte Platte 27 bildet einen Wärmetauscher, der durch das Kühlwasser gekühlt wird.
Der Entfeuchter 21 beinhaltet einen Kondensationsventilator 26, mit dem die Luft durch die Kondensationslamellen 25 strömt. Wenn der Kondensationsventilator 26 betrieben wird, wird ein Luftstrom erzeugt, wie durch die Pfeile 84 angezeigt. Wenn das Peltier-Element 22 betrieben wird, wird die Temperatur der Kondensationslamellen 25 gesenkt. Die Luft wird auf den Oberflächen der Kondensationslamellen 25 kondensiert, so dass die Luft im Gehäuse 5 entfeuchtet werden kann. Wenn der Kondensationsventilator 26 angetrieben wird, zirkuliert die Luft im Gehäuse 5. Folglich kann die Luft im Gehäuse 5 als Ganzes gleichmäßig entfeuchtet werden. Man bemerke, dass Wassertropfen, die an den Kondensationslamellen 25 kleben, herunterfallen und in einer Ablaufwanne gesammelt werden. Die in der Ablaufwanne gesammelten Wassertropfen werden an das Äußere der Laservorrichtung 1 abgelassen.
Die Laservorrichtung 1 umfasst eine elektrische Energieversorgungsquelle 55, die Elektrizität zu den Laserdiodenteilen 11 des Laseroszillationsteils 10 speist. Bei dieser Ausführungsform werden die Wärmeabsorptionsventilatoren 17, der Kondensationsventilator 26 und das Peltier-Element 22 von einer weiteren elektrischen Energieversorgungsquelle mit Elektrizität bespeist.
Bei dieser Ausführungsform sind der Laseroszillationsteil 10, die Luftkühlmaschine 15 und der Entfeuchter 21 im Gehäuse 5 angeordnet. Und zwar sind sie im versiegelten Raum angeordnet. Des Weiteren ist die Energieversorgungsquelle 55 im Gehäuse 5 angeordnet.
Die Laservorrichtung 1 umfasst eine Kühlwasserspeiseeinrichtung 8, die das Kühlwasser speist. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 speist das Kühlwasser zum Laseroszillationsteil 10, zur Luftkühlmaschine 15 und zum Entfeuchter 21. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 beinhaltet einen Temperaturregler 7, der die Temperatur des Kühlwassers regelt. Beispielsweise stellt der Temperaturregler 7 die Temperatur des Kühlwassers so ein, dass die Temperatur des Kühlwassers einem vordefinierten Wert entspricht.
Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 beinhaltet ein Kühlwasserrohr 36 zum Speisen des Kühlwassers zur wassergekühlten Platte 12 des Laseroszillationsteils 10, zum Radiator 16 der Luftkühlmaschine 15 und zur wassergekühlten Platte 27 des Entfeuchters 21. Das Kühlwasserrohr 36 beinhaltet ein Aufnahmerohr 30, durch das das Kühlwasser vom Temperaturregler 7 gespeist werden kann, wie vom Pfeil 81 angezeigt.
Das Kühlwasserrohr 36 beinhaltet Abzweigrohre, die vom Aufnahmerohr 30 abgezweigt sind. Bei dieser Ausführungsform ist das Kühlwasserrohr 36 verzweigt, so dass die wassergekühlte Platte 12, der Radiator 16 und die wassergekühlte Platte 27 parallel geschaltet sind. Das Kühlwasserrohr 36 beinhaltet ein erstes Abzweigrohr 31, das mit der wassergekühlten Platte 12 des Laseroszillationsteils 10 verbunden ist, ein zweites Abzweigrohr 32, das mit dem Radiator 16 verbunden ist, und ein drittes Abzweigrohr 33, das mit der wassergekühlten Platte 27 des Entfeuchters 21 verbunden ist. Des Weiteren beinhaltet das Kühlwasserrohr 36 ein viertes Abzweigrohr 34, das mit der elektrischen Energieversorgungsquelle 55 verbunden ist.
Das erste Abzweigrohr 31 erstreckt sich durch das Innere der wassergekühlten Platte 12. Das zweite Abzweigrohr 32 ist mit den Lamellen des Radiators 16 verbunden. Das dritte Abzweigrohr 33 erstreckt sich durch das Innere der wassergekühlten Platte 27. Das vierte Abzweigrohr 34 erstreckt sich durch das Innere der elektrischen Energieversorgungsquelle 55. Die wassergekühlte Platte 12, der Radiator 16, die wassergekühlte Platte 27 und die Energieversorgungsquelle 55 können durch das Kühlwasser gekühlt werden, das in den jeweiligen Abzweigrohren fließt.
Die Mehrzahl von Abzweigrohren 31 bis 34 fließt zusammen, nachdem sie die jeweiligen Teile gekühlt haben. Das erste Abzweigrohr 31, das zweite Abzweigrohr 32, das dritte Abzweigrohr 33 und das vierte Abzweigrohr 34 sind mit einem Auslassrohr 35 verbunden. Wie von Pfeil 82 gezeigt, wird das Kühlwasser aus dem Auslassrohr 35 abgelassen. Das Kühlwasser wird vom Temperaturregler 7 temperaturgeregelt und danach zum Aufnahmerohr 30 gespeist.
Ein erstes elektromagnetisches Ventil 41 ist im ersten Abzweigrohr 31 auf der vorgeschalteten Seite der wassergekühlten Platte 12 angeordnet. Ein zweites elektromagnetisches Ventil 42 ist im zweiten Abzweigrohr 32 auf der vorgeschalteten Seite des Radiators 16 angeordnet. Ein drittes elektromagnetisches Ventil 43 ist im dritten Abzweigrohr 33 auf der vorgeschalteten Seite der wassergekühlten Platte 27 angeordnet. Ein viertes elektromagnetisches Ventil 44 ist im vierten Abzweigrohr 34 auf der vorgeschalteten Seite der Energieversorgungsquelle 55 angeordnet. Wie oben erwähnt, sind die elektromagnetischen Ventile 41 bis 44 in den jeweiligen Abzweigrohren angeordnet, um die jeweiligen Kühlwasserkanäle zu öffnen oder zu schließen. Wenn die elektromagnetischen Ventile 41 bis 44 geöffnet sind, kann das Kühlwasser zu den jeweiligen Teilen gespeist werden.
Ein fünftes elektromagnetisches Ventil 46 ist im Strömungskanal des ersten Abzweigrohrs 31 angeordnet, wo das Kühlwasser aus der wassergekühlten Platte 12 zurückgebracht wird. Ein sechstes elektromagnetisches Ventil 47 ist im Strömungskanal des zweiten Abzweigrohrs 32 angeordnet, wo das Kühlwasser aus dem Radiator 16 zurückgebracht wird. Ein siebtes elektromagnetisches Ventil 48 ist im Strömungskanal des dritten Abzweigrohrs 33 angeordnet, wo das Kühlwasser aus der wassergekühlten Platte 27 zurückgebracht wird. Ein achtes elektromagnetisches Ventil 49 ist im Strömungskanal des vierten Abzweigrohrs 34 angeordnet, wo das Kühlwasser aus der Energieversorgungsquelle 55 zurückgebracht wird. Wie oben erwähnt, sind die elektromagnetischen Ventile 46 bis 49 in den jeweiligen Strömungskanälen angeordnet, wo das Kühlwasser aus den jeweiligen Teilen zurückgebracht wird. Die elektromagnetischen Ventile 46 bis 49 gemäß dieser Ausführungsform werden mit den elektromagnetischen Ventilen 41 bis 44 synchronisiert geöffnet und geschlossen, die in den jeweiligen Abzweigrohren 31 bis 34 angeordnet sind. Unter Verwendung dieser Konfiguration ist es möglich, den Fluss des Kühlwassers in den Abzweigrohren zuverlässig zu steuern. Man bemerke, dass die elektromagnetischen Ventile 46 bis 49 damit ausgegeben werden können.
Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 gemäß dieser Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie das allgemeine Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 12 als wärmeaufnehmenden Teil, zum Radiator 16 als wärmeabsorbierenden Teil und zur wassergekühlten Platte 27 als Hochtemperaturteil speist. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 ist so konfiguriert, dass sie das Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zu den jeweiligen Teilen speist.
Die Laservorrichtung 1 umfasst eine Steuereinheit 61. Die Steuereinheit 61 gemäß dieser Ausführungsform ist aus einer arithmetischen Betriebseinheit gebildet, die eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und einen RAM (Direktzugriffsspeicher) usw. beinhaltet. Die Steuereinheit 61 steuert den Laseroszillationsteil 10, die Luftkühlmaschine 15 und den Entfeuchter 21. Die Steuereinheit 61 steuert die Energieversorgungsquelle 55 und die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8. Insbesondere ist die Steuereinheit 61 so konfiguriert, dass sie den Temperaturregler 7, die elektromagnetischen Ventile 41 bis 44, die in den jeweiligen Abzweigkanälen angeordnet sind, durch die das Kühlwasser gespeist wird, und die elektromagnetischen Ventile 46 bis 49 steuert, die in den jeweiligen Abzweigkanälen angeordnet sind, durch die das Kühlwasser zurückgebracht wird.
Ein Feuchtigkeitssensor 62 ist im Gehäuse 5 bereitgestellt, um die Feuchtigkeit der Luft im Gehäuse 5 zu erfassen. Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Feuchtigkeitssensor 62 in der Nähe des Laseroszillationsteils 10. Das Signal der Feuchtigkeit, die vom Feuchtigkeitssensor 62 erfasst wird, wird an die Steuereinheit 61 gesendet.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Vergleichslaservorrichtung. Die Vergleichslaservorrichtung kühlt die Luft im Gehäuse 5 durch einen Plattenkühler 66. Der Laseroszillationsteil 10 und die Energieversorgungsquelle 55, die Elektrizität zum Laseroszillationsteil 10 speist, sind im Gehäuse 5 angeordnet. Wenn der Laseroszillationsteil 10 und die Energieversorgungsquelle 55 angetrieben werden, wird Wärme erzeugt. Der Laseroszillationsteil 10 und die Energieversorgungsquelle 55 werden durch das Kühlwasser gekühlt, das im ersten Abzweigrohr 31 bzw. im vierten Abzweigrohr 34 fließt. Die Temperatur der Luft im Gehäuse 5 erhöht sich jedoch. Der Plattenkühler 66 kühlt und entfeuchtet die Luft im Gehäuse 5.
Der Plattenkühler 66 ist auf dem Äußeren des Gehäuses 5 angeordnet. Der Plattenkühler 66 saugt die Innenluft des Gehäuses 5 ein, wie von Pfeil 86 angezeigt. Der Plattenkühler 66 speist gekühlte und entfeuchtete Luft in das Gehäuse 5, wie von Pfeil 85 angezeigt. Außenluft wird zum Plattenkühler 66 gespeist, wie von Pfeil 88 angezeigt. Der Plattenkühler 66 lässt die Luft, die zum Kühlen verwendet wurde, ab, wie von Pfeil 87 angezeigt.
Bei der Vergleichslaservorrichtung werden Komponenten, die im Gehäuse 5 angeordnet sind und die Wärme erzeugen, durch das Kühlwasser gekühlt. Die Innenluft des Gehäuses 5 wird vom Plattenkühler 66 gekühlt und getrocknet. Die Kühlkapazität des Plattenkühlers 66 nimmt ab, wenn die Umgebungstemperatur steigt, da sich die Menge der von außen übertragener Wärme erhöht. Daher ist es bei der Vergleichslaservorrichtung erforderlich, einen großen Plattenkühler 66 mit ausreichendem Spielraum in Bezug auf die Kühlkapazität bereitzustellen. Folglich ist die Laservorrichtung groß.
Unter Bezugnahme auf 1 wird die Innenluft des Gehäuses 5 bei der Laservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Luftkühlmaschine 15 gekühlt. Des Weiteren wird die Innenluft des Gehäuses 5 durch den Entfeuchter 21 entfeuchtet. Bei der Laservorrichtung 1 dieser Ausführungsform ist außer dem Entfeuchter 21 mit der Mindestentfeuchtungsleistung kein anderer Kühlmechanismus erforderlich und demgemäß kann eine äußerst effiziente Kühlstruktur umgesetzt werden. Die Entfeuchtung der Luft im Gehäuse 5 kann durch einen Entfeuchter durchgeführt werden, dessen Kühlkapazität gering ist. Bei der Laservorrichtung 1 kann, da die Kühlung aller Elemente durch die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 vom Zirkulationstyp durchgeführt wird, die Laservorrichtung im Vergleich zur Vorrichtung mit einem Plattenkühler, dessen Kühlkapazität hoch ist, stark verkleinert werden. Des Weiteren kann die Laservorrichtung kostengünstig hergestellt werden.
Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 gemäß dieser Ausführungsform speist das Kühlwasser mit im Wesentlichen identischer Temperatur zur wassergekühlten Platte 12 (wärmeaufnehmender Teil) des Laseroszillationsteils 10, der Wärme von der Laserlichtquelle aufnimmt, zum Radiator 16 (wärmeabsorbierender Teil) der Luftkühlmaschine 15, der die Temperatur der Innenluft des Gehäuses 5 senkt, und zur wassergekühlten Platte 27 (Hochtemperaturteil) des Entfeuchters 21. Aus diesem Grund ist die Temperatur der Kondensationslamellen 25 geringer als die Temperatur der wassergekühlten Platten 12 und 27 und des Radiators 16. Beispielsweise ist die Temperatur der Kondensationslamellen 25 um mehr als mehrere Grad (°C) geringer als die Temperatur der wassergekühlten Platten 12 und 27 und des Radiators 16. Außerdem tritt die Taukondensation selektiv auf den Kondensationslamellen 25 auf, um damit die Luft zu entfeuchten. Es ist möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf den wassergekühlten Platten 12 und 27 und dem Radiator 16 zu unterdrücken.
Insbesondere wenn die Laservorrichtung 1 zu arbeiten beginnt, ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf Abschnitten, bei denen es sich nicht um die Kondensationslamellen 25 handelt, sogar bei geringer Temperatur des Kühlwassers zu unterdrücken. Es ist möglich, den Betrieb der Laservorrichtung innerhalb eines kurzen Zeitraums zu starten, und zwar im Wesentlichen ohne durch die Umgebungstemperatur der Laservorrichtung 1 beeinflusst zu werden.
Mit steigender Umgebungstemperatur erhöht sich die Temperatur der Innenluft des Gehäuses 5. Bei der Vergleichslaservorrichtung wird, wenn die Umgebungstemperatur steigt, die Kühlkapazität verringert, da der Plattenkühler 66 vom Luftkühltyp verwendet wird. Im Gegensatz dazu ist die Menge an Wärme, die vom Radiator 16 der Luftkühlmaschine 15 absorbiert wird, gemäß der Ausführungsform der Erfindung zum Temperaturunterschied zwischen der Luft, die damit in Kontakt gelangt, und dem Kühlwasser im Wesentlichen proportional. Das Kühlwasser, dessen Temperatur im Wesentlichen konstant ist, wird zum Radiator 16 gespeist. Die Kühlkapazität (Menge an zu absorbierender Wärme) der Luftkühlmaschine 15 erhöht sich mit steigender Temperatur der Luft, die mit dem Radiator 16 in Kontakt gelangt. Und zwar erhöht sich die Kühlkapazität der Luftkühlmaschine 15 mit steigender Umgebungstemperatur. Daher wird eine Erhöhung der Temperatur der Innenluft des Gehäuses 5, die durch eine Erhöhung der Umgebungstemperatur bewirkt wird, wirksam unterdrückt. Außerdem kommt es, da die wassergekühlte Platte 27 durch das Kühlwasser gekühlt wird, dessen Temperatur beinahe konstant ist, zu im Wesentlichen keiner Erhöhung der Temperatur der Kondensationslamellen 25 des Entfeuchters 21, wodurch die Luft wirksam entfeuchtet werden kann.
Die Laserquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus Laserdiodenteilen 11 zusammengesetzt, die Halbleiterelemente beinhalten. Wenn es auf den Laserdiodenteilen 11 und dichten Verdrahtungsabschnitten um die Laserdiodenteile 11 herum usw. zu einer Taukondensation kommt, kann dies zu schweren Schäden führen, wie z. B. Ausbrennen durch einen Kurzschluss. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise auf eine Halbleiterlaservorrichtung angewandt werden, die Laserdiodenteile 11 usw. beinhaltet. Bei der Laservorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform ist es, da eine Taukondensation selektiv auf den Kondensationslamellen 25 und nicht auf der wassergekühlten Platte 12 erfolgt, die die Wärme der Laserdiodenteile 11 aufnimmt, möglich, wirksam zu unterdrücken, dass die Laserdiodenteile 11 kaputtgehen.
Außerdem ist die Energieversorgungsquelle 55 gemäß dieser Ausführungsform im Gehäuse 5 angeordnet. Die Energieversorgungsquelle 55 entspricht einem wärmeerzeugenden Teil, der Wärme erzeugt, wenn er betrieben wird, bei dem es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt. Das Kühlwasserrohr 36 ist verzweigt, so dass das Kühlwasser zur Energieversorgungsquelle 55 gespeist wird. Die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8 speist das allgemeine Kühlwasser zu den wassergekühlten Platten 12, 27, zum Radiator 16 und zur Energieversorgungsquelle 55. Durch direktes Kühlen der wärmeerzeugenden Teile, bei denen es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt, durch das Kühlwasser kann eine wirksamere Kühlung als bei Kühlung unter Verwendung der Luft im Gehäuse 5 erzielt werden. Es ist möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf den wärmeerzeugenden Teilen, bei denen es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt, zu unterdrücken.
Die wärmeerzeugenden Teile, bei denen es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt, sind nicht auf die Energieversorgungsquelle beschränkt und können ein beliebiges Element sein, das im Gehäuse Wärme erzeugt. Beispielsweise entspricht ein elektrischer Schaltkreis oder ein Transformator, der Wärme erzeugt, dem wärmeerzeugenden Teil. Bei der Laservorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform wird die gesamte Menge der Wärme, die im Gehäuse 5 erzeugt wird, unter Verwendung des Kühlwassers neben natürlicher Konvektion und Strahlung übertragen. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, dass das Gehäuse 5 eine Luftaufnahmeöffnung oder eine Luftablassöffnung aufweist. Da keine Luftaufnahmeöffnung und keine Ablassöffnung im Gehäuse 5 vorhanden sind, ist es möglich, das Eintreten von Staub oder Schmutz in die Laservorrichtung 1 zu unterdrücken, der zu einem Ausfall der Laservorrichtung führt. Des Weiteren ist es nicht erforderlich, einen in der Luftaufnahmeöffnung angeordneten Filter zu ersetzen. Folglich kann nicht nur die Zuverlässigkeit der Laservorrichtung 1 verbessert, sondern auch die Wartung erleichtert werden. Außerdem wird das Erscheinungsbild der Laservorrichtung 1 verbessert.
Der Entfeuchter 21 der vorliegenden Ausführungsform ist ein elektronischer Kühler mit einem Peltier-Element 22. Die Kühlkapazität des elektronischen Kühlers ist nicht so hoch, aber bei der Laservorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird er nicht zum Kühlen, sondern zum Entfeuchten der Luft verwendet. Aus diesem Grund ist die Kühlkapazität des elektronischen Kühlers groß genug zum Entfeuchten der Luft. Des Weiteren hat der elektronische Kühler den Vorteil, dass der Energieverbrauch gering ist, es seltener zu Ausfällen kommt und die Größe klein ist.
Das Kühlwasserrohr 36 der vorliegenden Ausführungsform ist im Gehäuse 5 verzweigt, um das Kühlwasser zu den wassergekühlten Platten 12, 27 und dem Radiator 16 zu speisen. Die Abzweigrohre, in denen das aus den wassergekühlten Platten 12, 27 und dem Radiator 16 abgelassene Wasser fließt, werden im Gehäuse 5 miteinander verbunden. Unter Verwendung dieser Konfiguration ist es möglich, den Abschnitt zu lokalisieren, in dem das Kühlwasserrohr in der Nähe des Wärmetausches verzweigt ist. Folglich ist es möglich, Temperaturunterschiede des Kühlwassers, das zu den wassergekühlten Platten 12, 27 und dem Radiator 16 gespeist wird, zu unterdrücken. Außerdem wird, wenn die Laservorrichtung 1 an einer gewünschten Stelle installiert wird, die Anzahl von Verbindungen der Kühlwasserrohre verringert, wodurch das Installieren der Laservorrichtung 1 erleichtert wird.
Die Luftkühlmaschine 15 beinhaltet die Wärmeabsorptionsventilatoren 17, durch die die Luft in den Radiator 16 geblasen wird. Die Kondensationslamellen 25 sind dem Radiator 16 nachgeschaltet angeordnet, so dass die vom Radiator 16 gekühlte Luft damit in Kontakt gebracht wird. Und zwar wenn die Wärmeabsorptionsventilatoren 17 betrieben werden, wird der Luftstrom erzeugt, wie durch die Pfeile 83 angezeigt. Die Kondensationslamellen 25 sind auf der nachgeschalteten Seite des Radiators 16 in Richtung des Luftstroms angeordnet. Die Luft, die den Radiator 16 passiert hat, hat eine verringerte Temperatur und eine erhöhte Feuchtigkeit. Da die feuchte Luft mit den Kondensationslamellen 25 des Entfeuchters 21 in Kontakt gebracht werden kann, kann die Taukondensation gefördert werden. Folglich kann das Innere des Gehäuses 5 wirksam entfeuchtet werden.
Das Gehäuse 5 der vorliegenden Ausführungsform ist so gebildet, dass sein Innenraum im Wesentlichen versiegelt ist. Es wird bevorzugt, dass das Gehäuse 5 vollständig versiegelt ist. Es ist jedoch ausreichend, das Gehäuse 5 ausreichend zu versiegeln, so dass es durch den Entfeuchter 21 entfeuchtet werden kann und die Luft durch die Luftkühlmaschine 15 gekühlt werden kann. Und zwar solange das Gehäuse 5 durch den Entfeuchter 21 entfeuchtet werden kann, kann das Gehäuse 5 zulassen, dass eine geringfügige Menge an Luft in dieses eintritt oder aus diesem austritt.
3 zeigt einen Ablaufplan des Steuerbetriebs, wenn die Laservorrichtung betrieben wird. Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 gibt, wenn die Laservorrichtung 1 gestartet wird, der Benutzer einen Befehl zum Starten des Betriebs in eine Steuereinheit 61 ein. Die Steuereinheit 61 treibt den Temperaturregler 7 an, so dass die Temperatur des Kühlwassers gesteuert wird. Der Temperaturregler 7 wird so gesteuert, dass die Temperatur des Kühlwassers, das wie durch Pfeil 81 angezeigt gespeist wird, auf einem vordefinierten Wert gehalten wird.
In Schritt 101 öffnet die Steuereinheit 61 das dritte elektromagnetische Ventil 43 und das siebte elektromagnetische Ventil 48. Das Kühlwasser wird zur wassergekühlten Platte 27 des Entfeuchters 21 gespeist. Man bemerke, dass die elektromagnetischen Ventile 46 bis 49, die auf der Seite angeordnet sind, auf der das Kühlwasser abgelassen wird, kontinuierlich geöffnet sein können.
In Schritt 102 bewirkt die Steuereinheit 61, dass das Peltier-Element 22 zum Betrieb mit Elektrizität bespeist wird. Die Temperaturen der Niedrigtemperaturplatte 23 des Peltier-Elements 22 und der Kondensationslamellen 25 nehmen ab. Die Temperatur der Hochtemperaturplatte 24 erhöht sich, die Hochtemperaturplatte 24 kann jedoch durch die wassergekühlte Platte 27 gekühlt werden. Des Weiteren treibt die Steuereinheit 61 den Kondensationsventilator 26 an. Die Steuereinheit 61 treibt den Entfeuchter 21 an. Die Innenluft des Gehäuses 5 kann durch Betätigung des Entfeuchters 21 entfeuchtet werden. Die Feuchtigkeit des Inneren des Gehäuses 5 kann verringert werden.
In Schritt 103 beurteilt die Steuereinheit 61 sodann, ob die innere Feuchtigkeit des Gehäuses 5 ausreichend gering ist. Die Steuereinheit 61 beurteilt, ob die Feuchtigkeit der Innenluft des Gehäuses 5 unter einem vordefinierten Feuchtigkeitskriterienwert liegt. Die Feuchtigkeit der Innenluft des Gehäuses 5 kann vom Feuchtigkeitssensor 62 erfasst werden. Der Feuchtigkeitskriterienwert kann z. B. eine geringe Feuchtigkeit sein, bei der es nicht einmal dann zur einer Taukondensation kommt, wenn das Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 12 und zum Radiator 16 gespeist wird. In Schritt 103 wird, wenn die Feuchtigkeit der Innenluft des Gehäuses 5 über dem Feuchtigkeitskriterienwert liegt, die oben genannte Steuerung wiederholt. Wenn die Feuchtigkeit der Innenluft des Gehäuses 5 nicht höher als der Feuchtigkeitskriterienwert ist, geht die Steuerung zu Schritt 104 über.
In Schritt 104 öffnet die Steuereinheit 61 das zweite elektromagnetische Ventil 42 und das sechste elektromagnetische Ventil 47. Außerdem treibt die Steuereinheit 61 die Wärmeabsorptionsventilatoren 17 an. Somit treibt die Steuereinheit 61 die Luftkühlmaschine 15 an, wodurch der Kühlbetrieb der Innenluft des Gehäuses 5 gestartet werden kann.
In Schritt 105 öffnet die Steuereinheit 61 sodann das erste elektromagnetische Ventil 41 und das fünfte elektromagnetische Ventil 46. Bei dieser Steuerung kann das Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 12 gespeist werden.
In Schritt 106 öffnet die Steuereinheit 61 das vierte elektromagnetische Ventil 44 und das achte elektromagnetische Ventil 49, um die Energieversorgungsquelle 55 zu betätigen. Die Steuereinheit 61 beginnt mit dem Speisen von Elektrizität zu den Laserdiodenteilen 11. Und zwar beginnt der Laseroszillationsteil 10 die Oszillation des Laserlichts.
Man bemerke, dass bei der vorliegenden Ausführungsform das erste elektromagnetische Ventil 41 nach Öffnen des zweiten elektromagnetischen Ventils 42 geöffnet wird, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das zweite elektromagnetische Ventil 42 und das erste elektromagnetische Ventil 41 können gleichzeitig geöffnet werden. Beispielsweise können die Luftkühlmaschine 15 und der Laseroszillationsteil 10 gleichzeitig gestartet werden.
Bei der Steuerung zu Beginn des Betriebs der Laservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst der Entfeuchter 21 gestartet und wenn die Feuchtigkeit verringert ist, wird das Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 12 des Laseroszillationsteils 10 und dem Radiator 16 der Luftkühlmaschine 15 gespeist. Demgemäß ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf Abschnitten, bei denen es sich nicht um die Kondensationslamellen 25 des Entfeuchters 21 handelt, wirksam zu unterdrücken. Insbesondere ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf dem Laseroszillationsteil 10 wirksam zu unterdrücken. Die Laserdiodenteile 11 können bei geringer Feuchtigkeit mit Elektrizität bespeist werden, um einen Ausfall des Laseroszillationsteils 10 zu unterdrücken.
Man bemerke, dass bei der oben genannten Steuerung das zweite elektromagnetische Ventil 42 geöffnet wird, wenn die innere Feuchtigkeit des Gehäuses 5 geringer als der Feuchtigkeitskriterienwert ist, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das zweite elektromagnetische Ventil 42 kann geöffnet werden, nachdem ein vordefinierter Zeitraum seit Beginn des Betriebs des Peltier-Elements 22 in Schritt 102 verstrichen ist.
4 zeigt einen Ablaufplan der Steuerung, wenn die Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gestoppt wird. Wenn die Laservorrichtung 1 das Laserlicht emittiert, werden die elektromagnetischen Ventile 41 bis 44 und 46 bis 49 geöffnet und werden die Laserdiodenteile 11 mit Elektrizität bespeist.
In Schritt 111 stoppt die Steuereinheit 61 das Speisen von Elektrizität zu den Laserdiodenteilen 11. Der Laseroszillationsteil 10 stoppt die Oszillation des Laserlichts.
In Schritt 112 schließt die Steuereinheit 61 sodann das erste elektromagnetische Ventil 41 und das fünfte elektromagnetische Ventil 46. Und zwar wird das Speisen des Kühlwassers zur wassergekühlten Platte 12 des Laseroszillationsteils 10 gestoppt. Des Weiteren stoppt die Steuereinheit 61 die Energieversorgungsquelle 55 und schließt das vierte elektromagnetische Ventil 44 und das achte elektromagnetische Ventil 49.
In Schritt 113 schließt die Steuereinheit 61 das zweite elektromagnetische Ventil 42 und das sechste elektromagnetische Ventil 47, nachdem ein vordefinierter Zeitraum seit dem Stoppen des Speisens von Elektrizität verstrichen ist. Und zwar stoppt die Steuereinheit 61 das Speisen des Kühlwassers zur Luftkühlmaschine 15. Des Weiteren stoppt die Steuereinheit 61 die Wärmeabsorptionsventilatoren 17. Man bemerke, dass die Vorgänge in Schritt 112 und Schritt 113 gleichzeitig durchgeführt werden können. Beispielsweise können die Luftkühlmaschine 15 und der Laseroszillationsteil 10 gleichzeitig gestoppt werden.
In Schritt 114 schließt die Steuereinheit 61 sodann das zweite elektromagnetische Ventil 42 und stoppt, nachdem ein vordefinierter Zeitraum verstrichen ist, das Peltier-Element 22 des Entfeuchters 21. Und zwar wird das Speisen von Elektrizität zum Peltier-Element 22 gestoppt. Des Weiteren stoppt die Steuereinheit 61 den Betrieb des Kondensationsventilators 26.
In Schritt 115 schließt die Steuereinheit 61 sodann das dritte elektromagnetische Ventil 43 und das siebte elektromagnetische Ventil 48, wenn ein vordefinierter Zeitraum seit dem Stoppen des Betriebs des Peltier-Elements 22 verstrichen ist. Somit stoppt die Steuereinheit 61 das Speisen des Kühlwassers zur wassergekühlten Platte 27 des Entfeuchters 21. Die Steuereinheit 61 stoppt die Kühlwasserspeiseeinrichtung 8.
Bei der Steuerung der Laservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei Beendigung des Vorgangs der Entfeuchter 21 gestoppt, nachdem der Laseroszillationsteil 10 und die Luftkühlmaschine 15 gestoppt wurden. Aus diesem Grund ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf Abschnitten, bei denen es sich nicht um die Kondensationslamellen 25 des Entfeuchters 21 handelt, wirksam zu unterdrücken. Insbesondere ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation auf dem Laseroszillationsteil 10 wirksam zu unterdrücken. Es ist möglich, eine geringe Feuchtigkeit aufrechtzuerhalten, bis das Speisen von Elektrizität zu den Laserdiodenteilen 11 gestoppt wird, um somit einen Ausfall des Laseroszillationsteils 10 zu verringern.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 können die elektromagnetischen Ventile 44 und 49, durch die das Kühlwasser zu der Energieversorgungsquelle 55 gespeist wird, zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Anfangsstufe des Vorgangs geöffnet werden, nachdem die Luft im Gehäuse 5 geringer als ein Feuchtigkeitskriterienwert ist. Des Weiteren können die elektromagnetischen Ventile 44 und 49 in der Stoppstufe zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Stoppen des Entfeuchters 21 geschlossen werden. Beispielsweise können die elektromagnetischen Ventile 44 und 49 zum gleichen Zeitpunkt wie das erste elektromagnetische Ventil 41 geöffnet oder geschlossen werden. Wenn das Kühlwasser zu den wärmeerzeugenden Teilen gespeist wird, bei denen es sich nicht um die Energieversorgungsquelle 55 handelt, kann die gleiche Steuerung wie oben erwähnt unter Anordnung elektromagnetischer Ventil in den Abzweigrohren durchgeführt werden.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht des Hauptkörpers der zweiten Laservorrichtung der Erfindung. Die zweite Laservorrichtung 2 ist mit einer Steuereinheit und einem Temperaturregler ähnlich der ersten Laservorrichtung 1 bereitgestellt. Die zweite Laservorrichtung 2 unterscheidet sich in der Anordnung des Entfeuchters 21 von der ersten Laservorrichtung 1. Im Entfeuchter 21 der zweiten Laservorrichtung 2 steht die wassergekühlte Platte 27, die als Hochtemperaturteil agiert, mit dem Gehäuse 5 in Kontakt. Die wassergekühlte Platte 27 ist mit dem Gehäuse 5 verbunden, um Wärme an das Gehäuse 5 zu übertragen.
Wenn die Antriebsspannung des Peltier-Elements 22 verringert wird, nimmt zwar die Kühlkapazität ab, die Kühleffizienz steigt jedoch. Der Entfeuchter 21 erfüllt die Entfeuchtungsfunktion nur durch Abstrahlen von Wärme an das Gehäuse 5. Aus diesem Grund ist es möglich, die Innenluft des Gehäuses 5 zu entfeuchten, ohne das Kühlwasser zum dritten Abzweigrohr 33 zu speisen.
Bei der zweiten Laservorrichtung 2 führt die Steuereinheit 61 eine Steuerung durch, um das Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 27 zu speisen, wenn der Laseroszillationsteil 10 angetrieben wird. Diese Steuerung entspricht jener der ersten Laservorrichtung 1. Die Steuereinheit 61 treibt das Peltier-Element 22 mit der ersten Antriebsspannung an, wenn der Laseroszillationsteil 10 angetrieben wird. Im Gegensatz dazu treibt die Steuereinheit 61 das Peltier-Element 22 mit der zweiten Antriebsspannung an, ohne das Kühlwasser zur wassergekühlten Platte 27 zu speisen, wenn der Betrieb des Laseroszillationsteils 10 gestoppt wird. Die zweite Antriebsspannung ist geringer als die erste Antriebsspannung.
Die Innenluft des Gehäuses 5 kann durch Speisen von Elektrizität zum Peltier-Element 22, während der Betrieb des Laseroszillationsteils 10 gestoppt ist, entfeuchtet werden. Wenn der Betrieb des Laseroszillationsteils 10 für einen langen Zeitraum gestoppt ist, kann die Innenluft des Gehäuses auf einer geringen Feuchtigkeit gehalten werden. Die Startzeit der Laservorrichtung 2 kann verkürzt werden. Des Weiteren ist es möglich, das Entstehen einer Taukondensation in der Laservorrichtung 2 entsprechend Klimaänderungen oder Umgebungsänderungen während des Zeitraums des Stoppens des Betriebs des Laseroszillationsteils 10 zu unterdrücken. Es ist möglich, zu unterdrücken, dass die Zuverlässigkeit aufgrund des Entstehens von Taukondensation in der Laservorrichtung 2, die zu Korrosion oder Kontamination der Teile führt, sinkt.
Man bemerke, dass es bei Durchführung der Steuerung zu Beginn, wie in 3 gezeigt, möglich ist, die Steuerung durchzuführen, wobei die Antriebsspannung des Peltier-Elements 22 von der zweiten Antriebsspannung auf die erste Antriebsspannung in Schritt 102 erhöht wird. Bei Durchführung der Steuerung beim Stoppen, wie in 4 gezeigt, möglich ist, die Steuerung durchzuführen, wobei die an das Peltier-Element 22 angelegte Antriebsspannung von der ersten Antriebsspannung auf die zweite Antriebsspannung in Schritt 114 verringert wird.
Die anderen Strukturen, der Betriebsmodus und die Wirkungen der zweiten Laservorrichtung 2 sind wie jene der ersten Laservorrichtung 1 und dementsprechend werden diese nachstehend nicht erläutert.
6 zeigt den Hauptkörper einer dritten Laservorrichtung schematisch. Die dritte Laservorrichtung 3 ist eine Kohlendioxidlaservorrichtung. Der Laseroszillationsteil 20 der dritten Laservorrichtung 3 beinhaltet ein Ablassrohr 13, das mit Kohlendioxid gefüllt ist, und ein Gasrohr 14 zum Zirkulieren von Kohlendioxid. Das Gas wird in das Ablassrohr 13 abgelassen, um das Laserlicht zu erregen. Das Ablassrohr 13 entspricht der Laserlichtquelle.
Der Laseroszillationsteil 20 beinhaltet ein Turbogebläse 18, das als Gebläse zum Kühlen der Luft dient, dessen Temperatur sich im Ablassrohr 13 erhöht hat. Das Turbogebläse 18 ist über Gasrohre 14 mit dem Ablassrohr 13 verbunden. Der Laseroszillationsteil 20 beinhaltet einen Wasserkühlungsmantel 19 zum Kühlen des Turbogebläses 18. Bei der dritten Laservorrichtung 3 entspricht der Wasserkühlungsmantel 19 einem wärmeaufnehmenden Teil, an den durch die Laserlichtquelle erzeugte Wärme übertragen wird. Ein erstes Abzweigrohr 31 erstreckt sich durch den Wasserkühlungsmantel 19. Der Wasserkühlungsmantel 19 wird durch das Kühlwasser gekühlt, das im ersten Abzweigrohr 31 fließt.
Die Luftkühlmaschine 15 der dritten Laservorrichtung 3 ist so konfiguriert, dass sie die gleiche Struktur wie die Luftkühlmaschine der ersten Laservorrichtung 1 aufweist. Die Luftkühlmaschine 15 beinhaltet einen Radiator 16, mit dem ein zweites Abzweigrohr 32 verbunden ist, und Wärmeabsorptionsventilatoren 17.
Bei der dritten Laservorrichtung 3 beinhaltet der Entfeuchter 21, der die Luft im Gehäuse 5 entfeuchtet, eine Kühlmaschine 29 vom Zirkulationstyp, die mit einem Kompressor bereitgestellt ist. Bei der Kühlmaschine 29 vom Zirkulationstyp weist der Kühlkopf 28 eine geringe Temperatur auf und weist die Hochtemperaturplatte 24 eine hohe Temperatur auf, die auf die durch das komprimierte Kühlmittel erzeugte Wärme zurückzuführen ist. Die Hochtemperaturplatte 24 ist an der wassergekühlten Platte 27 befestigt und wird von der wassergekühlten Platte 27 gekühlt. Die Kondensationslamellen 25 sind am Kühlkopf 28 befestigt. Der Kondensationsventilator 26 ist so angeordnet, dass er den Kondensationslamellen 25 gegenüberliegt. Die Kondensationslamellen 25 entsprechen dem Niedrigtemperaturteil des Entfeuchters 21. Die wassergekühlte Platte 27 entspricht dem Hochtemperaturteil. Ein drittes Abzweigrohr 33 erstreckt sich durch die wassergekühlte Platte 27. Wie oben beschrieben, ist der Entfeuchter nicht auf einen elektronischen Kühler beschränkt und kann eine kleine Kühlmaschine vom Zirkulationstyp usw. sein.
Bei der dritten Laservorrichtung 3 wird eine hohe Spannung an die Elektroden angelegt, die im Ablassrohr 13 angeordnet sind, um Laserlicht zu emittieren. Aus diesem Grund kann es, wenn eine Taukondensation im Gehäuse 5 entsteht, zu einem Funken kommen und dieser kann die Elektroden oder die Teile, die in der Nähe des Ablassrohrs 13 angeordnet sind, beschädigen. Bei der dritten Laservorrichtung 3 wird eine Taukondensation selektiv in den Kondensationslamellen 25 verursacht, wodurch ein taukondensationsbedingter Schaden an der Laservorrichtung 3 unterdrückt werden kann. Des Weiteren kann die dritte Laservorrichtung 3 auf die gleiche Weise wie die erste Laservorrichtung 1 stark verkleinert werden.
Die restlichen Strukturen, der Betriebsmodus und die Wirkungen der dritten Laservorrichtung 3 sind wie jene der ersten Laservorrichtung 1 oder der zweiten Laservorrichtung 2 und dementsprechend werden diese nachstehend nicht erläutert.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise auf eine Laservorrichtung angewandt werden, wobei das Laserlicht mit hoher Leistung emittiert wird und durch die Laserlichtquelle eine große Menge an Wärme erzeugt wird. Eine solche Hochleistungslaservorrichtung wird z. B. durch eine Laserschneidmaschine oder eine Laserstrahlschweißmaschine für Metallplatten beispielhaft veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung kann eine Laservorrichtung bereitstellen, die im Vergleich zu einer Laservorrichtung mit einer äquivalenten Leistung zur Unterdrückung von Taukondensation relativ klein und günstig ist.
Bei der oben genannten Steuerung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen kann die Abfolge der Schritte entsprechend verändert werden, solange die gleiche Funktion und der gleiche Betriebsmodus bereitgestellt werden. Die oben genannten Ausführungsformen können entsprechend kombiniert werden. In den Zeichnungen sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen ausgewiesen. Man bemerke, dass die oben genannten Ausführungsformen Beispiele sind und die Erfindung nicht einschränken. Außerdem beinhalten die Ausführungsformen Modifikationen der in den Ansprüchen beschriebenen Ausführungsformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5651396 [0004]
JP 3338974 [0004]
JP 2001-326410 [0005]
JP 2015-12063 [0006]

Claims

Laservorrichtung (1), die umfasst: ein Laseroszillationsteil (10, 20), der einen wärmeaufnehmenden Teil (12, 19) beinhaltet, an den durch eine Laserlichtquelle (11, 13) erzeugte Wärme übertragen wird; ein Gehäuse (5), in dem der Laseroszillationsteil angeordnet ist; eine Luftkühlmaschine (15) mit einem wärmeabsorbierenden Teil (16), der Innenluftwärme des Gehäuses absorbiert; einen Entfeuchter (21) mit einem Niedrigtemperaturteil (25) und einem Hochtemperaturteil (27), dessen Temperatur höher als jene des Niedrigtemperaturteils ist; und eine Kühlwasserspeiseeinrichtung (8), die ein Kühlwasserrohr (36) beinhaltet, durch das Kühlwasser zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil gespeist wird, wobei die Luftkühlmaschine und der Entfeuchter im Gehäuse angeordnet sind, das Gehäuse eine versiegelte Struktur aufweist, in der der Innenraum im Wesentlichen versiegelt ist, das Kühlwasserrohr verzweigt ist, so dass der wärmeaufnehmende Teil, der wärmeabsorbierende Teil und der Hochtemperaturteil parallel geschaltet sind, und die Kühlwasserspeiseeinrichtung ein allgemeines Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil speist.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Laserlichtquelle aus einem Laserdiodenteil hergestellt ist, der ein Halbleiterelement enthält und eine lichtemittierende Quelle oder eine Erregungslichtquelle bildet.
Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren einen wärmeerzeugenden Teil (55) umfasst, der Wärme erzeugt, wenn er angetrieben wird, wobei es sich nicht um die Laserlichtquelle handelt, wobei der wärmeerzeugende Teil im Gehäuse angeordnet ist, das Kühlwasserrohr verzweigt ist, um das Kühlwasser zum wärmeerzeugenden Teil zu speisen, und die Kühlwasserspeiseeinrichtung das allgemeine Kühlwasser mit der gleichen Temperatur zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil, zum Hochtemperaturteil und zum wärmeerzeugenden Teil speist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Entfeuchter ein elektronischer Kühler mit einem Peltier-Element (22) ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlwasserrohr im Gehäuse verzweigt ist, um ein Kühlwasser zum wärmeaufnehmenden Teil, zum wärmeabsorbierenden Teil und zum Hochtemperaturteil zu speisen, und Abzweigrohre, in denen das vom wärmeaufnehmenden Teil, vom wärmeabsorbierenden Teil bzw. vom Hochtemperaturteil ausgegebene Kühlwasser fließt, im Gehäuse miteinander verbunden sind.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren eine Steuereinheit (61) zum Steuern der Kühlwasserspeiseeinrichtung umfasst, wobei Abzweigrohre des Kühlwasserrohrs ein erstes Abzweigrohr (31), das mit dem wärmeaufnehmenden Teil verbunden ist, ein zweites Abzweigrohr (32) das mit dem wärmeabsorbierenden Teil verbunden ist, und ein drittes Abzweigrohr (33), das mit dem Hochtemperaturteil verbunden ist, beinhalten, die Kühlwasserspeiseeinrichtung ein erstes elektromagnetisches Ventil (41), das im ersten Abzweigrohr angeordnet ist, ein zweites elektromagnetisches Ventil (42), das im zweiten Abzweigrohr angeordnet ist, und ein drittes elektromagnetisches Ventil (43), das im dritten Abzweigrohr angeordnet ist, beinhaltet, wenn die Laservorrichtung gestartet wird, die Steuereinheit eine Steuerung zum Öffnen des dritten elektromagnetischen Ventils und Starten des Entfeuchters, eine Steuerung zum gleichzeitigen Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils oder zum Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils nach Öffnen des zweiten elektromagnetischen Ventils, wenn der Entfeuchter betrieben wird, und eine Steuerung zum Speisen von Elektrizität zur Laserlichtquelle nach Öffnen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils durchführt, und wenn die Laservorrichtung gestoppt wird, die Steuereinheit eine Steuerung zum Stoppen des Speisens von Elektrizität zur Laserlichtquelle, eine Steuerung zum gleichzeitigen Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils oder zum Schließen des zweiten elektromagnetischen Ventils nach Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils, wenn das Speisen von Elektrizität zur Laserlichtquelle gestoppt wurde, und eine Steuerung zum Schließen des dritten elektromagnetischen Ventils nach Schließen des ersten elektromagnetischen Ventils und des zweiten elektromagnetischen Ventils zum Stoppen des Entfeuchters durchführt.
Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Luftkühlmaschine einen Ventilator (17) beinhaltet, der Luft in den wärmeabsorbierenden Teil bläst, und der Niedrigtemperaturteil auf der nachgeschalteten Seite des wärmeabsorbierenden Teils angeordnet ist, so dass die vom wärmeabsorbierenden Teil gekühlte Luft damit in Kontakt gebracht wird.
Laservorrichtung nach Anspruch 4, die des Weiteren eine Steuereinheit (61) zum Steuern des Entfeuchters umfasst, wobei der Hochtemperaturteil des Entfeuchters mit dem Gehäuse verbunden ist, um Wärme zum Gehäuse zu übertragen, und die Steuereinheit eine Steuerung zum Speisen des Kühlwassers zum Hochtemperaturteil und Antreiben des Peltier-Elements mit einer ersten Antriebsspannung, wenn der Laseroszillationsteil angetrieben wird, und eine Steuerung zum Antreiben des Peltier-Elements mit einer zweiten Antriebsspannung, die niedriger als die erste Antriebsspannung ist, ohne Kühlwasser zum Hochtemperaturteil zu speisen, wenn der Laseroszillationsteil gestoppt ist, durchführt.