JP2013187519A

JP2013187519A - レーザ発振装置およびレーザ加工機

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Publication number: JP2013187519A
Application number: JP2012054146A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Omatsu; 英文尾松; Atsuki Yamamoto; 敦樹山本; Kenki Koyama; 賢起小山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP5637160B2

Abstract

【課題】スタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガス混合比不良による放電やレーザ出力の乱れの発生を防止して、高信頼性のレーザ発振装置を提供する。
【解決手段】ガスレーザ発信装置において、照射指令手段より照射指令信号で稼働モードとスタンバイモードの判定するモード判定手段と、稼働モードとスタンバイモードを切換える稼働／スタンバイ切換手段を備え、稼働モードよりスタンバイモードに切換時、微量のレーザガスを排気すると同時にガス供給源よりレーザガスを供給することでスタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガスの混合比不良による放電やレーザ出力の乱れを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ発振の待機時、電力消費量を低減するスタンバイモードを備えた、レーザ発振装置およびレーザ加工機に関するものである。

従来のレーザ発振装置の構成を図５に沿って説明する。

誘電体よりなる放電管４内にはレーザガス２が循環している。放電管４の周辺に設けられた電極６、７に接続された高電圧電源８は、放電管４内に放電３を発生させる。放電３によりレーザガス２は励起され、全反射鏡１４および部分反射鏡１３を通って外にレーザ光１として出力される。放電管４と共にレーザガスの循環路を形成するガス循環経路１２の内部には送風手段１０によりレーザガス２が循環されていて、放電３および送風手段１０により上昇したレーザガスの温度を下げるため、熱交換器９、１１が配置されている。

送風手段１０はガス循環経路１２の中に設けられたガス送風用の翼車部と、これに隣接する駆動部からなり、翼車部と駆動部は、互いに軸により接続された構造になっている。翼車部はガス循環経路１２に接続されていて、回転翼などのガス送風手段によりレーザガスを流すようになっている。

レーザガス２は、ガス循環経路内よりガス排気電磁弁２７とガス排気手段２８により微少排気されると同時に、ガス供給源２１よりガス供給電磁弁２３を経由して、ガス循環経路内に供給され、ガス圧力検出手段２９にて検出し、ガス循環経路内を一定の圧力となるように制御している。

レーザ光照射作業（加工作業）を一時的に中断するためのスタンバイモード（待機モード）指令信号をＮＣ装置より受信するとレーザ発振装置は、送風手段１０の駆動部モータの運転を一時的に停止する。そして、ガス循環経路内へのレーザガスの排気、および、レーザガスの供給を停止し、ガス循環経路内のガス圧力を一定の圧力状態にて、稼動モードからスタンバイモードに切り替えている。

また、レーザ光照射作業を再開するときには、ＮＣ装置よりスタンバイ解除指令を受信して、送風手段１０の駆動部モータを運転してガス循環経路内のレーザガスを流すと同時にガス排気電磁弁、ガス供給電磁弁およびガス排気手段を運転開始して、スタンバイモードより稼働モードに切り替え、レーザ光の照射作業を再開する。

レーザ発振装置とＮＣ装置との関係を図６に示す。

ＮＣ装置６２よりレーザ発振制御装置６１にスタンバイモード指令信号が送信されるとレーザ発振制御装置６１は、スタンバイモードの準備のために、高電圧電源８を停止し、レーザ光の照射を停止する。そして、送風手段１０とガス排気手段２８の運転停止、および、排気電磁弁２７や供給電磁弁２３などを制御してスタンバイモードに移行する。

また、ＮＣ装置６２よりスタンバイ解除指令信号が送信されるとレーザ発振制御装置６１は、送風手段１０とガス排気手段２８の運転、排気電磁弁２７、供給電磁弁２３などを制御して、スタンバイモードより稼働モードに切り替え、レーザ光の照射作業を再開する。

ＮＣ装置６２には、タイマー６３が内蔵されていて、所定時刻になると稼働モードよりスタンバイモードに切り替えるスタンバイモード指令信号を出力すると共に、この所定時刻より所定時間経過すると稼働モードに復帰するスタンバイ解除信号を出力してレーザ発振装置の待機中の消費電力を低減している。

このように、レーザ光照射作業（加工作業）を一時的に中断するときに、送風手段の駆動を停止すると共に、ガス排出手段によるレーザガスの供給、排出を停止するように制御装置により制御して、稼働モードよりスタンバイモードに切り替え可能に構成した発明が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された発明では、稼働モードよりスタンバイモードに切り替え時、送風手段の駆動を停止すると共に、ガス排出手段によるレーザガスの排出およびレーザガスの供給を停止するように制御装置により制御しているため、スタンバイモード中の時間が長い場合、レーザガス循環経路などのレーザ容器内の真空リークやガス漏れなどの影響によりガス混合比が変化した場合、スタンバイモードより稼働モードに復帰した時に放電が不安定になることがあった。

特開２００２−２９９７３０号公報

このように、従来のレーザ発振装置では、レーザ光照射作業（加工作業）を一時中断するときに、送風手段の駆動を停止すると共に、ガス排出手段によるレーザガスの排出およびレーザガスの供給を停止し、レーザ容器内を密封状態にしているため、スタンバイモード中の時間が長くなるとレーザ容器の真空リークやガス漏れなどの影響にて、スタンバイモードより稼働モードに復帰した時にガス混合比が変化し放電およびレーザ出力が不安定になるという問題があった。

また、ＮＣ装置内にタイマーが内蔵されていて、所定時刻になると稼働モードよりスタンバイモードに切り替える信号を出力し、この所定時刻より所定時間経過すると稼働モードに復帰するスタンバイ解除信号を出力しているため、ＮＣ装置にてプログラム自動運転中の場合でも所定時刻になるとレーザ照射作業を中断して、スタンバイモードに切り替わるという問題があった。

そのため、スタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガスの混合比不良による放電の乱れやレーザ出力の変化が発生する。また、ＮＣ装置にてプログラム自動運転中の場合でも所定時刻になるとレーザ照射作業の中断が発生するという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、レーザ光照射作業の待機時、電力消費量を低減するスタンバイモードを備え、安定なレーザ出力が可能なレーザ発振装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ発振装置は、レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と送風手段との間にレーザガスを冷却する熱交換器と、前記放電手段と前記送風手段と前記熱交換器とを接続してレーザガスの循環経路を形成するレーザガス循環経路と、レーザガスの循環経路内にレーザガスを供給するガス供給源およびレーザガスを排出するガス排気手段と、照射指令手段より照射指令信号で稼働モードとスタンバイモードの判定するモード判定手段と、稼働モードとスタンバイモードを切換える稼働／スタンバイ切換手段を備え、稼働モードよりスタンバイモードに切換え時、前記放電手段の高電圧電源およびレーザガスの送風手段の駆動を停止し、前記ガス循環経路内より前記ガス排気手段にて微量のレーザガスを排気すると同時にガス供給源よりレーザガスを供給し、前記ガス循環経路内の圧力を一定に保つように制御する稼働／スタンバイ切換手段を具備するものである。

この構成により稼働モードよりスタンバイモードに切換時、微量のレーザガスを排気すると同時にガス供給源よりレーザガスを供給することでガス循環経路内のレーザガス混合比不良を防止し、スタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガスの混合比不良による放電の乱れやレーザ出力の変化を防止することができる。

また、好ましい構成として、前記モード判定手段が、前記照射指令手段より照射指令信号が予め設定された所定時間継続して入力されなかった場合にスタンバイモードに切り換える信号を出力し、また、スタンバイモード中に、照射指令信号が入力された場合にスタンバイモードより稼働モードに復帰する信号を出力する稼働モードとスタンバイモードのモード判定手段を具備するものである。

この構成により、上述の作用効果に加えて、照射指令信号で稼働モードとスタンバイモードを切換えることによりレーザ光照射作業中にＮＣ装置内のタイマーによるスタンバイモードへの切換えが無くなり、レーザ光照射作業の中断を防止することができレーザ加工作業の効率化が図れる。

また、本発明のレーザ加工機は、加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、上述の特徴的構成を具備したレーザ発振装置を具備したものである。

この構成により、数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御され、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークの不良品の混入を防止することができる。

以上のように、本発明は、スタンバイモードに切換え時、微量のレーザガスを排気すると同時にレーザガスを供給することで真空リークやガス漏れによるガス循環経路内のレーザガス混合比不良を防止し、スタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガスの混合比不良による放電の乱れを防止し、レーザ出力の安定化と信頼性の向上を図ることができる。

本発明のレーザ発振装置の実施の形態にかかる構成を示すブロック図本発明のレーザ発振装置の実施の形態にかかる動作のうち稼働モードからスタンバイモードまでの動作を示すフローチャート本発明のレーザ発振装置の実施の形態にかかる動作のうちスタンバイモードから稼働モードまでの動作を示すフローチャート本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の構成図従来のレーザ発振装置のブロック図従来のレーザ発振装置の制御ブロック図

以下、本発明を実施するための形態について、図１から図４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明のレーザ発振装置の実施の形態におけるブロック図である。

なお、従来例と同じ構成要素には同一番号を付与している。

図１に示すように、実施の形態１おけるレーザ発振装置は、１は部分反射鏡より出力されるレーザ光、２はレーザガス、３はアノード電極とカソード電極にはさまれた空間の放電、４はガラスなどの誘電体よりなる放電管、６はアノード電極、７はカソード電極、８はアノード電極とカソード電極に接続された高電圧電源、９はレーザガス温度を下げる熱交換器、１０はレーザガスを循環する送風手段、１１は熱交換器、１２はガス循環経路、１３は光共振器を構成する部分反射鏡、１４は光共振器を構成する全反射鏡、２１はレーザガスを供給するガス供給源、２２はガスの供給量を調節するガス供給量調節手段、２３はガス供給電磁弁、２５は第１ガス排気電磁弁、２６はガス排気量調整手段、２７は第２ガス排気電磁弁、２８はガス排気手段、２９はガス圧力検出手段、３１は照射指令手段、３２はモード判定手段、３３は稼働／スタンバイ切換手段とで構成するレーザ発振装置を示す。

以上のように構成されたレーザ発振装置について、その動作を説明する。

このレーザ発振装置は、誘電体よりなる放電管４内にはレーザガス２が循環している。放電管４の周辺に設けられたアノード電極６とカソード電極７に接続された高電圧電源８は、放電管４内に放電３を発生させる。この放電エネルギーによりレーザガス２は励起され、その励起されたレーザガスは全反射鏡１４および部分反射鏡１３により形成された光共振器で共振状態となり、部分透過鏡１３からレーザ光１として出力される。

放電管４と共にレーザガスの循環路を形成するガス循環経路１２の内部には、送風手段１０によりレーザガス２が循環されていて、放電３および送風手段１０の圧縮熱により上昇したレーザガスの温度を下げるため、熱交換器９、１１が配置されている。また、放電などにて劣化したレーザガス２は、ガス排気量調整手段２６、第２ガス排気電磁弁２７を経由してガス排気手段２８により一定量を常時排気されると同時にガス供給源２１よりガス供給量調整手段２２、ガス供給電磁弁２３を通じて供給され、レーザガスの入れ替えと同時にガス循環経路内の圧力を一定に制御している。

照射指令手段３１よりの照射指令信号は、モード判定手段３２と、稼働／スタンバイモード切換手段３３とを経由して、前記高電圧電源８より放電管４に電力を供給することにより放電が開始され、レーザ光が照射される。通常、板金切断加工などのレーザ加工作業の場合、レーザ光照射指令信号をオン／オフして加工を行い、加工作業が一区切りついた場合、照射指令信号をオフして休止するのが一般的動作である。

前記照射指令手段３１よりの照射指令信号をモード判定手段３２で観測し、予め設定された所定時間継続して、照射指令信号が入力されずオフのままであった場合にスタンバイモードに切り換える信号を稼働／スタンバイ切換手段３３に出力し、送風手段の駆動を停止すると同時に高電圧電源より放電管への電力の供給動作を停止してスタンバイモードへ移行する。通常、レーザ加工作業の加工ワーク入れ替えなどの作業時には、数分程度の時間が必要で、この時間、照射指令信号はオフして、この時間をモード判定の所定時間に設定することでレーザ発振装置の運転休止時の電力消費量を低減することができる。

また、スタンバイモードの動作中に前記照射指令手段３１より照射指令信号がモード判定手段に入力された場合にスタンバイモードより稼働モードに復帰する信号を稼働／スタンバイモード切換手段に出力して、送風手段の駆動を再開し定格運転に到達後、高電圧電源より放電管への電力を供給して、レーザ光照射作業を開始する。

また、稼働モードよりスタンバイモードに切換時、前記ガス循環経路内のレーザガスは、ガス排気手段より微量のレーザガスを排気すると同時にガス供給源よりレーザガスを供給し、前記ガス循環経路内の圧力を一定に保つように制御する。

このように、スタンバイモード中にガス循環経路内にて真空リークやガス漏れが発生した場合でも微量のレーザガスを排気および供給することでレーザガスの混合比の変化を防止し、スタンバイモードより稼働モードに復帰した場合にレーザガスの混合比不良による放電の乱れを防止し、レーザ出力の変化による加工不良を防止することができる。

図２は本発明の実施の形態１における稼働モードからスタンバイモードのフローチャートを示す。図２を参照しながら稼働モードよりスタンバイモードへの切換え動作ついて説明する。

図２に示すように、照射指令手段よりの照射指令信号Ｓ１は、判定手段Ｓ２にて照射指令信号のオフが所定時間継続しているかを確認し、継続していた場合に高電圧電源の停止Ｓ３、送風手段の駆動停止Ｓ４へと動作する。そして、ガス循環経路内の圧力を一定にすると同時に微少のレーザガスの供給、排気の制御が行われ、ガス混合比の変化を少なくしてスタンバイモードに移行する。

図３は本発明の実施の形態１におけるスタンバイモードから稼働モードのフローチャートを示す。図３を参照しながらスタンバイモードより稼働モードへの切換え動作ついて説明する。

図３に示すように、照射指令手段よりの照射指令信号Ｓ１１がオンすると、スタンバイモードが解除Ｓ１２され、送風手段の駆動Ｓ１３を開始し、ガス循環経路内の圧力が一定になるように制御され、基準圧力に到達すると高電圧電源への電力供給Ｓ１５が行われ稼働モードに移行する。

このように、照射指令信号にて稼働モードとスタンバイモードを切換えることによりレーザ光照射作業中にＮＣ装置内のタイマーによるスタンバイモードへの切換えが無くなり、レーザ光照射作業の中断を防止することができ、レーザ加工作業の効率化が図れると同時にスタンバイモードへ切換えることにより電力消費量の低減が図れ、ランニングコスト低減ができる。

なお、以上の構成からなるレーザ発振装置では、各構成に制御素子を設けて、各信号処理または各構成において制御するようにしたが、レーザ発振装置に、各構成に接続されるＣＰＵを設け、各処理を統括的に制御するようにしても良い。

図４は、本発明の実施の形態におけるレーザ加工機の構成図を示している。

レーザ加工機は、加工ワーク６１を乗せる加工テーブル６２と、加工テーブル６２の移動またはレーザ光を集光する集光手段６７の少なくとも一方を移動する駆動手段６３と、前記駆動手段６３を制御する数値制御手段６４と、レーザ発振装置６５と、レーザ光路６６とにより構成されている。

レーザ発振装置６５より出射されたレーザ光は、折返し鏡などで構成されたレーザ光路６６で伝送され集光手段６７により集光されて、加工ワーク６１に照射され、加工が開始される。それと同時に数値制御手段６４により駆動手段６３に指令が出力され、加工テーブル６２または集光手段６７の少なくとも一方を動作させて加工ワーク６１を加工される。

前記レーザ加工機によれば、レーザガスの混合比不良による放電負荷の変動発生を防止し、放電管内の放電の均一化を図り、レーザ光の出力パワーの安定な照射が可能となる。さらに数値制御手段によりレーザ発振装置が統括的に制御されことにより、レーザ加工の信頼性が向上すると共に加工ワークへの不良品の混入を防止することができる。

本発明のレーザ発振装置は、消費電力量の低減とレーザガスの混合比不良による放電の乱れを防止し、レーザ出力の安定および長期信頼性の向上に有用である。

１レーザ光
２レーザガス
３放電
４放電管
６アノード電極
７カソード電極
８高電圧電源
９熱交換器
１０送風手段
１１熱交換器
１２ガス循環経路
１３部分反射鏡
１４全反射鏡
２１ガス供給源
２２ガス供給量調整手段
２３ガス供給電磁弁
２５第一ガス排気電磁弁
２６ガス排気量調整手段
２７第２ガス排気電磁弁
２８ガス排気手段
２９ガス圧力検出手段
３１照射指令手段
３２モード判定手段
３３稼働／スタンバイ切換手段

Claims

レーザ媒体を励起する放電手段と、レーザガスを送風する送風手段と、前記放電手段と送風手段との間にレーザガスを冷却する熱交換器と、前記放電手段と前記送風手段と前記熱交換器とを接続してレーザガスの循環経路を形成するレーザガス循環経路と、レーザガスの循環経路内にレーザガスを供給するガス供給源およびレーザガスを排出するガス排気手段と、照射指令手段より照射指令信号で稼働モードとスタンバイモードの判定するモード判定手段と、稼働モードとスタンバイモードを切換える稼働／スタンバイ切換手段を備え、
稼働モードよりスタンバイモードに切換え時、前記放電手段の高電圧電源およびレーザガスの送風手段の駆動を停止し、前記ガス循環経路内より前記ガス排気手段にて微量のレーザガスを排気すると同時にガス供給源よりレーザガスを供給し、前記ガス循環経路内の圧力を一定に保つように制御する稼働／スタンバイ切換手段を有することを特徴とするレーザ発振装置。
前記モード判定手段は、前記照射指令手段より照射指令信号が予め設定された所定時間継続して入力されなかった場合にスタンバイモードに切換える信号を出力し、また、スタンバイモード中に、照射指令信号が入力された場合にスタンバイモードより稼働モードに復帰する信号を出力する稼働モードとスタンバイモードのモード判定手段を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置。
加工物を乗せる加工テーブルと、前記加工テーブルの移動とレーザ光の集光手段の少なくとも一方を移動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する数値制御手段と、レーザ光を発生する請求項１から２のいずれかに記載のレーザ発振装置とを備えたレーザ加工機。