JP5850969B2 - レーザガスの組成比を推定可能な炭酸ガスレーザ発振器 - Google Patents

Description

本発明は、レーザガスの組成比を推定可能な炭酸ガスレーザ発振器に関する。

一般に、炭酸ガスレーザ発振器に用いられるレーザガスは、炭酸ガスと窒素ガスとヘリウムガスとを主成分としており、これらを所定の組成比で混合したレーザガスがレーザ発振器に供給される。このレーザガスの供給に関し、炭酸ガスを供給するガス流路と窒素ガスを供給するガス流路とヘリウムガスを供給するガス流路とを設け、各ガス流路のバルブを開閉することにより、レーザガス混合容器内に所定の組成比のレーザガスを生成するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平６−２４４４７８号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように、レーザガス混合容器内に所定の組成比のレーザガスを生成したとしても、レーザ発振器内を循環するレーザガスの組成比が変化し、レーザ発振器を良好に動作させることが困難な場合がある。このような場合、ガスの成分分析器等を用いてレーザガスの組成比を把握する必要があるが、成分分析器を用いて組成比を把握するのは、容易ではない。

本発明の一態様は、炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスの１つまたは複数を主成分とするレーザガスの組成比を推定するレーザガス推定装置であって、レーザガスが封入され、レーザガスを循環させる送風機と、放電管と、送風機に電力を供給する送風機電源部と、放電管に電力を供給する放電管電源部とを有するレーザ発振器と、レーザ発振器内に封入されたレーザガスのガス圧、送風機に印加される送風機電圧、送風機に供給される送風機電流、放電管に印加される放電管電圧、および放電管に供給される放電管電流の少なくとも１つを検出する検出部と、検出部により検出された検出値に基づいて、レーザガスの組成比を推定する組成比推定部と、を備え、送風機に印加される送風機電圧、送風機に供給される送風機電流、放電管に印加される放電管電圧、および放電管に供給される放電管電流は、レーザガスのガス圧の関数になり、組成比推定部は、レーザガスの組成比をパラメータとして、パラメータの合計値が１００％になる方程式、各ガス成分に対応した送風機電圧と送風機に印加される送風機電圧との関係の方程式、各ガス成分に対応した送風機電流と送風機に供給される送風機電流との関係の方程式、放電を行っている期間中の各ガス成分に対応した放電管電圧と放電管に印加される放電管電圧との関係の方程式、および放電を行っている期間中の各ガス成分に対応した放電管電流と放電管に供給される放電管電流との関係の方程式のうち、少なくとも１つの方程式を用いて、検出値に対応した組成比を演算することを特徴とする。

本発明によれば、レーザガスのガス圧、送風機電圧、送風機電流、放電管電圧、および放電管電流の少なくとも１つを検出し、その検出値に基づいて、レーザガスの組成比を推定するようにしたので、ガスの成分分析器を用いることなく、組成比を容易に把握することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザガス推定装置の概略構成を示す図。 本発明の第１の実施形態に係るレーザガス推定装置の制御構成を示すブロック図。 図２の記憶部に記憶されたガス圧と送風機電流との関係を表す特性の一例を示す図。 図２の設定部に設定されたレーザガスの組成比と目標ガス圧と目標放電管電流との関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係るレーザガス推定装置の概略構成を示す図。 本発明の第２の実施形態に係るレーザガス推定装置の制御構成を示すブロック図。 図６の変形例を示す図。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザガス推定装置１００の概略的な構成を示す図であり、主に炭酸ガスレーザ発振器１の構成を示している。

図１に示すように、レーザ発振器１は、レーザガスが循環するガス流路２と、ガス流路２に設けられた放電管１１〜１４と、放電管１１〜１４を挟むように配置された出力鏡４およびリア鏡５と、各放電管１１〜１４に電力を供給する電源部２１〜２４と、ガス流路２に沿ってレーザガスを循環させる送風機７と、送風機７の上流側および下流側にそれぞれ配置された熱交換器８，９とを備える。

ガス流路２は、レーザガス容器により形成される。レーザガス容器には、所定の組成比のレーザガスが大気から遮断された状態で封入されている。ガス流路２には圧力計１７が設けられ、圧力計１７により、レーザ発振器１内のレーザガス圧が検出される。レーザ発振器１でレーザ光を生成しているときは、レーザガスの圧力（レーザガス圧）は真空に近い圧力（例えば１０ｋＰａ程度）に制御され、レーザガス容器は密閉された真空容器を構成する。

電源部２１〜２４は高周波電源であり、放電管１１〜１４は電源部２１〜２４から供給される電力により高周波放電を行う。このとき、レーザガスは放電管１１〜１４を通過中に励起されて励起状態となる。放電管１１〜１４により生じた光は、出力鏡４とリア鏡５との間で増幅され、その一部がレーザ光１０として出力鏡４から出力される。このレーザ光１０は、図示しないレーザ加工機に供給される。レーザ加工機は、例えば板金切断用の加工機であり、レーザ発振器２から供給されたレーザ光１０が対象物である板金に照射され、板金が切断される。

送風機７は、電動モータにより駆動するファンあるいはブロアにより構成される。送風機７には図示しない送風機インバータを介して電源部２５（図２）から電力が供給され、この電力により送風機７は回転し、ガス流路２に沿ってレーザガスを循環させる。熱交換機８，９には所定の冷媒（例えば冷却水）が流される。レーザガスは、この冷媒との熱交換により熱交換器８，９の通過時に冷却され、所定温度に保たれる。

ガス流路２には、給気流路３１と排気流路３２とが接続されている。給気流路３１および排気流路３２には、それぞれ弁開度を調整可能な給気弁３３および排気弁３４が設けられている。給気流路３１は、レーザガスが貯留された高圧のタンク部３５に接続され、給気弁３３の開閉に応じてタンク部３５からガス流路２にレーザガスが供給される。排気流路３２は、排気ポンプ３６に接続され、排気ポンプ３６の駆動によりガス流路２からレーザガスが排気される。レーザ発振時には、給気流路３１と排気流路３２を介してガス流路２にレーザガスが給排され、レーザガス容器内におけるレーザガスの微量の入れ替えが行われる。

レーザ発振器１に供給されるレーザガスは、炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスを主成分とし、これらを所定の組成比で混合したものをガスメーカから購入する。しかしながら、レーザガスの組成比は所定の組成比であるとは限らず、指定した組成比から大きく乖離している可能性がある。このようなレーザガスをレーザ発振器１に供給してレーザ発振器１を起動すると、高周波放電のインピーダンスが異なってアラーム停止し、レーザ加工を行うことが困難となる場合がある。この問題に対処するためには、実際のレーザガスの組成比を把握することが必要となるが、成分分析器等を用いて組成比を把握することは容易ではない。そこで、本実施形態では、以下のようにしてレーザガスの組成比を推定する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザガス推定装置１００の制御構成を示すブロック図である。制御部４０には、圧力計１７と、ユーザがレーザ発振開始や保守点検開始等の各種指令を入力する入力部１８とからの信号が入力される。制御部４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、機能的構成として推定部４１、記憶部４２、設定部４３およびレーザ発振器制御部４４を有する。制御部４０は、放電管用の電源部２１〜２４と、送風機用の電源部２５と、給気弁３３と、排気弁３４と、排気ポンプ３６とにそれぞれ制御信号を出力する。

推定部４１は、圧力計１７により検出されたレーザガス圧Ｐに基づいてレーザガスの組成比を推定する。レーザガスの主成分である炭酸ガスと窒素ガスとヘリウムガスの組成比（体積比）を、それぞれＸ１，Ｘ２，Ｘ３とする。レーザガスは他の成分を含まない、あるいは、含んだとしてもそれは微量であるため、次式(I)が成立する。
Ｘ１（％）＋Ｘ２（％）＋Ｘ３（％）＝１００（％） ・・・(I)

記憶部４２には、レーザガスの成分毎に、ガス圧Ｐと送風機７を流れる電流（送風機電流）との関係が予め記憶されている。図３は、記憶部４２に記憶されたガス圧Ｐと送風機電流ＴＡとの関係を表す特性の一例である。図中、特性Ｇ１は炭酸ガスの特性、特性Ｇ２は窒素ガスの特性、特性Ｇ３はヘリウムガスの特性である。ガス圧Ｐが増加するに従い、送風機７に作用する負荷が大きくなる。このため、図３に示すように、いずれの特性Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３においても、ガス圧Ｐの増加に伴い送風機電流ＴＡが増加している。また、炭酸ガスと窒素ガスとヘリウムガスとでは互いに重さが異なり、炭酸ガスが最も重く、ヘリウムガスが最も軽い。したがって、同一のガス圧Ｐ１で比較すると、炭酸ガスの送風機電流ＴＡ１が最も大きく、ヘリウムガスの送風機電流ＴＡ３が最も小さくなっている。

送風機電流ＴＡはガス圧Ｐをパラメータとした関数である。例えば圧力計１７により検出されたガス圧がＰ１であるとき、予め記憶した図３の特性Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３から、各ガス成分に対応した送風機電流ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３を導出できる。このとき、送風機７を流れる送風機電流をＴＡ０とすると、次式(II)が成立する。
ＴＡ１×Ｘ１＋ＴＡ２×Ｘ２＋ＴＡ３×Ｘ３＝ＴＡ０ ・・・(II)

図示は省略するが、記憶部４２には、レーザガスの成分毎に、ガス圧Ｐと送風機７に印加される電圧ＴＶ（送風機電圧）との関係、ガス圧Ｐと放電管１１〜１４に供給される電流ＲＡ（放電管電流）との関係、およびガス圧Ｐと放電管１１〜１４に印加される電圧ＲＶ（放電管電圧）との関係も予め記憶されている。これらの関係は、図３と同様、ガス成分毎の特性によって表され、ガス圧Ｐが定まると、ガス成分毎の送風機電圧ＴＶ、放電管電流ＲＡ、放電管電圧ＲＶが定まる。

ここで、圧力計１７により検出されたガス圧がＰ１であるとき、記憶部４２に記憶された特性により求められる各ガス成分（炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウムガス）に対応した送風機電圧をＴＶ１，ＴＶ２，ＴＶ３とし、送風機７に印加される送風機電圧をＴＶ０とすると、次式(III)が成立する。
ＴＶ１×Ｘ１＋ＴＶ２×Ｘ２＋ＴＶ３×Ｘ３＝ＴＶ０ ・・・(III)

また、圧力計１７により検出されたガス圧がＰ１であるとき、記憶部４２に記憶された特性により求められる各ガス成分に対応した放電管電流をＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３とし、放電管１１〜１４に供給される放電管電流をＲＡ０とすると、次式(IV)が成立する。
ＲＡ１×Ｘ１＋ＲＡ２×Ｘ２＋ＲＡ３×Ｘ３＝ＲＡ０ ・・・(IV)

さらに、圧力計１７により検出されたガス圧がＰ１であるとき、記憶部４２に記憶された特性により求められる各ガス成分に対応した放電管電圧をＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３とし、放電管１１〜１４に印加される放電管電圧をＲＶ０とすると、次式(V)が成立する。
ＲＶ１×Ｘ１＋ＲＶ２×Ｘ２＋ＲＶ３×Ｘ３＝ＲＶ０ ・・・(V)

送風機７には、制御部４０からの指令により電源部２５を介して電流が供給および電圧が印加され、放電管１１〜１４には、制御部４０からの指令により電源部２１〜２４を介して電流が供給および電圧が印加される。このため、制御部４０は、送風機電流ＴＡ０、送風機電圧ＴＶ０、放電管電流ＲＡ０および放電管電圧ＲＶ０をそれぞれ検出できる。したがって、上式(I)〜(V)における未知数は、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３である。推定部４１は、上式(I)〜(V)を連立させて解くことで、組成比Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を算出する。なお、未知数は３つであるため、組成比Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を算出するにあたっては、上式(I)〜(V)の全てを用いなくてもよい。上式(I)〜(V)の全てを用いる場合、複数組の組成比が得られるが、複数組の組成比を平均して、最終的に１組の組成比Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を求めればよい。

以上では、レーザガスの組成比Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３をパラメータとし、ガス圧Ｐの関数である送風機電流ＴＡ、送風機電圧ＴＶ、放電管電流ＲＡ、および放電管電圧ＲＶに関する方程式を用いて組成比を推定した。これに対し、レーザガスの組成比に対するガス圧Ｐと、送風機電圧ＰＶと、送風機電流ＰＡと、放電管電圧ＲＶと、放電管電流ＲＡとの関係を予め記憶部４２に記憶し、この関係を用いて推定部４１が組成比を推定してもよい。例えば、ガス圧Ｐを一定とした状態で、組成比を５％ずつずらした複数の組成比の組み合わせに対応する送風機電流ＴＡ、送風機電圧ＴＶ、放電管電流ＲＡ、および放電管電圧ＲＶをそれぞれ記憶部４２に記憶するようにしてもよい。

設定部４３は、推定部４１で推定されたレーザガスの組成比に応じて、レーザ発振器１を動作可能なレーザガスの目標ガス圧Ｐａとレーザ発振器１の出力指令に対応した目標放電管電流ＲＡａとを設定する。例えば、記憶部４２に図４に示すような組成比と目標ガス圧Ｐａと目標放電管電流ＲＡａとの関係を予め記憶しておき、この関係を用いて組成比に対応した目標ガス圧Ｐａと目標放電管電流ＲＡａとを設定する。図４では、放電点灯時、０Ｗの出力指令時、１０００Ｗの出力指令時、２０００Ｗの出力指令時の目標放電管電流ＲＡａがそれぞれ記憶されている。したがって、レーザ出力指令に応じて目標放電管電流ＲＡａを設定する。

レーザ発振器制御部４４は、設定部４３により設定された目標ガス圧Ｐａと目標放電管電流ＲＡａとに応じて電源部２１〜２５に制御信号を出力する。すなわち、圧力計１７により検出されるレーザ発振器１内のレーザガス圧Ｐが目標ガス圧Ｐａとなるように電源部２５に制御信号を出力して送風機７の回転を制御するとともに、放電管１１〜１４に目標放電管電流ＲＡａが流れるように電源部２１〜２４に制御信号を出力する。なお、レーザ発振器制御部４４は、電源部２１〜２５だけでなく、給気弁３３と排気弁３４と排気ポンプ３６とを同時に制御するようにしてもよい。

このように、設定部４３で、推定された組成比に応じてレーザ発振器１を動作可能な目標ガス圧Ｐａと目標放電管電流ＲＡａとを設定し、レーザ発振器制御部４４で、この目標ガス圧Ｐａと目標放電管電流ＲＡａとにガス圧Ｐと放電管電流ＲＡとを制御する。これにより、レーザガスの組成比が所定の組成比（メーカに指定した組成比）からずれている場合であっても、安定した高周波放電を維持することができ、レーザ加工を効率よく継続することができる。すなわち、組成比が所定の組成比からずれている場合、レーザガス圧Ｐや放電管電流ＲＡを変更しないと高周波放電が困難となるが、本実施形態では、推定された組成比に応じてレーザガス圧Ｐと放電管電流ＲＡとを自動的に設定するため、安定した高周波放電が可能であり、レーザ加工も継続的に行うことができる。

第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）レーザ発振器１は、レーザガスを循環させる送風機７と、放電管１１〜１４と、送風機７に電力を供給する電源部２５と、放電管１１〜１４に電力を供給する電源部２１〜２４とを有する。レーザガス推定装置１００は、レーザ発振器１内に封入されたレーザガスのガス圧Ｐを検出する圧力計１７と、圧力計１７により検出されたガス圧Ｐに基づいてレーザガスの組成比を推定する推定部４１とを備える。これにより、ガスの成分分析等を用いることなく、レーザガスの組成比を容易に把握することができる。したがって、組成比が所定の組成比からずれている場合に、迅速に対処できる。

（２）推定部４１は、レーザガスの組成比をパラメータとし、ガス圧Ｐの関数である送風機電圧ＴＶ、送風機電流ＴＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡに関する方程式（上式(II)〜(IV)）を用いて、検出されたガス圧Ｐに対応した組成比を演算する。これによりレーザガスの組成比を容易に推定することができる。

（３）ガス圧Ｐ、送風機電圧ＴＶ、送風機電流ＴＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡと、レーザガスの組成比との関係を予め記憶部４２に記憶し、推定部４１は、この記憶された関係を用いて、検出されたガス圧Ｐに対応した組成比を推定することもできる。これによりレーザガスの組成比を精度よく推定することができる。

（４）レーザガス推定装置１００は、推定部４１で推定されたレーザガスの組成比に応じて、レーザ発振器１を動作可能なレーザガスの目標ガス圧Ｐａとレーザ発振器１の出力指令に対応した目標放電管電流ＲＡａとを設定する設定部４３と、設定された目標ガス圧Ｐａおよび目標放電管電流ＲＡａに応じて、電源部２１〜２５を制御するレーザ発振器制御部４４とをさらに備える。これによりレーザガスの組成比が指定した組成比からずれている場合であっても、レーザガス圧Ｐと放電管電流ＲＡとが自動的に最適な値に設定され、レーザ発振を安定的に行うことができ、効率的なレーザ加工が可能である。

−第２の実施形態−
図５〜図７を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るレーザガス推定装置１００の概略的な構成を示す図であり、図６は、レーザガス推定装置１００の制御構成を示すブロック図である。なお、図１，２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。

図５に示すように、ガス流路２には、ヘリウムガスが貯留されたタンク部３５１と、窒素ガスが貯留されたタンク部３５２と、炭酸ガスが貯留されたタンク部３５３とが、それぞれ流路３１１〜３１３を介して接続されている。各流路３１１〜３１３にはそれぞれ弁開度を調整可能な給気弁３３１〜３３３が設けられ、給気弁３３１〜３３３を介してヘリウムガスと窒素ガスと炭酸ガスとを、それぞれ単独で流路２に供給可能であり、これによりレーザガスの組成比を調整することができる。図５の構成によれば、レーザ発振器１でヘリウムガスと窒素ガスと炭酸ガスの混合ガスが生成されるため、ガス混合器を別途準備して混合ガスを生成する必要がない。したがって、レーザガス推定装置１００の構成を容易にすることができる。

図６に示すように、制御部４０は、推定部４１と記憶部４２と設定部４３とレーザ発振器制御部４４とに加え、流量制御部４５を有する。流量制御部４５は、給気弁３３１〜３３３と排気弁３４と排気ポンプ３６とに制御信号を出力し、レーザ発振時に、推定部４１で推定された組成比が所定の組成比（目標組成比）からずれている場合に、そのずれを修正する。例えば、推定されたヘリウムガスの組成比が目標組成比より大きく、推定された窒素ガスの組成比が目標組成比より小さい場合、給気弁３３１の弁開度を大きくし（例えば全開）、給気弁３３２の弁開度を小さくする（例えば全閉）。

また、圧力計１７により検出されたガス圧Ｐが、予め定められたレーザ発振時の目標ガス圧よりも大きい場合には、排気弁３４の弁開度を大きくする（例えば全開）とともに、排気ポンプ３６を駆動し、ガス圧Ｐを目標ガス圧に調整する。反対に、ガス圧Ｐが目標ガス圧よりも小さい場合には、排気弁３４の弁開度を小さくし（例えば全閉）、ガス圧Ｐを目標ガス圧に調整する。

排気弁３４を全閉とした場合には、排気ポンプ３６の駆動を停止するとともに、給気弁３３１〜３３３の弁開度の割合を一定に保ったまま、給気弁３３１〜３３３の弁開度を同時に大きくする。例えば給気弁３３１〜３３３の弁開度の割合が１：１：１であれば、１：１：１を保ったまま３つの弁開度を同時に大きくし、弁開度の割合が１：２：１であれば、１：２：１を保ったまま３つの弁開度を同時に大きくする。以上により、レーザ発振時に、レーザガスの組成比を目標組成比に調整することができるとともに、ガス圧Ｐを目標ガス圧に調整することができる。したがって、組成比が目標組成比からずれている場合に、組成比が目標組成比に修正され、レーザ発振器１の良好なレーザ発振が可能である。

入力部１８により、例えば保守点検を開始する指令が入力されると、流量制御部４５は、レーザ発振器１内のガス圧を大気圧まで増大させる。この場合、流量制御部４５は、給気弁３３２を開放するとともに、給気弁３３１，３３３を閉鎖する。これにより、ガス流路２に窒素ガスのみが供給される。このように保守点検時等、レーザ発振器１の非動作時において、ガス流路２に安価な窒素ガスのみを供給することで、ランニングコストを低減することができる。保守点検時にガス流路２に外気を導入しないので、水分や汚れをレーザガス容器内に取りこむことも防止できる。

図７は、図６の変形例を示す図である。図７に示すように、制御部４０には、圧力計１７と入力部１８の他、ユーザにより選択操作される切換スイッチ１９が接続されている。切換スイッチ１９は、レーザガスの目標組成比を指令するスイッチであり、ノーマル位置、品質優先位置およびコスト優先位置の３位置に切換可能である。ノーマル位置は、通常のレーザ加工を行う場合に選択される。この場合、レーザガスの目標組成比は、例えば炭酸ガス：窒素ガス：ヘリウムガスウムガス＝５：５５：４０に設定される。

品質優先位置は、レーザ加工の切断面の品質を優先する場合に選択される。ヘリウムガスの濃度が高いと切断面が滑らかになるため、この場合の目標組成比は、例えば炭酸ガス：窒素ガス：ヘリウムガスウムガス＝５：２５：７０に設定される。一方、コスト優先位置は、コストを優先する場合に選択される。ヘリウムガスは炭酸ガスと窒素ガスに比べて高価であり、ヘリウムガスの濃度を低くすると、コストを低減できる。したがって、この場合の目標組成比は、例えば炭酸ガス：窒素ガス：ヘリウムガスウムガス＝５：６５：３０に設定される。このように切換スイッチ１９により組成比を選択可能とすることで、ユーザの要求を満たす加工を容易に行うことができる。

なお、上記実施形態では、炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスを主成分とするレーザガスの組成比を推定するようにしたが、これら炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスの少なくとも１つを主成分とするレーザガスの組成比も同様に推定することができる。上記実施形態では、圧力計１７により、レーザ発振器１内に封入されたレーザガスのガス圧Ｐを検出するとともに、制御部４０自体が、送風機７に印加される送風機電圧ＰＶ、送風機７に供給される送風機電流ＰＡ、放電管１１〜１４に印加される放電管電圧ＲＶ、および放電管１１〜１４に供給される放電管電流ＲＡを検出するようにしたが、検出部の構成はこれに限らない。検出部は、ガス圧Ｐ、送風機電圧ＰＶ、送風機電流ＰＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡの少なくとも１つを検出するものであってもよい。

上記実施形態では、レーザガスの組成比をパラメータとして、ガス圧Ｐの関数である送風機電圧ＰＶ、送風機電流ＰＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡに関する方程式(II)〜(IV)を用いて、推定部４１が、検出値に対応した組成比を演算するようにしたが、いずれか１つの方程式を用いて組成比を演算することもできる。上記実施形態では、ガス圧Ｐ、送風機電圧ＰＶ、送風機電流ＰＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡと、レーザガスの組成比との関係を予め記憶部４２に記憶し、この記憶された関係を用いて、推定部４１が、検出値に対応した組成比を推定するようにしたが、ガス圧Ｐ、送風機電圧ＰＶ、送風機電流ＰＡ、放電管電圧ＲＶおよび放電管電流ＲＡのいずれか１つとレーザガスの組成比との関係を予め記憶し、この関係を用いて組成比を推定することもできる。すなわち、検出部により検出された検出値（例えばガス圧Ｐ）に基づいてレーザガスの組成比を推定するのであれば、組成比推定部としての推定部４１の構成はいかなるものでもよい。

上記実施形態では、設定部４３で、推定部４１で推定されたレーザガスの組成比に応じて、レーザ発振器１を動作可能なレーザガスの目標ガス圧Ｐａとレーザ発振器１の出力指令に対応した目標放電管電流ＲＡａとを設定し、レーザ発振器制御部４４で、これら目標ガス圧ＰＡおよび目標放電管電流ＲＡａに応じて、電源部２５（送風機電源部）および電源部２１〜２４（放電管電源部）を制御するようにしたが、設定部とレーザ発振器制御部の構成はこれに限らない。

上記実施形態（図５）では、レーザガス推定装置１００が、レーザ発振器１へヘリウムガス、窒素ガス、炭酸ガスをそれぞれ供給する流路３１１〜３１３（ヘリウムガス供給経路、窒素ガス供給経路、炭酸ガス供給経路）と、各流路３１１〜３１３を介して供給されるヘリウムガス、窒素ガス、炭酸ガスの供給量をそれぞれ調整する給気弁３３１〜３３３（ヘリウムガス調整部、窒素ガス調整部、炭酸ガス調整部）とを有し、推定部４１により推定された組成比に応じて、レーザ発振器１内のレーザガスの組成比が所定の組成比（目標組成比）となるように、給気弁３３１〜３３３を制御するようにしたが、流量制御部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、保守点検時等のレーザ発振器１の非動作時において、レーザ発振器１内のガス圧Ｐを所定圧まで増大させるとき、レーザ発振器１内に窒素ガスのみを供給するように給気弁３３１〜３３３を制御したが、他のガスを供給するようにしてもよい。上記実施形態（図７）では、切換スイッチ１９の操作により目標組成比をユーザが選択可能としたが、レーザガスの目標組成比を指令する指令部の構成はこれに限らない。例えば、ユーザが目標組成比の数値を直接入力するようにしてもよい。この場合、推定部４１により推定された組成比に応じて、レーザ発振器１内のレーザガスの組成比が指令部により指令された目標組成比となるように、給気弁３３１〜３３３を制御するのであれば、流量制御部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、レーザ発振器１の構成として、レーザガスが封入され、レーザガスを循環させる送風機７と、放電管１１〜１４と、送風機７に電力を供給する電源部２５（送風機電源部）と、放電管１１〜１４に電力を供給する電源部２１〜２４（放電管電源部）とを含むようにしたが、レーザ発振器の構成はこれに限らない。放電管や放電管電源部の個数は４個以外（例えば２個）であってもよい。上記実施形態では、レーザ発振器１で生成したレーザ光をレーザ加工用に用いるようにしたが、他の用途に用いることもできる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１ レーザ発振器
７ 送風機
１１〜１４ 放電管
１７ 圧力計
１９ 切換スイッチ
２１〜２５ 電源部
４０ 制御部
４１ 推定部
４２ 記憶部
４３ 設定部
４４ レーザ発振器制御部
４５ 流量制御部
３１１〜３１３ 流路
３３１〜３３３ 給気弁

Claims (4)

1. 炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスの１つまたは複数を主成分とするレーザガスの組成比を推定するレーザガス推定装置であって、
   前記レーザガスが封入され、前記レーザガスを循環させる送風機と、放電管と、前記送風機に電力を供給する送風機電源部と、前記放電管に電力を供給する放電管電源部とを有するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器内に封入されたレーザガスのガス圧、前記送風機に印加される送風機電圧、前記送風機に供給される送風機電流、前記放電管に印加される放電管電圧、および前記放電管に供給される放電管電流の少なくとも１つを検出する検出部と、
   前記検出部により検出された検出値に基づいて、レーザガスの組成比を推定する組成比推定部と、を備え、
   前記送風機に印加される送風機電圧、前記送風機に供給される送風機電流、前記放電管に印加される放電管電圧、および前記放電管に供給される放電管電流は、レーザガスのガス圧の関数になり、
   前記組成比推定部は、前記レーザガスの組成比をパラメータとして、パラメータの合計値が１００％になる方程式、各ガス成分に対応した送風機電圧と前記送風機に印加される送風機電圧との関係の方程式、各ガス成分に対応した送風機電流と前記送風機に供給される送風機電流との関係の方程式、放電を行っている期間中の各ガス成分に対応した放電管電圧と前記放電管に印加される放電管電圧との関係の方程式、および放電を行っている期間中の各ガス成分に対応した放電管電流と前記放電管に供給される放電管電流との関係の方程式のうち、少なくとも１つの方程式を用いて、前記検出値に対応した組成比を演算することを特徴とするレーザガス推定装置。
2. 請求項１に記載のレーザガス推定装置において、
   前記組成比推定部で推定されたレーザガスの組成比に応じて、前記レーザ発振器を動作可能なレーザガスの目標ガス圧と前記レーザ発振器の出力指令に対応した目標放電管電流とを設定する設定部と、
   前記設定部により設定された前記目標ガス圧および前記目標放電管電流に応じて、前記送風機電源部および前記放電管電源部を制御するレーザ発振器制御部と、をさらに備えることを特徴とするレーザガス推定装置。
3. 請求項１または２に記載のレーザガス推定装置において、
   前記レーザ発振器へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給経路と、
   前記レーザ発振器へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給経路と、
   前記レーザ発振器へヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給経路と、
   前記炭酸ガス供給経路を介して供給される炭酸ガスの供給量を調整する炭酸ガス調整部と、
   前記窒素ガス供給経路を介して供給される窒素ガスの供給量を調整する窒素ガス調整部と、
   前記ヘリウムガス供給経路を介して供給されるヘリウムガスの供給量を調整するヘリウムガス調整部と、
   前記組成比推定部により推定された組成比に応じて、前記レーザ発振器内のレーザガスの組成比が所定の組成比となるように、前記炭酸ガス調整部、前記窒素ガス調整部および前記ヘリウムガス調整部を制御する流量制御部と、をさらに備えることを特徴とするレーザガス推定装置。
4. 請求項３に記載のレーザガス推定装置において、
   レーザガスの目標組成比を指令する指令部をさらに備え、
   前記流量制御部は、前記組成比推定部により推定された組成比に応じて、前記レーザ発振器内のレーザガスの組成比が前記指令部により指令された目標組成比となるように、前記炭酸ガス調整部、前記窒素ガス調整部および前記ヘリウムガス調整部を制御するレーザガス推定装置。

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