JP6474368B2

JP6474368B2 - レーザ装置

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Publication number: JP6474368B2
Application number: JP2016160593A
Authority: JP
Inventors: 本田　昌洋; 昌洋本田; 田中　康之; 康之田中
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2036-08-18
Also published as: CN107768974A; US20180054037A1; US9899796B1; DE102017213773B4; DE102017213773A1; CN107768974B; JP2018028814A

Description

本発明は、レーザ装置に関し、詳細には除湿装置を備えたレーザ装置に関する。

高出力レーザ装置ではレーザ光源であるレーザダイオードの過熱を防止するために冷却が行われる。即ち、この冷却を行うための装置である冷却部が設けられる。通常、レーザ装置は密閉された筐体内に設置され、クーラーなどの除湿機能を有する装置により筐体内の湿度は一定に管理される。しかしながら、保守点検などに際して筐体の扉を解放した場合には、冷却されたレーザダイオードやこの周辺部材に湿度の高い空気が触れると、結露が発生する。この結露による水滴がレーザダイオードに付着するとレーザダイオードが破損するおそれがある。従って、レーザ装置の筐体内の湿度は、常時十分な精度で管理されている必要がある。このような湿度の管理のためには、筐体内に備えられる湿度センサの寿命が十分に長く、安定した検出精度を維持できることが望ましい。

一方、測定現場に設置される湿度センサの寿命予測装置が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の技術では、湿度センサに付設したヒータで湿度センサを一定の周期で加熱して劣化した性能を回復させて用いる。こための毎周期における加熱の継続時間を変更したときの、耐用期間中での加熱時間の総和に係る見込みデータと実際の加熱時間の積算値のデータとから、所定の演算によって、湿度センサの寿命を予測するようにしている。このようにして湿度センサの寿命を予測することにより、定期的な交換のための備えをしてメンテナンス時の便宜をはかることができるとされている。

また、空気調和機に付設される湿度センサの検出精度を長期に亘って維持できるようにするための技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２の技術では、湿度センサを通電休止期間をおいて間欠的に作動させ、検出された湿度の値が所定の範囲外の値を示す時、及び、所定範囲内であっても変動率が所定の程度以下である時には、通電休止期間を長く設定するようにしている。通電休止期間の延長によりこの湿度センサへの通電積算時間が短縮され、長期間に亘って検出精度を維持できるようになるとされている。

特開２０１０−８３２１号公報特開平５−３３３９４２号公報

特許文献１に開示された技術では、湿度センサの加熱時間に係るデータに基づいて演算により湿度センサの寿命を予測してメンテナンス上の便宜をはかっているが、寿命そのものを延長するための方途は示されない。
また、特許文献２に開示された技術では、空気調和機に付設される湿度センサによる湿度の検出値及び該検出値の変動率に基づいて、湿度センサへの通電休止時間を制御しているが、レーザ装置における冷却部の結露防止のためにはそのままでは適用できない。

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、適用される湿度センサの寿命の延長をはかりつつ、レーザ装置の冷却部の結露を防止することができるレーザ装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ装置（例えば、後述するレーザ装置１）は、レーザダイオード（例えば、後述するレーザダイオード１０）と前記レーザダイオードを冷却する冷却部（例えば、後述する冷却部２０）とを筐体（例えば、後述する筐体２）内に備えるレーザ装置（例えば、後述するレーザ装置１）であって、自己への通電を伴いつつ前記レーザ装置内の湿度を検出する湿度検出部（例えば、後述する湿度検出部３０）と、前記湿度検出部への通電時間を制御する通電制御部（例えば、後述する通電制御部４０）と、を備える。

本発明のレーザ装置は、その一態様において、前記筐体内の温度を検出する温度検出部（例えば、後述する温度検出部５０）と、前記湿度検出部により検出された湿度と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて露点を算出する露点計算部（例えば、後述する露点計算部６０）とを更に備え、前記通電制御部は、前記露点計算部により算出された露点に基づいて前記湿度検出部への通電時間を制御する。

本発明のレーザ装置は、その一態様において、前記筐体の扉（例えば、後述する扉３）の開閉状態を検出する扉開閉検出部（例えば、後述する扉開閉検出部４）を更に備え、前記通電制御部は、前記扉開閉検出部により検出される扉の開閉状態に応じて、前記湿度検出部への通電時間を制御する。

本発明のレーザ装置は、その一態様において、前記湿度検出部は、前記冷却部の近傍に配置されている。

本発明によれば、適用される湿度センサの寿命の延長をはかりつつ、レーザ装置の冷却部の結露を防止することができるレーザ装置を具現することができる。

本発明の一実施形態としてのレーザ装置を示す概略構成図である。図１のレーザ装置における筐体内の露点に応じた通電制御部による湿度検出部への通電の制御態様を示す図である。図１のレーザ装置における通電制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の他の実施形態としてのレーザ装置を示す概略構成図である。

図１は、本発明の一実施形態としてのレーザ装置を示す概略構成図である。
このレーザ装置１は、レーザダイオード１０と、レーザダイオード１０を冷却する冷却部２０とを筐体２内に備える。
即ち、レーザ光の光源となるレーザダイオード１０にこれを冷却するための冷却部２０が付設され、これらレーザダイオード１０及び冷却部２０は、密閉構造の筐体２内に設置されている。冷却部２０としては、例えば、液冷ヒートシンクに冷却液を循環させるタイプのものや、ペルチェ素子のような電子冷却素子を有するタイプのものを適用可能である。

また、自己への通電を伴いつつレーザ装置１内（従って、筐体２内）の湿度を検出する湿度検出部３０と、湿度検出部３０への通電時間を制御する通電制御部４０とが備えられている。尚、湿度検出部３０への通電は、加熱によって湿度検出のための感度を回復（リフレッシュ）させるために行われる処置である。この処置により、湿度検出部３０を構成する湿度センサにおける感湿部材に保持された水分を除去して検出感度を回復させ、また、検出出力に関するヒステリシスを除く。しかしながら、このような通電の積算時間が極めて長くなると湿度センサは寿命が尽きる。
筐体２内には、更に、筐体２内の温度を検出する温度検出部５０と、湿度検出部３０により検出された湿度と温度検出部５０により検出された温度とに基づいて露点を算出する露点計算部６０とを更に備えている。

通電制御部４０は、露点計算部６０により算出された露点に基づいて湿度検出部３０への通電時間を制御する。即ち、通電制御部４０は、露点の値に基づいて、湿度検出部３０への通電における、時間幅が一定である通電の周期を変更したり、一定の周期における通電のデューティ比を変更するなどして、通電に係る平均デューティ比を調節する。
一方、筐体２には扉３が設けられ、扉３にはその開閉状態を検出する扉開閉検出部４が備えている。
通電制御部４０は、扉開閉検出部４により検出される扉の開閉状態に応じて、湿度検出部３０への通電時間を制御する。

尚、このレーザ装置１では、湿度検出部３０は、冷却部２０に接触するか、乃至は、その近傍に設けられている。従って、湿度検出部３０により冷却部２０の近傍空間の湿度の変化が高感度で遅延が少ない状態で検出され、検出の精度が良好である。この場合には、算出された露点に応じて湿度検出部３０への通電時間を制御するに替えて、このような高精度の湿度検出値に基づいて湿度検出部３０への通電時間を制御することも可能である。
また、筐体２には、内部の湿度を低レベルに保つための除湿部５が設けられている。除湿部５は湿度検出部３０からの湿度検出値に応じて除湿運転に係る能力が調節される。除湿部５としては、例えば、電子除湿器、或いは、高分子電解質膜を利用して水分を電気分解するタイプの除湿器などを適用可能である。

筐体２内の露点が、湿度検出部３０から出力される筐体２内の湿度を表す湿度信号ＲＨと、温度検出部５０から出力される筐体２内の温度を表す温度信号ＴＨとを受ける露点計算部６０によって算出され、該算出された露点を表す露点信号ＤＰが通電制御部４０に入力される。
通電制御部４０にはまた、扉開閉検出部４による扉３の開閉を表す扉開閉信号ＯＭが入力される。
通電制御部４０は、入力される露点信号ＤＰ及び扉開閉信号ＯＭに応じて湿度検出部３０への通電を制御する通電制御信号ＥＣを湿度検出部３０に供給する。この通電制御信号ＥＣの供給により湿度検出部３０における水分除去手段（不図示）への通電のし方が調節される。

次に、図２を参照して、通電制御部４０による通電時間の調節について説明する。
図２は、図１のレーザ装置１における筐体２内の露点に応じた通電制御部４０による湿度検出部への通電の態様を示す図である。
図２において左端側に「露点」と表記された複数の黒点は、露点計算部６０により算出された筐体２内の露点（℃）である。即ち、露点計算部６０は筐体２内の露点を表す露点信号ＤＰを出力する。露点信号ＤＰによって表わされた露点が複数の離散的な黒点で表記されているのは、サンプリング（算出）のタイミングと値を表すためである。また、図中、複数の分散した露点に対して横断的に描かれた点線は、露点に関する或る既定値ＤＰ１を表している。露点が既定値ＤＰ１以下である場合には、筐体２内に結露が発生するおそれが少なく、反対に、露点が既定値ＤＰ１を超えている場合には筐体２内に結露が発生するおそれがある。

図２において、露点信号ＤＰによって表わされた露点が既定値ＤＰ１を超過している期間が期間Ｔ１と表記され、この露点が既定値ＤＰ１以下である期間が期間Ｔ２と表記されている。また、扉開閉信号ＯＭが扉が開いていることを表している期間が期間Ｔ３と表記されている。
上述の期間Ｔ１では、筐体２内の露点が既定値ＤＰ１よりも高く、従って、相対的に結露が発生しやすい雰囲気にある。このため、通電制御部４０からはＯＮの時間幅が一定でＯＮの発生周期が短く設定された通電制御信号ＥＣが湿度検出部３０に供給される。湿度検出部３０では、このように供給される通電制御信号ＥＣに応じて、相対的に高い頻度で水分除去手段（不図示）への通電を行って水分の過剰な吸収による感度の低下や検出出力に関するヒステリシスを除去する。従って、湿度検出部３０は湿度信号ＲＨに係る正確さを維持することができる。

一方、上述の期間Ｔ２では、筐体２内の露点が既定値ＤＰ１以下であり、従って、相対的に結露が発生しにくい雰囲気にある。このため、通電制御部４０からはＯＮの時間幅が一定でＯＮの発生周期が長く設定された通電制御信号ＥＣが湿度検出部３０に供給される。湿度検出部３０では、このように供給される通電制御信号ＥＣに応じて、相対的に低い頻度で水分除去手段（不図示）への通電を行うことで水分の過剰な吸収による感度の低下や検出出力に関するヒステリシスを除去することが可能である。従って、湿度検出部３０は感度の回復（リフレッシュ）のための通電時間が少なくなり、この状態で湿度信号ＲＨに係る正確さを維持することができる。このため、湿度検出部３０は過剰な頻度で通電されることなく運用され、通電時間の積算による寿命の短縮が回避されることになる。

更に、上述の期間Ｔ３では、レーザ装置１の筐体２の扉３が開放されているため、筐体２内では急激に結露が発生するおそれがある。このため、通電制御部４０では、扉開閉信号ＯＭにより扉が開いていることを検出したときには、直ちに通電制御信号ＥＣをＯＮにしてこの状態を維持する。これにより、湿度検出部３０は水分除去手段（不図示）への通電状態が維持されて、水分の過剰な吸収による感度の低下や検出出力に関するヒステリシスの発生が回避される。従って、筐体２の扉３が開放されても、湿度検出部３０は湿度信号ＲＨに係る正確さを維持することができ、即座に結露を検出できる。

次に、フローチャートを参照してレーザ装置１における通電制御部４０の制御動作について説明する。
図３は、図１のレーザ装置１における通電制御部４０の制御動作を示すフローチャートである。
動作が開始すると、通電制御部４０は、扉開閉検出部４からの扉開閉信号ＯＭを読み込む（ステップＳ１）。次いで、読込んだ扉開閉信号ＯＭに基づいて扉の開閉を判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２で扉が閉まっていると判断されたときには（ステップＳ２：ＹＥＳ）、通電制御部４０は、露点計算部６０から露点信号ＤＰを読み込む（ステップＳ３）。次いで、読込んだ露点信号ＤＰの値が上述の既定値ＤＰ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。

ステップＳ４で、露点信号ＤＰの値が既定値ＤＰ１以下であると判断されたときには（ステップＳ４：ＹＥＳ）、通電制御部４０は、通電制御信号ＥＣにおけるＯＮの周期を長く設定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の後、通電制御部４０は、本レーザ装置１の稼働を終了させる操作がされているかを図示しないレーザ装置１の操作部への操作履歴等に基づいて判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６で、レーザ装置１の稼働を終了させる操作がされていると判断されたときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、通電制御部４０は、動作を終了する。また、ステップＳ６で、レーザ装置１は稼働中であると判断されたときには（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ１戻り、上述の動作が繰り返される。

一方、通電制御部４０は、ステップＳ２で、扉が開いていると判断されたときには（ステップＳ２：ＮＯ）、通電制御信号ＥＣをＯＮ状態を維持するように設定する（ステップＳ７）。ステップＳ７の後、既述のステップＳ６にジャンプする。
通電制御部４０は、また、ステップＳ４で露点信号ＤＰの値が既定値ＤＰ１を超過しているとであると判断されたときには（ステップＳ４：ＮＯ）、通電制御部４０は、通電制御信号ＥＣにおけるＯＮの周期を短く設定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の後、既述のステップＳ６に移行する。

図３のフローチャートを参照して上述したところから明らかな通り、通電制御部４０は、先ず、扉開閉検出部４からの扉開閉信号ＯＭを読み込んで、扉３の開閉を確認し、扉３が開いているときには（ステップＳ２：ＮＯ）、無条件で、通電制御信号ＥＣをＯＮ状態が維持されるように設定する（ステップＳ７）。このように、扉３が開いているときには他の条件を俟たずに湿度検出部３０への通電を継続するように制御するため、このときの露点計算部６０における露点の算出処理は不要となる。また、湿度検出部３０への通電が維持されることにより、図２を参照して既述のように、湿度検出部３０は水分除去手段（不図示）への通電状態が維持されて、水分の過剰な吸収による感度の低下や検出出力に関するヒステリシスの発生が回避される。従って、筐体２の扉３が開放されても、湿度検出部３０は湿度信号ＲＨに係る正確さが維持される。

一方、扉が閉まっている場合に（ステップＳ２：ＹＥＳ）、露点（ＤＰ）が既定値ＤＰ１以下か否かを判断し、露点が低ければ結露が発生するおそれが少ないことから、通電制御信号ＥＣにおけるＯＮの周期を長く設定する（ステップＳ５）。ステップＳ５におけるこのような設定は、換言すれば、湿度検出部３０に対する通電休止時間を長くするということであり、このようにすることにより、湿度検出部３０への積算通電時間が低減され、湿度検出部３０の寿命が延長される。尚、既述の実施形態では、湿度検出部３０への積算通電時間を低減するために、通電制御信号ＥＣにおける毎回のＯＮにおける時間幅は一定にして発生周期を長く設定した。しかしながら、これに限られず、通電制御信号ＥＣの平均ＯＮデューティを相対的に短縮すれば、種々の波形をとりつつも湿度検出部３０への積算通電時間を低減することができる。

次に、図４を参照して、本発明の他の実施形態としてのレーザ装置について説明する。
図４は、本発明の他の実施形態としてのレーザ装置を示す概略構成図である。
図４のレーザ装置１ａは、レーザ装置部１００における温度検出部５０への通電をＣＮＣ部２００から制御する態様を採る。
図４において、既述の図１との対応部は同一の符号を附して示し、それらここの説明は省略する。
図４のレーザ装置部１００は、図１を参照して既述のレーザ装置１における通電制御部４０及び露点計算部６０は自己の内部に持たない。これら通電制御部４０及び露点計算部６０に対応する機能部は、ＣＮＣ部２００内に、通電制御部４１及び露点計算部６１として設けられている。通電制御部４１及び露点計算部６１は、ＣＮＣ部２００のＣＰＵ（不図示）とソフトウェアを主体に構成され得るが、別途の各別の回路部によりハードウェとしても構成され得る。

ＣＮＣ部２００の露点計算部６１には、図１の露点計算部６０におけると同様に、温度検出部５０からの温度信号ＴＨと湿度検出部３０からの湿度信号ＲＨとが入力され、これら入力された温度信号ＴＨ及び湿度検出部３０に基づいて露点（ＤＰ）が算出される。このように算出された露点を表す露点信号ＤＰが、ＣＮＣ部２００内で通電制御部４１に入力される。
通電制御部４１には、上述の露点信号ＤＰの他、扉開閉信号ＯＭが入力される。通電制御部４１は、入力された露点信号ＤＰ及び扉開閉信号ＯＭに基づいて、図１の通電制御部４０におけると同様にして、通電制御信号ＥＣを生成し、この信号ＥＣを湿度検出部３０に供給する。
即ち、筐体内の露点に応じた通電制御部４１による湿度検出部３０への通電の制御態様は、図２を参照して既述の通りである。
また、通電制御部４１の動作は、図３のフローチャートを参照して既述の通りである。
従って、図４の実施形態におけるレーザ装置１ａも、図１を参照して既述のレーザ装置１と同様の作用効果を奏する。

以上、図１から図４を参照して説明した本発明の実施形態としてのレーザ装置の作用効果について次に要約する。
（１）本発明のレーザ装置１は、レーザダイオード１０とレーザダイオード１０を冷却する冷却部２０とを筐体２内に備えており、自己への通電を伴いつつレーザ装置１内の湿度を検出する湿度検出部３０と、湿度検出部３０への通電時間を制御する通電制御部４０と、を備える。

上記（１）のレーザ装置１では、通電制御部４０によって湿度検出部３０を間欠的に運転し、その劣化を低減させることができる。

（２）本発明のレーザ装置１は、その一態様において、筐体２内の温度を検出する温度検出部５０と、湿度検出部３０により検出された湿度と温度検出部５０により検出された温度とに基づいて露点を算出する露点計算部６０とを更に備え、通電制御部４０は、露点計算部６０により算出された露点に基づいて湿度検出部３０への通電時間を制御する。

上記（２）のレーザ装置１では、露点計算部６０により検出される露点に基づいて結露の可能性があるか否かを判断し、可能性がない場合は、湿度検出部３０への通電休止時間を長くして劣化を低減することが可能になる。

（３）本発明のレーザ装置は、その一態様において、筐体２の扉３の開閉状態を検出する扉開閉検出部４を更に備え、通電制御部４０は、扉開閉検出部４により検出される扉３の開閉状態に応じて、湿度検出部３０への通電時間を制御する。

上記（３）のレーザ装置１では、扉３が開いているときには他の条件を俟たずに湿度検出部３０への通電を継続するように制御するため、このときの露点計算部６０における露点の算出処理は不要となる。

（４）本発明のレーザ装置は、その一態様において、湿度検出部３０は、冷却部２０の近傍に配置されている。

上記（４）のレーザ装置１では、湿度検出部３０により冷却部２０の近傍空間の湿度の変化が高感度で検出され、検出の精度が良好である。
以上を総じて、本発明のレーザ装置１、１ａでは、適用される湿度センサである湿度検出部３０の寿命の延長をはかりつつ、この湿度検出部３０の検出出力に依拠して除湿部５の運転における除湿能力を適切に調節して、レーザ装置１の冷却部２０の結露を防止することができる
尚、本発明は既述の実施形態には限定されるものではなく、種々、変形変更して実施可能である。例えば、上述の実施形態では、湿度検出部３０で検出された湿度を表す湿度信号ＲＨは、露点計算部６１に露点算出のために入力されるが、この湿度信号ＲＨが異常に高い湿度を表す場合には警報を発報するように構成してもよい。
その他、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良も本発明に包摂される。

１、１ａレーザ装置
２筐体
３扉
４扉開閉検出部
５除湿部
１０外側容器
２０冷却部
３０湿度検出部
４０、４１通電制御部
５０温度検出部
６０、６１露点算出部
１００レーザ装置部
２００ＣＮＣ部

Claims

レーザダイオードと前記レーザダイオードを冷却する冷却部とを筐体内に備えるレーザ装置であって、
自己への通電を伴いつつ前記レーザ装置内の湿度を検出する湿度検出部と、
前記湿度検出部への通電時間を制御する通電制御部と、
前記筐体内の温度を検出する温度検出部と、
前記湿度検出部により検出された湿度と前記温度検出部により検出された温度とに基づいて露点を算出する露点計算部と、
前記筐体の扉の開閉状態を検出する扉開閉検出部とを備え、
前記通電制御部は、前記露点計算部により算出された露点に基づいて前記湿度検出部への通電時間を制御し、且つ、前記扉開閉検出部により検出される扉の開閉状態に応じて、前記湿度検出部への通電時間を制御する
レーザ装置。
前記湿度検出部は、前記冷却部の近傍に配置されている請求項１に記載のレーザ装置。