JP6189883B2 - レーザガスの組成比を判定するガスレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスレーザ装置、特にレーザガスの組成比を判定するガスレーザ装置に関する。

炭酸ガスレーザ発振器においては、ガス容器内を高速で循環するレーザガスを放電励起用電源により放電させ、それにより、レーザ光を発生させている。板金切断用レーザ加工機は炭酸ガスレーザ発振器から出力されたレーザ光を用いて金属材料や樹脂材料等を切断することができる。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ている。ガスメーカは、炭酸ガス、窒素ガスおよびヘリウムガスの組成比が予め指定されたレーザガスを作成しており、そのようなレーザガスはレーザガス配管系を通じて炭酸ガスレーザ発振器に供給される。

ところが、実際に作成されたレーザガスの組成比が指定された組成比とは異なる場合がある。また、組成比が異なるレーザガスを過誤により炭酸ガスレーザ発振器に接続する場合もある。このような場合に、炭酸ガスレーザ発振器を起動すると、レーザガスに対する放電のインピーダンスが異なるので、発振器が停止し、レーザ光が出力されない。従って、レーザ加工機において板金や樹脂材料等を切断できない事態が発生しうる。

また、適切な組成比のレーザガスを使用する場合であっても、レーザガスに含まれるヘリウムガスの分子量は小さいので、樹脂製のレーザガス配管系からヘリウムガスが外部へ漏洩する場合がある。また、金属製のレーザガス配管系を使用した場合であっても、レーザガス配管系にピンホールが形成されると、ヘリウムガスがピンホールから選択的に漏洩する。このような場合には、ヘリウムガス成分の分圧が低下して、レーザガスの組成比が変化する。

板金切断用レーザ加工機が比較的大型である場合には、レーザガス源から炭酸ガスレーザ発振器までの距離が数十ｍに達することもある。このような場合にも、前述した理由によりレーザガスのヘリウムガスが漏洩して、ヘリウムガス成分の分圧が低下する。さらに、停止した炭酸ガスレーザ発振器のレーザガス配管系内にレーザガスが滞留している状態においてヘリウムガスが漏洩すると、ヘリウムガス成分の分圧が同様に低下する。

このようにヘリウムガス成分の分圧が低下したレーザガスが炭酸ガスレーザ発振器に供給されると、レーザガスの成分の異常が検出されて発振器自体が停止する。あるいは、炭酸ガスレーザ発振器の放電励起用電源が異常を検知し、停止して、レーザ光が出力されない。

このような問題に対する対策は、レーザガス配管系内に滞留している、ヘリウムガスの分圧比が低下したレーザガスを排出すると共に、レーザガス源から新たなレーザガスを炭酸ガスレーザ発振器に供給することである。

特許文献１においては、レーザガス配管系に形成されたピンホールを通じてヘリウムガスが漏洩した場合に、レーザガス配管系内のレーザガスを一定量、外部に排出することが開示されている。これにより、レーザガスの組成比が正常になり、炭酸ガスレーザ発振器を安定して起動することができる。

また、特許文献２においては、放電開始電圧が高い場合には、放電開始電圧を下げるように発振器内部の放電部のレーザガス圧を制御し、放電開始後に発振効率の良いレーザガス圧に変更することが開示されている。

特開平４−８０９７９号公報 特開昭６１−２２６７８号公報

しかしながら、特許文献１においては、レーザガスの状態を確認することなしにレーザガスを一定量、外部に排出している。このため、レーザガス配管系にピンホールなどが形成されていない場合にも、レーザガスを排出することになり、結果的に、レーザガスの消費量が大きくなる。また、ヘリウムガスがレーザガス配管系または炭酸ガスレーザ発振器から漏洩することによりレーザ出力が低下した場合には、その復旧に長時間が必要とされる。

さらに、特許文献２においてレーザガスの組成比が変化した場合であっても、レーザガス圧を定格ガス圧よりも低くなるように制御し、レーザガスを放電させられる。しかしながら、レーザガスの組成比が変化しているので、本来望まれていた発振効率を得ることはできない。

また、炭酸ガスレーザ発振器においてレーザガスの組成比が変化してレーザ出力が低下したとしても、レーザ出力の低下の原因が、炭酸ガスレーザ発振器の長期間停止、または真空系内への水分等の混入によるものであると誤判断する場合がある。このような場合には、エージング動作を長時間にわたって実施した後に炭酸ガスレーザ発振器を起動するので、起動までに長時間が必要とされる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ガスレーザ発振器を停止させることなしに、レーザガスの組成比に異常があるか否かを容易に判定することのできる、ガスレーザ装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、炭酸ガスレーザ発振器においてレーザを発振する媒体としてのレーザガスを収容するガス容器と、該ガス容器における前記レーザガスの圧力値を取得する圧力取得部と、前記ガス容器に収容されるべきレーザガスのレーザガス源と、該レーザガス源のレーザガスを前記ガス容器に供給するレーザガス供給部と、前記ガス容器から前記レーザガスを排出するレーザガス排出部と、前記圧力取得部により取得された圧力値に基づいて、前記レーザガス供給部と前記レーザガス排出部とを制御するレーザガス圧制御部と、前記ガスレーザ発振器の起動時にレーザの定格出力を発生する第一レーザガス圧指令と、前記第一レーザガス圧指令が指令されて一定時間経過後に所定のレーザ出力指令における第一レーザ実出力が第一基準出力以上でない場合には、前記第一レーザガス圧よりも小さい第二レーザガス圧指令とを出力するレーザガス圧指令出力部と、前記第一レーザ実出力と、前記第二レーザガス圧指令が指令されて前記一定時間経過後に前記所定のレーザ出力指令における第二レーザ実出力と、を取得するレーザ実出力取得部と、前記第一レーザ実出力を前記第一基準出力とを比較すると共に、前記第二レーザ実出力と第二基準出力とを比較することにより、前記ガス容器内の前記レーザガスのヘリウム成分が低下していることを判定する判定部と、を具備する、炭酸ガスレーザ装置が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力以上である場合には前記レーザガスの組成比が正常であると判定する。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力よりも小さくて且つ前記第二レーザ実出力が前記第二基準出力以上である場合には前記レーザガスの組成比が異常であると判定する。
４番目の発明によれば、３番目の発明において、前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部により前記ガス容器のレーザガスを入替えた後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、特定のレーザ出力指令により所定時間運転であるエージング動作をした後で、前記ガスレーザ発振器を再々起動するようにした。
６番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、エージング動作、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部による前記ガス容器のレーザガスの入替えを少なくとも一回行った後で、前記ガスレーザ発振器を再々起動するようにした。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力よりも小さくて且つ前記第二レーザ実出力が前記第二基準出力よりも小さい場合には前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定する。
８番目の発明によれば、７番目の発明において、前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、エージング動作を行った後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした。
９番目の発明によれば、７番目の発明において、前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、エージング動作、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部による前記ガス容器のレーザガスの入替えを少なくとも一回行った後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした。
１０番目の発明によれば、９番目の発明において、前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、警告を出力する警告出力部を具備する。

１番目の発明においては、異なる二つのレーザガス圧において同一のレーザ出力指令を出力したときのレーザ実出力を基準出力と比較することにより、レーザガスの組成比に異常があるか否かを判定できる。このため、ヘリウムガスが透過してレーザガスの組成比が変化していることを、ガスレーザ発振器を停止させることなしにおよびレーザガスの成分分析器を使用することなしに、検出することができる。従って、レーザガスの組成比の変化を短時間で検出することができる。
２番目の発明においては、レーザガスの成分分析や、レーザの出力特性を確認する必要なしに、レーザガスの組成比が正常であることを短時間で検出できる。
３番目の発明においては、ヘリウムガスの漏洩の確認およびレーザの出力特性の確認を行う必要なしに、レーザガスの組成比の異常を短時間で検出できる。このため、ヘリウムガスの漏洩の確認およびレーザの出力特性の確認するのに必要とされるレーザガスの消費を抑えることができる。
４番目の発明においては、レーザガスの組成比が異常である場合には、炭酸ガスレーザ発振器の真空のガス容器およびレーザガス供給部の内部に滞留していたレーザガスを自動的に入替えている。このため、操作者が煩雑になることなしに、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で再起動でき、また炭酸ガスレーザ発振器を停止させる必要もない。
５番目の発明においては、再起動後にレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、レーザガスの組成比の異常の程度が極めて大きい可能性がある。そのような場合でも、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で自動的に再々起動できるので、炭酸ガスレーザ発振器およびレーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。
６番目の発明においては、再起動後にレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、レーザガスの組成比の異常の程度が極めて大きく、さらに炭酸ガスレーザ発振器が長時間停止していた可能性がある。そのような場合でも、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で自動的に再々起動できるので、炭酸ガスレーザ発振器およびレーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。なお、エージングはレーザガス配管系内部を清浄化する役目を果たす。
７番目の発明においては、レーザ出力特性を確認することなしに、レーザ出力の低下を早急に検出することができる。
８番目の発明においては、レーザ出力が低い場合でも、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で起動できるため、レーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。
９番目の発明においては、長期間停止などによりレーザ出力の低下が著しい場合でも、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で起動できるため、レーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。
１０番目の発明においては、炭酸ガスレーザ発振器の光学系が劣化しているかまたは光軸の調整が不十分であると判断できるので、警告を出力し、操作者に注意を促す。これにより、炭酸ガスレーザ発振器を繰返し起動することが原因で炭酸ガスレーザ発振器が破損するのを回避し、復旧を早めることができる。

本発明に基づくガスレーザ装置の略図である。 ガスレーザ装置の動作を示す第一のフローチャートである。 ガスレーザ装置の動作を示す第二のフローチャートである。 判定部による判定動作を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく炭酸ガスレーザ装置の略図である。図１に示されるガスレーザ装置１は、炭酸ガスレーザ発振器１０と、炭酸ガスレーザ発振器１０を制御する制御ユニット２０とを主に含んでいる。また、図１には示さないものの、炭酸ガスレーザ発振器１０はレーザ加工機に接続されているものとする。

図１に示されるように、炭酸ガスレーザ発振器１０は、レーザを発振する媒体としてのレーザガスが収容されるガス容器１１、例えば放電管を含んでいる。ガス容器１１内部のレーザガスの圧力値を取得する圧力取得部１２、例えば圧力センサがガス容器１１内に配置されている。

図１に示されるように、ガス容器１１には、レーザガス供給部１７とレーザガス排出部１８とが接続されている。レーザガス供給部１７は、レーザガス源１６に接続されており、レーザガス源１６内のレーザガスをガス容器１１の内部に供給する。レーザガス排出部１８は、ガス容器１１内部のレーザガスを外部に排出する。

また、ガス容器１１の一端には部分透過性をほとんど有しないリア鏡１３が設けられており、ガス容器１１の他端には部分透過性を有する出力鏡１４が設けられている。出力鏡１４およびリア鏡１３によって共振器を構成し、ガス容器１１内のレーザガスを放電により励起して、出力鏡１４からレーザ光を発振する。また、リア鏡１３の背面にはレーザパワーセンサ１５が配置されており、レーザ実出力を検出する。

炭酸ガスレーザ装置１０はデジタルコンピュータである制御ユニット２０を含んでいる。制御ユニット２０は、圧力取得部１２により取得された圧力値に基づいて、レーザガス供給部１７とレーザガス排出部１８とを制御するレーザガス圧制御部２１を含んでいる。レーザガス圧制御部２１によってガス容器１１内の圧力を所望の値に保つことができる。

さらに、制御ユニット２０は、炭酸ガスレーザ発振器１０の起動時に、レーザの定格出力を発生する第一レーザガス圧指令と、該第一レーザガス圧よりも小さい第二レーザガス圧指令とを出力するレーザガス圧指令出力部２２を含んでいる。前述したレーザパワーセンサ１５は、第一レーザガス圧指令が指令されて一定時間経過後に所定のレーザ出力指令における第一レーザ実出力と、前記第二レーザガス圧指令が指令されて同一時間経過後に前述した所定のレーザ出力指令における第二レーザ実出力と、を取得する。

さらに、制御ユニット２０は、各種のデータを記憶する記憶部２３と、第一レーザ実出力を第一基準出力とを比較すると共に、第二レーザ実出力と第二基準出力とを比較することにより、ガス容器１１内のレーザガスの組成比が正常か否かを判定する判定部２４とを含んでいる。さらに、制御ユニット２０には、所定の場合に警告を出力する警告出力部１９が接続されている。

炭酸ガスレーザ発振器１０を起動開始すると、レーザガス排出部１８によりガス容器１１内のレーザガスが一旦排出される。そして、レーザガス圧力制御部２１がレーザガス供給部１７とレーザガス排出部１８とを制御し、それにより、ガス容器１１内のレーザガス圧を放電に適した圧力に保つ。ガス容器１１内のレーザガスを放電により励起して、出力鏡１４からレーザ光を発振する。レーザ光は図示しないレーザ加工機に送られ、図示しないワークを加工する。

なお、炭酸ガスレーザ発振器１０を停止させるときは、レーザガス供給部１７によってガス容器１１にレーザガスを充填し、ガス容器１１内の圧力を大気圧にする。これにより、不純物が外部からガス容器１１内に進入するのを避けられる。

図２および図３は炭酸ガスレーザ装置の動作を示すフローチャートである。以下、これら図面を参照しつつ、本発明の炭酸ガスレーザ装置１の動作について説明する。これら図面に示される処理は所定の制御周期毎に繰返し実施されるものとする。

はじめに、図２のステップＳ１１において、炭酸ガスレーザ発振器１０を起動する。次いで、ステップＳ３０ａに進んで、判定部２４が所定の判定動作を実行する。図４は判定部による判定動作を示す図である。図４の内容は、図２に示されるステップＳ３０ａ、Ｓ３０ｂ、Ｓ３０ｃ、Ｓ３０ｄと共通するものとする。図４に示されるように、ステップＳ３１においては、第一レーザ実出力Ｌ１を取得する。

具体的には、レーザガス圧指令出力部２２がレーザの定格出力を発生する第一レーザガス圧指令を出力する。レーザガス圧力制御部２１は第一レーザガス圧指令に従って、ガス容器１１の圧力を第一レーザガス圧に制御する。次いで、所定の出力指令、例えば定格出力から二割減じた出力指令を所定時間、例えば３０秒間出力する。所定時間の経過後に、レーザパワーセンサ１５により検出されたレーザ実出力を第一レーザ実出力Ｌ１として取得し、これを記憶部２３に記憶する。そして、判定部２４は、第一レーザ実出力Ｌ１と定格出力から三割減じた第一基準出力Ｒ１とを比較する。

そして、ステップＳ３１において、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力以上である場合には、ガス容器１１内のレーザガスの組成比は正常と判断される（ステップＳ３４）。この場合には、後述する第二レーザ実出力Ｌ２を取得する必要はなく、ガス容器１１内は第一レーザガス圧に制御された状態で発振可能になる。従って、後述するレーザ実出力Ｌ２を取得するためにレーザガスが不要に消費されるのを避けられる。

これに対し、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上でない場合には、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２においては、第二レーザ出力値Ｌ２を取得する。

具体的には、レーザガス圧指令出力部２２が前述した第一レーザガス圧指令より二割減じた第二レーザガス圧指令を出力する。レーザガス圧力制御部２１は第二レーザガス圧指令に従って、ガス容器１１の圧力を第二レーザガス圧に制御する。次いで、ステップＳ３１の場合と同じ所定の出力指令、例えば定格出力から二割減じた出力指令を所定時間、例えば３０秒間出力する。所定時間の経過後に、レーザパワーセンサ１５により検出されたレーザ実出力を第二レーザ実出力Ｌ２として取得し、これを記憶部２３に記憶する。そして、判定部２４は、第二レーザ実出力Ｌ２と定格出力から三割減じた第二基準出力Ｒ２とを比較する。

なお、炭酸ガスレーザ発振器１０の種類によっては、第一基準出力Ｒ１が第二基準出力Ｒ２よりも大きい値であってもよい。また、所定の出力指令が定格出力から二割減じた出力指令以外の値であってもよい。

そして、ステップＳ３２において、第二レーザ実出力Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上である場合、つまり第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１未満であり且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上である場合には、ガス容器１１内のレーザガスの組成比は異常と判断される（ステップＳ３３）。この場合には、レーザガスのヘリウムガス成分の分圧比が低下してレーザガス圧が低下するためである。

一般に、ガスレーザ発振器は規定のレーザガス組成に対して、最も発振効率の高いレーザガス圧に制御してレーザ発振を行う。本実施例においては、定格出力を発生するときの第一レーザガス圧において最も発振効率が高い。レーザガスにおけるヘリウムガスの分圧比が低下すると、第一レーザガス圧における発振効率は低下する。そして、その代わりに、第一レーザガス圧よりも小さい第二レーザガス圧における発振効率は向上するようになる。そのため、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１未満で且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上である場合には、ガス容器１１内のレーザガスの組成比が異常と判断できる。

さらに、ステップＳ３２において第二レーザ実出力Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上でない場合、つまり第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１未満であり且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２未満である場合には、レーザ出力が低いと判断される（ステップＳ３５）。

一般に、ガスレーザ発振器の設置および移設時には、ガスレーザ発振器を長期間停止させたり、既存設備からガスレーザ発振器を分離させる必要がある。その後、ガスレーザ発振器を立上げるときに、ガスレーザ発振器の真空容器、例えばガス容器１１や、その他のレーザガス配管系に大気や水分などの異物が混入することがある。このような場合には、ガスレーザ発振器の起動時には上記のようにレーザ出力が低下する結果になる。

このように、本発明において制御ユニット２０の判定部２４は、レーザガスの組成比が正常または異常、もしくはレーザ出力が低下しているという三種類の判定を行うものとする（ステップＳ３３〜ステップＳ３５）。なお、レーザ出力が低下していることも、異常の一種であるといえる。

再び図２を参照すると、ステップＳ３０ａにおいてレーザガスの組成比が正常であると判定された場合には、ステップＳ２５に進み、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動したと判定する。

また、ステップＳ３０ａにおいてレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、ステップＳ１２に進む。この場合には、レーザガスにおけるヘリウムガスの分圧比が低下している可能性が高い。そして、その原因は、レーザガス配管系からのヘリウムガスの漏洩である。

このため、ステップＳ１２においては、レーザガス排出部１８およびレーザガス供給部１７によりガス容器１１のレーザガスを入替える。これにより、ガス容器１１内のレーザガスの全てはレーザガス源１６からレーザガス供給部１７を通じて供給された直後のレーザガスに入替わる。そして、そのような状態で炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動すれば、正常なレーザ出力が得られると判断できる。

ステップＳ１２においては、炭酸ガスレーザ発振器１０の真空のガス容器１１およびレーザガス供給部１７の内部に滞留していたレーザガスが自動的に入替わる。このため、操作者が煩雑になることなしに、炭酸ガスレーザ発振器１０を短時間で再起動でき、また炭酸ガスレーザ発振器１０を停止させる必要もない。

次いで、ステップＳ３０ｂに進んで、図４を参照して説明したのと同じ判定動作を行う。ステップＳ３０ｂにおいてレーザガスの組成比が正常であると判定された場合には、ステップＳ２５に進み、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動したと判定する。

そして、ステップＳ３０ｂにおいてレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、ステップＳ１３に進む。この場合には、レーザガスの組成比の異常の程度が極めて大きい可能性がある。ステップＳ１３においては、特定のレーザ出力指令によって所定時間だけ炭酸ガスレーザ発振器１０を運転する。つまり、炭酸ガスレーザ発振器１０にエージング動作を行い、レーザガス配管系内部を清浄化する。そして、そのような状態で炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動すれば、正常なレーザ出力が得られると判断できる。

この場合には、炭酸ガスレーザ発振器１０にエージング動作を行うことのみにより、炭酸ガスレーザ発振器１０を短時間で自動的に再々起動できるので、炭酸ガスレーザ発振器およびレーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。

次いで、ステップＳ３０ｃに進んで、前述した判定動作を行う。ステップＳ３０ｃにおいてレーザガスの組成比が正常であると判定された場合には、ステップＳ２５に進み、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動したと判定する。

そして、ステップＳ３０ｃにおいてレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。この場合には、ヘリウムガスがレーザガス配管系から漏洩すること以外の理由により、ヘリウムガスの組成比が低下している可能性が高い。その理由とは、例えば保守作業時に真空のガス容器１１を大気開放したり、レーザガス源１６、例えばボンベを交換することにより、レーザガス供給部１７に大気、水分などが混入することである。

従って、ステップＳ１４においては、ガス容器１１のレーザガスを再度入替えた後で、規定のレーザガス圧で規定のレーザ出力指令により所定時間にわたって放電を実施（エージング）する。そして、そのような状態で炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動すれば、正常なレーザ出力が得られると判断できる。本発明では、エージング動作実施後に炭酸ガスレーザ発振器１０を自動的に再起動することで、炭酸ガスレーザ発振器１０を迅速に起動できる。

次いで、ステップＳ３０ｄに進んで、前述した判定動作を行う。ステップＳ３０ｄにおいてレーザガスの組成比が正常であると判定された場合には、ステップＳ２５に進み、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動したと判定する。

そして、ステップＳ３０ｄにおいてレーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、ステップＳ１５に進む。この場合には、レーザガスの組成比の異常の程度が極めて大きく、さらに炭酸ガスレーザ発振器が長時間停止していた可能性がある。そして、ヘリウムガスがレーザガス配管系から漏洩すること、保守作業時に真空のガス容器１１を大気開放したりレーザガス源１６、例えばボンベを交換することにより、レーザガス供給部１７に大気、水分が混入すること以外の理由により、ヘリウムガスの組成比が低下している可能性が高い。その理由とは、例えば長期間停止したときに真空のガス容器１１のシール部およびレーザガス配管系からヘリウムガスが漏洩することである。

従って、ステップＳ１５においては、炭酸ガスレーザ発振器１０にエージング動作を実施すること、およびレーザガスの入替えを少なくとも一回実施する。そして、そのような状態で炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動すれば、正常なレーザ出力が得られると判断できる。本発明では、このような場合でも、炭酸ガスレーザ発振器を短時間で自動的に再々起動できるので、炭酸ガスレーザ発振器およびレーザ加工機の稼働率の向上を図ることができる。その後、ステップＳ３０ａに戻って、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動されたと判定されるまで処理を繰返すものとする。

ところで、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１未満であると共に第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２未満である場合には、ステップＳ３０ａにおいて、判定部２４が、炭酸ガスレーザ発振器１０のレーザ出力が低い異常な状態であると判定する。

一般に、炭酸ガスレーザ発振器１０の設置、移設時には、炭酸ガスレーザ発振器１０が長期間停止したり、既存設備から炭酸ガスレーザ発振器１０を分離させる必要がある。その後、炭酸ガスレーザ発振器を立上げるときに、炭酸ガスレーザ発振器１０の真空容器、例えばガス容器１１や、その他のレーザガス配管に大気や水分などの異物が混入することがある。このような場合に、エージング動作が不足した状態になるので、炭酸ガスレーザ発振器の起動時には上記のようにレーザ出力が低下する結果になる。従って、本発明においては、レーザ出力特性を確認することなしに、レーザ出力の低下を早急に検出することができる。

このような場合には、図３のステップＳ１６に進んで、前述した規定条件でのエージング動作を実施後に炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動する。これにより、炭酸ガスレーザ発振器１０の真空のガス容器１１およびレーザガス供給部１７ならびに関連するレーザガス配管系内部を清浄化できる。従って、正常なレーザ出力が得られると判断できる。

そして、ステップＳ１７においては、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上であり且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上であるかが判定される。この判定は、図２に示される判定動作と概ね同様であるので、判定部２４が行ってもよい。

そして、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上でなく且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上でない場合には、ステップＳ１８において炭酸ガスレーザ発振器１０のレーザ出力が低いと判定される。

このような場合には、前述したように炭酸ガスレーザ発振器１０の真空容器、例えばガス容器１１や、その他のレーザガス配管に大気や水分などの異物が混入したと判断できる。このため、ステップＳ１９に進んで、規定条件でのエージング動作を実施すると共に、ガス容器１１のレーザガスを再度入替えた後で、炭酸ガスレーザ発振器１０を再起動する。これにより、炭酸ガスレーザ発振器１０の設置、移設直後であっても、炭酸ガスレーザ発振器１０の性能を最大限に発揮することができる。

そして、ステップＳ２０において、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上であり且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上であるかが判定される。そして、第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上でなく且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上でない場合には、ステップＳ２１において炭酸ガスレーザ発振器１０のレーザ出力が低いと判定される。

このような場合には、レーザガスにおけるヘリウムガスの組成比が低下すること以外の原因があると判断できる。そのような原因とは、例えば規定のパラメータが入力されていないこと、炭酸ガスレーザ発振器１０の光学系、例えばリア鏡１３および出力鏡１４などが劣化または汚損していること、光軸の調整不良があること、レーザパワーセンサ１５が破損していること、圧力取得部１２が破損していること、またはガス容器１１を冷却する冷却水（図示しない）の温度設定に異常があることなどである。そして、このような原因がある場合に炭酸ガスレーザ発振器１０を起動すると、炭酸ガスレーザ発振器１０が致命的に故障する可能性がある。

従って、このような場合には、ステップＳ２２に進んで、警告出力部１９が操作者に対して警告を出力する。これにより、操作者は炭酸ガスレーザ発振器１０を保守するよう要求される。これにより、炭酸ガスレーザ発振器を繰返し起動することが原因で炭酸ガスレーザ発振器が破損するのを回避し、復旧を早めることができる。

なお、ステップＳ１７、Ｓ２０において第一レーザ実出力Ｌ１が第一基準出力Ｒ１以上であり且つ第二レーザ出力値Ｌ２が第二基準出力Ｒ２以上であると判定された場合には、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３においては、ガス容器１１内のレーザガスの組成比は正常と判断される。そして、ステップＳ２４において、炭酸ガスレーザ発振器１０が正常に起動したと判定される。

このように本発明においては、第一レーザガス圧および第二レーザガス圧において同一のレーザ出力指令を出力したときのレーザ実出力Ｌ１、Ｌ２を基準出力Ｒ１、Ｒ２とそれぞれ比較することにより、レーザガスに異常があるか否かを判定できる。このため、ヘリウムガスが透過してレーザガスの組成比が変化していることを、炭酸ガスレーザ発振器１０を停止させることなしにおよびレーザガスの成分分析器を使用することなしに、検出することができる。従って、レーザガスの組成比の変化を短時間で検出することができる。

また、レーザ出力が不足して適正値に達しない場合には、その原因を前述したように判断することができる。その結果、レーザガスの組成比の異常に基づいて発生しうる不具合を短時間で復旧することができる。さらに、レーザ出力が低下している場合には、炭酸ガスレーザ発振器１０の最適な起動方法を選択でき、それにより、炭酸ガスレーザ発振器１０を最短時間で起動することができる。

１ ガスレーザ装置
１０ ガスレーザ発振器
１１ ガス容器
１２ 圧力取得部
１３ リア鏡
１４ 出力鏡
１５ レーザパワーセンサ（レーザ実出力取得部）
１６ レーザガス源
１７ レーザガス供給部
１８ レーザガス排出部
１９ 警告出力部
２０ 制御ユニット
２１ レーザガス圧制御部
２２ レーザガス圧指令出力部
２３ 記憶部
２４ 判定部

Claims (10)

1. ガスレーザ発振器（１０）においてレーザを発振する媒体としてのレーザガスを収容するガス容器（１１）と、
   該ガス容器における前記レーザガスの圧力値を取得する圧力取得部（１２）と、
   前記ガス容器に収容されるべきレーザガスのレーザガス源（１６）と、
   該レーザガス源のレーザガスを前記ガス容器に供給するレーザガス供給部（１７）と、
   前記ガス容器から前記レーザガスを排出するレーザガス排出部（１８）と、
   前記圧力取得部により取得された圧力値に基づいて、前記レーザガス供給部と前記レーザガス排出部とを制御するレーザガス圧制御部（２１）と、
   前記ガスレーザ発振器の起動時にレーザの定格出力を発生する第一レーザガス圧指令と、前記第一レーザガス圧指令が指令されて一定時間経過後に所定のレーザ出力指令における第一レーザ実出力が第一基準出力以上でない場合には、前記第一レーザガス圧よりも小さい第二レーザガス圧指令とを出力するレーザガス圧指令出力部（２２）と、
   前記第一レーザ実出力と、前記第二レーザガス圧指令が指令されて前記一定時間経過後に前記所定のレーザ出力指令における第二レーザ実出力と、を取得するレーザ実出力取得部（１５）と、
   前記第一レーザ実出力を前記第一基準出力とを比較すると共に、前記第二レーザ実出力と第二基準出力とを比較することにより、前記ガス容器内の前記レーザガスのヘリウム成分が低下していることを判定する判定部（２４）と、を具備する、ガスレーザ装置。
2. 前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力以上である場合には前記レーザガスの組成比が正常であると判定する、請求項１に記載のガスレーザ装置。
3. 前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力よりも小さくて且つ前記第二レーザ実出力が前記第二基準出力以上である場合には前記レーザガスの組成比が異常であると判定する、請求項１または２に記載のガスレーザ装置。
4. 前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部により前記ガス容器のレーザガスを入替えた後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした、請求項３に記載のガスレーザ装置。
5. 前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、エージング動作をした後で、前記ガスレーザ発振器を再々起動するようにした、請求項４に記載のガスレーザ装置。
6. 前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記レーザガスの組成比が異常であると判定された場合には、エージング動作、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部による前記ガス容器のレーザガスの入替えを少なくとも一回行った後で、前記ガスレーザ発振器を再々起動するようにした、請求項４に記載のガスレーザ装置。
7. 前記判定部は、前記第一レーザ実出力が前記第一基準出力よりも小さくて且つ前記第二レーザ実出力が前記第二基準出力よりも小さい場合には前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定する、請求項１に記載のガスレーザ装置。
8. 前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、エージング動作を行った後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした、請求項７に記載のガスレーザ装置。
9. 前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、エージング動作、前記レーザガス排出部および前記レーザガス供給部による前記ガス容器のレーザガスの入替えを少なくとも一回行った後で、前記ガスレーザ発振器を再起動するようにした、請求項７に記載のガスレーザ装置。
10. 前記ガスレーザ発振器を再起動した後で前記判定部により前記ガスレーザ発振器の出力が低いと判定された場合には、警告を出力する警告出力部（１９）を具備する、請求項９に記載のガスレーザ装置。

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