氣體激光振蕩器以及測定激光氣體置換量的方法

專利名稱：氣體激光振蕩器以及測定激光氣體置換量的方法
技術領域：
本發明涉及一種在激勵激光氣體來產生激光的氣體激光振蕩器中，用于對每單位時間置換的激光氣體的量進行測定的方法以及通過該方法可以測定激光氣體置換量的氣體激光器。
背景技術：
在激光加工裝置等中，為了產生激光，使用氣體激光振蕩器。例如，在二氧化碳氣體激光振蕩器中，使氣體室內充滿由CO2、N2、He等氣體組成的激光氣體，通過對該激光氣體例如施加高電壓來產生放電，通過該放電來激勵激光氣體(詳細地為CO2)，并且通過光共振器使由此釋放出的光共振，來產生激光。
在該放電時，激光氣體中的CO2分解，生成CO、O2、O3-，而且，由于O3-與N2的反應還生成NOx。當繼續進行激光振蕩動作時，這樣的生成物隨著時間的推移在氣體室內增加。結果，激光氣體的組成比從初期的狀態慢慢變化，導致激光輸出的下降。因此，目前在激光振蕩動作中，通過將氣體室內的激光氣體每次一定量地與新的激光氣體進行置換，來進行氣體室內的氣體交換。此外，為了穩定放電來使激光輸出穩定，需要將氣體室內的激光氣體保持在規定的壓力(例如為絕對壓力為0.05～0.2的壓力)。因此，例如在特開平7-176809號公報中記述的那樣，在氣體交換時，控制對于氣體室的激光氣體的供給以及排出，來使氣體室內的激光氣體維持在規定壓力。
如此，在氣體激光振蕩器中，需要將氣體室內的激光氣體保持在預先規定的壓力，同時進行氣體室內的激光氣體的置換。因此，理想的是對氣體室內的激光氣體的壓力和每單位時間的激光氣體的置換量的雙方進行控制。但是，為了將其實現，需要用于測定氣體室內的激光氣體的壓力的氣壓測定器、用于測定對氣體室供給或排出的激光氣體的流量的氣體流量計、用于調整對氣體室的激光氣體的供給的電磁比例閥等供給側閥、用于調整從氣體室的激光氣體的排出的電磁比例閥等排出側閥，使氣體激光振蕩器的制造成本上升。
另一方面，即使單位時間的激光氣體置換量發生變化，激光輸出等諸特性也不會在短時間內發生大的變化，即使單位時間的激光氣體置換量多少發生些變化，對激光輸出等諸特性的影響也較小。因此，優先考慮制造成本，一般采取以下的方式通過手動閥預先調整單位時間的激光氣體置換量，之后不進行調整，僅對氣體室內的激光氣體的壓力進行控制以使其為一定值。
但是，當用于排出氣體室內的激光氣體的排氣泵和激光氣體排出路徑等與激光氣體置換量存在關系的部件發生惡化，或者對該部件進行了更換時，激光氣體置換量發生變化。此時，當激光氣體置換量減少時，激光氣體的量不足激光輸出下降，相反，當激光氣體置換量增多時，激光氣體的使用量增加導致運轉成本的上升。因此，激光氣體置換量需要保持在適當的量。但是，在激光振蕩動作中不進行激光氣體置換量的控制、而是預先調整激光氣體置換量、在激光振蕩動作中僅控制氣體室內的激光氣體的壓力使其為一定值的一般的激光振蕩器，如上所述，不具備氣體流量計。因此，為了調整激光氣體置換量，需要準備氣體流量計，將氣體流量計安裝在激光振蕩器規定的測定位置上，進行激光氣體置換量的確認，根據需要再次調整激光氣體置換量。此外，在調整之后，需要再次取下氣體流量計。因此，目前，為了調整激光氣體置換量，需要較多的工時。
而且，氣體流量計價格高，激光振蕩器的用戶為了進行維護而購買氣體流量計成為經濟上較大的負擔。因此，氣體置換量的調整作業由專業人員自帶氣體流量計來進行。

發明內容
因此，本發明的目的在于可以不使用氣體流量計來求出氣體激光振蕩器中的單位時間的激光氣體置換量。
根據本發明第一方式，提供一種氣體激光振蕩器，其在具備收容激光氣體的氣體室、用于調整對氣體室的激光氣體的供給的供給側閥、用于調整從氣體室的激光氣體的排出的排出側閥以及用于測定氣體室內的激光氣體的壓力的氣壓測定器，在對所述氣體室內的激光氣體進行激勵來產生激光的期間，控制所述供給側閥和所述排出側閥，來對所述氣體室內的激光氣體進行置換的激光振蕩器中，還具備激光氣體置換量測定裝置，其在開放了所述排出側閥的狀態下鎖閉所述供給側閥來排出所述氣體室內的激光氣體時，或者在之后進一步鎖閉所述排出側閥并且開放所述供給側閥來吹洗所述氣體室內時，間隔預先決定的時間間隔，通過所述氣壓測定器對所述氣體室內的壓力進行第一測定和第二測定，并且根據第一測定的結果與第二測定的結果求出激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量。
在上述氣體激光振蕩器中，當在停止了向氣體室的激光氣體的供給的狀態下從氣體室排出激光氣體時，或者之后在進一步停止了從氣體室的激光氣體的排出的狀態下對氣體室供給激光氣體時，設置預先決定的時間間隔，對氣體室內的激光氣體壓力進行兩次測定，根據該兩側測定的結果，求出激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量。由此，無需為了求出單位時間的激光氣體置換量，使用高價的氣體流量計。
例如，在將激光振蕩動作時的所述氣體室內的激光氣體的平均壓力設為P0，將所述氣體室的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1由所述氣壓測定器測定到的所述氣體室內的壓力設為P1，把在時刻t2由所述氣壓測定器測定到的所述氣體室內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，所述激光氣體置換量測定裝置可以通過以下的公式，根據在排氣時測定到的所述氣體室內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)此外，在將所述氣體室的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1由所述氣壓測定器測定到的所述氣體室內的壓力設為P1，把在時刻t2由所述氣壓測定器測定到的所述氣體室內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，所述激光氣體置換量測定裝置可以通過以下的公式，根據在吹洗時測定到的所述氣體室內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)氣體激光振蕩器，理想的是還具有用于顯示由所述激光氣體置換量測定裝置求出的單位時間的激光氣體置換量的顯示裝置。此外，氣體激光振蕩器，理想的是還具有對由所述激光氣體置換量測定裝置求出的單位時間的激光氣體置換量進行存儲的存儲裝置，在所述顯示裝置上顯示在該存儲裝置中存儲的所述單位時間的激光氣體置換量。
而且，所述激光氣體置換量測定裝置，理想的是在從所述氣體室進行排氣時或者在進行所述氣體室內的吹洗時，自動地進行激光氣體置換量的測定。
此外，根據本發明第二方式，提供一種測定激光氣體置換量的方法，其是在激勵氣體室內的激光氣體來產生激光的期間、控制對所述氣體室的激光氣體的供給和從所述氣體室的激光氣體的排出來置換所述氣體室內的激光氣體的氣體激光振蕩器中，測定激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量的方法，包含停止對所述氣體室供給激光氣體的步驟；在停止對所述氣體室供給激光氣體的狀態下，排出所述氣體室內的激光氣體的步驟；在進行所述排出的步驟時進行所述氣體室內的壓力的第一測定的步驟；從所述第一測定開始間隔預先規定的時間間隔進行所述氣體室內的壓力的第二測定的步驟；以及根據第一測定的結果和第二測定的結果求出激光振蕩時的單位時間的激光氣體置換量的步驟。
同樣地，在將激光振蕩動作時的所述氣體室內的激光氣體的平均壓力設為P0，將所述氣體室的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1測定到的所述氣體室內的壓力設為P1，把在時刻t2測定到的所述氣體室內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，可以通過以下的公式，根據在排氣時測定到的所述氣體室內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)此外，根據本發明第三方式，提供一種測定激光氣體置換量的方法，其是在激勵氣體室內的激光氣體來產生激光的期間、控制對所述氣體室的激光氣體的供給和從所述氣體室的激光氣體的排出來置換所述氣體室內的激光氣體的氣體激光振蕩器中，測定激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量的方法，包含停止對所述氣體室供給激光氣體的步驟；在停止對所述氣體室供給激光氣體的狀態下，排出所述氣體室內的激光氣體的步驟；在進行所述排出的步驟之后，在停止了從所述氣體室排出激光氣體的狀態下，對所述氣體室供給氣體來吹洗所述氣體室的步驟；在進行所述吹洗的步驟時進行所述氣體室內的壓力的第一測定的步驟；從所述第一測定開始間隔預先規定的時間間隔進行所述氣體室內的壓力的第二測定的步驟；以及根據第一測定的結果和第二測定的結果求出激光振蕩時的單位時間的激光氣體置換量的步驟。
此外，在將所述氣體室的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1測定到的所述氣體室內的壓力設為P1，把在時刻t2測定到的所述氣體室內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，可以通過以下的公式，根據在吹洗時測定到的所述氣體室內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)根據本發明，在氣體激光振蕩器中，可以不使用氣體流量計來求出激光氣體置換量。結果，在調整激光氣體置換量時，無需使用高價的氣體流量計，有助于降低成本。此外，因為不需要安裝拆卸氣體流量計，所以不僅可以減少用于調整激光氣體置換量的工時，還可以使激光氣體置換量的測定自動化。


參照附圖并根據本發明最佳實施方式對本發明上述以及其他的目的、特征、優點進行詳細地說明。
圖1是表示本發明第一實施方式的氣體激光振蕩器的結構的模式圖。
圖2是從圖1所示的氣體激光振蕩器的氣體室排出激光氣體時的壓力變化的圖線。
圖3以及圖4是表示在第一實施方式的氣體激光振蕩器中根據在排氣時測定到的氣體室內的激光氣體的壓力求出單位時間的激光氣體置換量的順序的流程圖。
圖5是表示本發明第二實施方式的氣體激光振蕩器的結構的模式圖。
圖6是表示對圖5所示的氣體激光振蕩器的氣體室進行吹洗時的壓力變化的圖線。
圖7以及圖8是表示在第二實施方式的氣體激光振蕩器中根據在吹洗時測定到的氣體室內的激光氣體的壓力求出單位時間的激光氣體置換量的順序的流程圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明最佳的實施方式進行說明。
當參照圖1時，本發明的氣體激光振蕩器11，具有收容激光氣體的氣體室13、用于控制激光振蕩器11的動作的控制裝置15、用于存儲數據的存儲裝置49、用于顯示數據的顯示裝置51。在氣體室13內設置有激光氣體流動的激光氣體循環路徑17，在該激光氣體循環路徑17中設置有放電管19、有電動機21驅動的鼓風機23、第一熱交換器25、第二熱交換器27以及氣壓測定器29。
放電管19，通過對激光氣體循環路徑17內的激光氣體施加高電壓使其激勵來引起放電，由此來產生激光。鼓風機23強制地使激光氣體循環路徑17內的激光氣體循環，抑制由于放電引起的氣體室13內的激光氣體溫度的上升。第一熱交換器25在激光氣體循環路徑17中被配置在放電管19的下游一側，吸收由于放電成為高溫的激光氣體的熱量來冷卻激光氣體。第二熱交換器27在激光氣體循環路徑17中被配置在鼓風機23的下游一側，吸收被鼓風機23壓縮成為高溫的激光氣體的熱量來冷卻激光氣體。氣壓測定器29在激光循環路徑17中被配置在鼓風機23的上游一側，可以監視并測定氣體室13內的激光氣體的壓力。這樣的氣體室的結構以及動作與現有的氣體激光振蕩器相同，所以這里不詳細地進行說明。
而且，在氣體室13中，用于供給激光氣體的激光氣體供給路徑31與用于排出激光氣體的激光氣體排出路徑33相連接。激光氣體供給路徑31從積存了高壓的激光氣體的高壓儲氣瓶那樣的激光氣體供給源(未圖示)延長。在激光氣體供給路徑31上，為了調整向氣體室13的激光氣體的供給量，設置了供給側節流閥35，作為供給側節流閥35使用了電磁比例閥。但是，作為供給側節流閥35使用的電磁比例閥一般由于一次側和二次側的密封性能不足，所以在執行后述的用于測定本發明的激光氣體置換量的方法時，可能無法完全停止對氣體室13的激光氣體的供給，成為妨礙正確測定激光氣體置換量的原因。因此，在第一實施方式的激光氣體振蕩器11中，以可以完全停止向氣體室13的激光氣體的供給為目的，在供給側節流閥35的上游一側(激光氣體供給源一側)設置有供給側開關閥37，作為供給側開關閥37使用了二位置切換類型的電磁閥。
此外，激光氣體排出路徑33與由電動機39驅動的真空泵等排氣泵41連接。在激光氣體排出路徑33上，為了調整從氣體室13的激光氣體的排出量，設置有排出側節流閥43，作為排出側節流閥43使用了手動節流閥。在激光氣體排出路徑33中，還與排出側節流閥43并列地連接了第一排出側開關閥45，并在排出側節流閥43以及第一排出側開關閥45的下游一側(與氣體室相反一側)連接了第二排出側開關閥47。作為第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47，使用了二位置切換類型的電磁閥。
第一排出側開關閥45，是在氣體激光振蕩器11啟動時為了抽成真空從氣體室13排出氣體時，為了得到足夠的排出速度而設置的，在對氣體室13內的激光氣體抽成真空時全開，在激光振蕩動作中關閉。因此，在激光振蕩動作中，氣體室13內的激光氣體通過排出側節流閥43以及第二排出側開關閥47被排出，所以通過排出側節流閥43流動的激光氣體的量與后述的激光氣體置換量相當。此外，第二排出側開關閥47，是把在執行本發明的用于測定激光氣體置換量的方法時、完全停止從氣體室13排出激光氣體作為目的而設置的。為了在對氣體室13抽成真空時得到足夠的排氣速度，第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47與排出側節流閥43相比優選具有較大的有效截面面積。
此外，由電磁比例閥構成的供給側節流閥35以及由二位置切換類型的電磁閥構成的供給側開關閥37、第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47，可以由控制裝置15控制它們的動作。
然后，對在上述第一實施方式的氣體激光振蕩器11中，測定激光氣體置換量的原理進行說明。
在第一實施方式的氣體激光振蕩器11的結構中，單位時間置換氣體室13內的激光氣體的量，即激光氣體置換量，由使用手動操作的排出側節流閥43調整后的排氣系統的有效截面面積和排氣泵41的排氣能力所決定。這里，持續進行通過排氣泵41進行的激光氣體的排氣，同時當關閉了供給側開關閥37時，激光氣體供給路徑31被斷開，對氣體室13的激光氣體的供給停止，所以氣體室13內的激光氣體的壓力如圖2所示緩緩地降低。因此，在經過時間dt后，當設氣體室13內的激光氣體的平均壓力P下降了dp時，導出以下的微分方程式(1)。
-dp·V0＝p·QEP·dt...(1)這里，V0是氣體室13的容積，QEP是1大氣壓換算前的動作時的排氣泵41的排氣速度。此外，排氣泵41的排氣速度QEP，雖然在排氣泵41的特性上恒定，但由于氣體室13內的激光氣體的平均壓力變化，所以1大氣壓換算的排氣速度對應激光氣體的平均壓力的變化而變化。此外，詳細地說，氣體室13的容積V0，意味著激光氣體循環路徑17的容積。
在將供給側開關閥37完全關閉之后，當在從時刻t1到時刻t2之間由氣壓測定器29測定到的氣體室13內的激光氣體的壓力從P1變化到P2的條件下，對微分方程式(1)進行求解時，單位時間的激光氣體置換量Q通過以下的式(2)求出。
Q=P0·V0(t2-t1)·lnP1P2...(2)]]>這里，P0是激光振蕩動作時的氣體室13內的激光氣體的平均壓力。
由于P0以及V0是可以預先求出的氣體激光振蕩器固有的值，所以通過測定時刻t1的氣體室13內的激光氣體的壓力P1和時刻t2的氣體室13內的激光氣體的壓力P2，求出激光氣體置換量Q。此外，從式(2)可知所需要的是相同測定位置的激光氣體的壓力的變化率。即，在氣體室13中激光氣體在激光氣體循環路徑17內循環，由于場所不同激光氣體的壓力不同，但如果激光氣體的壓力是在相同的位置進行測定的，可知該測定位置可以設定在任意的場所。而且，得知可以不使激光氣體循環地進行觀察。
在使用利用該式(2)來測定本發明的激光氣體置換量的方法的氣體激光振蕩器中，作為激光氣體置換量測定裝置的工作的控制裝置15，與激光振蕩動作的過程相同，當在穩定狀態下運行排氣泵時，完全關閉供給側開關閥37來切斷激光氣體供給路徑31，同時完全關閉第一排出側開關閥45并且完全打開第二排出側開關閥47來排出氣體室內的激光氣體。于是，在停止了對氣體室13進行供給的狀態下，與在激光振蕩動作過程中置換氣體室13內的激光氣體時相同，通過排出側節流閥43以及第二排出側開關閥47排出氣體室13內的激光氣體。在該條件下，控制裝置15使用氣壓測定器29，間隔預先規定的時間間隔，兩次測定氣體室內的激光氣體的壓力，根據兩次的測定結果求出單位時間的激光氣體置換量。
而且，控制裝置15，將求出的激光氣體置換量存儲在存儲裝置49中，對應作業者的請求從存儲裝置49中讀出在顯示裝置51上進行顯示。作業者可以根據在該顯示裝置51上顯示的激光氣體置換量，操作作為排出側節流閥43的手動閥來將激光氣體置換量調整為恰當的值。
以下，參照圖3以及圖4所示的流程圖，詳細地說明對圖1的氣體激光振蕩器11的單位時間的激光氣體置換量進行測定的方法。
首先，控制裝置15在為了將氣體室內抽成真空，使用排氣泵41進行排氣時，關閉供給側開關閥37，并且打開第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47，由此，在停止了供給激光氣體的狀態下從氣體室13排出激光氣體(步驟S1)。然后，控制裝置15從氣壓測定器29接收測定到的氣體室13內的激光氣體的壓力，例如與預先決定的氣體激光振蕩器11進行激光振蕩動作時的激光氣體壓力設定值P0進行比較(步驟S2)。
然后，在步驟S2中，在由氣壓測定器29測定到的激光氣體的壓力高于激光氣體壓力設定值P0時，使排氣計時器減少(步驟S3)，確認排氣計時器的值為0以上(步驟S4)。在步驟S4中，如果排氣計時器的值為0以上，繼續進行排氣，返回步驟S2重復進行步驟S2到步驟S4的處理。此外，在步驟S4中，在排氣計時器的值小于0時，表示即使經過了預先設定的排氣時間，激光氣體的壓力也不會變得低于激光氣體壓力設置定P0，所以在顯示裝置51上顯示警報(排氣異常)，并進入在后面進行說明的步驟13(步驟S5)。此時，推定存在排氣泵41的異常或從氣體室13的泄漏。
另一方面，在步驟S2中，當由氣壓測定器20測定到的氣體室13內的激光氣體的壓力變得低于預先設定的激光氣體壓力設定值P0時，刪除在上次測定時求出的在存儲裝置49中存儲的數據(激光氣體壓力測定結果或已求出的激光氣體置換量等)以及顯示裝置51上的舊數據的顯示(步驟S6)。然后，完全關閉第一排出側開關閥45(步驟S7)。于是，因為是供給側開關閥37依然關閉，并且第二排出側開關閥47依然打開的狀態，所以排氣速度下降，氣體室13內的激光氣體的壓力變化變得緩和。
之后，為了使氣體室內的狀態靜定，在從完全關閉第一排出側開關閥45之后待機了預先規定的時間T1(例如為5秒)之后(步驟S8)，控制裝置15在時刻t1使氣壓測定器29測定氣體室13內的激光氣體的壓力(步驟S9)。控制裝置15從氣壓測定器29接收測定到的激光氣體的壓力，存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。然后，控制裝置15在從第一次測定之后待機了預先規定的時間T2(例如為120秒)之后(步驟S10)，在時刻t2使氣壓測定器29測定氣體室13內的激光氣體的壓力(步驟S11)。控制裝置15，從氣壓測定器29接收測定到的激光氣體的壓力，存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。
當第一次測定以及第二次測定結束時，控制裝置15根據關于氣體室13內的激光氣體的時刻t1的測定結果以及時刻t2的測定結果、預先設定的激光振蕩動作時的氣體室13內的激光氣體的平均壓力P0、已知的氣體室13的容積V0、步驟S10中的待機時間T2(＝t2-t1)，使用式(2)運算單位時間的激光氣體置換量Q(步驟S12)。然后，把通過運算求出的單位時間的激光氣體置換量Q存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。
當激光氣體置換量Q的測定結束時，控制裝置15為了開始氣體室13內的吹洗處理，打開供給側開關閥37來對氣體室13供給激光氣體，同時關閉第二排出側開關閥47并且使排氣泵41停止(步驟S13)。此時，第一排出側開關閥45依然維持關閉的狀態。然后，控制裝置15確認表示氣體室13達到大氣壓吹洗處理結束的吹洗結束信號(步驟S14)。吹洗結束信號可以在氣體室13內的壓力達到大氣壓時從壓力開關(未圖示)輸出，還可以在來自氣壓測定器29的輸出達到了大氣壓時從控制裝置15輸出。
在步驟S14中，在控制裝置15無法確認吹洗結束信號時，使吹洗計時器減少(步驟S15)，確認吹洗計時器的值為0以上(步驟S16)。而且，在步驟S16中，如果吹洗計時器的值為0以上，繼續進行吹洗處理，返回步驟S14重復進行步驟S14到步驟S16的處理。此外，在步驟S16中，在吹洗計時器的值小于0時，表示即使經過了預先設定的排氣時間，也不會吹洗氣體室，所以在顯示裝置51上顯示警報(供氣異常)，并進入在后面進行說明的步驟13(步驟S5)。此時，可以推定為發生了向氣體室13供給激光氣體的管路的泄漏或激光氣體供給源壓力的降低等。
另一方面，在步驟S14中，當控制裝置15確認了吹洗結束信號時，進入步驟S18，關閉供給側開關閥37來結束吹洗處理。此外，此時，第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47已經關閉，排氣泵41也已經停止。
控制裝置15作為激光氣體置換量測定裝置來工作，像上面那樣，就可以不使用氣體流量計來在氣體激光振蕩器中測定單位時間對氣體室內的激光氣體進行置換的量。此外，因為將激光氣體壓力測定的結果、求出的單位時間的激光氣體置換量，存儲在了存儲裝置49中，所以可以根據需要在顯示裝置51上顯示并進行確認。
此外，如上所述，因為無需進行針對氣體激光振蕩器的氣體流量計的安裝拆卸，所以可以由控制裝置15自動地進行激光氣體置換量的測定。因此，例如如果在氣體激光振蕩器的啟動順序中加入上述順序，可以在氣體激光振蕩器啟動時自動地進行激光氣體置換量的測定，即使是不熟練的作業者也可以簡單地確認、調整單位時間的激光氣體置換量。結果，可以保證氣體激光振蕩器的穩定動作，激光氣體的成本監視也變得容易。此外，因為對作業者沒有作業負擔，所以作業者可以離開作業現場，也有助于削減作業成本。而且，因為無需為了測定激光氣體的置換量使用高價的氣體流量計，所以還可以削減氣體激光振蕩器的維護費用。
如上所述，根據圖1所示的實施方式，對本發明的氣體激光振蕩器11以及氣體置換量測定方法進行了說明，但本發明并不限定于圖1所示的實施方式。例如還可以如圖5所示的第二實施方式的氣體激光振蕩器11’那樣，更換在第一實施方式中作為供給側節流閥使用的電磁比例閥和作為排出側節流閥使用的手動閥的配置。在圖5所示的第二實施方式的氣體激光振蕩器11’中，作為供給側節流閥35’使用了手動的節流閥，作為排出側節流閥43’使用了電磁比例閥。此外，在這樣的結構中，氣體室13內的單位時間的激光氣體的置換量在很大程度上取決于對氣體室13供給的激光氣體的壓力，所以在作為供給側節流閥35’使用的手動閥以及供給側開關閥37的上游一側配置了減壓閥53。減壓閥53也可以配置在供給側節流閥35’的下游一側。其他的構成要素與第一實施方式相同，所以在共同的構成要素中給予了與第一實施方式相同的參照符號。
在該第二實施方式中，與第一實施方式不同，在對氣體室13抽成真空之后，在對氣體室13進行吹洗(即，對氣體室13再次供給激光的體)時間隔預先決定的時間間隔進行兩次氣體室13內的激光氣體壓力的測定，由此測定激光氣體置換量。以下，在上述第二實施方式的氣體激光振蕩器11’中，對測定激光氣體置換量的原理進行說明。
在第二實施方式的氣體激光振蕩器11’的結構中，激光氣體置換量由使用手動操作的供給側節流閥35’調整后的吸氣系統的有效截面面積和減壓閥的二次壓來決定。如在第一實施方式中說明的那樣，當在關閉了供給側開關閥37并且打開了第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47的狀態下，通過排氣泵41從氣體室13排出激光氣體、對氣體室13抽成真空時，氣體室13內的壓力如圖3所示緩緩地降低。另一方面，在將氣體室13抽成真空之后，在打開供給側開關閥37并且關閉第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47再次對氣體室13供給激光氣體，由此來吹洗氣體室13時，氣體室13內的激光氣體的壓力如圖6所示緩緩地上升。
在第二實施方式中，因為使用供給側節流閥35’對氣體流量進行節流，所以在圖6的區域A中，氣體室13內的激光氣體的壓力上升為直線。另一方面，在圖6的區域B中，氣體室13內的激光氣體的壓力與減壓閥53的二次壓的壓力差變小，激光氣體的壓力上升隨著時間的經過變緩。因此，在圖6的區域A中，當在從時刻t1到時刻t2之間，由氣壓測定器29測定到的氣體室13內的激光氣體的壓力從P1變化到了P2時，單位時間的激光氣體置換量Q通過下式(3)求出。
Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)...(3)這里，V0是氣體室13的容積，詳細地說，表示激光氣體循環路徑17的容積。
因為V0是可以預先求出的氣體激光振蕩器固有的值，所以通過測定時刻t1的氣體室13內的激光氣體的壓力P1和時刻t2的氣體室13內的激光氣體的壓力P2，求出激光氣體置換量Q。此外，測定到的激光氣體的壓力P1、P2必須是氣體室13內的，即激光氣體循環路徑17內的激光氣體的平均壓力。但是，在吹洗處理中，通常停止用于使激光氣體循環路徑17內的激光氣體循環的鼓風機，不進行激光氣體的循環。因此，在本實施方式中，把氣壓測定器29測定到的激光氣體的壓力作為氣體室13內的激光氣體的平均壓力進行處理。
另外，預先求出圖6的區域B中的激光氣體置換量Q與測定到的激光氣體的壓力P1、P2之間的關系式，或者跨越圖6的區域A和區域B的區域的激光氣體置換量Q與測定到的激光氣體的壓力P1、P2之間的關系式，可以基于求出的關系式，根據測定到的激光氣體的壓力P1、P2求出激光氣體置換量Q。而且，還可以不使用關系式，通過對表示預先通過試驗求出的激光氣體置換量Q與測定到的激光氣體的壓力P1、P2之間的關系的數據進行比較，根據測定到的激光氣體的壓力P1、P2求出激光氣體置換量Q。
然后，參照圖7以及圖8所示的流程圖，詳細地說明對圖5的氣體激光振蕩器11’的單位時間的激光氣體置換量進行測定的方法。
首先，按照步驟T1至步驟T5，進行氣體室13內的抽真空，直到氣體室13內的激光氣體的壓力低于預先決定的激光氣體壓力設定值P0為止，在存在異常時，在顯示裝置51上顯示警報(排氣異常)。從步驟T1至步驟T5與圖3以及圖4所示的步驟S1至步驟S5完全相同，這里不進行詳細地說明。
在步驟T2中，當氣壓測定器29測定到的氣體室13內的激光氣體的壓力低于預先測定的激光氣體壓力設定值P0時，結束抽成真空，刪除在上次測定時求出的在存儲裝置49中存儲的數據(激光氣體壓力測定結果或已求出的激光氣體置換量等)以及顯示裝置51上的舊數據的顯示(步驟T6)。
當氣體室13的抽成真空結束時，控制裝置15為了開始氣體室13內的吹洗處理，打開供給側開關閥37來對氣體室13供給激光氣體，并且停止排氣鼓風機41，關閉第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47(步驟T7)。于是，氣體室13內的激光氣體壓力開始上升。然后，控制裝置15為了使氣體室13內的狀態穩定，在從完全關閉第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47之后待機了預先規定的時間T1(例如為3秒)之后(步驟T8)，在時刻t1使氣壓測定器29測定氣體室13內的激光氣體的壓力(步驟T9)。控制裝置15從氣壓測定器29接收測定到的激光氣體的壓力，存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。然后，控制裝置15在從第一次測定之后待機了預先規定的時間T2(例如為30秒)之后(步驟T10)，在時刻t2使氣壓測定器29測定氣體室13內的激光氣體的壓力(步驟T11)。控制裝置15從氣壓測定器29接收測定到的激光氣體的壓力，存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。
當第一次測定以及第二次測定結束時，控制裝置15根據關于氣體室13內的激光氣體的時刻t1的測定結果以及時刻t2的測定結果、已知的氣體室13的容積V0、步驟ST0中的待機時間T2(＝t2-t1)，使用式(3)運算單位時間的激光氣體置換量Q(步驟T12)。然后，把通過運算求出的單位時間的激光氣體置換量Q存儲在存儲裝置49中，并且將其在顯示裝置51上進行顯示。
然后，控制裝置15，確認表示氣體室13達到大氣壓、吹洗處理結束的吹洗結束信號(步驟T13)。吹洗結束信號可以在氣體室13內的壓力達到大氣壓時從壓力開關(未圖示)輸出，還可以在來自氣壓測定器29的輸出達到了大氣壓時從控制裝置15輸出。
在步驟T13中，在控制裝置15無法確認吹洗結束信號時，使吹洗計時器減少(步驟T14)，確認吹洗計時器的值為0以上(步驟T15)。而且，在步驟T15中，如果吹洗計時器的值為0以上，繼續進行吹洗處理，返回步驟T13重復進行步驟T13到步驟T15的處理直到吹洗計時器的值小于0為止。此外，在步驟T15中，在吹洗計時器的值小于0時，表示即使經過了預先設定的吹洗時間，也不會吹洗氣體室，所以在顯示裝置51上顯示警報(供氣異常)，并進入在后面進行說明的步驟T17(步驟T16)。此時，可推定為發生了向氣體室13供給激光氣體的管路的泄漏或激光氣體供給源壓力的降低等。
另一方面，在步驟T13中，當控制裝置15確認了吹洗結束信號時，進入步驟T17，關閉供給側開關閥37來結束吹洗處理。此外，此時，第一排出側開關閥45以及第二排出側開關閥47已經關閉，排氣泵41也已經停止。
如上所述，第二實施方式的控制裝置15與第一實施方式相同，可以不使用氣體流量計來在氣體激光振蕩器11’中測定單位時間對氣體室內的激光氣體進行置換的量。此外，因為將激光氣體壓力測定的結果、求出的單位時間的激光氣體置換量存儲在了存儲裝置49中，所以可以根據需要在顯示裝置51上顯示并進行確認。
權利要求
1.一種氣體激光振蕩器(11)，其具備收容激光氣體的氣體室(13)、用于調整對該氣體室(13)的激光氣體的供給的供給側閥(35、37)、用于調整從該氣體室(13)的激光氣體的排出的排出側閥(43、45、47)以及用于測定該氣體室(13)內的壓力的氣壓測定器(29)，在對所述氣體室(13)內的激光氣體進行激勵來產生激光的期間，控制所述供給側閥(35、37)和所述排出側閥(43、45、47)，來對所述氣體室(13)內的激光氣體進行置換，其特征在于，還具備激光氣體置換量測定裝置(15)，其在開放了所述排出側閥(43、45、47)的狀態下鎖閉所述供給側閥(35、37)來排出所述氣體室(13)內的激光氣體時，或者在之后進一步鎖閉所述排出側閥(43、45、47)并且開放所述供給側閥(35、37)來吹洗所述氣體室(13)時，間隔預先決定的時間間隔，通過所述氣壓測定器(29)對所述氣體室(13)內的壓力進行第一測定和第二測定，并且根據第一測定的結果與第二測定的結果求出激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量。
2.根據權利要求1所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，在將激光振蕩動作時的所述氣體室(13)內的激光氣體的平均壓力設為P0，將所述氣體室(13)的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1由所述氣壓測定器(29)測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P1，把在時刻t2由所述氣壓測定器(29)測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，所述激光氣體置換量測定裝置(15)，通過以下的公式Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2).根據在排氣時測定到的所述氣體室(13)內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
3.根據權利要求1所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，在將所述氣體室(13)的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1由所述氣壓測定器(29)測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P1，把在時刻t2由所述氣壓測定器(29)測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，所述激光氣體置換量測定裝置(15)，通過以下的公式Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1)，根據在吹洗時測定到的所述氣體室(13)內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
4.根據權利要求1所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，還具有用于顯示由所述激光氣體置換量測定裝置(15)求出的單位時間的激光氣體置換量的顯示裝置(51)。
5.根據權利要求4所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，還具有對由所述激光氣體置換量測定裝置(15)求出的單位時間的激光氣體置換量進行存儲的存儲裝置(49)，在所述顯示裝置(51)上顯示在該存儲裝置(49)中存儲的所述單位時間的激光氣體置換量。
6.根據權利要求2所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，所述激光氣體置換量測定裝置(15)，在從所述氣體室(13)進行排氣時，自動地進行激光氣體置換量的運算。
7.根據權利要求3所述的氣體激光振蕩器，其特征在于，所述激光氣體置換量測定裝置(15)在進行所述氣體室(13)的吹洗時，自動地進行激光氣體置換量的運算。
8.一種測定激光氣體置換量的方法，其在激勵氣體室(13)內的激光氣體來產生激光的期間，控制對所述氣體室(13)的激光氣體的供給和從所述氣體室(13)的激光氣體的排出來置換所述氣體室(13)內的激光氣體的氣體激光振蕩器(11)中，測定激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量，其特征在于，包含以下步驟停止對所述氣體室(13)供給激光氣體的步驟；在停止了對所述氣體室(13)供給激光氣體的狀態下，排出所述氣體室(13)內的激光氣體的步驟；在進行所述排出的步驟時進行所述氣體室(13)內的壓力的第一測定的步驟；從所述第一測定間隔預先規定的時間間隔進行所述氣體室(13)內的壓力的第二測定的步驟；和根據第一測定的結果和第二測定的結果求出激光振蕩時的單位時間的激光氣體置換量的步驟。
9.根據權利要求8所述的測定激光氣體置換量的方法，其特征在于，在將激光振蕩動作時的所述氣體室(13)內的激光氣體的平均壓力設為P0，將所述氣體室(13)的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P1，把在時刻t2測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，通過以下的公式Q＝P0·V0/(t2-t1)·ln(P1/P2)，根據在排氣時測定到的所述氣體室(13)內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
10.一種測定激光氣體置換量的方法，其在激勵氣體室(13)內的激光氣體來產生激光的期間，控制對所述氣體室(13)的激光氣體的供給和從所述氣體室(13)的激光氣體的排出來置換所述氣體室(13)內的激光氣體的氣體激光振蕩器(11)中，測定激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量，其特征在于，包含以下步驟停止對所述氣體室(13)供給激光氣體的步驟；在停止了對所述氣體室(13)供給激光氣體的狀態下，排出所述氣體室(13)內的激光氣體的步驟；在進行所述排出的步驟之后，在停止了從所述氣體室(13)排出激光氣體的狀態下，對所述氣體室(13)供給激光氣體來吹洗所述氣體室(13)的步驟；在進行所述吹洗的步驟時進行所述氣體室(13)內的壓力的第一測定的步驟；從所述第一測定間隔預先規定的時間間隔進行所述氣體室內(13)的壓力的第二測定的步驟；和根據第一測定的結果和第二測定的結果求出激光振蕩時的單位時間的激光氣體置換量的步驟。
11.根據權利要求10所述的測定激光氣體置換量的方法，其特征在于，在將所述氣體室(13)的容積設為V0，將所述第一測定時刻設為t1，將所述第二測定時刻設為t2，把在時刻t1測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P1，把在時刻t2測定到的所述氣體室(13)內的壓力設為P2，將單位時間的激光氣體置換量設為Q時，通過以下的公式Q＝V0·(P2-P1)/(t2-t1).根據在吹洗時測定到的所述氣體室(13)內的壓力求出單位時間的激光氣體置換量Q。
全文摘要
氣體激光振蕩器(11)，具備用于調整對氣體室(13)的激光氣體的供給的供給側閥(35、37)、用于調整從氣體室(13)的激光氣體的排出的排出側閥(43、45、47)、用于測定氣體室(13)內的壓力的氣壓測定器(29)、以及作為激光氣體置換量測定裝置工作的控制裝置(15)。控制裝置在對氣體室(13)抽真空或進行吹洗時，間隔預先決定的時間間隔，通過氣壓測定器對氣體室內的壓力進行第一測定和第二測定，根據第一測定的結果與第二測定的結果，求出激光振蕩動作時的單位時間的激光氣體置換量。
文檔編號G01F1/34GK101013790SQ200710006958
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月31日 優先權日2006年2月2日
發明者久保嘉孝, 鹽見年康, 江川明, 鈴木一弘 申請人:發那科株式會社