CN104104003B - 具有判定放电开始的功能的气体激光振荡器 - Google Patents

Abstract

具有判定放电开始的功能的气体激光振荡器具备制作指令电压的控制装置、按照指令电压对放电管供给电力的激光电源以及检测施加于放电管的电压的电压检测部。另外，控制装置还具备判定部，该判定部基于按照呈阶梯状增大的指令电压对放电管供给电力时由电压检测部检测的电压的变化比率，来判定放电管中是否开始了放电。判定部构成为在呈阶梯状增大的指令电压的至少包括最初的增大阶梯的初始阶梯之后判定放电管中是否开始了放电。

Description

具有判定放电开始的功能的气体激光振荡器

技术领域

本发明涉及一种具有判定放电开始的功能的气体激光振荡器。

背景技术

在气体激光振荡器中，对放电管供给高频电力，由此存在于放电管内的激光气体被激励。若在未开始放电的状态下对放电管施加高电压，则不能取得激光电源与放电管之间的阻抗匹配，从而存在以下情况：过大的电流流过激光电源，并且对放电管施加过大的电压。作为其结果，激光电源或放电管破损，或者以防止故障为目的而气体激光振荡器被强制结束。

具备用于与使激光产生的主放电相分开地进行辅助放电的辅助电极的气体激光振荡器是众所周知的。其希望得到以下效果：通过在用于输出激光的主放电之前使辅助放电产生，来减轻放电开始时的暂时性的电压上升。

JP-A-2011-222586中公开了一种具备判定放电的开始的判定部的气体激光振荡器。该判定部构成为：将放电管的电压相对于来自电源的输出指令的变化比率与在放电管中正常进行放电时的数据进行比较，来判定放电的开始。

JP-A-2011-222586所公开的方法如下：赋予呈阶梯状增大的指令电压，并且监视与其相对的放电管的电压，由此执行放电开始的判定。然而，在微弱的辅助放电的情况下，放电管的电压的变化非常小，因此难以判定辅助放电的开始。

图5是表示针对激光电源单元的指令电压CV’与施加于放电管的电压V’的关系性的曲线图。“CV’1”表示辅助放电开始时的指令电压CV’的值，“CV’2”表示主放电开始时的指令电压CV’的值。从图5的曲线图可知，在主放电开始前后，施加电压V’相对于指令电压CV’的变化比率显著变化。因而，能够通过持续监视该施加电压V’的变化比率来判定主放电的开始。另一方面，在辅助放电开始前后，施加电压V’的变化比率实质上不发生变化，因此难以正确判定辅助放电开始的定时。

从图5还可知，在比使主放电开始所需的指令电压CV’2小的指令电压CV’1下，辅助放电开始。因此，通过判定主放电的开始来代替判定辅助放电的开始，至少能够判定出辅助放电是否已开始。

例如在JP-A-2011-222586所公开的关联技术中，为了判定主放电的开始，需要以使指令电压呈阶梯状增大的方式切换针对电源单元的指令电压。在刚进行这种指令电压的切换后，由于监视电路的时间常数所引起的延时、A/D转换的定时所引起的延时、或者与CNC(计算机数值控制装置)的控制周期之间的关系，而无法稳定地检测放电管的电压值。因此，需要设定足够长度、例如至少200ms的待机时间。如果在经过这样的待机时间之前执行放电开始的判定，则无法正确地进行放电管的施加电压的监视，从而存在对放电开始进行误判定的情况。

图6是说明该关联技术所涉及的气体激光振荡器的放电开始判定方法的曲线图。在图6的曲线图中，实线表示对电源单元赋予的指令电压CV’，四方形表示按规定的采样周期检测出的放电管的施加电压。指令电压CV’按照斜坡指令(ramp command)被控制成指令电压CV’在达到V’1之前的从时间t1到时间t2的期间(例如几百ms的时间)内逐渐增大。在时间t2，指令电压CV’被切换为用于执行放电开始的判定的阶梯指令，但是以排除前述的延时等的影响为目的而设定了从时间t2到时间t3的待机时间。待机时间虽然根据硬件结构而不同，但是大概为200ms以上，其成为放电开始的判定延迟的主要原因。此外，图6的白色的四方形表示无法稳定地得到施加电压V’时的采样值、即包含于待机时间内的采样值。

因而，期望一种具有能够在短时间内可靠地判定出放电开始的判定部的气体激光振荡器。

发明内容

根据本发明的一个方式，提供了一种气体激光振荡器，该气体激光振荡器具备：控制装置，其制作指令电压；激光电源，其按照上述指令电压，对放电管供给电力；以及电压检测部，其检测施加于上述放电管的电压，其中，上述控制装置还具备判定部，该判定部基于按照呈阶梯状增大的指令电压对上述放电管供给电力时由上述电压检测部检测的电压的变化比率，来判定上述放电管中是否开始了放电，上述判定部构成为：在呈阶梯状增大的上述指令电压的至少包括最初的增大阶梯的初始阶梯之后，判定上述放电管中是否开始了放电。

这些以及其它本发明的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的气体激光振荡器的整体结构的概要图。

图2是更详细地表示图1的气体激光振荡器的一部分结构的详细图。

图3是表示本发明所涉及的放电开始判定方法的过程的流程图。

图4是说明本发明的一个实施方式所涉及的气体激光振荡器的放电开始判定方法的曲线图。

图5是表示针对激光电源的指令电压与施加于放电管的电压的关系性的曲线图。

图6是说明关联技术所涉及的气体激光振荡器的放电开始判定方法的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。图示的实施方式的结构要素的比例尺被适当变更以助于理解本发明。

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的气体激光振荡器10的整体结构的概要图。气体激光振荡器10具备：CNC(计算机数值控制装置)12，其控制气体激光振荡器10的动作；气体循环系统14，其使作为激光媒介的气体循环；电力赋予部16，其对形成气体循环系统14的一部分的放电管22a、22b中设置的电极(主电极26、辅助电极46)赋予电力；以及接口部18，其介于CNC12与电力赋予部16之间。

气体循环系统14具有第一对放电管22a和第二对放电管22b，该第一对放电管22a通过连结保持件20相互连结，该第二对放电管22b相对于这些放电管22a并联连接，通过合流部24相互连结。在第一对放电管22a中，在与连结保持件20相反侧的端部处分别设置有作为全反射镜的第一折返镜28以及作为部分反射镜的输出镜30。在第二对放电管22b中，在与合流部24相反侧的端部处分别设置有作为全反射镜的第二折返镜32以及作为部分反射镜的后镜34。用于放大激光的光谐振器的结构不限定于图示的例子。

气体循环系统14中充满了激光气体，该激光气体是具有被激励而产生光的性质的激光媒介。气体循环系统14具有涡轮鼓风机(turbo blower)36。涡轮鼓风机36在吸引侧通过连结保持件20或合流部24与各放电管22a、22b的一端连接，并且在喷出侧与各放电管22a、22b的另一端连接。利用该涡轮鼓风机36，使激光气体如图中的箭头所示那样在气体循环系统14内循环。涡轮鼓风机36的吸引侧和喷出侧分别设置有对激光气体进行冷却的热交换器38、40。热交换器38、40上连接有供给冷却水的冷却水循环系统42。另外，气体循环系统14上连接有控制激光气体的压力的气压控制系统44。

各放电管22a、22b的外周面上以相互对置的方式形成有一对主电极26。各放电管22a、22b通过这些主电极26与电力赋予部16连接。另外，在各放电管22a、22b中，在轴线方向上与主电极26分开的位置处分别形成有辅助电极46。从电源单元48经由匹配单元50对这些主电极26和辅助电极46供给高频电力，由此使得在放电管22a、22b内进行放电。

CNC12具有未图示的CPU、RAM、ROM等硬件结构，执行各种运算处理，并且按照预先决定的动作程序输出对气体激光振荡器10进行控制的控制指令。特别是，关于本发明，CNC12具有判定放电管22a、22b中是否开始了放电的判定部52(图2)。通信IC(集成电路)54具有在CNC12与其它功能部之间传递信号的作用。在图示的实施方式中，通信IC54上连接有输出指令部56和监视部58。输出指令部56根据经由通信IC54从CNC12输出的控制指令，将指令电压信号输出到电力赋予部16的电源单元48。接口部18的监视部58具有对由电力赋予部16的各检测部(后述)检测的电流和电压进行监视的作用。

图2是更详细地表示图1的气体激光振荡器10的一部分结构的详细图。如图示，电力赋予部16的电源单元48具备DC电源部60、RF电源部62以及电流检测部64。DC电源部60基于来自输出指令部56的指令电压信号以及从匹配单元50反馈的与流经放电管22a、22b的电流I对应的电流反馈，来输出直流电流。从DC电源部60输出的直流电流通过RF电源部62被转换为高频的交流电力。

从RF电源部62输出的高频电力被供给到匹配单元50。匹配单元50对放电管22a、22b施加与来自输出指令部56的指令电压信号对应的电压。匹配单元50具有检测对放电管22a、22b施加的电压V的电压检测部66。由电源单元48的电流检测部64检测的电流信号经由DC电流监视部70被输入到监视部58。另外，由匹配单元50的电压检测部66检测的电压信号经由RF电压监视部72被输入到监视部58。

经由DC电流监视部70从DC电源部60输出的直流电流的信号和从RF电压监视部72输出的放电管22a、22b的施加电压V的信号被输入到监视部58的多路复用器(Multiplexer)80。来自多路复用器80的输出信号通过A/D转换部82被进行模拟-数字转换后输入到通信IC54。

CNC12的判定部52具有判定放电管22a、22b中是否开始了放电的作用。当判定部52被启动时，将施加于放电管22a、22b的电压V相对于经由输出指令部56输入的指令电压的变化比率与预先决定的阈值进行比较。如前面关于图5说明的那样，当主放电开始时，施加电压相对于指令电压的变化比率显著变小。因而，能够在电压V的变化比率变得小于规定的阈值时判定为开始了主放电。判定部52也可以进行例如与JP-A-2011-222586所记载的内容相同的内容的判定处理。

接着，参照图3和图4来说明本发明的一个实施方式所涉及的放电开始判定方法。图3是表示放电开始判定方法的过程的流程图。图4是说明本发明的一个实施方式所涉及的气体激光振荡器的放电开始判定方法的曲线图。

在执行放电开始判定处理的期间，监视由电力赋予部16对放电管22a、22b赋予的指令电压CV以及按根据硬件结构确定的采样周期对放电管22a、22b施加的施加电压V。在图4中，实线表示指令电压CV，黑色和白色的四方形表示所检测的施加电压V。

首先，在步骤S1中，由CNC12制作斜坡指令(ramp command)，根据该斜坡指令控制指令电压CV，例如使指令电压CV以固定的比率增大(从时间t1到时间t2的期间)，但是对指令电压CV的控制并不限定于此。步骤S1中的使指令电压CV增大的处理持续到指令电压CV达到预先决定的电压V1为止。具体地说，在步骤S2中，判定指令电压CV是否达到了电压V1。在判定为指令电压CV未达到电压V1的情况下，返回到步骤S1，继续进行增大指令电压CV的处理。此外，将电压V1设定为大于辅助放电开始时的电压CV’1(参照图5)且小于主放电开始的电压CV’2。CV’1和CV’2的值例如是通过实验而基于经验得到的设定值。

在步骤S2中，如果判定为指令电压CV达到了电压V1，则进入步骤S3，进行指令电压CV的切换。在步骤S3中，指令电压CV被切换为如下那样控制的阶梯指令：每规定的周期(Δt=t22-t21)呈阶梯状增大规定的电压(ΔCV)。

按照本实施方式，在刚切换为阶梯指令后的增大阶梯(从时间t2到t21的期间)中，不执行CNC12的判定部52对放电开始的判定。具体地说，在步骤S4中，判定指令电压CV是否处于最初的增大阶梯。在判定为指令电压CV处于最初的增大阶梯的情况下，返回到步骤S3，反复进行呈阶梯状增大指令电压CV的处理。像这样在最初的增大阶梯中跳过放电开始判定处理的理由是，如前所述，在刚切换指令电压CV后无法稳定地得到施加电压V的检测值(在图4中以白色的四方形来表示无法稳定地得到的采样值)。

在步骤S4中判定为指令电压CV不是处于最初的增大阶梯的情况下，进入步骤S5，启动判定部52来执行放电开始的判定。这是由于，认为在第二次以后的增大阶梯中，随着指令电压CV的切换而要考虑的对施加电压V的稳定检测产生的影响已被消除。如前所述，放电开始的判定是根据施加电压V相对于指令电压CV的变化比率是否小于预先决定的规定的阈值而判定的。判定中利用的阈值能够基于针对正常进行放电的状态的放电管所获取的数据来适当决定。

在步骤S6中，如果确认出放电开始，则放电开始判定处理结束。在未确认出放电开始的情况下，返回到步骤S5来继续进行放电开始判定处理。

根据本发明，不设定待机时间而从斜坡指令切换为阶梯指令。而且，到执行放电开始判定处理为止的空闲时间实质上缩短成仅仅是与最初的增大阶梯对应的时间(图4的从时间t2到时间t21的期间)。阶梯指令的增大阶梯的周期Δt虽然是根据用于检测施加电压V的采样周期(在图4中为与相邻的施加电压V的检测值之间的间隔相当的时间)而确定的，但是是以在各增大阶梯中能够得到至少一个施加电压V的检测值的方式而决定的。这样，用于执行放电开始判定的空闲时间虽然根据检测放电管的电压的采样周期而增减，但是与需要设定超过200ms的待机时间的关联技术所涉及的激光气体振荡器相比能够更迅速地执行放电开始的判定处理。

在联系到图3和图4来说明的放电开始判定处理中，叙述了从第二次增大阶梯以后执行放电开始判定处理的例子，但是也可以变更为在由最初的几次增大阶梯组成的初始阶梯中不进行放电开始判定处理。

发明的效果

根据具备上述结构的气体激光振荡器，在经过呈阶梯状增大的指令电压的初始阶梯之后才开始执行放电开始的判定。由此，能够防止指令电压的切换所引起的误判定，并且消除了关联技术中在判定放电开始之前所要求的待机时间，能够更迅速地进行放电开始的判定。

以上，说明了本发明的例示性的实施方式，但是通过其它实施方式和变形例也能够得到本发明所要的作用效果，这对本领域技术人员来说是显而易见的。特别是，既能够不脱离本发明的范围地删除或更换前述的实施方式和变形例的结构要素，也能够进一步附加公知的手段。另外，将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征任意组合也能够实施本发明，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (1)

1.一种气体激光振荡器(10)，具备：

控制装置(12)，其制作指令电压(CV)；

激光电源(16)，其按照上述指令电压(CV)，对放电管(22a，22b)供给电力；以及

电压检测部(66)，其检测施加于上述放电管(22a，22b)的电压(V)，

其中，上述控制装置(12)还具备判定部(52)，该判定部(52)基于按照呈阶梯状增大的指令电压(CV)对上述放电管(22a，22b)供给电力时由上述电压检测部(66)检测的电压(V)相对于上述指令电压(CV)的变化比率，来判定上述放电管(22a，22b)中是否开始了放电，

上述判定部(52)构成为：在从以固定的比率增大的指令电压(CV)切换为呈阶梯状增大的指令电压(CV)时，在至少包括最初的增大阶梯的初始阶梯之后，判定上述放电管(22a，22b)中是否开始了放电。