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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaslaservorrichtung, die ein Gas als ein Anregungsmedium verwendet.
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2. Beschreibung des in Zusammenhang stehenden Stands der Technik
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Es ist eine Gaslaservorrichtung bekannt, in der ein Lasergasgefäß oder ein Laserbehälter mit einem Lasergas als einem Anregungsmedium befüllt ist, das durch ein Gebläse zirkuliert wird, und wobei das Lasergas durch Entladung an Entladungselektroden zur Abgabe von Laserlicht angeregt wird. Bei der in der japanischen ungeprüften Offenlegungsschrift (kokai) der Nummer H11-112064 (
JP11-112064A ) beschriebenen Vorrichtung dreht das Gebläse, wenn sich die Vorrichtung in einem angeschalteten Laserzustand befindet, in dem Laserlicht abgegeben wird, und wird das Gebläse vorübergehend angehalten, wenn sich die Vorrichtung nicht im angeschalteten Laserzustand befindet.
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Wird jedoch das Gebläse angehalten, wenn sich die Vorrichtung wie die in der
JP11-112064A beschriebenen Vorrichtung nicht im angeschalteten Zustand des Laser befindet, kann sich der Gasdruck im Lasergasgefäß aufgrund von Undichtigkeit des Gefäßes oder dergleichen verändern. Dann muss Lasergas dem Gefäß zugeführt werden oder aus dem Gefäß ausgelassen werden, um den Gasdruck im Gefäß auf einen vorbestimmten Druck einzustellen, wenn das vorübergehende Anhalten aufgehoben wird und das Gebläse in diesem Zustand vor einer Laseroszillation neu gestartet wird. Folglich dauert es eine Zeit, um in den die Laseroszillation ermöglichenden Zustand zurückzukehren, und dadurch kann im Ergebnis die Arbeitseffizienz einer Laserbearbeitung und dergleichen vermindert sein.
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Die europäische Patentschrift
EP 1 376 786 B1 beschreibt einen Laseroszillator mit Temperatursteuerung. Der Laseroszillator umfasst einen Lasergasdurchlass, ein Spiegelpaar, eine Lasergaszirkulationseinrichtung und eine Wärmesteuereinrichtung, die das Erzeugen von Wärme in einem der Spiegel des Spiegelpaars und in der Lasergaszirkullationseinrichtung steuert. Die Lasergaszirkullationseinrichtung umfasst ferner eine Gebläseeinheit, wobei die Wärmesteuereinrichtung einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur des durch die Gebläseeinheit angesaugten Lasergases umfasst.
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Abriss der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gaslaservorrichtung einen Durchgangsausbildungsabschnitt, der einen Gasdurchgang ausbildet, durch den ein Lasergas zirkuliert; ein Gebläse, welches das Lasergas entlang des Gasdurchgangs zirkuliert; einen Laseroszillator, der Laserlicht mittels des durch den Gasdurchgang strömenden Lasergases als Anregungsmedium oszilliert; eine Laserleistungsversorgung, die den Laseroszillator mit elektrischer Leistung zur Anregung des Lasergases versorgt; eine Druckerfassungseinheit, die einen Gasdruck des Lasergases im Gasdurchgang erfasst, der sich in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Gebläses verändert; einen Gaszufuhr- und Gasauslass-Abschnitt, der das Lasergas der Gasdurchführung zuführt und das Lasergas aus der Gasdurchführung auslässt; einen Anweisungsabschnitt, der ein vorübergehendes Anhalten der Oszillationen des Laserlichts durch den Laseroszillator anweist; und einen Steuerabschnitt, der das Gebläse und den Gaszufuhr- und Gasauslass-Abschnitt in Reaktion auf eine Anweisung vom Anweisungsabschnitt steuert, wobei, bevor der Anweisungsabschnitt das vorübergehende Anhalten anweist, der Steuerabschnitt das Gebläse zur Drehbewegung bei einer vorbestimmten Drehzahl steuert, und den Gaszufuhr- und Gasauslass-Abschnitt so steuert, dass der durch den Druckerfassungsabschnitt erfasste Gasdruck ein erster Soll-Gasdruck ist und, sobald der Anweisungsabschnitt das vorübergehende Anhalten anweist, der Steuerabschnitt das Gebläse zur Verringerung der Drehzahl des Gebläses oder zum Anhalten der Drehbewegung des Gebläses steuert, und den Gaszufuhr- und Gasauslass-Abschnitt so steuert, dass der durch den Druckerfassungsabschnitt erfasste Gasdruck ein zweiter Soll-Gasdruck ist, der dem ersten Soll-Gasdruck während der Drehbewegung des Gebläses bei Annahme eines unveränderten Gesamtgewichts des Gases entspricht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Aufgabe, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden, in denen:
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1 ein Schaubild ist, das einen Aufbau einer Gaslaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
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2 ein Blockschaltbild ist, das einen Steuerungsaufbau einer Gaslaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel eines in einem Steuerabschnitt der 2 ausgeführten Verfahrens zum vorübergehenden Anhalten zeigt;
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4A ein Schaubild ist, das ein Beispiel zum Betrieb einer Gaslaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4B ein Schaubild ist, das ein Beispiel zum Betrieb einer Gaslaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ein Schaubild ist, das einen Gaszustand der Gaslaservorrichtung zeigt;
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6A ein Schaubild ist, das ein Vergleichsbeispiel zur 4A zeigt; und
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6B ein Schaubild ist, das ein Vergleichsbeispiel zur 4B zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Im Folgenden werden unter Bezug auf die 1 bis 6B Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Schaubild, das einen Aufbau einer Gaslaservorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Diese Gaslaservorrichtung 100 umfasst ein Lasergasgefäß 10, das einen Gasdurchgang 101 ausbildet, durch den ein Lasergas zirkuliert, und einen Laseroszillator 20 und ein Gebläse 30, die am Gasdurchgang 101 angeordnet sind. Die Lasergasvorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann in vielen Bereichen verwendet werden, so etwa in der Fertigung, der medizinischen Versorgung und der Messung.
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Das Lasergasgefäß 10 nimmt ein vorgegebenes Lasergas isoliert von der Atmosphäre auf. Als Lasergas wird ein Gasmedium für Lasergasoszillationen verwendet, einschließlich Lasergasmedien wie etwa Kohlendioxid, gasförmiger Stickstoff und gasförmiges Argon.
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Der Laseroszillator 20 weist einen Ausgangsspiegel 21, einen Rückreflexionsspiegel 22 und ein zwischen dem Ausgangsspiegel 21 und dem Rückreflexionsspiegel 22 angeordnetes Entladungsrohr 23 auf. Das Entladungsrohr 23 steht in Verbindung mit dem Gasdurchgang 101. Eine Laserleistungsversorgung 24 versorgt das Entladungsrohr 23 mit elektrischer Leistung. Wenn die Laserleistungsversorgung 24 die elektrische Leistung zuführt, wird das Lasergas während des Durchlaufens des Entladungsrohrs 23 angeregt und in einen laseraktiven Zustand gebracht. Von dem Entladungsrohr 23 ausgehendes Licht wird zwischen dem Ausgangsspiegel 21 und dem Rückreflexionsspiegel 22 verstärkt, und bildet eine Laseroszillation zur Erzeugung von Laserlicht. Da der Ausgangsspiegel 21 ein teildurchlässiger Spiegel ist, wird das den Ausgangsspiegel 21 durchlaufende Laserlicht als Ausgangslaserlicht 25 nach außen abgegeben.
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Das Gebläse 30 umfasst einen Ventilator oder ein Gebläse, das durch einen Elektromotor angetrieben wird. Mit anderen Worten enthält das dieser Beschreibung entsprechende Gebläse 30 auch den Ventilator, dessen Verdichtungsverhältnis kleiner als dasjenige des Gebläses ist. Das Gebläse 30 wird über einen (nicht gezeigten) Gebläsewechselrichter mit elektrischer Leistung versorgt und dreht durch diese elektrische Leistung, um das Lasergas entlang dem Gasdurchgang 101 zu zirkulieren. Ein erster Wärmetauscher 31 und ein zweiter Wärmetauscher 32 sind an Gasdurchgängen 101 auf in Strömungsrichtung vorgelagerter bzw. nachgelagerter Seite des Gebläses 30 angeordnet. Die Wärmetauscher 31 und 32 werden mit einem vorgegebenen Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) versorgt. Das Lasergas wird während des Durchlaufens der Wärmetauscher 31 und 32 durch Austausch von Wärme mit diesem Kühlmittel gekühlt und auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten.
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Um ein Erwärmen des Gebläses 30 zu verhindern, ist der Gasdurchgang 101 mit einer Kühlvorrichtung 40 versehen. Die Kühlvorrichtung 40 weist eine Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 42 zur Zirkulation des Kühlmittels in einem Kühlmitteldurchgang 41 und eine Kühlmittelkühlvorrichtung 43 zum Kühlen des Kühlmittels auf. Das Kühlmittel strömt durch einen Erwärmungsabschnitt des Gebläses 30, so dass das Gebläse 30 gekühlt wird. Als das durch den Kühlmitteldurchgang 41 strömende Kühlmittel kann beispielsweise Kühlwasser verwendet werden. Die Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 42 kann eine Pumpe zur Förderung des Kühlmittels unter Druck umfassen. Zum Beispiel kann die Kühlmittelkühlungsvorrichtung 43 einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlmittels durch Austausch von Wärme mit der Atmosphäre umfassen.
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Der Gasdurchgang 101 steht in Verbindung mit einem Zufuhrdurchgang 50 zur Zufuhr des Lasergases zum Gasdurchgang 101 und mit einem Auslassdurchgang 60 zum Auslassen des Lasergases aus dem Gasdurchgang 101. Der Zufuhrdurchgang 50 ist mit einer Zufuhrvorrichtung 51 versehen, und stromaufwärtig ist die Zufuhrvorrichtung 51 mit einem (nicht gezeigten) Tank verbunden, in dem das Lasergas vorgehalten ist. Der Druck im Tank ist höher als im Gasdurchgang 101. Die Zufuhrvorrichtung 51 kann eine Ventilvorrichtung umfassen, die geöffnet und geschlossen werden kann, so dass in Reaktion auf eine Öffnungs- und Schließbewegung dieser Ventilvorrichtung das Lasergas vom Tank zum Gasdurchgang 101 über die Zufuhrvorrichtung 51 zugeführt wird. Diese Ventilvorrichtung muss nicht ein einfaches Ventil mit Öffnungs- und Schließstellung umfassen, sondern sie kann ein variables Ventil umfassen, das eine Öffnungsfläche des Zufuhrdurchgangs 50 verändert.
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Im Auslassdurchgang 60 sind ein Auslassventil 61 und eine Auslassvorrichtung 62 in Reihe vorgesehen. Das Auslassventil 61 umfasst eine Ventilvorrichtung, die geöffnet und geschlossen werden kann, oder beispielsweise ein variables Ventil, das eine Öffnungsfläche des Auslassdurchgangs 60 verändert. Die Auslassvorrichtung 62 umfasst einen Auslassventilator zur Entnahme des Lasergases aus dem Gasdurchgang 101 bei niedrigerem Druck. Der Auslassventilator dreht durch über einen Auslasswechselrichter 63 zugeführte elektrische Leistung, so dass das Lasergas aus dem Gasdurchgang 101 gemäß einer Drehzahl der Auslassvorrichtung 62 (des Auslassventilators) und einer Öffnung des Auslassventils 61 ausgelassen wird.
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Ein Druck (ein Gasdruck) im Lasergasgefäß 10 wird während der Laserabgabe beispielsweise auf 1/40 bis 1/5 des Atmosphärendrucks eingestellt. Obgleich das Lasergasgefäß 10 hermetisch dicht verschlossen ist, ist es schwierig, eine Undichtigkeit vollkommen zu verhindern und Spurmengen der Atmosphäre dringen in das Lasergasgefäß 10 ein. Zudem finden während der Laseroszillation eine Zersetzung des Lasergases und ein Freisetzen von Molekülen von den Innenwänden des Lasergasgefäßes statt, und diese können die Qualität des Lasergases im Lasergasgefäß 10 vermindern. Angesichts dieser Probleme wird in diesem Ausführungsbeispiel während der Laseroszillation das Lasergas stets dem Gasdurchgang 101 über den Zufuhrdurchgang 50 zugeführt und vom Gasdurchgang 101 über den Auslassdurchgang 60 ausgelassen, so dass zur Verhinderung einer Verschlechterung des Lasergases eine Spurmenge des Lasergases im Lasergasgefäß 10 ausgetauscht wird.
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Der Gasdruck P im Lasergasgefäß 10 wird typischerweise durch einen Druckmesser 33 erfasst. Der Druckmesser 33 ist an der dem ersten Wärmetauscher 31 in Strömungsrichtung nachgelagerten Seite und der dem Gebläse 30 in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite vorgesehen. Folglich variiert der durch den Druckmesser 33 erfasste Gasdruck P gemäß der Drehzahl des Gebläses 30. Genauer fällt der Gasdruck P, wenn das Gebläse 30 dreht, und der Gasdruck P steigt, wenn das Gebläse 30 angehalten wird.
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Zu diesem Zeitpunkt besteht unter der Annahme, dass ein Gesamtgewicht des Gases im Gefäß 10 konstant bleibt, eine bestimmte Korrelation zwischen der Drehzahl des Gebläses 30 und dem durch den Druckmesser 33 erfassten Gasdruck P. Unter der Annahme, dass der Gasdruck P1 beträgt bei einer vorbestimmten Drehzahl N1 des Gebläses 30, beträgt der Gasdruck P2 (> P1), wenn das Gebläse 30 die Drehbewegung anhält (die Drehzahl gleich Null ist). Dieser Zusammenhang kann im Voraus experimentell oder analytisch bestimmt werden. Um diesen Gasdruck vom Gasdruck auf der in Strömungsrichtung nachgelagerten Seite des Gebläses 30 (zwischen dem Gebläse 30 und dem zweiten Wärmetauscher 32) zu unterscheiden, kann der Gasdruck auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses 30 als Pa bezeichnet werden, und der Gasdruck auf der in Strömungsrichtung nachgelagerten Seite des Gebläses 30 kann als Pb bezeichnet werden.
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Die Leistungsfähigkeit des Lasers, etwa hinsichtlich einer Ausgangsleistung einer Laserstrahlabgabe des Laseroszillators 20, einer Form des Laserstrahls, einer Qualität des Laserstrahls und dergleichen, kann signifikant vom Gasdruck P im Lasergasgefäß 10 abhängen. Bei der Gaslaservorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, als ein Gasdruck zum Erzielen einer gewünschten Leistungsfähigkeit des Lasers, der Gasdruck P1 entsprechend der vorbestimmten Drehzahl N1 des Gebläses 30 vorbestimmt. Während der Laseroszillation wird eine Drehbewegung des Gebläses 30 bei einer vorbestimmten Drehzahl N1 ermöglicht, und die Zufuhr und der Auslass des Lasergases werden so gesteuert, dass der durch den Druckmesser 33 erfasste Gasdruck P der vorbestimmte Gasdruck P1 ist. Dadurch ist eine stabile Leistungsfähigkeit des Lasers erzielbar.
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Die Laserleistungsversorgung 24, das Gebläse 30 (der Gebläsewechselrichter), die Zufuhrvorrichtung 51, das Auslassventil 61 und der Auslasswechselrichter 63 werden durch Signale vom Steuerabschnitt 70 gesteuert. 2 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil eines Steuerungsaufbaus der Gaslaservorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der Steuerabschnitt 70 umfasst eine arithmetische Verarbeitungseinheit mit einem Hauptprozessor (CPU), einem Festwertspeicher (ROM), und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und weiteren Peripherieschaltkreisen. Der Steuerabschnitt 70 weist einen Leistungssteuerabschnitt 71 zur Steuerung der von der Laserleistungsversorgung 24 zugeführten Leistung, einen Gebläsesteuerabschnitt 72 zur Steuerung der Drehbewegung des Gebläses 30, und einen Drucksteuerabschnitt 73 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Zufuhrvorrichtung 51 und des Auslassventils 61 sowie einen Auslasssteuerabschnitt 74 zur Steuerung der Drehbewegung der Auslassvorrichtung 62 auf.
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Signale vom Druckmesser 33 und einem Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten, der ein vorübergehendes Anhalten der Laseroszillation durch den Laseroszillator 20 anweist, sind Eingangssignale des Steuerabschnitts 70, und der Steuerabschnitt 70 führt auf Grundlage dieser Eingangssignale das folgende Verfahren aus. Beispielsweise wird im Fall der Laserbearbeitung eines Werkstücks durch die Gaslaservorrichtung 100 das vorübergehende Anhalten angewiesen, wenn die Laserausgabe vorübergehend nicht erforderlich ist, so wie beispielsweise während eines Wechsels des Werkstücks, und wobei sich das vorübergehende Anhalten von dem nach Beendigung der Laserbearbeitung angewiesenen vollständigen Anhalten unterscheidet. In einem Speicher des Steuerabschnitts 70 werden im Voraus eine vorbestimmte Drehzahl N1 des Gebläses 30, der vorbestimmte Gasdruck P1 während der Drehbewegung des Gebläses und der vorbestimmte Gasdruck P2 während des Anhaltens des Gebläses gespeichert.
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der im Steuerabschnitt 70 ausgeführten Verfahren veranschaulicht, insbesondere ein Verfahren zum vorübergehenden Anhalten. Der in diesem Flussdiagramm veranschaulichte Betrieb beginnt beispielsweise, wenn der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten eingeschaltet wird oder, mit anderen Worten, wenn die Anweisung des vorübergehenden Anhaltens im Zustand der Laseroszillation eingegeben wird. Bevor der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten eingeschaltet wird, dreht das Gebläse 30 bei der vorbestimmten Drehzahl N1 in Folge des Verfahrens im Gebläsesteuerabschnitt 72. Der Gasdruck P wird beim vorbestimmten Gasdruck P1 in Folge des Verfahrens im Drucksteuerabschnitt 73 aufrechterhalten. Die elektrische Leistung wird dem Entladungsrohr 23 in Folge des Verfahrens im Leistungssteuerabschnitt 71 zugeführt, so dass der Laseroszillator 20 das Laserlicht oszilliert. Ferner dreht die Auslassvorrichtung 62 bei einer vorbestimmten Drehzahl N10 in Folge des Verfahrens im Auslasssteuerabschnitt 74.
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In einem Schritt S1 wird ein Steuersignal zur Laserleistungsversorgung 24 ausgegeben, um den Entladungsvorgang des Entladungsrohrs 23 anzuhalten. Dadurch wird die Laserausgabe vom Laseroszillator 20 angehalten.
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In einem Schritt S2 wird ein Steuersignal an den Gebläsewechselrichter ausgegeben, um die Drehbewegung des Gebläses 30 anzuhalten. Dadurch wird die Strömung des Lasergases entlang des Gasdurchgangs 101 angehalten.
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In einem Schritt S3 werden Steuersignale zur Zufuhrvorrichtung 51 und zum Auslassventil 61 ausgegeben, um sie zu schließen. Andererseits wird ein Steuersignal zum Auslasswechselrichter 63 ausgegeben, um die Drehbewegung der Auslassvorrichtung 62 vorübergehend anzuhalten. Dieses Verfahren berücksichtigt, dass das Gebläse 30 nicht unmittelbar nach der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens anhält, sondern zunächst verlangsamt und dann anhält, und folglich der Gasdruck P im Gefäß 10 nicht stabil ist bevor das Gebläse 30 vollständig anhält. Die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases werden angehalten bis das Gebläse 30 vollständig angehalten hat.
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In diesem Beispiel wird die Drehbewegung des Gebläses 30 nach der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens vollständig angehalten. Jedoch muss die Drehbewegung des Gebläses 30 nicht vollständig angehalten werden, sondern sie kann auf eine vorbestimmte Drehzahl N2 verringert werden. Genauer kann die Drehzahl des Gebläses 30 im Schritt S2 auf die vorbestimmte Drehzahl N2 verringert werden, und dann kann im Schritt S3 die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases angehalten werden. Die vorbestimmte Drehzahl N2 weist einen geringeren Wert auf als die vorbestimmte Drehzahl N1. Anstatt des Verringerns auf die vorbestimmte Drehzahl N2, kann die Drehzahl des Gebläses 30 um eine vorbestimmte Drehzahl ΔN verringert werden.
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In einem Schritt S4 wird bestimmt, ob der Anhaltevorgang des Gebläses 30 abgeschlossen ist oder nicht, oder in anderen Worten, ob die Drehbewegung des Gebläses 30 vollständig angehalten hat oder nicht. Dieses Verfahren wird beispielsweise ausgeführt durch Bestimmen, ob die vorbestimmte Verlangsamungszeit seit der Anhalteanweisung des Gebläses 30 verstrichen ist oder nicht, oder durch Überwachen der vom Gebläsewechselrichter abgegebenen Ausgangsleistung. Falls im Schritt S4 eine negative Entscheidung getroffen wird, kehrt das Verfahren zum Schritt S2 zurück. Falls eine bejahende Entscheidung im Schritt S4 getroffen wird, wird das Verfahren mit einem Schritt S5 fortgesetzt.
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Im Schritt S5 werden die Signale vom Druckmesser 33 gelesen. Das Öffnen und Schließen der Zufuhrvorrichtung 51 und des Auslassventils 61 wird so gesteuert, dass der vom Druckmesser 33 erfasste Gasdruck gleich dem vorbestimmten Gasdruck P2 beim Anhalten des Gebläses ist. Ferner wird die Drehzahl der Auslassvorrichtung 62 auf eine vorbestimmte Drehzahl N11 gesteuert. Dadurch wird das Lasergas im Lasergasgefäß 10 ersetzt und, beispielsweise selbst wenn die Atmosphäre in das Lasergasgefäß 10 eindringt, wird der Gasdruck P beim vorbestimmten Gasdruck P2 aufrechterhalten. In diesem Fall findet, da die Laseroszillation angehalten wurde, keine Gaszersetzung aufgrund der Laseroszillation statt. Ferner ist, da die Gastemperatur niedriger ist als diejenige während der Laseroszillation, eine molekulare Emission von der Innenwand des Lasergasgefäßes gering. Dadurch muss, falls die Menge des ersetzten Lasergases im Lasergasgefäß 10 gering ist, dann folglich die Auslassvorrichtung 62 keine große Auslasskapazität aufweisen. Deshalb wird die vorbestimmte Drehzahl N11 auf einen niedrigeren Wert eingestellt, als die Drehzahl N10 der Auslassvorrichtung 62 während der Laseroszillation.
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In einem Schritt S6 wird bestimmt, ob der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten ausgeschaltet wurde oder nicht, oder ob eine Anweisung zur Aufhebung des vorübergehenden Anhaltens eingegeben wurde oder nicht. Falls eine negative Entscheidung im Schritt S6 getroffen wird, kehrt der Verfahren zum Schritt S5 zurück. Falls eine bejahende Entscheidung im Schritt S6 getroffen wird, wird das Verfahren mit einem Schritt 57 fortgesetzt.
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Im Schritt S7 wird ein Steuersignal an den Gebläsewechselrichter zur Drehbewegung des Gebläses 30 bei einer vorbestimmten Drehzahl N1 ausgegeben. Dadurch zirkuliert das Lasergas entlang dem Gasdurchgang 101.
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In einem Schritt 58 werden Steuersignale zur Zufuhrvorrichtung 51 und zum Auslassventil 61 ausgegeben, um diese zu schließen, und andererseits wird ein Steuersignal zum Auslasswechselrichter 63 ausgegeben, um die Drehbewegung der Auslassvorrichtung 62 vorübergehend anzuhalten. Genauer werden, da der Gasdruck P so lange nicht stabil ist, bis die Drehzahl des Gebläses 30 die vorbestimmte Drehzahl N1 erreicht, die Zufuhrvorrichtung 51 und das Auslassventil 61 geschlossen, um die Zufuhr des Lasergases zum Gefäß 10 und das Auslassen des Lasergases vom Gefäß 10 anzuhalten.
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In einem Schritt S9 wird bestimmt, ob die Drehzahl des Gebläses 30 die vorbestimmte Drehzahl N1 erreicht hat oder nicht. Dieses Verfahren wird beispielsweise ausgeführt durch Bestimmen, ob eine vorbestimmte Beschleunigungszeit nach der Anweisung zum Aufheben des Anhaltens des Gebläses 30 verstrichen ist oder nicht, oder durch Überwachen der vom Gebläsewechselrichter abgegebenen Ausgangsleistung.
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In einem Schritt S10 wird das Signal vom Druckmesser 33 gelesen und das Öffnen und Schließen der Zufuhrvorrichtung 51 und des Auslassventils 61 wird so gesteuert, dass der durch den Druckmesser 33 erfasste Gasdruck P gleich dem vorbestimmten Gasdruck P1 ist. Ferner wird die Drehzahl der Auslassvorrichtung 62 gesteuert, um der vorbestimmten Drehzahl N10 zu entsprechen.
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In einem Schritt S11 wird bestimmt, ob der durch den Druckmesser 33 erfasste Gasdruck P gleich dem vorbestimmten Gasdruck P1 ist oder nicht. Falls eine bejahende Entscheidung im Schritt S11 getroffen wird, wird das Verfahren mit einem Schritt S12 fortgesetzt. Fall im Schritt S11 eine negative Entscheidung getroffen wird, kehrt das Verfahren zum Schritt S10 zurück.
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Im Schritt S12 wird ein Steuersignal zur Laserleistungsversorgung 24 ausgegeben, um die Entladung des Entladungsrohrs 23 neu zu starten. Dadurch kann stabiles Laserlicht vom Laseroszillator 20 beim vorbestimmten Gasdruck P1 abgegeben werden. Danach endet das Verfahren zum vorübergehenden Anhalten.
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Die Betriebsvorgänge der Gaslaservorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden genauer beschrieben. Die 4A und 4B sind Schaubilder, die Veränderungen der Drehzahl des Gebläses und des Gasdrucks P im Lasergasgefäß 10 nach der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens bzw. nach der Anweisung zur Aufhebung des vorübergehenden Anhaltens veranschaulichen. In diesen Figuren sind Regelsollwerte des Gasdrucks P (gestrichelte Linien) ebenfalls gezeigt.
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Vor der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens der Laseroszillation, wie in 4A veranschaulicht, dreht das Gebläse 30 bei der vorbestimmten Drehzahl N1 und der Gasdruck P wird auf den vorbestimmten Gasdruck P1 geregelt, welcher der Regelsollwert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Gaszustand im Gefäß 10 als α in 5 dargestellt. In 5 stellt Pa einen Gasdruck dar auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses 30 oder, in anderen Worten, einen durch den Druckmesser 33 erfassten Gasdruck. Pb stellt einen Gasdruck dar auf der in Strömungsrichtung nachgelagerten Seite des Gebläses 30 (oder zwischen dem Gebläse 30 und dem zweiten Wärmetauscher 32). G ist ein Gesamtgewicht des Gases im Gefäß. Wenn das Gebläse 30 mit der vorbestimmten Drehzahl N1 dreht, ist der Gasdruck Pa auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses der vorbestimmte Gasdruck P1, wie im Zustand α gezeigt, und der Gasdruck Pb auf der in Strömungsrichtung nachgelagerten Seite des Gebläses ist P3 (> P1). Zu diesem Zeitpunkt beträgt das Gesamtgewicht G1 des Gases im Gefäß 10.
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Zum Zeitpunkt t1 in 4A wird, sobald der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten eingeschaltet wird, die Ausgabe des Laserlichts vom Laseroszillator 20 angehalten und ferner beginnt das Gebläse 30 den Anhaltevorgang (Schritt S1, Schritt S2). Dadurch kann eine unnötige elektrische Leistungsaufnahme der Gaslaservorrichtung 100 unterbunden werden, und es können Energiespareffekte erzielt werden. Nachdem der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten eingeschaltet ist, wird die Drehzahl des Gebläses verringert und dadurch der Gasdruck Pa auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses erhöht. Bis das Gebläse 30 vollständig anhält (in der Zeit von t1 bis zur Zeit t2) wird die Einstellung des Drucks durch die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases nicht durchgeführt (Schritt S3).
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Zum Zeitpunkt t2 wird, sobald die Drehbewegung des Gebläses 30 vollständig angehalten hat, die Einstellung des Drucks durch die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases begonnen, und der Gasdruck Pa auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses wird auf den vorbestimmten Gasdruck P2 (Schritt S5) geregelt. Zu diesem Zeitpunkt dreht die Auslassvorrichtung 62 mit der Drehzahl N11, die niedriger ist als jene vor dem Anhalten der Laseroszillation (< N10), so dass die Leistungsaufnahme weiter gesenkt werden kann. Der Gaszustand beim vorübergehenden Anhalten wird durch β in 5 dargestellt, und die Gasdrücke Pa und Pb an der in Strömungsrichtung vorgelagerten bzw. nachgelagerten Seite des Gebläses gleichen sich einander an. In diesem Fall weist der Gasdruck P im Gefäß 10 den Wert P2 auf, der dem vorbestimmten Gasdruck P1 bei der Drehbewegung des Gebläses entspricht, oder in anderen Worten, ein durch Korrelation zwischen der Drehzahl des Gebläses und dem Gasdruck P bestimmter Wert, wenn man annimmt, dass das Gesamtgewicht des Gases unverändert ist. Das Gesamtgewicht des Gases beträgt weiterhin G1.
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Danach beginnt zum Zeitpunkt t3 in 4B das Gebläse 30 den Drehbetrieb (Schritt S7), sobald der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten ausgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Gasdruck Pa auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses ab, während die Drehzahl des Gebläses steigt. Bis jedoch die Drehzahl des Gebläses die vorbestimmte Drehzahl N1 (in der von Zeit t3 bis zur Zeit t4) erreicht, wird die Druckeinstellung durch die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases nicht ausgeführt (Schritt S8).
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Zum Zeitpunkt t4 wird, sobald die Drehzahl des Gebläses die vorbestimmte Drehzahl N1 erreicht, die Einstellung des Drucks durch die Zufuhr und das Auslassen des Lasergases begonnen, so dass der Gasdruck Pa auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses auf den vorbestimmten Gasdruck P1 geregelt wird (Schritt S10). In diesem Zustand beginnt das Entladungsrohr 23 die Entladung, und der Laseroszillator 20 gibt das Laserlicht aus (Schritt S12). Zu diesem Zeitpunkt liegt der in 5 gezeigte Gaszustand α im Lasergasgefäß 10 vor. Da beim Anhalten der Drehbewegung des Gebläses der Gasdruck im Gefäß 10 auf P2 geregelt wird, wird in diesem Fall der Gasdruck im Gefäß 10 gleich Pb allein durch Erhöhen der Drehzahl des Gebläses auf die vorbestimmte Drehzahl N1. Folglich kann in kurzer Zeit nachdem der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten ausgeschaltet wird, die Entladung des Entladungsrohrs 23 gestartet werden, und die Arbeitsauslastung bei der Laserbearbeitung und dergleichen kann verbessert werden.
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Im Gegensatz dazu ist es schwierig, wenn der Gasdruck beim Anhalten der Drehbewegung des Gebläses auf einen anderen Wert als P2 geregelt wird, die Entladung in einer kurzen Zeit zu starten nachdem der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten ausgeschaltet wurde. Dieser Aspekt wird im Folgenden beschrieben. Die 6A und 6B sind Schaubilder, die ein Beispiel zu Änderungen der Drehzahl des Gebläses bzw. des Gasdrucks P zeigen, wenn der Gasdruck beim Anhalten der Drehbewegung des Gebläses auf Pb eingestellt wird. Wie in 6A veranschaulicht, muss in diesem Fall das Lasergas vom Lasergasgefäß 10 während der Zeit t2 bis zur Zeit ta abgegeben werden, so dass nach dem Anhalten der Drehbewegung des Gebläses der Gasdruck von P2 auf P1 verringert wird in Reaktion auf das Einschalten des Schalters 75 zum vorübergehenden Anhalten. Dadurch wird nach dem Zeitpunkt ta der in 5 gezeigte Gaszustand γ im Gefäß 10 erreicht, wobei das Gesamtgewicht G2 des Gases erreicht wird, das geringer ist als das Gesamtgewicht G1 des Gases vor dem vorübergehenden Anhalten.
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Danach verringert sich, wie in 6B veranschaulicht, sobald zum Zeitpunkt t3 der Schalter 75 zum vorübergehenden Anhalten ausgeschaltet wird, der Gasdruck Pa während sich die Drehzahl des Gebläses erhöht, so dass zum Zeitpunkt t4 der Gasdruck Pa niedriger ist als der vorbestimmte Gasdruck Pb. Deshalb muss, um die Laseroszillation zu starten, das Lasergas dem Gefäß über die Zufuhrvorrichtung 51 zugeführt werden, so dass der Gasdruck Pa gleich dem vorbestimmten Gasdruck P1 ist. Zum Zeitpunkt tb ist, sobald der Gasdruck Pa den vorbestimmten Gasdruck P1 erreicht, die Laseroszillation ermöglicht. Jedoch dauert es längere Zeit als im Fall der 4B, um den Zustand zu erreichen, in dem die Laseroszillation ermöglicht ist. Ferner ist die Menge des im Gefäß 10 ausgetauschten Lasergases äußerst verschwenderisch.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind folgende Wirkungen darstellbar.
- (1) In Reaktion auf das Einschalten des Schalters 75 zum vorübergehenden Anhalten wird nicht nur die Abgabe des Laserlichts, sondern auch die Drehbewegung des Gebläses 30 angehalten. Dadurch kann die Leistungsaufnahme der Gaslaservorrichtung 100 verringert werden.
- (2) Der Gasdruck P im Lasergasgefäß 10 wird beim Anhalten der Drehbewegung des Gebläses auf den vorbestimmten Gasdruck P2 geregelt, der dem vorbestimmten Gasdruck P1 zur Zeit der Drehbewegung des Gebläses entspricht. Dadurch kann, nach dem Anweisen der Aufhebung des vorübergehenden Anhaltens der Laseroszillation, der Gasdruck P im Lasergasgefäß 10 auf den vorbestimmten Gasdruck P1 innerhalb kurzer Zeit zurückgeführt werden, und die Betriebsvorgänge, wie etwa das Laserbearbeiten, können effizient ausgeführt werden.
- (3) Nach der vorübergehenden Anhalteanweisung kann die Leistungsaufnahme der Gaslaservorrichtung 100 in ähnlicher Weise verringert werden, selbst wenn die Drehbewegung des Gebläses 30 nicht angehalten wird und die Drehzahl des Gebläses 30 nicht verringert wird. Zusätzlich kann der Gasdruck P, nach der Anweisung zum Aufheben des vorübergehenden Anhaltens, auf den vorbestimmten Gasdruck P1 in einer kürzeren Zeit zurückgeführt werden.
- (4) Bis das Gebläse 30 vollständig anhält und der Gasdruck P stabiler wird, wird der Gasdruck P im Gefäß 10 nicht eingestellt. Dadurch kann ein über das Notwendige hinausgehende Zuführen und Auslassen des Lasergases vermieden werden.
- (5) Zur Zeit des Anhaltens der Drehbewegung des Gebläses wird die Drehzahl der Auslassvorrichtung 62 verringert. Dadurch kann die Leistungsaufnahme weiter verringert werden.
- (6) Die Auslassvorrichtung 62 ist im Auslassdurchgang 60 vorgesehen, und ferner ist das Auslassventil 61, das die Öffnungsfläche des Auslassdurchgangs 60 verändern kann, in Reihe bezüglich der Auslassvorrichtung 62 vorgesehen. Dadurch kann der Gasdruck im Gefäß 10 genau eingestellt werden.
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Obgleich das Gebläse 30 durch die Kühlvorrichtung 40 im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gekühlt wird, können weitere Komponenten der Lasergasvorrichtung gekühlt werden. In diesem Fall kann die Kühlleistungsfähigkeit in Reaktion auf das Ein- und Ausschalten des Schalters 75 zum vorübergehenden Anhalten verändert werden. Zum Beispiel kann der Steuerabschnitt 70 die Kühlmittelzirkulationsvorrichtung 42 so steuern, dass die Zirkulationsmenge des Kühlmittels nach der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens weniger wird als die vor der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens.
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Obgleich der Gasdurchgang, durch den das Lasergas zirkuliert, im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel durch das Lasergasgefäß 10 gebildet ist, ist der Aufbau des Durchgangsausbildungsabschnitt nicht auf den vorstehend beschriebenen beschränkt. Obgleich der Druckmesser 33 auf der in Strömungsrichtung vorgelagerten Seite des Gebläses 30 vorgesehen ist, kann der Druckerfassungsabschnitt an einem anderen Punkt (z. B. in Strömungsrichtung dem Gebläse 30 nachgelagert) vorgesehen sein, solange die Veränderung des Gasdrucks P gemäß der Drehzahl des Gebläses 30 erfasst wird. Obgleich das vorübergehende Anhalten der Oszillation des Laserlichts durch die Betätigung des vorübergehenden Anhalteschalters 75 angewiesen wird, können weitere Anweisungsabschnitte verwendet werden.
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Obgleich die Zufuhrvorrichtung 51 im Zufuhrdurchgang 50, und das Auslassventil 61 und die Auslassvorrichtung 62 im Auslassdurchgang 60 vorgesehen sind, ist der Aufbau des Gaszufuhr- und Gasauslass-Abschnitts zum Zuführen des Lasergases zum Gasdurchgang 101 und zum Auslassen des Lasergases vom Gasdurchgang 101 nicht auf den vorstehend beschriebenen beschränkt. Obgleich die Auslassvorrichtung 62 durch den Auslassventilator dazu ausgebildet ist, die Drehzahl des Ventilators zu verringert, wenn das vorübergehende Anhalten angewiesen wird, kann die Auslassvorrichtung 62 dazu abweichend ausgebildet sein, so dass die Auslassleistungsfähigkeit verringert werden kann, wenn das vorübergehende Anhalten angewiesen wird. Die Drehzahl der Auslassvorrichtung 62 kann vor der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens gleich jener nach der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens sein.
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Der Steuerabschnitt 70 steuert die Drehbewegung des Gebläses 30 und die Zufuhr und das Auslassen des Gases im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Jedoch ist der Vorgang im Steuerabschnitt 70 nicht auf den vorstehend beschriebenen beschränkt, solange das Gebläse 30 mit der vorbestimmten Drehzahl N1 dreht und die Zufuhr und das Auslassen des Gases so gesteuert wird, dass der durch den Druckmesser 33 erfasste Gasdruck der vorbestimmte Gasdruck P1 (ein erster Soll-Gasdruck) vor der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens ist, und auf die Anweisung des vorübergehenden Anhaltens die Drehzahl des Gebläses 30 verringert wird oder die Drehbewegung angehalten wird, und die Zufuhr und das Auslassen des Gases so gesteuert wird, dass der durch den Durchmesser 33 erfasste Gasdruck P der vorbestimmte Gasdruck P2 (ein zweiter Soll-Gasdruck) ist, der dem vorbestimmten Gasdruck P1 während der Drehbewegung des Gebläses entspricht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf die Anweisung des vorübergehenden Anhaltens die Drehzahl des Gebläses verringert oder die Drehbewegung angehalten und die Zufuhr und das Auslassen des Gases so gesteuert, dass der Gasdruck in dem Gasdurchgang der zweite Soll-Gasdruck ist, der dem ersten Soll-Gasdruck während der Drehbewegung des Gebläses entspricht. Dadurch kann die Leistungsaufnahme verringert werden und, nach Aufhebung der Anweisung des vorübergehenden Anhaltens, ist es innerhalb kurzer Zeit möglich, in den Zustand zurückzukehren, in dem die Laseroszillation ermöglicht ist.
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Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Abwandlungen und Veränderungen dazu vornehmen kann, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
