DE102012015441A1

DE102012015441A1 - Gaslaservorrichtung, die mit einer stromberechnungseinheit ausgestattet ist

Info

Publication number: DE102012015441A1
Application number: DE102012015441A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kagiwada; Yoshitaka Kubo
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2013-02-14
Also published as: JP2013038251A; US20130039377A1; CN102957081A; US8675707B2; JP5204276B2; CN102957081B

Abstract

Offenbart ist eine Gaslaservorrichtung 1, die aufweist: eine erste Schätzeinheit 11, die einen Schätzwert eines Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 unter Verwendung des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts der Gleichstromzufuhreinheit 21 und ebenso unter Verwendung eines Wirkungsgrads der Umwandlung aus Eingangsstrom in Abgabestrom durch die Gleichstromzufuhreinheit 21 berechnet; eine zweite Schätzeinheit 12, die einen Schätzwert eines Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 unter Verwendung eines Abgabestromwerts der Ansteuereinrichtung 23 berechnet; und eine Stromberechnungseinheit 13, die einen Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung 1 auf der Grundlage des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaslaservorrichtung mit einer Laserstromzufuhreinrichtung zum Erregen eines Lasergases in einer Entladeröhre durch Erzeugen einer elektrischen Entladung darin und einem Gebläse zum Zuführen eines Lasergases in die Entladeröhre, und insbesondere auf eine Gaslaservorrichtung, die mit einer Stromberechnungseinheit zum Berechnen des während des Betriebs verbrauchten Stroms ausgestattet ist.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Gegenwärtig besteht ein wachsender Bedarf in verschiedenen technischen Gebieten an einer Verringerung der Energieaufnahme. Das Gebiet der Gaslaservorrichtung bildet keine Ausnahme, und der Bedarf an der Verringerung des Stromverbrauchs während des Betriebs in größtmöglichem Maße wuchs auch auf diesem Gebiet an. In einer Gaslaservorrichtung wird ein Lasergas in eine Entladeröhre geführt, und wird Laserlicht durch Erregen des Lasergases in einer elektrischen Entladung erzeugt, die durch Anlegen einer Funkfrequenzspannung zwischen den Elektroden innerhalb der Entladeröhre erzeugt wird. Zu diesem Zweck schließt die Gaslaservorrichtung in ihrem Stromzufuhrsystem eine Laserstromzufuhreinrichtung zum Erregen des Lasergases in der Entladeröhre durch Erzeugen einer elektrischen Entladung darin und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern eines Gebläses zum Zuführen des Lasergases in die Entladeröhre mit ein.
Damit der Stromverbrauch einer solchen Gaslaservorrichtung gemessen wird, wurde eine Bereitstellung eines Strommessers auf der Dreiphasenstromeingangsseite der Gaslaservorrichtung vorgeschlagen, wie in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2011-028372 offenbart.
Demgegenüber, während im Allgemeinen ein Invertersteuerverfahren zum Ansteuern des Motors des Gebläses innerhalb der Gaslaservorrichtung eingesetzt wird, als ein allgemeines Verfahren zum Messen des Stromverbrauchs eines Motors, der einen Gebläsemotor umfasst, ohne auf diesen eingeschränkt zu sein, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das den Stromverbrauchswert des Motors unter Verwendung des Stromwerts und des Spannungswerts berechnet, die jeweils durch eine Stromerfassungsschaltung und eine Spannungserfassungsschaltung erfasst werden, die auf der Dreiphasenstromeingangsseite des Motors vorgesehen sind, wie in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2010-074918 offenbart.
Es wurde ebenso eine Steuervorrichtung zum Berechnen eines Stromverbrauchs in einer Industriemaschine mit einer mechanischen Einrichtung vorgeschlagen, die durch einen Motor angetrieben wird, wie in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2010-115063 offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird der Stromverbrauch des Motors durch eine Berechnung unter Verwendung einer Motorstromerfassungseinheit zum Erfassen des in dem Motor fließenden Stroms in Verbindung mit einer Motordrehgeschwindigkeitserfassungseinheit zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors geschätzt.
Demgegenüber wurde ein Verfahren zum Berechnen des Stromverbrauchs einer Stromzufuhreinrichtung durch Schätzen aus einem Abgabestromwert unter Verwendung der Eigenschaften Abgabestrom versus Umwandlungswirkungsgrad vorgeschlagen, die in einer Speichereinheit vorab gespeichert sind.
Wie vorstehend beschrieben, besteht ein mögliches Verfahren zum Messen des Stromverbrauchs einer Gaslaservorrichtung in einem Installieren eines Strommessers, dieses Verfahren ist aber kostspielig und arbeitsintensiv. Gemäß den in den vorstehend erwähnten japanischen ungeprüften Patentoffenlegungen Nr. 2011-028372 und 2010-074918 offenbarten Techniken muss zum Beispiel ein Stromwandler (CT, Current Transformer) oder ein Strommesser oder dergleichen bei einem Kabel installiert werden, durch das die Gaslaservorrichtung mit Strom versorgt wird.
Demgegenüber, falls die in der vorstehend beschriebenen japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2010-115063 offenbarte Technik eingesetzt wird, um den Stromverbrauch einer Gaslaservorrichtung zu berechnen, kann es möglich sein, den Stromverbrauch des Gebläsemotors durch geeignetes Kombinieren der Motorstromerfassungseinheit und der Motordrehgeschwindigkeitserfassungseinheit zu berechnen, wird aber der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung gemessen, ist es schwierig, ihn genau zu messen, da die Entladelastimpedanz der Entladeröhre in großem Maße abhängig von dem Betrag der Abgabe der Gaslaservorrichtung variiert. Die in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2010-115063 offenbarte Technik ist deshalb nicht zum Messen des Gesamtstromverbrauchs der Gaslaservorrichtung geeignet.
Die in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2011-048548 offenbarte Technik erfordert demgegenüber detaillierte Daten der Eigenschaften Abgabeenergie versus Umwandlungswirkungsgrad, um den Stromverbrauch genau zu berechnen, und die Kapazität der Speichereinheit zum Speichern der Daten wird enorm werden. Der Betrag an Berechnung wird ebenso enorm werden.
Kurzfassung der Erfindung
In Anbetracht der vorstehenden Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen einer Gaslaservorrichtung, die ermöglicht, dass ihr Stromverbrauch im Betrieb genau und leicht zu messen ist.
Damit die vorstehende Aufgabe gelöst wird, sieht die Erfindung eine Gaslaservorrichtung vor, die umfasst: eine Laserstromzufuhreinrichtung mit einer Gleichstromzufuhreinheit zum Umwandeln eingegebenen Wechselstroms in Gleichstrom und eine RF-Stromzufuhreinheit zum Umwandeln des Gleichstroms, der aus der Gleichstromzufuhreinheit abgegeben ist, in eine Funkfrequenzspannung, die angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen eines in einer Entladeröhre enthaltenen Lasergases zu erzeugen; und eine Ansteuereinrichtung, die eingegebenen Wechselstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Gebläses umwandelt, um das Lasergas in die Entladeröhre zuzuführen, wobei die Gaslaservorrichtung umfasst: eine erste Schätzeinheit, die einen Schätzwert eines Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung unter Verwendung eines Abgabestromwerts und eines Abgabespannungswerts berechnet, die aus der Gleichstromzufuhreinheit erfasst sind, und ebenso unter Verwendung eines Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads, der den Wirkungsgrad der Umwandlung aus dem eingegebenen Strom in Relation zu dem abgegebenen Strom durch die Gleichstromzufuhreinheit darstellt; eine zweite Schätzeinheit, die einen Schätzwert eines Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung unter Verwendung eines Abgabestromwerts berechnet, der aus der Ansteuereinrichtung erfasst ist; und eine Stromberechnungseinheit, die einen Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung auf der Grundlage des Schätzwerts des eingegebenen Stroms in die Laserstromzufuhreinrichtung und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung berechnet.
Die erste Schätzeinheit berechnet den Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung durch Setzen des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads auf einen Wert, der gemäß einer logarithmischen Funktion berechnet ist, deren Variable in einem Abgabestromwert besteht, der durch Multiplizieren des Abgabestromwerts zusammen mit dem Abgabespannungswert der Gleichstromzufuhreinheit berechnet wird, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, und auf einen gegebenen konstanten Wert, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird.
Des Weiteren berechnet die erste Schätzeinheit 11 den Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung auf der Grundlage eines Werts, der durch Dividieren des Abgabestromwerts der Gleichstromzufuhreinheit durch den Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad erhalten wird, und eines Bereitschaftsstromwerts der Laserstromzufuhreinrichtung.
Befindet sich das Gebläse in einem Beschleunigungsbetriebs- oder Konstantgeschwindigkeitsbetriebsmodus, dann berechnet die zweite Schätzeinheit den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung durch Dividieren des Werts des Eingangsstroms in das Gebläse durch einen Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad, der den Wirkungsgrad der Umwandlung aus dem Eingangsstrom in den Abgabestrom durch die Ansteuereinrichtung darstellt, wobei der Wert des Eingangsstroms in das Gebläse gemäß einer quadratischen Funktion berechnet wird, deren Variable in dem Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung besteht.
Befindet sich demgegenüber das Gebläse in einem Abbremsbetriebsmodus, dann berechnet die zweite Schätzeinheit den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung gemäß einer kubischen Funktion, deren Variable in der Zeit besteht, die seit der Initiierung der Abbremsung des Gebläses verstrichen ist.
Die Stromberechnungseinheit kann den Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung auf der Grundlage eines vorab gemessenen Stromverbrauchswerts einer Gaslaserablasspumpe, die in der Gaslaservorrichtung vorgesehen ist, und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung berechnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend klarer in Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verständlich werden. Es zeigen:
1 eine Blockdarstellung, die eine Gaslaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
2 eine Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen dem Abgabestrom einer Gleichstromzufuhreinheit, die in einer Laserstromzufuhreinrichtung umfasst ist, und dem Umwandlungswirkungsgrad der Gleichstromzufuhreinheit, die durch ein Experiment gewonnen wurde.
Ausführliche Beschreibung
Eine Gaslaservorrichtung, die mit einer Strom berechnungseinheit ausgestattet ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es sei jedoch verständlich, dass die Erfindung weder auf die beiliegenden Zeichnungen noch auf das einzelne, hier beschriebene Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist.
1 zeigt eine Blockdarstellung, die die Gaslaservorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Gaslaservorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, zusätzlich zu der Gaslaservorrichtungsgruppe 2, eine Steuervorrichtung 3, die den Gesamtbetrieb der Gaslaservorrichtung 2 steuert.
Die Gaslaservorrichtungsgruppe 2 umfasst eine Entladeröhre 24, eine Laserstromzufuhreinrichtung 20, die eine Funkfrequenzspannung zum Erregen eines Lasergases in der Entladeröhre 24 durch Erzeugen einer elektrischen Entladung darin erzeugt, ein Gebläse 25 zum Zuführen des Lasergases in die Entladeröhre 24, eine Ansteuereinrichtung 23 zum Ansteuern des Gebläses 25, einen Wärmetauscher 26 zum Abkühlen des Lasergases, einen Lüfter 31 zum Abkühlen des Innenraums der Laservorrichtung und eine Steuerschaltung 32 zum Steuern der Laservorrichtung. Die Entladeröhre 24, der Wärmetauscher 26 und das Gebläse 25 sind durch Durchlässe 27 miteinander verbunden, und das Lasergas wird durch das Gebläse 25 veranlasst, durch die Durchlässe 27 zu strömen, und wird abgekühlt, während es den Wärmetauscher 26 durchläuft. Eine Auslasspumpe 28 ist vorgesehen, um das durch die Durchlässe 27 strömende! Lasergas auszulassen.
Die Entladeröhre 24 umfasst Entladeelektroden, und es wird Laserlicht durch Erregen des Lasergases in einer elektrischen Entladung erzeugt, die durch Anlegen einer Funkfrequenzspannung zwischen den Entladeelektroden innerhalb der Entladeröhre 24 erzeugt wird. Ist die Gaslaservorrichtung 1 zum Beispiel ein CO₂-Laseroszillator, dann kann eine Gasmischung als das Lasergas verwendet werden, wie „He + N₂ + CO₂”, „He + N₂ + CO₂ + CO”, „He + N₂ + CO₂ + H₂”, „He + N₂ + CO₂ + CO + H₂” oder „He + N₂ + CO₂ + H₂ + Xe”.
Die Laserstromzufuhreinrichtung 20 empfängt Wechselstrom aus einer kommerziellen Stromzufuhr 4 und wandelt den eingegebenen Wechselstrom in eine Funkfrequenzspannung um, die zwischen den Entladeelektroden angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen des in der Entladeröhre 24 enthaltenen Lasergases zu erzeugen. Üblicherweise umfasst die Laserstromzufuhreinrichtung 20 eine Gleichstromzufuhreinheit 21 zum Umwandeln des eingegebenen Wechselstroms in Gleichstrom zur Abgabe und eine RF-Stromzufuhreinheit 22 zum Umwandeln des Gleichstroms, der von der Gleichstromzufuhreinheit 21 ausgegeben ist, in die Funkfrequenzspannung, die angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen des Lasergases zu erzeugen, das in der Entladeröhre 24 enthalten ist. Eine Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 ist vorgesehen, um den Abgabestromwert und den Abgabespannungswert der Gleichstromzufuhreinheit 21 zu erfassen. Der Abgabestromwert und der Abgabespannungswert der Gleichstromzufuhreinheit 21, die durch die Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 erfasst sind, werden einer Laserstromzufuhrabgabebefehlseinheit 41 zugeführt, die in der Steuervorrichtung 3 vorgesehen ist, und die Laserstromzufuhrabgabebefehlseinheit 41 steuert die Erzeugung des Laserlichts durch Steuern, auf der Grundlage der zugeführten Werte, der Funkfrequenzspannung, die die RF-Stromzufuhreinheit 22 abgibt.
Die Ansteuereinrichtung 23 empfängt Wechselstrom von der konventionellen Stromzufuhr 4 und wandelt den eingegebenen Wechselstrom in Wechselstrom zum Ansteuern des Gebläses 25 um. Der Motor der Gebläses 25 wird zum Beispiel unter Verwendung einer Invertersteuerung angesteuert. In dem Fall der Invertersteuerung umfasst die Ansteuereinrichtung 23 einen Wandler (Gleichrichter) zum Umwandeln des Wechselstroms, der von der kommerziellen Stromversorgung 4 empfangen ist, in Gleichstrom und einen Inverter zum Umwandeln des Gleichstroms zurück in den Wechselstrom. Eine Stromerfassungseinheit 30 ist vorgesehen, um den Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23 zu erfassen, um das Gebläse 25 zu steuern, das durch den von der Ansteuereinrichtung 23 abgegebenen Wechselstrom angesteuert wird. Der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23, der durch die Stromerfassungseinheit 30 erfasst wird, wird einer Ansteuereinrichtungsabgabebefehlseinheit 42 zugeführt, die in der Steuervorrichtung 3 vorgesehen ist, und die Ansteuereinrichtungsabgabebefehlseinheit 42 steuert das Ansteuern des Gebläses 25 durch Steuern der Wechselstromabgabe der Ansteuereinrichtung 23 auf der Grundlage des zugeführten Werts.
Wie vorstehend beschrieben, in der Steuervorrichtung 3, die den Gesamtbetrieb der Gaslaservorrichtungsgruppe 2 steuert, steuert die Laserstromzufuhrabgabebefehlseinheit 41 die Funkfrequenzspannung, die die RF-Stromzufuhreinheit 22 abgibt, um das Lasergas durch eine elektrische Entladung zu erregen, und steuert die Ansteuereinrichtungsabgabebefehlseinheit 42 die Wechselstromabgabe der Ansteuereinrichtung 23, um das Gebläse anzusteuern, um wiederum das Lasergas umzuwälzen und zu kühlen, und führt die Steuervorrichtung 3 somit eine Steuerung durch, so dass das gewünschte Laserlicht durch die Entladeröhre 24 erzeugt werden kann. Damit diese Steuervorgänge erreicht werden, sind die Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 und die Stromerfassungseinheit 30 in der Gaslaservorrichtungsgruppe 2 vorgesehen. In der Gaslaservorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung 1 berechnet, wie nachstehend beschrieben werden wird, unter Verwendung des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts, die durch die Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 erfasst sind, um die Erzeugung des Laserlichts zu steuern, und des Abgabestromwerts, der durch die Stromerfassungseinheit 30 erfasst ist, um das Ansteuern des Gebläses 25 zu steuern.
Die Gaslaservorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, in der Steuervorrichtung 3, eine Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 als eine erste Schätzeinheit, die einen Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung berechnet, eine Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 als eine zweite Schätzeinheit, die einen Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung berechnet, und eine Stromverbrauchsberechnungseinheit 13 als eine Stromberechnungseinheit, die den Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung 1 unter Verwendung der Ergebnisse der Berechnungen berechnet, die durch die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 und die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 angestellt wurden. Auf diese Art und Weise umfasst das Ausführungsbeispiel der Erfindung zwei Schätzeinheiten, d. h. die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 und die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12. Die Gaslaservorrichtung 1 umfasst ebenso in der Steuervorrichtung 3 eine Stromverbrauchsspeichereinheit 18 für Auslasspumpe, Lüfter und Steuerschaltung, in der die Betriebsstromverbrauchswerte, die jeweils vorab bei der Auslasspumpte 28, dem Lüfter 31 und der Steuerschaltung 32 gemessen wurden, als feste Werte gespeichert werden. Die Einzelheiten werden nachstehend beschrieben werden.
Die Steuervorrichtung 3 in der Gaslaservorrichtung 1 kann weiterhin umfassen: eine Kumulativstromverbrauchsberechnungseinheit 14, die den Stromverbrauch aufaddiert, der durch die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 berechnet ist, und eine Datenspeichereinheit 15, die die Ergebnisse der Berechnungen speichert, die durch die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 und die Kumulativstromverbrauchsberechnungseinheit 14 angestellt wurden. Die Daten, die aus der Stromverbrauchsberechnungseinheit 13 und der Datenspeichereinheit 15 gewonnen sind, können auf einer Stromverbrauchsanzeigeeinheit 16 visuell angezeigt werden; in ähnlicher Weise können die Daten, die aus der Kumulativstromverbrauchsberechnungseinheit 14 und der Datenspeichereinheit 15 gewonnen sind, visuell auf einer Kumulativstromverbrauchsanzeigeeinheit 17 angezeigt werden.
Die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12, die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 und die Kumulativstromverbrauchsberechnungseinheit 14, die vorstehend beschrieben sind, können auf dem gleichen Betriebsprozessor implementiert werden, auf dem die Laserstromzufuhrbefehlseinheit 41 und die Ansteuereinrichtungsbefehlseinheit 42 ebenso implementiert sind, oder können auf einem separaten Betriebsprozessor implementiert werden.
Die Datenspeichereinheit 15 und die Stromverbrauchspeichereinheit 18 für die Auslasspumpe, das Gebläse und die Steuerschaltung können beide durch Allokieren eines Speicherbereichs aus einer Speichereinrichtung implementiert werden, die zum Beispiel innerhalb der Steuervorrichtung 3 bereitgestellt ist. Des Weiteren können die Stromverbrauchanzeigeeinheit 16 und die Kumulativstromverbrauchsanzeigeeinheit 17 als die gleiche Anzeigeeinheit oder als separate Anzeigeeinheiten implementiert werden. Alternativ können Vorkehrungen getroffen werden, so dass die Daten auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden können, die extern mit der Steuervorrichtung 3 oder der Gaslaservorrichtung 1 verbunden ist.
Als nächstes werden die Vorgänge der Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, der Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 und der Stromverbrauchsberechnungseinheit 13 jeweils ausführlich beschrieben werden.
Die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 berechnet einen Schätzwert des Eingabestroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 unter Verwendung des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts der Gleichstromzufuhreinheit 21 und ebenso unter Verwendung des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads, d. h. der Eingangsstrom-zu-Abgabestromumwandlungswirkungsgrad der Gleichstromzufuhreinheit 21. Der Abgabestromwert und der Abgabespannungswert der Gleichstromzufuhreinheit 21, die zuvor durch die Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 erfasst wurden und die für die Laserlichterzeugungssteuerung verwendet wurden, werden ebenso hier verwendet.
Der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, d. h. der Eingangsstrom-zu-Abgabestromumwandlungswirkungsgrad der Gleichstromzufuhreinheit 21 ist ein Maß, wie viel Abgabestrom die Gleichstromzufuhreinheit 21 durch Umwandeln des Eingangsstroms erzeugt, und wird als das Verhältnis des Abgabestroms zu dem Eingangsstrom ausgedrückt. Da der Eingangsstrom in die Gleichstromzufuhreinheit 21 identisch mit dem Eingangsstrom in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 ist, falls der Abgabestromwert der Gleichstromzufuhreinheit 21 bekannt ist, kann der Wert des Eingangsstroms in die Gleichstromzufuhreinheit 21, d. h. der Wert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 unter Verwendung des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads geschätzt werden. Die Laserstromzufuhreinrichtung 20 wandelt den Eingangsstrom in den Strom um, der verwendet wird, um eine elektrische Entladung in der Entladeröhre 24 zur Anregung zu erzeugen; da die Laserstromzufuhreinrichtung 20 ebenso die Verluste aufgrund von Schalteinrichtungen und der Stromumwandlung des Lüfters enthält, folgt daraus, dass falls der Eingangsstrom in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 geschätzt werden kann, der durch die Entladeröhre 24 verbrauchte Strom und der durch die Laserstromzufuhreinrichtung 20 selbst verbrauchte Strom ebenso berechnet werden können.
Im Allgemeinen weist der Eingangsstrom-zu-Abgabestromumwandlungswirkungsgrad der Gleichstromzufuhreinheit 21, die in der Laserstromzufuhreinrichtung 20 umfasst ist, die Eigenschaft, dass der Wirkungsgrad niedrig ist, wenn der Abgabestrom klein ist, und in dem Maße anwächst, in dem sich der Abgabestrom erhöht, und die Eigenschaft auf, dass sich der Wirkungsgrad in großem Maße abhängig davon ändert, ob das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird oder nicht. In Anbetracht dessen wird in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, der zum Berechnen des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 verwendet wird, abhängig davon unterschiedlich gesetzt, ob das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird oder nicht. Im Einzelnen wird, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad auf einen Wert gesetzt, der gemäß einer logarithmischen Funktion berechnet wird, deren Variable der Abgabestromwert ist, der durch Multiplizieren des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts der Gleichstromzufuhreinheit 21 zusammen berechnet wird, und wird das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt, dann wird er auf einen gegebenen konstanten Wert gesetzt. Ob das Lasergas innerhalb der Entladeröhr entladeerregt wird oder nicht, wird durch das Abgabebefehlssignal aus der Laserstromzufuhrabgabebefehlseinheit 41 gesteuert, die in der Steuervorrichtung 3 vorgesehen ist, und daher bestimmt die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, welcher Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad für die Berechnung zu verwenden ist durch Bezugnahme auf das Abgabebefehlssignal, das von der Laserstromzufuhrabgabebefehlseinheit 41 abgegeben ist.
2 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit, die in der Laserstromzufuhreinrichtung umfasst ist, und dem Umwandlungswirkungsgrad der Gleichstromzufuhreinheit, wie sie durch ein Experiment gewonnen wurde. Die Anmelderin verifizierte durch ein Experiment, dass falls das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, der Gleichstromumwandlungswirkungsgrad (das Verhältnis des Abgabestroms zu dem Eingangsstrom) der Gleichstromzufuhreinheit 21, die in der Laserstromzufuhreinrichtung 20 umfasst ist, durch die logarithmische Funktion angenähert werden kann, deren Variable der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 ist, während demgegenüber, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, er durch einen gegebenen konstanten Wert angenähert werden kann. Im Einzelnen ist der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 näherungsweise gleich dem Eingangsstrom in die RF-Stromzufuhreinheit 22, ist aber, wie in 2 gezeigt, der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 nicht kleiner als der Pegel, mit dem RF-Stromzufuhreinheit 22 die/den Funkfrequenzspannung/-strom zur Entladungserregung des Lasergases in der Entladeröhre abgeben kann, dann folgt der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad (das Verhältnis des Abgabestroms zu dem Eingangsstrom) im Wesentlichen der logarithmischen Funktion, deren Variable der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 ist. Ist demgegenüber der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 kleiner als der Pegel, mit dem die RF-Stromzufuhreinheit 22 die/den Funkfrequenzspannung/-strom zur Entladungserregung des Lasergases in der Entladeröhre abgeben kann, dann ist der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad (das Verhältnis des Abgabestroms zu dem Eingangsstrom) im Wesentlichen gleich einem konstanten Wert.
Zusammenfassend wird der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, durch die logarithmische Funktion definiert, die durch die nachstehende Gleichung 1 ausgedrückt ist. Hierbei stellt η_PSUON den Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad dar, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, stellt W_DC den Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 dar, und stellen C_PSU1 und C_PSU2 Koeffizienten dar. η_PSUON = C_PSU1 × In(W_DC) + C_PSU2 (1)
In Gleichung 1 können die Konstanten C_PSU1 und C_PSU2 abhängig davon variieren, wie die Gleichstromzufuhreinheit 21 aufgebaut ist; deshalb werden der Eingangsstrom und der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 im Voraus durch ein Ist-Betreiben der Gaslaservorrichtung 1 gemessen, und werden die Konstanten C_PSU1 und C_PSU2 unter Verwendung der Messergebnisse hergeleitet.
Der Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, ist durch die nachstehende Gleichung 2 angegeben. Hierbei stellt W_BEAMON den Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 dar, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, und stellt W_STANDBY den Bereitschaftsstrom der Laserstromzufuhreinrichtung 20 dar. W_BEAMON = W_DC/η_PSUON + W_STANDBY (2)
Der Bereitschaftsstrom W_STANDBY der Laserstromzufuhreinrichtung 20 stellt den latenten Stromverbrauch der Laserstromzufuhreinrichtung 20 dar, wie der Stromverbrauch der Schalteinrichtungen, der auftritt, wenn die Gleichstromzufuhreinheit 21 nicht betrieben wird. Der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, wie durch die Gleichung 1 angegeben, die wiederum durch die hergeleiteten Konstanten C_PSU1 und C_PSU2 definiert ist, und die Gleichung 2 zum Schätzen des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 unter Verwendung des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads werden vorab in den Betriebsprozessor als ein Programm zum Betreiben der Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 programmiert.
Demgegenüber wird der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, durch einen gegebenen konstanten Wert definiert. Es sei η_PSUOFF der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, W_DC der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21, W_BEAMOFF der Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, und W_STANDBY der Bereitschaftsstrom der Laserstromzufuhreinrichtung 20; dann wird der Schätzwert W_BEAMOFF des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, durch die nachstehende Gleichung 3 angegeben. W_BEAMOFF = WDC/η_PSUON + W_STANDBY (3)
In Gleichung 3 variiert der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad η_PSUOFF, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, abhängig davon, wie die Gleichstromzufuhreinheit 21 aufgebaut ist; deshalb werden der Eingangsstrom und der Abgabestrom der Gleichstromzufuhreinheit 21 vorab durch Ist-Betreiben der Gaslaservorrichtung 1 gemessen, und wird der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad η_PSUOFF, unter Verwendung der Messergebnisse hergeleitet. Der somit hergeleitete Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, η_PSUOFF, und Gleichung 3 zum Schätzen des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 unter Verwendung des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads werden vorab in den Betriebsprozessor als ein Programm zum Betreiben der Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 programmiert.
Die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 berechnet einen Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23. Der Abgabestrom aus der Ansteuereinrichtung 23 ist identisch mit dem Eingangsstrom in das Gebläse 25. Während die Ansteuereinrichtung 23 eine solche ist, die ihren Eingangsstrom in den Strom umwandelt, der zum Ansteuern des Gebläses verwendet wird, umfasst die Ansteuereinrichtung 23 selbst ebenso die Verluste aufgrund von Schaltvorrichtungen und des Stromverbrauchs des Lüfters. Daraus folgt, dass falls der Eingangsstrom in die Ansteuereinrichtung 23 geschätzt werden kann, der durch das Gebläse 25 verbrauchte Strom und der durch die Ansteuereinrichtung 23 selbst verbrauchte Strom ebenso berechnet werden können. In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich die Gleichung, die die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 zum Berechnen des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 verwendet, zwischen dem Fall, in dem das Gebläse 25 sich in einem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitsbetriebsmodus befindet, und dem Fall, in dem sich das Gebläse 25 in einem Abbremsungsbetriebsmodus befindet.
Zuerst, wenn sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitsbetriebsmodus befindet, berechnet die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 durch Dividieren des Werts des Eingangsstroms in das Gebläse 25 durch den Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad, wobei der Wert des Eingangsstroms in das Gebläse 25 gemäß einer quadratischen Funktion berechnet wird, deren Variable der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23 ist. Der Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad, der den Eingangsstrom-zu-Abgabestromumwandlungswirkungsgrad der Ansteuereinrichtung 23 darstellt, ist ein Maß, wie viel Abgabestrom die Ansteuereinrichtung 23 durch Umwandeln des eingegebenen Stroms erzeugt, und wird als das Verhältnis des Abgabestroms zu dem Eingangsstrom ausgedrückt. Es wird ebenso der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23 hier verwendet, der zuvor durch die Stromerfassungseinheit 30 erfasst wurde, um das Ansteuern des Gebläses 25 zu steuern.
Befindet sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus, dann wird der Eingangsstrom in das Gebläse 25 unter Verwendung einer quadratischen Funktion gewonnen, die durch die nachstehende Gleichung 4 ausgedrückt ist, deren Variable der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23 ist, der mit dem Eingangsstromwert des Gebläses 25 identisch ist. Durch ein derartiges Hernehmen des Abgabestromwerts der Ansteuereinrichtung 23 als die Variable kann der Schätzwert des Eingangsstroms aus der Ansteuereinrichtung 23 mit guter Genauigkeit ohne Rücksichtnahme auf Variationen in der Entladelast berechnet werden. In Gleichung 4 stellt W_BRO den Eingangsstromwert des Gebläses 25 dar (d. h. den Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23), stellt I_BRO den Eingangsstromwert des Gebläses 25 dar (d. h., der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung 23) und stellen C_INV1, C_INV2 und C_INV3 Koeffizienten dar. W_BRO = C_INV1/I_INV ² + C_INV2 × I_INV + C_INV3 (4)
In Gleichung 4 variieren die Konstanten C_INV1, C_INV2 und C_INV3 abhängig davon, wie die Ansteuereinrichtung 23 aufgebaut ist; deshalb werden der Eingangsstrom und der Abgabestrom der Ansteuereinrichtung 23 vorab durch ein Ist-Betreiben der Gaslaservorrichtung 1 gemessen, und werden die Konstanten C_INV1, C_INV2 und C_INV3 unter Verwendung der Messergebnisse hergeleitet.
Der Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23, wenn sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus befindet, wird durch die nachstehende Gleichung 5 angegeben. Hierbei stellt W_INV den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 dar, wenn sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus befindet, und stellt η_INV den Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad dar. W_INV = W_BRO/η_INV (5)
Der Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad, wenn sich das Gebläse in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus befindet, wie durch die Gleichung 5 angegeben, die durch die hergeleiteten Konstanten C_INV1, C_INV2 und C_INV3 definiert ist, und die Gleichung 5 zum Schätzen des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 unter Verwendung des Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrads werden vorab in den Betriebsprozessor als ein Programm zum Betreiben der Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 programmiert.
Befindet sich demgegenüber das Gebläse 25 in dem Abbremssteuermodus, da regenerativer Strom aus dem Motor des Gebläses 25 auftritt, ist es nicht möglich, die Gleichung 5 für die Berechnung des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 anzuwenden. Deshalb berechnet in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn sich das Gebläse 25 in dem Abbremsmodus befindet, die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 gemäß einer kubischen Funktion, die durch die nachstehende Gleichung 6 ausgedrückt wird, deren Variable die Zeit ist, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 verstrichen ist. Hierbei stellt W_INV den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 dar, wenn sich das Gebläse 25 in dem Abbremssteuermodus befindet, stellt t die Zeit dar, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 verstrichen ist, und stellt W_ini den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 unmittelbar vor der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 dar. Das heißt W_ini stellt den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 dar, der gemäß der Gleichung 5 unmittelbar vor der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 berechnet wurde. Demgegenüber stellen C_INV4, C_INV5 und C_INV6 Koeffizienten dar. W_IVV = (C_INV4 × t³ + C_INV5 × t² + C_INV6 × t + 1) × Wini (6)
In Gleichung 6 variieren die Konstanten C_INV4, C_INV5 und C_INV6 abhängig davon, wie die Ansteuereinrichtung 23 aufgebaut ist; deshalb werden der Eingangsstrom und der Abgabestrom der Ansteuereinrichtung 23 vorab durch ein Ist-Betreiben der Gaslaservorrichtung 1 gemessen, und es werden die Konstanten C_INV4, C_INV5 und C_INV6 unter Verwendung der Messergebnisse hergeleitet. Gleichung 6, die durch die so hergeleiteten Konstanten C_INV4, C_INV5 und C_INV6 definiert ist und zum Schätzen des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 während einer Abbremssteuerung des Gebläses verwendet wird, wird vorab in den Betriebsprozessor als ein Programm zum Betreiben der Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 programmiert.
Der Grund, dass die kubische Funktion, die durch die Gleichung 6 ausgedrückt ist, deren Variable die Zeit ist, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 verstrich, die zum Schätzen des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 während der Abbremssteuerung des Gebläses 25 verwendet wird, besteht darin, dass – als ein Ergebnis des Experiments, das durch die Anmelderin durchgeführt wurde, um den verbrauchten Strom während des Abbremsens des Motors des Gebläses 25 zu messen – verifiziert wurde, dass die Tendenz für den Stromverbrauch des Gebläses 25 zu einem Abnehmen mit der Erzeugung des regenerativen Stroms durch die kubische Funktion angenähert werden kann, deren Variable die Zeit ist, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses 25 verstrich. Kann jedoch empirisch verifiziert werden, dass die Tendenz durch eine andere Funktion als die kubische Funktion angenähert werden kann, dann kann die andere Funktion für die Berechnung des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 verwendet werden.
Wie vorstehend in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, unterscheidet sich die Gleichung, die zum Berechnen des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 verwendet wird, zwischen dem Fall, in dem sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus befindet, und dem Fall, in dem sich das Gebläse 25 in dem Abbremssteuermodus befindet. Da der Eingangsstrom in das Gebläse 25 (d. h. der Abgabestrom der Ansteuereinrichtung 23) durch die Ansteuereinrichtungsabgabebefehlseinheit 42 gesteuert wird, die in der Steuervorrichtung 3 vorgesehen ist, kann die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 auf der Grundlage des Abgabebefehlssignals aus der Ansteuereinrichtungsabgabebefehlseinheit 42 bestimmen, ob sich das Gebläse in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus oder in dem Abbremssteuermodus befindet. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung bestimmt die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12, welche der Gleichungen für eine Berechnung des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 zu verwenden ist.
Die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 berechnet den Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung 1 unter Verwendung der Summe des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20, der durch die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 berechnet wurde, und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23, der durch die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 berechnet wurde. Wie zuvor angemerkt, ist der Eingangsstrom in die Laserstromzufuhreinrichtung 20 identisch mit dem durch die Entladeröhre 24 verbrauchten Strom und dem durch die Laserstromzufuhreinrichtung 20 verbrauchten Strom, und der Eingangsstrom in die Ansteuereinrichtung 23 ist identisch mit dem durch das Gebläse 25 verbrauchten Strom und dem durch die Ansteuereinrichtung 23 selbst verbrauchten Strom; deshalb kann durch Aufaddieren der Schätzwerte dieser Eingangsströme der Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung 1 berechnet werden. Da sich die Gleichungen, die zu einem Berechnen der Schätzwerte dieser Eingangsströme verwendet werden, abhängig davon unterscheiden, ob das Lasergas entladeerregt wird oder nicht, oder davon, ob sich das Gebläse 25 in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitssteuermodus oder in dem Abbremssteuermodus befindet, wie vorstehend beschrieben, können Schätzwerte nahe den Ist-Eingangsstromwerten mit guter Genauigkeit berechnet werden, und deshalb kann der Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung 1 als die Summe der Schätzwerte dieser Eingangsströme ebenso genau berechnet werden.
Der in der Gaslaservorrichtung 1 verbrauchte Strom umfasst zusätzlich zu jenen vorstehend beschriebenen den Strom, der durch die Auslasspumpe 28, den Lüfter 31, die Steuerschaltung 32 usw. verbraucht wurde. Damit die Berechnungsgenauigkeit des Stromverbrauchswerts der Gaslaservorrichtung 1 gesteigert wird, können die Stromverbrauchwerte der Lasergasauslasspumpe 28, des Lüfters 31 und der Steuerschaltung 32, die in der Gaslaservorrichtungsgruppe 2 vorgesehen sind, ebenso zu der Summe des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung 20, die durch die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11 berechnet wurde, und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung 23 addiert werden, der durch die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 berechnet ist. Da der Stromverbrauch der Auslasspumpe 28, des Lüfters 31 und der Steuerschaltung 32 im Wesentlichen konstant ohne Rücksichtnahme auf den Betriebszustand der Gaslaservorrichtung 1 sind, können die Stromverbrauchwerte jeweils der Lasergasauslasspumpe 28, des Lüfters 31 und der Steuerschaltung 32 vorab gemessen werden und als feste Werte in der Stromverbrauchsspeichereinheit 18 für die Auslasspumpe, den Lüfter und die Steuerschaltung gespeichert werden. Bei der Berechnung des Stromverbrauchs kann die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 die gespeicherten Daten aus der Stromverbrauchsspeichereinheit 18 für die Auslasspumpe, den Lüfter und die Steuerschaltung holen und sie für die Berechnung verwenden. Des Weiteren können nicht lediglich der Stromverbrauch der Lasergasauslasspumpe 28, des Lüfters 31 und der Steuerschaltung 32, die vorstehend beschrieben sind, sondern der Stromverbrauch irgendeiner anderen Einrichtung oder Schaltung, die in der Gaslaservorrichtung 1 vorgesehen ist, ebenso addiert werden, um die Berechnungsgenauigkeit des Gesamtstromverbrauchs der Gaslaservorrichtung 1 noch weiter zu steigern.
Wie vorstehend beschrieben, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, da der Abgabestromwert und der Abgabespannungswert, die durch die Spannungs- und Stromerfassungseinheit 29 erfasst sind, die bereits zur Verwendung bei der Steuerung der Laserlichterzeugung vorgesehen ist, und der Abgabestromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 30 erfasst ist, die bereits zur Verwendung bei dem Steuern des Ansteuerns des Gebläses 25 vorgesehen ist, ebenso bei der Berechnung des Stromverbrauchs der Gaslaservorrichtung 1 verwendet werden, besteht kein Bedarf an einer Bereitstellung irgendeiner zusätzlichen Messeinrichtung, wie eines Strommessers. Dies trägt zu einer Verringerung der Größe und der Kosten der Gaslaservorrichtung bei. Im Einzelnen werden gemäß der Erfindung die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 und die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 als betriebliche Verarbeitungseinrichtung zum Durchführen von Berechnungen unter Verwendung der erfassten Abgabestrom- und Ausgangsspannungswerte vorgesehen, was den Bedarf an einem Strommesser beseitigt.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, die Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 und die Stromverbrauchberechnungseinheit 13 innerhalb der Steuervorrichtung 3 vorgesehen, die den Gesamtbetrieb der Gaslaservorrichtungsgruppe 2 steuert, diese Einheiten können aber innerhalb einer unabhängigen Betriebsverarbeitungsvorrichtung vorgesehen werden, die von der Gaslaservorrichtung 1 getrennt ist. Zum Beispiel kann ein Programm zum Implementieren der Funktionen der Laserstromzufuhreingabestromberechnungseinheit 11, der Ansteuereinrichtungseingabestromberechnungseinheit 12 und der Stromverbrauchsberechnungseinheit 13 jeweils auf einem externen Computer installiert sein, und es können die Daten der Abgabestrom- und Abgabespannungswerte, die durch die Stromerfassungseinheiten 29 und 30 erfasst werden, in den externen Computer geladen werden, um den Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung 1 zu berechnen.
Die vorliegende Erfindung kann bei irgendeiner Gaslaservorrichtung angewendet werden, die umfasst: eine Laserstromzufuhreinrichtung mit einer Gleichstromzufuhreinheit zum Umwandeln von eingegebenem Wechselstrom in Gleichstrom und eine RF-Stromzufuhreinheit zum Umwandeln des Gleichstroms, der aus der Gleichstromzufuhreinheit abgegeben ist, in eine Funkfrequenzspannung, die angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen eines Lasergases zu erzeugen, das in einer Entladeröhre enthalten ist; und eine Ansteuereinrichtung, die Eingangswechselstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Gebläses umwandelt, um das Lasergas in die Entladeröhre zuzuführen.
Gemäß der Erfindung ist es in einer Gaslaservorrichtung möglich, ihren Stromverbrauch im Betrieb genau und leicht zu messen, und sie umfasst eine Laserstromzufuhreinrichtung mit einer Gleichstromzufuhreinheit zum Umwandeln von Eingangswechselstrom in Gleichstrom und eine RF-Stromzufuhreinheit zum Umwandeln des Gleichstroms, der aus der Gleichstromzufuhreinheit abgegeben ist, in eine Funkfrequenzspannung, die angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen eines Lasergases zu erzeugen, das in einer Entladeröhre enthalten ist, und eine Ansteuereinrichtung, die Eingangswechselstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Gebläses zum Zuführen des Lasergases in die Entladeröhre umwandelt. Im Allgemeinen sind die Gleichstromzufuhreinheit und die Laserstromzufuhreinrichtung, die in der Gaslaservorrichtung umfasst sind, bereits mit einer Abgabestromerfassungsschaltung und einer Abgabespannungserfassungsschaltung zur Lasersteuerung versehen; gemäß der Erfindung, da der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung unter Verwendung der Abgabestrom- und Abgabespannungswerte berechnet wird, die durch diese existierende Abgabestromerfassungsschaltung und Abgabespannungserfassungsschaltung erfasst sind, besteht kein Bedarf an einer Bereitstellung irgendeiner zusätzlichen Messeinrichtung, wie einem Strommesser zum Messen des Stromverbrauchs, und somit lassen sich Verringerungen in der Größe und den Kosten der Gaslaservorrichtung erreichen. Das heißt, gemäß der Erfindung, anstelle der Bereitstellung eines Strommessers, müssen lediglich Betriebsverarbeitungseinrichtungen zum Durchführen von Berechnungen unter Verwendung der erfassten Abgabestrom- und Abgabespannungswerte vorgesehen werden, und da derartige Betriebsverarbeitungseinrichtungen zum Beispiel innerhalb der Steuervorrichtung vorgesehen werden können, die den Gesamtbetrieb der Gaslaservorrichtung steuert, können nicht lediglich die Kosten, sondern ebenso die Gesamtgröße der Vorrichtung verringert werden.
Des Weiteren wird gemäß der Erfindung, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad auf einen Wert gesetzt, der gemäß einer logarithmischen Funktion berechnet ist, deren Variable der Abgabestromwert ist, der durch Zusammenmultiplizieren des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts der Gleichstromzufuhreinheit berechnet ist, und falls das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird, wird er auf einen gegebenen konstanten Wert gesetzt. Da der Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung dann unter Verwendung eines Werts berechnet wird, der durch Dividieren des Abgabestromwerts der Gleichstromzufuhreinheit durch den Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad gewonnen wird, der somit gemäß dessen gesetzt ist, ob das Lasergas entladeerregt wird oder nicht, kann der Stromverbrauch genau gemäß dem Betriebszustand der Gaslaservorrichtung berechnet werden. Wie vorstehend beschrieben, variiert die Entladelastimpedanz der Entladeröhre in großem Maße abhängig von dem Betrag der Abgabe der Gaslaservorrichtung, aber in der Erfindung, da der Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad, der für die Berechnung verwendet wird, sich abhängig davon unterscheidet, ob das Lasergas in der Entladeröhre entladeerregt wird oder nicht, kann der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung mit guter Genauigkeit berechnet werden.
Des Weiteren wird gemäß der Erfindung, wenn sich das Gebläse in dem Beschleunigungs- oder Konstant-Geschwindigkeitsbetriebsmodus befindet, der Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung durch Dividieren des Werts des Eingangsstroms in das Gebläse durch den Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad berechnet, d. h. der Eingangsstrom-zu-Abgabestromumwandlungswirkungsgrad der Ansteuereinrichtung, wobei der Wert des Eingangsstroms in das Gebläse gemäß einer quadratischen Funktion berechnet wird, deren Variable der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung ist; demgemäß kann der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung mit guter Genauigkeit ohne Rücksichtnahme auf Variationen in der Entladelast berechnet werden.
Des Weiteren wird gemäß der Erfindung, wenn sich das Gebläse in dem Abbremsmodus befindet, der Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung gemäß einer kubischen Funktion berechnet, deren Variable die Zeit ist, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses verstrichen ist; demgemäß kann der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung mit guter Genauigkeit berechnet werden, ohne dass sie durch den regenerativen Strom nachteilig beeinflusst würde, der während des Abbremsens des Gebläses auftritt.
Des Weiteren besteht gemäß der Erfindung, da des Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung durch Addieren des vorab gemessenen Stromverbrauchswerts der Lasergasauslasspumpe, die in der Gaslaservorrichtung vorgesehen ist, zu der Summe des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung berechnet wird, kein Bedarf an einer Bereitstellung einer zusätzlichen Schaltung zum Erfassen des Stroms und der Spannung zum Ansteuern der Auslasspumpe, und im Ergebnis kann der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung mit höherer Genauigkeit berechnet werden, während Verringerungen in der Größe und den Kosten der Gaslaservorrichtung erreicht werden.
Zum Beispiel musste gemäß den Techniken, die in den zuvor beschriebenen japanischen ungeprüften Patentoffenlegungen Nr. 2011-028372 und 2010-074918 offenbart sind, ein Strommesser separat durch Installieren eines Stromwandlers (CT) oder dergleichen bei einem Kabel vorgesehen werden, durch das Strom der Gaslaservorrichtung zugeführt wird. Da im Gegensatz dazu gemäß der Erfindung der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung unter Verwendung der Abgabestrom- und Abgabespannungswerte berechnet wird, die durch die Abgabestromerfassungsschaltung und die Abgabespannungserfassungsschaltung erfasst sind, die bereits in der Gaslaservorrichtung vorgesehen sind, besteht kein Bedarf an einer Bereitstellung einer zusätzlichen Messeinrichtung, wie eines Strommessers, und somit lassen sich Verringerungen in der Größe und den Kosten der Gaslaservorrichtung erreichen.
Ist demgegenüber die Technik, wie in der zuvor beschriebenen japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2010-115063 offenbart ist, einzusetzen, um den Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung zu berechnen, kann es möglich sein, den Stromverbrauch des Gebläsemotors durch geeignetes Kombinieren der Motorstromerfassungseinheit und der Motordrehgeschwindigkeitseinheit zu berechnen, wenn jedoch das Messen des Stromverbrauchs der Gaslaservorrichtung ins Spiel kommt, war es schwierig, ihn genau zu messen, da die Entladelastimpedanz der Entladeröhre in großem Maße abhängig von dem Betrag der Abgabe der Gaslaservorrichtung variiert. Da im Gegensatz dazu gemäß der Erfindung sich die Gleichung, die zum Berechnen des Stromverbrauchs verwendet wird, die mit der Laserlichterzeugung assoziiert ist, abhängig davon unterscheidet, ob das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird oder nicht, und da die Gleichung, die zum Berechnen des Stromverbrauchs verwendet wird, die mit dem Ansteuern des Gebläses assoziiert ist, abhängig von dem Steuerzustand des Gebläses unterschieden wird, kann der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung mit guter Genauigkeit berechnet werden.
Die Technik, die in der zuvor beschriebenen japanischen ungeprüften Patentoffenlegung Nr. 2011-048548 offenbart ist, erforderte demgegenüber detaillierte Daten bezüglich der Eigenschaften des Abgabestroms versus des Umwandlungswirkungsgrads, um den Stromverbrauch genau zu berechnen, und erforderte deshalb enorme Speicherkapazität zum Speichern der Daten. Da im Gegensatz dazu gemäß der Erfindung sich die Näherungsgleichung, die zum Berechnen des Stromverbrauchs verwendet wird, die mit der Laserlichterzeugung assoziiert ist, abhängig davon unterscheidet, ob das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird oder nicht, und da sich die Näherungsgleichung, die zum Berechnen des Stromverbrauchs verwendet wird, die mit dem Ansteuern des Gebläses assoziiert ist, abhängig von dem Steuerzustand des Gebläses unterscheidet, d. h. da der Stromverbrauch der Gaslaservorrichtung unter Verwendung von Näherungsgleichungen berechnet wird, die sich gemäß dem Betriebszustand der Gaslaservorrichtung unterscheiden, ist keine enorme Speicherkapazität erforderlich, und kann ebenso die für Berechnungen erforderliche Zeit verringert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-028372 [0003, 0007, 0062]
JP 2010-074918 [0004, 0007, 0062]
JP 2010-115063 [0005, 0008, 0008, 0063]
JP 2011-048548 [0009, 0064]

Claims

Gaslaservorrichtung (1), umfassend: eine Laserstromzufuhreinrichtung (20) mit einer Gleichstromzufuhreinheit (21) zum Umwandeln von Eingangswechselstrom in Gleichstrom und einer RF-Stromzufuhreinheit (22) zum Umwandeln des Gleichstroms, der aus der Gleichstromzufuhreinheit (21) abgegeben ist, in eine Funkfrequenzspannung, die angelegt wird, um eine elektrische Entladung zum Erregen eines Lasergases zu erzeugen, das in einer Entladeröhre (24) enthalten ist; und eine Ansteuereinrichtung (23), die Eingangswechselstrom in Wechselstrom zum Ansteuern eines Gebläses (25) umwandelt, um das Lasergas in die Entladeröhre (24) zuzuführen, wobei die Gaslaservorrichtung (1) umfasst: eine erste Schätzeinheit (11), die einen Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung (20) unter Verwendung eines Abgabestromwerts und eines Abgabespannungswerts, die aus der Gleichstromzufuhreinheit (21) erfasst sind, und ebenso unter Verwendung eines Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads berechnet, der den Wirkungsgrad der Umwandlung aus Eingangsstrom in Abgabestrom durch die Gleichstromzufuhreinheit (21) darstellt; eine zweite Schätzeinheit (12), die einen Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung (23) unter Verwendung eines Abgabestromwerts berechnet, der aus der Ansteuereinrichtung (23) erfasst ist; und eine Stromberechnungseinheit (13), die einen Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung (1) auf der Grundlage des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung (20) und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung (23) berechnet.
Gaslaservorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schätzeinheit (11) den Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung (20) durch Setzen des Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrads auf einen Wert, der gemäß einer logarithmischen Funktion berechnet wird, deren Variable ein Abgabestromwert ist, der durch Multiplizieren des Abgabestromwerts und des Abgabespannungswerts der Gleichstromzufuhreinheit (21) zusammen berechnet wird, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre entladeerregt wird, und auf einen gegebenen konstanten Wert, wenn das Lasergas innerhalb der Entladeröhre nicht entladeerregt wird.
Gaslaservorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Schätzeinheit (11) den Schätzwert des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung (20) auf der Grundlage eines Werts, der durch Dividieren des Abgabestromwerts der Gleichstromzufuhreinheit (21) durch den Gleichstromzufuhrumwandlungswirkungsgrad gewonnen wird, und eines Bereitschaftsstromwerts der Laserstromzufuhreinrichtung (20) berechnet.
Gaslaservorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei, falls sich das Gebläse (25) in einem Beschleunigungsbetriebs- oder Konstantgeschwindigkeitsbetriebsmodus befindet, die zweite Schätzeinheit (12) den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung (23) durch Dividieren des Werts des Eingangsstroms in das Gebläse (25) durch einen Ansteuereinrichtungsumwandlungswirkungsgrad berechnet, der den Wirkungsgrad der Umwandlung von Eingangsstrom in Abgabestrom durch die Ansteuereinrichtung (23) darstellt, wobei der Wert des Eingangsstroms in das Gebläse (25) gemäß einer quadratischen Funktion berechnet wird, deren Variable der Abgabestromwert der Ansteuereinrichtung (23) ist.
Gaslaservorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 4, wobei, falls sich das Gebläse (25) in einem Abbremsbetriebsmodus befindet, die zweite Schätzeinheit (12) den Schätzwert des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung (23) gemäß einer kubischen Funktion berechnet, deren Variable die Zeit ist, die seit der Initiierung des Abbremsens des Gebläses (25) verstrichen ist.
Gaslaservorrichtung (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stromberechnungseinheit (13) den Stromverbrauchswert der Gaslaservorrichtung (1) auf der Grundlage eines vorab gemessenen Stromverbrauchswerts einer Lasergasauslasspumpe (28), die in der Gaslaservorrichtung (1) vorgesehen ist, und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Laserstromzufuhreinrichtung (20) und des Schätzwerts des Eingangsstroms in die Ansteuereinrichtung (23) berechnet.