DE102015001886A1

DE102015001886A1 - Gaslasergerät, das einen verbesserten Inbetriebnahmeprozess durchführt

Info

Publication number: DE102015001886A1
Application number: DE102015001886.8A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Nishio Akihiko
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104868349B; JP5855689B2; US20150236469A1; JP2015156444A; US9240665B2; CN104868349A

Abstract

Ein Gaslasergerät umfasst einen Aufnahmebehälter, um ein Gas darin einzuschließen, einen Laseroszillator, der einen Laserstrahl ausstrahlt, eine Druckerkennungseinheit, die einen Gasdruck im Innern des Aufnahmebehälters erkennt, eine Absaugeinheit, die ein Gas aus dem Aufnahmebehälter abführt, eine Zuführeinheit, die ein Lasergas in den Aufnahmebehälter zuführt, eine Druckspeichereinheit, die dazu ausgebildet ist, den durch die Druckerkennungseinheit erkannten Druck zu speichern und die gespeicherte Information selbst dann zu speichern, wenn eine Energieversorgung abgeschaltet ist, eine Vergleichseinheit, die den Druck im Innern des Aufnahmebehälters, wenn das Gaslasergerät plötzlich gestoppt hat, mit dem Druck im Innern des Aufnahmebehälters, wenn das Gaslasergerät nachfolgend wieder gestartet wird, vergleicht, und eine Bestimmungseinheit, die basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs bestimmt, ob ein Gas aus dem Aufnahmebehälter abgeführt werden sollte oder nicht, und ob das Lasergas in den Aufnahmebehälter zugeführt werden sollte oder nicht.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Gaslasergeräte.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Ausgangsleistung eines Gaslasergeräts nimmt entsprechend einer Abnahme der Reinheit des in einem Aufnahmebehälter eingeschlossenen Lasergases ab. Obwohl ein Aufnahmebehälter eines Gaslasergeräts so ausgebildet wird, dass er im Wesentlichen hermetisch abgedichtet ist, kann in einigen Fällen umgebendes atmosphärisches Gas in den Aufnahmebehälter eintreten. Deshalb wird ein Lasergas ausgetauscht, indem ein Gas aus dem Aufnahmebehälter nach außen abgegeben wird und der Aufnahmebehälter erneut mit einem Lasergas gefüllt wird, um die Reinheit eines Lasergases zu erhöhen.
Die offengelegte japanische Patentschrift Nr. 02-65187 offenbart ein Lasergas-Austauschverfahren, in dem ein Lasergas in einem Behälter periodisch ausgetauscht wird. Gemäß diesem Lasergas-Austauschverfahren wird das Lasergas aus dem Behälter abgesaugt, bis der Druck im Innern des Behälters einen vorbestimmten Druck erreicht, und der Absaugprozess wird beendet, nachdem der Absaugprozess für eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt wird.
Die eingetragene japanische Gebrauchsmusterschrift Nr. 2561510 offenbart ein Gaslasergerät, das eine Gasleckageerkennungsvorrichtung aufweist. Die Gasleckageerkennungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Gasleckage zu erkennen, während das Gaslasergerät gestoppt ist. Insbesondere speichert die in der eingetragenen japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 2561510 offenbarte Gasleckageerkennungsvorrichtung den Druck, bevor die Stromversorgung abgeschaltet wird und vergleicht den Druck eines Lasergases mit dem gespeicherten Druck des Lasergases, wenn die Stromversorgung wieder eingeschaltet ist. Die Gasleckageerkennungsvorrichtung erkennt dann ein Auftreten einer Gasleckage basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs.
Bei dem in der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. 02-65167 offenbarten Lasergas-Austauschverfahren wird jedoch das Lasergas in einem festgelegten Zyklus ausgetauscht, und das Lasergas wird somit selbst dann ausgetauscht, wenn es nicht notwendig ist, das Lasergas auszutauschen. Damit erhöht sich die Menge des verbrauchten Gases, und die laufenden Kosten des Gaslasergeräts erhöhen sich. Zusätzlich muss das Gaslasergerät in einen Bereitschaftszustand versetzt werden, bis der Austausch des Lasergases abgeschlossen ist, und somit tendiert die Inbetriebnahmezeit dazu, sich zu verlängern. Des Weiteren wird bei dem in der eingetragenen japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 2561510 offenbarten Gaslasergerät der Wirkungsgrad des Inbetriebnahmeprozesses nicht berücksichtigt.
Folglich besteht ein Bedarf für ein Gaslasergerät, bei dem ein Lasergas nach Bedarf ausgetauscht werden kann, wodurch ermöglicht wird, die Inbetriebnahmezeit und die Menge an verbrauchtem Gas zu reduzieren.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung wird ein Gaslasergerät bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Aufnahmebehälter, in dem ein Lasergas eingeschlossen ist, einen Laseroszillator, der dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl auszustrahlen, wobei ein Lasergas als Anregungsmedium dient, eine Druckerkennungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters zu erkennen, eine Absaugeinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Gas aus dem Aufnahmebehälter abzuführen, eine Zuführeinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Lasergas in den Aufnahmebehälter zuzuführen, eine Druckspeichereinheit, die dazu ausgebildet ist, den durch die Druckerkennungseinheit erkannten Druck zu speichern und gespeicherte Information selbst dann zu behalten, wenn eine Stromversorgung abgeschaltet ist, eine Vergleichseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Gasdruck im Innern des Aufnahmebehälters, der erhalten wird, wenn das Gaslasergerät plötzlich gestoppt wird und der durch die Druckspeichereinheit gespeichert wird, mit dem Gasdruck im Innern des Aufnahmebehälters, der durch die Druckerkennungseinheit erkannt und erhalten wird, wenn das Gaslasergerät erneut nach einem plötzlichen Stopp gestartet wird, zu vergleichen, und eine Bestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit zu bestimmen, ob ein Gas aus dem Aufnahmebehälter abgeführt werden soll oder nicht, und ob das Lasergas in den Aufnahmebehälter zugeführt werden soll oder nicht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist in dem Gaslasergerät gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs durch die Vergleichseinheit zu bestimmen, wie ein Absaugprozess zum Abführen eines Gases aus dem Aufnahmebehälter durchgeführt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist in dem Gaslasergerät gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, mindestens eines aus einem Solldruckwert eines Lasergases im Innern des Aufnahmebehälters im Absaugprozess, der Anzahl von durchzuführenden Absaugvorgängen und der Dauer eines Absaugvorgangs zu bestimmen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist in dem Gaslasergerät gemäß einem des ersten bis dritten Aspekts der Erfindung die Druckspeichereinheit dazu ausgebildet, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters periodisch zu speichern.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst das Gaslasergerät gemäß einem des ersten bis dritten Aspekts der Erfindung ferner eine sekundäre Energieversorgungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, elektrische Backup-Energie an die Druckerkennungseinheit zu liefern, wenn die an das Gaslasergerät gelieferte elektrische Hauptenergieversorgung abgeschaltet ist, wobei die Druckerkennungseinheit dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters unmittelbar nach Abschalten der elektrischen Hauptenergieversorgung zu erkennen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst das Gaslasergerät gemäß dem fünften Aspekt ferner einen Elektrizitätsabfalldetektor, der dazu ausgebildet ist, einen Abfall der elektrischen Hauptenergieversorgung zu erkennen, wobei der Elektrizitätsabfalldetektor dazu ausgebildet ist, basierend auf mindestens einem aus elektrischer Energie, einem elektrischen Strom und einer Spannung, die an das Gaslasergerät geliefert werden, zu erkennen, dass die elektrische Hauptenergie abgeschaltet wurde.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist in dem Gaslasergerät gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung die Druckspeichereinheit dazu ausgebildet, unmittelbar nachdem der Elektrizitätsabfalldetektors erkennt, dass die elektrische Hauptenergieversorgung abgeschaltet wurde, den Druck eines Gases, der dann durch die Druckerkennungseinheit im Innern des Aufnahmebehälters erkannt wird, zu speichern.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden angesichts der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Ausgestaltung eines Gaslasergeräts gemäß einer ersten Ausführungsform dar.
2 ist ein Funktionsblockschaltbild einer Steuerungsvorrichtung des in 1 dargestellten Gaslasergeräts.
3A ist ein Diagramm zur Erklärung eines Inbetriebnahmeprozesses, um das in 1 dargestellte Gaslasergerät zu starten.
3B ist ein Diagramm zur Erklärung eines Inbetriebnahmeprozesses, um das in 1 dargestellte Gaslasergerät zu starten.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf des Inbetriebnahmeprozesses des in 1 dargestellten Gaslasergeräts darstellt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses zeigt, der ausgeführt wird, wenn ein Gasdruck zum Zeitpunkt eines plötzlichen Stopps in dem Gaslasergerät gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird.
6 stellt eine Ausgestaltung eines Gaslasergeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform dar.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf eines Prozess zeigt, der ausgeführt wird, wenn ein Gasdruck zum Zeitpunkt eines plötzlichen Stopps in dem Gaslasergerät gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Der Maßstab der dargestellten Bestandteile der Ausführungsformen ist für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung nach Bedarf modifiziert.
1 stellt eine Ausgestaltung eines Gaslasergeräts 10 nach einer ersten Ausführungsform dar. Das Gaslasergerät 10 ist ein Laseroszillatorgerät, das einen Laserstrahl erzeugt, wobei als Anregungsmedium ein Lasergas dient, wie etwa ein Gas, das Kohlendioxid als Hauptbestandteil enthält. Ein durch das Gaslasergerät 10 erzeugter Laserstrahl wird zum Ausführen einer Arbeit, wie beim Schneiden, Bohren, Schweißen und so weiter verwendet.
Das Gaslasergerät 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Aufnahmebehälter 12, der im Wesentlichen hermetisch abgedichtet ist, so dass das Lasergas in dessen Innenraum eingeschlossen ist. Wie in 1 dargestellt bildet der Aufnahmebehälter 12 eine Zirkulationsstrecke, auf der das Lasergas zirkuliert werden kann. Auf der Zirkulationsstrecke sind eine Gebläse 14 und die Wärmetauscher 16a und 16b vorgesehen. Das Gebläse 14 hat eine Funktion zum Zirkulieren des Lasergases im Innern des Aufnahmebehälters 12. Ein Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, zirkuliert durch die Wärmetauscher 16a und 16b. Die Wärmetauscher 16a und 16b haben eine Funktion zum Kühlen des Lasergases, indem Wärme zwischen dem Kühlmedium und dem im Innern des Aufnahmebehälters 12 zirkulierenden Lasergas ausgetauscht wird. In 1 ist eine Bewegungsstrecke des Lasergases durch durchgezogene Pfeile angezeigt.
Der Aufnahmebehälter 12 des Gaslasergeräts 10 ist mit einer Absaugvorrichtung 20 durch ein Absaugrohr 18 verbunden. Die Absaugvorrichtung 20 umfasst einen Unterdruckgenerator, wie etwa eine Vakuumpumpe, und hat eine Funktion zum Abführen eines Gases aus dem Aufnahmebehälter 12 an ein externes System. Zudem ist eine Zuführvorrichtung 22 mit dem Aufnahmebehälter 12 durch ein Zuführrohr 24 verbunden, um eine Funktion zum Zuführen eines in einem Lasergastank (nicht dargestellt) enthaltenen Lasergases in den Aufnahmebehälter 12 bereitzustellen.
Das Gaslasergerät 10 umfasst eine Anregungsvorrichtung 26, die ein Lasergas anregt, und eine Steuerungsvorrichtung 30, die das Gaslasergerät 10 steuert. Die Steuerungsvorrichtung 30 steuert die an die Anregungsvorrichtung 26 anzulegende elektrische Energie. Die Steuerungsvorrichtung 30 wirkt mit einem Drucksensor 40 zusammen, der nachfolgend beschrieben wird, um einen Druckzustand im Innern des Aufnahmebehälters 12 zu erhalten, und steuert die Absaugvorrichtung 20 und die Zuführvorrichtung 22 in Abhängigkeit des erhaltenen Druckzustands. Die Steuerungsvorrichtung 30 weist eine Hardwarekonfiguration auf mit einem ROM, der ein Steuerungsprogramm speichert, einer CPU, die verschiedene Rechenprozesse ausführt, einem RAM, der ein Rechenergebnis der CPU zwischenspeichert, und einer Permanentspeichervorrichtung und dergleichen.
Die Anregungsvorrichtung 26 umfasst eine Entladeröhre 28, die mit einem Elektrodenpaar versehen ist, und eine Laserenergieversorgung 32, die elektrische Energie an die Entladeröhre 28 liefert. In der Entladeröhre 28 findet eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden statt, wenn hochfrequente elektrische Energie von der Laserenergieversorgung 32 angelegt wird, um das Lasergas in dem Aufnahmebehälter 12 anzuregen. Obwohl in 1 eine einzige Entladungsröhre 28 dargestellt ist, können mehrere Entladungsröhren 28 eingesetzt werden. Ein Laserstrahl, der aus dem Lasergas erzeugt wurde, das durch die Entladungsröhre angeregt wurde, wird zwischen einem hinteren Spiegel 34 und einem Auskoppelspiegel 36, die teilweise Transmissionseigenschaften aufweisen, verstärkt und dann nach außen durch den Auskoppelspiegel 36 ausgestrahlt. Die in 1 im Innern des Aufnahmebehälters 12 dargestellte gestrichelte Linie zeigt einen Strahlengang des durch den Auskoppelspiegel 36 auszustrahlenden Laserstrahls.
Es ist bereits bekannt, dass die Ausgangsleistung eines Laserstrahls von der Reinheit eines Lasergases abhängt. Deshalb umfasst das Gaslasergerät 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Drucksensor 40 zum Überwachen der Reinheit des Lasergases im Innern des Aufnahmebehälters 12. Wenn beispielsweise ein umgebendes atmosphärisches Gas dem Lasergas im Innern des Aufnahmebehälters zugemischt wird, erhöht sich der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 aufgrund des Druckes des in den Aufnahmebehälter 12 eingedrungenen Gases. Deshalb kann durch Überwachen des Druckes des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 eine Änderung der Reinheit des Lasergases indirekt erkannt werden.
2 ist ein Funktionsblockschaltbild der Steuerungsvorrichtung 30 des Gaslasergeräts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Steuerungsvorrichtung 30 umfasst eine Druckerkennungseinheit 50, eine Druckspeichereinheit 52, eine Vergleichseinheit 54, eine Bestimmungseinheit 56, eine Zuführeinheit 58 und eine Absaugeinheit 60.
Die Druckerfassungseinheit 50 hat eine Funktion zum Erkennen des Drucks des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 im Zusammenwirken mit dem Drucksensor 40 (siehe 1). Ein durch die Druckerkennungseinheit 50 erhaltener Druckwert wird an die Druckspeichereinheit 52 und die Vergleichseinheit 54 ausgegeben.
Die Druckspeichereinheit 52 hat eine Funktion zum Speichern des durch die Druckerkennungseinheit 50 erkannten Druckwerts im Zusammenwirken mit der Permanentspeichervorrichtung der Steuerungsvorrichtung 30. Daher bleibt der durch die Druckspeichereinheit 52 gespeicherte Wert selbst dann erhalten, wenn die an das Gaslasergerät 10 gelieferte elektrische Energie abgeschaltet ist. Die Permanentspeichervorrichtung kann beispielsweise einen Flash-Speicher oder einen SRAM mit eingebauter Batterie umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Vergleichseinheit 54 hat eine Funktion zum Vergleichen eines in der Druckspeichereinheit 52 gespeicherten Druckwerts mit einem durch die Druckerkennungseinheit 50 erhaltenen Druckwert. Die Vergleichseinheit 54 subtrahiert beispielsweise den in der Druckspeichereinheit 52 gespeicherten Druckwert von dem durch die Druckerkennungseinheit 50 erhaltenen Druckwert und gibt eine als Ergebnis der Subtraktion erhaltene Druckdifferenz an die Bestimmungseinheit 56 aus.
Die Bestimmungseinheit 56 hat eine Funktion, um abhängig von dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit 54 zu bestimmen, ob das Gas aus dem Aufnahmebehälter 12 nach außen abgeführt werden soll oder nicht, und zu bestimmen, ob ein Lasergas in den Aufnahmebehälter 12 zugeführt werden soll oder nicht. Die Bestimmungseinheit 56 vergleicht beispielsweise eine durch die Vergleichseinheit 54 berechnete Druckdifferenz mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn die Druckdifferenz größer als der Schwellenwert ist, dann bestimmt die Bestimmungseinheit 56, dass das Lasergas ausgetauscht werden muss, und ein Absaugprozess wird entsprechend ausgeführt. Wenn hingegen die Druckdifferenz kleiner als der Schwellenwert ist, dann bestimmt die Bestimmungseinheit 56, dass das Lasergas nicht ausgetauscht werden muss.
Die Zuführeinheit 58 hat eine Funktion zum Zuführen eines Lasergases in den Aufnahmebehälter 12 im Zusammenwirken mit der Zuführvorrichtung 22. In einem Zuführprozess startet beispielsweise die Zuführeinheit 57 zunächst die Zuführvorrichtung 22 in Erwiderung eines Signals von der Bestimmungseinheit 56 der Steuerungsvorrichtung 30, um ein Zuführventil (nicht dargestellt) zu öffnen.
Die Absaugeinheit 60 hat eine Funktion zum Abführen des Gases aus dem Aufnahmebehälter 12 nach außen im Zusammenwirken mit der Absaugvorrichtung 20. In einem Absaugprozess startet beispielsweise die Absaugeinheit 60 zunächst die Absaugvorrichtung 20 in Erwiderung eines Signals von der Bestimmungseinheit 56 der Steuerungsvorrichtung 30, um ein Absaugventil (nicht dargestellt) zu öffnen.
Die Bestimmungseinheit 56 kann dazu ausgebildet sein, einen Ausführungsmodus des Absaugprozesses entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit 54 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Bestimmungseinheit 56 dazu ausgebildet sein, einen Solldruckwert im Absaugprozess zu bestimmen. In diesem Fall wird der Absaugprozess durch die Absaugvorrichtung 20 fortgesetzt, bis der durch den Drucksensor 40 erkannte Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 den Solldruckwert erreicht.
Die Bestimmungseinheit 56 kann ebenfalls dazu ausgebildet sein, entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit 54, die Anzahl von auszuführenden Absaugvorgängen zu bestimmen. Die Bestimmungseinheit 56 kann ebenfalls dazu ausgebildet sein, entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit 54 die Dauer eines Absaugvorgangs zu bestimmen. Mit anderen Worten, der Absaugprozess kann durchgehend ausgeführt werden, bis der vorbestimmte Solldruckwert erreicht ist, oder der Absaugprozess kann mehrmals für eine vorbestimmte Absaugdauer ausgeführt werden.
Die Bestimmungseinheit 56 kann ebenfalls dazu ausgebildet sein, entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit 54 einen bestimmten Solldruckwert, eine bestimmte Anzahl von auszuführenden Absaugvorgängen und eine bestimmte Zeitdauer eines Absaugvorgangs unter mehreren vorab eingestellten Solldruckwerten, mehreren Anzahlwerten von Absaugvorgängen und mehreren Zeitdauern von Absaugvorgängen auszuwählen.
Die 3A und die 3B sind Diagramme, um einen Inbetriebnahmeprozess zum Starten des Gaslasergeräts 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu erklären. Das in 3A dargestellte Diagramm entspricht dem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 56 bestimmt hat, dass das Lasergas ausgetauscht werden muss. Hingegen entspricht das in 3B dargestellte Diagramm dem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 56 bestimmt hat, dass das Lasergas nicht ausgetauscht werden muss. Die horizontalen Achsen in 3A und 3B zeigen die abgelaufene Zeit an, und die vertikalen Achsen zeigen Druckänderungen im Innern des Aufnahmebehälters 12 an.
In dem in 3A dargestellten Beispiel befindet sich das Gaslasergerät 10 in einem normalen Betriebszustand zur Zeit T0 und strahlt einen Laserstrahl aus. Daher zeigt der Druck P1 zur Zeit T0 den Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 während der Laserausstrahlung an. Der Druck P1 ist beispielsweise ein optimaler Druck für das Ausstrahlen eines Laserstrahls. Das Gaslasergerät 10 stoppt dann plötzlich zur Zeit T1. Der plötzliche Stopp des Gaslasergeräts 10 kann aufgrund eines unerwarteten Abschaltens der Energieversorgung auftreten. Der plötzliche Stopp des Gaslasergeräts 10 wird beispielsweise durch einen Stromausfall oder einen Bedienungsfehler verursacht.
Die Zeit T2 stellt einen Zeitpunkt dar, zu dem der Inbetriebnahmeprozess des Gaslasergeräts 10 nach dem plötzlichen Stopp des Gaslasergeräts 10 wieder gestartet wird. Obwohl die entsprechenden Ventile, wie das Absaugventil und das Zuführventil, geschlossen sind, während das Gaslasergerät 10 gestoppt ist, nimmt eine Menge eines umgebenden atmosphärischen Gases, das in den Aufnahmebehälter 12 des Gaslasergeräts 10 eindringt, allmählich zu, während die vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2 abgelaufene Zeit, d. h., die Zeitspanne, in der das Gaslasergerät 10 gestoppt ist, zunimmt. Wie in 3A dargestellt nimmt daher der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 über die Dauer vom Zeitpunkt T1 zum Zeitpunkt T2 allmählich zu, und der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 erreicht P2 zum Zeitpunkt T2 (P2 > P1).
Wie oben beschrieben berechnet die Vergleichseinheit 54 der Steuerungsvorrichtung 30 eine Druckdifferenz (ΔP = P2 – P1) zwischen dem Druck P1 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps und dem Druck P2 zum Zeitpunkt des erneuten Starts. Die Bestimmungseinheit 56 vergleicht dann die durch die Vergleichseinheit 54 erhaltene Druckdifferenz ΔP mit einem vorbestimmten Schwellenwert.
Im Fall des in 3A dargestellten Beispiels wird das Gaslasergerät 10 für eine lange Zeitdauer gestoppt und die Druckdifferenz ΔP überschreitet den Schwellenwert. Daher bestimmt die Bestimmungseinheit 56, dass das Lasergas ausgetauscht werden muss. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Absaugprozess durchgeführt, bis der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 einen vorbestimmten Druck P0 (Solldruckwert) erreicht, während der durch den Drucksensor 40 erkannte Druckwert überwacht wird, d. h., bis zum Zeitpunkt T3. In dem in 3A dargestellten Beispiel ist die Dauer des durch die Bestimmungseinheit 56 bestimmten Absaugvorgangs länger als die Dauer vom Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T3. Daher kann der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 auf den Solldruckwert P0 durch einen einmaligen Absaugprozess reduziert werden.
Nachdem der Absaugprozess abgeschlossen ist, wird die Zuführvorrichtung 22 aktiviert und ein Lasergas wird in den Aufnahmebehälter 12 eigeführt, bis der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 wieder auf den Druck P1 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps zurückgesetzt ist, d. h., bis zum Zeitpunkt T4. Somit entspricht in diesem Fall die Zeit, die notwendig ist, um in einen Zustand einzutreten, in dem der Laserstrahl tatsächlich nach Beginn des Inbetriebnahmeprozesses ausgestrahlt werden kann, der Zeit, die vom Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt T4 abgelaufen ist. Die Bestimmungseinheit 56 kann ebenfalls eine Funktion aufweisen, um die Dauer eines Zuführvorgangs und die Anzahl von während des Zuführprozesses auszuführenden Zuführvorgängen zu bestimmen.
Im Unterschied zum in 3A dargestellten Beispiel wird der in 3B dargestellte Inbetriebnahmeprozess in einer relativen kurzen Zeitspanne nach dem plötzlichen Stoppen des Gaslasergeräts 10 gestartet. Mit anderen Worten, die vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T2', zu dem der Inbetriebnahmeprozess gestartet wird, abgelaufene Zeit ist relativ kurz. Daher unterscheidet sich der Druck P2' im Innern des Aufnahmebehälters 12 zum Zeitpunkt T2' nicht wesentlich vom Druck P1 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps. Daher bestimmt in diesem Fall die Bestimmungseinheit 56 der Steuerungsvorrichtung 30, dass das Lasergas nicht ausgetauscht werden muss.
Wenn das Lasergas nicht ausgetauscht werden muss, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform mindestens ein Prozess aus dem Absaugprozess und dem Zuführprozess ausgeführt, und der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 wird so abgestimmt, dass er mit dem Druck P1 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps übereinstimmt. Dann wird der Inbetriebnahmeprozess zum Zeitpunkt T4', zu dem der Druck im Innern des Aufnahmebehälters 12 den Druck P1 wieder erreicht, abgeschlossen und das Gaslasergerät 10 kommt in einen Zustand, in dem ein Laserstrahl ausgestrahlt werden kann. Daher entspricht in diesem Fall die vom Zeitpunkt T2' bis zum Zeitpunkt T4' abgelaufene Zeit der Zeit, die für den Inbetriebnahmeprozess notwendig ist. Wie aus dem Vergleich mit dem in 3A dargestellten Beispiel ersichtlich ist, kann die für den Inbetriebnahmeprozess benötigte Zeit beträchtlich reduziert werden. Außerdem kann im Vergleich zu dem Fall, in dem das Lasergas ausgetauscht wird, die Menge an aus dem Aufnahmebehälter 12 abgeführten Lasergas auf ein Minimum reduziert werden und somit kann die Menge an verbrauchtem Lasergas reduziert werden.
In dem Fall, in dem die Zeit zum Starten des Inbetriebnahmeprozesses nach einem plötzlichen Stopp extrem kurz ist davon ausgegangen werden kann, das sich der Druck P2' zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme nicht vom Druck P1 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps geändert hat, kann auf einen Abstimmungsprozess zum Abstimmen des Drucks im Innern des Aufnahmebehälters 12 auch verzichtet werden.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf des Inbetriebnahmeprozesses zum Starten des Gaslasergeräts der ersten Ausführungsform darstellt. Der in 4 dargestellte Inbetriebnahmeprozess wird ausgeführt, nachdem das Gaslasergerät plötzlich gestoppt hat, wie oben mit Bezug auf 3A und 3B beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Abläufe der jeweiligen Prozesse beispielhaft mit Bezug auf die Ablaufdiagramme in der vorliegenden Patentschrift beschrieben werden und die Prozesse nicht in der in den Ablaufdiagrammen dargestellten Reihenfolge oder in der Reihenfolge, in der die Prozesse beschrieben werden, ausgeführt werden müssen. Daher werden Begriffe wie „als Nächstes” oder „dann” nur der Zweckmäßigkeit halber verwendet und beabsichtigen nicht, die vorliegende Erfindung einzuschränken.
Wenn die Energieversorgung zum Gaslasergerät 10 wieder hergestellt ist und die Steuerungsvorrichtung 30 ein Inbetriebnahmesignal empfängt, wird der in diesem Moment im Innern des Aufnahmebehälters 12 herrschende Druck durch die Druckerkennungseinheit 50 (Schritt S11) erkannt. Vorzugsweise wird der Schritt S11 im selben Zustand, wie dem Zustand, in dem das Gaslasergerät 10 plötzlich gestoppt wird, ausgeführt. Beispielsweise wird der Schritt S11 mit im Betrieb befindlichen Gebläse 14 ausgeführt.
Bei Schritt S12 wird der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps, der gespeichert wurde, aus der Speichereinheit 52 ausgelesen. Dann wird eine Druckdifferenz zwischen dem Druck zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme, der bei Schritt S11 erhalten wurde, und dem Druck zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps, der bei Schritt S12 ausgelesen wurde, durch die Vergleichseinheit 54 (Schritt S13) berechnet. Die bei Schritt S13 berechnete Druckdifferenz wird an die Bestimmungseinheit 56 zum Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert bei Schritt S14 ausgegeben. Wenn bei Schritt S14 bestimmt wird, dass die Druckdifferenz größer als der Schwellenwert ist, d. h., wenn bestimmt wird, dass das Lasergas ausgetauscht werden muss, dann geht der Prozess weiter zu Schritt S15.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Druckdifferenz gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Schritt S15 umgangen und der Prozess geht weiter zu Schritt S16.
Wie oben mit Bezug auf 3A beschrieben wird das Gas im Innern des Aufnahmebehälters 12 durch die Absaugvorrichtung 20 nach außen abgeführt bis der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 einen vorbestimmten Solldruckwert erreicht (z. B. Druck P0).
Bei Schritt S16 wird die Menge an Lasergas solange abgestimmt, bis der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 den Druck (in 3A und 3B angezeigter Druck P1) zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps erreicht. Die Menge des Gases wird abgestimmt, indem die Zuführvorrichtung 22 und die Absaugvorrichtung 20 nach Bedarf betrieben werden. Sobald die Abstimmung der Menge des Lasergases abgeschlossen ist, kommt das Gaslasergerät 10 in einen Zustand, in dem das Lasergas in der Entladungsröhre 28 angeregt werden kann, und der Inbetriebnahmeprozess ist somit abgeschlossen.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das einen durch das Lasergasgerät 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Ablauf eines Prozesses darstellt, um den Gasdruck zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps zu erhalten. Das in 5 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt einen Prozess vom Beginn bis zum Ende eines Entladeprozesses. Wenn der Entladeprozess gestartet wird, wird elektrische Energie von der Laserenergieversorgung 32 (Schritt S21) an die Entladeröhre 28 angelegt. Dann wird bei Schritt 22 der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 durch die Druckerkennungseinheit 50 erkannt.
Der bei Schritt S22 erhaltene Druckwert wird in der Permanentspeichervorrichtung der Steuerungsvorrichtung 30, wie etwa einem SRAM mit eingebauter Batterie (Schritt S23), gespeichert. Somit wird der bei Schritt S23 gespeicherte Druckwert selbst dann erhalten, ohne gelöscht zu werden, wenn die Energieversorgung zur Steuerungsvorrichtung 30 abgeschaltet wird.
Dann wird bei Schritt S24 bestimmt, ob ein Entladestoppbefehl eingegeben wurde oder nicht. Der Entladestoppbefehl ist ein Signal, das eingegeben wird, wenn der Einsatz eines Laserstrahls abgeschlossen ist, wenn, zum Beispiel, die Laserbearbeitung beendet ist. In dem Fall in dem der Entladestoppbefehl eingegeben wurde, geht der Prozess dann weiter zu Schritt S25, bei dem der Entladeprozess beendet wird und das Gaslasergerät 10 gestoppt wird. Wenn hingegen bei Schritt S24 bestimmt wird, dass der Entladestoppbefehl nicht eingegeben ist, dann kehrt der Prozess zu Schritt S22 zurück und die Schritte S22 bis S24 werden wiederholt. Selbst dann, wenn das Gaslasergerät 10 plötzlich stoppt, wenn die Energieversorgung zu Steuerungsvorrichtung 30 abgeschaltet wird oder dergleichen, während die oben beschriebenen Prozesse wiederholt werden, bleiben die bei Schritt S23 gespeicherten Druckwerte erhalten, ohne gelöscht zu werden.
Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 periodisch erkannt, während das Gaslasergerät 10 normal arbeitet, und das erkannte Ergebnis wird in der Permanentspeichervorrichtung gespeichert. Dann, wenn das Gaslasergerät 10 erneut gestartet wird, wird der unmittelbar vor dem plötzlichen Stopp des Gaslasergeräts erkannte Druckwert im Vergleichsprozess durch die Vergleichseinheit 54 eingesetzt, wie oben beschrieben.
6 stellt eine Ausgestaltung eines Gaslasergeräts 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform dar. Das Gaslasergerät 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst zusätzlich zu der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Ausgestaltung eine sekundäre Energieversorgungsvorrichtung 70 und einen Elektrizitätsabfalldetektor 72. Die sekundäre Energieversorgungsvorrichtung 70 hat eine Funktion zum Zuführen elektrischer Backup-Energie an die Steuerungsvorrichtung 30, wenn eine primäre Energieversorgung (nicht dargestellt), die die in einem normalen Betrieb des Gaslasergeräts 10 zu nutzende hauptsächliche elektrische Energie zuführt, aufgrund eines Stromausfalls, eines Bedienungsfehlers oder dergleichen abgeschaltet ist. Die sekundäre Energieversorgungsvorrichtung 70 ist beispielsweise eine Energiespeichervorrichtung einer beliebigen bekannten Art.
Der Elektrizitätsabfalldetektor 72 hat eine Funktion zum Erkennen eines Abfalls der an das Gaslasergerät 19 angelegten Energie und kann somit erkennen, dass die primäre Energieversorgung abgeschaltet wurde. Der Elektrizitätsabfalldetektor 72 ist dazu ausgebildet, einen Abfall der elektrischen Hauptenergie basierend auf mindestens einem aus elektrischer Energie, einem elektrischen Strom und einer Spannung, die von der primären Energieversorgung zugeführt werden, zu erkennen. „Basierend auf mindestens einem aus elektrischer Energie, einem elektrischen Strom und einer Spannung” sollte so ausgelegt werden, dass nicht nur ein Fall eingeschlossen wird, in dem ein Erkennungswert einer elektrischen Energie, eines elektrischen Stroms oder einer Spannung direkt verwendet wird, sondern auch ein Fall eingeschlossen wird, in dem ein von einem solchen Erkennungswert abgeleiteter bestimmter Parameter verwendet wird.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf eines Prozesses darstellt, der ausgeführt wird, wenn der Gasdruck zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps im Gaslasergerät 10 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten wird. Das in 7 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt einen Prozess ab einem Zeitpunkt, zu dem der elektrische Entladungsprozess gestartet wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps, unmittelbar nachdem das Gaslasergerät 10 plötzlich gestoppt hat, erkannt wird. Wenn der elektrische Entladungsprozess gestartet wird, wird elektrische Energie von der Laserenergieversorgung 32 an die Entladungsröhre 28 angelegt (Schritt S31). Bei Schritt S32 wird dann bestimmt, ob der Elektrizitätsabfalldetektor 72 einen Abfall der an das Gaslasergerät 10 gelieferten elektrischen Energie erkannt hat oder nicht.
Wenn bestimmt wird, dass bei Schritt S32 kein Abfall der elektrischen Energie erkannt wird, dann wird der elektrische Entladungsprozess fortgesetzt. Wenn hingegen ein Abfall der elektrischen Energie erkannt wird, geht der Prozess weiter zu Schritt S33, und das Gaslasergerät 10 wird schnell gestoppt.
Dann wird bei Schritt S34 die sekundäre Energieversorgung aktiviert, um zur sekundären Energieversorgung umzuschalten, und die elektrische Energie wird von der sekundären Energieversorgungsvorrichtung 70 an die Steuerungsvorrichtung 30 geliefert.
Als Nächstes erkennt bei Schritt S35 die Druckerkennungseinheit 50 der Steuerungsvorrichtung 30 den Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12. Der bei Schritt S35 erhaltene Druckwert wird bei Schritt S36 als Druckwert zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps in der Permanentspeichervorrichtung der Steuerungsvorrichtung 30 gespeichert. Der bei Schritt S36 gespeicherte Gasdruck zum Zeitpunkt des plötzlichen Stopps wird in der Vergleichseinheit 54 für den Vergleich mit dem Gasdruck zum Zeitpunkt der nachfolgenden Inbetriebnahme verwendet.
Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Verwendung der sekundären Energieversorgungsvorrichtung 70 der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12, unmittelbar nachdem der plötzliche Stopp des Gaslasergeräts 10 verursacht wird, erkannt, und der erhaltene Erkennungswert wird in der Permanentspeichervorrichtung gespeichert. Folglich muss der Druck des Gases im Innern des Aufnahmebehälters 12 nicht periodisch erkannt in der Permanentspeichervorrichtung gespeichert werden, und eine Verarbeitungsbelastung der Steuerungsvorrichtung 30 kann reduziert werden.
Wirkung der Erfindung
Gemäß eines Gaslasergeräts mit der oben beschriebenen Ausgestaltung in Übereinstimmung mit dem Inhalt der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung wird Druck, der gespeichert wird, wenn das Gaslasergerät plötzlich stoppt, mit einem Druck verglichen, der erkannt wird, wenn das Gaslasergerät nachfolgend gestartet wird, und es wird bestimmt, ob gemäß dem Ergebnis des Vergleichs ein Austauschprozess eines Lasergases durchgeführt werden soll oder nicht. Da der Austauschprozess des Lasergases je nach Bedarf ausgeführt wird, kann die Inbetriebnahmezeit des Gaslasergeräts reduziert werden. Zudem kann die Menge des verbrauchten Lasergases reduziert werden, und die laufenden Kosten des Gaslasergeräts können reduziert werden.
Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung obenstehend beschrieben wurden ist für einen Fachmann ersichtlich, dass von der Erfindung beabsichtigte Funktionen und Wirkungen durch andere Ausführungsformen und Modifikationen erzielt werden können. Insbesondere können Bestandteile der oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen entfernt oder ausgetauscht werden, oder es kann ein bekanntes Element hinzugefügt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung durch eine beliebige Kombination der in der vorliegenden Patentschrift implizit oder explizit offenbarten Merkmale der Ausführungsformen umgesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 02-65187 [0003]
JP 2561510 [0004, 0004, 0005]
JP 02-65167 [0005]

Claims

Gaslasergerät (10), umfassend: einen Aufnahmebehälter (12), in dem ein Lasergas eingeschlossen ist; einen Laseroszillator (6), der dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl auszustrahlen, wobei ein Lasergas als Anregungsmedium dient; eine Druckerkennungseinheit (50), die dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters (12) zu erkennen; eine Absaugeinheit (60), die dazu ausgebildet ist, ein Gas aus dem Aufnahmebehälter (12) abzuführen; eine Zuführeinheit (58), die dazu ausgebildet ist, ein Lasergas in den Aufnahmebehälter (12) zuzuführen; eine Druckspeichereinheit (52), die dazu ausgebildet ist, den durch die Druckerkennungseinheit erkannten Druck zu speichern und die gespeicherte Information selbst dann zu behalten, wenn eine Energieversorgung abgeschaltet ist; eine Vergleichseinheit (54), die dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters (12), der erhalten wird, wenn das Gaslasergerät (10) plötzlich gestoppt hat und der durch die Druckspeichereinheit gespeichert wird, mit dem Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters (12), der durch die Druckerkennungseinheit erkannt wird und erhalten wird, wenn das Gaslasergerät (10) nach einem plötzlichen Stopp erneut gestartet wird, zu vergleichen; und eine Bestimmungseinheit (56), die dazu ausgebildet ist, basierend auf einem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit zu bestimmen, ob ein Gas aus dem Aufnahmebehälter (12) abgeführt werden sollte oder nicht und ob das Lasergas in den Aufnahmebehälter (12) zugeführt werden sollte oder nicht.
Gaslasergerät (10) nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit (56) dazu ausgebildet ist, basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs durch die Vergleichseinheit (54) zu bestimmen, wie ein Absaugprozess zum Abführen eines Gases aus dem Aufnahmebehälter (12) ausgeführt wird.
Gaslasergerät (10) nach Anspruch 2, wobei die Bestimmungseinheit (56) dazu ausgebildet ist, mindestens eines aus einem Solldruckwert eines Lasergases im Innern des Aufnahmebehälters (12) im Absaugprozess, der Anzahl von durchzuführenden Absaugvorgängen und der Dauer eines Absaugvorgangs zu bestimmen.
Gaslasergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Druckspeichereinheit (52) dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters (12) periodisch zu speichern.
Gaslasergerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine sekundäre Energieversorgungsvorrichtung (70), die dazu ausgebildet ist, elektrische Backup-Energie an die Druckerkennungseinheit (50) zuzuführen, wenn die an das Gaslasergerät (10) zugeführte elektrische Hauptenergie abgeschaltet ist, wobei die Druckerkennungseinheit (50) dazu ausgebildet ist, den Druck eines Gases im Innern des Aufnahmebehälters (12), unmittelbar nachdem die elektrische Hauptenergie abgeschaltet wird, zu erkennen.
Gaslasergerät (10) nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen Elektrizitätsabfalldetektor (72), der dazu ausgebildet ist, einen Abfall der elektrischen Hauptenergie zu erkennen, wobei der Elektrizitätsabfalldetektor (72) dazu ausgebildet ist, basierend auf mindestens einem aus elektrischer Energie, einem elektrischen Strom und einer Spannung, die an das Gaslasergerät (10) geliefert werden, zu erkennen, dass die elektrische Hauptenergie abgeschaltet wurde.
Gaslasergerät (10) nach Anspruch 6, wobei die Druckspeichereinheit (52) dazu ausgebildet ist, unmittelbar nachdem der Elektrizitätsabfalldetektors (72) erkennt, dass die elektrische Hauptenergieversorgung abgeschaltet wurde, den Druck eines Gases, der dann durch die Druckerkennungseinheit (50) im Innern des Aufnahmebehälters (12) erkannt wird, zu speichern.