DE102015004038B4

DE102015004038B4 - Kohlendioxid-Gaslaseroszillator, der das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas schätzen kann

Info

Publication number: DE102015004038B4
Application number: DE102015004038.3A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhisa Takazane
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2035-03-28
Also published as: DE102015004038A1; CN104979743A; CN104979743B; JP5850969B2; US20150288128A1; US9337604B2; JP2015198233A

Abstract

Lasergas-Schätzvorrichtung (100), die ein Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas schätzt, das hauptsächlich aus einem oder mehreren der Gaskomponenten Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas besteht, wobei die Lasergas-Schätzvorrichtung umfasst:einen Laseroszillator (1), der das Lasergas einschließt und einen Ventilator (7), der das Lasergas zirkuliert, eine Entladungsröhre (11 bis 14), eine Ventilator-Energieversorgungseinheit (25), die dem Ventilator (7) Energie zuführt, und eine Entladungsröhren-Versorgungseinheit (21 bis 24), die der Entladungsröhre (11 bis 14) Energie zuführt, umfasst;eine Erfassungseinheit (17, 40), die einen Gasdruck des in dem Laseroszillator (1) eingeschlossenen Gases, eine am Ventilator (7) anliegende Ventilatorspannung, einen am Ventilator (7) anliegenden Ventilatorstrom, eine an der Entladungsröhre (11 bis 14) anliegende Entladungsröhrenspannung und einen an der Entladungsröhre (11 bis 14) anliegenden Entladungsröhrenstrom erfasst, wobeidie Ventilatorspannung, die an den Ventilator (7) angelegt wird, der Ventilatorstrom, der dem Ventilator (7) zugeführt wird, die Entladungsröhrenspannung, die an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegt wird, und der Entladungsröhrenstrom, der der Entladungsröhre (11 bis 14) zugeführt ist, eine Funktion des Gasdrucks des Lasergases ist, undeine Zusammensetzungsverhältnis-Schätzeinheit (41), die das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases basierend auf den durch die Erfassungseinheit (17, 40) erfassten Werten unter Verwendung von wenigstens drei der folgenden Gleichungen schätzt:- einer Gleichung, in der das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases als ein Parameter verwendet wird und die Summe der Parameter 100 % beträgt, wobei die Gleichung lautet:wobei X1, X2 und X3 jeweils den prozentualen Volumenanteil der Gaskomponenten des Lasergases, Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas, bezeichnen;- einer Gleichung, die eine Beziehung zwischen der Ventilatorspannung entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten des Lasergases und der Ventilatorspannung wiedergibt, die an den Ventilator (7) angelegt wird, wobei die Gleichung lautet:wobei TV0 die angelegte Ventilatorspannung und TV1, TV2, TV3 den Gaskomponenten entsprechende Ventilatorspannungen sind;- einer Gleichung, die eine Beziehung zwischen dem Ventilatorstrom entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und dem dem Ventilator (7) zugeführten Strom wiedergibt, wobei die Gleichung lautet:wobei TA0 der im Ventilator (7) fließende Ventilatorstrom ist und TA1, TA2, TA3 den Gaskomponenten entsprechende Ventilatorströme sind;- einer Gleichung, die ein Verhältnis zwischen der Entladungsröhrenspannung entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und der an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegten Entladungsröhrenspannung wiedergibt, während einer Zeit, wenn eine Entladung durchgeführt wird, wobei die Gleichung lautet:wobei RV0 die an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegte Entladungsröhrenspannung ist und RV1, RV2, RV3 den Gaskomponenten entsprechende Entladungsröhrenspannungen sind; und- einer Gleichung, die ein Verhältnis zwischen dem Entladungsröhrenstrom entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und dem Entladungsröhrenstrom wiedergibt, der der Entladungsröhre (11 bis 14) während einer Zeit zugeführt wird, wenn eine Entladung durchgeführt wird, wobei die Gleichung lautet:wobei RA0 der der Entladungsröhre (11 bis 14) zugeführte Entladungsröhrenstrom ist und RA1, RA2, RA3 die den Gaskomponenten entsprechende Entladungsröhrenströme sind.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kohlendioxid-Gaslaseroszillator, der das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases schätzen kann.
Beschreibung der verwandten Technik
Im Allgemeinen ist Lasergas, das für einen Kohlendioxid-Gaslaseroszillator verwendet wird, aus Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas zusammengesetzt. Ein durch Mischen dieser Gase in einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis erhaltenes Lasergas wird einem Laseroszillator zugeführt. Bekannt ist eine Vorrichtung, in der zum Zuführen von Lasergas ein Gasstromkanal zum Zuführen eines Kohlendioxidgases, ein Gasstromkanal zum Zuführen eines Stickstoffgases und ein Gasstromkanal zum Zuführen eines Heliumgases vorgesehen sind, und ein Lasergas mit einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis in einem Lasergas-Mischbehälter durch Öffnen und Schließen des Ventils der jeweiligen Gasstromkanäle erzeugt wird (siehe beispielsweise die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 6-244478 ).
In dem Fall der in der oben erwähnten japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 6-244478 beschriebenen Vorrichtung ändert sich jedoch das Zusammensetzungsverhältnis des in einem Laseroszillator zirkulierenden Lasergases selbst dann, wenn ein Lasergas in einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis in einem Lasergas-Mischbehälter erzeugt wird, und es ist deshalb in einigen Fällen schwierig, den Laseroszillator zu betreiben. In solchen Fällen muss das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases durch Verwendung eines Gaskomponentenanalysators oder dergleichen ermittelt werden, und es ist nicht einfach, das Zusammensetzungsverhältnis durch Verwendung eines solchen Komponentenanalysators zu erhalten.
Aus dem nächstliegenden Stand der Technik US 2008/0043799 A1 ist ein GasLaseroszillator bekannt, bei dem anhand wenigstens zweier Messungen eine Steigung einer Beziehung zwischen der Leistung eines Ventilators und dem Lasergasdruck bestimmt wird und diese mit vorbestimmten Steigungswerten zur Ermittlung der Lasergaszusammensetzung verglichen wird. Für den Fall, dass sich anhand der bestimmten Steigung auf eine bekannte und geeignete Lasergaszusammensetzung schließen lässt, wird der Betrieb des Gas-Laseroszillators freigegeben, ansonsten wird eine Anomalie festgestellt.
Zum weiteren Stand der Technik wird auf die Dokumente US 4 417 340 A , US 3 569 857 A , JP H08 335741 A , US 2006/0274806 A1 und US 2008/0144681 A1 verwiesen, in denen sich Informationen zum technischen Hintergrund der Erfindung finden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lasergas-Schätzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt.
Figurenliste
Die obenstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden, wobei

1 ein schematisches Schaubild ist, das eine Konfiguration einer Lasergas-Schätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuerungskonfiguration einer Lasergas-Schätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Kennlinie zeigt, die die Beziehung zwischen einem Gasdruck und einem in einer Speichereinheit von 2 gespeicherten Ventilatorstrom darstellt,
4 eine Tabelle ist, die die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas, dem Sollgasdruck und dem in der Einstelleinheit von 2 eingestellten Soll-Entladungsröhrenstrom darstellt,
5 ein schematisches Schaubild ist, das die Konfiguration einer Lasergas-Schätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
6 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuerungskonfiguration einer Lasergas-Schätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
7 ein Diagramm ist, das ein modifiziertes Beispiel der Lasergas-Schätzvorrichtung von 6 darstellt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 ist ein schematisches Schaubild, das eine Lasergas-Schätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und hauptsächlich die Konfiguration eines Kohlendioxid-Gaslaseroszillators 1 darstellt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Laseroszillator 1 einen Gasstromkanal 2, in dem ein Lasergas zirkuliert, Entladungsröhren 11 bis 14, die am Gasstromkanal 2 vorgesehen sind, einen Auskoppelspiegel 4 und einen hinteren Spiegel 5, die so angeordnet sind, dass sie die Entladungsröhren 11 bis 14, Energieversorgungseinheiten 21 bis 24, die Energie jeweils an die Entladungsröhren 11 bis 14 liefern, einen Ventilator 7, der ein Lasergas entlang des Gasstromkanals 2 zirkuliert, und die Wärmetauscher 8 und 9, die stromaufwärtsseitig beziehungsweise stromabwärtsseitig des Ventiltors 4 angeordnet sind, zwischen sich einschließen.
Der Gasstromkanal 2 wird durch einen Lasergas-Mischbehälter gebildet. Ein Lasergas mit einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis ist in dem von der Atmosphäre isolierten Lasergas-Mischbehälter eingeschlossen. Der Gasstromkanal 2 ist mit einem Druckmesser 17 als Erfassungseinheit ausgestattet, und der Druckmesser 17 erfasst den Lasergasdruck im Laseroszillator 1. Wenn Laserlicht durch den Laseroszillator 1 erzeugt wird, dann wird der Druck (Lasergasdruck) des Lasergases auf einen Druck nahe eines Vakuums gesteuert (zum Beispiel ungefähr 10 kPa), wobei der Lasergasbehälter einen abgedichteten Vakuumbehälter bildet.
Die Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 sind Hochfrequenz-Energiequellen, und die Entladungsröhren 11 bis 14 entladen sich bei hoher Frequenz durch eine von den Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 gelieferte Energie. Wenn das Lasergas durch die Entladungsröhren 11 bis 14 strömt, wird in diesem Fall das Lasergas erregt und in einen erregten Zustand versetzt. Durch die Entladungsröhren 11 bis 14 erzeugtes Licht wird zwischen dem Auskoppelspiegel 4 und dem hinteren Spiegel 5 verstärkt, und ein Teil des verstärkten Lichts wird von dem Auskoppelspiegel 4 als Laserlicht 10 ausgegeben. Das Laserlicht 10 wird einer nicht dargestellten Laserstrahlmaschine zugeführt. Die Laserstrahlmaschine ist beispielsweise eine Maschine zum Schneiden von Blech, in der ein Zielblech mit dem vom Laseroszillator 1 zugeführten Laserlicht 10 bestrahlt wird, um geschnitten zu werden.
Der Ventilator 7 besteht aus einem Gebläse oder einem Lüfter, der durch einen Elektromotor angetrieben wird. Energie wird von einer Energieversorgungseinheit 25 ( 2) zum Ventilator 7 über einen nicht dargestellten Ventilator-Wechselrichter zugeführt, und der Ventilator 7 wird durch die Energie rotiert, um das Lasergas entlang des Gasstromkanals 2 zirkulieren zu lassen. Ein vorgegebenes Kältemittel (zum Beispiel Kühlwasser) kann in den Wärmetauschern 8 und 9 fließen. Das Lasergas wird durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel gekühlt, wenn es durch die Wärmetauscher 8 und 9 fließt und wird auf einer vorgegeben Temperatur gehalten.
Ein Zuführstromkanal 31 und ein Abführstromkanal 32 sind mit dem Gasstromkanal 2 verbunden. Der Zuführstromkanal 31 und der Abführstromkanal 32 sind mit einem Zuführventil 33 beziehungsweise einem Abführventil 34 versehen, deren Öffnungsgrad abstimmbar ist. Der Zuführstromkanal 31 ist mit einer Hochdrucktankeinheit 35 verbunden, in der Lasergas gespeichert wird, und Lasergas wird von der Tankeinheit 35 zum Gasstromkanal 2 geführt, indem das Zuführventil 33 geöffnet oder geschlossen wird. Der Abführstromkanal 32 ist mit einer Abführpumpe 36 verbunden, und Lasergas wird vom Gasstromkanal 2 durch Antreiben der Abführpumpe 36 abgeführt. Während der Laseroszillation wird Lasergas über den Zuführkanal 31 und den Abführkanal 32 dem Gasstromkanal 2 zugeführt oder vom Gasstromkanal abgeführt, wodurch eine kleine Menge an Lasergas im Lasergasbehälter ausgewechselt wird.
Lasergas, das dem Laseroszillator 1 zugeführt wird, besteht hauptsächlich aus Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und einem Heliumgas, und Lasergas, das durch Mischen dieser Gase in einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis erhalten wird, wird von einem Gaslieferanten bezogen. Das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases ist jedoch nicht unbedingt ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis und kann sich von einem festgelegten Zusammensetzungsverhältnis unterscheiden. Wenn ein solches Lasergas dem Laseroszillator 1 zugeführt wird, um den Laseroszillator 1 zu starten, wird der Laseroszillator 1 mit Alarmierung aufgrund einer Abweichung der Impedanz bei Hochfrequenzentladung gestoppt, wodurch es in einigen Fällen schwierig wird, eine Laserbearbeitung durchzuführen. Um solche Probleme anzusprechen, muss man das Zusammensetzungsverhältnis eines momentanen Lasergases erhalten; es ist jedoch nicht einfach, das Zusammensetzungsverhältnis durch Verwendung eines Komponentenanalysators oder dergleichen zu erhalten. Demzufolge wird in der vorliegenden Ausführungsform das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases wie folgt geschätzt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerungskonfiguration einer Lasergas-Schätzeinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Signale von einem Druckmesser 17 und einer Eingabeeinheit 18, in die ein Benutzer eine Vielzahl von Befehlen, wie Start der Laseroszillation oder Start der Wartung eingibt, werden in eine Steuereinheit 40 eingegeben. Die Steuereinheit 40 wird dadurch gebildet, dass sie einen Arithmetik-Prozessor umfasst, der einen Zentralprozessor (CPU), einen ROM, einen RAM und sonstige Peripherieschaltungen aufweist, und als Funktionsbestandteile eine Schätzeinheit 41 eine Speichereinheit 42, eine Einstelleinheit 43 und eine Laseroszillator-Steuereinheit 44 umfasst. Die Steuereinheit 40 gibt ein Steuersignal an jede der Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 für eine Entladungsröhre, an eine Energieversorgungseinheit 25 für den Ventilator, an ein Zuführventil 33, ein Abführventil 34 und an eine Abführpumpe 36 aus.
Die Schätzeinheit 41 schätzt das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas basierend auf einem Lasergasdruck P, der durch den Druckmesser 17 erfasst wurde. Die Zusammensetzungsverhältnisse (Volumenverhältnis) von Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas, die Hauptkomponenten des Lasergases sind, seien entsprechend X1, X2 beziehungsweise X3. Da das Lasergas keine weiteren Komponenten enthält, oder, falls überhaupt, nur eine kleine Menge weiterer Komponenten enthält, wird die folgende Formel (I) erfüllt. $X1 (%) + X2 (%) + X3 (%) = 100 (%)$
In der Speichereinheit 42 werden vorab die Beziehungen zwischen dem Gasdruck P und einem Strom (Ventilatorstrom), der in den Ventilator 7 fließt, für jede Komponente des Lasergases gespeichert. 3 ist ein Beispiel einer Kennlinie, die die Beziehung zwischen dem Gasdruck P und einem in der Speichereinheit 42 gespeicherten Ventilatorstrom TA darstellt. In der Figur ist die Kennlinie G1 die Kennlinie eines Kohlendioxidgases, die Kennlinie G2 ist eine Kennlinie eines Stickstoffgases und die Kennlinie G3 ist eine Kennlinie eines Heliumgases. Erhöht sich der Gasdruck P, dann erhöht sich eine auf den Ventilator 7 wirkende Last. Wie in 3 dargestellt, erhöht sich mit ansteigendem Gasdruck P entsprechend der Ventilatorstrom TA für jede der Kennlinien G1, G2 und G3. Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas haben jeweils unterschiedliche Schweren; Kohlendioxidgas ist am schwersten und Heliumgas ist am leichtesten. Bei deren Vergleich im Zustand gleichen Gasdrucks P1 ist daher der Ventilatorstrom TA1 für Kohlendioxidgas der höchste und der Ventilatorstrom TA3 für Heliumgas der niedrigste Ventilatorstrom.
Der Ventilatorstrom TA ist eine Funktion, die den Gasdruck P als einen Parameter einsetzt. Wenn beispielsweise ein durch den Druckmesser 17 erfasster Gasdruck P1 ist, können die den jeweiligen Gaskomponenten entsprechenden Gasströme TA1, TA2 und TA3 von den vorab gespeicherten Kennlinien G1, G2 und G3 von 3 abgeleitet werden. Wenn der im Ventilator 7 fließende Strom TA0 ist, wird die folgende Formel (II) erfüllt. $TA1 \times X1 + TA2 \times X2 + TA 3 \times X3=TA0$
Obwohl dies nicht in den Figuren dargestellt ist, speichert die Speichereinheit 42 vorab auch für jede Lasergaskomponente die Beziehung zwischen dem Gasdruck P und einer am Ventilator 7 angelegten Spannung TV (Ventilatorspannung), die Beziehung zwischen dem Gasdruck P und einem den Entladungsröhren 11 bis 14 zugeführten Strom RA (Entladungsröhrenstrom) und die Beziehung zwischen dem Gasdruck P und einer an den Entladungsröhren 11 bis 14 angelegten Spannung RV. Ähnlich wie in 3 werden diese Beziehungen durch die Kennlinien für jede Gaskomponente dargestellt, und wenn ein Gasdruck P bestimmt wird, dann wird eine Ventilatorspannung RV, ein Entladungsröhrenstrom RA und eine Entladungsröhrenspannung RV für jede Gaskomponente bestimmt.
Wenn der durch den Druckmesser 17 erfasste Gasdruck P1 ist und die den Gaskomponenten (Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas) entsprechenden Ventilatorspannungen, die durch die in der Speichereinheit 42 gespeicherten Kennlinien bestimmt werden, jeweils TV1, TV2 beziehungsweise TV3 sind, und die an die Ventilatorspannung 7 angelegte Spannung TV0 ist, wird die folgende Formel(III) erfüllt. $TV1 \times X1 + TV2 \times X2 + TV 3 \times X 3 = TV0$
Wenn der durch den Druckmesser 17 erfasste Gasdruck P1 ist, und die den jeweiligen Gaskomponenten entsprechenden Entladungsröhrenströme, die durch die in der Speichereinheit 42 gespeicherten Kennlinien bestimmt werden, RA1, RA2 und RA3 sind, und ein den Entladungsröhren 11 bis 14 zugeführter Entladungsröhrenstrom RA0 ist, dann wird die folgende Formel (IV) erfüllt. $RA1 \times X1 + RA2 \times X2 + RA 3 \times X 3 = RA0$
Wenn weiterhin der durch den Druckmesser 17 erfasste Gasdruck P1 ist und die den Gaskomponenten entsprechenden Entladungsröhrenspannungen, die durch die in der Speichereinheit 42 gespeicherten Kennlinien bestimmt werden, RV1, RV2 und RV3 sind, und eine an die Entladungsröhren 11 bis 14 angelegte Entladungsröhrenspannung RV0 ist, dann wird die folgende Formel (V) erfüllt. $RV1 \times X1 + RV2 \times X2 + RV 3 \times X 3 = RV0$
Durch einen Befehl von einer Steuereinheit 40 wird über eine Energieversorgungseinheit 25 dem Ventilator 7 ein Strom zugeführt und es wird eine Spannung angelegt, und durch einen Befehl von der Steuereinheit 40 wird den Entladungsröhren 11 bis 14 über die Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 ein Strom zugeführt und es wird eine Spannung angelegt. Die Steuereinheit 40 funktioniert somit als eine Erfassungseinheit, die einen Ventilatorstrom TA0, eine Ventilatorspannung TV0, einen Entladungsröhrenstrom RA0 und eine Entladungsröhrenspannung RV0 erfassen kann. Die Unbekannten in den oben erwähnten Formeln (I) bis (V) sind daher X1, X2 und X3. Eine Schätzeinheit 41 berechnet die Zusammensetzungsverhältnisse X1, X2 und X3 durch gleichzeitiges Lösen der obengenannten Formeln (I) bis (V). Es sollte beachtet werden, dass aufgrund dessen, dass es drei Unbekannte gibt, nicht alle der oben erwähnten Formeln (I) bis (V) verwendet werden müssen, um die Zusammensetzungsverhältnisse X1, X2 und X3 zu berechnen. Wenn alle der obengenannten Formeln (I) bis (V) verwendet werden, erhält man mehrere Sätze von Zusammensetzungsverhältnissen. Die mehreren Sätze von Zusammensetzungsverhältnissen werden gemittelt und es wird letztendlich ein Satz von Zusammensetzungsverhältnissen X1, X2 und X3 bestimmt.
Obenstehend werden Zusammensetzungsverhältnisse durch Verwendung von Formeln bezüglich des Ventilatorstroms TA, der Ventilatorspannung TV, des Entladungsröhrenstroms RA und der Entladungsröhrenspannung RV geschätzt, die die Zusammensetzungsverhältnisse X1, X2 und X3 als Parameter verwenden und eine Funktion des Gasdrucks P sind. Im Unterschied dazu können die Beziehungen des Zusammensetzungsverhältnisses des Lasergases bezüglich des Gasdrucks P, der Ventilatorspannung PV, des Ventilatorstroms PA, der Entladungsröhrenspannung RV und des Entladungsröhrenstroms RA vorab in der Speichereinheit 42 gespeichert werden, und die Schätzeinheit 41 kann das Zusammensetzungsverhältnis unter Verwendung dieser Beziehungen schätzen. Beispielsweise können der Ventilatorstrom TA, die Ventilatorspannung TV, der Entladungsröhrenstrom RA und die Entladungsröhrenspannung RV, die mehreren Kombinationen von Zusammensetzungsverhältnissen entsprechen, bei denen die Zusammensetzungsverhältnisse um 5% bei festgelegtem Gasdruck P geändert werden, in der Speichereinheit 42 gespeichert werden.
In Übereinstimmung mit dem durch die Schätzeinheit 41 geschätzten Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases stellt eine Einstelleinheit 43 einen Sollgasdruck Pa eines Lasergases, der den Oszillator 1 betreiben kann, und einen Soll-Entladungsröhrenstrom RAa entsprechend eines Ausgabebefehls des Laseroszillators 1 ein. Beispielsweise werden die Beziehungen zwischen dem Zusammensetzungsverhältnis, dem Sollgasdruck Pa und dem Soll-Entladungsröhrenstrom RAa, wie in 4 dargestellt, vorab in der Speichereinheit 42 gespeichert, und der Sollgasdruck Pa und der Soll-Entladungsröhrenstrom RAa, die dem Zusammensetzungsverhältnis entsprechen, werden unter Verwendung der Beziehungen eingestellt. In 4 werden die Entladungsröhrenströme RAa zur Zeit der Entladungsbeleuchtung, zur Zeit des Ausgangsbefehls von 0 W zur Zeit des Ausgabebefehls von 1000 W und zur Zeit des Ausgabebefehls von 2000 W gespeichert. Somit wird der Soll-Entladungsröhrenstrom RAa entsprechend einem Laserausgabebefehl eingestellt.
Eine Laseroszillator-Steuereinheit 44 gibt ein Steuersignal an die Energieversorgungseinheiten 21 bis 25 gemäß den durch die Einstelleinheit 43 eingestellten Werten für den Sollgasdruck Pa und den Soll-Entladungsröhrenstrom RAa aus. Mit anderen Worten, ein Steuersignal wird an die Energieversorgungseinheit 25 ausgegeben, sodass der durch den Druckmesser 17 erfasste Lasergasdruck P im Laseroszillator 1 ein Sollgasdruck Pa ist, um die Rotation des Ventilators 7 zu steuern, und gleichzeitig wird ein Steuersignal an die Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 ausgegeben, sodass der Soll-Entladungsröhrenstrom RAa in den Entladungsröhren 11 bis 14 fließt. Die Laseroszillator-Steuereinheit 44 kann gleichzeitig die Energieversorgungseinheiten 21 bis 25 sowie ein Zuführventil 33, ein Abführventil 34 und eine Abführpumpe 36 steuern.
Auf diese Weise werden in der Einstelleinheit 43 der Sollgasdruck Pa und der Soll-Entladungsröhrenstrom RAa, die den Laseroszillator 1 betreiben können, gemäß dem geschätzten Zusammensetzungsverhältnis eingestellt, und in der Laseroszillator-Steuereinheit 44 werden der Gasdruck P und der Entladungsröhrenstrom RA auf den Sollgasdruck Pa beziehungsweise den Soll-Entladungsröhrenstrom RAa gesteuert. Demzufolge kann selbst dann, wenn sich das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas von einem vorgegebenen Zusammensetzungsverhältnis (dem Lieferanten vorgegebenes Zusammensetzungsverhältnis) unterscheidet, eine stabile Hochfrequenzentladung beibehalten werden und dadurch die Laserbearbeitung effizient fortgesetzt werden. Mit anderen Worten, wenn sich das Zusammensetzungsverhältnis von einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis unterscheidet, ist es schwierig, eine Hochfrequenzentladung durchzuführen, wenn der Lasergasdruck P oder der Entladungsröhrenstrom RA nicht geändert wird. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine stabile Hochfrequenzentladung durchgeführt werden und es kann ebenfalls durchgehend eine Laserbearbeitung durchgeführt werden, da der Lasergasdruck P und ein Entladungsröhrenstrom RA automatisch gemäß der geschätzten Zusammensetzung eingestellt werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann die folgende Wirkung erreicht werden.

(1) Ein Laseroszillator 1 umfasst einen Ventilator 7, der Lasergas zirkuliert, Entladungsröhren 11 bis 14, eine Energieversorgungseinheit 25, die den Ventilator 7 mit Energie versorgt, und Energieversorgungseinheiten 21 bis 24, die die Entladungsröhren 11 bis 14 mit Energie versorgen. Eine Lasergas-Schätzvorrichtung 100 umfasst einen Druckmesser 17, der einen Gasdruck P eines in dem Laseroszillator 1 eingeschlossenen Lasergases erfasst, und eine Schätzeinheit 41, die das Zusammensetzungsverhältnis basierend auf dem durch den Druckmesser 17 erfassten Gasdruck P schätzt. Auf diese Weise kann das Zusammensetzungsverhältnis ohne Verwendung einer Gaskomponentenanalyse oder dergleichen leicht nachvollzogen werden. Wenn ein Zusammensetzungsverhältnis von einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis abweicht, ist somit eine schnelle Reaktion möglich.
(2) Die Schätzeinheit 41 berechnet das einem erfassten Gasdruck P entsprechende Zusammensetzungsverhältnis unter Verwendung von Gleichungen (die oben erwähnten Formeln (II) bis (V)) bezüglich einer Ventilatorspannung TV, einem Ventilatorstrom TA, einer Entladungsröhrenspannung RV und einem Entladungsröhrenstrom RA, die das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases als Parameter verwenden und die eine Funktion eines Gasdrucks P sind. Durch Anwenden dieser Konfiguration kann das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases somit leicht geschätzt werden.
(3) Die Beziehungen eines Gasdrucks P, einer Ventilatorspannung TV, eines Ventilatorstroms TA, einer Entladungsröhrenspannung RV und eines Entladungsröhrenstroms RA in Bezug auf das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases werden vorab in einer Speichereinheit 42 gespeichert, und die Schätzeinheit 41 kann das dem erfassten Gasdruck P entsprechende Zusammensetzungsverhältnis unter Verwendung der gespeicherten Beziehungen schätzen. Durch Anwenden dieser Konfiguration kann das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases somit präzise geschätzt werden.
(4) Die Lasergas-Schätzvorrichtung 100 umfasst ferner eine Einstelleinheit 43, die gemäß einem in der Schätzeinheit 41 geschätzten Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases einen Sollgasdruck Pa des Lasergases, der den Laseroszillator 1 betreiben kann, und einen Soll-Entladungsröhrenstrom RAa entsprechend einem Ausgabebefehl des Laseroszillators 1 einstellt, und eine Laseroszillator-Steuereinheit 44, die die Energieversorgungseinheiten 21 bis 25 gemäß einem eingestellten Sollgasdruck Pa und einem eingestellten Soll-Entladungsröhrenstrom RAa steuert. Auf diese Weise werden selbst dann, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas von einem festgelegten Zusammensetzungsverhältnis abweicht, der Lasergasdruck P und der Entladungsröhrenstrom RA automatisch auf optimale Werte eingestellt, und die Laseroszillation kann stabil ausgeführt werden, wodurch eine Laserbearbeitung effizient ausgeführt wird.

(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben. 5 ist eine schematische Konfiguration einer Lasergas-Schätzvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerungskonfiguration der Lasergas-Schätzvorrichtung 100 darstellt. Es werden dieselben Bezugszeichen zugewiesen wie in den 1 und 2, und die folgende Beschreibung wird hauptsächlich bezüglich des Unterschieds zur ersten Ausführungsform erstellt.
Wie in 5 dargestellt ist eine Tankeinheit 351, in der Heliumgas gespeichert ist, über ein Stromkanal 311 als Heliumzuführstrecke mit dem Gasstromkanal 2 verbunden. Eine Tankeinheit 352, in der Stickstoffgas gespeichert ist, ist über einen Stromkanal 312 als Stickstoffzuführstrecke mit dem Gasstromkanal 2 verbunden. Eine Tankeinheit 353, in der Kohlendioxidgas gespeichert ist, ist über einen Stromkanal 313 als Kohlendioxidzuführstrecke mit dem Gasstromkanal 2 verbunden. An den Stromkanälen 311 bis 313 sind Zuführventile 331 bis 333 vorgesehen, deren Ventilöffnungsgrad abstimmbar ist. Das Zuführventil 331 funktioniert als Heliumgas-Abstimmeinheit, die die über den Stromkanal 311 zugeführte Menge an Heliumgas abstimmt. Das Zuführventil 332 funktioniert als Stickstoffgas-Abstimmeinheit, die die über den Stromkanal 312 zugeführte Menge an Stickstoffgas abstimmt. Das Zuführventil 333 funktioniert als Kohlendioxidgas-Abstimmeinheit, die die über den Stromkanal 313 zugeführte Menge an Kohlendioxidgas abstimmt. Das Heliumgas, Stickstoffgas und Kohlendioxidgas können jeweils unabhängig über die Zuführventile 331 bis 333 zum Stromkanal 2 geführt werden. Auf diese Weise kann das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas abgestimmt werden. Da durch Einsatz der Konfiguration von 5 ein Gemisch aus Heliumgas, Stickstoffgas und Kohlendioxidgas am Laseroszillator 1 erzeugt wird, ist es nicht erforderlich, separat einen Gasmischer vorzusehen, um ein Mischgas zu erzeugen. Die Konfiguration der Lasergas-Schätzvorrichtung 100 kann daher einfach ausgeführt werden.
Wie in 6 dargestellt, umfasst die Steuereinheit 40 eine Schätzeinheit 41, eine Speichereinheit 42 eine Einstelleinheit 43 und eine Laseroszillator-Steuereinheit 44 und umfasst ferner eine Durchflussmengen-Steuereinheit 45. Die Durchflussmengen-Steuereinheit 45 gibt ein Steuersignal an die Zuführventile 331 bis 333, an ein Abführventil 34 und an eine Abführpumpe 36 aus, und wenn sich während der Laseroszillation das an der Schätzeinheit 41 geschätzte Zusammensetzungsverhältnis von einem vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnis (Soll-Zusammensetzungsverhältnis) unterscheidet, korrigiert die Durchflussmengen-Steuereinheit den Unterschied. Wenn beispielsweise das geschätzte Zusammensetzungsverhältnis von Heliumgas größer als ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis ist und das geschätzte Zusammensetzungsverhältnis von Stickstoffgas kleiner als ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis ist, wird der Ventilöffnungsgrad des Zuführventils 332 erhöht (beispielweise ganz geöffnet) und der Ventilöffnungsgrad des Zuführventils 331 wird verringert (beispielsweise ganz geschlossen).
Wenn der durch den Druckmesser 17 erfasste Gasdruck P höher als ein vorbestimmter Sollgasdruck zur Zeit der Laseroszillation ist, wird der Ventilöffnungsgrad des Abführventils 34 erhöht (zum Beispiel ganz geöffnet) und gleichzeitig wird die Abführpumpe 36 angetrieben, um den Gasdruck P auf einen Sollgasdruck abzustimmen. Wenn im Gegensatz dazu der Gasdruck P niedriger als ein vorbestimmter Sollgasdruck ist, wird der Ventilöffnungsgrad verringert (zum Beispiel ganz geschlossen) und der Gasdruck P wird auf einen Sollgasdruck abgestimmt.
Wenn das Abführventil 34 ganz geschlossen ist, wird der Antrieb der Abführpumpe gestoppt und zur gleichen Zeit werden die Ventilöffnungsgrade der Zuführventile 331 bis 333 gleichzeitig erhöht, während das Verhältnis der Ventilöffnungsgrade der Zuführventile 331 bis 33 konstant gehalten wird. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Ventilöffnungsgrade der Zuführventile 331 bis 333 1:1:1 ist, werden drei Ventilöffnungsgrade gleichzeitig erhöht, während das Verhältnis 1:1:1 beibehalten wird. Wenn das Verhältnis der Ventilöffnungsgrade der Zuführventile 1:2:1 ist, werden drei Ventilöffnungsgrade gleichzeitig erhöht, während das Verhältnis 1:2:1 beibehalten wird. Wie oben erwähnt kann das Zusammensetzungsverhältnis während der Laseroszillation auf ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis abgestimmt werden und gleichzeitig kann der Gasdruck P auf einen Sollgasdruck abgestimmt werden. Wenn sich das Zusammensetzungsverhältnis von einem Soll-Zusammensetzungsverhältnis unterscheidet, wird somit das Zusammensetzungsverhältnis auf das Soll-Zusammensetzungsverhältnis korrigiert, wodurch der Laseroszillator 1 eine günstige Laseroszillation durchführen kann.
Wenn beispielsweise ein Befehl zum Starten der Wartung durch eine Eingabeeinheit 18 eingegeben wird, erhöht eine Durchflussmengen-Steuereinheit 45 den Gasdruck im Laseroszillator 1 auf einen atmosphärischen Druck. In diesem Fall öffnet die Durchflussmengen-Steuereinheit 45 das Zuführventil 332 und schließt die Zuführventile 331 und 333. Somit wird nur Stickstoffgas dem Gasstromkanal 2 zugeführt. Indem, wie oben erwähnt, dem Gasstromkanal 2 nur ein kostengünstiges Stickstoffgas zugeführt wird, wenn der Laseroszillator 1 beispielsweise während der Wartung nicht betrieben wird, können die laufenden Kosten reduziert werden. Da zur Zeit der Wartung keine Außenluft in den Gasstromkanal 2 eingeführt wird, kann Einschluss von Wasser oder Schmutz in einem Lasergasbehälter verhindert werden.
7 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel von 6 darstellt. Wie in 7 dargestellt ist ein Umschalter 19, der gegebenenfalls durch einen Bediener bedient wird, sowie ein Druckmesser 17 und eine Eingabeeinheit 18 mit der Steuereinheit 40 verbunden. Der Umschalter 19 ist ein Schalter, der ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases anordnet, und der auf drei Positionen schalten kann, welche eine Normalposition, eine Qualitätsvorrangposition und eine Kostenvorrangposition umfassen. Der Umschalter 19 funktioniert als eine Befehlseinheit, die ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases anordnet. Die Normalposition wird gewählt, wenn eine normale Laserbearbeitung ausgeführt wird. In diesem Fall wird beispielsweise ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas auf Kohlendioxidgas:Stickstoffgas:Heliumgas = 5:55:40 eingestellt.
Die Qualitätsvorrangposition wird gewählt, wenn der Qualität einer Schnittfläche der Laserbearbeitung Vorrang gegeben wird. Da eine hohe Heliumgaskonzentration eine glatte Schnittfläche erzeugt, wird in diesem Fall ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis beispielsweise auf Kohlendioxidgas:Stickstoffgas:Heliumgas = 5:25:70 eingestellt. Andererseits wird die Kostenvorrangposition gewählt, wenn den Kosten Vorrang gegeben wird. Heliumgas ist teurer als Kohlendioxidgas, und wenn die Konzentration von Heliumgas niedrig ist, können die Kosten reduziert werden. In diesem Fall wird deshalb das Soll-Zusammensetzungsverhältnis beispielsweise auf Kohlendioxidgas:Stickstoffgas:Heliumgas = 5:65:30 eingestellt. Indem das Zusammensetzungsverhältnis auf diese Weise durch den Umschalter 19 wählbar ist, kann eine Bearbeitung, die den Anforderungen eines Bedieners entspricht, leicht durchgeführt werden.
Obwohl in den obengenannten Ausführungsformen das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases geschätzt wird, das ein Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und ein Heliumgas als Hauptkomponenten umfasst, kann das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas, das mindestens eines aus einem Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und einem Heliumgas umfasst, in ähnlicher Weise geschätzt werden. Obwohl in den obengenannten Ausführungsformen der Gasdruck P von im Laseroszillator 1 eingeschlossenem Lasergas durch den Druckmesser 17 erfasst wird und gleichzeitig die Steuereinheit 40 selbst eine an dem Ventilator 7 angelegte Ventilatorspannung PV, einen dem Ventilator 7 zugeführten Ventilatorstrom PA, eine an die Entladungsröhren 11 bis 14 angelegte Entladungsröhrenspannung RV und einen an die Entladungsröhren 11 bis 14 zugeführten Entladungsröhrenstrom RA erfasst, ist die Konfiguration der Erfassungseinheit nicht darauf beschränkt. Die Erfassungseinheit kann eine Erfassungseinheit sein, die mindestens eines aus einem Gasdruck P, einer Ventilatorspannung PV, einem Ventilatorstrom PA, einer Entladungsröhrenspannung RV und einem Entladungsröhrenstrom RA erfasst.
Obwohl in der obengenannten Ausführungsform die Schätzeinheit 41 das einem erfassten Wert entsprechende Zusammensetzungsverhältnis berechnet, indem die Gleichungen (II) bis (V) bezüglich einer Ventilatorspannung PV, eines Ventilatorstroms PA, einer Entladungsröhrenspannung RV und einem Entladungsröhrenstrom RA verwendet werden, die das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases als einen Parameter verwenden und die eine Funktion des Gasdruckes P sind, kann das Zusammensetzungsverhältnis durch eine beliebige der Gleichungen berechnet werden. Obwohl in der obengenannten Ausführungsform die Beziehungen eines Gasdrucks P, einer Ventilatorspannung PV, eines Ventilatorstroms PA, einer Entladungsröhrenspannung RV und eines Entladungsröhrenstroms RA bezüglich des Zusammensetzungsverhältnisses eines Lasergases vorab in der Speichereinheit 42 gespeichert werden und die Schätzeinheit 41 ein einem erfassten Wert entsprechendes Zusammensetzungsverhältnis unter Verwendung der gespeicherten Beziehungen schätzt, wird eine Beziehung zwischen mindestens einem aus einem Gasdruck P, einer Ventilatorspannung PV, einem Ventilatorstrom PA, einer Entladungsröhrenspannung RV und einem Entladungsröhrenstrom RA bezüglich dem Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases vorab gespeichert, und das Zusammensetzungsverhältnis kann unter Verwendung der Beziehung geschätzt werden. Mit anderen Worten, wenn das Zusammensetzungsverhältnis basierend auf einem durch eine Erfassungseinheit erfassten Wert (beispielsweise einem Gasdruck P) geschätzt wird, kann die Konfiguration der Schätzeinheit 41 als eine Zusammensetzungsverhältnis-Schätzeinheit eine beliebige Konfiguration sein.
Obwohl in der obengenannten Ausführungsform die Einstelleinheit 43 einen Sollgasdruck Pa eines Lasergases, der den Laseroszillator 1 betreiben kann, und einen Soll-Entladungsröhrenstrom RA entsprechend einem Ausgabebefehl des Laseroszillators 1 gemäß dem Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases, das durch die Schätzeinheit 41 geschätzt wurde, einstellt, und in der Laseroszillator-Steuereinheit 44 die Energieversorgungseinheit 25 (eine Ventilator-Energieversorgungseinheit) und die Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 (Entladungsröhren-Energieversorgungseinheiten) gesteuert werden, sind die Konfigurationen der Einstelleinheit und der Laseroszillator-Steuereinheit nicht darauf beschränkt.
Obwohl in der obengenannten Ausführungsform (5) die Lasergas-Schätzvorrichtung 100 Stromkanäle 311 bis 313 (eine Heliumgas-Versorgungsstrecke, Stickstoffgas-Versorgungsstrecke und eine Kohlendioxidgas-Versorgungsstrecke), die Heliumgas, Stickstoffgas beziehungsweise Kohlendioxidgas an den Laseroszillator 1 zuführen, und Zuführventile 331 bis 333 (eine Heliumgas-Abstimmeinheit, eine Stickstoffgas-Abstimmeinheit und eine Kohlendioxid-Abstimmeinheit), die die über die Stromkanäle 311 bis 313 zugeführten Mengen an Heliumgas, Stickstoffgas beziehungsweise Kohlendioxidgas abstimmen, umfasst, und die Zuführventile 331 bis 333 derart steuert, dass das Zusammensetzungsverhältnis eines Lasergases in dem Laseroszillator 1 ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis (Soll-Zusammensetzungsverhältnis) gemäß einem durch die Schätzeinheit 41 geschätzten Zusammensetzungsverhältnis ist, ist die Konfiguration der Durchflussmengen-Steuereinheit nicht darauf beschränkt.
Obwohl in der obengenannten Ausführungsform in Fällen, in denen der Gasdruck P im Laseroszillator 1 auf einem vorbestimmten Druck erhöht wird, wenn der Laseroszillator 1 beispielsweise während einer Wartung nicht betrieben wird, die Zuführventile 331 bis 333 derart gesteuert werden, dass nur Stickstoffgas in den Laseroszillator 1 zugeführt wird, können andere Gase zugeführt werden. Obwohl in der obengenannten Ausführungsform (7) durch einen Benutzer durch Bedienung des Umschalters 19 ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis gewählt werden kann, ist die Konfiguration einer Befehlseinheit, die ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas anordnet, nicht darauf beschränkt. Ein Benutzer kann beispielsweise den Wert eines Soll-Zusammensetzungsverhältnisses direkt eingeben. In diesem Fall ist die Konfiguration einer Durchflussmengen-Steuereinheit nicht auf die oben genannten Konfigurationen beschränkt, vorausgesetzt, dass die Zuführventile 331 bis 333 derart gesteuert werden, dass das Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas im Laseroszillator 1 ein durch die Befehlseinheit angeordnetes Soll-Zusammensetzungsverhältnis ist, das einem durch die Schätzeinheit 41 geschätzten Zusammensetzungsverhältnis entspricht.
Obwohl in der obengenannten Ausführungsform der Laseroszillator 1, der das Lasergas einschließt und den Ventilator 7, der der das Lasergas zirkuliert, die Entladungsröhren 11 bis 14, die Energieversorgungseinheit 25 (eine Ventilator-Energieversorgungseinheit), die dem Ventilator 7 Energie zuführt, und die Energieversorgungseinheiten 21 bis 24 (Entladungsröhren-Energieversorgungseinheiten), die den Entladungsröhren 11 bis 14 Energie zuführen, umfasst, ist die Konfiguration des Laseroszillators nicht darauf beschränkt. Die Anzahl von Entladungsröhren oder Entladungsröhren-Energieversorgungseinheiten kann eine andere Anzahl als vier (zum Beispiel zwei) sein. Obwohl in der obengenannten Ausführungsform ein im Laseroszillator 1 erzeugtes Laserlicht zur Laserbearbeitung verwendet wird, kann das Laserlicht für andere Anwendungen eingesetzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest eines aus dem Gasdruck von Lasergas, der Ventilatorspannung, dem Ventilatorstrom, der Entladungsröhrenspannung und dem Entladungsröhrenstrom erfasst, und das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases wird basierend auf dem erfassten Wert geschätzt, und somit kann das Zusammensetzungsverhältnis leicht nachvollzogen werden, ohne einen Gaskomponentenanalysator zu verwenden.
Die obenstehende Beschreibung dient ausschließlich Zwecken der Erläuterung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obengenannten Ausführungsformen und modifizierte Beispiele beschränkt, vorausgesetzt, dass die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind. Komponenten der obengenannten Ausführungsform und der modifizierten Beispiele umfassen solche, die ersetzt werden können und die offensichtlich ersetzt werden, während die Bezeichnung der Erfindung erhalten bleibt. Mit anderen Worten, andere Ausführungsformen, die im Rahmen der technischen Ideen der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden können, fallen ebenfalls in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Die obengenannte Ausführungsform und mindestens eines der modifizierten Beispiele können wahlweise kombiniert werden.

Claims

Lasergas-Schätzvorrichtung (100), die ein Zusammensetzungsverhältnis von Lasergas schätzt, das hauptsächlich aus einem oder mehreren der Gaskomponenten Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas besteht, wobei die Lasergas-Schätzvorrichtung umfasst: einen Laseroszillator (1), der das Lasergas einschließt und einen Ventilator (7), der das Lasergas zirkuliert, eine Entladungsröhre (11 bis 14), eine Ventilator-Energieversorgungseinheit (25), die dem Ventilator (7) Energie zuführt, und eine Entladungsröhren-Versorgungseinheit (21 bis 24), die der Entladungsröhre (11 bis 14) Energie zuführt, umfasst; eine Erfassungseinheit (17, 40), die einen Gasdruck des in dem Laseroszillator (1) eingeschlossenen Gases, eine am Ventilator (7) anliegende Ventilatorspannung, einen am Ventilator (7) anliegenden Ventilatorstrom, eine an der Entladungsröhre (11 bis 14) anliegende Entladungsröhrenspannung und einen an der Entladungsröhre (11 bis 14) anliegenden Entladungsröhrenstrom erfasst, wobei die Ventilatorspannung, die an den Ventilator (7) angelegt wird, der Ventilatorstrom, der dem Ventilator (7) zugeführt wird, die Entladungsröhrenspannung, die an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegt wird, und der Entladungsröhrenstrom, der der Entladungsröhre (11 bis 14) zugeführt ist, eine Funktion des Gasdrucks des Lasergases ist, und eine Zusammensetzungsverhältnis-Schätzeinheit (41), die das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases basierend auf den durch die Erfassungseinheit (17, 40) erfassten Werten unter Verwendung von wenigstens drei der folgenden Gleichungen schätzt: - einer Gleichung, in der das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases als ein Parameter verwendet wird und die Summe der Parameter 100 % beträgt, wobei die Gleichung lautet: $X1 (%) + X2 (%) + X3 (%) = 100 (%),$
wobei X1, X2 und X3 jeweils den prozentualen Volumenanteil der Gaskomponenten des Lasergases, Kohlendioxidgas, Stickstoffgas und Heliumgas, bezeichnen; - einer Gleichung, die eine Beziehung zwischen der Ventilatorspannung entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten des Lasergases und der Ventilatorspannung wiedergibt, die an den Ventilator (7) angelegt wird, wobei die Gleichung lautet: $TV1 \times X1 + TV2 \times X2 + TV 3 \times X 3 = TV0,$
wobei TV0 die angelegte Ventilatorspannung und TV1, TV2, TV3 den Gaskomponenten entsprechende Ventilatorspannungen sind; - einer Gleichung, die eine Beziehung zwischen dem Ventilatorstrom entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und dem dem Ventilator (7) zugeführten Strom wiedergibt, wobei die Gleichung lautet: $TA1 \times X1 + TA2 \times X2 + TA 3 \times X 3 = TA0,$
wobei TA0 der im Ventilator (7) fließende Ventilatorstrom ist und TA1, TA2, TA3 den Gaskomponenten entsprechende Ventilatorströme sind; - einer Gleichung, die ein Verhältnis zwischen der Entladungsröhrenspannung entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und der an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegten Entladungsröhrenspannung wiedergibt, während einer Zeit, wenn eine Entladung durchgeführt wird, wobei die Gleichung lautet: $RV1 \times X1 + RV2 \times X2 + RV 3 \times X 3 = RV0,$
wobei RV0 die an die Entladungsröhre (11 bis 14) angelegte Entladungsröhrenspannung ist und RV1, RV2, RV3 den Gaskomponenten entsprechende Entladungsröhrenspannungen sind; und - einer Gleichung, die ein Verhältnis zwischen dem Entladungsröhrenstrom entsprechend den jeweiligen Gaskomponenten und dem Entladungsröhrenstrom wiedergibt, der der Entladungsröhre (11 bis 14) während einer Zeit zugeführt wird, wenn eine Entladung durchgeführt wird, wobei die Gleichung lautet: $RA1 \times X1 + RA2 \times X2 + RA 3 \times X 3 = RA0,$
wobei RA0 der der Entladungsröhre (11 bis 14) zugeführte Entladungsröhrenstrom ist und RA1, RA2, RA3 die den Gaskomponenten entsprechende Entladungsröhrenströme sind.
Lasergas-Schätzvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Einstelleinheit (43), die gemäß dem in der Zusammensetzungsverhältnis-Schätzeinheit (41) geschätzten Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases einen Sollgasdruck des Lasergases, der den Laseroszillator (1) betreiben kann, und einen Soll-Entladungsröhrenstrom entsprechend einem Ausgabebefehls des Laseroszillators (1) einstellt; und eine Laseroszillator-Steuereinheit (44), die die Ventilator-Energieversorgungseinheit (25) und die Entladungsröhren-Energieversorgungseinheit (21 bis 24) gemäß dem durch die Einstelleinheit (43) eingestellten Sollgasdruck und dem Soll-Entladungsröhrenstrom steuert.
Lasergas-Schätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Kohlendioxidgas-Zuführstrecke (313), die dem Laseroszillator (1) Kohlendioxid zuführt; eine Stickstoffgas-Zuführstrecke (312), die dem Laseroszillator (1) Stickstoff zuführt; eine Heliumgas-Zuführstrecke (311), die dem Laseroszillator (1) Heliumgas zuführt; eine Kohlendioxidgas-Abstimmeinheit (333), die eine über die Kohlendioxidgas-Zuführstrecke (313) zugeführte Menge an Kohlendioxidgas abstimmt; eine Stickstoffgas-Abstimmeinheit (332), die eine über die Stickstoffgas-Zuführstrecke (312) zugeführte Menge an Stickstoffgas abstimmt; eine Heliumgas-Abstimmeinheit (331), die eine über die Heliumgas-Zuführstrecke (311) zugeführte Menge an Heliumgas abstimmt; und eine Durchflussmengen-Steuereinheit (45), die die Kohlendioxidgas-Abstimmeinheit (333), die Stickstoffgas-Abstimmeinheit (332) und die Heliumgas-Abstimmeinheit (331) derart steuert, dass das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases im Laseroszillator (1) ein vorbestimmtes Zusammensetzungsverhältnis gemäß dem durch die Zusammensetzungsverhältnis-Schätzeinheit (41) geschätzten Zusammensetzungsverhältnis ist.
Lasergas-Schätzvorrichtung nach Anspruch 3, ferner eine Befehlseinheit (19) umfassend, die ein Soll-Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases anordnet, wobei die Durchflussmengen-Steuereinheit (45) die Kohlendioxidgas-Abstimmeinheit (333), die Stickstoffgas-Abstimmeinheit (332) und die Heliumgas-Abstimmeinheit (331) derart steuert, dass das Zusammensetzungsverhältnis des Lasergases im Laseroszillator (1) das durch die Befehlseinheit (19) angeordnete Soll-Zusammensetzungsverhältnis gemäß dem durch die Schätzeinheit (41) geschätzten Zusammensetzungsverhältnis ist.