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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gaslaseroszillator, der Laserlicht unter Verwendung von Lasergas als ein Medium oszilliert.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Beim Durchführen einer Laseroszillation in einem Gaslaseroszillator, der in einer Laserbearbeitungsmaschine installiert ist, wird der Druck von Lasergas bis zu einem vorbestimmten Betrag gesteuert. Wenn ein Gasdruck in einem Gasbehälter schwankt, schwanken auch die Beträge einer Spannung und einer Stromstärke zum Anregen des Lasergases, was zur Folge hat, dass sich eine Laserlichtabgabe verändert. Um eine stabile Laserlichtabgabe zu erreichen, ist daher ein Steuern von Lasergasdruck mit einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Genauigkeit notwendig.
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Der Gasdruck in dem Gasbehälter wird gesteuert durch ein Einstellen einer Menge an Lasergas, die in den Gasbehälter zugeführt wird, und einer Menge an Lasergas, die von dem Gasbehälter ausgelassen wird. Die Dokumente
JP 2013-042000 A und
JP H05-226731 A offenbaren beispielsweise einen Gaslaseroszillator, der derart ausgebildet ist, dass ein Steuerventil an einer Lasergaszuführeinheit oder einer Lasergasauslasseinheit zum Zuführen oder Auslassen einer konstanten Menge an Lasergas vorgesehen ist.
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Um die Genauigkeit des Gasdrucksteuerns zu verbessern, ist es jedoch notwendig, während eines kurzen Zeitraums wiederholt ein Zuführen und ein Auslassen a Lasergas durchzuführen, was zu einem Anstieg der Verbrauchsmenge des Lasergases führt, wodurch die Betriebskosten des Gaslaseroszillators erhöht werden. Die Dokumente
JP 2013-026302 A ,
JP H01-179479 A ,
JP H03-166784 A und
JP H01-179479 A offenbaren eine Technik zum Steuern einer Verbrauchsmenge an Lasergas, unter Verwendung von Erfassungsmitteln zum Erfassen einer Zuführmenge an Lasergas und einer Auslassmenge an Lasergas. Derartige Gaslaseroszillatoren müssen jedoch mit zusätzlichen Erfassungsmitteln versehen werden, was die Kosten erhöht.
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Es besteht daher ein Bedarf an einem kostengünstigen Gaslaseroszillator, der ein Gasdrucksteuern mit einer hohen Geschwindigkeit und einer hoher Genauigkeit ausführen kann und ferner die Verbrauchsmenge an Lasergas steuern kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Gaslaseroszillator bereitgestellt, der umfasst: einen Gasbehälter zum Aufnehmen eines Lasergases; einen ersten Sensor zum Erfassen eines Lasergasdrucks in dem Gasbehälter; eine Gaszuführquelle zum Zuführen des Lasergases in den Gasbehälter; eine Unterdruckpumpe zum Auslassen des Lasergases aus dem Gasbehälter; ein erstes Steuerventil, das dazu eingerichtet ist, durch Einstellen einer Öffnung des ersten Steuerventils eine in den Gasbehälter zugeführte Zuführmenge an Lasergas zu steuern; ein zweites Steuerventil, das dazu eingerichtet ist, durch Einstellen einer Öffnung des zweiten Steuerventils eine aus dem Gasbehälter ausgelassene Auslassmenge an Lasergas zu steuern; und eine Steuereinheit zum Steuern der jeweiligen Öffnungen des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils, wobei die Steuereinheit umfasst: eine erste Speichereinheit zum Speichern von Daten, die eine Beziehung zwischen dem Lasergasdruck in dem Gasbehälter, der Öffnung des zweiten Steuerventils und der Auslassmenge des Lasergases angeben; eine Gasdrucksteuereinheit zum Steuern der jeweiligen Öffnungen des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils, sodass sich der Gasdruck in dem Gasbehälter einem Referenzgasdruck annähert; und eine Gasverbrauchsmengensteuereinheit zum Steuern der jeweiligen Öffnungen des ersten Steuerventils und des zweiten Steuerventils, sodass sich die Auslassmenge des Lasergases an eine Sollverbrauchsmenge annähert.
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Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst der Gaslaseroszillator gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ferner: eine Energieversorgung zum Bereitstellen von Anregungsenergie für das Lasergas in dem Gasbehälter; und einen zweiten Sensor zum Erfassen einer von der Energieversorgung bereitgestellten Spannung oder Stromstärke, wobei die Steuereinheit ferner umfasst: eine zweite Speichereinheit zum Speichern einer Referenzspannung oder einer Referenzstromstärke; eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der von dem zweiten Sensor erfassten Spannung oder Stromstärke mit der Referenzspannung oder der Referenzstromstärke; und eine Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit zum Einstellen der Sollverbrauchsmenge basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs durch die Vergleichseinheit.
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Gemäß einem dritten Erfindungsaspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst die Steuereinheit in dem Gaslaseroszillator gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ferner eine Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit zum Einstellen der Sollverbrauchsmenge abhängig von einem Betriebszustand des Gaslaseroszillators.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen weiter ersichtlich, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung eines Gaslaseroszillators gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
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2 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuereinheit in der ersten Ausführungsform;
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3 ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung eines Gaslaseroszillators gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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4 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuereinheit in der zweiten Ausführungsform;
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5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Zuführmenge an Lasergas, einer Auslassmenge an Lasergas und einem Lasergasdruck zeigt;
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6A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Spannungseingang an ein Zuführsteuerventil und einer Zuführmenge an Lasergas zeigt;
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6B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Spannungseingang an einem Auslasssteuerventil und einer Auslassmenge an Lasergas zeigt;
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7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Lasergasdruck, einer Öffnen des Auslasssteuerventils, und einer Auslassmenge an Lasergas zeigt; und
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8 ist eine Tabelle, die beispielhaft eine Weise zeigt, in der das Zuführsteuerventil und das Auslasssteuerventil gesteuert werden.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder einander entsprechenden Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 stellt eine beispielhafte Anordnung eines Gaslaseroszillators 10 gemäß einer ersten Ausführungsform dar. Der Gaslaseroszillator 10 wird zum Beispiel in einer Laserbearbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Schneiden eines Werkstücks, wie beispielsweise Blech, genutzt. Der Gaslaseroszillator 10 umfasst einen Gasbehälter 12, einen Gasdrucksensor 14, eine Energieversorgung 16 und eine Steuereinheit 30.
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Der Gasbehälter 12 nimmt Lasergas auf, welches als ein Medium beim Oszillieren von Laserlicht dient. Das Lasergas ist zum Beispiel ein gemischtes Gas, das Kohlendioxid, Stickstoff, Helium und Ähnliches in einem vorbestimmten Mischverhältnis umfasst. Der Gasbehälter 12 nimmt Lasergas bei einem Druck (Manometer-Druck) von beispielsweise –100 kPa bis –70 kPa auf.
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Mit dem Gasbehälter 12 ist eine austauschbare Gaszuführquelle 18 mittels eines Zuführsteuerventils 22 verbunden. Die Gaszuführquelle 18 kann in Form eines lasergasenthaltenden Zylinders oder Ähnlichem ausgebildet sein. Eine Unterdruckpumpe 20 ist ebenfalls mit dem Gasbehälter 12 mittels eines Auslasssteuerventils 24 verbunden. Die Unterdruckpumpe 20 erzeugt einen Unterdruck, um Lasergas aus dem Gasbehälter 12 auszulassen.
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Das Zuführsteuerventil 22 steuert eine Menge an Lasergas, die in den Gasbehälter 12 von der Gaszuführquelle 18 zugeführt wird, durch Einstellen der Öffnung des Zuführsteuerventils 22. Das Auslasssteuerventil 24 steuert eine Menge an Lasergas, die von dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird, durch Einstellen der Öffnung des Auslasssteuerventils 24. Die jeweiligen Öffnungen des Zuführsteuerventils 22 und des Auslasssteuerventils 24 werden durch die Steuereinheit 30 gesteuert. Das Zuführsteuerventil 22 und das Auslasssteuerventil 24 sind zum Beispiel bekannte Magnetsteuerventile, deren Öffnungen in Reaktion auf eine Eingangsspannung oder -stromstärke einstellbar sind. Die Öffnungen des Zuführsteuerventils 22 und des Auslasssteuerventils 24 sind vorzugsweise im Wesentlichen kontinuierlich einstellbar, sodass eine Zuführmenge und eine Auslassmenge an Lasergas mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden können.
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Das Lasergas in dem Gasbehälter 12 wird gesteuert, um einen vorbestimmten Druck (der im Folgenden als „Referenzgasdruck” bezeichnet werden kann) aufrechtzuerhalten, um sicherzustellen, dass eine elektrische Entladung stabil auftritt, wenn ein vorbestimmter Betrag an elektrischer Energie angelegt wird. Der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 wird gesteuert durch Einstellen der jeweiligen Menge an Lasergas, die in den Gasbehälter 12 zugeführt wird, und der Menge an Lasergas, die aus dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird. Wenn zum Beispiel die Menge an Lasergas, die in den Gasbehälter 12 zugeführt wird, die Menge an Lasergas übersteigt, die von dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird, steigt der Lasergasdruck an. Umgekehrt wird der Lasergasdruck reduziert, wenn die Menge an Lasergas, die aus dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird, die Menge an Lasergas übersteigt, die in den Gasbehälter 12 zugeführt wird.
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5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Zuführmenge an Lasergas, der Auslassmenge an Lasergas und dem Lasergasdruck zeigt. Die horizontale Achse des Graphs stellt die Zuführmenge an Lasergas dar und die vertikale Achse des Graphs stellt die Auslassmenge an Lasergas dar. Eine gerade Linie L1 in dem Graphen zeigt eine Bedingung an, unter der der Lasergasdruck auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Mit anderen Worten, wenn die Zuführmenge an Lasergas der Auslassmenge an Lasergas gleich ist, wird der Lasergasdruck auf einem konstanten Niveau gehalten.
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In einem Bereich R1 auf einer rechten Seite der geraden Linie L1 übersteigt die Zuführmenge an Lasergas die Auslassmenge an Lasergas. Demnach steigt der Druck in dem Gasbehälter 12 im Bereich des Bereichs R1 an. Auf der anderen Seite ist die Zuführmenge an Lasergas in einem Bereich R2 auf einer linken Seite der geraden Linie L1 unterhalb der Auslassmenge an Lasergas, sodass sich der Druck in dem Gasbehälter 12 reduziert.
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„A1” und „B1” in 5 stellen eine jeweilige Zuführmenge und Auslassmenge an Lasergas dar, die einem Sollwert einer Verbrauchsmenge an Lasergas (die im Folgenden als „Sollverbrauchsmenge” bezeichnet werden kann) entspricht. Des Weiteren bezeichnet die „Verbrauchsmenge an Lasergas” eine Menge an Lasergas, die pro Zeiteinheit in dem Gaslaseroszillator 10 verbraucht worden ist. Wenn zum Beispiel der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 auf einem konstanten Niveau gehalten wird, ist die Verbrauchsmenge des Lasergases gleich einer entsprechenden Menge an Lasergas, die in den Gasbehälter 12 pro Zeiteinheit zugeführt worden ist und einer entsprechenden Menge des Lasergases, die aus dem Gasbehälter 12 pro Zeiteinheit ausgelassen worden ist. In der vorliegenden Beschreibung wird die Auslassmenge an Lasergas als Verbrauchsmenge an Lasergas angesehen.
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Unter erneutem Bezug auf 1 ist zu erkennen, dass der Gasdrucksensor 14 den Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 erfasst. Ein Erfassungswert, der von dem Gasdrucksensor 14 erfasst worden ist, wird in die Steuereinheit 30 eingelesen und dazu verwendet, den Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 zu steuern.
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Die Energieversorgung 16 führt einer Entladungselektrode zum elektrischen Entladen elektrische Energie zu. Die elektrische Energie stellt Anregungsenergie zum Anregen des Lasergases in dem Gasbehälter 12 bereit und bewirkt ein elektrisches Entladen in dem Gasbehälter 12. Das Lasergas in dem Gasbehälter 12 wird durch die elektrische Entladung angeregt Licht zu erzeugen. Das erzeugte Licht wird durch einen Resonator verstärkt, der in der Zeichnung nicht gezeigt ist, und anschließend als Laserlicht von dem Gaslaseroszillator 10 abgegeben. Die Energieversorgung 16 weist eine bekannte Anordnung auf. Beispielsweise umfasst die Energieversorgung 16 eine Energieversorgungseinheit zum Abgeben einer Gleichspannung in Reaktion auf ein Steuersignal von der Steuereinheit 30, und eine Abgleicheinheit zum Abgleichen von Impedanz zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite und Anlegen einer Spannung an die Entladungselektrode in Reaktion auf die Gleichspannung, die von der Energieversorgungseinheit abgegeben worden ist.
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Die Steuereinheit 30 ist ein digitaler Computer, der umfasst: eine CPU (Prozessor), einen ROM (Festwertspeicher), einen RAM (Arbeitsspeicher) und Schnittstellen, die Daten und Signale zu externen Vorrichtungen übertragen und von externen Vorrichtungen empfangen können, wie beispielsweise eine Eingabeeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung. 2 ist ein funktionales Blockdiagramm der Steuereinheit 30. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, umfasst die Steuereinheit 30 eine Gasdruckerfassungseinheit 31, eine Speichereinheit 32, eine Gasdrucksteuereinheit 33, eine Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 und eine Gasverbrauchsmengensteuereinheit 35.
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Die Gasdruckerfassungseinheit 31 erfasst einen Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 durch den Gasdrucksensor 14. Der durch die Gasdruckerfassungseinheit 31 erfasste Lasergasdruck wird in die Gasdrucksteuereinheit 33 eingelesen.
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Die Speichereinheit 32 speichert einen Referenzgasdruck, der ein Steuersollwert für den Lasergasdruck ist. Die Steuereinheit 32 speichert zudem Daten, die eine Beziehung angeben zwischen dem Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12, der Öffnung des Auslasssteuerventils 24 und einer Auslassmenge an Lasergas, das durch das Auslasssteuerventil 24 ausgelassen worden ist (im Folgenden können die Daten als ”Beziehungsdaten” bezeichnet werden).
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6A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der an das Zuführsteuerventil 22 angelegten Spannung und der Zuführmenge an Lasergas zeigt. 6B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der an das Auslasssteuerventil 24 angelegten Spannung und der Auslassmenge an Lasergas zeigt. Wie zuvor beschrieben wurde, werden die Öffnungen des Zuführsteuerventils 22 und des Auslasssteuerventils 24 gemäß der Eingabespannung oder der Eingabestromstärke eingestellt. Die 6A und 6B zeigen eine Beziehung zwischen der Eingabespannung und der Zuführmenge an Lasergas und eine Beziehung zwischen der Eingabespannung und der Auslassmenge an Lasergas an. Es wird die gleiche Beziehung zwischen der Eingabestromstärke und der Zuführmenge an Lasergas und zwischen der Eingabestromstärke und der Auslassmenge an Lasergas eingerichtet.
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Wie in den 6A und 6B dargestellt ist, steigen die Zuführmenge an Lasergas und die Auslassmenge an Lasergas an, wenn die Eingabespannungen V1 und V2 ansteigen, sobald die Eingabespannungen eine Offsetspannung V0 oder V0' übersteigt. Die Offsetspannungen V0 und V0' ändern sich, abhängig von jeweiligen individuellen Unterschieden zwischen dem Zuführsteuerventil 22 und dem Auslasssteuerventil 24. In dem Gaslaseroszillator 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Beziehung zwischen dem Lasergasdruck, der an das Auslasssteuerventil 24 angelegten Eingangsspannung V2 und der Auslassmenge an Lasergas durch Experimente vorbestimmt worden. Eine Eingangsspannung ”VA” in 6A und eine Eingangsspannung ”VB” in 6B stellen jeweils eine Eingangsspannung dar, die zu einer Sollverbrauchsmenge korrespondiert.
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7 zeigt eine Beziehung zwischen dem Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12, der Öffnung des Auslasssteuerventils 24 und der Auslassmenge an Lasergas an. ”40%”, ”60%”, ”80%” und ”100%” zeigen in dem Graphen jeweils die Öffnungsweiten des Auslasssteuerventils 24 an. Auf diese Weise wird die Auslassmenge an Lasergas unter Berücksichtigung des Lasergasdrucks und der Öffnung des Auslasssteuerventils 24 ermittelt, und die Beziehung zwischen diesen wird in der Speichereinheit 32 gespeichert.
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Unter erneutem Bezug auf 2 ist zu erkennen, dass die Gasdrucksteuereinheit 33 eine Spannung oder eine Stromstärke steuert, die an das Zuführsteuerventil 22 und das Auslasssteuerventil 24 angelegt ist, sodass der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12, der von der Gasdruckerfassungseinheit 31 erfasst worden ist, sich dem Referenzgasdruck annähert, der in der Speichereinheit 32 gespeichert ist (sodass dieser in einen vorbestimmten Bereich um den Referenzgasdruck fällt). Wenn beispielsweise der erfasste Lasergasdruck geringer als der Referenzgasdruck ist, vergrößert die Gasdrucksteuereinheit 33 die Öffnung des Zuführsteuerventils 22 oder verringert die Öffnung des Auslasssteuerventils 24 oder führt gleichzeitig beides von diesen durch, sodass der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 ansteigt.
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Die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 stellt eine Sollverbrauchsmenge des Lasergases ein. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird die Sollverbrauchsmenge auf einen konstanten Wert eingestellt. Beispielsweise wird die Sollverbrauchsmenge derart eingestellt, dass ein Einfluss aufgrund von einer Verschlechterung des Lasergases im Wesentlichen verhindert wird. Die ”Verschlechterung des Lasergases” beschreibt zum Beispiel einen Zustand, bei dem das Lasergas in dem Gasbehälter 12 seine Eigenschaften ändert. Die ”Verschlechterung des Lasergases” kann beispielsweise als ein Ergebnis von elektrolytischer Dissoziation von Molekülen von das Lasergas bildenden Stoffen auftreten (z. B. Stickstoffmoleküle oder Kohlendioxid-Moleküle), aufgrund von elektrischer Entladung in dem Gasbehälter 12. Wenn eine große Anzahl an Molekülen, die das Lasergas bilden, elektrolytisch dissoziiert wird, kann das Lasergas keine Anregungsenergie mehr ansammeln, wodurch die Abgabe von Laserlicht reduziert wird. Daher ist der Gaslaseroszillator 10 derart eingerichtet, dass eine Sollverbrauchsmenge (zum Beispiel 8 bis 12 Liter pro Stunde) des Lasergases aus dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird, um das Lasergas auszutauschen, das geänderte Eigenschaften aufweist.
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Die Gasverbrauchsmengensteuereinheit 35 steuert die Öffnungen des Zuführsteuerventils 22 und des Auslasssteuerventils 24, sodass sich die Auslassmenge an Lasergas einer Sollverbrauchsmenge annähert. Die Auslassmenge an Lasergas wird ermittelt aus dem Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 und der Öffnung des Auslasssteuerventils 24, basierend auf den in der Speichereinheit 32 gespeicherten Beziehungsdaten.
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Folglich steuern in dem Gaslaseroszillator 10 gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform beide der Gasdrucksteuereinheit 33 und der Gasverbrauchsmengensteuereinheit 35 die jeweiligen Öffnungen des Zuführsteuerventils 22 und des Auslasssteuerventils 24. 8 ist eine Tabelle, die eine bespielhafte Weise zeigt, auf die das Zuführsteuerventil 22 und das Auslasssteuerventil 24 gesteuert werden. Wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, wird in der hier beschriebenen Ausführungsform die Auslassmenge an Lasergas auf eine Sollverbrauchsmenge hin gesteuert, während der Lasergasdruck auf einen Referenzgasdruck hin gesteuert wird.
- (a) Wenn der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 höher als der Referenzgasdruck ist:
In diesem Fall wird die Eingangsspannung V2 an dem Auslasssteuerventil 24 erhöht, wodurch die Auslassmenge an Lasergas erhöht wird. Wenn die Auslassmenge an Lasergas größer als die Sollverbrauchsmenge ist, wird die Eingangsspannung V1 an dem Zuführsteuerventil 22 reduziert.
- (b) Wenn der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 geringer als der Referenzgasdruck ist:
In diesem Fall wird die Eingangsspannung V1 an dem Zuführsteuerventil erhöht, wodurch die Zuführmenge an Lasergas erhöht wird. Wenn die Auslassmenge an Lasergas größer ist als die Sollverbrauchsmenge, wird die Eingangsspannung V2 an dem Auslasssteuerventil 24 reduziert.
- (c) Wenn der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 gleich dem Referenzgasdruck ist und die Auslassmenge an Lasergas größer als die Sollverbrauchsmenge ist:
In diesem Fall werden jeweils die Eingangsspannung V1 an dem Zuführsteuerventil 22 und die Eingangsspannung V2 an dem Auslasssteuerventil 24 reduziert.
- (d) Wenn der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 gleich dem Referenzgasdruck ist und die Auslassmenge an Lasergas geringer als die Sollverbrauchsmenge ist:
In diesem Fall werden jeweils die Eingangsspannung V1 an dem Zuführsteuerventil 22 und die Eingangsspannung V2 an dem Auslasssteuerventil 24 erhöht.
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Es ist anzumerken, dass der Fall, bei dem ”der Lasergasdruck gleich dem Referenzgasdruck ist”, ebenfalls einen Fall beinhaltet, bei dem ein von der Gasdruckerfassungseinheit 31 erfasster Lasergasdruck in einem vorbestimmten Bereich um den Referenzgasdruck liegt.
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Der Gaslaseroszillator 10 gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform weist die folgenden Wirkungen auf:
- (1) Das Zuführsteuerventil 22 und das Auslasssteuerventil 24 sind dafür vorgesehen, jeweils eine Zuführmenge an Lasergas und eine Auslassmenge an Lasergas zu steuern. Demnach kann ein Lasergasdruck schnell auf einen Referenzgasdruck eingestellt werden, wenn der Lasergasdruck in dem Gasbehälter 12 von dem Referenzgasdruck abweicht. Wenn zum Beispiel der Lasergasdruck höher als der Referenzgasdruck ist, kann die Öffnung des Zuführsteuerventils 22 verringert werden und die Öffnung des Auslasssteuerventils 24 kann vergrößert werden. Mit anderen Worten können beide der Zuführmenge und der Auslassmenge an Lasergas eingestellt werden, um den Lasergasdruck einzustellen.
- (2) Die Speichereinheit 32 speichert im Vorhinein die Beziehung zwischen der Öffnung des Auslasssteuerventils 24, dem Lasergasdruck und der Auslassmenge an Lasergas (d. h. die Verbrauchsmenge an Lasergas). Demnach kann die Verbrauchsmenge an Lasergas erfasst werden, ohne einen Sensor zum Erfassen der Zuführmenge und der Auslassmenge an Lasergas zu verwenden. Somit kann ein kostengünstiger Gaslaseroszillator bereitgestellt werden.
- (3) Basierend auf den Beziehungsdaten kann die Auslassmenge an Lasergas aus dem Lasergasdruck und der Öffnung des Auslasssteuerventils 24 ermittelt werden. Somit kann der Lasergasdruck gesteuert werden und, zur gleichen Zeit, kann die Verbrauchsmenge an Lasergas gesteuert werden.
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In der ersten Ausführungsform stellt die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 die Sollverbrauchsmenge auf einen konstanten Wert ein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 jedoch dazu eingerichtet sein, die Sollverbrauchsmenge gemäß einem Betriebszustand des Gaslaseroszillators 10 einzustellen. Wenn zum Beispiel der Gaslaseroszillator 10 einen geringen Betriebsgrad aufweist, beispielsweise wenn der Gaslaseroszillator 10 in einem Bereitschaftszustand (Stand-By-Zustand) ist, kann angenommen werden, dass ein Zerfall von Lasergas kaum auftritt. Damit ist der Einfluss auf die Leistung des Gaslaseroszillators 10 aufgrund von einer Verschlechterung des Lasergases begrenzt, sodass eine geringe Menge an Lasergas, die von dem Gasbehälter 12 ausgelassen wird, ausreichend sein kann.
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Wenn zum Beispiel der Betriebsgrad des Gaslaseroszillators 10 bei 100% liegt, stellt die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 die Sollverbrauchsmenge des Lasergases auf einen Wert in einem Bereich von 8–12 Litern pro Stunde ein. Wenn der Betriebsgrad des Gaslaseroszillators 10 andererseits bei 0% liegt, stellt die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 die Sollverbrauchsmenge des Lasergases auf einen Wert in einem Bereich von 3–7 Litern pro Stunde ein.
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Die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 kann ferner dazu eingerichtet sein, die Sollverbrauchsmenge auf einen geringeren Wert einzustellen, wenn das Zuführen und das Abschalten der Anregungsenergie von der Energieversorgung 16 häufig umgeschaltet werden. Bei dem Zuführen und dem Abschalten der Anregungsenergie ändert sich die Temperatur des Lasergases kurzzeitig, wodurch sich der Lasergasdruck ändert. Dies erhöht zeitweise die erforderliche Verbrauchsmenge an Lasergas, um das Steuern des Lasergasdrucks auszuführen. Durch Einstellen der Sollverbrauchsmenge auf einen geringen Wert gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform kann jedoch ein verschwenderischer Verbrauch des Lasergases verhindert werden, bis der Betriebszustand des Gaslaseroszillators 10 stabilisiert ist.
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Wie zuvor beschrieben wurde, kann durch Ändern der Sollverbrauchsmenge des Lasergases in Abhängigkeit des Betriebszustands des Gaslaseroszillators 10 ein verschwenderischer Verbrauch an Lasergas vermieden werden, was zu verringerten Betriebskosten des Gaslaseroszillators 10 führt.
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3 ist eine schematische Darstellung, die eine Anordnung eines Gaslaseroszillators 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. In dieser zweiten Ausführungsform wird die Verbrauchsmenge an Lasergas in Abhängigkeit des Zustands des Lasergases gesteuert. Zusätzlich zu der Anordnung der zuvor beschriebenen Ausführungsform umfasst der Gaslaseroszillator 10 der hier beschriebenen Ausführungsform des Weiteren einen Spannungssensor 26 zum Erfassen einer Spannung, die von der Energieversorgung 16 angelegt wird, wenn eine Anregungsenergie an das Lasergas angelegt wird. Ferner umfasst die Steuereinheit 30 zudem eine Vergleichseinheit 36, wie in den 2 und 4 zu erkennen ist.
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Wenn der Gaslaseroszillator 10 für einen langen Zeitraum abgeschaltet ist, zum Beispiel für einen Tag oder länger, und ein Austausch des Lasergases nicht durchgeführt wird, kann eine Verunreinigung in das Lasergas gemischt werden. Die ”Verunreinigung” beschreibt zum Beispiel Lasergas, das Feuchtigkeit oder Helium mit einem geringen Zusammensetzungsverhältnis umfasst. Da Helium, Wasser oder Ähnliches ein geringeres Molekulargewicht aufweisen, können diese insbesondere durch eine Dichtungskomponente (einen O-Ring oder eine Harzröhrenkomponente) an die Außenseite des Gasbehälters 12 gelangen, oder können in den Gasbehälter 12 eintreten. Verunreinigungsvermischen kann vernachlässigbar sein, wenn der Gaslaseroszillator 10 in Betrieb ist. Wenn der Gaslaseroszillator 10 jedoch nach einem Abschalten für einen langen Zeitraum wieder gestartet wird, beeinflusst die Verunreinigung, die in dem Lasergas enthalten ist, das Zuführen von Anregungsenergie. Insbesondere die Spannung oder Stromstärke der Energieversorgung 16, die zum Anlegen der Anregungsenergie erforderlich ist, steigt stärker an als ein Referenzwert, was zu einer nicht stabilen elektrischen Entladung führt.
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Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform wird die Referenzspannung mit einer Spannung verglichen, die tatsächlich von der Energieversorgung 16 angelegt wird, um den Einfluss der in dem Lasergas enthaltenen Verunreinigung abzuschätzen, und basierend auf dem Ergebnis dieser Abschätzung die Sollverbrauchsmenge des Lasergases zu verändern.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform speichert die Speichereinheit 32 eine Referenzspannung, die als eine Referenz beim Anlegen von Anregungsenergie dient. Die Vergleichseinheit 36 vergleicht die in der Speichereinheit 32 gespeicherte Referenzspannung mit einer durch den Spannungssensor 26 erfassten Spannung. Die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34 stellt eine Sollverbrauchsmenge des Lasergases in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs durch die Vergleichseinheit 36 ein. Insbesondere wenn die erfasste Spannung größer als die Referenzspannung ist, ermittelt die Gasverbrauchsmengeneinstelleinheit 34, dass das Lasergas eine Verunreinigung enthält und erhöht die Sollverbrauchsmenge des Lasergases. Dies treibt das Auslassen des die Verunreinigung enthaltenden Lasergases an.
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Gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform vergleicht die Vergleichseinheit 36 die Referenzspannung mit einer erfassten Spannung, um automatisch ein Verunreinigungsvermischen in dem Lasergas in dem Gasbehälter 12 zu erfassen. Anschließend wird, basierend auf dem erfassten Ergebnis, eine Sollverbrauchsmenge eingestellt, um das die Verunreinigung enthaltende Lasergas von dem Gasbehälter 12 auszulassen. Somit kann der Gaslaseroszillator 10 auch nach einem Abschalten für einen langen Zeitraum stabil gestartet werden. Auch wenn diese Ausführungsform beschrieben worden ist, bei der die Referenzspannung mit der erfassten Spannung verglichen wird, um die Sollverbrauchsmenge des Lasergases einzustellen, kann auch eine Stromstärke anstelle der Spannung überwacht werden, und die Sollverbrauchsmenge des Lasergases kann basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Referenzstromstärke und der erfassten Stromstärke eingestellt werden.
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß dem Gaslaseroszillator der vorliegenden Erfindung sind die Steuerventile auf jeder der Lasergaszuführseite und der Lasergasauslassseite vorgesehen, um die Zuführmenge und die Auslassmenge an Lasergas zu steuern. Des Weiteren werden die Öffnungen der Steuerventile in Anhängigkeit von Daten, die die Beziehung zwischen dem Lasergasdruck, den Öffnungen der Steuerventile und der Auslassmenge an Lasergas angeben, derart gesteuert, dass eine gewünschte Auslassmenge an Lasergas erreicht wird. Auf diese Weise kann der Lasergasdruck bei einer hohen Geschwindigkeit und mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden, und kann die Verbrauchsmenge an Lasergas gesteuert werden, ohne dass Erfassungsmittel zum Erfassen der Zuführmenge und der Auslassmenge an Lasergas verwendet werden.
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Obwohl verschiedene Ausführungsformen und Varianten der vorliegenden Erfindung zuvor beschrieben worden sind, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass die beabsichtigten Funktionen und Wirkungen auch durch andere Ausführungsformen und Varianten erreicht werden können. Insbesondere ist es möglich, ein einzelnes Element der Ausführungsformen und Varianten wegzulassen oder auszutauschen, oder zusätzlich ein bekanntes Mittel vorzusehen, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Des Weiteren ist es für den Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung durch eine beliebige Kombination von entweder explizit oder implizit hierin offenbarten Merkmalen der Ausführungsformen realisiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-042000 A [0003]
- JP 05-226731 A [0003]
- JP 2013-026302 A [0004]
- JP 01-179479 A [0004, 0004]
- JP 03-166784 A [0004]
