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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Schutz von Komponenten,
so wie optische Komponenten, für die Verwendung in Laseroszillatorvorrichtungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
einer konventionellen Energieversorgungsvorrichtung für
eine Laseroszillatorvorrichtung wird ein Obergrenzstromwert gemäß einem
Nennstromwert in Pumpeinrichtungen wie beispielsweise einer Lampe
oder einer Laserdiode bestimmt, und der Obergrenzstrom wird mit
einem detektierten Stromwert verglichen. Nachdem eine Zeitperiode verstrichen
ist, nachdem der detektierte Stromwert den Obergrenzstromwert überschritten
hat, wurde die Stromzuführung unterbrochen, um dadurch
die Pumpeinrichtung zu schützen (siehe beispielsweise Patentdokument
1).
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Patentdokument 1
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- Ungeprüfte japanische
Patentanmeldungsveröffentlichung 563-250883 (Ansprüche)
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Von der Erfindung zu lösende
Aufgaben
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Über
eine lange Verwendungsperiode einer Laseroszillatorvorrichtung haftet
sich Schmutz, so wie Staub oder organische Substanzen in der Umgebung,
an der Oberfläche einer optischen Komponente an, so wie
einem Teilreflektor. Eine in einer optischen Komponente auftretende
Verschmutzung oder Dergleichen bewirkt, dass die Effizienz einer
Laseroszillation aufgrund von Energieverlust (der im Endeffekt eine
Wärmeabfuhr ist) in der optischen Komponente vermindert
wird, wodurch eine Laserausgangsleistung reduziert wird. Zu diesem
Zeitpunkt versucht eine Steuerungsoperation zum Beibehalten der
Laserausgangsleistung auf einem konstanten Niveau die Ausgangsleistung
konstant zu halten durch Erhöhen eines Stroms, der durch
eine Laserdiode fließt, wodurch eine Operation durchgeführt
wird wie z. B. ein Kompensieren des reduzierten Betrags der Laserausgangsleistung.
Während die Effizienz der Laseroszillation reduziert wird,
wenn der durch die Laserdiode fließende Strom erhöht
wird, d. h. wenn eine dem Laser zugeführte Energie zu erhöhen
ist, wird der Betrag bzw. die Menge des Energieverlusts in der optischen
Komponente, wo eine Verschmutzung aufgetreten ist, erhöht;
mit anderen Worten heißt dies, dass die Wärmeabfuhr
erhöht wird. Dies bewirkt, dass sich eine Verschmutzung
weiter entwickelt und das Bräunung (braune Verfärbung,
englisch: browning) der optischen Komponente verstärkt
wird, was eventuell zu fatalen Schäden führt,
was wiederum zum Austausch der Komponente führt.
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Obwohl
in der oben beschriebenen konventionellen Technik ein Obergrenzstromwert
bestimmt wird, da ein Obergrenzstromwert entsprechend eines Nennstromwertes
der Pumpeinrichtung, wie z. B. der Laserdiode, eingestellt wird,
wird ein Strom bis zu einem festen Obergrenzstromwert an die Pumpeinrichtung
angelegt unabhängig der Größe des Laserausgangsleistungsbefehlswertes.
Daher wird, wie vorangehend beschrieben, wenn die Verschmutzung
in der optischen Komponente auftritt, wodurch die Reduzierung der
Laserausgangsleistung bewirkt wird, der Energieverlust in der optischen
Komponente erhöht, was zu einer Wahrscheinlichkeit von
Defekten führt, was wiederum zum Austausch der zugehörigen Komponente
führt.
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Einrichtungen zum Lösen der Aufgabe
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Eine
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Messen einer Leistung bzw. eines Outputs eines Laserstrahls,
der von dieser emittiert wird, zum Vergleichen des gemessenen Ausgangswertes
mit einem gewünschten Laserausgangsleistungsbefehlswert
und zum Bereitstellen einer Rückkopplungssteuerungsschleife
eines der Pumpeinrichtung zuzuführenden Stroms, der ein
Lasermedium pumpt, so dass eine Laserausgangsleistung entsprechend
dem Laserausgangsleistungsbefehlswert erreicht werden kann, wobei
die Laseroszillatorvorrichtung eine Obergrenzstromwert-Bestimmungseinrichtung
umfasst, die entsprechend dem Laserausgangsleistungsbefehlswert
einen Obergrenzstromwert bestimmt, der einen zugeführten Strom
begrenzt durch die Rückkopplungssteuerungsschleife zu der
Pumpeinrichtung, und eine Strombegrenzungseinrichtung, die einen
Stromwert begrenzt durch die Rückkopplungssteuerungsschleife,
so dass der Stromwert unterhalb des Obergrenzwertes ist, der durch
die Obergrenzstromwert-Bestimmungseinrichtung bestimmt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen
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In
de vorliegenden Erfindung wird ein Obergrenzstromwert zum Begrenzen
eines der Pumpeinrichtung zugeführten Stroms bestimmt unter
Verwendung eines Laserausgangsleistungsbefehlswertes, wodurch die
Erhöhung eines der Pumpeinrichtung zuzuführenden
Stromes, d. h. die Erhöhung der der Laseroszillatorvorrichtung
zugeführten Energie, vermieden werden kann. Ferner kann
ein Energieverlust in der optischen Komponente reduziert werden,
und die Entwicklung eines Schadens bzw. eines Defekts, der zum Austausch
der Komponente führt, kann vermieden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Prinzipdarstellung einer Laservorrichtung, die eine Laseroszillatorvorrichtung
verwendet, Ausführungsform 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung darstellend;
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2 ist
eine Prinzipdarstellung einer Konfiguration der Laseroszillatorvorrichtung,
Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellend;
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3 zeigt eine Tabelle, die die Eigenschaften
einer Laserdiode darstellt;
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4 ist
eine Prinzipdarstellung, die die Bestimmung eines Obergrenzstromwertes
der Laseroszillatorvorrichtung darstellt, in Ausführungsform
1 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
der Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine Tabelle, die ein Beispiel
einer Konfiguration von Obergrenzstromwerten der Laseroszillatorvorrichtung
in Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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7 ist
eine Prinzipdarstellung einer anderen Konfiguration einer Laseroszillatorvorrichtung, Ausführungsform
3 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellend;
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8 ist
ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
einer Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 4 gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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9 ist
ein Flussdiagramm, das die Operation einer Laseroszillatorvorrichtung
in Ausführungsform 4 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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10 ist
ein Blockdiagramm einer anderen Konfiguration einer Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
der Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 4 gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine Prinzipdarstellung einer Konfiguration einer Laseroszillatorvorrichtung,
Ausführungsform 5 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellend;
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12 ist
ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
einer Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 5 gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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13 zeigt
eine Tabelle, die ein Beispiel einer Bestimmung einer Obergrenzstromwert-Relaxationsrate
der Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 5 gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 ist
ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Vergleichseinrichtung
in einer Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform
6 gemäß der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
ein Flussdiagramm, das die Operation bzw. den Betrieb einer Laseroszillatorvorrichtung
in Ausführungsform 6 gemäß der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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16 zeigt Graphen, die jeweils eine zeitliche
Variation der Laserausgangsleistung und Dergleichen der Laseroszillatorvorrichtung
in Ausführungsform 6 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen;
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17 ist
ein Blockdiagramm einer Konfiguration einer Laserausgangsleistungs-Bestimmungseinheit
einer Laseroszillatorvorrichtung in Ausführungsform 7 gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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18 zeigt Graphen, die jeweils zeitliche Veränderungen
in einer Laserausgangsleistung und Dergleichen einer Laseroszillatorvorrichtung
in Ausführungsform 7 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine Prinzipdarstellung einer Konfiguration einer Laservorrichtung,
die eine Laseroszillatorvorrichtung verwendet, in Ausführungsform
1 zum Implementieren der vorliegenden Erfindung. Ein von einer Energieversorgungsvorrichtung 10 zugeführter
Gleichstrom wird Laserdioden 1 zugeführt, ein Lasermedium 2 wird
mit Pumplicht 15 gepumpt, das erhalten wird durch emittiertes
Licht von den Laserdioden 1, und dann tritt Resonanz zwischen
einem Totalreflektionsspiegel 3 und einem Teilreflektionsspiegel 4 auf,
wodurch die Laserstrahlen 16 erhalten werden. Die so erhaltenen
Laserstrahlen werden aufgeweitet und kollimiert mit einer Aufweitungslinse 5 bzw.
einer Kollimationslinse 6 und werden dann an der Endseite
einer optischen Faser 8 durch eine Lichtleitfasereintrittslinse 7 gesammelt.
Die fokussierten bzw. kondensierten Laserstrahlen, die durch das
Innere der optischen Faser 8 laufen, werden über einen
Bearbeitungskopf 9 zu einem vorbestimmten Ort geleitet.
Eine Laserausgangsleistung wird dadurch gemessen, dass ein Teil
der Laserstrahlen eine Leistungsüberwachungseinrichtung 13 bzw.
einen Leistungsmesser 13 unter Verwendung eines Teilreflektionsspiegels 14 beaufschlagt.
Die Laserausgangsleistung kann eingestellt werden durch Variieren
eines durch die Laserdioden 1 fließenden Stromes.
Im Allgemeinen wird ein Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert
durch eine extern bereitgestellte Steuerungseinrichtung 17 zu
der Energieversorgungsvorrichtung 10 gegeben, die den Laserdioden 10 Strom
zuführt; die Energieversorgungsvorrichtung 10 steuert
den Strom, der den Laserdioden 1 zuzuführen ist.
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2 ist
eine Prinzipdarstellung einer Konfiguration einer Laservorrichtung
in Ausführungsform 1 zum Implementieren der vorliegenden
Erfindung und im Genaueren eine Ansicht, die das Innere der Energieversorgungsvorrichtung 10 darstellt.
Eine von einer externen Spannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung
wird unter Verwendung eines Gleichrichters 21 in eine Gleichspannung
konvertiert, die wiederum einen Kondensator 22 auflädt.
Dann führt das Einschalten eines Transistors 23 dazu,
dass der Strom über eine Drossel 24 in die Laserdioden 1 fließt.
Während der Transistor 23 eingeschaltet bleibt,
erhöht sich der Strombetrag, der den Laserdioden 1 zugeführt
wird. Wenn sich der Strombetrag als mehr als der gewünschte
Strombetrag herausstellt, wird daher der Transistor 23 ausgeschaltet,
um den Strom zurück in die Diode 25 zu speisen,
wodurch die Strommenge reduziert wird. Umgekehrt, wenn der Stromwert
bzw. die Strommenge unterhalb der gewünschten Strommenge
sinkt, wird der Transistor 23 eingeschaltet, wodurch der
Strom erhöht wird. Das Wiederholen des Ein- und Ausschaltens steuert
den Strom auf den gewünschten Stromwert.
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Im
Folgenden wird die Stromsteuerungsoperation detaillierter beschrieben.
Der aktuell durch die Laserdioden 1 fließende
Strom wird gemessen, und der gemessene Wert wird in eine Stromsteuerungseinrichtung 27 geladen.
Der gemessene Stromwert, der geladen wurde, und ein Referenzstromwert,
der als die Referenz dient, werden in eine erste Vergleichseinrichtung 28 eingegeben.
Wenn der gemessene Stromwert, der der durch die Laserdioden 1 fließende
Strom ist, niedriger ist als der Referenzstromwert, leitet die Vergleichseinrichtung 28 beispielsweise
ein 5-Volt Einschaltsignal zu dem Steuerschaltkreis 29 für
den Transistor 23, um den Transistor 23 einzuschalten.
Wenn der gemessene Stromwert oberhalb des Referenzstromwertes ist,
dann leitet die erste Vergleichseinrichtung 28 beispielsweise
ein Null-Volt Ausschaltsignal zu dem Steuerschaltkreis 29 für
den Transistor 23, um den Transistor 23 auszuschalten.
Basierend auf den so von der ersten Vergleichseinrichtung 28 weitergeleiteten
Einschalt- und Ausschaltbefehlen zu dem Transistor 23 führt
der Steuerschaltkreis 29 für den Transistor 23 einen Strom
oder eine Spannung zu, die momentan zum Einschalten oder Ausschalten
des Transistors 23 benötigt werden, wodurch das
Einschalten und Ausschalten von diesem erreicht wird. Durch solche
Operationen wird der den Laserdioden 1 zugeführte Strom
auf den Referenzstromwert gesteuert bzw. geregelt.
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Als
nächstes wird das Bestimmen des Referenzstromwertes beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung werden ein Befehlsstromwert und ein Obergrenzstromwert
in eine zweite Vergleichseinrichtung 30 eingegeben; wenn
der Befehlsstromwert unterhalb des Obergrenzstromwertes ist, dann
wird der Befehlsstromwert als der Referenzstromwert ausgegeben zu
der nachgeschalteten ersten Vergleichseinrichtung; umgekehrt, wenn
der Befehlsstromwert oberhalb des Obergrenzstromwertes ist, dann
wird der Obergrenzstromwert als der Referenzstromwert zu der nachgeschalteten
ersten Vergleichseinrichtung 28 ausgegeben. Anders ausgedrückt
ist der Referenzstromwert unterhalb des Obergrenzstromwertes begrenzt.
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Im
Folgenden wird der Befehlsstromwert beschrieben. Der Befehlsstromwert
wird in einer Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 bestimmt, wie
diese beispielsweise in 2 gezeigt ist Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswerte,
wie beispielsweise ein Ausgangsbestimmungswert, der manuell durch
einen Betreiber eingegeben wird, und ein Ausgangsbestimmungswert
in einem Maschinenprogramm werden eingegeben als digitale Werte oder
spannungskonvertierte Werte (beispielsweise entsprechend einem Befehlswert
von 4000 W, wenn die Spannung 5 Volt ist) in der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31.
Ebenfalls wird der Laserausgangsleistungswert, der mit dem Leistungsmesser 13 gemessen
wird, auch eingegeben als ein digitaler Wert oder ein Spannungskonvertierungswert
in die Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31. In der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 wird
ein Befehlsstromwert, der den gemessenen Laserausgangsleistungswert
einem Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert angleichen muss,
berechnet. Wenn beispielsweise der gemessene Laserausgangsleistungswert
größer ist als der Laserausgangsleistungs-Bestimmungswert,
dann wird der Befehlsstromwert erhöht; wenn andernfalls
dieser kleiner ist, dann wird der Befehlsstromwert reduziert. Dies
bedeutet, dass gemäß der Differenz zwischen dem
gemessenen Laserausgangsleistungswert und dem Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert
ein der Pumpeinrichtung zuzuführender Stromwert berechnet
werden kann basierend auf Daten von Laserausgangsleistungsvariationen
gegen Stromvariationen. Ein durch die Berechnung bestimmter Stromwert
wird als ein Befehlsstromwert ausgegeben, dann wird ein momentan
der Pumpeinrichtung zugeführter Stromwert gesteuert, so
dass dieser der Befehlsstromwert ist, und eine Laserausgangsleistung
wird erneut gemessen. Eine Wiederholung einer Serie der oben beschriebenen
Aktionen bewirkt, dass die Laserausgangsleistung sich dem Laserausgangsleistungs-Befehlsbestimmungswert annähert.
Diese Steuerungsoperation bezieht sich auf eine Rückkoppelsteuertechnik,
die üblicherweise bei der Laserausgangsleistungs-Steuerungsoperation
verwendet wird.
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Als
nächstes wird der Obergrenzstromwert beschrieben. Wie in 2 gezeigt,
wird der Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert in die Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 auch
eingegeben. Die Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 bestimmt
einen Obergrenzstromwert gemäß einem Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert, der
eingegeben wurde. Ein Beispiel des Bestimmens des Obergrenzstromwertes
aus dem Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert wird unten beschrieben.
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Wenn
die Pumpeinrichtung die Laserdioden 1 verwendet, nachdem
der Stromwert einen Grenzwert überschritten hat, wobei
ein minimaler Strom für Laseroszillation benötigt
wird, erhöht sich die Pumpleistung von den Laserdioden
im Wesentlichen linear mit der Erhöhung des Stroms, wodurch
eine Beziehung zwischen einem Strom I und einer Pumpleistung W wie
folgt angenähert werden kann: W
= A1 × I – B1 Gleichung
1 wobei A1 und B1 Konstanten sind.
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Auch
in einer Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung der Laseroszillatorvorrichtung
und der Pumpleistung der Laserdiode, da nachdem der Stromwert den
Grenzstrom überschreitet die Laserausgangsleistung im Wesentlichen
linear steigt, wenn die Pumpleistung steigt, kann eine Beziehung zwischen
einer Pumpleistung W und einer Laserausgangsleistung P wie folgt
angenähert werden: P = A2 × W – B2 Gleichung 2wobei
A2 und B2 Konstanten sind.
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Aufgrund
der Gleichungen 1 und 2 gilt die folgende Gleichung: P = (A1 × A2) × I – A2 × B1 – B2 Gleichung 3
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Aus
Gleichung 3 kann ein Stromwert, der benötigt wird zum Erhalten
einer Laserausgangsleistung P, angenähert werden durch
die folgende Gleichung: I = AP + B Gleichung 4wobei
A = 1/(A1 × A2), und B = (A2 × B1 + B2)/(A1 × A2).
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Konstanten
A und B können bestimmt werden, wenn die Werte A1, A2,
B1 und B2 bekannt sind. Um die Werte A1, A2, B1 und B2 zu bestimmen,
wird eine Pumpleistung durch Variieren des Stroms der Laserdiode
gemessen, und die Werte werden durch Gleichung 1 angenähert.
Gleichermaßen wird eine Beziehung zwischen der Pumpleistung
und der Laserausgangsleistung durch Gleichung 2 angenähert. Solche
Annäherungen ergeben die Werte A1, A2, B1 und B2 und dann
die Konstanten A und B.
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Wenn
eine Laseroszillatorvorrichtung durch Verwenden einer Vielzahl von
Laserdioden gepumpt wird, oder wenn die Laseroszillatorvorrichtung
eine Vielzahl von optischen Komponenten umfasst, könnte
es Variationen in den Eigenschaften der entsprechenden Laserdioden
oder optischen Komponenten geben. Wenn daher die Werte A1, A2, B1
und B2 bestimmt werden, wird es notwendig, eine Annäherung durchzuführen
unter Verwendung eines Zentralwertes der Variationen der Eigenschaften,
die die Laserdiode oder die Laseroszillatorvorrichtung annehmen kann,
oder Verwenden der schlechtesten Eigenschaften, d. h. die, die die
niedrigste Ausgabe erzeugen, wenn der gleiche Strom zugeführt
wird. Ein Berechnungsbeispiel wird unten gezeigt.
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3 zeigt Eigenschaften bzw. Charakteristiken
der Laserdiode-Pumpleistungswerte gegen Werte des durch die Laserdioden 1 schließenden Stroms.
Unter den verwendeten Laserdioden wird angenommen, dass die mit
der schlechtesten Eigenschaft die Ausgangscharakteristik in 3a aufweist,
und die mit der besten Charakteristik eine Ausgangscharakteristik
wie die in 3b gezeigte aufweist. Beim Bestimmen
der Werte unter Verwendung von Zentralwerten ist der Zentralwert
(0 W + 10 W)/2 = 5 W bei 20 A; der Ausgangswert ist (30 W + 40 W)/2 =
35 W bei 50 A. Daher ergibt ein Einsetzen der Werte in Gleichung
1 die Werte A1 und B1. Wenn die schlechteste Charakteristik verwendet
wird, ergibt ein Einsetzen von 0 W bei 20 A und 30 W bei 50 A, was
in 3a gezeigte Werte sind, in Gleichung 1 die Werte
A1 und B1. Gleichfalls ermöglicht bei der Bestimmung der
Werte A2 und B2 die Verwendung von Werten in den besten und schlechtesten
Charakteristiken der Laseroszillatorvorrichtung, dass solche Werte
bestimmt werden. Es ist vorzuziehen, dass diese Werte in einem Zustand
bestimmt werden, in dem keine Verschmutzung bei den optischen Komponenten
auftritt, wie beispielsweise in der Anfangsphase oder in einem Zustand
nach einem Wartungsdienst der Laseroszillatorvorrichtung. Bestimmen
des Obergrenzstromwertes, wobei dieser Zustand als Referenzzustand
dient, erlaubt, dass die Erhöhung des Stromwertes aufgrund
von Verschmutzung auf optischen Komponenten wirksam vermieden werden kann.
Gleichung 4 wird durch eine durchgezogene Linie in 4 repräsentiert
in einem Graph, in dem eine Laserausgangsleistung auf der horizontalen Achse
gezeichnet ist, und ein Stromwert auf der vertikalen Achse gezeichnet
ist. Hier ist ein Stromwert, der notwendig ist zum Erhalten des
Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswertes, bekannt durch Berücksichtigen
der Laserausgangsleistung als den Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Obergrenzstromwert basierend
auf 4 bestimmt; jedoch wird der Anstieg des Stroms
auch beeinflusst durch Variationen wie beispielsweise diese der
Kühlwassertemperatur oder der Umgebungstemperatur, die
sich von der Ausgangsleistungsreduzierung aufgrund von Verschmutzung
der optischen Komponenten und Dergleichen unterscheiden. Daher muss
der Obergrenzstromwert bestimmt werden unter Berücksichtigung
des benötigten Stromwertes, der aus Gleichung 4 berechnet
wird, der Variationen des Stromwertes aufgrund von Variationen wie
beispielsweise diese der Kühlwassertemperatur und der Umgebungstemperatur.
Die Größe des Einflusses variiert gemäß einer
Konfiguration der Pumpeinrichtung oder der Laseroszillatorvorrichtung.
Wenn eine Laserdiode verwendet wird, wird die Kühlwassertemperatur vergleichsweise
genau gesteuert, und die Größe des Einflusses
ist niedrig; jedoch treten Variationen von etwa ±2–3%
in der Ausgangsstabilität auf. Wenn die Ausgabe im Bereich
von ±2–3% variiert, dann variiert auch der Strom
in einem Bereich von ±2–3%. Unter Berücksichtigung
dieser Variation für den Obergrenzstromwert müssen
2–3% eines benötigten Stromwertes, der aus Gleichung
4 berechnet wird, hinzugefügt werden zu dem benötigten
Stromwert. Wenn beispielsweise der zum Erhalten einer gegebenen
Ausgangsleistung angenommene Stromwert 50 A ist, dann muss der Obergrenzstromwert
51 A bis 51,5 A sein. Der so bestimmte Obergrenzstromwert ist durch eine
unterbrochene Linie A in 4 angedeutet. Die Steigung der
unterbrochenen Linie A ist Null in der Nachbarschaft, wo die Laserausgangsleistung
an deren Maximum ist; dies ist so, da vermieden wird, dass der Stromwert
einen Stromwert der Obergrenze übersteigt, der auferlegt
ist durch einen Wert wie beispielsweise dem Nennstromwert der Pumpeinrichtung.
In der unterbrochenen Linie A in 4 wird beispielsweise
ein Wert, der erhalten wird durch Addieren eines Stroms von 2 A
zu dem benötigten Stromwert, der mit Gleichung 4 berechnet
wird, als der Obergrenzstromwert zugeordnet. Ferner, umso größer
die Laserausgangsleistung ist, desto mehr entwickelt sich die Degradation
der optischen Komponenten aufgrund von Verschmutzung. Aus diesem
Grund kann eine Bestimmung auf solch eine Art und Weise durchgeführt
werden, dass umso größer der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
ist, desto kleiner wird die Differenz zwischen dem benötigten
Stromwert, der mit Gleichung 4 berechnet wird, und dem Obergrenzstromwert.
Wenn beispielsweise die Laserausgangsleistung beim Zentralwert in
dem Bereich von Null bis zum Maximalwert ist, dann ist die Differenz
zwischen dem Stromwert und dem Obergrenzstromwert als 2 A bestimmt.
Wenn der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert 0 W ist, dann
ist die Differenz als 4 A bestimmt; wenn diese bei der Maximalausgangsleistung
bestimmt ist, dann ist die Differenz als 0 A bestimmt.
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Der
so bestimmte Obergrenzstromwert ist als eine unterbrochene Linie
B in 4 dargestellt. Die unterbrochene Linie B ist vorteilhafter
für den Schutz der optischen Komponenten verglichen mit der
unterbrochenen Linie A. Wenn jedoch ein Laserstrahl mit hoher Leistung
verwendet wird, da die Linie B eine kleinere Toleranz aufweist als
die Linie A relativ zu dem Stromwert, bewirken die Umgebungstemperaturvariationen
oder Wassertemperaturvariationen, dass der Stromwert den Obergrenzstromwert erreicht,
was zu einer weiteren Möglichkeit führt, dass
die Ausgangsleistung nicht erzeugt wird. Wenn die Vorrichtung häufig
eine hohe Ausgabe bzw. Output nutzt, kann der Obergrenzstromwert
basierend auf der unterbrochenen Linie in 4 bestimmt
werden, während wenn die Vorrichtung die hohe Ausgabe wenig
verwendet, der Stromwert basierend auf der unterbrochenen Linie
B bestimmt werden kann. Ferner kann der oben beschriebene Obergrenzstromwert
wie unten beschrieben berechnet werden. 5 ist eine
Konfiguration der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32.
Wie in 5 gezeigt, ist eine Speichereinheit 35 in
der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 bereitgestellt;
die Steigung des Obergrenzstromwertes A oder B in 4 und
der Abschnitt y, die vorberechnet sind, werden in der Speichereinheit 35 gespeichert.
Eine Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36, die durch
einen Mikrocomputer in der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 gebildet
ist, berechnet den Obergrenzstromwert basierend auf der Steigung
und dem Abschnitt y, die in der Speichereinheit 35 gespeichert
sind, und einem Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert, der
von der Steuereinheit 17 einzugeben ist.
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Auf
diese Art und Weise werden der Obergrenzstromwert, der mit der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 berechnet
wird, und der Befehlsstromwert, der in der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 bestimmt
wird, in die zweite Vergleichseinrichtung 30 eingegeben.
Wenn die Laseroszillatorvorrichtung normal arbeitet, dann wird der Befehlsstromwert
als ein Referenzstromwert ausgegeben; basierend auf dem Referenzstromwert
wird die Laserausgangsleistung gesteuert durch eine Rückkoppelsteuerungsschleife,
um ein Befehlsbestimmungswert zu sein. Wenn andererseits die Leistung
aufgrund von Verschmutzung auf der optischen Komponente vermindert
wird, wird ein Obergrenzstromwert als ein Referenzstromwert ausgegeben, wobei
der Obergrenzstromwert einen Strom begrenzt, der benötigt
wird zum Erhalten der Laserausgangsleistung mit dem Laserausgangsleistungsbefehl-Bestimmungswert,
um lediglich in der Größenordnung von mehreren
Ampere zu übersteigen. Da ein der Pumpeinrichtung zugeführter
Strom gesteuert wird durch eine Rückkoppelsteuerschleife
basierend auf diesem Referenzstromwert, ist eine Stromzuführung
durch den Obergrenzstromwert zu begrenzen. Mit dieser Anordnung,
ungleich dem Fall mit einer konventionellen Laseroszillatorvorrichtung,
steigt ein Stromwert nicht bis zu dem Nennstromwert einer Laserdiode,
wodurch eine fatale Entwicklung von Verschmutzung vermieden wird,
die zum Austausch der optischen Komponente führt.
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Wie
in 6a gezeigt, wird in einer Laseroszillatorvorrichtung,
die die Eigenschaft von variierender Laserausgangsleistung mit Bezug
auf einen der Pumpeinrichtung zugeführten Strom aufweist,
ein Obergrenzstromwert wie in 6b bestimmt
basierend auf der unterbrochenen Linie in 4. Während die
Laserausgangsleistung von 2000 W verwendet wird, wenn angenommen
wird, dass der Stromwert bis zum Obergrenzstromwert aufgrund von
Verschmutzung auf der optischen Komponente ansteigt, kann in dieser
Situation die Erhöhung des Stromwertes auf 2 A begrenzt
werden. In einer konventionellen Laseroszillatorvorrichtung, wenn
der Nennstromwert der Laserdiode 70 A ist und die optische Komponente stark
verschmutzt ist, dann wird in einem schlechtesten Fall der Strom
von 50 A zugeführt, wobei der Stromwert um 20 A erhöht
ist. Eine elektrische Energie, die mit dem Erhöhungsbetrag
von diesem Stromwert korrespondiert, ist eine, die zugeführt
wird, um einen Energiebetrag zu kompensieren, der konsumiert wird
aufgrund von Verschmutzung auf der optischen Komponente. Wenn ein
durch die Laserdiode fließender Strom um 1 A erhöht
wird, dann erhöht sich die Ausgangsleistung um 1 W in einem
Fall, in dem die Laserdiode die in 3a gezeigten
Charakteristiken aufweist. Eine Hochleistungslaser-Oszillatorvorrichtung
verwendet näherungsweise mehrere hundert Laserdioden; der
Stromanstieg von 2 A bedeutet, dass mehrere hundert Watt von Energie durch
eine optische Komponente absorbiert werden, auf der sich eine Verschmutzung
befindet. Jedoch führt in einer optischen Komponente für
die Verwendung in einer Hochleistungslaser-Oszillatorvorrichtung
Wärmeabfuhr in der Größenordnung von
mehreren hundert Watt nicht zu einem fatalen Defekt, der zu einem
Austausch der Komponente führt. In einer konventionellen
Laseroszillatorvorrichtung werden jedoch im schlimmsten Fall mehrere
tausend Watt von Energie in der verschmutzten optischen Komponente
absorbiert, was zu einer vergrößerten Wahrscheinlichkeit
eines fatalen Defekts führt, was zu einem Austausch der
optischen Komponente führt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben,
in dem eine Laserdiode als die Pumpeinrichtung verwendet wird. Im
Fall einer anderen Pumpeinrichtung unterscheiden sich lediglich
Annäherungsgleichungen in den Gleichungen 1 und 2. Beispielsweise
kann in einem Fall einer Lampe Gleichung 1 angenähert werden
durch die Gleichung zweiter Ordnung P = A1 × I2 +
A2 × I + B1. Im Fall anderer Einrichtungen kann in einem ähnlichen Ansatz
der Obergrenzstromwert auf eine gleiche Art und Weise bestimmt werden.
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Ausführungsform 2
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In
der Laseroszillatorvorrichtung nach Ausführungsform 1 speichert
die Speichereinheit 35 die Daten der Steigung und den Abschnitt
y des relationalen Ausdrucks zwischen dem Laserausgangsleistungsbefehlswert
und dem Obergrenzstromwert. Die Steigung und der Abschnitt y werden
aus Daten in den 6a und 6b erhalten.
Jedoch kann auch beispielsweise eine Konfiguration verwendet werden, in
der die Speichereinheit 35 die Daten aus den 6a und 6b speichert,
und basierend darauf, welche Daten ein Obergrenzstromwert entsprechend einem
Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert, der in die Obergrenzstromwertberechnungseinrichtung 36 eingegeben
wird, ausgewählt oder berechnet sind. In der vorliegenden
Ausführungsform wird ein Stromwert zugeordnet, der mit
einem diskreten Laserausgangsleistungsbefehlswert korrespondiert.
Wenn der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert exakt ein
in der Speichereinheit 35 gespeicherter Wert ist, dann
kann ein Stromwert ausgelesen werden, während wenn dieser ein
Zwischenwert von Daten ist, dann kann ein Stromwert in einer minimalen
Laserausgangsleistung, die den Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert überschreitet,
verwendet werden.
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Zu
Beginn, in Situationen, in denen in 6a gezeigte
Daten in der Speichereinheit 35 gespeichert sind, wird
eine Beschreibung gegeben, wie eine Berechnung in der Obergrenzwertberechnungseinheit 36 durchgeführt
wird. Wenn beispielsweise der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
mit 1800 W bestimmt ist, dann kann ein Stromwert von 50 A bei einer
minimalen Laserausgangsleistung, die 1800 W überschreitet,
d. h. 2000 W, ausgewählt werden als ein Stromwert. Zusätzlich
kann ein Stromwert durch lineare Approximation zwischen diskreten
Werten erhalten werden. Wenn der Laserausgangsleistungswert 1800
W ist, dann ist der Stromwert 40 A bei einer Laserausgangsleistung
von 1500 W, und der Stromwert ist 50 A bei 2000 W; daher kann durch
lineare Approximation zwischen zwei Punkten der Stromwert bei 1800
W wie folgt sein: (50 A – 40 A)/(2000
W – 1500 W) × (1800 W – 1500 W) + 40
A = 46 A
-
Wenn
eine Obergrenze, wie durch die unterbrochene Linie A in 4 angedeutet,
bestimmt werden soll mit Bezug auf den Stromwert, der auf diese Art
und Weise berechnet wurde, kann der Obergrenzstromwert derjenige
sein, der erhalten wird durch Addieren des Stromwertes zu einem
festen Stromwert (2 A für 4). Wenn
eine Obergrenze, wie durch die unterbrochene Linie B in 4 angedeutet,
bestimmt werden soll, wird ein Beziehungsausdruck zwischen der zu
erhöhenden Strommenge und einem Laserausgangsleistungswert
gespeichert (im Fall von 4 eine Gleichung erster Ordnung
Y = AX + B, die zu 4 A bei 0 W führt, und 0 A bei der maximalen
Ausgangsleistung). Dann wird eine zu erhöhende Strommenge
aus einem Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert bestimmt,
der eingegeben wurde; was notwendig ist, ist dass ein durch Addieren
des bestimmten Stromwertes zu dem oben beschriebenen Stromwert als
der Obergrenzstromwert ausgegeben werden sollte.
-
Als
nächstes werden Situationen, in denen in 6b gezeigte
Daten in der Speichereinheit 35 gespeichert werden, unten
beschrieben. Wenn beispielsweise der Laserausgangswert bei 1800
W eingestellt ist, dann kann ein Obergrenzstromwert von 52 A bei
einer minimalen Laserausgangsleistung, die 1800 W übersteigt,
d. h. 2000 W ausgewählt werden als ein Stromwert. Zusätzlich
kann ein Stromwert erhalten werden durch eine lineare Approximation
zwischen diskreten Werten. Wenn der Laserausgangsleistungswert 1800
W ist, dann ist der Stromwert 42 A bei einer Laserausgangsleistung
von 1500 W, und der Strom ist 52 A bei 2000 W; daher kann durch
die lineare Approximation zwischen den zwei Punkten der Stromwert
bei 1800 W wie folgt sein: (52 A – 42
A)/(2000 W – 1500 W) × (1800 W – 1500 W)
+ 42 A = 48 A
-
Der
so in der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 berechnete
Stromwert, der an sich ein Obergrenzstrom ist, kann als der Obergrenzwert ausgegeben
werden.
-
Die
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist wie oben beschrieben konfiguriert,
wobei ein gemessener Wert oder ein Obergrenzstromwert direkt in
einer Speichereinheit gespeichert werden kann, was sich von dem
Fall in Ausführungsform 1 unterscheidet – es gibt
keinen Bedarf, einen Ausdruck einer Beziehung zwischen einem Laserausgangsleistungswert
und einem Obergrenzstromwert separat abzuleiten. Daher können vorteilhafte
Wirkungen und Effekte erreicht werden, in denen Voreinstellungen
der Laseroszillatorvorrichtung reduziert werden können,
und es kann vermieden werden, dass die Laseroszillatorvorrichtung
aufgrund von ungenauer Bestimmung des relationalen Ausdrucks nicht
funktioniert.
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Ausführungsform 3
-
Eine
Laseroszillatorvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 oder Ausführungsform 2 ist konfiguriert zum Steuern des
Stroms, der einer Laserdiode zugeführt wird, um eine gewünschte
Laserausgangsleistung zu emittieren. Jedoch führt eine
Variation eines Stromwertes, mit dem die Laserdiode versorgt wird,
zu einer Veränderung einer Mode eines Laserstrahls, der
von der Laseroszillatorvorrichtung emittiert wird. Bei Bearbeitungsoperationen,
bei denen eine relativ hohe Genauigkeit nicht benötigt
wird, oder beim Übertragen eines Laserstrahls durch eine optische
Faser stellt eine Modenvariation des Laserstrahls kein Problem dar;
wenn jedoch keine optische Faser verwendet wird, dann ist eine genaue
Bearbeitung notwendig und eine Variation in der Mode des Laserstrahls
stellt ein Problem dar. Die vorliegende Ausführungsform
stellt eine Laseroszillatorvorrichtung bereit, die auch für
Bearbeitungsoperationen eingesetzt werden kann, so wie in einem
Fall, in dem die Modenvariation des Laserstrahls ein Problem darstellt.
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7 ist
ein Schemadiagramm einer Konfiguration einer Laseroszillatorvorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf Elemente, die die gleichen sind
wie die der Laseroszillatorvorrichtung nach Anspruch 1, die in 2 dargestellt
ist, und eine damit verbundene detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
Sich von denen in 2 unterscheidende Teile werden
unten beschrieben. Anders als ein Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
gibt die Steuereinheit 17 einen Befehlsstrombestimmungswert
und einen Obergrenzstrom-Bestimmungswert aus. Die Stromsteuereinheit 27 in
der Energieversorgungsvorrichtung 10 ist mit einem Signalschalter 40 bereitgestellt.
In Ausführungsform 1 wurde ein Befehlsstromwert von der
Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 und ein Obergrenzstromwert
von der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 direkt zu
der ersten Vergleichseinrichtung 28 weitergeleitet. Andererseits
schaltet in der vorliegenden Ausführungsform ein Signalschalter 40 zwischen
einem Obergrenzstromwert von der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 und
einem Obergrenzstrom-Bestimmungswert von der Steuereinheit 17,
um ein Signal zu der zweiten Vergleichseinrichtung 30 zu
liefern beim Schalten zwischen einem Befehlsstromwert von der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 und
einem Befehlsstrom-Bestimmungswert von der Steuereinheit 17.
In 7 sind ein Befehlsstromwert von der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 und
ein Obergrenzstromwert von der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 in
die Vergleichseinrichtung 30 einzugeben, wenn der Signalschalter 40 in
einen durch die unterbrochene Linie gezeigten Zustand geschaltet
ist. Dies ist die gleiche Operation wie in Ausführungsform
1. Anders dargestellt wird die Steuerungsoperation anwendbar auf
Bearbeitung durchgeführt, bei der die Modenvariation des
Laserstrahls kein Problem darstellt.
-
Wenn
andererseits in 7 der Signalschalter 40 zu
einem durch die durchgezogene Linie gezeigten Zustand geschaltet
ist, werden ein Befehlsstrom-Bestimmungswert und ein Obergrenzstrom-Bestimmungswert
von der Steuereinheit 17 in die Vergleichseinrichtung 30 eingegeben.
Diese Operation steuert ohne Einfluss von einem gemessenen Laserausgangsleistungswert
einen Strom, der durch die Laserdioden 1 fließt,
so dass dieser ein Befehlsstrom-Bestimmungswert ist, d. h. ein konstanter Stromwert.
Dies kann die Modenvariation eines Laserstrahls reduzieren, wodurch
die Laseroszillatorvorrichtung für präzise Bearbeitung
anwendbar wird, ohne eine optische Faser zu verwenden. Hier kann der
Obergrenzstrom-Bestimmungswert wie der in einer konventionellen
Technik bestimmt werden als ein Stromwert, der mit dem Nennstromwert
einer Laserdiode korrespondiert. In einem Konstantstromsteuerungsmodus
erhöht sich ein durch die Laserdioden 1 fließender
Strom nicht, selbst wenn die optische Komponente verschmutzt ist,
was zu einer Reduzierung einer Laserausgangsleistung führt;
dann wird der Energieverlust in der optischen Komponente erhöht,
wodurch ein Defekt der optischen Komponente vermieden wird, obwohl
es ein Problem mit der Reduktion der Laserausgangsleistung gibt.
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Die
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform umfasst die oben beschriebene Konfiguration.
Bei Bearbeitungsoperationen, bei denen die Modenvariation eines
Laserstrahls kein Problem darstellt, funktioniert die Laseroszillatorvorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
auf die gleiche Art und Weise wie die Laseroszillatorvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1, wodurch gleiche
vorteilhafte Wirkungen erreicht werden. Da das System in einem Konstantstromsteuerungsmodus
arbeiten kann, ist ein weiterer Vorteil, dass dieses auch auf Bearbeitung
angewendet werden kann, bei der die Modenvariation eines Laserstrahls
ein Problem darstellt; im Vergleich mit einer Laseroszillatorvorrichtung
nach Ausführungsform 1 weist die Laseroszillatorvorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
einen größeren anwendbaren Bearbeitungsbereich
auf, wodurch die allgemeine Vielseitigkeit des Systems verbessert
wird. Ferner stellt die Anwendung der vorliegenden Konfiguration
auf die anderen Ausführungsformen gleiche vorteilhafte
Wirkungen für die anderen Ausführungsformen bereit.
-
Ausführungsform 4
-
Die
Laseroszillatorvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 ist konfiguriert zum Vorberechnen, basierend auf einem Laserausgangsleistungswert und
einem Stromwert, der Steigung und des Abschnitts y der Gleichung,
die einen Obergrenzstromwert von einer Laserausgangsleistung berechnet, und
speichert diese in der Speichereinheit 35. Der Stromwert
wird gemessen durch Berücksichtigen eines Zustandes als
den Referenzzustand, wo keine Verschmutzung in der optischen Komponente
der Laseroszillatorvorrichtung auftritt, so wie vorzugsweise in
einem Anfangszustand und in einem Zustand nach einer Wartung. Die
Laseroszillatorvorrichtung nach Ausführungsform 2 wurde
konfiguriert zum Speichern eines vorgemessenen Stromwertes und eines Laserausgangsleistungswertes
so wie sie sind oder in Obergrenzstromwerte konvertiert. In einem
Zustand vor der Verwendung einer Laseroszillatorvorrichtung bei
einer tatsächlichen Bearbeitungsoperation, die als der
Referenzzustand angenommen wird, enthält die Laseroszillatorvorrichtung
in der vorliegenden Ausführungsform Mittel, die Daten messen zum
Bestimmen eines Obergrenzstromwertes, und basierend auf den gemessenen
Daten den Obergrenzstromwert bestimmen durch eine Instruktion eines
Betreibers und Dergleichen. Die Gesamtkonfiguration der Laseroszillatorvorrichtung
ist im Wesentlichen die gleiche wie die in 7 gezeigte
gemäß der Ausführungsform 3; da sich
jedoch die Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 und die
Steuereinheit 17 von den beschriebenen in Ausführungsform
3 unterscheiden, wird die Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
unten beschrieben.
-
8 ist
ein Schemadiagramm einer Konfiguration einer Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform
wird zu Beginn ein Laserausgangsleistungswert gemessen, wenn ein Befehlsstromwert
variiert wird, und eine Beziehung zwischen einem den Laserdioden 1 zugeführten Strom
und einer Laserausgangsleistung wird erhalten. Die Beziehung zwischen
diesen wird erhalten gemäß einem in 9 gezeigten
Prozessfluss in einer Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 in 8.
Basierend auf den 8 und 9 wird eine
zugehörige Operation unten beschrieben.
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In
Situationen, in denen ein Betreiber einer Steuereinheit eine Instruktion
zum Bestimmen eines Obergrenzstromwertes gibt, schaltet die Steuereinheit 17 zuerst
den Signalschalter 40 auf die Schaltposition einer durchgezogenen
Linie, die in 7 gezeigt ist. Diese Aktion
steuert einen Stromwert gemäß einem Befehlsstrom-Bestimmungswert,
der von der Steuereinheit 17 zugeführt wird. Die
Steuereinheit 17 bestimmt den Befehlsstrom-Bestimmungswert
zu 0 A (Schritt S00). Als nächstes leitet die Steuereinheit 17 ein
Akquisitionsstartsignal und einen Befehlsstrom-Bestimmungswert zu
der Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 (Schritt S01).
Bei Empfang des Akquisitionsstartsignals bzw. Erfassungsstartsignals
liest die Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 einen
gemessenen Laserausgangsleistungswert aus (Schritt S02). Dann speichert
die Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 in
der Speichereinheit 35 ein Paar eines Befehlsstrom-Bestimmungswertes,
der von der Steuereinheit 17 geliefert wurde, und einen
gemessenen Laserausgangsleistungswert, der geladen wurde (Schritt
S03). Dann erhöht die Steuereinheit 17 den Befehlsstrom-Bestimmungswert
um einen gegebenen Wert (Schritt S04). Die Steuereinheit 17 ermittelt,
ob der Befehlsstrom-Bestimmungswert einen Obergrenzstromwert erreicht
hat (Schritt S05). Wenn der Befehlsstrom-Bestimmungswert den Obergrenzstromwert nicht
erreicht hat, dann kehrt der Prozessfluss zu Schritt S01 zurück;
die Prozesse von Schritt S01, Schritt S02 und Schritt S03 werden
erneut ausgeführt, wobei ein Paar eines Strombestimmungswerts und
ein gemessener Laserausgangsleistungswert der Reihe nach in der
Speichereinheit 35 gespeichert werden. Wenn, während
dieser Prozess wiederholt wird, der Befehlsstrom-Bestimmungswert
den Obergrenzstrom-Bestimmungswert bei Schritt S05 erreicht, dann
endet der Prozess zum Ermitteln der Beziehung zwischen dem Stromwert
und der Laserausgangsleistung.
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Durch
solch einen Prozessfluss kann die Beziehung zwischen dem Stromwert
und der Laserausgangsleistung ermittelt werden, was beispielsweise dazu
führt, dass wie in 6a gezeigte
Daten in der Speichereinheit 35 gespeichert werden. Obwohl
in der vorangehenden Beschreibung angenommen wurde, dass der Befehlsstrom-Bestimmungswert
in die Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 35 eingegeben
wurde, können die gleichen Daten erfasst werden durch Eingeben
in diese eines gemessenen Stromwertes von einem Stromsensor. Ferner
konvertiert bei Schritt S03 die Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 den
Befehlsstrom-Bestimmungswert, der von der Steuereinheit 17 gesendet
wurde, in einen Obergrenzstromwert, um diesen in der Speichereinheit 35 zu
speichern, wodurch in 6b gezeigte Daten in der Speichereinheit 35 gespeichert
werden. Wenn der Obergrenzstromwert, wie der durch die unterbrochene
Linie A in 4 angedeutete bestimmt werden
soll, kann der folgende Prozess verwendet werden als ein Verfahren
zum Konvertieren eines Befehlsstrom-Bestimmungswertes in einen Obergrenzstromwert;
die Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 addiert
den Befehlsstrom-Bestimmungswert mit einem festen Stromwert (2 A
für 4), dann speichert die Speichereinheit 35 die
Summe als einen Obergrenzstromwert. Wenn darüber hinaus
eine Obergrenze bestimmt werden muss, wie durch die unterbrochene
Linie B in 4 angedeutet, dann kann der
folgende Prozess verwendet werden. Ein Ausdruck einer Beziehung
zwischen dem zu erhöhenden Strombetrag und einem Laserausgangsleistungswert
(für 4 eine Gleichung erster Ordnung
Y = AX + B, die 4 A bei 0 W gibt und 0 A bei dessen maximaler Ausgabe)
wird in der Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 gespeichert.
Dann wird ein zu erhöhender Stromwert aus dem eingegebenen
Laserausgangsleistungswert berechnet. Dann werden der berechnete
Wert und der Befehlsstrom-Bestimmungswert zusammenaddiert. Schließlich
wird der berechnete Wert als der Obergrenzstromwert in der Speichereinheit 35 gespeichert.
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Wenn
ein Erhöhungsbetrag des Befehlsstroms in Schritt S04 als
ein kleiner Betrag bestimmt wird, dann benötigt der Stromwert
Zeit, um die Obergrenze zu erreichen, obwohl die Messgenauigkeit verbessert
wurde. Wenn im Gegensatz dazu ein großer Betrag bestimmt
wird, dann ist die Messgenauigkeit vergleichsweise reduziert, obwohl
die Messung schnell beendet ist. Aus diesem Grund kann der Erhöhungsbetrag
davon soweit erforderlich bestimmt werden durch Gewichten entweder
mit der Genauigkeit oder mit der Zeit.
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Nachdem
die Speichereinheit 35 die oberen Daten gespeichert hat,
wird der Signalschalter 40 durch die Steuereinheit 17 auf
die durch die unterbrochene Linie in 7 gezeigte
Position geschaltet, und die Laseroszillatorvorrichtung wird gemäß einem Laserausgangsleistungs-Bestimmungswert
gesteuert, der von der Steuereinheit 17 ausgegeben wird, wodurch
eine vorteilhafte Wirkung erreicht wird, die gleich der in Ausführungsform
2 beschriebenen ist. In der Speichereinheit 35 gespeicherte
Daten, die ein Datenpaar von einer Laserausgangsleistung und einem
Befehlsstrom-Bestimmungswert sind, oder ein Obergrenzstromwert können
in der Speichereinheit 35 als ein relationaler Ausdruck
zwischen der Laserausgangsleistung und einem Obergrenzstromwert gespeichert
werden, wodurch eine Speichermenge in der Speichereinheit 35 reduziert
werden kann. In dieser Situation ist die Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 wie
in 10 gezeigt konfiguriert. Bezugnehmend auf 10 wird
ein Datenpaar von einem Befehlsstrom-Bestimmungswert und einem gemessenen
Laserausgangswert, die von der Stromwert- und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 zugeführt
werden, in eine Relational-Ausdruck-Berechnungseinheit 50 eingegeben.
-
Dann
führt die Berechnungseinheit 50 Berechnungen durch,
um dadurch einen Ausdruck einer Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung
und dem Obergrenzstromwert zu erhalten. Dann speichert die Speichereinheit 35 Daten
der Steigung und des Abschnitts y des ermittelten relationalen Ausdrucks.
Durch Erhalten des relationalen Ausdrucks, wie durch die unterbrochene
Linie A in 4 gezeigt, kann der relationale
Ausdruck in der Relational-Ausdruck-Berechnungseinheit 50 ermittelt
werden unter Verwendung eines Laserausgangsleistungswerts und eines
Wertes, der erhalten wird durch Addieren des Befehlsstromsteuerungswerts
zu einem festen Wert. Zusätzlich wird durch Erhalten des
relationalen Ausdrucks, wie durch die unterbrochene Linie B in 4 gezeigt,
zuerst ein erhöhter Betrag des Stroms entsprechend der
Laserausgangsleistung durch eine Gleichung erster Ordnung repräsentiert,
die vorläufig in der Relational-Ausdruck-Berechnungseinheit 50 gespeichert
wird. Unter Verwendung der Gleichung erster Ordnung wird der erhöhte
Strom aus dem gemessenen Laserausgangsleistungswert berechnet. Dann
werden der erhöhte Betrag und der Befehlsstrom-Bestimmungswert
zusammenaddiert. Der relationale Ausdruck kann aus dem Summenwert
und dem Laserausgangsleistungswert erhalten werden. Die Relational-Ausdruck-Berechnungseinheit 50 speichert
die Steigung und den Abschnitt y des erhaltenen relationalen Ausdrucks
bzw. des Vergleichsausdrucks. Implementieren des oben beschriebenen Prozesses
bewirkt, dass Daten, die ähnlich denen in Ausführungsform
1 sind, in der Speichereinheit 35 gespeichert werden. Daher
kann bei Verwendung für eine tatsächliche Bearbeitungsoperation
durch Einstellen des Signalschalters 14 in eine durch die
gepunktete Linie in 7 gezeigte Position die Laseroszillatorvorrichtung
durch eine Steuerungsoperation betrieben werden, die ähnlich
der aus Ausführungsform 1 ist.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform enthält die Laseroszillatorvorrichtung
eine Einrichtung, die Daten zum Bestimmen eines Obergrenzstromwerts misst,
und die den Obergrenzstromwert basierend auf den gemessenen Daten
bestimmt. Mit dieser Anordnung erzeugt die Laseroszillatorvorrichtung
Daten, die in der Speichereinheit 35 zu speichern sind, wodurch
eine weitere Reduzierung der Voreinstellung der Laseroszillatorvorrichtung
ermöglicht wird.
-
In
der oben beschriebenen Laseroszillatorvorrichtung erteilt eine Person,
so wie ein Betreiber bzw. ein Benutzer, einen Zeitbefehl zum Speichern der
Daten in der Speichereinheit 35 – d. h. die Zeit, bei
der der Referenzzustand der Laseroszillatorvorrichtung ausgewählt
wird zum Bestimmen des Obergrenzstromwerts. Jedoch können
die Daten auf einer regulären Basis gespeichert werden;
alternativ können diese in dem gleichen Fall gespeichert
werden, wenn der Operationszustand der Laseroszillatorvorrichtung
variiert, d. h. wenn, nachdem die Vorrichtung Speichern zu einem
frühen Zeitpunkt der Systemeinführung durchgeführt
hat, der Stromwert auf den Obergrenzstromwert ansteigt und die optischen Komponenten
gereinigt sind. Durch Speichern der Daten bei regelmäßigen
Intervallen, wenn eine Verschmutzung in der optischen Komponente
gerade vor Datenakquirierung aufgetreten ist und die Daten in dem
verschmutzten Zustand akquiriert werden, dann ist es wahrscheinlich,
dass die Laseroszillatorvorrichtung den verschmutzten Zustand der
optischen Komponente als den normalen Zustand erkennt. Wie unten
diskutiert wird, erhöht daher der Vergleich von Daten,
die das letzte Mal akquiriert wurden, mit Daten, die dieses Mal
akquiriert wurden, die Zuverlässigkeit und vermeidet eine
Falscherkennung. Nun wird eine Ausführungsform zum Vergleichen
der Daten des letzten Mals mit den Daten, die dieses Mal akquiriert
wurden, beschrieben. Die Steuereinheit 17 variiert einen
Befehlsstrom-Bestimmungswert, und eine Laserausgangsleistung zu
dieser Zeit wird gemessen, um den gemessenen Ausgangswert beispielsweise
in der Steuereinheit 17 zu speichern. Die Steuereinheit 17 berechnet
den Variationsbetrag zwischen dem Laserausgangsleistungswert, der
das letzte Mal gemessen wurde, und dem dieses Mal gemessenen. Wenn
dieser Variationsbetrag unterhalb eines festen Wertes ist, dann
wird dieser als normal bewertet, und wenn dieser oberhalb des festen
Wertes ist, dann wird dieser als anormal bewertet, wobei ein Ausgabesignal
für eine externe Vorrichtung erzeugt wird. Ein Verfahren
zum Definieren des festen Wertes enthält Abschätzen
des Wertes unter Verwendung des Degradationsbetrags der Pumpeinrichtung
und des Messzeitintervalls zwischen diesem Mal und dem letzten Mal.
Beispielsweise vermindert sich die temporale charakteristische Degradation
der Pumpeinrichtung um 20% für 10000 Stunden, d. h. dass
angenommen wird, dass die Laserausgangsleistung auch um 20% reduziert
wird; wenn das Zeitintervall zwischen dem letzten Mal und diesem
Mal 1000 Stunden beträgt, dann kann dieses als normal bestimmt
werden, wenn die Laserausgangsleistung um 2% variiert und als anormal,
wenn dieses um mehr als 2% variiert.
-
Um
die Beziehung zwischen dem Stromwert und der Laserausgangsleistung
zu erhalten, wird, wie oben diskutiert wurde, die Beziehung zwischen
diesen etabliert durch Variieren des Befehlsstromwerts und der Laserausgangsleistung
zu dieser Zeit. Jedoch kann solch eine Beziehung etabliert werden durch
Messen eines Stromwertes und Variieren eines Laserausgangsleistungs-Befehlswertes
und durch auf eine feste Ausgangsbasis gesteuert werden.
-
Unabhängig
arbeitende Mikrocomputer können alle Funktionen der Speichereinheit 35 erfüllen wie
die Obergrenzwert-Berechnungseinheit 36, die Stromwert-
und Laserausgangsleistungswert-Messeinheit 45 und die Vergleichsausdrucks-Berechnungseinheit 50,
wie zuvor bereits diskutiert wurden; jedoch kann auch ein einzelner
Mikrocomputer die gesamten Funktionen bereitstellen. Jedoch können auch
die Stromsteuerungseinheit 27 und die Steuerungseinheit 17 integral
durch den Mikrocomputer oder Dergleichen konfiguriert sein.
-
Ausführungsform 5
-
Die
Leistung der Pumpeinrichtung sinkt temporär selbst in einem
normalen Zustand. Obwohl optische Komponenten und Dergleichen sich
in einem normalen Zustand befinden, muss daher ein der Pumpeinrichtung
zugeführter Strom temporär erhöht werden,
um eine konstante Laserausgangsleistung beizubehalten. Obwohl sich
die optischen Komponenten und Dergleichen in einem normalen Zustand befinden,
kann aus diesem Grund in einigen Fällen der Stromwert,
der der Pumpeinrichtung zugeführt wird, den Obergrenzstromwert
erreichen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der
Obergrenzstromwert gemäß der zeitlichen Degradation
bzw. Verschlechterung der Pumpeinrichtung variiert.
-
11 ist
ein Schemadiagramm einer Konfiguration einer Laseroszillatorvorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform; 12 ist
ein Blockdiagramm einer internen Konfiguration einer Obergrenzstromwert-Bestimmungseinheit
der Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform. Die Unterschiede zu denen in den 2 und 5 gemäß Ausführungsform
1 sind die Folgenden: eine Stromzuführungs-Evaluierungseinheit 55 und
ein Operationssignal-Akkumulierungstimer 56 sind hinzugefügt,
und eine Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 ist
zusätzlich in der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 bereitgestellt.
In 11 wird ein von der Befehlsstromwert-Bestimmungseinheit 31 empfangener
Befehlsstromwert zu der Stromzuführungs-Evaluierungseinheit 55 weitergeleitet,
um dann mit dem Strom von 0 A verglichen zu werden. Wenn der Befehlsstromwert größer
als 0 A ist, dann wird unter der Annahme, dass der Strom zugeführt
wurde, das Operationssignal zu dem Operationssignal-Akkumulierungstimer 56 geliefert.
Der Operationssignal-Akkumulierungstimer 56 addiert die
Zeit, während das Operationssignal zugeführt wird,
und die Zeit (Operationszeit) wird zu allen Zeiten zu der Obergrenzstrom-Bestimmungseinheit 32 weitergeleitet.
Sobald die Laseroszillatorvorrichtung ausgeschaltet ist, speichert
zusätzlich der Operationssignal-Akkumulierungstimer 56 eine
Gesamtoperationszeit zu dieser Zeit. In Situationen, wo diese erneut
eingeschaltet wird, wird die bereits gespeicherte Gesamtzeit hinzugefügt
zu einer zusammengerechneten Zeit, während der das Operationssignal
an ist, wodurch die Gesamtoperationszeit von Beginn an berechnet
werden kann.
-
Bezugnehmend
auf 12 speichert die Speichereinheit 35 Vergleichsdaten
bzw. relationale Daten zwischen der Relaxationsrate des Obergrenzstromwerts
und eine Operationszeit, während der ein Strom der Pumpeinrichtung
zugeführt wird, wie in 13 gezeigt. 13 zeigt
Daten in Situationen, in denen die Pumpeinrichtung, wenn diese für
10000 Stunden verwendet wird, sich um 20% verschlechtert; der Wert
der Relaxationsrate wird geeignet bestimmt gemäß der
zu verwendeten Pumpeinrichtung. Bezugnehmend auf 12 liest
die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 die Vergleichsdaten
wie in 13 gezeigt aus, die in der Speichereinheit 35 gespeichert
sind, zwischen der Relaxationsrate und einer Operationszeit. Dann
vergleicht die Berechnungseinheit 50 die Daten mit einer Operationszeit,
die als ein Eingang empfangen wird von dem Operationssignal-Akkumulierungstimer 56, um
dadurch die Obergrenzstrom-Relaxationsrate zu berechnen, die schließlich
zu der Obergrenzstrom-Berechnungseinheit 36 weitergeleitet
wird. In der Obergrenzstrom-Berechnungseinheit 36 wird
ein Obergrenzstromwert, in dem eine Operationszeit berücksichtigt
ist, bestimmt durch Multiplizieren der Relaxationsrate mit dem Obergrenzstromwert.
Daten der Obergrenzstrom-Relaxationsrate können in einigen
Fällen wie in 13 gezeigt diskrete Werte annehmen.
In dieser Situation kann die Obergrenzstrom-Relaxationsrate bestimmt
werden durch Verwenden einer Obergrenzstrom-Relaxationsrate in einer
minimalen Zeit, die die Operationszeit übersteigt, oder
durch Repräsentieren durch eine lineare Approximation zwischen
diskreten Werten.
-
Zu
Beginn werden die Situationen beschrieben, in denen die Obergrenz-Relaxationsrate
zu einer Zeit beschrieben, die die Operationszeit minimal übersteigt.
Beispielsweise werden der Obergrenzstromwert und die Obergrenzstromwert-Relaxationsrate
basierend auf 6b bzw. 13 bestimmt. Wenn
die Operationszeit 3000 Stunden ist, dann wird der Laserausgangsleistungs-Befehlsbestimmungswert
mit 2000 W angenommen. Aus 13 ist
ersichtlich, dass die Obergrenz-Relaxationsrate zu einer die Operationszeit
minimal überschreitende Zeit 4000 Stunden ist. Daher berechnet
die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 basierend
auf der Speichereinheit 35 die Obergrenzstrom-Relaxationsrate
zu 1,08. Die berechnete Rate wird zu der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 weitergeleitet.
Des weiteren ist der Laserausgangsleistungs-Befehlsbestimmungswert
2000 W; daher wird in der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 der
Obergrenzstromwert in Situationen, wo die Obergrenzstrom-Relaxationsrate
nicht berücksichtigt wird, zu 52 A aus 6b berechnet.
Dann wird in der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 die
Obergrenzstrom-Relaxationsrate von 1,08 mit dem Obergrenzstromwert
von 52 A multipliziert, wobei der Obergrenzstromwert unter Berücksichtigung der
zeitlichen Degradation der Pumpeinrichtung wie folgt gegeben ist: 52 A × 1,08 = 56,16 A
-
Als
nächstes werden Situationen, in denen die lineare Approximation
zwischen diskreten Werten die Obergrenzstrom-Relaxationsrate angibt,
beschrieben durch Anwenden der gleichen Bedingung wie die vorangehende.
Aus 13 ist ersichtlich, dass die Obergrenz-Relaxationsrate
1,04 für 2000 Stunden ist und 1,08 für 4000 Stunden
ist. Daher berechnet die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 basierend
auf Daten in der Speichereinheit 35 die Obergrenzstrom-Relaxationsrate für
3000 Betriebsstunden wie unten gezeigt. 1,04
+ (1,08 – 1,04)/(4000 – 2000) = 1,06
-
Die
berechnete Relaxationsrate wird zu der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 weitergeleitet.
In der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 wird der
Obergrenzstromwert wie folgt berechnet durch Multiplizieren des
Obergrenzstromwerts von 52 A, der aus Daten in der Speichereinheit 35 bestimmt
wird, mit der Relaxationsrate von 1,06, die durch die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 28 geliefert
wird: 52 A × 1,06 = 55,12 A
-
Das
vorangehende Beispiel verwendet diskrete Daten für die
Relaxationsrate, die in der Speichereinheit 35 gespeichert
sind; jedoch kann der Wert berechnet werden durch Repräsentieren
einer Operationszeit der Pumpeinrichtung und einer Degradationsrate
als eine Annäherungsgleichung. Wenn sich beispielsweise
der Pumpbetrag der Pumpeinrichtung um 20% für eine Betriebsdauer
bzw. Operationszeit von 10000 Stunden vermindert, dann wird die
Obergrenzstrom-Relaxationsrate wie folgt angenähert: 1 + 0,2 × (Operationszeit/10000) Gleichung 5
-
Während
die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 diesen
Vergleichsausdruck 5 speichert, berechnet die Obergrenzstrom-Relaxationsraten-Berechnungseinheit 57 eine Obergrenzstrom-Relaxationsrate
von einer eingegebenen Betriebszeit der Pumpeinrichtung. Dann wird die
berechnete Obergrenzstrom-Relaxationsrate zu der Obergrenzstromwert-Berechnungseinheit 36 weitergeleitet;
der Obergrenzstromwert kann durch die gleiche Berechnung wie die
vorangehende berechnet werden. Die Speichereinheit 35 kann
den Vergleichsausdruck speichern. In der oberen Diskussion wurden
Situationen beschrieben, in denen die Operationszeit bzw. Betriebszeit
den Grad der Degradation der Pumpeinrichtung beeinflusst. Wenn jedoch
die Anzahl der Operationen der Pumpeinrichtung (die Anzahl der Ein-
und Ausschaltvorgänge) den Grad der Degradation von dieser
beeinflusst (die Anzahl der Ein- und Ausschaltvorgänge),
dann kann die vorangehende Betriebszeit ersetzt werden durch die
Anzahl der Operationen, und die Letztere kann als ein Degradationsindex
verwendet werden.
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Solch
eine Konfiguration ermöglicht es, dass eine zeitliche Degradation
der Pumpeinrichtung korrigiert wird, wodurch die Zuverlässigkeit
verbessert wird.
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Ausführungsform 6
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In
allen vorangehenden Ausführungsformen wird ein Stromwert
so gesteuert, dass dieser unterhalb eines Obergrenzstromwertes ist.
Wenn der Stromwert den Obergrenzstromwert erreicht, dann ist es
vorzuziehen, eine Vorrichtung nicht sich selber zu überlassen,
da es wahrscheinlich ist, dass bestimmte Anormalitäten
auftreten. Die vorliegende Ausführungsform umfasst Einrichtungen
bzw. Mittel, die solche Anormalitäten detektieren.
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14 ist
ein Schemadiagramm einer internen Konfiguration der zweiten Vergleichseinrichtung 30 in
einer Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform; Konfigurationen anderer Komponenten sind
die gleichen wie diese der vorangehenden Ausführungsformen.
Bezugnehmend auf 14 wird ein Obergrenzstromwert
und ein Befehlsstromwert in eine Befehlsstromwert-Ermittlungseinheit 60 eingegeben.
Wie in Ausführungsform 1 beschrieben wurde, wenn sich der
Befehlsstromwert unterhalb des Obergrenzstromwerts befindet, wird der
Befehlsstromwert wie dieser ist zu einer ersten Vergleichseinrichtung 28 ausgegeben,
die sich flussabwärts von der Ermittlungseinheit befindet.
Wenn sich umgekehrt der Befehlsstromwert oberhalb des Obergrenzstromwerts
befindet, dann wird der Obergrenzstromwert zu der ersten Vergleichseinrichtung 28 ausgegeben,
die sich flussabwärts von der Ermittlungseinheit befindet.
Wenn sich der Befehlsstromwert oberhalb des Obergrenzstromwerts
befindet, dann wird der Obergrenzstromwert zu der ersten Vergleichseinrichtung 28 ausgegeben,
die sich flussabwärts von der Ermittlungseinheit befindet.
Zur gleichen Zeit wird ein Obergrenzen-Ausgabesignal weitergeleitet
zu einem Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61 weitergeleitet.
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15 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb der zweiten Vergleichseinrichtung 30 darstellt. Basierend
auf 15 wird der Betrieb der zweiten Vergleichseinrichtung 30 detaillierter
beschrieben. Der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61 ermittelt,
ob ein Obergrenzen-Ausgabesignal von der Befehlsstromwert-Ermittlungseinheit 16 ausgegeben wurde
(Schritt S61). Wenn das Signal ausgegeben wurde, dann ermittelt
der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61, ob eine
verstrichene Zeit gemessen wurde (Schritt 62). Wenn die
Zeit gemessen wurde, dann ermittelt der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61,
ob die verstrichene Zeit eine vorbestimmte Zeit überschritten
hat. Wenn die verstrichene Zeit eine vorbestimmte Zeit überschritten hat,
dann liefert der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61 eine
Ausgabe eines anormalen Signals zu der Steuereinheit 17.
Bei Schritt S62, wenn der Obergrenzen Ausgabezeitdetektierungstimer 61 bestimmt
hat, dass die Zeitmessung nicht ausgeführt wurde, startet
der Timer 61 eine Messung der verstrichenen Zeit (Schritt
S65). Dann wird der Prozessfluss wiederholt, der bei Schritt S61
startet. Bei Schritt S61, wenn das Signal nicht geliefert wurde,
ermittelt der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61,
ob eine verstrichene Zeit gemessen wurde (Schritt S66). Der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61 beendet
die Messung der verstrichenen Zeit (Schritt S67), wenn dieser eine
Messung durchführt. Dann wird der Prozessfluss von Schritt S61
an erneut ausgeführt. Wenn bestimmt wird, dass die Zeit
nicht gemessen wird, dann wird bei Schritt S66 der Prozessfluss
von Schritt S61 erneut ausgeführt.
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Durch
diese Aktionen misst der Obergrenzen-Ausgabezeitdetektierungstimer 61 eine
Zeit, in der das Obergrenzen-Ausgangssignal eingeschaltet ist; wenn
eine feste Zeitperiode oder mehr verstreicht, während der
das Signal eingeschaltet ist, dann stellt der Timer 61 ein
anormales Signal der Steuereinheit 17 bereit. Die Steuereinheit 17,
die das anormale Signal empfangen hat, kann beispielsweise einen
Laserausgangsleistungs-Befehlswert auf 0 W reduzieren, wodurch die
Laseroszillatorvorrichtung gesteuert wird, so dass die Oszillation
gestoppt wird.
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Als
nächstes werden zeitliche Variationen eines Laserausgangsleistungswerts,
eines Befehlsstromwerts und eines Obergrenzen-Ausgabesignals in
einer Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform mit Bezug auf 16 beschrieben. 16a ist ein Graph, der zeitliche Variationen der
Laserausgangsleistung und Dergleichen in einem normal funktionierenden
Zustand darstellt; 16b ist ein Graph in einem anormalen
Zustand. Wie in 16a gezeigt, wenn die Laseroszillatorvorrichtung
normal arbeitet, wird die Laserausgangsleistung zur Startzeit beeinflusst
durch die thermische Zeitkonstante einer Laseroszillatorvorrichtung,
der Anstiegszeitkonstanten einer Leistungsüberwachungseinheit
und Dergleichen, wodurch bewirkt wird, dass die Laseroszillatorvorrichtung
so reagiert, dass die Anstiegsflanke der Laserausgangsleistung in
Reaktion auf die Stromvariation verzögert ist. In einem
Fall eines fixierten Laserausgangsleistungs-Steuerungsmodus, wenn
die Laserausgangsleistung gestartet wird, steigt der Strom bis zu
dem Obergrenzstromwert. Im Anschluss daran, wenn sich die Laserausgangsleistung
einem gewünschten Wert nähert, vermindert sich
der Befehlsstromwert progressiv und verbleibt bei einem bestimmten
festen Wert. Zu einer Zeit, wenn sich der Befehlsstromwert unterhalb
des Obergrenzstromwerts befindet, wird das Obergrenz-Ausgabesignal
folglich nicht erzeugt. Bezugnehmend auf einen Graph der Laserausgangsleistung
in 16a wird die Steigung des Graphs sanft, bevor
die Laserausgangsleistung die gewünschte Ausgabe erreicht.
Dies ist so, da zum Vermeiden, dass die Laserausgangsleistung den
gewünschten Wert übersteigt, der Strom so gesteuert wird,
dass dieser reduziert wird, wenn durch Berechnen einer Differenz
zwischen einem Zielwert und dem aktuellen Wert sich die Ausgabe
dem Zielwert annähert und die kleine Differenz zwischen
diesen detektiert wird. Im Gegensatz dazu, wenn Anormalitäten
bzw. Unregelmäßigkeiten in einer Komponente, so
wie in einer optischen Komponente, auftreten, selbst wenn wie in 16b gezeigt ein Strom mit einem Obergrenzstromwert
zugeführt wird, kann die gewünschte Laserausgangsleistung
nicht erhalten werden. Als eine Folge davon verbleibt der Strom
für lange Zeit bei dem Obergrenzstromwert. Folglich wird
der Obergrenzstromwert weiterhin ausgegeben. Wenn eine Zeit, während
der der Obergrenzstromwert weiterhin ausgegeben wird, oberhalb einer
festen Zeitperiode ist, dann wird bestimmt, dass eine optische Komponente
oder Dergleichen nicht normal ist, wobei das System eine Benachrichtigung
zu einer externen Vorrichtung sendet. Die feste Zeitperiode kann
bestimmt werden durch Berücksichtigen der thermalen Zeitkonstante
des Lasersystems und der Anstiegszeitkonstante der Leistungsüberwachungseinrichtung,
so dass die Zeit eine Zeit ist, die länger ist als beide
Zeitkonstanten.
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Solch
eine Konfiguration ermöglicht es, dass das Vorhandensein
und Nichtvorhandensein von Anormalitäten bzw. Auffälligkeiten
von optischen Komponenten ermittelt wird durch ein Anormalitätssignal.
Ferner kann die Tatsache, dass die Steuereinheit den Betrieb der
Laseroszillatorvorrichtung durch das Anormalitätssignal
stoppt, vermeiden, dass eine Komponente, so wie eine optische Komponente,
beispielsweise beschädigt wird.
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Ausführungsform 7
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In
Ausführungsform 6 wird die Dauer gemessen, bei der der
Stromwert bei dem Obergrenzbefehlsstromwert verbleibt, um das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein von Anormalitäten bzw. Abweichungen
zu ermitteln. In der vorliegenden Ausführungsform wird
eine Situation, in der die Laserausgangsleistung keinen gewünschten
Wert nach einer festen Zeitperiode erreicht hat, als anormal bestimmt, und
es wird eine Benachrichtigung zu der externen Vorrichtung gesendet.
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17 ist
ein Schemadiagramm einer internen Konfiguration einer Laserausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 65 einer
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform, wobei die Bestimmungseinheit im Inneren
oder außerhalb der Stromsteuereinheit 27 bereitgestellt
ist. Die Konfigurationen der anderen Komponenten sind die gleichen wie
diese der oben beschriebenen Ausführungsformen. Bezugnehmend
auf 17 werden ein Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
und ein gemessener Laserausgangswert in die Laserausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 65 eingegeben. Der
Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert und der gemessene
Laserausgangsleistungswert, die dort eingegeben wurden, werden verwendet zum
Bestimmen, ob der gemessene Laserausgangsleistungswert einen Untergrenzwert
erreicht, der mit dem Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
korrespondiert, unter Verwendung der Laserausgangsleistungs-Ermittlungseinheit 66 im
Inneren der Laserausgangsleistungs-Bestimmungseinheit 65.
Das Kühlwasser und eine Umgebungstemperatur beeinflussen
die Laseroszillatorvorrichtung, so dass die Laserausgangsleistung
in der Größenordnung von ±2–3%
variiert. Unter Berücksichtigung dieser Variation wird
der Untergrenzwert auf einen Wert bestimmt, der um 2–3%
niedriger ist als der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert – beispielsweise
1940 W, der um 3% niedriger ist als 2000 W. Die Laserausgangsleistungs-Ermittlungseinheit 66 gibt
ein Signal aus, das angibt, dass die Laserausgangsleistung sich
im Bereich befindet, wenn bestimmt wird, dass die Laserausgangsleistung
den Untergrenzwert erreicht hat. Darüber hinaus erzeugt die
Laserausgangsleistungs-Ermittlungseinheit 66 ein Ausgabesignal
zum Starten eines Timers, wenn der Laserausgangsleistungsbefehls-Bestimmungswert
variiert. Das Signal, das angibt, dass die Laserausgangsleistung
sich im Bereich befindet, und das Timerstartsignal werden in einen
Anormalitätsdetektierungstimer 67 eingegeben,
der wiederum eine Zählung des Timers startet, während
zur gleichen Zeit das Timerstartsignal eingegeben wird. Nachdem der
Anormalitätsdetektierungstimer 67 eine Timerzählung
gestartet hat, wenn das Signal, das angibt, dass die Laserausgangsleistung
sich im Bereich befindet, eingegeben wird, nachdem eine feste Zeitperiode
verstrichen ist, wird bestimmt, dass das System nicht fehlerhaft
ist, wodurch die Timerzählung angehalten wird. Wenn andererseits
das Signal, das angibt, dass sich die Laserausgangsleistung im Bereich befindet,
nicht eingegeben wird, selbst nachdem eine feste Zeitperiode verstrichen
ist, dann wird bestimmt, dass das System fehlerhaft ist; dann liefert
der Anormalitätsdetektierungstimer 67 ein Ausgabesignal
für den Fehler zu der Steuereinheit 17. Hier kann
die feste Zeitperiode bestimmt werden unter Berücksichtigung
der thermalen Zeitkonstante des Systems und der Anstiegszeitkonstante
der Leistungsüberwachungseinrichtung, so dass diese eine
Zeit ist, die länger ist als beide Zeitkonstanten.
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Als
nächstes werden zeitliche Variationen eines Laserausgangsleistungswerts,
eines Befehlsstromwerts und eines Obergrenzausgabesignals in einer
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform beschrieben mit Bezug auf 18. 18a ist ein Graph, der zeitliche Variationen einer
Laserausgangsleistung und Dergleichen einer Laseroszillatorvorrichtung
in einer normalen Situation darstellt; 18b ist
ein Graph von dieser in einer anormalen Situation. Wenn, wie in 18a gezeigt, sich die Vorrichtung in einem normalen
Zustand befindet, startet der Anormalitätsdetektierungstimer
eine Timerzählung, wodurch bewirkt wird, dass ein Signal,
das angibt, dass sich die Laserausgangsleistung im Bereich befindet,
innerhalb einer festen Zeitperiode eingeschaltet wird. Wenn, wie
in 18b gezeigt, sich die Vorrichtung in einem anormalen
Zustand befindet, dann startet der Timer eine Timerzählung,
die nicht bewirkt, dass ein Signal, das angibt, dass eine Laserausgangsleistung
sich im Bereich befindet, eingeschaltet wird innerhalb einer festen
Zeitperiode. In Situationen, in denen ein Laserausgangsleistung-Im-Bereich-Signal
bzw. ein Signal, das angibt, dass sich die Laserausgangsleistung
im Bereich befindet, nicht innerhalb der festen Zeitperiode eingeschaltet
wird, als anormal bestimmt wird, wird ein anormales Signal zu einer
externen Steuereinrichtung gesendet.
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Diese
Konfiguration ermöglicht es, dass das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein von Anormalitäten der optischen Komponente
wie in Ausführungsform 6 ermittelt wird. In der vorangehenden
Beschreibung ist das System so konfiguriert, dass dieses ein Signal
liefert, wenn die Laserausgangsleistung den Untergrenzwert erreicht;
umgekehrt kann es auch so konfiguriert sein, dass dieses das Signal liefert,
wenn die Laserausgangsleistung unterhalb des Untergrenzwertes ist.
In dieser Situation, wenn die Timerzählung gestartet wird
und das Signal innerhalb einer festen Zeitperiode nicht ausgeschaltet wird,
kann die Vorrichtung als anormal bestimmt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Eine
Laseroszillatorvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist insbesondere auf Bearbeitungsoperationen anwendbar,
in denen, wie in dem Fall, in dem eine optische Faser einen Laserstrahl überträgt,
eine Modenvariation eines Laserstrahls, der von der Laseroszillatorvorrichtung
emittiert wird, annähernd kein Problem darstellt, und auf
Bearbeitungsoperationen, in denen eine größere
Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Ausgangsleistung eines Laserstrahls
variiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Laserausgangsleistungsbefehlsbestimmungswert von einer Steuereinheit
(17) wird in eine Obergrenzstrombestimmungseinheit (32)
eingegeben, und ein Obergrenzstromwert wird bestimmt basierend auf
dem Laserausgangsleistungsbefehlsbestimmungswert. Dann vergleicht
eine zweite Vergleichseinrichtung (30) einen Befehlsstromwert,
der aus dem Laserausgangsleistungsbefehlsbestimmungswert und einen
Laserausgangsleistungsbefehlsbestimmungswert, der mit einer Leistungsüberwachungseinheit
(13) gemessen wird, bestimmt wird, mit einem Obergrenzstromwert,
der durch eine Obergrenzstrombestimmungseinheit (32) bestimmt
wird. Die zweite Vergleichseinrichtung (30) bestimmt einen Befehlsstromwert,
wenn der Obergrenzstromwert größer ist als der
der Befehlsstromwert und der Obergrenzstromwert, wenn der Befehlsstromwert
größer ist als der Obergrenzstromwert als ein
Referenzstromwert, wodurch ein Referenzstromwert ein der Pumpeinrichtung
zuzuführender Strom gesteuert wird. In solch einer Konfiguration
wird ein Obergrenzstromwert gemäß einem Laserausgangsleistungsbefehlsbestimmungswert
bestimmt, wodurch ein Erhöhung des der Pumpeinrichtung
zuzuführenden Stroms, d. h. die Erhöhung der einer
Laseroszillatorvorrichtung zuzuführenden Energie, vermieden
wird, und es wird ein Energieverlust in der optischen Komponente
reduziert, was verhindert, dass eine Schadensentwicklung zu einem
Austausch der Komponente führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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