DE3347402A1

DE3347402A1 - Steuereinrichtung, insbesondere zur steuerung eines lasers

Info

Publication number: DE3347402A1
Application number: DE19833347402
Authority: DE
Inventors: Martin D. Kfar Saba Rubin
Original assignee: Laser Industries Ltd
Current assignee: Laser Industries Ltd
Priority date: 1982-12-31
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1984-07-05
Also published as: JPS59135785A; GB8333930D0; US4587396A; GB2133180A; IL67599A0; GB2133180B; IL67599A

Description

STEUEREINRICHTUNG, INSBESONDER ZUR STEUERUNG EINES LASERS

'■ Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung, welche im breitesten Sinn zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges innerhalb eines Einwirkungsbereiches dient, in welchem ein vorgegeDenes Muster bearbeitet werden soll. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Steuereinrchtung zur Steuerung eines Lasers und wird deshalb im folgenden mit Bezug auf eine solche Anwendung näher beschrieben, obwohl es offensichtlich ist, dass die erfindungsgemässe Steuereinrichtung oder Teile davon, die nachfolgend noch im einzelnen erläutert werden sollen, in vorteilhafter Art und Weise auch in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden kann, bzw. können.

Laser erlangen zunehmende Bedeutung in medizinischen Anwendungen als Ersatz für chirurgische Skalpelle, z.B. als Schneidwerkzeuge für Gewebe oder zum Wegbrennen von Gewebe, sowie als Koagulatoren zur Behandlung von Verletzungen der verschiedensten Art. Eine fundamentale Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz eines Lasers in diesen Anwendungsgebieten ist in der Leichtigkeit und Präzision zu erblicken, mit der ein solcher Laser bedient werden kann. Bei bekannten Anordnungen wird der Laserstrahl üblicherweise mittels eines Steuerhebels betätigt. Eine solche, einen Steuerhebel umfassende Konstruktion ist im israelischen Patent Nr. 53 7^6 beschrieben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neuartige,

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verbesserte Steuereinrichtung zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges innerhalb eines Einwirkungsbereiches vorzuschlagen, mit welcher ein vorgegebenes Muster bearbeitet werden kann. Wie nachstehend noch beschrieben werden wird, kann das zu bearbeitende Muster entweder ein Linienmuster oder wahlweise ein Flächenmuster sein, letzteres innerhalb einer geschlossenen, vorgegebenen Linie. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist in der Schaffung einer Steuereinrichtung für einen Laser zu erblicken, welche zur Steuerung der Bewegung eines Laserstrahls innerhalb eines Einwirkungsbereiches dient; ein solches Gerät soll insbesondere im medizinischen Bereich als chirurgisches Skalpell oder als Verdampfungs- und Koagulationsgerät zur Behandlung von verschiedenartigen Verletzungen dienen. Schliesslich ist auch eine Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, ein Gerät zu schaffen, welches in Verbindng mit einem bereits vorhandenen Laser verwendet werden kann und dabei dessen Bedienung im Sinne einer Vereinfachung und einer erhöhten Präzision erleichtert.

Bei einer Steuereinrichtung der eingangs erwähnten Art werden die vorstehend erwähnten Erfindungsaufgaben durch die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsarten und Weiterbildungen der erfindungsgemässen Steuereinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 definiert.

Eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Lasers innerhalb eines definierten Wirkungsbereiches kann also vorzugsweise die nachfolgend aufgeführten Baugruppen umfassen:

- eine Eingabeeinheit zur Eingabe des erwünschten Musters;

- eine Speichereinheit zur Abspeicherung eines Linienmusters;

- eine Anzeigeeinheit zur Sichtbarmachung des eingegebenen bzw. abgespeicherten Musters;

- eine Steuereinheit zur Steuerung der Bewegung des Laserstrahls in Abhängigkeit vom eingegebenen bzw. abgespeicherten Muster»

Die Steuereinheit umfasst dabei mit Vorteil einen Wahlschalter, um eine linienhafte oder wahlweise eine flächenhafte Betriebsweise vorzuwählen» Bei der linienhaften Betriebsweise wird das Linienmuster, welches gegebenenfalls in der Speichereinheit abgespeichert ist₅ mittels des Laserstrahls auf dem zu bearbeitenden Objekt reproduziert„ Andernfalls, bei der flächenhaften Betriebsweise, wird davon ausgegangen, dass die durch das Linienmuster umgrenzte Fläche zu bearbeiten ist. Die Steuereinheit interpretiert demzufolge die vom Linienmuster eingeschlossene Fläche als relevanten Einwirkungsbereich und steuert die Bewegung des Lasers dementsprechend <>

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgmässen Steuereinrichtung, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig» 1 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung für einen Laser, der insbesondere für chirurgische Anwendungen gedacht ist;

Fig. 2 eine schematische Teilansicht der elektrooptischen Einheit der Einrichtung gemäss Fig. 1 zur Steuerung des Laserstrahles;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des elektrischen Steuersystems der Einrichtung gemäss Fig. 1;

Fig. 4 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der generellen Betriebsweise der Einrichtung gemäss Fig. 1 ;

Fig. 4a ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung der Betriebsweise der Einrichtung gemäss Fig. 1, während der horizontalen, vertikalen und linienhaften Abtastung mittels des Laserstrahls;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Linienmusters, wie es abgespeichert und gegebenenfalls automatisch korrigiert werden kann; und

Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung eines Linienmusters, bei welchem eine weitere, automatische Korrekturmöglichkeit durch die Einrichtung gezeigt ist.

Genereller Aufbau

In der Fig. 1 ist ein Lasersystem schematisch dargestellt, wel-

ches sich in erster Linie für chirurgische Anwendungen eingnet, z.B. als chirurgisches Skalpell oder als chirurgische Verdampfungs- oder Koagulations-Einrichtung zur Behandlung verschiedenster Arten von Verletzungen. Das Lasersystem umfasst zum einen eine generell mit 2 bezeichnete Hochenergie-Laserröhre, welche den eigentlichen, hochenergetischen Laserwirkstrahl 2' erzeugt, sowie eine weitere Laserröhre niedrigerer Energie, welche generell mit 3 bezeichnet ist und welche einen sichtbaren Laserleitstrahl 3' erzeugt. Dieser Laserleitstrahl 3' dient dazu, dem Chirurgen einen Anhaltspunkt zu liefern, wohin der eigentliche, von der Laserröhre 2 erzeugte Arbeitslaserstrahl 2' gerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann als eigentlicher Arbeitslaser 2 ein CC^-Laser Verwendung finden, währenddem der Anzeigelaser 3 durch einen He-Ne-Laser gebildet sein kann.

Die Einrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, umfasst ferner eine optische Einheit, die generell mit 4 bezeichnet ist und die dazu dient, beide vorgenannte Laserstrahlen auf einen Einwirkungsbereich 5 zu richten, d.h. auf einen Gegenstand, der mit dem Laserstrahl behandelt werden soll, wie z.B. einen Gewebebereich, der zu durchschneiden, wegzubrennen oder zu koagulieren ist. Der Einwirkungsbereich 5 ist für den Chirurgen durch ein Okular 6 ersichtlich, welches durch ein Binokular-Mikroskop oder durch ein Kolposkop gebildet sein kann; eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Chirurg den Einwirkungsbereich ohne Hilfsmittel direkt beobachtet. Sowohl der Wirklaserstrahl 2' als auch der Leitstrahl 3' werden durch den Chirurgen mit Hilfe eines Steuerhebels 7 beeinflusst. Die Inbetriebnahme des Wirklaserstrahles

kann durch einen Fussschalter 8 erfolgen, den der Chirurg bei Bedarf betätigt.

Steuereinheit 10

Die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit 10 zur Steuerungs des Wirkstrahles 2' des Lasers wie auch zur Steuerung des Leitstrahles 3'. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist der Steuerhebel 7 innerhalb der Steuereinheit 10 integriert; bei anderen Anwendungen der erfindungsgemässen Einrichtung kann es wünschenswert sein, den Steuerhebel 7 getrennt davon anzuordnen und an die optische Einheit 4 anzuschliessen, dies in einer bequemen Lage, die dem arbeitenden Chirurgen ermöglicht, den Steuerhebel 7 bequem zu bedienen, währenddem er den Einwirkungsbereich 5 entweder durch das Okular 6 oder direkt beobachtet.

Neben dem Steuerhebel 7 umfasst die Steuereinheit 10 Wahlschalter, um entweder eine manuelle Betriebsweise durch Betätigung der "MANUELL"-Taste 12 oder eine automatische Betriebsweise durch Betätigung der "AUT0MATISCH"-Taste 14 zu wählen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einer Betätigung der Taste 12 bewirkt wird, dass der Leitstrahl 3¹ und der Wirkstrahl 2¹ in übereinstimmender Weise innerhalb des Einwirkungsbereiches 5 bewegt werden. Wenn jedoch die automatische Betriebsweise durch Drücken der Taste 14 angewählt wird, kann der Leitstral 3' zunächst ohne

Einwirkung des Wiricstrahles 2' bewegt werden, wobei die Betätigung des Steuerhebels 7 in einem Speicher aufgezeichnet wird. Der Speicherinhalt dient nachfolgend dazu, den Bewegungsablauf des Wirkstrahles 3¹ in entsprechender Weise zu steuern.

Die Steuereinheit 10 umfasst ferner mehrere Steuertasten, die insbesondere in der automatischen Betriebsweise wirksam werden. So ist z.B. eine Vorwahltaste 16 sowie eine Betriebstaste 18 vorgesehen. Wenn die Vorwahltaste 16 während der automatischen Betriebsweise gedrückt wird, wird die Bewegung des Steuerhebels einerseits im Speicher aufgezeichnet und andererseits mit Hilfe des Leitstrahles 3' dem Chirurgen angezeigt, währenddem der eigentliche Wirkstrahl 2¹ ausser Funktion bleibt, so dass keinerlei Schneid- oder Verbrennungsvorgang erfolgt. Sobald die Betriebstaste 18 gedrückt wird, - nach erfolgter Vorwahl der Laserbewegung, jedoch vor erfolgter Inbetriebnahme des Wirklasers 2 -, beginnt der eigentlicher Arbeitslaser in folgender Weise zu arbeiten: Die Steuereinheit führt zunächst eine Kontrollfunktion durch, um festzustellen, ob die im Speicher festgehaltene Vorgehensweise zulässig ist oder ob gegen im voraus festgelegte, nicht akzeptable Bewegungszyklen verstossen wird. Im zutreffenden Fail werden diese selbsttätig korrigiert, und anschliessend wird der Wirklaser 2 in Betrieb gesetzt, um die vorgesehene Operation auszuführen.

Die Bedienungstasten innerhalb der Steuereinheit 10 umfassen ferner eine Taste 20 zur Vorwahlsteuerung entlang einer Linie sowie eine Taste 22 zur Vorwahlsteuerung innerhalb eines bestimm-

ten Bereiches. Diese Tasten 20 und 22 sind nur dann wirksam, wenn die Betriebstaste 18 betätigt worden ist, d.h. während des eigentlichen Arbeitsvorganges. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass, bei Betätigung der Taste 20, die Arbeitsbewegung des Lasers 2 lediglich entlang eines Linienmusters innerhalb des Einwirkungsbereiches 5 arbeitet, unabhängig davon, ob die durch den Steuerhebel 7 eingegebene und im Speicher abgelegte Bewegungs-Sequenz ein- oder zweidimensional ist. Andererseits, wenn die Taste 22 gedrückt ist, wird eine gegebenenfalls eindimensionale, im Speicher aufgezeichnete Linie in ein flächiges Muster umgewandelt, so dass bei in Betriebnahme des Wirklasers 2 eine sich über die gesamte Wirkfläche des Lasers erstreckende Arbeitsweise resultiert. Diese Wahlmöglichkeit, nähmlich die Betriebsweise des Laserstrahls innerhalb einer Fläche oder entlang einer Linie, ist insbesondere in gewissen medizinischen Anwendungen des Lasers von grosser Wichtigkeit, z.B. im dermatologischen Bereich. Es versteht sich von selbst, dass anstelle der beiden Tasten 20 und 22 eine einzelne Umschalttaste vorgesehen sein kann, die die Steuereinheit zwischen den beiden vorstehend beschriebenen Betriebszuständen umzuschalten befähigt ist.

Die Steuereinheit 10 umfasst eine Geschwindigkeits-Vorwahltaste 24 sowie eine Grössen-Vorwahltaste 26. Die erstere Taste 24 kann dazu verwendet werden, um die Geschwindigkeit vorzuwählen, mit welcher der Laser das Muster abtastet, - sei es ein Linienmuster, sei es ein flächiges Muster -, welches innerhalb des Einwirkungsbereiches 5 vorgegeben ist. Die Grössen-Vorwahltaste 26 andererseits dient dazu, die Grosse des Musters vorzuwählen, welches

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eigentlich durch den Laserstrahl 2', in Abhängigkeit vom durch den Steuerhebel 7 eingegebenen Muster, bearbeitet wird.

In diesem Zusammenhang sollen noch zwei Steuertasten erläutert werden, welche normalerweise die Wirkung des Laserstrahls 2 beeinflussen, nämlich eine Bereitschaftstaste 28 sowie eine Arbeitstaste 30. Erstere, nämlich die Bereitschaftstaste 28, unterbricht bei deren Betätigung die Wirkung des Arbeitslasers 2, während eine Betätigung der Arbeitstaste 30 die kontinuierliche Ausstrahlung eines Wirklaserstrahles 2' bewirkt.

Die Tasten 12 und 14 zur Wahl der Betriebsart wie auch die Tasten 16, 18, 22 können alle in Form von Drucktasten ausgeführt sein, welche mit einer innerhalb der Drucktaste vorgesehenen Leuchtanzeige versehen sind; wenn diese Leuchtanzeige bei Betätigung der entsprechenden Taste aktiviert ist, wird gleichzeitig eine visuell erfassbare Anzeige des gewählten Betriebszustandes der Steuereinheit 10 verdeutlicht.

All die vorstehend erwähnten Betriebsarten, die durch Betätigung der Tasten der Steuereinheit 10 vorgewählt bzw. eingeleitet werden können, werden im folgenden noch im Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden; ein solches Ausführungsbeispiel ist anhand eines operationellen Flussdiagramms in Figur ¹J festgehalten.

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Optische Einheit 4

Die optische Einheit 4 umfasst einen Eingang 32, auf welchen sowohl der Wirklaserstrahl 2' als auch der Leitstrahl 3' gerichtet sind. Diese Laserstrahlen treffen auf einen ersten Reflektor 34, der durch einen vertikal in der Y-Achse beweglichen Motor angetrieben ist, und auf einen zweiten Reflektor 38 auf, der durch einen horizontal in der X-Achse beweglichen Motor 40 angetrieben ist. Der Reflektor 34 dient dazu, den Laserstrahl in Abhängigkeit vom dem Motor 36 zugeführten Strom in vertikaler Ricntung abzulenken, während der Reflektor 38 vorgesehen ist, um den Laserstrahl in Abhängigkeit vom seinem Motor 40 zugeführten Strom in der horizontalen Achse zu verschieben. In dieser Weise, durch entsprechende Steuerung der beiden Motoren 36 und 40, ist es möglich, den Laserstrahl innerhalb des Einwirkungsbereiches 5 entlang der X-Achse und der Y-Achse zu verschieben.

Der Wirklaserstrahl 2' steht zudem unter Einfluss einer Blende 42, welche bewirkt, dass der Laserstrahl nicht zum Eingang der optischen Einheit 4 gelangen kann, solange die Blende 42 nicht geöffnet ist. Eine solche Blende ist normalerweise vorgesehen, um eine unbeabsichtigte Einwirkung des Laserstrahls zu vermeiden.

Steuereinheit gemäss Figur 3

Der eigentliche Arbeitslaser 2, die ihm zugeordnete Blende 42

sowie die Motoren 36 und 40, die die Ablenkung der Laserstrahlen 2' und 3' mittels der Reflektoren 34 und 38 beeinflussen, werden alle durch eine in Figur 3 dargestellte Einheit gesteuert, welche innerhalb der Steuereinheit 10 gemäss Figur 1 enthalten sein kann.

Die in Figur 3 dargestellte Steuereinheit umfasst ein zentrales Steuerorgan (CPU) mit den folgenden Baugruppen: Ein Mikroprozessor 50; ein EPROM 52 (d.h. eine löschbare und programmierbare Lese-Speicherzelle) zur Speicherung des Programms des Mikroprozessors; ein RAM 54 zur Speicherung der vom Steuerhebel 7 gelieferten Informationen; ein weiteres RAM 56 zur Speicherung von vorübergehenden, für den Betrieb des Mikroprozessors erforderlichen Daten; sowie eine Dekodereinheit 58 zur Adress-Dekodierung und ähnlichen Aufgaben. Die Verbindung von der und zu der zentralen Steuereinheit CPU erfolgt über Eingangs-Ausgangseinheiten (I/0-Ports) 60, 62, 64. Die Einheit 60 steht mit einer Steuereinheit 70 für den X-Motor 40 in Verbindung, während die Einheit 62 mit einer Steuereinheit 72 für den Y-Motor 36 verbunden ist. Die Einheiten 64 sind über eine Anpasschaltung 74 mit der Anzeigeeinheit 26 und den Schaltern 12-28 der Steuereinheit 10 verbunden.

Die zentrale Steuereinheit (CPU) beeinflusst ausserdem, über die Einheit 64 und das Interface 74, die Inbetriebnahme der Laserröhre 2 wie auch die Steuerung der Blende 42 der Laserröhre 2. Die zentrale Steuereinheit (CPU) ihrerseits wird zum einen von Steuerhebel 7, den Betriebsartenschaltern 12-14, den Drucktasten 16, 18, 20 und 23 sowie den Einstellknöpfen 24 und 26 der Steuer-

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einheit 10 und zum andern von dem von der Bedienungsperson betätigten Fusschalter 8 beeinflusst. Schliesslich zeigt die Figur 3 eine Stromversorgungsanordnung 46, welche all die vorgenannten Einheiten speist.

Der Steuerhebel 7 kann in irgendeiner bekannter Art ausgeführt sein, welches ein erstes Analogsignal als Mass der horizontalen Verschiebungskomponente und ein zweites Analogsignal als Mass der vertikalen Verschiebungskomponente erzeugt. Das genannte erste Signal wird vom Steuerhebel 7 einem Verstärker 80 innerhalb einer Steuerschaltung 70 für den X-Motor 40 zugeleitet. Die Steuerschaltung 70 umfasst dabei einen Analog-Digital-Wandler 82, welcher das analoge Eingangssignal in eine digitale Form transformiert, bevor es über die Einheit 60 der zentralen Steuereinheit (CPU) zugeführt wird. Dort wird die erhaltene Information weiter aufbereitet, wie es im folgenden noch näher beschrieben werden wird. Die zentrale Steuereinheit (CPU) wandelt die erhaltene Iniormation in eine analoge Form, bevor diese über den Verstärker 86 zum X-Motor 40 gelangt.

Die Verarbeitung des Y-Signals erfolgt in ähnlicher Weise: Das Analogsignal, welches die Verschiebungskomponente des Steuerhe- · bels in vertikaler Richtung darstellt, wird dem Y-Motor über die Steuerschaltung 72 mit nachgeschaltetem Verstärker 90 zugeführt, nachdem es im Wandler 92 in digitale Form gebracht, über die Einheit 62 der zentralen Steuereinheit (CPU) .zugeführt und danach über einen Digital-Analog-Wandler 94 einem Verstärker 94 zugeleitet worden ist.

Arbeitsweise

Die generelle Arbeitsweise wird im folgenden mit Bezug auf die Steuereinheit 10 und auf das in Figur 3 dargestellte Steuersystem näher erläutert.

Bevor die Einrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird der gewünschte Arbeitsablauf durch Einstellung der entsprechenden Einstellorgane an der Steuereinheit 10 vorgewählt. Wenn eine manuelle Betriebsweise gewünscht ist, wird die Taste 14 gedrückt, so dass die Bedienungsperson in die Lage versetzt ist, die Bewegung des Wirklaserstrahles über den Steuerhebel 7 und unter Wirkung der zentralen Steuereinheit zu betätigen, ohne dass diese Bewegungen im RAM 54 gespeichert werden. Es besteht die Möglichkeit, diese manuell gesteuerte Betriebsweise jederzeit anzuwählen, selbst mitten im Arbeitsablauf der automatischen Betriebsweise, so dass die Bedienungsperson jederzeit in die Lage versetzt ist, die Position des Wirklaserstrahls manuell zu beeinflussen. Es ergibt sich daraus, dass nach Betätigen der Manuell-Taste 12 die Steuereinheit die aktuelle Betriebsweise speichert und gleichzeitig der Bedienungsperson ermöglicht, die Bewegung des Wirklaserstrahles durch Betätigung des Steuerhebels 7 zu beeinflussen. Sobald diese direkte Beeinflussung been-det ist, kann die Bedienungsperson lediglich die Automatik-Taste 1M drücken, so dass die Einrichtung mit der automatischen Betriebsweise weiterfährt, wobei der Laserstrahl in diejenige Position zurückkehrt, die er eingenommen hat,

BAD ORiGINAL

bevor die Automatik-Funktion durch das Drücken der Manuell-Taste 12 überbrückt worden ist.

Wenn die Einrichtung in der automatischen Betriebsweise betrieben werden soll, muss die Automatik-Taste 14 gedrückt werden, wobei es zweckmässig ist, ebenfalls die Vorwahltaste 16 zu betätigen. Das letztere bewirkt, dass die Einrichtung in einem Bereitschaftszustand versetzt wird, bei welchem die Bewegungen des Steuerhebels 7 in RAM 54 abgespeichert werden. Dies geschieht über eine Verbindung, welche die Analog-Digital-Wandler 82 und der horizontalen und vertikalen Steuerschaltungen JO und 72 umfasst. Eine Betätigung der Vorwahltaste 16 bewirkt im übrigen zu jeder Zeit, dass die zentrale Steuereinheit (CPU) den Speicherinhalt im RAM 54 löscht, so dass letzteres in die Lage versetzt wird, neuerlich ein durch den Steuerhebel 7 eingegebenes Bewegungsmuster aufzuzeichnen.

Das RAM 54, welches das durch den Steuerhebel 7 vorgegebene Bewegungsmuster speichert, kann eine 64 χ 64-BIT-Matrix von bistabilen Speicherelementen umfassen, welches in der Lage ist,das Bewegungsmuster in Form einer Mehrzahl von Matrixpunkten zu speichern; jeder Matrixpunkt kann dabei einen von zwei stabilen Zuständen einnehmen. Dies ist in Figur 5 dargestellt, aus der zu entnehmen ist, dass alle mit einem Punkt entlang des Bewegungsmusters zusammenfallenden Matrixpunkte den binären Status "1" besitzen, währenddem alle anderen Punkte der Matrix den binären Status "0" einnehmen.

Als nächste muss die Taste 18 betätigt werden, damit die gesamte Einrichtung eine Überprüfungsfunktion ausüben kann. Dabei überprüft das System das im RAM 54 gespeicherte Bewegungsmuster, um festzustellen, ob irgendwelche unerlaubten Charakteristika enthalten sind. Im zutreffenden Fall werden diese automatisch korrigiert.

Zur näheren Erläuterung kann folgendes Beispiel aufgeführt werden: Es wird überprüft, ob innerhalb der Linie des gespeicherten Bewegungsmusters ein Unterbruch vorhanden ist. In Figur 5 ist dies zwischen den Enden a und b der gespeicherten Linie der Fall. Wenn das System während der Überprüfung das Vorhandensein eines solchen Unterbruches feststellt, wird dies automatisch korrigiert bzw. die Linie ergänzt, wie es in Figur 5 durch die gestrichelte Linie c angedeutet ist. Diese Korrekturfunktion kann auf irgendeine geeignete Art und Weise erfolgen, z.B. mittels eines "pattern-recognition"- oder eines "character recognition"-Systems.

Ein weiteres Merkmal, dass nicht akzeptiert und durch die Einrichtung überprüft wird, ist darin zu sehen, ob ein gespeichertes Linienmuster freie Enden aufweist, wie es in Figur 6 bei d und e angedeutet ist. Wenn solche freie Enden gefunden werden, werden diese vom System selbsttätig entfernt, unter Zuhilfenahme einer der bekannten, hier nicht zur Diskussion stehenden Techniken.

Während des zuvor beschriebenen Überprüfungsvorganges wird ausserdem kontrolliert, ob die Taste 20 oder die Taste 22 gedrückt

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ist. Wenn die Taste 20, die eine linienartige Betriebsweise der Einrichtung bewirkt, in Funktion ist, ändert sich nichts am Speicherinhalt des RAM's 54. Wenn hingegen die eine flächige Betriebsweise der Einrichtung bewirkende Taste 22 gedruckt ist, wird der gesamte Bereich innerhalb der gespeicherten Bewegungslinie im RAM 54 aufgefüllt, indem alle innerhalb dieses Bereichs liegenden, dem Status "0" innehabenden Matrixpunkte in den Status "1" geändert werden. Dies hat zur Wirkung, dass nach einer Betätigung des Fusschalters 8 durch die Bedienungsperson zwecks Inbetriebnahme des Lasers 2 eine Fläche durch letzteren beaufschlagt wird, welche innerhalb des Linienmusters liegt, das mit Hilfe des Steuerhebels 7 eingegeben worden ist.

Wenn die Taste 20 betätigt wird, ist die linienhafte Betriebsweise des Lasers eingeschaltet. Dabei wir der X-Motor 40 und der Y-Motor 36 so gesteuert, dass durch Bewegung der zugeordneten Reflektoren 34 und 38 der Leitstrahl 3¹, - und bei eingeschaltetem Wirklaser 2' auch dieser -, dem Linienmuster folgt, welches im RAM 54 gespeichert ist. Zu diesem Zweck kann irgendeine bekannte Linienfolgertechnik verwendet werden. Wenn andererseits die Taste 22 betätigt ist, die die Durchführung einer flächenhaften Arbeitsweise bewirkt, treiben die Motoren 36 und 40 die Reflektoren 34 und 38 zu einer solchen Bewegung an, dass der Leitstrahl 3' und gegebenenfalls der Wirkstrahl 2' den Einwirkungsbereich 5 überstreichen, indem zunächst letzterer in horizontaler Richtung entlang einer Mehrzahl von horizontalen Linien und danach in vertikaler Richtung entlang einer Mehrzahl von vertikalen Linien abgetastet wird. Auf diese Weise wird die

gesamte Fläche innerhalb des im RAM 54 gespeicherten Linienmusters einerseits durch den Leitstrahl 3¹ beleuchtet und mittels des Wirkstrahles 2¹ bearbeitet, sofern der Wirklaser 2 eingeschaltet ist.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass der Leitstrahl 3¹, der von der Laserröhre 3 erzeugt wird, ständig eingeschaltet ist, währenddem die Laserröhre 2 zur Erzeugung des Wirkstrahles 2' nur dann in Betrieb gesetzt wird, wenn die Bedienungsperson den Fusschalter 8 betätigt. Dies setzt voraus, dass die Laserröhre 2 durch Drücken der Arbeitsstaste 30 aktiviert ist; demzufolge muss die Bereitschaftstaste 28 in ihrer Ruhestellung sein. Wenn nämlich diese Taste betätigt ist, wird der Betrieb der Laserröhre 2 verunmöglicht.

Das während der flächenhaften Betriebsweise erfolgende, oben beschriebene Abtasten der durch das Linienmuster begrenzten Fläche wird ebenfalls durch die Betätigung des Fusschalters 8 eingeleitet. Dies gibt der Bedienungsperson die Möglichkeit, zunächst nur den zu bearbeitenden Einwirkungsbereich einzusehen, indem sie vor Betätigung des Fusschalters 8 die Bereitschaftstaste 28 drückt, so dass die vorstehend beschriebene Abtastfunktion mittels des Leitstrahles 3' abläuft, ohne dass der eigentliche Laserstrahl 2' in Betrieb gesetzt wird.

Im Normalfall wird der Wirklaserstrahl 2' durch Betätigung des Fusschalters 8 nicht in Funktion gesetzt, bevor nicht die oben beschriebenen Bereitschafts- und Ueberprüfungsprozeduren vollen-

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det sind. Die erstere dient ja dazu, das Linienmuster im RAM 54 abzuspeichern, währenddem die letztere den Zweck hat, das abgespeicherte Linienmuster zu analysieren, gegebenenfalls zu korrigieren und der Bedienungsperson sichtbar zu machen. Anderseits ist es der Bedienungsperson freigestellt, während der Bereitschaftsoperation auch den Wirklaserstrahl 2¹ einzuschalten, indem der Fusschalter 8 zu gleicher Zeit niedergedrückt gehalten wird, währenddem sie den Steuerhebel 7 betätigt. Dadurch folgt der Wirklaserstrahl 2¹ der durch die Betätigung des Steuerhebels 7 vorgegebenen Linie, währenddem das so erzeugte Linienmuster gleichzeitig im RAM 54 abgespeichert wird. Wenn schliesslich die Bedienungsperson keine Abspeicherung dieses Linienmusters wünscht, so ist dies durch Betätigung der Manuelltaste und somit durch manuelle Betriebsweise des Systems ermöglicht.

Flussdiagramme (Fig.4 und 4a)

Die Fig. 4 zeigt ein Zustands-Flussdiagramm, welches die allgemeine Betriebsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung verdeutlicht, währenddem die Fig. 4a ein Zustands-Flussdiagramm zeigt, welches den Arbeitsablauf bei einer horizontalen Abtastung einer vertikalen Abtastung oder einer Linienabtastung zeigt.

Wie zunächst aus Fig. 4 entnommen werden kann, wird beim Einschalten des Gerätes (100) die automatische Betriebsweise (101) eingeschaltet und es wird überprüft, ob die Vorwahltaste 16 betä-

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tigt ist oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird die Vorwahlfunk tion ausgeübt; wenn nicht, wird überprüft, ob die Manuell-Taste 12 betätigt ist oder nicht (103). Falls dies zutrifft, arbeitet das Gerät in manueller Betriebsweise wobei diese Betriebsart und die Position gespeichert wird (104). Somit wird das Eingangssignal vom Steuerhebel 7 erfasst (105), und die auf dieser Basis aufgearbeitete Information wird den Motoren 36 und 40 zugeleitet (106), welche die Reflektoren 34 und 38 so steuern, dass das durch die Bewegung des Steuerhebels 7 vorgegebene Muster erzeugt wird. Das System überprüft kontinuierlich, ob die Automatik-Taste 14 betätigt worden ist (107); wenn dies nicht geschehen ist, erfolgt ein Rücksprung in den Zustand (105), bei dem die vom Steuerhebel 7 gelieferten Signale zur zentralen Steuereinheit CPU gelangen und dort aufbereitet werden, um die Motoren 36 und 40 zu steuern. Wenn andererseits die Automatiktaste 14 betätigt worden ist, erfolgt ein Rücksprung des Systems in den Ausgangszustand, d.h. in einen Zustand, wie er vor Betätigung der Manuell-Taste 12 geherrscht hat.

Wenn das System in der automatischen Betriebsweise arbeitet und während des Zustandes (102) feststellt, dass die Vorwahltaste 16 betätigt worden ist, wird eine Vorbereitungsoperation durchgeführt, bei welcher die zentrale Steuereinheit CPU zurückgesetzt und das im RAM 54 gespeicherte Linienmuster gelöscht (108)wird. Die Signale vom Steuerhebel 7 werden dem CPU zugeleitet (109), im RAM 54 gespeichert (110), und anschliessend zur Steuerung der Motoren 36 und 40 verwendet (111).

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Ausserdem überprüft das System laufend, ob die Betriebs-Taste betätigt worden ist (112); ist dies nicht der Fall, springt das System in den Zustand (109) zurück um weiter die Signale vom Steuerhebel 7 zu verarbeiten. Wenn aber die Betriebs-Taste 18 betätigt wurde, wird eine Kontroll-Operation eingeleitet, um festzustellen, ob das im RAM 54 gespeicherte Linienmuster geschlossen ist (113). Wenn dies nicht der Fall ist, erfolgt die Schliessung selbsttätig (114). Ausserdem wird überprüft, ob irgendwelche unzulässige, freie Enden im abgespeicherten Linienmuster vorhanden sind (115); wenn dies der Fall ist, werden diese selbsttätig entfernt (116).

Anschliessend überprüft das System, ob durch die Betätigung der Taste 20 eine linienhafte Betriebsweise oder durch Betätigung der Taste 22 eine flächenhafte Betriebsweise vorgewählt worden ist (117). Im letzteren Fall wird die innerhalb des gespeicherten Linienmusters liegende Fläche aufgefüllt, und zwar in der Weise, dass innerhalb der im RAM 54 abgespeicherten M-atrix alle im innern des Linienmusters liegenden logisch "Ο" in logisch "1" geändert werden, wie es vorstehend schon beschrieben worden ist (118).

Das im RAM 54 gespeicherte Muster, sei es ein Linienmuster oder sei es ein flächiges Muster, wird der Bedienungsperson mittels des Leitstrahles 3' sichtbar gemacht (119). Wenn das angezeigte Muster als zufriedenstellend bewertet worden ist, kann die Bedienungsperson den Fussschalter 8 betätigen (120); erfolgt dies nicht, geschieht weiter nichts, ausser dass sich die Anzeige des

Musters laufend wiederholt.

Wenn die Bedienungsperson den Fussschalter 8 betätigt hat, erfolgt erne Oeffnung der Blende 42, die dem Wirklaser 2 vorgschaltet ist (121), damit das zu bearbeitende Gewebe innerhalb des Einwirkungsbereiches 5 dem Wirklaserstrahl 2¹ ausgesetzt ist. Nun überprüft das System, ob die Taste 22 (linienhafte Betriebsweise) betätigt worden ist (122). Zutreffendenfalls folgt der Laserstrahl 2¹ dem gespeicherten Linienmuster (123). Anderfalls wird zunächst eine horizontale Abtastung (125) und anschliessend eine vertikale Abtastung (126) des durch das Linienmuster eingeschlossenen Bereiches durchgeführt, wonach die Blende 42 automatisch geschlossen wird (127). Nach einer gewissen Verzögerung (128) überprüft das System, ob der Fussschalter 8 immer noch gedrückt ist oder nicht (129); wenn dies der Fall ist, erfolgt ein Rücksprung, um die horizontale und die vertikale Abtastung erneut durchzuführen.

Das in Fig. 4a dargestellte Zustands-Flussdiagramm verdeutlicht die Betriebsweise des Systems, während dem in der flächenhaften Betriebsweise eine horizontale und vertikale Abtastung bzw. in der linienhaften Betriebsweise eine Abtastung des Linienmusters erfolgt. Der Scanner findet zunächst den ersten, abzutastenden Punkt (130), wonach überprüft wird, ob der Fussschalter 8 betätigt ist (131). Ist dies nicht der Fall, wird der Wirklaser 2 ausgeschaltet, die diesem zugeordnete Blende 42 geschlossen (132) und ein Rücksprung in den Zustand (131) durchgeführt. Wenn andererseits der Fussschalter 8 betätigt worden ist, öffnet das

System die Blende 42 und setzt den Laser 2 in Betrieb, um das Gewebe dem Wirklaserstrahl 2' auszusetzen (133).

'Nach einer kurzen Verzögerung (134) überprüft das System, ob der nächste Punkt des -Abtastvorganges ebenfalls dem Laserstrahl 2' ausgesetzt werden soll oder nicht (135). Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Laser 2 ausgeschaltet (136), wonach das System überprüft, ob das gesamte Linienmuster abgetastet worden ist (137). Wenn dies auch nicht der Fall ist, wird der Laserstrahl zum nächsten, zu bearbeitenden Punkt bewegt (138), die Blende wird geöffnet und der Laser 2 wird von neuem in Betrieb gesetzt (133). Falls jedoch, nach der Verzögerung (134), der nächstfolgende Punkt bearbeitet werden soll, bewegt sich der Laser zu diesem (139) und überprüft den Status des Fussschalters 8. Wenn dieser betätigt ist, erfolgt ein Rücksprung zu (134); andernfalls, bei nichtbetätigtem Fussschalter 8, wird der Laser ausgeschaltet.

Aus den vorstehenden Erklärungen geht deutlich hervor, dass der Fussschalter 8 zu jeder Zeit während des eigentlichen vom Wirklasterstrahl 2¹ durchgeführten Arbeitsvorganges losgelassen werden kann, was zur Folge hat, dass die Abtastung unterbrochen und die Laserröhre 2 ausser Betrieb gesetzt wird. Wenn der Fussschalter 8 von neuem betätigt wird, nimmt die Abtastung und die Bearbeitung an dem Punkt ihren Fortgang, wo sie vor dem Unterbruch aufgehört hat. Im weiteren kann der Rückstellvorgang jederzeit durch Drücken der Vorwahltaste 16 eingeleitet werden; dadurch vollführt das System einen Rücksprung in den Zustand (108),

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indem es zurückgesetzt und das gespeicherte Muster gelöscht
wird.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert, bei welchem ein Laserstrahl
für medizinische Zwecke eingesetzt wird. Es versteht sich, dass
die erfindungsgemässe Anordnung oder Teile davon in vorteilhafter Weise auch anderen Verwendungszwecken zugänglich sind, z.B. der
industriellen Verwendung eines Lasers oder aber der industriellen Verwendung eines andersartigen Bearbeitungswerkzeuges', welches in der vorstehend beschriebenen Art und Weise bezüglich eines vorgegeDenen Bewegungsablaufes gesteuert werden soll. Ausserdem sind
im Rahmen der Erfindung zahlreiche Variationen und Modifikationen sowie weitere Anwendungsmöglichkeiten der beschriebenen Anordnung denkbar.

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BAD ORIGINAL

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1 . !Steuereinrichtung zur Steuerung eines Bearbeitungswerkzeuges mit Bezug auf ein zu bearbeitendes Objekt, auf welchem ein vorgegebenes Muster erzeugt werden soll, gekennzeichnet durch:

- eine von Hand zu betätigende Eingabeeinheit zur Eingabe eines wählbaren Musters und zur Erzeugung von davon abhängigen elektrischen Signalen;

- eine Speichereinheit zur Aufzeichnung des eingegebenen Musters;

- eine Anzeigeeinheit zur Darstellung des Musters;

- eine Steuereinheit zur Steuerung des Bearbeitungswerkzeuges, mit einem Betriebsartenwähler, der einen Schalter für eine manuelle Betriebsart umfasst, einem Arbeitsablauf-Wähler, der einen Schalter zur Einstellung einer Vorwahlfunktion umfasst, und mit Arbeitsablauf-Steuerungsmitteln, die einen Steuerschalter umfassen;

wobei der genannte Schalter für eine manuelle Betriebsart bewirkt, dass die von Hand zu betätigende Eingabeeinheit das eingegebene Muster direkt auf das zu bearbeitende Objekt gibt,

wobei der genannte Schalter zur Einstellung einer Vorwahlfunktion bewirkt, dass die Signale von der manuell zu betätigenden Eingabeeinheit in der genannten Speichereinheit aufgezeichnet und von der genannten Anzeigeeinheit sichtbar gemacht werden, und

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wobei der genannte Steuerschalter bewirkt, dass das Bearbeitungswerkzeug in Funktion gesetzt wird und das Objekt bearbeitet, entweder in manueller Betriebsweise direkt nach dem durch die Eingabeeinheit eingegebenen Muster oder nach der in der genannten' Speichereinheit aufgezeichneten Information.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Arbeitsablauf-Wähler ferner einen Schalter zur Betätigung einer Überprüfungsfunktion umfasst, bei welcher das in der Speichereinheit aufgezeichnete Muster auf unerlaubte Charakteristika hin überprüft und automatisch korrigiert wird, bevor das Bearbeitungswerkzeug durch Betätigung des Steuerschalters in Betrieb gesetzt wird.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese unerlaubten Charakteristika Unterbrüche zwischen den Enden des aufgezeichneten Musters sind, die von der Steuereinheit automa-tisch geschlossen werden. ·
M. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese unerlaubten Charakteristika freie Enden an einer geschlossenen Schleife des aufgezeichneten Musters sind, die von der Steuereinheit automatisch entfernt werden.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Betriebsartenwähler ferner einen Schalter für eine linienhafte Betriebsweise und einen Schalter für eine flächenhafte Betriebsweise umfasst, wobei

- die Betätigung des Schalters für linienhafte Betriebsweise bewirkt, dass das in der Speichereinheit aufgezeichnete Muster ein Linienmuster ist, welches dem von der Eingabeeinheit vorgezeichneten Muster entspricht, und wobei

- die Betätigung des Schalters für flächenhafte Betriebsweise bewirkt, dass das in der Speichereinheit aufgezeichnete Muster in eine von der eingegebenen Linie umschlossene Fläche umgewandelt wird.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Speichereinheit eine rechteckige Matrix von bistabilen Speicherzeilen umfasst, welche durch die Einnahme eines von zwei stabilen Zuständen die von der Eingabeeinheit vorgegebene Linie aufzeichnen.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Steuereinheit Mittel umfasst, die bei betätigtem Schalter für die flächenhafte Betriebsweise das aufgezeichnete Linienmuster in ein Flächenmuster umwandeln, indem alle innerhalb der Linie liegenden Speicherzellen in den genannten ersten von zwei stabilen Zuständen gebracht werden.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Arbeitsablauf-Steuermittel ferner einen Grössenvorwahl-Schalter umfassen, bei dessen Betätigung die Grosse des Musters, das auf dem Objekt bearbeitet werden soll, gegenüber der Grosse des durch die Eingabeeinheit eingegebenen Musters

beeinflusst wird.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Arbeitsablauf-Steuermittel ferner einen Ge schwindigkeits-Wahlschalter umfassen, der die Geschwindigkeit bestimmt, mit der das in der Speichereinheit aufgezeichnete
Muster auf dem zu bearbeitenden Objekt durchlaufen wird.

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