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Die Erfindung betrifft eine NC (numerisch gesteuerte)
Laservorrichtung mit einer Einrichtung zur Zwangskühlung
des Lasergases durch ein Gebläse und eine Kühleinheit, und
insbesondere eine NC Laservorrichtung, mit der
Unregelmäßigkeiten in der Kühleinrichtung erfaßt werden können.
JP-A-611 54 188 offenbart einen Gaslaser, bei dem das
Lasergas zur Konstanthaltung gekühlt wird.
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Gaslaser-Oszillatoren, wie CO&sub2; Gaslaser, sind hochwirksam
und besitzen eine hohe Ausgangsleistung und ausgezeichnete
Strahleigenschaften und demgemäß werden sie oft zusammen
mit einer numerisch gesteuerten Einrichtung benutzt, um so
als NC Laservorrichtung zum Bearbeiten von Metallen usw.
verwendet zu werden. Zur Verbesserung der
Schwingungsleistung werden solche Gaslaser-Oszillatoren mit einer
Kühleinrichtung versehen, um das durch die Laserschwingung
erhitzte Hochtemperaturgas extern zu kühlen und das abgekühl
te Gas als Lasergas in das Entladungsrohr zurückzuführen.
Die Kühleinrichtung enthält eine Kühleinheit, ein Gebläse
und eine Rohrverbindung zum Anschluß dieser Elemente an das
Entladungsrohr. Das Gebläse liefert eine konstante
Zirkulation des Lasergases im Entladungsrohr.
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Bei dieser Kühleinrichtung wird das Gebläse unmittelbar von
dem Hochtemperaturgas durchströmt, falls die Kühleinheit
ausfällt, so dar die Gebläserotoren auf zu hohe Werte
überhitzt werden. Sogar dann, wenn die Kühleinheit normal
arbeitet, können die Rotoren durch einen anormalen Anstieg
der Gebläsedrehzahlen überhitzt werden. Wird beispielsweise
ein Gebläse für die Nennfrequenz von 50 Hz
fälschlicherweise
bei 60 Hz betrieben, so steigt die Drehzahl und damit
erhöht sich das Druckverhältnis des Gases in der
Nachbarschaft der Rotoren, so daß diese überhitzt werden. So gibt
es verschiedene Ursachen für eine zu starke Erwärmung der
Gebläserotoren und wenn tatsächlich ein zu starkes Erwärmen
dieser Bauteile erfolgt, so dehnen sich die Rotoren
thermisch aus und streifen das Gehäuse, so daß sich die
Drehzahl verringert und schließlich ein Zustand erreicht wird,
in dem die Rotoren nicht mehr drehfähig sind.
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Auch wenn die Zahl der Umdrehungen des Gebläses überwacht
wird, werden die Rotoren das Gehäuse streifen, bevor eine
Verringerung der Anzahl der Umdrehungen beobachtet werden
kann, was die Folge hat, daß Werkstoffe, die diese Elemente
bilden, in das Gebläsesystem gelangen und damit eine
unvermeidbare Verunreinigung des Laseroszillators zur Folge
haben. Der Spalt zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ist bei
einem Rootsgebläse etwa 100 bis 300 u und sogar nur 30 bis
50 u bei einem Turbogebläse. Die Rotoren und das Gehäuse
bestehen aus Eisen mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 10 x 10&supmin;&sup6;/ºC, so daß ein Anstreifen der Rotoren
am Gehäuse unvermeidbar ist, wenn der Temperaturunterschied
zwischen den Rotoren und dem Gehäuse mehrere zig ºC
beträgt.
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Die Erfindung entstand mit Rücksicht auf diese Verhältnisse
und eine Aufgabe liegt darin, eine NC Laservorrichtung zu
schaffen, bei der eine Anormalität in der Kühleinrichtung
früh erkannt wird, indem man eine Einlaßgastemperatur und
eine Gehäusetemperatur eines Gebläses überwacht, um
sekundäre Schäden am Gebläse usw. zu vermeiden.
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Um die vorgenannten Probleme zu lösen, ist erfindungsgemäß
eine NC Laservorrichtung vorgesehen, die aus einer
Kombination eines Gaslaseroszillators mit einer Kühleinrichtung
zur Zwangskühlung des Lasergaßes mit einem Gebläse und
einer Kühleinheit sowie mit einer numerischen Steuerung
versehen ist, und die Gastemperatur Meßmittel zum Messen
der Gastemperatur am Einlaß des Gebläses aufweist,
Gehäusetemperatur-Meßmittel zum Messen der Temperatur des
Gebläsegehäuses und Anormalitätserkennungsmittel in der
numerischen Lasersteuerung zum Erfassen eines anormalen Zustandes
der Kühleinrichtung und zum Anhalten des Betriebes des
Gaslaseroszillators, wenn die Einlaßgastemperatur höher
wird als ein vorbestimmter Gastemperatur-Bezugswert oder
wenn die Gehäusetemperatur höher wird als ein vorbestimmter
Gehäusetemperatur-Bezugswert.
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Die Einlaßgas- und die Gehäusetemperatur des Gebläses
werden gemessen und mit ihren jeweiligen Bezugswerten
verglichen, und wenn eine der gemessenen Temperaturen höher wird
als der zugehörige Bezugswert, so wird der Laseroszillator
sofort abgeschaltet und gleichzeitig Alarm angezeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend
anhand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer NC
Laservorrichtung gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 sind ein Entladungsrohr 1, eine
Leistungsversorgung 2 für den Laser und Metallelektroden 3a und 3b
dargestellt. HF-Leistung wird aus der Stromversorgung 2 dem
Lasergas 4 zugeführt, das mit hoher Geschwindigkeit durch das
Entladungsrohr strömt, nämlich über die Metallelektroden 3a
und 3b, so daß dementsprechend in dem Lasergasstrom 4 eine
elektrische Entladung auftritt und das Lasergas gepumpt
wird, so daß durch die induzierte Emission ein Laserstrahl
am Ausgang vorhanden ist. Der Laserstrahl wird an einem
Spiegel 5 vollständig reflektiert und 6 bezeichnet einen
Auskoppelspiegel. Der Laserstrahl wird zwischen dem Spiegel
5 mit totaler Reflexion und dem Auskoppelspiegel 6 hin- und
hergeschickt und verstärkt und ein Teil 7 des Strahls
gelangt als Ausgang über den Auskoppelspiegel 6 nach außen.
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Das durch die Laserschwingung erhitzte Lasergas 4 strömt
durch ein Gebläserohr 8 zu einer Kühleinheit 9 und wird
gekühlt. Das Gebläse 10 ist in dieser Ausführungsform ein
Rootsgebläse mit Rotoren 11a und 11b und einem Gehäuse 12.
Das Lasergas 4 wird im Gebläse 10 komprimiert, wie durch
die Pfeile dargestellt ist und in die Kühleinheit 13
gedrückt, in der die durch die Verdichtung hervorgerufene
Wärme abgeführt wird, und strömt dann zurück in das
Entladungsrohr 1 über ein Gebläserohr 14. Thermoelemente 15
und 16 messen die Gastemperatur am Einlaß des Gebläses 10
und die Gehäusetemperatur 12 des Gebläses 10. Die Meßwerte
werden in Spannungen umgewandelt und zu einer numerischen
Steuerung geführt. Die numerische Steuerung 20 wird als
numerische Steuereinrichtung (CNC) zum Steuern des
Lasergases benutzt. A/D-Wandler 21a und 21b konvertieren die
analogen Spannungen der Thermoelemente 15 und 16 in
digitale Werte. 22a bezeichnet einen Bezugswert A, der einen
Digitalwert darstellt, und einem oberen Grenzwert von 40ºC
für die Einlaßgastemperatur des Gebläses 10 im normalen
Betrieb entspricht, wie noch erläutert wird. 22b bezeichnet
einen Bezugswert B, ebenfalls einen digitalen Wert
entsprechend einem oberen Grenzwert von 70ºC für die
Gehäusetemperatur 12 im normalen Betrieb. Eine Vergleichsstufe 23a
vergleicht den Ausgang des A/D-Wandlers 21a mit dem Bezugswert
A 22a und wenn der erstere größer als der letztere ist,
liefert sie einen Signal zu Anormalitätserkennungsmitteln.
In entsprechender Weise vergleicht die Vergleichsstufe 23b
den Ausgang des A/D-Wandlers 21b mit dem Bezugswert B 22b
und wenn der erstere größer als der letztere ist, liefert
sie ein Signal für die Anormalitätserkennungsmittel. Diese
sind mit 24 bezeichnet und dienen zum Abschalten des
Laseroszillators, wenn ein Signal von den Vergleichstufen 23a
und 23b zugeführt wird sowie zur Anzeige einer
Anormalitätsnachrichtung
entsprechend dem Zustand des
Eingangssignals an einer Anzeigeeinrichtung 25. Die numerische
Steuerung 20 enthält ferner eine Positionssteuerung zum
Einstellen der Position eines Werkstückes und einen Speicher
zum Speichern eines Bearbeitungsprogramms und für Parameter
usw., doch sind diese Elemente in der Zeichnung
weggelassen.
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Die Gastemperatur im Entladungsrohr 1 ist etwa 250ºC und
die Einlaßgastemperatur am Gebläse 10 überschreitet im
normalen Betrieb nicht 40ºC. Auch die Gehäusetemperatur 12
steigt bei normaler Betriebsweise über 70ºC. Die
Gastemperatur am Auslaß des Gebläses 10 ist etwa 60ºC und das Gas
ist am Einlaß des Entladungsrohres 1 auf etwa
Raumtemperatur abgekühlt.
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Wenn jedoch die Kühleinheit 9 oder 13 Schaden erleidet,
oder die Drehzahl der Rotoren 11a und 11b geringer wird, so
steigt die Einlaßgastemperatur des Gebläses 10 und damit
wird das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 21a größer als der
Bezugswert A 22a. Somit liefert die Vergleichsstufe 23a ein
Signal zu den Anormalitätserkennungsmittel 24. Diese
liefern einen Befehl, um den Laseroszillator sofort
anzuhalten, ungeachtet dessen, ob die andere Vergleichsstufe 23b
ein Ausgangssignal hat oder nicht, und gleichzeitig wird
eine Nachricht an der Einrichtung 25 angezeigt, daß die
Kühlung anormal ist.
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Erhöht sich die Drehzahl der Rotoren 11a und 11b anormal,
so steigt die Temperatur des Gehäuses 12 infolge der bei
der Verdichtung erfolgenden Erwärmung auch dann, wenn die
Einlaßgastemperatur des Gebläses 10 normal ist. In diesem
Fall bleibt das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 21a unter
dem Bezugswert A 22a und nur der Ausgang des A/D-Wandlers
21b übersteigt den Bezugswert B 22b, so daß demgemäß die
Vergleichsstufe 23b allein ein Signal an die
Anormalitätserkennungsmittel
24 liefert. Diese erzeugen einen Befehl,
um den Laseroszillator sofort anzuhalten und gibt eine
Anzeige an der Einrichtung 25, daß das Gebläse 10 anormal
arbeitet.
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So kann durch Überwachung der Einlaßgastemperatur des
Gebläses 10 und der Temperatur des Gehäusegebläses 12 eine
Unregelmäßigkeit in der Kühleinrichtung in einem frühen
Zustand erkannt und die Laserschwingung gestoppt werden,
bevor sich der Schaden verstärkt. Ferner erhält die
Bedienung einen Hinweis auf den Teil der Anlage, in dem die
Unregelmäßigkeit auftritt.
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Bei dem vorgenannten Beispiel wird ein anormaler Anstieg
der Gebläsedrehzahl durch Messen der Gehäusetemperatur
erfaßt, doch kann dies auch dadurch erfolgen, daß die
Temperatur am Einlaß der Kühleinheit 13 gemessen wird. Wenn
vorstehend Thermoelemente zum Messen der Temperatur genannt
wurden, so können statt dessen auch einfache Meßinstrumente
wie Thermostaten Verwendung finden.
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Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß ein
anormaler Zustand der Kühleinrichtung sowie ein anormaler
Anstieg der Gebläsedrehzahl in einem frühen Zustand erkannt
werden, so daß von der Anormalität der Kühleinrichtung
herrührender sekundärer Schaden, nämlich ein Anstreifen der
Rotoren am Gebläsegehäuse usw. vermieden werden kann. Auch
dann, wenn ein fehlerhafter Zustand auftritt, ist die
erforderliche Reparatur minimal, um die NC Laservorrichtung
wiederum in Gebrauchszustand zu versetzen, so daß die
Zuverlässigkeit erhöht ist.
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Ferner ist die Bedienung in der Lage, die Ursache des
Abschaltens der Laserschwingung rasch zu erkennen, so daß die
Wartung erleichtert wird.