DE69738194T2

DE69738194T2 - Mittels gasentladung gepumpter laser

Info

Publication number: DE69738194T2
Application number: DE69738194T
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Iehisa; Hitoshi Enokizono
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: WO1998019374A1; DE69738194D1; EP0881725A4; EP0881725A1; US6097747A; JP3157470B2; EP0881725B1; JPH10135542A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung mit einer verbesserten Reaktion auf den AUS-Schaltbefehl einer Strahlausgabe.
In Lasergeräten zur Erzielung einer Laserausgabe durch Gasentladungsanregung besteht gewöhnlich eine derartige Beziehung, dass ein höherer Stromversorgungseingang für die Gasentladung eine höhere Laserausgabe bereitstellt, und ein niedrigerer Eingang eine niedrigere Laserausgabe bereitstellt. Die Beziehung zwischen der Höhe eines Stromeingangs und der Laserausgabe ist nicht direkt proportional und wird von der Temperatur des Lasergases beeinflusst. Diese Beziehung ist in 2 veranschaulicht, wobei auf der horizontalen Achse die Höhe des Stromeingangs für die Gasentladung, ausgedrückt als Entladungsstrom (A: Ampere), aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse die Laserausgabe (W: Watt) aufgetragen ist.
Die durchgehende Linie im Schaubild von 2 zeigt, dass bei kaltem Lasergas keine Laseroszillation in einem Bereich H1 des Entladungsstroms von "0" bis zu einer Schwelle erfolgt, die durch den Punkt P angezeigt wird, und sobald der Entladungsstrom die durch den Punkt P angezeigte Schwelle überschreitet, steigt die Laserausgabe linear mit dem Entladungsstrom. Bei heißem Lasergas fällt dagegen die Schwelle für Laseroszillation auf ein Niveau, das durch den Punkt Q angezeigt wird, wie es durch die gestrichelte Linie in dem Schaubild von 2 veranschaulicht wird. Der Ausdruck "kalt", wie er hier verwendet wird, steht für einen Zustand der "normalen Temperatur oder Etwa-Normaltemperatur" und wird durch einen Temperaturbereich von 280 bis 320 K (7 bis 47°C) veranschaulicht Der Begriff "heiß" steht für einen Zustand einer "im Wesentlichen höheren Temperatur als die normale Temperatur" und wird durch einen Temperaturenbereich von 400 K bis 500 K (127 bis 227°C) veranschaulicht.
Die Eigenschaft in der Nähe des Punktes Q bis P (Bereich H2) ist tatsächlich erheblich instabil, und es ist nicht sicher, ob die Laseroszillation an einem willkürlichen Punkt (beispielsweise Punkt S1) in dem Bereich H2 stattfindet. Wird ein Laserausgabebefehl gewöhnlich von AN nach AUS geschaltet, und fällt somit der Entladungsstrom von einem hohen Wert (beispielsweise Punkt S2) auf einen niedrigeren Wert (Punkt in dem Bereich H2), dauert die Laseroszillation eher an, wie später beschrieben.
Wird der Entladungsstrom viel größer als die Schwelle, die durch den Punkt Q angezeigt wird, kommt die Entladungsstrom/Laserausgabe-Eigenschaft allmählich viel näher zu derjenigen (durchgezogene Linie), die man bei kaltem Lasergas beobachtet.
Das Symbol W1 in dem Schaubild veranschaulicht eine Laserausgabe mit heißem Lasergas beim Anlegen eines Entladungsstroms, der der Schwelle bei kaltem Lasergas entspricht, und W1 > 0.
Bei der tatsächlichen Verwendung eines Gasentladungslasers erfolgt eine solche Steuerung, indem zwischen einem AUS-Zustand, bei dem ein kleiner als Basisstrom bezeichneter Entladungsstrom, zugeführt wird, und einem AN-Zustand geschaltet wird, bei dem ein Strom zur Gewinnung einer zur Bearbeitung oder dergleichen erforderlichen Laserausgabe zugeführt wird. Beim Impuls-Betriebsmodus werden die beiden Zustände periodisch und wiederholt abgewechselt.
Zur glatten Durchführung solcher Steuervorgänge muss man den Grundstrom auf einen geeigneten Wert einstellen. Ist der Grundstromwert auf einen kleinen Wert nahe "0" eingestellt, wie angezeigt durch das Symbol R in der 2, ist es zweckdienlich, dass die Laserausgabe sicher in den AUS-Zustand geschaltet ist, aber die Gastemperatur muss gesenkt werden, so dass sich der Gasentladungszustand schwer aufrechterhalten lässt. Sobald der Gasentladungszustand verschwunden ist, ist erneut eine spezielle Steuerung erforderlich, um die Gasentladung wiederherzustellen.
Es muss insbesondere eine Spannung angelegt werden, die viel höher ist als zur Aufrechterhaltung des Gasentladungszustands zur Induktion der Gasentladung und zur Steuerung des Übergangs zum Entladungserhaltungszustand erforderlich ist. Es ist offenbar von Nachteil, jedes Mal beim An- und Ausschalten des Lasers einen solchen komplizierten und zeitraubenden Steuerbetrieb durchzuführen.
Gewöhnlich wird daher der Grundstromwert auf einen Wert nahe dem Punkt P (der durch den Punkt S1 veranschaulicht wird) eingestellt. Es wird zwar ein Befehl zum Umschalten des Laserausgabe in einen AUS-Zustand von einem Steuerabschnitt nach dem Entladungsbeginn ausgegeben, jedoch wird die Gasentladung aufrechterhalten, indem der Grundstrom, der an Punkt S1 eingestellt wurde, zugeführt wird, und wenn ein Befehl zum Umschalten der Laserausgabe in einen AN-Zustand ausgegeben wird, wird ein Entladungsstrom (dargestellt durch S2) zugeführt, der so groß ist, dass eine erforderliche Laserausgabe W2 zugeführt wird. Bei dem Impulsbetriebsmodus wird der Entladungsstrom so eingestellt, dass er periodisch zwischen den Punkten S1 und S2 verändert wird.
Wird der Punkt S1, der den Grundstrom anzeigt, auf einen Wert nahe dem Punkt P eingestellt, kommt es zu einem Problem, dass der Punkt S1 in den Bereich H2 zwischen den Punkten Q und P fällt. Die Temperatur des Lasergases ist zwar niedrig, aber AN/AUS einer tatsächlichen Laserausgabe (nachstehend als "tatsächliche Ausgabe" bezeichnet) entspricht genau dem AN/AUS des Ausgabebefehls, weil der Punkt S1 näher am Ursprung als der Punkt P ist. Steigt jedoch die Temperatur des Lasergases aufgrund eines Langzeitbetriebs oder eines Hochleistungsbetriebs wird der Punkt Q, der die Schwelle für die tatsächliche Ausgabe anzeigt zu dem Punkt S1 oder einer Position verschoben, die näher am Ursprung als der Punkt S1 ist, wodurch die genaue Reaktion von AN/AUS des tatsächlichen Ausgabebefehls nicht aufrechterhalten wird.
Im Bereich H2 vom Punkt Q zum Punkt P ist die Eigenschaft erheblich instabil wie vorher erwähnt, und das praktische Problem ist, dass die tatsächliche Ausgabe nicht sofort "0" wird, wenn der Laserausgabebefehl von AN nach AUS umgeschaltet wird.
Zwei Schaubilder in der 3 veranschaulichen die allgemeine Beziehung zwischen dem Ausgabebefehl und der tatsächlichen Ausgabe, die in einer S1tuation beobachtet wird, wenn das vorstehende Ereignis aufgetreten ist. Auf den horizontalen Achsen in diesen oberen und unteren Schaubildern ist jeweils die allgemeine Zeit t (sec) aufgetragen, auf der vertikalen Achse in dem oberen Schaubild ist die Spannung (Voc (mV) des Ausgabebefehls) zum Steuern des Entladungsstroms aufgetragen, und auf der vertikalen Achse in dem unteren Schaubild ist die Laserausgabe W (Watt) aufgetragen.
Wie im oberen Schaubild gezeigt, erfolgt die Laserausgabesteuerung nach dem Beginn der Entladung, indem die Ausgabebefehlsspannung Voc mit zunehmender Zeit zwischen den beiden Pegeln V1 und V2 geschaltet wird. Für den Impulsbetrieb wird das Umschalten zwischen V1 und V2 in kürzeren Abständen wiederholt. V1 veranschaulicht eine Spannung des Ausgabebefehls für AUS, und wird auf einen Wert eingestellt, der etwas kleiner als die Standard-Schwelle Vth für die Laseroszillation ist (die dem Punkt P im Schaubild von 2 entspricht). Eine Spannung V2 des Ausgabebefehls für AN wird auf einen Wert zum Erhalten der erforderlichen Laserausgabe W2 (der dem Punkt S2 in Schaubild von 2 entspricht) eingestellt.
Wird die Ausgabebefehlsspannung Voc wie in dem oberen Schaubild angelegt, wechselt die Laserausgabe gewöhnlich wie in dem unteren Schaubild gezeigt. Wird insbesondere zum Zeitpunkt ta die Ausgabebefehlsspannung von V1 zu V2 geändert, steigt sofort der Laserausgabe. Die Ausgabebefehlsspannung wird zwar auf V2 gehalten (beispielsweise zum Zeitpunkt tb) jedoch wird die Laserausgabe im Wesentlichen beim festen Wert W2 gehalten.
Wird jedoch die Ausgabebefehlsspannung dann zum Zeitpunkt tc von V2 zu V1 geändert, wird die Laserausgabe nicht schlagartig beendet, sondern verzögert sich bis zum Zeitpunkt td, der nicht als äquivalent zu tc angesehen werden kann, wie es durch das Symbol G angezeigt wird. Somit ist der Laseroszillator mit dem herkömmlichen Steuerverfahren nicht geeignet zur tatsächlichen Ausgabereaktion zum Laseroszillationsstoppbefehl, so dass beispielsweise ein Verarbeitungsmangel bei der Laserstrahlverarbeitung verursacht wird.
Eine Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung, in der Maßnahmen zur Verbesserung zur Verbesserung der Neuzündung des Laserstrahls unternommen werden, ist in US-A-4 430 139 und in dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 offenbart.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung mit einer verbesserten Reaktion der tatsächlichen Ausgabe zu einem Laseroszillationsstoppbefehl, wodurch beispielsweise eine Ursache für einen Verarbeitungsmangel bei der Laserstrahlverarbeitung beseitigt wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung umfasst eine Gasentladungsröhre, die eine Laseranregung von einem Lasermedium durchführt zum Erhalten einer Laserausgabe;
eine Spannungsquellenvorrichtung zum Zuführen von elektrischer Spannung an die Gasentladungsröhre; und
eine Regeleinrichtung zum Regeln der Spannungsquellenvorrichtung. Die Regeleinrichtung gibt einen AN-Befehl an die Spannungsquellenvorrichtung aus, wodurch die Laserausgabe AN geschaltet wird, indem das Lasermedium mithilfe einer Entladung der Gasentladungsröhre einer Laseranregung unterworfen wird, und die zudem derart ausgelegt ist, dass sie an die Spannungsquellenvorrichtung einen AUS-Befehl ausgibt zum AUS-Schalten der Laserausgabe; wobei das Betriebsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der AUS-Befehl bewirkt, dass die Spannungsquellenvorrichtung die Gasentladungsröhre mit einer Grundspannung versorgt, die den AUS-Zustand erzeugt, ohne dass die Entladung der Gasentladungsröhre gestoppt wird, und die kleiner ist als eine Bezugsspannung im AUS-Zeitraum, die zum Aufrechterhalten eines Grundentladungsstroms genügt, ist das Gas in der Gasentladungsröhre kalt, wobei der AUS-Befehl dann eine Erhöhung der elektrischen Spannung von der Spannungsquellenvorrichtung an die Gasentladungsröhre bewirkt, die einer Erhöhung von der Grundspannung bis auf die AUS-Zeitraum-Bezugsspannung im AUS-Zustand der Laserausgabe entspricht.
Die Grundspannung, die zum Zeitpunkt des Übergangs vom AN-Zustand in den AUS-Zustand angelegt wird, kann gemäß einem Index η festlegt werden, der eine Erhöhung der Temperatur von dem Lasergas in der Gasentladungsröhre angibt. Der Wert von Index η kann berechnet werden auf der Basis des Produkts aus der Höhe der Laserausgabe und eines Laserstrahl-AN-Zeitraums.
Die Höhe des elektrischen Stroms, der von der Stromquellenvorrichtung zur Gasentladungsröhre geleitet wird, kann gemäß eines Ausgabebefehlsspannungssignals gesteuert werden, das in der AN- und AUS-Befehlsausgabe aus der Regeleinrichtung zur Spannungsquelleneinrichtung enthalten ist.
Ein AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η), der eine Ausgabebefehlsspannung zum Zuführen der Grundleistung an die Gasentladungsröhre ist, kann durch eine Funktion einer polygonalen Geraden von Index η festgelegt werden, die einen Anstieg der Temperatur von dem Lasergas in der Gasentladungsröhre angibt: Vbott(η) = VB1 – [(VB1 – VB2)/ηB2]η (0 ≤ η ≤ ηB) Vbott(η) = VB2 (η > ηB)wobei ist:

VB1: ein Ausgabebefehlsspannungswert zum Aufrechterhalten des Grundentladungsstroms bei kaltem Lasergas;
VB2: ein Klemmwert, der eine untere Grenze für den AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) festlegt; und
ηB2: ein Wert von n, ist Vbott(η) auf den untere-Grenze-Klemmwert VB2 gesunken.

Die Werte VB1, VB2, und ηB2 werden vorzugsweise variabel eingestellt. Der Index η kann gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: η = (Pc/Pmax) × Strahl-AN-Zeitraumwobei ist:

Pc: eine Laserausgabe in einem Strahl-AN-Zeitraum und
Pmax: eine maximale Laserausgaberate.

Der Anstieg der zur Gasentladungsröhre geleiteten elektrischen Spannung, der unmittelbar nach dem Übergang vom AN-Zustand zum AUS-Zustand begonnen wird, wird vorzugsweise fortgeführt, bis die Spannung die AUS-Zeitraum-Referenzspannung erreicht hat. Wenn die Höhe der elektrischen Spannung, die zugeführt werden soll, mit Hilfe der Ausgabebefehlsspannung gesteuert, wird ein solcher Anstieg der Spannungsquelle erzielt durch Variieren der Ausgabebefehlsspannung vom AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) zum AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1.
Der zum Erreichen der AUS-Zeitraum-Referenzspannung nötige Zeitraum, d. h. der Zeitraum τ, der nötig ist, damit die Ausgabebefehlsspannung vom AUS-Zeitraum- Grundwert Vbott(η) zum AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 geändert wird, kann vorher eingestellt werden.
Bei dem Impulsbetrieb der Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung kann ein Ausgabewert eines Signals zum Versorgen der Gasentladungsröhre mit der Grundspannung aus der Spannungsversorgungsvorrichtung, gewöhnlich dem AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) vor dem Beginn jedes Laserausgabe gemäß dem Impulsbetrieb bestimmt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1, ein Blockschema, eine Hardwarestruktur eines Hauptteils einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2, ein Schaubild, eine allgemeine Beziehung zwischen Spannungseingangshöhe und Laserausgabe eines Gasentladungslasers;
3, Schaubilder, ein Problem, das beim Stand der Technik vorkommt; 4, Schaubilder, die Beziehung zwischen einer Ausgabebefehlsspannung und einer tatsächlichen Ausgabe gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
5, ein Schaubild, ein Beispiel für ein allmähliches Reduktionsmuster eines AUS-Zeitraums-Grundwertes;
6 ein Schaubild, den Übergang der Ausgabebefehlsspannung gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform (Impulsbetrieb);
7 ein Fließschema, einen Überblick über das Verfahren 1 zum Bestimmen des in 4 gezeigten Betriebsmusters;
8, ein Fließschema, einen Überblick über das Verfahren 2 zum Ausgeben einer Ausgabebefehlsspannung Voc in dem in einem oberen Schaubild von 4 gezeigten Übergang;
9, eine Fließschema, einen Überblick über das Verfahren 3 zum Durchführen der Integration des Strahl-AN-Zeitraums;
10, ein Fließschema, einen Überblick über das Verfahren 4 für die Basisentladungs-Stromregelung I;
11, ein Fließschema einen Überblick über das Verfahren 5 zur Bestimmung des in 6 gezeigten Betriebsmusters;
12, ein Fließschema, einen Überblick über das Verfahren 6 zum Ausgeben der Ausgabebefehlsspannung Voc in dem im Diagramm von 6 gezeigten Übergang; und
13, ein Fließschema, einen Überblick von Verfahren 7 für eine Basisentladungsstromsteuerung II.
Die 1 ist ein Blockschema, das einen prinzipiellen Teil einer Hardwarestruktur gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. Eine CNC (numerische Steuervorrichtung) 10, die eine Ausgabesteuervorrichtung für eine Laservorrichtung ausmacht, hat eine CPU (zentrale Recheneinheit) 11, die einen Mikroprozessor enthält. Die CPU ist über einen Bus an einen DA-Wandler 12, eine Ausgabeschaltung 13, einen AD-Wandler 15, eine CRT-Steuerschaltung 16, eine Eingangsschaltung 17 und einen Speicher 18 angeschlossen.
Die Ausgabeschaltung 13 ist an einen Steuereingangsabschnitt einer Selektorschaltung 14 angeschlossen, und der AD-Wandler 15 ist an einen Ausgabeabschnitt der Selektorschaltung 14 angeschlossen. Die Selektorschaltung 14 ist angeschlossen an die Voltmeter (CTV) 24, ..., 34 und Amperemeter (CTI) 25, ..., 35 zum Erfassen der jeweiligen Spannungen und Stromstärken, die den entsprechenden Gasentladungsröhren 26, ..., 36, zugeführt werden (gewöhnlich eine bis mehrere Röhren), die ein Lasermedium 51 in einem Hauptkörper 50 der Laservorrichtung anregen.
Die Selektorschaltung 14 gibt die Ausgänge der Voltmeter (CTV) 24, ..., 34 und Amperemeter (CTI) 25, ..., 35 gemäß einem Steuereingang nacheinander an den AD-Wandler 15. An die CRT-Steuerschaltung 16 und die Eingangsschaltung 17 sind jeweils eine CRT 40 und eine Tastatur 41 als externe Vorrichtungen angeschlossen. Die vorherige externe Vorrichtung wird zum Anzeigen von Daten verwendet, die die Steuerbedingungen, Betriebszustände, usw. der Laservorrichtung anzeigen, während der Letztere als Handeingabevorrichtung zur Eingabe von Befehlen, wie eines Betriebsstart- oder -endbefehls für die Laservorrichtung verwendet wird, und sie wird auch für den Eintrag, die Registrierung, Modifikation und dergleichen von Programmdaten, Parametern usw. verwendet, die den Inhalt der Steuerung für die Laservorrichtung bestimmen.
Ein Spannungsquellenabschnitt, der Vorrichtungen zur Versorgung der einzelnen Gasentladungsröhren 26, ..., 36 mit elektrischem Strom ausmacht, umfasst Laserspannungsquellen 20, ..., 30, die der Anzahl der Gasentladungsröhren 26, ..., 36 entsprechen. Bei den Laserspannungsquellen 20, ..., 30 sind prinzipielle Teile Verstärkungsstellschaltkreise 21, ..., 31, Vorspannungsstellschaltkreise 22, ..., 32, und Wechselrichterkreise 23, ..., 33. Die Verstärkungsstellschaltkreise 21, ..., 31 gleichen die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Entladungsströme ab, und die Vorspannungsstellschaltkreise 22, ..., 32 gleichen die Ausgabespannungen ab, bei denen die entsprechenden Entladungsröhren 26, ..., 36 mit der Entladung beginnen. Die Wechselrichterkreise 23, ..., 33 dienen jeweils als Schaltung für die Umwandlung eines direkten Stroms in einen Hochfrequenzwechselstrom.
Der Speicher 18, der kollektiv einen Satz ROM, RAM, und nicht-flüchtigen Speicher anzeigt, speichert verschiedene Sollwerte und verschiedene Programme, einschließlich derjenigen, die Verfahren zum Steuern einer Ausgabebefehlsspannung in später beschriebenen Modi definieren, und er wird ebenfalls zur vorübergehenden Speicherung von Daten für Rechenprozesse verwendet.
Ein Befehl, der von Hand über die Tastatur eingegeben oder, ein Ausgabebefehl, der von der CPU 11 ausgegeben wird, wenn beispielsweise ein Programm begonnen ist, wird in eine Ausgabebefehlsspannung (mV) über den DA-Wandler 12 umgewandelt und deren Verstärkung wird eingestellt, während die Verstärkungsstellschaltkreise 21, ..., 31 durchlaufen werden. Bei einem Durchlaufen der Vorspannungsstellschaltkreise 22, ..., 32 wird ein Offset-Vorspannungswert eingestellt, der eingestellte Wert wird den Wandlerkreisen 23, ..., 33 zugeführt.
Die Ausgabe einer geeigneten Gleichstromquelle (nicht gezeigt) wird an die Entladungsröhren 26, ..., 36 zur Entladung über die Verstärkungsstellschaltkreise 21, ..., 31, die Vorspannungsstellschaltkreise 22, ..., 32 und die Wechselrichterkreise 23, ..., 33 der Laserspannungsquellen, 20, ..., 30 angelegt. Von dem Zeitpunkt, an dem die Entladungsröhren 26, ..., 36 die Entladung beginnen, werden die Hochfrequenzströme, die aus den Wechselrichterkreisen 23, ..., 33 ausgegeben werden, zur Entladung verwendet. Die vorstehend beschriebene Hardware-Konfiguration selbst ist insbesondere nicht neu, und die vorliegende Erfindung ist durch die Art und Weise charakterisiert, wie die Ausgabebefehlsspannung veranlasst wird, einen Übergang wie nachstehend erläutert zu durchlaufen.
Die 4 zeigt zwei Diagramme, die die Beziehung zwischen der Ausgabebefehlsspannung (Ausgabespannung des DA-Wandlers 12) und der tatsächlichen Ausgabe gemäß der Ausführungsform veranschaulichen. In den oberen und unteren Diagrammen ist auf den horizontalen Achsen jeweils die allgemeine Zeit t (sec) aufgetragen, auf der vertikalen Achse im oberen Diagramm ist die Ausgabebefehlsspannung Voc aufgetragen, und auf der vertikalen Achse in dem unteren Diagramm ist die Laserausgabe W (Watt) aufgetragen. Man nimmt an, dass ein Ursprung (t = 0) der Zeit t in den beiden Diagrammen mit dem Ende des Steuerbetriebs für den Start der Lasergasentladung zusammenfällt (man beachte, dass der Ursprung nicht den Beginn der Oszillation der Laservorrichtung veranschaulicht). Der Steuerbetrieb für den Beginn der Lasergasentladung ist kurz vorher erwähnt worden, und da er kaum eine direkte Beziehung zu dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung hat, wird er nicht näher beschrieben.
In der folgenden Beschreibung der Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erzielung eines tatsächlichen Übergangs, der im unteren Diagramm gezeigt ist, anhand des oberen Diagramms erläutert. Das untere Diagramm zeigt den tatsächlichen Ausgabeübergang, bei dem ein AUS-Zustand der tatsächlichen Ausgabe, die für einen festen Zeitraum Toff weiterläuft, und ein AN-Zustand der tatsächlichen Ausgabe, der für eine festen Zeitraum Ton weiterläuft, abwechselnd wiederholt werden, und zwei Punkte, wie unten erwähnt, sind wichtig. Zudem sollte auch beachtet werden, dass das Betriebsmuster in dieser Ausführungsform periodisch ist. Der Zeitraum ist nicht so kurz, dass er unter die Kategorie des Impulsbetriebs fällt, und daher sind der AUS-Zeitraum Toff und der AN-Zeitraum Ton viel länger als der ITP (Verfahrens-Zeitraum) der CPU 11.

(1) Selbst wenn das Lasergas erwärmt wird, tritt zum Zeitpunkt des Übergangs von dem tatsächlichen Ausgabe-AN-Zustand, in dem ein festgelegter erforderlicher Laserausgabe Wout aufrechterhalten wird, zum tatsächlichen Ausgabe-AUS-Zustand keine Übergangsspur der Laserausgabe (siehe unteres Diagramm der 3; Symbol G in der 2) auf, wie es im Stand der Technik beobachtet wird,.
(2) Das Timing (1t2, ..., n – 1t2, nt2m ...) des Übergangs von dem tatsächlichen Ausgabe-An-Zustand zum tatsächlichen Ausgabe-OFF-Zustand fällt mit dem Timing des AN-nach-AUS-Übergangs des Ausgabebefehl zusammen.

Wird, wie vorstehend anhand des Standes der Technik erwähnt, die Ausgabebefehlsspannung Voc von einem Wert Vout für den AN-Befehl zu einem Wert VB1 für den AUS-Befehl zum Zeitpunkt des AN → AUS-Übergangs geändert, ist es schwer, stabil die vorstehend genannte Reaktion der tatsächlichen Ausgabe zur Befehlsausgabe aufrecht zu erhalten. Ist spezifisch die Temperatur des Lasergases aufgrund des Langzeitbetriebs oder Hochausgabebetriebs angestiegen, erfolgt der Übergang zum tatsächlichen Ausgabe-AUS-Zustand (W = 0) nicht sofort, wenn der Befehlsausgabe AUS-geschaltet ist.
Der Spannungswert VB1 der Befehlsausgabe hier ist äquivalent zu V1, der im oberen Diagramm von 3 gezeigt ist, und er wird im Allgemeinen als Wert ausgewählt, der sich zum Aufrechterhalten des Basisentladungsstroms eignet, während das Lasergas kalt ist. Insbesondere ist der Wert VB1 etwas kleiner als die Oszillationsschwelle Vth ist, wenn das Lasergas kalt ist. In der folgenden Beschreibung wird der Ausgabebefehlsspannungswert VB1 geeignet als "AUS-Zeitraum-Referenz-Ausgabebefehlsspannungswert" oder der Einfachheit halber als "AUS-Zeitraum-Referenzwert" bezeichnet, und eine dementsprechende Versorgungsspannung wird als "AUS-Zeitraum-Referenzspannung" bezeichnet.
Zur Umgehung der vorstehend genannten Situation (Verschlechterung der Reaktion der tatsächlichen Ausgabe beim AUS-Schalten), setzt diese Ausführungsform das technische Konzept der vorliegenden Erfindung ein, d. h. die Steuerung wird derart durchgeführt, dass beim Umschalten der Befehlsausgabe von AN nach AUS die Ausgabebefehlsspannung Voc einmal plötzlich zu einem AUS-Zeitraum-Grundwert (Vbott) (Ausgabebefehlsspannung für die Grund-Spannungsquelle) reduziert wird, der kleiner als der Sollwert VB1 ist, der zum Aufrechterhalten des Basisentladestroms geeignet ist, wenn das Lasergas kalt ist, und die Ausgabebefehlsspannung Voc wird anschließend wiederhergestellt (erhöht) auf den Sollwert VB1. Ein solcher plötzlicher Abfall des AUS-Zeitraum-Grundwertes Vbott ermöglicht eine sofortige und sichere Unterbrechung der Laseroszillation (tatsächliche Ausgabe).
In diesem Fall muss man darauf achten, dass bei Durchführung der vorstehenden Steuerung sofort nach dem Start des Laserbetriebs der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott nicht auf einen übermäßig niedrigen Wert eingestellt wird, während die Temperatur des Lasergases niedrig ist, weil möglicherweise eine Schwierigkeit beim Aufrechterhalten der Entladung verursacht wird.
Daher wird der Aus-Zeitraum-Grundwert Vbott der Ausgabebefehlsspannung, die an den AN → AUS-Übergang angelegt wird, allmählich reduziert, wenn ein integrierter Wert des Oszillationszeitraums steigt. Berücksichtigt man jedoch, dass die übermäßige Reduktion des AUS-Zeitraum-Grundwertes Vbott offensichtlich die Aufrechterhaltung der Entladung erschwert, muss der Wert Vbott nicht unter einen geeigneten Untergrenzen-Klemmwert VB2 gesenkt werden.
Die Ausgabebefehlsspannung Voc wird nicht bei dem AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott gehalten, wird aber wiederhergestellt (erhöht) auf den Sollwert VB1, weil möglicherweise eine Schwierigkeit bei der Erhaltung der Entladung auftritt wenn die Ausgabebefehlsspannung Voc beim Grundwert verbleiben soll. In dieser Ausführungsform wird nämlich die Ausgabebefehlsspannung Voc allmählich (in dieser Ausführungsform linear) vom AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott zum AUS-Zeitraum- Referenzwert VB1 in einem geeigneten Zeitraum τ (Anstiegszeitraum) erhöht, wie in dem oberen Diagramm in 4 gezeigt.
Vorausgesetzt, dass der AUS-Zeitraum-Grundwert der Ausgabebefehlsspannung, die zum Zeitpunkt eines i-ten (i = 1, 2, ..., n – 1, n, ...) AN → AUS-Umschaltens des Befehl angelegt wird, gleich iVbott ist, und dass das Ausmaß der Reduktion der Ausgabebefehlsspannung, gemessen von VB1 als Bezugswert, gleich iVdrop ist, wie in dem oberen Diagramm von 4 gezeigt, werden die nachstehenden Beziehungen erfüllt: iVBott = VB1 – iVdrop ≥ Vb2(i = 1, 2, ..., n – 1, n, ...) (1) 0 < iVdrop ≤ Vb1 – VB2(i = 1, 2, ..., n – 1, n, ...) (2) iVbott ≥ i + 1 Vbott(i = 1, 2, ..., n – 1, n, ...) (3) iVdrop ≤ i + 1 Vdrop(i = 1, 2, ..., n – 1, n, ...) (4)
In den vorstehend genannten Ausdrücken (3) und (4) gilt das Gleichheitszeichen, nachdem iVdrop den untere-Grenzwert-Klemmwert VB2 erreicht.
Eine Reihe von Übergangsmustern, mit denen der AUS-Zeitraum-Grundwert iVbott allmählich auf den untere-Grenze-Klemmwert VB2 reduziert wird, kann angelegt werden. In dieser Ausführungsform wird ein Übergangsmuster, ausgedrückt durch eine Funktion einer polygonalen Geraden eines integrierten Laseroszillationszeitraums, wie in dem Schaubild von 5 gezeigt, eingesetzt.
In dem Schaubild von 5 ist auf der horizontalen Achse eine Variable η, definiert durch die nachstehende Gleichung (5), aufgetragen, und auf der vertikalen Achse ist ein AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott (η) der Ausgabebefehlsspannung, die hinsichtlich η bestimmt werden soll, aufgetragen. Die Variable η dient als Index, der den Grad des Anstiegs der Temperatur des Lasergases anzeigt. η(Pc/Pmax) × Strahl-AN-Periode (5)
Die in der 5 gezeigte Funktion einer polygonalen Geraden, die in Bezug auf die Variable η definiert ist, wird durch die folgenden Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt: Vbott(η) = VB1 – [(VB1 – VB2)/ηB2]η (6)wobei gilt 0 ≤ η ≤ ηB (angezeigt durch Bereich A in der 5). Vbott(η) = VB2 (7)wobei gilt η > ηB (angezeigt durch Bereich B in der 5).
Verschiedene Symbole in den vorstehenden Gleichungen veranschaulichen die folgenden Mengen:

Pc:: eine Laserausgabe in einem Strahl-AN-Zeitraum;
Pmax:: eine maximale Laserausgaberate (die je nach der Art der Vorrichtung variiert); und
ηB2:: ein Wert von η, ist Vbott(η) auf VB2 gesunken.

Mit anderen Worten ist ηB2 ein Mindestwert von η, der Vbott(η) = VB2 genügt.
Die Integration des Strahl-AN-Zeitraums wird begonnen bei t = 0in den Diagrammen von 4. Diese Definition wird bei dem Strahl-AN-Muster angewendet, das in dem unteren Diagramm von 4 gezeigt ist, woraufhin ein Wert von ηi von η zu Zeitpunkt it2 der i-ten Basisstromsteuerung durch die folgende Gleichung (8) gegeben ist: ηi = iTon(Wout/Pmax) (8)
Aus den Gleichungen (8) und (6) ist ein AUS-Zeitraum-Grundwert iVbott der Ausgabebefehlsspannung zum Zeitpunkt it2 der i-ten Basisstromsteuerung durch die nachstehende Gleichung (9) gegeben. iVbott = VB1 – [(VB1 – VB2)iTon(Wout/Pmax)/ηB2] (9)
Verschiedene unten genannte Mengen werden vorher in Speicher 18 von CNC 10 gespeichert.

Pmax:: Die maximale Laserausgaberate. Dieser Wert wird vorzugsweise geeignet bestimmt auf der Basis der Daten in den Angaben, tatsächlichen Messdaten, usw. weil er je nach der Art der Vorrichtung variiert.
VB1:: Der Ausgabebefehlsspannungswert, der sich zur Aufrechterhaltung des Entladungsstroms bei kaltem Lasergas eignet. Dieser Wert entspricht dem AUS-Zeitraum-Grundwert der Ausgabebefehlsspannung, die angelegt wird, wenn die erfindungsgemäße Basisentladungsstromsteuerung nicht durchgeführt wird. Der Wert wird vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der etwas größer ist als die Oszillationsschwelle Vth (siehe 2), die sich dann anwenden lässt, wenn das Lasergas kalt ist.
VB2:: Der Klemmwert, der die untere Grenze des AUS-Zeitraum-Grundwerts Vbott definiert. Dieser Wert wird vorzugsweise auf einen kleinstmöglichen Wert eingestellt, und zwar so weit, dass die Aufrechterhaltung der Gasentladung unter den Bedingungen, dass das Lasergas hinreichend heiß ist, nicht behindert wird. Natürlich gilt VB2 < VB1.
ηB2:: Der Wert von η, wenn Vbott(η) auf den untere-Grenze-Klemmwert VB2 reduziert wird. Vorausgesetzt ein Strahl-AN-Zeitraum, der nötig ist, damit das Lasergas hinreichend heiß wird, ist gleich tst, kann ηB2 eingestellt werden, indem man den Wert tstPc/Pmax berücksichtigt, der durch Einsetzen von tstPc/Pmax in die Gleichung (5) erhalten wurde.
τ:: Der Zeitraum bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Ausgabebefehlsspannung Voc von Vbott auf Vb1 wiederhergestellt (erhöht) wird. Der Zeitraum wird im Allgemeinen auf einen Zeitraum eingestellt, der kürzer ist als der AUS-Zeitraum Toff. Dies gilt jedoch nicht für den Impulsbetrieb (in dem Toff sehr kurz ist und Toff als Impulsintervall gleich τ ist), wie nachstehend beschrieben.

Ebenfalls anhand der Fließschemata der 7 bis 10 wird ein Verfahren zur Erzielung des Voc-Übergangs, wie in dem oberen Diagramm von 4 gezeigt, das auf dem Voranstehenden beruht, erklärt. Das gesamte Verfahren besteht aus den Verfahren 1 bis 4, wobei die Verfahren 1 bis 3 Aufgaben sind, welche zeitgleich parallel zueinander erfolgen und das Verfahren 4 ein Teil (Unterprogramm) von Verfahren 3 ist.
Das Verfahren 3 (9) zur Integration des Strahl-AN-Zeitraums wird nachstehend zur Vereinfachung der Erklärung beschrieben. Bei dem Verfahren 3 wird ein Strahl-AN-Zeitraum-Integrations-Timer (Timer-Register), der in Speicher 18 von CNC 10 eingestellt wird, entsprechend dem Wert von Bitschalter F1, der zwischen einem Strahl-AN-Zustand und einem Strahl-AUS-Zustand (F1 = 1: Strahl-AN; F1 = 0: Strahl AUS) AN- und AUS-geschaltet, und die einzelnen Schritte S31 bis S37 sind nachstehend zusammengefasst. Ein Bitschalter F2 dient zur Unterscheidung zwischen AN- und AUS-Zuständen der Spannungsquelle zu einer Entladungslampe (F2 = 1: Spannungsquelle AN; F2 = 0: Spannungsquelle AUS):
[S31] Der Integrationstimer wird bei Betriebsstart gelöscht.
[S32] Bei der Bestätigung, dass die Beziehung F2 = 0 nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei S33 fort. Ist F2 = 0, dann bedeutet dies das Ende des Betriebs, und folglich wird das Verfahren beendet.
[S33] Es wird bestimmt, ob die Beziehung F1 = 0 erfüllt ist oder nicht. F1 = 0 bedeutet, dass der Strahl AUS ist, und daher wird der Schritt S32 wiederholt ausgeführt, und der Wert von F2 überprüft, bis der Bitschalter F1 umgekehrt wird. Ist in dem Testverfahren die Beziehung F2 = 0 erfüllt, wird das Verfahren beendet. F1 = 1 bedeutet, dass der Strahl AN ist, und somit fährt das Verfahren bei Schritt S34 fort.
[S34] Der Integrationstimer wird AN-geschaltet.
[S35] Bei Bestätigung, dass die Beziehung F2 = 0 nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei S36 fort. Ist F2 = 0, wird das Verfahren beendet.
[S36] Es wird bestimmt, ob die Beziehung F1 = 0 erfüllt ist oder nicht. F1 = 0 bedeutet, dass der Strahl AUS ist, und folglich fährt das Verfahren bei Schritt S37 fort. F1 = 1 bedeutet, dass der Strahl-AN-Zustand fortgesetzt wird und daher wird der Schritt S35 wiederholt ausgeführt, und der Wert von F2 überprüft, bis der Bitschalter F1 umgekehrt wird. Ist bei dem Testverfahren die Beziehung F2 = 0 erfüllt, wird das Verfahren beendet.
[S37] Der Integrations-Timer wird AUS-geschaltet, und das Verfahren kehrt zu Schritt S32 zurück.
Das vorstehende Verfahren ermöglicht die Speicherung des integrierten Wertes des Strahl-AN-Zeitraums in Speicher 18 der CNC 10 auf Echtzeit-Basis.
Die einzelnen Schritte S11 bis S18 des Verfahrens 1 (7) zur Bestimmung eines Betriebsmusters sind nachstehend zusammengefasst. Nachstehend wird angenommen, dass das Verfahren sofort nach der Beendigung eines Anlauf-Verfahrens ausgeführt wird, und daher sind die Anfangswerte der Bitschalter wie folgt: F1 = 0 (Strahl AUS); F2 = 1 (Spannungsquelle AN).
[S11] Bei der Bestätigung, dass kein Betriebsendbefehl ausgegeben wird, fährt das Verfahren bei Schritt S12 fort. Wird der Betriebsendbefehl ausgegeben, fährt das Verfahren bei Schritt S18 fort und kehrt den Bitschalter F2 um. Obschon das Betriebsend-Timing nicht in den Schaubildern von 4 veranschaulicht wird, wird der Betriebsendbefehl in Reaktion auf beispielsweise eine Betriebsendanweisung in einem Betriebsprogramm, einer externen Eingabe, einer Eingabe von Hand, einem Nothalt usw. ausgegeben.
[S12] Zur Erhaltung des Strahl-AUS-Zustandes für den AUS-Zeitraum Toff vor dem Strahl-AN in einzelnen Zyklen, einschließlich des ersten Zyklus, wie in den Schaubildern von 4 gezeigt, wird der Schritt S11 wiederholt ausgeführt, so dass auf die Ausgabe des Betriebsendbefehls geprüft wird, bis der Zeitraum Toff verstreicht, und dann fährt das Verfahren bei Schritt S13 fort. Wird in dem Testverfahren der Betriebsendbefehl ausgegeben, fährt das Verfahren bei Schritt S18 fort.
[S13] Zum AN-Schalten des Strahls wird der Bitschalter F1 umgekehrt, d. h. F1 = 1.
[S14] Bei Bestätigung, dass kein Betriebsendbefehl ausgegeben wird, fährt das Verfahren bei S15 fort. Wird der Betriebsendbefehl ausgegeben, fährt das Verfahren bei Schritt S17 fort.
[S15] Bei wiederholter Ausführung von Schritt S14 und wenn der Zeitraum Ton verstrichen ist, fährt das Verfahren bei Schritt S16 fort, unabhängig davon, ob der verstrichene Strahl-AN-Zeitraum bestimmt wird. Wird der Betriebsendbefehl in der Mitte ausgegeben, fährt das Verfahren bei Schritt S17 fort.
[S16] Zum AUS-Schalten des Strahls wird der Bitschalter F1 umgekehrt, d. h. F1 = 0, und das Verfahren kehrt zu Schritt S11 zurück.
[S17] Zum AUS-Schalten des Strahls wird der Bitschalter F1 umgekehrt, d. h. F1 = 0, und das Verfahren kehrt zu Schritt S18 zurück.
[18] Zum Ausschalten der Spannungsquelle zur Gasentladungsröhre wird der Bitschalter F2 umgekehrt, d. h. F2 = 0, und das Verfahren wird beendet.
Es folgt eine Zusammenfassung (Schritte S21 bis S27) des Verfahrens 2 (8) zum Ausgeben der Ausgabebefehlsspannung Voc gemäß dem Übergangsmuster wie in dem oberen Diagramm von 4 gezeigt, wobei das Verfahren gleichzeitig mit Verfahren 1 durchgeführt wird. Der Anfangswert der Ausgabebefehlsspannung Voc wird auf VB1 (AUS-Zeitraum-Referenz-Ausgabebefehlsspannungswert) d. h. Voc = VB1, aus dem gleichen Grund, wie oben anhand des Verfahrens 1 erwähnt, eingestellt.
[S21] Bei der Bestätigung, dass die Beziehung F2 = 0 nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei S22 fort. F2 = 0 bedeutet dann das Ende des Betriebs, und in diesem Fall fährt das Verfahren bei Schritt S27 fort, so dass Voc auf Null gestellt wird, d. h. Voc = 0 [S22] Es wird bestimmt, ob die Beziehung F1 = 0 erfüllt ist oder nicht. F1 = 0 bedeutet, dass der Strahl AUS ist; daher wird der Schritt S21 wiederholt ausgeführt, so dass der Wert von F2 geprüft wird, bis der Bitschalter F1 umgekehrt wird. Wenn die Beziehung F2 = 0 in der Mitte erfüllt wird, fährt das Verfahren bei Schritt S27 fort. Ist die Beziehung F1 = 1 erfüllt, bedeutet dies, dass der Strahl AN ist, woraufhin das Verfahren weiter bei Schritt S23 fortfährt.
[S23] Der Ausgabebefehlsspannungswert wird von dem AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 zu dem Befehlswert Vout für den AN-Zeitraum umgeschaltet.
[S24] Bei der Bestätigung, dass die Beziehung F2 = 0 nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei S25 fort. Ist F2 = 0, fährt das Verfahren bei Schritt S27 fort.
[S25] Es wird bestimmt, ob die Beziehung F1 = 0 erfüllt ist oder nicht. F1 = 0 bedeutet dann, dass der Strahl AUS ist, und folglich fährt das Verfahren bei Schritt S26 fort. F1 = 1 bedeutet, dass der Strahl-AN-Zustand fortgesetzt wird, wobei Schritt S24 wiederholt ausgeführt wird, so dass auf den Wert von F2 überprüft wird, bis der Bitschalter F1 umgekehrt wird. Wenn die Beziehung F2 = 0 in der Mitte erfüllt wird, fährt das Verfahren bei Schritt S27 fort.
[S26] Ein Verfahren (Basis-Entladungs-Stromsteuerung I) zum Steuern des Basis-Entladungsstroms in dem vorstehend genannten Modus wird ausgeführt, und das Verfahren kehrt zu Schritt S21 zurück. In diesem Verfahren wie eingehend anhand von Verfahren 4 (siehe 10) später beschrieben wird Voc einmal auf den OFF-Zeitraum-Grundwert Vbott reduziert, dann auf den AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 im Zeitraum τ erhöht, und anschließend bei dem AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 gehalten, wie in dem oberen Diagramm in 4 gezeigt.
Es folgt eine Zusammenfassung (Schritte S41 bis S45) der Basis-Entladungsstromsteuerung I (10), die in Schritt S26 von Verfahren 2 ausgeführt wird.
S41] Mit den Sollwerten, wie VB1, VB2, ηB2, Pmax, usw., der Laserausgabe Wout, die Vout entspricht, und dem Wert des Integrationstimers (siehe Verfahren 3), werden die Berechnungen, die durch die vorstehend genannten Gleichungen (6) und (7) angezeigt werden, durchgeführt, so dass der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) erhalten wird. Wie oben erwähnt ist bei dem in den Schaubildern von 4 gezeigten Betriebsmuster der Wert Vbott(ηi) von Vbott(η), erhalten zum Zeitpunkt it2 der i-ten Basis-Stromsteuerung, durch die vorstehend genannte Gleichung (9) gegeben.
[S42] Der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η), d. h. Vbott(ηi), erhalten durch die letzte Ausführung von Schritt S41, wird als Ausgabebefehlsspannung Voc eingestellt.
[S43] Das Verfahren wartet einen Zeitraum Δt. Der Zeitraum Δt veranschaulicht einen sehr kurzen Zeitraum, der ein integrales Vielfaches des ITP (Verfahrenszeitraum) der CPU ist, und erheblich kürzer als der Anstiegszeitraum τ ist.
[S44] Bei der Bestätigung, dass der Ausgabebefehlsspannungswert Voc kleiner ist als (noch nicht wieder eingestellt auf) den AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1, fährt das Verfahren bei Schritt S45 fort. Wird Voc wieder auf VB1 gestellt, wird das Verfahren 4 beendet, und das Verfahren kehrt zu Schritt S21 von Verfahren 2 zurück.
[S45] Die Ausgabebefehlsspannung Voc wird auf einen Wert eingestellt, der um einen sehr kleinen Betrag kΔt höher ist als der Strom-Voc-Wert, und das Verfahren kehrt zu Schritt S41 zurück. Das Symbol k bezeichnet einen Koeffizienten, der den Gradient bestimmt, bei dem die Ausgabebefehlsspannung vom AUS-Zeitraumwert Vbott(η) zum AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 zurückkehrt, und wird der Anstiegszeitraum τ eingestellt, wird k durch die Gleichung (10) unten ausgedrückt. In der Gleichung ist Vbott(η) der AUS-Zeitraum-Grundwert, erhalten durch die letzte Ausführung von Schritt S41, und er nimmt zum Zeitpunkt der i-ten-Basisstromsteuerung den Wert Vbott(ηi), der durch die vorstehend genannte Gleichung (9) angegeben wird. k = [VB1 – Vbott(η)]/τ (10)
Nachdem der Zeitraum τ nach der Ausgabe von Vbott(η) verstreicht, wird der Verfahrenszyklus der Schritt S41 bis S45 sooft entsprechend τ/Δt ausgeführt, dass die Ausgabebefehlsspannung Voc auf den AUS-Zeitraumreferenzwert VB1 gespeichert wird. Somit wird das Verfahren 4 (Schritt S26) beendet, und die Arbeitsschritte fahren bei Schritt S21 von Verfahren 2 fort, das dann für die anschließende AN-Phase auf Bereitschaft ist.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass das Betriebsmuster periodisch ist, aber nicht zu kurz ist, dass es unter die Kategorie des Impulsbetriebs fällt. Bei tatsächlichen Anwendungen ist jedoch ein Betriebsmuster, in dem das AN/AUS-Schalten so kurz ist, dass es unter die Kategorie Impulsbetrieb fällt, oft erforderlich. In solchen Fällen kann die Ausgabebefehlsspannung Voc gemäß einem Übergang variiert werden, wie in dem Schaubild von 6.
Bei dem Schaubild von 6 ist auf der horizontalen Achse die Zeit t und auf der vertikale Achsen die Ausgabebefehlsspannung Voc aufgetragen. Das veranschaulichte Muster ist dadurch gekennzeichnet, dass der AN-Zeitraum Ton und der AUS-Zeitraum Toff jeweils sehr kurz sind und dass der AUS-Zeitraum Toff selbst den Anstiegszeitraum ausmacht, der dem Wert τ in der vorhergehenden Ausführungsform entspricht. Folglich kann es in einigen Fällen schwierig sein, den AUS-Zeitraum-Grundwert der Ausgabebefehlsspannung Voc jedes Mal dann zu berechnen, wenn die AUS-Phase erreicht wird, wie in der vorhergehenden Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform wird daher die Steuerung derart durchgeführt, dass der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) vor dem Beginn jeder AN-Phase des Impulsbetriebs berechnet wird, indem der bis dahin erhaltene integrierte Wert des Strahl-AN-Zeitraums verwendet wird, gemäß dem gleichen Rechenverfahren wie in der vorhergehenden Ausführungsform eingesetzt, und dass während des AUS-Zeitraums des Impulsbetriebs die Ausgabebefehlsspannung Voc auf den AUS-Zeitraums-Referenzwert VB1 in dem Zeitraum Toff erhöht wird. Da die Temperatur des Lasergases während der AN-Phasen des Impulsbetriebs steigt, sollte der Grundwert Vbott(η) während des Impulsbetriebs grundsätzlich allmählich reduziert werden. Es ist jedoch ziemlich selten, dass der Impulsbetrieb für eine lange Zeit ohne Anhaltezeitraum fortgesetzt wird, und somit ergibt sich kein praktisches Problem.
Ein Verfahren zum Erzielen des im Schaubild von 6 gezeigten Voc-Übergangs wird folgendermaßen ausgeführt.

1) Das Verfahren 3 (9) zum Integrieren des Strahl-AN-Zeitraums wird auch in dieser Ausführungsform durchgeführt. Da der Inhalt des Verfahrens bereits beschrieben ist, wird dies nicht näher erläutert.
2) Statt Verfahren 1 wird ein Verfahren 5 (11) durchgeführt.
3) Statt Verfahren 2 wird ein Verfahren 6 (12) ausgeführt.
4) Statt Verfahren 4 wird ein Verfahren 7 (13) während der Ausführung des Verfahrens 6 durchgeführt.

Diese Ausführungsform beruht auch auf der Annahme, dass das Verfahren sofort nach Beendigung des Anlaufverfahrens ausgeführt wird. Der Einfachheit halber wird auch angenommen, dass ein Impulsbetrieb, der zum Zeitpunkt tps startet und zum Zeitpunkt tpe endet, nur einmal ausgeführt wird, und dass der Betrieb zu einem Zeitpunkt tpf beendet wird. Es wird kein Betriebsendbefehl außer zum Zeitpunkt tpf ausgegeben.
Nachstehend sind die einzelnen Schritte S51 bis S58 des Verfahrens 5 (11) zusammengefasst, das das Betriebsmuster bestimmt, wie es in 6 gezeigt ist. Da es angenommen wird, dass das Verfahren sofort nach der Beendigung des Anlaufverfahrens erfolgt, sind die Startwerte der Bitschalter wie folgt: F1 = 0 (Strahl-AUS); F2 = 1 (Stromquelle AN).
[S51] Das Verfahren wartet auf den zu erreichenden Zeitpunkt tps und fährt dann bei Schritt S52 fort.
[S52] Zum AN-Schalten des Strahls wird der Bitschalter F1 umgekehrt, d. h. F1 = 1.
[S53] Das Verfahren wartet darauf, dass der Strahl-AN-Zeitraum Ton verstreicht. Wenn der Zeitraum Ton verstrichen ist, fährt das Verfahren bei Schritt S54 fort.
[S54] Zum AUS-Schalten des Strahls wird der Bitschalter F1 umgekehrt, d. h. F1 = 0, und das Verfahren fährt bei Schritt S55 fort.
[S55] Das Verfahren wartet darauf, dass der Strahl-AUS-Zeitraum Toff verstreicht. Wenn der Zeitraum Toff verstrichen ist, fährt das Verfahren bei Schritt S56 fort.
[S56] Es wird bestimmt, ob die Zeit tpe erreicht hat oder nicht. Wenn die Zeit tpe noch nicht erreicht hat, fährt das Verfahren bei Schritt S52 fort, und wenn die Zeit tpe erreicht hat, fährt das Verfahren bei Schritt S57 fort.
[S57] Das Verfahren wartet darauf, dass der Zeitpunkt tpf erreicht wird und fährt dann bei Schritt S58 fort.
[S58] Der Bitschalter F2 wird umgekehrt, d. h. F2 = 0, und das Verfahren wird abgeschlossen.
Es folgt eine Zusammenfassung (Schritte S61 bis S67) von Verfahren 6 (12), das gleichzeitig mit dem Verfahren 5 ausgeführt wird. Der Anfangswert der Ausgabebefehlsspannung Voc ist VB1 (AUS-Zeitraum-Referenz-Ausgabebefehlsspannungswert), d. h. Voc = VB1, und zwar aus dem gleichen Grund, wie oben anhand von Verfahren 5 beschrieben.
[S61] Mit den Sollwerten VB1, VB2, ηB2, Pmax usw., der Laserausgabe Wout, die Vout entspricht und dem Wert des Integrations-Timers (siehe Verfahren 3), werden die Berechnungen der vorstehend genannten Gleichungen (6) und (7) durchgeführt, so dass der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) erhalten wird. Die Werte VB2 und ηB2 werden jedoch vorzugsweise geeignet abgestimmt, so dass spezifische Bedingungen für den Impulsbetrieb in Erwägung gezogen werden.
[S62] Nach Erfüllen der Beziehung F1 = 1 fährt das Verfahren bei Schritt S62 fort.
[S63] Die Ausgabebefehlsspannung Voc wird vom AUS-Zeitraum-Referenzzeitraum VB1 zum Befehlswert Vout für den AN-Zeitraum umgeschaltet.
[564] Nach dem Umkehren von Bitschalter F1, dass die Beziehung F1 = 0 erfüllt ist, fährt das Verfahren bei Schritt S65 fort.
[S65] Ein Verfahren (Basisentladungsstromsteuerung II) zum Steuern des Basisentladungsstroms wird ausgeführt, und dann fährt das Verfahren bei Schritt S66 fort. In dem Verfahren der Basisentladungsstromsteuerung II, wie eingehend später anhand von Verfahren 7 beschrieben (siehe 13), wird Voc einmal auf den AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott reduziert und wird dann bis zu dem AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 in dem Zeitraum Toff während der AUS-Phase des Impulsbetriebs erhöht, wie es in dem Diagramm von 6 gezeigt ist.
[S66] Bei der Bestätigung, dass die Beziehung F2 = 0 nicht erfüllt ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S62 zurück. F2 = 0 bedeutet, dass die Zeit tpf erreicht wurde, und das Verfahren kehrt dann zu Schritt S67 zurück, so dass der Betrieb beendet wird.
[S67] Die Ausgabebefehlsspannung Voc wird von dem AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 auf Null umgeschaltet, d. h. Voc = 0, wodurch die Gasentladung ganz angehalten und das Verfahren beendet wird.
Es folgt eine Zusammenfassung (Schritt S71 bis S74) der Basisentladungsstromsteuerung II (13), die in Schritt S65 von Verfahren 6 ausgeführt wird.
[S71] Der AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η), der vorher in Schritt S61 erhalten wird, wird als Ausgabebefehlsspannung Voc eingestellt.
[S72] Das Verfahren wartet eine Zeitspanne Δt. Der Zeitraum Δt veranschaulicht einen sehr kurzen Zeitraum, der ein integrales Vielfaches von ITP (Verarbeitungszeitraum) der CPU ist, und erheblich kürzer ist als der AUS-Zeitraum Toff.
[S73] Die Ausgabebefehlsspannung Voc ist zwar niedriger als der AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 (bzw. noch nicht wiederhergestellt auf diesen Wert), das Verfahren fährt jedoch bei Schritt S74 fort. Wurde Voc auf VB1 zurückgestellt, wird das Verfahren 7 beendet, und das Verfahren kehrt sofort zu Schritt S66 von Verfahren 6 zurück.
[S74] Die Ausgabebefehlsspannung Voc wird auf einen Wert eingestellt, der um einen sehr kleinen Betrag kΔt höher als der Strom-Voc-Wert ist, und das Verfahren kehrt zu Schritt S72 zurück. Das Symbol k bezeichnet einen Koeffizienten, der den Gradient bestimmt, bei dem die Ausgabebefehlsspannung vom AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) zum AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 wiederhergestellt wird, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Bei Impulsbetrieb wird der AUS-Zeitraum Toff selbst praktisch als Anstiegszeitraum eingestellt, weil nur eine sehr kurze Zeit vor der fortschreitenden AN-Phase verbleibt. Folglich wird k vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der durch die folgende Gleichung (11) angezeigt wird: k = [VB1-Vbott(η)/Toff (11)
Nach dem Verstreichen des Zeitraums Toff nach der Ausgabe von Vbott(η) wird der Verarbeitungszyklus der Schritte S71 bis S74 einige Male entsprechend Toff/Δt ausgeführt, so dass die Ausgabebefehlsspannung Voc auf den AUS-Zeitraum-Referenzwert VB1 eingestellt wird. Somit springt das Verfahren von Schritt S73 zu Schritt S61 des Verfahrens 6, und die anschließende AN-Phase startet sofort.
Wie oben beschrieben wird erfindungsgemäß die Reaktion der tatsächlichen Ausgabe einer Laserentladungsanregungslaservorrichtung zur AN-AUS-Schaltung eines Laserausgabebefehls verbessert, so dass das AN/AUS-Timing der Befehlsausgabe an die tatsächlichen Ausgabe angepasst wird. Dies ermöglicht beispielsweise die Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit der Laserstrahlbearbeitung.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung, umfassend: eine Gasentladungsröhre (26), die eine Laseranregung von einem Lasermedium durchführt zum Erhalten einer Laserausgabe; eine Spannungsquellenvorrichtung (20) zum Zuführen von elektrischer Spannung an die Gasentladungsröhre (26); und eine Regeleinrichtung (10) zum Regeln der Spannungsquellenvorrichtung (20), die derart ausgelegt ist, dass sie an die Spannungsquellenvorrichtung einen AN-Befehl (Vout) ausgibt, wodurch die Laserausgabe AN geschaltet wird, indem das Lasermedium mithilfe einer Entladung der Gasentladungsröhre (26) einer Laseranregung unterworfen wird, und zudem derart ausgelegt ist, dass sie an die Spannungsquellenvorrichtung (20) einen AUS-Befehl (Vbott) ausgibt zum AUS-Schalten der Laserausgabe; dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren der AUS-Befehl (Vbott) bewirkt, dass die Spannungsquellenvorrichtung (20) die Gasentladungsröhre (26) mit einer Grundspannung versorgt, die den AUS-Zustand erzeugt, ohne dass die Entladung der Gasentladungsröhre (26) gestoppt wird, und die kleiner ist als eine Bezugsspannung im AUS-Zeitraum, die zum Aufrechterhalten eines Basisentladungsstroms genügt, ist Gas in der Gasentladungsröhre kalt, wobei der AUS-Befehl (Vbott) dann eine Erhöhung der elektrischen Spannung von der Spannungsquellenvorrichtung (20) an die Gasentladungsröhre (26) bewirkt, die einer Erhöhung von der Grundspannung bis auf die AUS-Zeitraum-Bezugsspannung im AUS-Zustand der Laserausgabe entspricht.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (10) derart ausgelegt ist, dass der AN- und der AUS-Befehl ein Ausgabebefehlsspannungssignal enthalten, wobei die Größenordnung der elektrischen Spannung von der Spannungsquellenvorrichtung (20) an die Gasentladungsröhre (26) in Abhängigkeit von dem Ausgabebefehlsspannungssignal geregelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Regeleinrichtung (10) ein Ausgabebefehlsspannungssignal (Vbott) festlegt zum Zuführen der Grundspannung von der Spannungsquellenvorrichtung (20) an die Gasentladungsröhre (26) vor dem Beginn jeder Laserausgabe bei Pulsbetrieb der Gasentladungs-Anregungslaservor-richtung.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Regeleinrichtung (10) derart ausgelegt ist, dass zuvor ein Zeitraum τeingestellt wird, der nötig ist, damit die von der Spannungsquellenvorrichtung (20) der Gasentladungsröhre (26) zugeführte elektrische Spannung von der Zufuhr der Grundspannung auf die AUS-Zeitraum-Bezugsspannung steigt.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Regeleinrichtung (10) die Grundspannung anhand eines Index η festlegt, der eine Erhöhung der Temperatur von dem Lasergas in der Gasentladungsröhre (26) angibt.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Regeleinrichtung (10) eine Indexwertberechnungseinrichtung enthält, die einen Wert für den Index η auf Basis von einem Produkt aus der Größe der Laserausgabe und einem Laserstrahl-AN-Zeitraum berechnet, sowie eine Einrichtung zum Festlegen der Grundspannung auf Basis von dem Indexwert, erhalten von der Indexwertberechnungseinrichtung.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Indexwertberechnungseinrichtung den Index η anhand folgender Gleichung berechnet: η = (Pc/Pmax) × Strahl-AN-Zeitraumwobei ist: Pc eine Laserausgabe in einem Strahl-AN-Zeitraum und Pmax eine maximale Laserausgaberate.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Regeleinrichtung (10) derart ausgelegt ist, dass ein AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η), der eine Ausgabebefehlsspannung zum Zuführen der Grundspannung an die Gasentladungsröhre (26) ist, durch die folgende Funktion einer polygonalen Geraden von dem Index η festgelegt wird, die einen Anstieg der Temperatur von dem Lasergas in der Gasentladungsröhre (26) angibt: Vbott(η) = VB1 – [(VB1 – VB2)/ηB2]η (0 ≤ η ≤ ηB) Vbott(η) = VB2 (η = ηB)wobei ist: VB1 ein Ausgabespannungswert zum Aufrechterhalten des Basisentladungsstroms, ist das Lasergas kalt; VB2 ein Klemmwert, der eine untere Grenze für den AUS-Zeitraum-Grundwert Vbott(η) festlegt; und ηB2 ein Wert von η, ist Vbott(η) auf den untere-Grenze-Klemmwert VB2 gesunken.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 8, wobei mindestens einer der Werte VB1, VB2 und ηB2 variabel einstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Gasentladungs-Anregungslaservorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Regeleinrichtung (10) derart ausgelegt ist, dass die von der Spannungsquellenvorrichtung (20) der Gasentladungsröhre (26) zugeführte elektrische Spannung nach der Zufuhr der Grundspannung erhöht wird, bis die Ausgabebefehlsspannung von dem Wert Vbott(η) bis auf den AUS-Zeitraum-Bezugswert VB1 steigt.