JP5073796B2 - レーザ発振器制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、コントローラとの通信によりレーザ発振器を制御するレーザ発振器制御装置に関する。

この種のレーザ発振器制御装置として、従来、制御プログラムの実行異常を検出するウォッチドッグタイマを備え、制御プログラムに異常が発生した場合に、レーザ光線照射手段のゲート信号を遮断して、レーザ照射を停止させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また、コントローラとの通信により制御されるＩ／Ｏモジュールを有する装置において、コントローラからの周期的な信号の有無をＩ／Ｏモジュール内に備えたウォッチドッグタイマで検出し、周期的な信号がなくなるとＩ／Ｏモジュールからの出力を停止させるようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００８−１２６２５２号公報 特開２００２−１２３３０１号公報

ところで、コントローラとの通信によりレーザ発振器を制御する場合には、レーザ出力データ、レーザガス圧のデータ、励起用電源出力データ等、レーザ発振器の動作状態を表す状態信号がレーザ発振器からコントローラに送信され、この状態信号に基づきコントローラがレーザ発振器をフィードバック制御する。したがって、レーザ発振器からの信号の送信に異常があると、コントローラがレーザ発振器を適切に制御できなくなる。

しかしながら、上記特許文献１，２記載の装置は、コントローラから出力される信号の異常を検出するものであり、レーザ発振器からコントローラに送信される信号の異常を検出することはできない。したがって、レーザ発振器からの送信に異常があった場合に、レーザ発振器が不所望に動作するおそれがある。

本発明は、送信部および受信部を有するコントローラと、送信部および受信部を有し、通信ラインを介してコントローラと通信するレーザ発振器とを備え、レーザ発振器からコントローラに送信されたレーザ発振器の動作状態を表す状態信号に基づいて、コントローラからレーザ発振器に制御信号を出力するレーザ発振器制御装置であって、通信ラインは、第１の通信ラインと第２の通信ラインとを有し、コントローラは、所定周期で変化する交番信号を生成し、この交番信号を第１の通信ラインおよび第２の通信ラインを介してそれぞれレーザ発振器に送信する交番信号送信回路を有し、レーザ発振器は、第１の通信ラインおよび第２の通信ラインを介して送信されたコントローラからの交番信号をそれぞれ戻り信号として第１の通信ラインおよび第２の通信ラインを介してそれぞれコントローラに送信する戻り信号送信回路を有し、さらにコントローラは、第１の通信ラインおよび第２の通信ラインを介してそれぞれ送信されたレーザ発振器からの戻り信号を監視し、戻り信号が異常であると判定すると、レーザ発振器によるレーザ照射を停止するための停止制御信号を出力する監視回路と、監視回路からの停止制御信号をレーザ発振器に送信する停止制御信号送信回路とを有し、さらにレーザ発振器は、停止制御信号を受信すると、レーザ発振器によるレーザ照射を停止させる照射停止信号を出力する停止信号出力回路を有し、停止制御信号送信回路は、第１の通信ラインを介して送信された戻り信号に基づく監視回路からの停止制御信号を、第２の通信ラインを介してレーザ発振器に送信する一方、第２の通信ラインを介して送信された戻り信号に基づく監視回路からの停止制御信号を、第１の通信ラインを介してレーザ発振器に送信することを特徴とする。

本発明によれば、コントローラがレーザ発振器からの戻り信号を監視し、戻り信号が異常であると判定すると、停止制御信号を出力するようにしたので、レーザ発振器からの送信に異常があった場合のレーザ発振器の不所望な動作を防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザ発振器制御装置の全体構成を示す図。 図１の変形例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザ発振器制御装置の全体構成を示す図。 図３の具体例を示す図。

−第１の実施の形態−
以下、図１、図２を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ発振器制御装置の全体構成を示す図である。このレーザ発振器制御装置は、コントローラ１とレーザ発振器２とを有し、両者はシリアル通信用の通信ケーブル３を介して互いに通信可能に接続されている。

図１に示すように、コントローラ１は、レーザ発振器２に信号を送信する送信部１１と、レーザ発振器２からの信号を受信する受信部１２とを有する。同様に、レーザ発振器２は、コントローラ１に信号を送信する送信部２１と、コントローラ１からの信号を受信する受信部２２とを有する。各送信部１１，２１は、パラレル信号をシリアル信号に変換する変換回路を有し、各受信部１２，２２は、シリアル信号をパラレル信号に変換する変換回路を有する。

コントローラ１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、レーザ発振器２の制御用の制御信号Ｓ１を出力する制御信号出力部１３と、交番信号Ｓ２を生成する交番信号生成部１４と、交番信号Ｓ２に対応したレーザ発振器２からの戻り信号Ｓ３を監視する信号監視部１５とを有する。

制御信号出力部１３には、受信部１２で受信されたレーザ発振器２の動作状態を表す状態信号Ｓ４、例えばレーザ出力データ、レーザガス圧のデータ、励起用電源出力データ等の信号が入力される。制御信号出力部１３は、これらの入力信号に基づいて送信部１１に制御信号Ｓ１を出力し、レーザ発振器２が所定の動作を実行するようにレーザ発振器２をフィードバック制御する。

交番信号生成部１４は、ＣＰＵのクロック信号に応じて発振する発振回路を有し、図示のように所定周期でオンオフ的（パルス状）に変化する交番信号Ｓ２を生成して、この交番信号Ｓ２を送信部１１に出力する。コントローラ１が正常に動作していれば、交番信号生成部１４から交番信号Ｓ２が出力され続け、コントローラ１（ＣＰＵ）の動作が異常になると、交番信号Ｓ２の出力が停止する。

信号監視部１５は、レーザ発振器２からの戻り信号Ｓ３を監視する。戻り信号Ｓ３は、図示のように交番信号Ｓ２に対応して周期的に変化（交番）する信号であり、信号監視部１５では、戻り信号Ｓ３が交番する周期を監視し、戻り信号Ｓ３が異常であるか否かを判定する。例えば、予め定めた所定時間を経過しても戻り信号Ｓ３の交番が検出されない場合に、戻り信号Ｓ３が異常であると判定する。戻り信号Ｓ３が異常であると判定されると、信号監視部１５は交番信号生成部１４に停止信号Ｓ５を出力する。停止信号Ｓ５が出力されると、交番信号生成部１４は交番信号Ｓ２の出力を停止する。

レーザ発振器２は、コントローラ１からの制御信号Ｓ１によりレーザ発振器本体２３の駆動を制御する駆動回路部２４と、受信部２２で受信した交番信号Ｓ２を監視するウォッチドッグタイマ２５と、交番信号Ｓ２に対応した戻り信号Ｓ３を生成する戻り信号生成部２６とを有する。

レーザ発振器本体２３は、例えば放電管と、放電管の両側に配置された一対のミラーとにより光共振器を構成する周知のものであり、放電励起用の電源が起動されて放電管の電極に高周波電圧が印加されると放電が発生し、放電管内の媒質ガスが励起され、光共振器からレーザ光が出力される。光共振器のレーザ出力部には、レーザ光を光学的に遮断または通過させるシャッタが設けられている。

駆動回路部２４は、コントローラ１からの制御信号Ｓ１に応じてレーザ発振器本体２３に制御信号を出力し、レーザ発振器本体２３における放電のオンオフ、放電電圧の大きさ、シャッタの開閉等、レーザ発振器本体２３の動作を制御する。レーザ発振器本体２３の動作状態を表す状態信号Ｓ４は、コントローラ１のフィードバック制御に供するために送信部２１に出力される。

ウォッチドッグタイマ２５は、交番信号Ｓ２のパルスが入力される度にタイマをリセットする。リセット後に予め定めた所定時間ｔ０を経過しても交番信号Ｓ２のパルスの入力がないとき、ウォッチドッグタイマ２５はタイムアップし、駆動回路部２４に停止信号Ｓ６を出力する。この停止信号Ｓ６により駆動回路部２４は、レーザ発振器本体２３の放電を停止するとともに、レーザ出力部のシャッタを閉じ、レーザ発振器２のレーザ照射を停止させる。

戻り信号生成部２６は、交番信号Ｓ２に対応して周期的に変化する戻り信号Ｓ３を生成する。例えば、戻り信号生成部２６では交番信号Ｓ２の信号線と戻り信号Ｓ３の信号線を短絡し、交番信号Ｓ２をそのまま戻り信号Ｓ３として送信部２１に出力し、コントローラ１に送信する。

第１の実施の形態に係るレーザ発振器制御装置の主要な動作を説明する。コントローラ１のＣＰＵに異常がなく、レーザ発振器２から送信される信号にも異常がなければ、レーザ発振器２から交番信号Ｓ１に対応した戻り信号Ｓ３がコントローラ１に送信される。この場合、信号監視部１５は戻り信号Ｓ３が正常状態であると判定するため、交番信号生成部１４で生成された交番信号Ｓ２がレーザ発振器２に送信され続け、ウォッチドッグタイマ２５が繰り返しリセットされる。したがって、ウォッチドッグタイマ２５から駆動回路部２４に停止信号Ｓ６は出力されず、コントローラ１はレーザ発振器本体２３の状態信号Ｓ４に応じた制御信号Ｓ１を出力し、レーザ発振器２を適切にフィードバック制御する。

これに対し、レーザ発振器２の送信部２１または受信部２２における通信状態に異常が生じると、戻り信号生成部２６で正常状態の戻り信号Ｓ３が生成されず、あるいは送信部２１から戻り信号Ｓ３が正常状態のまま送信されない。このため、信号監視部１５は、戻り信号Ｓ３の交番周期が異常であると判定し、交番信号生成部１４に停止信号Ｓ５を出力する。停止信号Ｓ５が出力されると、交番信号生成部１４からの交番信号Ｓ２の出力が停止し、ウォッチドッグタイマ２５はタイムアップして、駆動回路部２４に停止信号Ｓ６を出力する。

これにより、レーザ発振器本体２３の放電が停止されるとともに、レーザ出力部のシャッタが閉じられ、レーザ発振器２の動作が停止される。レーザ発振器２の通信状態に異常が生じた場合には、戻り信号Ｓ３だけでなくレーザ発振器本体２３の状態信号Ｓ４もコントローラ１に正常に送信されないが、この場合に、レーザ発振器２の動作が停止されることで、レーザ発振器２の誤動作を防止できる。なお、コントローラ１のＣＰＵに異常が生じた場合には、交番信号Ｓ２のパルスが出力されないため、ウォッチドッグタイマ２５が同様にタイムアップし、レーザ発振器２の動作が停止される。

第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を得ることができる。
（１）コントローラ１に設けられた交番信号生成部１４により、交番信号Ｓ２を生成してレーザ発振器２に送信し、レーザ発振器２に設けられた戻り信号生成部２６により、コントローラ１からの交番信号Ｓ２に対応した戻り信号Ｓ３を生成してコントローラ１に送信し、さらにコントローラ１に設けられた信号監視部１５により、レーザ発振器２からの戻り信号Ｓ３を監視し、戻り信号Ｓ３が異常であると判定すると、交番信号生成部１４に停止信号Ｓ５を出力して交番信号Ｓ２の出力を停止するようにした。これによりレーザ発振器２の通信状態に異常が発生した場合に、レーザ発振器２のウォッチドッグタイマ２５がタイムアップして、レーザ発振器２の動作が停止され、レーザ発振器２の不所望な動作を防止できる。

（２）レーザ発振器２に、コントローラ１からの交番信号Ｓ２により作動するウォッチドッグタイマ２５を設けるようにしたので、コントローラ１の異常時にもレーザ発振器２の動作を停止できる。
（３）コントローラ１の異常時およびレーザ発振器２の異常時に、それぞれ共通のウォッチドッグタイマ２５を用いてレーザ発振器２の動作を停止させるので、部品構成を簡素化できる。

なお、以上では、コントローラ１の交番信号生成部１４で交番信号Ｓ２を生成するようにしたが、コントローラ１の起動初期においては、動作が不安定となり、交番信号Ｓ２の交番周期が一定とならず、レーザ発振器２で通信異常を誤検知してしまうおそれがある。そこで、図２に示すように、レーザ発振器２に、交番信号Ｓ２の交番回数をカウンタするカウンタ２７を設け、コントローラ１の起動後に交番回数が所定回数に達すると、カウンタ２７から駆動開始信号Ｓ７を出力し、ウォッチドッグタイマ２５に交番信号Ｓ２の監視を開始させるようにしてもよい。これにより通信状態が安定してから交番信号Ｓ２の監視が行われるため、通信異常の誤検知を防止できる。

−第２の実施の形態−
図３、図４を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、戻り信号Ｓ３の異常時に、その戻り信号Ｓ３が送信される通信ケーブル３を介さずに、コントローラ１からレーザ発振器２に停止信号を出力する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ発振器制御装置の全体構成を示す図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図３に示すように、レーザ発振器２にウォッチドッグタイマ２５（図１）は設けられず、コントローラ１からの交番信号Ｓ２は、戻り信号生成部２６を介して戻り信号Ｓ３とされて送信部２１に出力される。コントローラ１の信号監視部１５は、レーザ発振器２からの戻り信号Ｓ３の異常の有無を判定し、戻り信号Ｓ３が異常であると判定されると、交番信号生成部１４以外に停止信号Ｓ５を出力する。この停止信号Ｓ５は、レーザ発振器２によるレーザ照射を停止させるための制御信号であり、戻り信号Ｓ３が送信された通信ケーブル３を介さずに信号監視部１５から出力される。なお、レーザ発振器２に第１の実施の形態と同様、ウォッチドッグタイマ２５を設けてもよい。

図４は、図３の停止信号Ｓ５の出力形態を含む、レーザ発振器制御装置の全体構成を示す図である。なお、図４では、制御信号出力部１３とレーザ発振器本体２３と駆動回路部２４の図示を省略している。

図４では、図３の制御構成を２系統設けて制御装置全体を構成している。すなわち、コントローラ１には、一対の送信部１１ａ，１１ｂと一対の受信部１２ａ，１２ｂと一対の信号生成部１４ａ，１４ｂと一対の信号監視部１５ａ，１５ｂとがそれぞれ設けられ、レーザ発振器２には、一対の送信部２１ａ，２１ｂと一対の受信部２２ａ，２２ｂと一対の戻り信号生成部２６ａ，２６ｂとがそれぞれ設けられている。コントローラ１の送受信部１１ａ，１２ａとレーザ発振器２の送受信部２１ａ，２２ａとは第１通信ケーブル３ａを介して接続され、コントローラ１の送受信部１１ｂ，１２ｂとレーザ発振器２の送受信部２１ｂ，２２ｂとは第２通信ケーブル３ｂを介して接続されている。各信号生成部１４ａ，１４ｂ、各信号監視部１５ａ，１５ｂ、および各戻り信号生成部２６ａ，２６ｂは、それぞれ互いに同一の処理を行い、第１通信ケーブル３ａおよび第２通信ケーブル３ｂを介してそれぞれレーザ発振器２からコントローラ１に戻り信号Ｓ３が送信される。

一方の信号監視部１５ａが、第１通信ケーブル３ａからの戻り信号Ｓ３が異常であると判定すると、信号監視部１５ａは送信部１１ｂに停止信号Ｓ５を出力し、送信部１１ｂは第２通信ケーブル３ｂを介してレーザ発振器２に停止信号Ｓ５を送信する。この停止信号Ｓ５を受信部２２ｂが受信すると、受信部２２ｂは駆動回路部２４に停止信号Ｓ６を出力する。これにより駆動回路部２４がレーザ発振器２の動作を停止する。また、他方の信号監視部１５ｂが、第２通信ケーブル３ｂからの戻り信号Ｓ３が異常であると判定すると、信号監視部１５ｂは送信部１１ａに停止信号Ｓ５を出力し、送信部１１ａは第１通信ケーブル３ａを介してレーザ発振器２に停止信号Ｓ５を送信する。この停止信号Ｓ５を受信部２２ａが受信すると、受信部２２ａは駆動回路部２４に停止信号Ｓ６を出力する。これにより駆動回路部２４がレーザ発振器２の動作を停止する。

このように第２の実施の形態では、コントローラ１とレーザ発振器２とを一対の通信ケーブル３ａ，３ｂで接続し、一方の通信ケーブル３ａ（３ｂ）からの戻り信号Ｓ３が異常であると判定すると、他方の通信ケーブル３ｂ（３ａ）を介してレーザ発振器２に停止信号Ｓ５を送信するようにした。これにより、一方の通信ラインに異常が生じた場合に、他方の通信ラインを介して確実に停止信号Ｓ５を送信することができ、レーザ発振器２の誤動作を確実に防止することができる。

上記実施の形態（図１〜図３）では、通信ケーブル３（通信ライン）を介してコントローラ１とレーザ発振器２とが通信する際に、交番信号送信回路として、交番信号生成部１４で交番信号Ｓ２を生成して送信部１１から送信し、戻り信号送信回路として、戻り信号生成部２６で戻り信号Ｓ３を生成して送信部２１から送信し、監視回路として、信号監視部１５で戻り信号Ｓ３の異常の有無を判定し、異常と判定した時に交番信号生成部１４に停止信号Ｓ５（停止制御信号）を出力するようにした。とくに、図１では、ウォッチドッグタイマ回路として、交番信号Ｓ２の異常時にウォッチドッグタイマ２５から停止信号Ｓ６（照射停止信号）を出力し、図２では、カウンタ回路として、交番回数をカウンタ２７でカウントし、交番回数が所定回数に達してから交番信号Ｓ２の監視を開始させるようにした。また、上記実施の形態（図４）では、交番信号送信回路および戻り信号送信回路をそれぞれ２系統設けるとともに、停止制御信号送信回路として、信号監視部１５ａ，１５ｂで第１通信ケーブル３ａ（第１の通信ライン）からの戻り信号Ｓ３が異常であると判定すると、第２通信ケーブル３ｂ（第２の通信ライン）を介してレーザ発振器２に停止信号Ｓ５（停止制御信号）を出力し、停止信号出力回路として、停止信号Ｓ５を受信した受信部２２ｂから駆動回路部２４に停止信号Ｓ６（照射停止信号）を出力するようにした。

これらの構成は一例であり、レーザ発振器２でコントローラ１からの交番信号Ｓ２に対応した戻り信号Ｓ３を生成し、レーザ発振器からの戻り信号Ｓ３の異常の有無をコントローラ１で判定して異常判定時に停止信号Ｓ５を出力するのであれば、レーザ発振器制御装置の構成はいかなるものでもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のレーザ発振器制御装置に限定されない。

１ コントローラ
１１，１１ａ，１１ｂ 送信部
１２，１２ａ，１２ｂ 受信部
１３ 制御信号出力部
１４，１４ａ，１４ｂ 交番信号生成部
１５，１５ａ，１５ｂ 信号監視部
２ レーザ発振器
２１，２１ａ，２１ｂ 送信部
２２，２２ａ，２２ｂ 受信部
２３ レーザ発振器本体
２４ 駆動回路部
２５ ウォッチドッグタイマ
２６，２６ａ，２６ｂ 戻り信号生成部
２７ カウンタ

Claims (1)

1. 送信部および受信部を有するコントローラと、送信部および受信部を有し、通信ラインを介して前記コントローラと通信するレーザ発振器とを備え、前記レーザ発振器から前記コントローラに送信された前記レーザ発振器の動作状態を表す状態信号に基づいて、前記コントローラから前記レーザ発振器に制御信号を出力するレーザ発振器制御装置であって、
   前記通信ラインは、第１の通信ラインと第２の通信ラインとを有し、
   前記コントローラは、
   所定周期で変化する交番信号を生成し、この交番信号を前記第１の通信ラインおよび前記第２の通信ラインを介してそれぞれ前記レーザ発振器に送信する交番信号送信回路を有し、
   前記レーザ発振器は、
   前記第１の通信ラインおよび前記第２の通信ラインを介して送信された前記コントローラからの前記交番信号をそれぞれ戻り信号として前記第１の通信ラインおよび前記第２の通信ラインを介してそれぞれ前記コントローラに送信する戻り信号送信回路を有し、
   さらに前記コントローラは、
   前記第１の通信ラインおよび前記第２の通信ラインを介してそれぞれ送信された前記レーザ発振器からの戻り信号を監視し、前記戻り信号が異常であると判定すると、前記レーザ発振器によるレーザ照射を停止するための停止制御信号を出力する監視回路と、
   前記監視回路からの前記停止制御信号を前記レーザ発振器に送信する停止制御信号送信回路とを有し、
   さらに前記レーザ発振器は、
   前記停止制御信号を受信すると、前記レーザ発振器によるレーザ照射を停止させる照射停止信号を出力する停止信号出力回路を有し、
   前記停止制御信号送信回路は、前記第１の通信ラインを介して送信された前記戻り信号に基づく前記監視回路からの前記停止制御信号を、前記第２の通信ラインを介して前記レーザ発振器に送信する一方、前記第２の通信ラインを介して送信された前記戻り信号に基づく前記監視回路からの前記停止制御信号を、前記第１の通信ラインを介して前記レーザ発振器に送信することを特徴とするレーザ発振器制御装置。

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