JPS6321357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は異常検出センサを備えたレーザ装置に
関し、特にレーザ発振を起させる前に、異常検出
センサに対応するインターロツク装置が完全に動
作するかどうかを点検し、前記装置がすべて正常
である場合のみレーザ発振が起動され、その他の
場合にはレーザ発振の起動が禁止されるようにし
たレーザ装置に関する。

近年、レーザ装置が産業界や医学分野に広く普
及し、今後ますます頻繁かつ広い分野で使用され
ることは明らかである。レーザ装置の普及が加速
されるに応じて、レーザの安全対策は一層重視さ
れなくてはならない。

その理由は、レーザ装置が強力なレーザ光を出
射させること、レーザ装置自体に高電圧ないしは
大電流が印加されていること、レーザ装置の使用
対象が医学分野であれば、レーザ装置の故障が人
命に直接係ることもありうることなどである。
又、産業分野によつては、その故障が生産性の低
下を直接ひき起すことが多いので、レーザ装置の
安全対策は可能な限り推進されなくてはならな
い。

レーザ装置、特にガスレーザ装置では、冷却用
媒質、レーザ発振を生じさせるガス媒質、放電を
生じさせる高電圧発生装置ないしは大電流発生装
置がレーザ共振器以外に必要であり、これらのい
ずれか１つでも所定の制御範囲をこえれば、たゞ
ちにレーザ発振動作に影響を与えるか、あるいは
レーザ発振そのものを停止させてしまう。さらに
は、放電電流値が制御範囲をこえるような場合に
はレーザ放電の異常をきたす。このような事態は
固体レーザの場合にも同様生じるものである。

そこで、従来のレーザ装置には、安全装置とし
て各種のセンサ、例えば冷却媒質のフロー検知器
が温度検知器、レーザ発振用ガス媒質の圧力検知
器や残圧検知器、過電流検出回路、過電圧検出回
路、高圧部のカバー検知器等が個別に設置されて
いる。そして各検知器が異常状態を検出した場合
には、警報を発したり、あるいはレーザ発振を停
止させるようなインターロツク回路が設けられて
いるのが通例である。

しかしながら、これらのインターロツク回路
は、異常が検知されたときにはじめて動作するも
のであつて、実際の使用条件下においては、しば
しば動作する性質のものではない。事実、従来装
置における各種検知器やインターロツク回路の動
作確認は、レーザ装置の納入設置時に行なわれる
外は、保守点検時に行なわれるだけであつた。

このため、レーザ装置の実作動時にこれら検知
器やインターロツク回路が正常に動作するか否か
について不安を感じられることがあつた。特に高
信頼性の要求される分野でレーザ装置を使用する
場合には、使用のつど、レーザ装置の各種検知器
やインターロツク回路が正しく動作することを確
認した後に、実際のレーザ発振を行なわせること
が望ましく、また必要である。

本発明は前述のような要請に合致する点検・確
認機能を備えたレーザ装置を提供するものであ
る。

本発明は、レーザ装置の始動後、一定時間が経
過したのち、各センサ（検知器）によつて、各部
の温度、流量、圧力等が設定された範囲内に保持
されているかどうかを判別するノーマルチエツク
機能と、装備されている各種検知装置によるイン
ターロツク動作の確認を擬似信号によつて順次行
なわせ、これらインターロツク回路がすべて正常
に動作することを確認するアブノーマルチエツク
機能とを具備させ、これらのチエツクを完了した
後に、はじめて本来の動作を開始させるようにし
たものである。

以下、本発明を第１図および第２図に示す実施
例に基づき、詳細に説明する。

第１図において、S₁，S₂，……S_oは各種異常検
出センサの動作を代表するスイツチで、検出され
るデータおよびその後のインターロツク動作の相
異により通常センサグループS_i〜S_j、非高圧カツ
トセンサグループS_j+1〜S_k、瞬時高圧カツトセン
サグループS_k+1〜S_oの３グループに分類されてい
る。なお、これらのセンサS₁〜S_oは、正常時には
閉、異常時には開となる。

ここで検知されるデータとしては、例えば、冷
却用媒質の温度、流量、レーザ発振に必要なガス
媒質を供給するボンベの残量を示す圧力、レーザ
放電管内のレーザ用ガス媒質の圧力、高電圧発生
部のカバースイツチ、レーザ放電管の表面温度、
レーザ発振器のミラーホルダー温度、電源ケース
内、赤外線領域で発振波長をもつ医療用レーザ装
置（例えば、CO₂、YAG、COレーザメス装置）
におけるガイド光の点灯、およびレーザメス装置
のマニピユレータ部より補助ガスを放出させる場
合（一般にはCO₂、N₂ガス）の残留ガス圧等お
よびレーザ発振中のレーザ放電の異常を検知する
過電流検出装置、圧力異常検出装置、シヤツター
を使用する機器でのシヤツターの開閉時間の確認
装置等があり、これらのデータが前記の３グルー
プのセンサ、すなわちS₁〜S_j、S_j+1〜S_k、S_k+1〜
S_oに対応し、その異常を検出する。

先ず電源を入れると、第１図の２６で示される
端子にクリア信号発生回路３４よりクリア信号が
与えられ、インターロツク回路を初期状態に設定
する。その後第２制御回路２８に内蔵されたタイ
マが働き、各スイツチ（センサ）S₁〜S_oが定常状
態に入るまでの時間を確保し、同時にテストラン
プを点灯してテストサイクルであることを表示す
る。タイマの動作が終了した後クロツク３０がス
タートし、先ず最初に各センサが動作してスイツ
チS₁〜S_oの何れかが開となつていないかどうか、
即ちこの時点で異常な箇所が無いかどうかをチエ
ツクする。クロツク３０から送られる信号はオフ
状態から始まるように調整されており、その間に
異常がなければ、すなわち前記スイツチS₁〜S_oが
すべて閉ならばアブノーマルチエツクに移る（異
常がある場合については後述する）。アブノーマ
ルチエツクに入るとクロツク３０からは出力信号
が発せられる。前記信号はカウンタ（あるいはシ
フトレジスタ）９を通過後、擬似信号３_iとして
OR回路４_iへ順次供給される。同時にこのとき、
第１制御回路１７には第２制御回路２８からテス
ト中を示す信号３１が入力される。

ここでフリツプフロツプ２_iおよびOR回路４_iな
どからなるゲートの確認判定を行う。もしこれら
の回路が正常ならば前記OR回路４_iからは出力信
号が表われ、その一部はランプドライバ５_iへ供
給され、後述するように該当箇所表示ランプ６_i
を点灯する。また前記出力信号の他の一部はOR
回路７を通過後、出力信号２７として第１制御回
路１７およびEXOR回路１３の双方に入力され
る。

ここでOR回路７からの出力信号２７とクロツ
ク３０の出力信号２９とは同期する様にタイミン
グ調整されているため、この時はEXOR回路１
３からは信号が出力されない。また、第１制御回
路１７には前記信号２７の一部が入力されるの
で、該制御回路１７はV_cc制御回路８を制御して
該当箇所表示ランプ６_iを点滅させる。前述の状
態をしばらく継続させたのち、第１制御回路１７
からは高圧リレードライバ１８を動作させる信号
を出力して高圧印加を禁止するとともに、高圧カ
ツトランプ２２を点灯させ、該当箇所表示ランプ
６_iを連続点灯に切換える。

この時、高圧カツトの確認判定を行う。すなわ
ち、正常に高圧カツトが行なわれていれば
EXOR回路１４からは出力信号が生じない。す
なわち第２制御回路２８からはクロツク停止信号
１２が送られないので、カウンタ（あるいはシフ
トレジスタ）９は次の状態へ進みOR回路４_i+1へ
擬似信号３_i+1を送る。

以上がアブノーマルチエツクの１サイクルであ
り、異常がなければ以下同様にしてセンサの数だ
け、ｎ−サイクルを繰り返す。これは異常の場合
の一種のシユミレーシヨン動作と、インターロツ
ク回路の動作確認である。このようにしてチエツ
クをｎサイクル繰り返した後、テストランプ１６
が消灯されアブノーマルチエツクを終了する。

この後、STBY表示が出され、装置は使用状
態へと入る。なお、以上述べてきたアブノーマル
チエツク中、および装置の使用中においてもセン
サS₁〜S_oにより異常がないかどうか絶えず監視さ
れていることは言うまでもない。

以上の動作手順を、第２図のフローチヤートに
もとずいて説明すると次のようになる。電源を投
入すると先ずS₁に示す状態に移行し、テスト状態
に入る。テストに入るとクロツク３０がスタート
し、ノーマルチエツクすなわちスイツチS₁〜S_oが
開いていないか確認をする（以上P₂）。ここで上
記スイツチが全部閉ならP₂からP₃へ進みアブノ
ーマルチエツクに入る。アブノーマルチエツクに
入るとクロツク３０から擬似信号３_iがOR回路４_i
へと送られる。状態P₄ではOR回路４_l、フリツプ
フロツプ２_i等が正常に動作するかどうかの判定
を行う。前記回路が正常に動作するなら状態P₅
を経てP₆へと至る。

次のP₇ではP₆に示した高圧カツトが行なわれ
たかどうかを判定し、正常に高圧カツトが行なわ
れた場合にはP₈，P₉を経てP₁₉へと至る。P₈はア
ブノーマルチエツク中にセンサS₁〜S_oが働いた場
合のインターロツク動作を示すもので、センサが
働いた場合には後述するように分枝−４へ進む。
P₁₉は次のテストサイクルに入ることを示す動作
で、分枝−７を経て再び状態P₃へと戻る。

このようにしてｎサイクルくり返し、ｎ番目の
チエツク動作が終了したならば、P₉から分枝−
５を経てP₁₆へと至る。ここでテスト終了を表示
した後、P₁₇を経て装置は稼動状態に入る。P₁₈に
示す状態は装置の使用中にセンサが働いた場合の
動作を示すもので、その場合には分枝−６へと至
る。

以上述べてきたように、ノーマルチエツクおよ
びアブノーマルチエツクが行なわれる。

ノーマルチエツクにおいて異常が検出される場
合としては、以下に述べるような３種の態様があ
る。

(1) 通常センサグループとして設けたセンサS₁〜
S_jのうちの何れかが働いた場合 (2) 非高圧カツトセンサグループとして設けたセ
ンサS_j+1〜S_kのうちの何れかが働いた場合 (3) 瞬時高圧カツトセンサとして設けたセンサ
S_j+1〜S_oのうちの何れかが働いた場合 前記通常センサグループS₁〜S_jの何れかが働い
た場合には、該当箇所のOR回路４_i（ただし１≦
ｉ≦ｊ）に出力信号が表われ、これがランプドラ
イバ５_iに供給される。

前記出力信号は同時にOR回路７に供給され、
その出力２７の一部は第１制御回路１７に入る一
方、他の一部はEXOR回路１３を通過して第２
制御回路２８に入る。第１制御回路１７に入つた
信号はV_cc制御回路を制御し、ランプ供給電圧を
オン・オフして該当箇所の位置表示ランプ６_iを
点滅させる一方、警報２１を断続的に発する。

他方第２制御回路２８はクロツク３０を止めて
カウンタ（またはシフトレジスタ）９をその箇所
にロツクさせる信号１２を発生する一方、テスト
ランプ１６を消灯し、代りにNGランプ１５を点
灯させ、これ以後チエツク動作を停止する。

更に、第１制御回路１７は前述の二者の動作を
しばらく継続させたのち、高圧カツトリレー１９
の接点RS₁を開放して高圧印加を禁止する一方、
高圧カツトランプ２２を点灯し、又前述の二者の
動作をこれ以後連続点灯、連続警報とする。

以上の経過を第２図に示したフローチヤートに
もとづいて説明すると以下のようになる。すなわ
ち、通常センサS₁〜S_jのうちの何れかが働くとノ
ーマルチエツクにおいて異常を示し、状態P₂か
ら分枝−１へと進む。さらに、この信号は通常セ
ンサ信号であるため、P₁₀を経てP₁₂へと至り、分
枝−９を経てインターロツクの動作状態を示す状
態P₁₃を経た後、P₁₄からP₁₅へと至る。これが通
常センサS₁〜S_jの何れかが働いた場合の動作手順
である。

次に非高圧カツトセンサグループに属するセン
サS_j+1〜S_kのうちの何れかが働いた場合について
説明する。これらのセンサに属するものは、前述
した検知データのうちで、レーザメス装置におい
てガイド光が出ない場合や補助ガスが出ない場合
等についてである。このような場合は、レーザ装
置の使用中であつてもその動作にそれほど支障を
きたすものではないので高圧カツトまで行う必要
はない。のみならず、レーザメス装置で手術中の
場合等においては、途中で高圧印加を中止して手
術を中断することは、かえつて不都合さえ生じる
ものである。それゆえ、このようなセンサが設け
られている。

該センサグループに属するセンサS_i（ただしｊ
＋１≦ｉ≦ｋ）が働くと、その信号の一部はフリ
ツプフロツプ２_iを通過しOR回路４_iに供給され
る。また、前記信号のうち他の一部はOR回路３
５の出力信号となり第１制御回路１７へと入力さ
れる。センサS_iからの信号を入力したOR回路４_i
は出力信号を発し、その一部はランプドライバ５
_ｉに供給される。

前記出力信号のうち他の一部はOR回路７を通
過し、出力信号２７として第１制御回路１７およ
び第２制御回路２８へと供給される。第２制御回
路２８は前記信号が入力されるため、NGランプ
１５を点灯し同時にテストランプ１６を消灯す
る。さらにクロツク停止信号１２を発することに
よりそれ以後のチエツク動作を禁止する。以上述
べてきた動作は、前記の通常センサグループS₁〜
S_jによる動作と同じである。

一方、第１制御回路１７には前記出力信号２７
の一部が入力されるので、V_cc制御回路８を制御
し、該当箇所表示ランプ６_iを点滅させると同時
に断続警報２１を発する。しかし、第１制御回路
１７にはOR回路３５からの信号が入力されるの
で高圧カツトランプ２２の点灯および高圧リレー
ドライバ１８の作動の信号は送られない。すなわ
ち高圧カツトへの移行は禁止される。以上が非高
圧カツトセンサが働いた場合の動作手順である。

上記インターロツク動作を第２図に示すフロー
チヤートにもとづいて説明すると以下のようにな
る。すなわち、センサが働くために状態P₂から
分枝−１を経て状態P₁₀へと至る。ここで該セン
サは非高圧カツトセンサであるので分枝−８を経
て状態P₁₁へと移行し、NGランプ点灯、テスト
ランプ消灯、該当箇所ランプ６_i点滅および断続
警報を発してオペレータに異常を知らせる。以上
が非高圧カツトセンサ作動のインターロツク動作
で、装置はこのままの状態で使用可能である。

ところが逆に、高圧回路の過電流や共振器内の
圧力異常等のように、異常状態がある時間続くと
レーザ装置の破壊を招くに至るような場合があ
る。このような場合には、異常を検知したら直ち
に高圧カツトを行い、装置の稼動を停止する動作
に入らなければならない。

このような事態に対処するために瞬時高圧カツ
トセンサS_k+1〜S_oが設けられている。異常を検知
した該センサS_i（ただしｋ＋１≦ｉ≦ｎ）からの
信号は上述した非高圧カツトセンサの場合と同様
に２分され、その一方はOR回路３６へ入力さ
れ、他の一方はフリツプフロツプ２_iへと入力さ
れる。OR回路３６を通過した信号は第１制御回
路１７へ入力され、直ちに高圧リレードライバ１
８を作動させ高圧カツトを行う。

またフリツプフロツプ２_iからの信号は前述し
た２種のセンサグループと同様の経路で各デバイ
スに供給され、最終的には高圧カツトランプ２２
点灯、NGランプ１５点灯、該当箇所ランプ６_i連
続点灯および連続警報を発して異常を知らせる。

以上の経過をフローチヤートで説明すると次の
ようになる。ノーマルチエツクにおいて、センサ
が異常を検知すると状態P₂から分枝−１へと進
み、さらに状態P₁₀へと至る。ここまでの動作は、
ノーマルチエツクにおいて異常があつた場合、す
べてのセンサについて共通であることは前述した
とおりである。ここで該信号は瞬時高圧カツトセ
ンサから出されたものであるから状態P₁₀を経て
状態P₁₂へ至り、分枝−１０へと進む。そして最
終的には状態P₁₄およびP₁₅をもつてしてオペレー
タに異常を知らせる。

第３図に示す回路図は瞬時高圧カツトセンサの
一変形例を示すものである。すなわち作動特性の
異なるセンサS_iおよびS_i′を図示のように組み合
わせることにより通常センサによる動作と瞬時高
圧カツトセンサによる動作を組み合わせたもので
ある。

ここでセンサS_lのしきい値がセンサS_nより高く
設定してあるとして説明すると次のようになる。
レーザ装置に異常がおこつた場合、その異常が装
置の許容量を多小超えた段階でセンサS_nが働き、
その後のインターロツク動作として通常センサの
場合と同様の動作をする。

ところが装置の異常がその許容量を大きく超え
るものであつた場合には、装置の破壊を防ぐため
にセンサS₁が働き、瞬時に高圧カツトを行なう。
そして前述のように各種の表示を行なうことによ
りオペレータに異常を知らせるものである。以上
がノーマルチエツク時において異常が検出された
場合の基本動作手順である。

次にアブノーマルチエツクにおいて異常があつ
た場合について説明する。例えばフリツプフロツ
プ２_i、OR回路４_i等に異常があり、OR回路７が
ローレベルの状態を保持していたとする。この場
合、EXOR回路１３には互いに異なる信号が入
力され、該回路１３は出力信号を生じる。第２制
御回路２８は、前記信号を入力することによつて
テストランプ１６を消灯、NGランプ１５を点灯
し、クロツク停止信号１２を発してこれ以後のチ
エツク動作を停止する。さらに信号３１が第１制
御回路１７に供給されることにより警報２１が発
せられる。この動作はフローチヤートにおける
P₄から分枝−２を経てP₂₀へと至り、さらに分枝
−１１を経てP₂₁に至る過程として説明される。

前述とは反対に、OR回路７がハイレベルの状
態を保持するような故障が生じた場合には、
EXOR回路１３は出力を生じないから正常状態
と同じになるが、その後直ちにクロツクパルスが
立下つてローレベルになるので、EXOR回路１
３が出力を生ずる。それ故に、前述と同様に第２
制御回路はテストランプ１６を消灯し、NGラン
プ１５を点灯するような信号を発生し、またクロ
ツク停止信号１２を発して、これ以後のチエツク
動作を停止すると共に、信号３１によつて警報２
１が発せられる。この動作はフローチヤートにお
けるP₂₀からの分枝−１２に相当する。

次にアブノーマルチエツク時の高圧カツト確認
判定で、高圧カツトがなされていない場合（これ
には例えばリレーコイルの断線や、接点不良、あ
るいはデバイス故障等の原因が考えられる）、次
のような動作を示す。リレー１９の接点が第１図
に示す状態のとき、高圧が印加される。ここで第
１制御回路１７からの高圧カツト信号を入力した
にもかかわらずリレー接点RS₁が切り換わらない
ならば、EXOR回路１４には相反する信号が入
力される。

前記信号を入力することにより、EXOR１４
は出力信号を発し、それが第２制御回路２８に入
力される。このことによつて、第２制御回路２８
及びこれからの出力信号３１によつて制御される
第１制御回路１７により、直ちに該当箇所のラン
プ６_iの連続点灯、警報２１の連続音を生じ、オ
ペレータに異常を知らせる。また同時に第２制御
回路２８からクロツク停止信号１２を発すること
により、それ以後のチエツク動作を停止する。上
記の動作は、フローチヤートではP₇から分枝−
３を経てP₁₅へと至る過程である。

更にこのアブノーマルチエツク中にセンサが働
いた場合（アブノーマルチエツクに入る前に一度
ノーマルチエツクで調べているので、普通の状態
では、先ず考えられないケースであるが）には、
前述したノーマルチエツクにおいて異常が発生し
た場合と同様に動作が進む。すなわち、異常を示
したセンサの種類に応じて各種のインターロツク
動作が行なわれるわけである。この動作は、フロ
ーチヤートではP₈から分枝−４へと進み、作動
したセンサの種類によりP₁₁あるいはP₁₅へと至る
過程である。

以上がノーマルチエツクからアブノーマルチエ
ツクへ至るテストサイクルである。なお、以上の
説明において使われた、“高圧カツト”と言う言
葉の意味は実際に高圧をオン・オフしているので
はなく、第１図に示される様にリレー１９の接点
RS₂をオン・オフしているのであつて、もう一つ
シリーズに接続されている接点RS₂の開放によつ
て高圧印加は実際に行われない様な構成になつて
いる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば電源投入の度に、実際の動作に入る前に、各種
保護・インターロツク装置の故障箇所の有無を調
べ、故障があればそれを表示すると共に、レーザ
発振を禁止するのでレーザ装置の動作のより一層
の安定化、安全化が達成される。なお、テストに
要する時間は使用目的により自由に可変出来る。
また、以上の実施例では個別の論理素子を用いて
構成したが、同様な機能はマイクロコンピユータ
を用いても達成出来ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のブロツク図、第２
図は本発明の動作を示すフローチヤート、第３図
はセンサの変形例のブロツク図である。 ８，１７，２８…制御回路、９…カウンタorシ
フトレジスタ、２５…保護回路、３０…クロツ
ク、３４…クリア信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の異常検出センサと異常状態を示す表示
   機構を具備し、前記異常検出センサが異常を検知
   した時にはその旨を表示し、必要に応じてレーザ
   発振装置の発振を禁止するようなインターロツク
   装置を具備したレーザ装置において、異常検出セ
   ンサによる異常検知時に発生する信号に対応する
   擬似信号をレーザ発振開始前に各異常検出装置に
   順次印加し、レーザ装置のインターロツク装置が
   正常に動作することを確認する機構を有すること
   を特徴とするレーザ装置。