DE4400184C2 - Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung und -Regelverfahren für Laseroszillatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgangsleistungs- Regelvorrichtung für einen Laseroszillator gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Regelung der Ausgangsleistung der von einem Laseroszillator abgegebenen Laserstrahlung.

Eine derartige Ausgangsleistung-Regelvorrichtung für einen Laseroszillator ist aus der EP 0 429 652 A1 bekannt. Der bekannte Laseroszillator ist ein Hochfrequenz-Gasentladungs- Laseroszillator und weist über den Detektor für die Überwachung des Laserausgangssignals, also des Laserstrahls, hinaus einen weiteren Detektor auf, nämlich eine Fotodiode, welche das von der Entladung in dem Laser ausgesandte Entladungslicht überwacht. Um eine schnelle Umschaltung zwischen den beiden Zuständen des Laseroszillators zu erreichen, in welchem dieser eine Laserstrahlung aussendet bzw. nicht aussendet, wird mit Hilfe der Fotodiode das Entladungslicht überwacht in dem Zustand des Laseroszillators, in welchem dieser keine Laserstrahlung abgibt. In diesem Zustand des Laseroszillators wird die Entladung über das von der Fotodiode erfaßte Entladungslicht so geregelt, daß die Erregungsleistung, also die Leistung der Entladung, gerade unterhalb des Schwellenwerts für Laseroszillation gehalten wird.

In der JP 4-123483(A), in: Patent Abstracts of Japan, Section E, Band 16 (1992), Nr. 381(E-1248), ist ein Laseroszillator mit einer Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung für das Laserausgangssignal beschrieben, bei welchem ein von einem Detektor festgestellter Istwert der Intensität des Laserausgangssignals mit einem entsprechenden Sollwert verglichen wird. Wenn der Istwert schnell ansteigt, so wird dann, wenn der Istwert beispielsweise 80% des Sollwertes erreicht hat, eine Umschaltung auf eine Stromregelung des Lasers vorgenommen, um ein Überschwingen der Regelung zu verhindern.

In der JP 1-143479(A), in: Patent Abstracts of Japan, Section E, Band 14 (1990), Nr. 387(E-967), ist ein Excimer-Lasersystem beschrieben, bei welchem Zustandsdaten bezüglich der Laseroszillation, die von einem als Detektor dienenden Fotosensor erfaßt werden, in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden, und zwar nach Durchführung einer Mittelung, so daß aus diesen gemittelten Daten die "Vorgeschichte" des Lasersystems festgestellt werden kann. Gleichzeitig werden aktuelle Rohdaten in Bezug auf den Zustand der Laseroszillation in einem zweiten, nicht- flüchtigen Speicher abgelegt. Beim Auftreten eines nicht normalen Zustands können die Daten in den beiden nicht- flüchtigen Speichern verglichen werden, und zwar durch Anzeige auf einer Monitor-Anzeigevorrichtung, um so die Analyse eines aufgetretenen Fehlers zu erleichtern.

In G. Hostache et al., Couples thermoélectriques à définition spatiotemporelle fine, in FR-Z: Revue Générale de Thermique, Nr. 299, 1986, Seite 539-543, wird die Untersuchung der Verbindungsstellen von Nickel/Chrom-Nickel-Thermoelementen mit Hilfe eines auf die Verbindungsstelle gerichteten Laserstrahls beschrieben. Durch eine kontrollierte Abtastung der Verbindungsstelle des Thermoelements durch den Laserstrahl kann die Verbindungsstelle kontrolliert erwärmt werden, um so die Zeitkonstante des betreffenden Thermoelements zu ermitteln.

Die EP 0 328 656 A1 beschreibt, wie bereits ihrer Zusammenfassung zu entnehmen ist, ein Verfahren, bei welchem eine Korrekturvorrichtung Korrekturkoeffizienten festlegt, die dazu dienen sollen, daß ein Befehlswert für die Ausgangsleistung eines Lasers mit der tatsächlichen Ausgangsleistung des Lasers übereinstimmt, wenn der Laser in Betrieb genommen wird. Zur Messung der Ausgangsleistung ist ein Detektor vorgesehen. Im einzelnen werden in dieser Druckschrift drei Ausführungsformen vorgeschlagen. Bei der ersten Ausführungsform wird, wenn der Laser in Betrieb genommen wird, also schon Laserstrahlung abgibt, die tatsächliche Ausgangsleistung der Laserstrahlung gemessen und durch Vergleich mit dem Befehlswert ein Korrekturkoeffizient bestimmt. Bei der zweiten Ausführungsform wird im Betrieb des Lasers die Ausgangsleistung der Laserstrahlung in bestimmten Zeitabständen periodisch gemessen und die Ausgangsleistung so geregelt, daß sie dem Befehlswert entspricht. Bei der dritten Ausführungsform werden die Maßnahmen der ersten und zweiten Ausführungsform kombiniert.

Eine Betriebsstörung wird bei dem in dieser Druckschrift geschilderten Verfahren dadurch festgestellt, daß überwacht wird, ob der wie voranstehend geschildert bestimmte Korrekturkoeffizient einen bestimmten Grenzwert überschreitet bei Überschreitung des Grenzwertes wird der Laser abgeschaltet, erfolgt eine Alarmanzeige, und wird der Laser gesperrt, so daß er nicht wieder in Betrieb genommen werden kann. Auf ähnliche Weise wird vorgegangen, wenn aufgrund eines zu großen Unterschiedes zwischen dem Befehlswert und der gemessenen Ausgangsleistung auf eine Betriebsstörung des Lasers erkannt wird.

Bei dem in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Verfahren wir daher bei einer Betriebsstörung, die entweder aufgrund des Korrekturkoeffizienten oder einer Abweichung zwischen Sollwert und Istwert der Ausgangsleistung festgestellt wird, der Laser abgeschaltet.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend deren technischer Hintergrund kurz erläutert.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild der Anordnung einer Ausgangsleistungsregel- oder Steuervorrichtung für einen allgemein bekannten Laseroszillator. In Fig. 7 wird ein Teil eines Laserausgangssignal 3, das von einem Ausgangsspiegel 2a in einem Laseroszillator 1 zur Verfügung gestellt wird, von einem hinteren Spiegel 2b im Laseroszillator 1 abgezogen und einem Detektor 4 zugeführt, der durch ein Thermoelement gebildet wird, um die Intensität des Laserausgangssignals 3 zu ermitteln. Eine Steuer- oder Regelschaltung 5 vergleicht und verstärkt ein Fehlersignal zwischen dem Wert einer gewünschten Intensität des Laserausgangssignals, vorgegeben durch einen Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6, und dem Wert des Ausgangssignals (proportional zur Intensität des Laserausgangssignals 3) des Detektors 4, und stellt das Ergebnis einem Energieversorgungsgerät 8 als einen Leistungsbefehlswert 7 zur Verfügung. Abhängig von dem Leistungsbefehlswert 7 versorgt das Energieversorgungsgerät 8 den Laseroszillator 1 mit Erregungsleistung, wodurch eine Laseroszillation durchgeführt wird. Eine Laserausgangsleistungs-Konstantregelung oder -steuerung wird durch Erhöhen oder Verringern der Eingangsleistung (Erregungsleistung) des Laseroszillators durchgeführt, so daß das Laserausgangssignal 3, welches erfaßt und zurückgekoppelt wird, gleich dem Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6 ist.

Es ist allgemein bekannt, daß bei der Ausgangsleistungsregelvorrichtung für einen CO₂- Gaslaseroszillator der Detektor zur Erfassung des Laserausgangssignals häufig durch ein Thermoelement gebildet wird, dessen physikalische Eigenschaften sich im Verlauf der Zeit ändern. Weiterhin zeigt die Erfahrung, daß die zeitliche Änderung des Wertes nicht linear ist, und daß die Eigenschaften sich abrupt ändern, wenn die Änderung einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Allerdings ist die konventionelle Ausgangsleistungs- Regelvorrichtung für den Laseroszillator nicht mit einer Einrichtung zum Messen der Werte oder der relevanten physikalischen Eigenschaften des Detektors versehen. Ändert sich daher eine wesentliche Eigenschaft des Detektors plötzlich, und nimmt in extremen Fällen dessen Detektorausgangswert den Wert Null an, beispielsweise beim Schneiden eines Werkstücks mit Hilfe des Laseroszillators, so wird die Laserausgangsleistungs-Konstantregelung außer Betrieb gesetzt, was dazu führt, daß alle nachfolgenden Werkstücke Fehler aufweisen. Ein derartiger Fehler, der im unbemannten Langzeitbetrieb auftritt, wie häufig bei Nacht, stellt für den Benutzer des Laseroszillators ein schwerwiegendes Problem dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Schwierigkeiten zu überwinden. Die Aufgabe wird durch einen Laseroszillator gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß verhindert wird, daß Werkstücke fehlerhaft werden, wenn die Eigenschaften des Detektors sich plötzlich ändern und sich dessen Detektorausgangswert abrupt ändert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Ausgabe eines Alarmsignals, wenn sich die Eigenschaften des Detektors plötzlich geändert haben, wodurch der Zeitpunkt der Änderung des Detektors festgelegt wird.

Wenn bei der Ausgangsleistungsregelvorrichtung für den Laseroszillator gemäß der vorliegenden Erfindung der Widerstandswert des Laserausgangsleistungsdetektors einen vorgegebenen Wert überschritten hat, arbeitet die Steuer- oder Regelschaltung so, daß sie automatisch von einer Laserausgangsleistungs-Konstantregelung auf Konstantleistungsregelung umschaltet. Vorzugsweise wird dann ein Alarmsignal an die NC-Steuervorrichtung ausgegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung einer Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung für einen Laseroszillator gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit Einzelheiten eines Teils, welches durch eine gestrichelte Linie in Fig. 1 umschlossen ist;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Konstantleistungs- Regelung eines Laseroszillators gemäß der Erfindung, und Fig. 3b eine Erläuterung einer gespeicherten Eingangs-Ausgangscharakteristik;

Fig. 4 ein Flußdiagramm der Schritte zur Erfassung der Verschlechterung der Eigenschaften eines Detektors für einen Laseroszillator gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Anordnung einer Ausgangsleistungsregelvorrichtung für einen Laseroszillator gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild von Einzelheiten eines Teils, welches in Fig. 5 durch eine gestrichelte Linie umgeben ist; und

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Anordnung einer Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung für einen bekannten Laseroszillator.

In Fig. 1 veranlaßt in einem Laseroszillator 1 die von einem Energieversorgungsgerät 8 zugeführte Energie das Auftreten einer Entladung 1c zwischen einem Paar von Elektroden 1a und 1b, wodurch ein Lasermediumgas 1d angeregt wird, welches den Laseroszillator 1 füllt. Zur Ausbildung eines optische Resonators, wodurch Laseroszillation erzeugt wird, ist ein Ausgangsspiegel 2a auf einer Seite und ein hinterer Spiegel 2b auf der entgegengesetzten Seite angeordnet, wobei sich das angeregte Lasermediumgas 1d dazwischen befindet.

Ein Laserstrahl als Laserausgangssignal 3 wird von dem Ausgangsspiegel 2a nach außen des Laseroszillators 1 ausgegeben. Ein Überwachungsausgangssignal 3a, welches einen Teil des Laserausgangssignals 3 bildet, wird von dem hinteren Spiegel 2b des Laseroszillators 1 abgezogen und einem Detektor 4 zugeführt, der durch ein Thermoelement gebildet wird, wodurch die Intensität des Laserausgangssignals 3 erfaßt wird. Eine Regelschaltung 5 empfängt den Wert eines Laserausgangsleistungs-Befehlswertes 6 zur Vorgabe der gewünschten Intensität des Laserausgangssignals sowie den Wert des Ausgangssignals des Detektors 4, vergleicht und verstärkt ein Fehlersignal zwischen diesen beiden Werten, und gibt das Ergebnis an ein Energieversorgungsgerät 8 als einen Leistungsbefehlswert 7 ab.

Hierbei wird ein konventionelles Verfahren zur Anregung durch eine stille Hochfrequenzentladung verwendet, um das Lasermediumgas 1d zu erregen. Durch ordnungsgemäße Auswahl der Entladungsspaltentfernung, des Mediumgasdrucks und des Anteilverhältnisses des Mediumgases wird die Entladungsspannung annähernd konstant gehalten.

Ein wohlbekannter mathematischer Ausdruck für die Entladungsleistung ist nachstehend angegeben:

(Entladungsleistung = Entladungsspannung × Entladungsstrom)

Daher ist der Wert der Entladungsleistung proportional dem Entladungsstromwert der Entladung 1c. Daher ist ein Stromdetektor 8a auf einer Energieversorgungsleitung vorgesehen, welche das Energieversorgungsgerät 8 mit den Elektroden 1a, 1b verbindet, um den Entladungsstromwert der Entladung 1c zu erfassen und zurückzukoppeln. Auf diese Weise kann ein Leistungspegel proportional zum Wert des Leistungsbefehlswertes 7 dem Laseroszillator 1 zugeführt werden. Die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform führt nämlich dadurch eine Laserausgangsleistungs- Konstantregelung durch, daß sie das Laserausgangssignal 3 erfaßt und rückkoppelt, und auf solche Weise die Leistung dem Laseroszillator zuführt, daß der ermittelte und rückgekoppelte Laserausgangsleistungswert gleich dem Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6 ist. Mit anderen Worten wird eine Laserausgangsleistungs-Konstantregelung dadurch durchgeführt, daß der Leistungsbefehlswert 7 erhöht bzw. verringert wird.

In Fig. 1 ist eine Meßvorrichtung 9 an den Detektor 4 angeschlossen, um den Widerstandswert des Detektors 4 zu messen. Diese Meßvorrichtung 9 ist weiterhin an die Regelschaltung 5 angeschlossen und gibt an diese ein Spannungssignal proportional zum gemessenen Widerstandswert des Detektors 4 aus.

Eine Speichereinrichtung 10 ist an die Regelschaltung 5 angeschlossen, und ihre Eingangsleitung und Ausgangsleitung sind mit der Regelschaltung 5 verbunden. Die Speichereinrichtung 10 speichert die Eingangs/Ausgangscharakteristiken (die Beziehung zwischen dem Entladungsstrom Id und der Laserausgangsleistung Wr) des Laseroszillators 1 und arbeitet so, daß sie ein Ausgangssignal 10b an die Regelschaltung 5 ausgibt, welches einen Leistungsbefehlswert darstellt. Dieser Wert entspricht dem Eingangssignal 10a, welches einen gewünschten Laserausgangsleistungswert darstellt, von der Regelschaltung 5.

Fig. 2 zeigt die Einzelheiten eines Teils, welches in Fig. 1 von einer gestrichelten Linie umschlossen ist. In Fig. 2 ist mit der Bezugsziffer 4a ein Dämpfungsglied zum proportionalen Verringern des Überwachungsausgangssignals 3a auf einen geeigneten Ausgangspegel bezeichnet, und mit 4b ein Detektor oder Leistungssensor, der das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 4a empfängt und durch ein Thermoelement gebildet wird. Ein erster Signalselektor 9a ist an die Ausgangsleitungen des Detektors 4b angeschlossen und arbeitet so, daß er wahlweise die Ausgangsleitungen des Detektors 4b entweder mit einem ersten Verstärker 5a verbindet (der später beschrieben wird), oder mit einer (nachstehend beschriebenen) Brückenschaltung, und zwar unter der Steuerung des Ausgangssignals eines Puffers 51 (der später beschrieben wird). Wenn das Ausgangssignal des Puffers 51 den Wert "1" aufweist, werden daher die Ausgangsleitungen des Detektors 4b mit der nachstehend bestehenden Brückenschaltung verbunden. Alternativ werden, wenn das Ausgangssignal des Puffers 51 den Wert "0" aufweist, die Ausgangsleitungen des Detektors 4b an den nachstehend beschriebenen ersten Verstärker 5a angeschlossen. Die Brückenschaltung wird durch Widerstände 9b, 9c und 9d sowie eine Gleichspannungsquelle 9e gebildet, welche eine Spannung an die Brückenschaltung anlegt. Wenn durch den voranstehend beschriebenen Betrieb des ersten Signalselektors 9a die Ausgangsleitungen des Detektors 4b mit der Brückenschaltung verbunden sind, ergibt sich der Widerstandswert r des Detektors 4b aus dem nachstehenden Ausdruck:

r = R(E - 2E0)/(E + 2E0) (Ω) (1)

(hierbei ist E ≧ 2E0, r ≦ R)
r bezeichnet den Widerstandswert des Detektors 4b (Ω)
R den Widerstandswert der Widerstände 9b, 9c und 9d (Ω),
E gibt den Spannungswert der Gleichspannungsquelle 9e (V) an, und
E0 ist der Spannungswert, der zwischen 9f und 9g der Brückenschaltung erzeugt wird (V).

Wenn daher die Werte von R und E bekannt sind, und der Wert von E0 berechnet werden kann, stellt eine entsprechend Ausdruck (1) durchgeführte Operation den Widerstandswert r des Detektors 4b zur Verfügung.

Nachstehend wird das Innere der Regelschaltung 5 beschrieben. Wenn in Fig. 2 die Ausgangsleitungen des Detektors 4b durch den voranstehend beschriebenen Betrieb des ersten Signalselektors 9a an den ersten Verstärker 5a angeschlossen wurden, verstärkt der erste Verstärker 5a eine sehr kleine Ausgangsspannung, die von dem Thermoelement erzeugt wird, welches den Detektor 4b bildet. Diese sehr kleine Ausgangsspannung ist proportional zur Ausgangsintensität des Laserausgangssignals 3. 5b ist eine Operatorschaltung, welche eine zwischen zwei Punkten 9f und 9g in der Brückenschaltung entwickelte Spannung empfängt, und eine Operation entsprechend dem voranstehenden Ausdruck (1) durchführt, um den Widerstandswert r des Detektors 4b zu ermitteln. 5c bezeichnet einen Komparator, welcher das Ausgangssignal der Operatorschaltung 5b empfängt sowie ein Bezugsspannungssignal 5d. Ist der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b größer oder gleich dem Bezugsspannungssignalwert 5d, so gibt der Komparator 5c ein Signal "1" aus. Wenn im Gegensatz hierzu der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b kleiner als der Bezugsspannungssignalwert 5d ist, so gibt der Komparator 5c ein Signal "0" aus. 5e bezeichnet eine bekannte UND-Schaltung. Mit 5f ist eine Zwischenspeicherschaltung bezeichnet, welche das Ausgangssignal der UND-Schaltung 5e empfängt. Im Anfangszustand weist der Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "0" auf, sobald jedoch das Eingangssignal den Wert "1" angenommen hat, arbeitet die Zwischenspeicherschaltung 5f so, daß sie das Ausgangssignal auf dem Wert "1" hält, bis sie zurückgesetzt wird. 5g bezeichnet einen zweiten Signalselektor, der an die Ausgangsleitung der Zwischenspeicherschaltung 5f angeschlossen ist, und so ausgelegt ist, daß er als den Leistungsbefehlswert 7 wahlweise entweder den Ausgang eines Fehlerverstärkers 5i, der später beschrieben wird, oder den Ausgang der Speichereinrichtung 10 an das Energieversorgungsgerät 8 anschließt, unter der Steuerung des Ausgangssignals der Zwischenspeicherschaltung 5f. Wenn das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "1" aufweist, so ist die Ausgangsleitung 10b der Speichereinrichtung 10 an das Energieversorgungsgerät 8 als der Leistungsbefehlswert 7 angeschlossen. Wenn andererseits das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "0" hat, so ist die Ausgangsleitung des Fehlerverstärkers 5i an das Energieversorgungsgerät 8 als der Strombefehlswert 7 angeschlossen. 5i bezeichnet den Fehlerverstärker, der an den zweiten Signalselektor 5g ein verstärktes Signal ausgibt, welches von einem Vergleich zwischen dem Wert des Laserausgangsleistungs-Befehlswertes 6 und dem Wert des Ausgangssignals des ersten Verstärkers 5a herrührt. 5h bezeichnet einen Schalter, der in Fig. 1 nicht dargestellt ist, und so ausgelegt ist, daß er eine Auswahl zwischen "EIN/AUS" des Laserausgangssignals 3 des Laseroszillators 1 trifft. Ist der Schalter 5h "geschlossen", so wird eine Leistung, die nicht kleiner als der "Schwellenwert" für die Laseroszillation ist, von dem Energieversorgungsgerät 8 an den Laseroszillator 1 geliefert, um das Laserausgangssignal 3 zur Verfügung zu stellen. Dieser Zustand wird nachstehend als "Strahl EIN" bezeichnet. Ist im Gegensatz hierzu der Schalter 5h "offen", so wird eine Leistung unterhalb des "Schwellenwertes" für die Laseroszillation von dem Energieversorgungsgerät 8 an den Laseroszillator 1 geliefert, und daher tritt keine Laseroszillation auf, so daß das Laserausgangssignal 3 nicht bereitgestellt wird. Dieser Zustand wird nachstehend als "Strahl AUS" bezeichnet. 5j bezeichnet eine Steuerenergieversorgung der Regelschaltung 5, und mit 5k ist eine Masse der Steuerstromversorgung 5j bezeichnet. Mit 51 ist die bekannte Pufferschaltung bezeichnet, deren Eingang an den Schalter 5h angeschlossen ist, und deren Ausgang den Wert "0" im Zustand "Strahl EIN" aufweist, und den Wert "1" in dem Zustand "Strahl AUS".

Auf der Grundlage der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 und des Flußdiagramms von Fig. 4 wird nachstehend der Betriebsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ursprünglich wird zu Beginn (Schritt S-1) eine Ermittlung durchgeführt, ob der Strahl EIN oder AUS ist (Schritt S-2). Im eingeschalteten Zustand wird der Detektorvorgang nicht durchgeführt (Schritt S-3) ist der Strahl ausgeschaltet, so wird der Detektorvorgang durchgeführt.

Ist der Schalter 5h "geschlossen" oder in dem Zustand "Strahl EIN", so wird Leistung nicht unterhalb des "Schwellenwertes" für die Laseroszillation von dem Energieversorgungsgerät 8, wie voranstehend beschrieben, dem Laseroszillator 1 zugeführt, wodurch die Laseroszillation hervorgerufen und das Laserausgangssignal 3 zur Verfügung gestellt wird. Da durch den Betrieb des ersten Signalselektors 9a die Ausgangsleitungen des Detektors 4b an den ersten Verstärker 5a angeschlossen sind, gibt zu diesem Zeitpunkt die Regelschaltung 5 an den zweiten Signalselektor 5g das Signal aus, welches von dem Fehlerverstärker 5i verstärkt wurde, nach einem Vergleich zwischen dem Wert des Laserausgangsleistungs-Befehlswertes 6 entsprechend der gewünschten Laserausgangsleistung und dem Wert des Ausgangssignals des ersten Verstärkers 5a entsprechend der Intensität des Laserausgangssignals 3. Da zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "0" hat, hat der zweite Signalselektor 5g so gearbeitet, daß er die Ausgangsleitung des Fehlerverstärkers 5i mit dem Energieversorgungsgerät 8 als Leistungsbefehlswert 7 (also Entladungsstrombefehlswert) verbunden hat. In dem Zustand "Strahl EIN" wird daher eine Laserausgangsleistungs- Konstantregelung durchgeführt, durch Erhöhen oder Verringern der Eingangsleistung (mit anderen Worten: des Entladungsstroms) des Laseroszillators, so daß das erfaßte und rückgekoppelte Laserausgangssignal 3 gleich dem Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6 ist.

Nachstehend wird der Betrieb in dem Zustand "Strahl AUS" beschrieben, der auf den Schritt S-2 folgt. In dem Zustand "Strahl AUS" wird eine Leistung unterhalb des "Schwellenwertes" für Laseroszillation von dem Energieversorgungsgerät 8, wie voranstehend beschrieben, dem Laseroszillator 1 zugeführt, so daß keine Laseroszillation auftritt und das Laserausgangssignal 3 nicht vorhanden ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ausgangsleitungen des Detektors 4b mit der Brückenschaltung durch den Betrieb des ersten Signalselektors 9a (Schritt S-5) verbunden. Zwischen den Punkten 9f und 9g der Brückenschaltung wird eine Spannung erzeugt (Schritt S-6). Durch die Operatorschaltung 5b wird mit dieser Spannung eine Operation vorgenommen, um den Widerstandswert r des Detektors 4b zu ermitteln (Schritt S- 7). Der Komparator 5c vergleicht das Ausgangssignal der Operatorschaltung 5b, also den Spannungswert, welcher dem Widerstandswert des Detektors 4b entspricht, mit dem Wert des Bezugsspannungssignals 5d, welcher als Bezugswert zur Ermittlung der Verschlechterung der Eigenschaften des Detektors 4b dient (Schritt S-8). Ist der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b größer oder gleich dem Bezugsspannungssignalwert 5d, so gibt der Komparator 5c ein Signal "1" aus. Wenn im Gegensatz hierzu der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b kleiner als der Bezugsspannungssignalwert 5d ist, so gibt der Komparator 5c ein Signal "0" aus (Schritt S-9). Dies führt dazu, daß die UND-Schaltung 5e ein Ausgangssignal "0" erzeugt (Schritt S-10) und am Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 5f immer noch der Wert "0" anliegt (Schritt S-11). Dann wird als Leistungsbefehlswert 7 die Ausgangsleitung des Fehlerverstärkers 5i an das Energieversorgungsgerät 8 angeschlossen (Schritt S-12). Wenn daraufhin der Zustand "Strahl EIN" auftritt, wird ein solcher Vorgang durchgeführt, daß, wie voranstehend beschrieben, eine Laserausgangsleistungs-Konstantregelung durchgeführt wird.

Wenn im Gegensatz hierzu im Schritt S-8 ermittelt wird, daß der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b größer oder gleich dem Bezugsspannungssignalwert 5d ist, so liegt am Ausgang des Komparators 5c der Wert "1" an (Schritt S-13), und im Zustand "Strahl AUS" weist auch der Ausgang der Pufferschaltung 51 den Wert "1" auf. Daher ist das Ausgangssignal der UND-Schaltung 5e "1" (Schritt S-14), und das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f ändert sich auf den Wert "1" und wird zwischengespeichert (Schritt S-15).

Wenn daraufhin der Zustand "Strahl EIN" auftritt, arbeitet der zweite Signalselektor 5g so, daß er die Ausgangsleitung 10b der Speichereinrichtung 10 mit dem Energieversorgungsgerät 8 als Leistungsbefehlswert 7 (also als Entladungsstrombefehlswert) verbindet, wie voranstehend erläutert. Im Zustand "Strahl EIN" wird nämlich der Leistungsbefehlswert 7 (Entladungsstrombefehlswert) entsprechend den gewünschten Laserausgangsleistungs- Befehlswert 6 auf der Grundlage der Eingangs/Ausgangscharakteristik (welche die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung Wr und dem Entladungsstrom 1d repräsentiert) des Laseroszillators 1, die vorher in der Speichereinrichtung 10 gespeichert wurde, ausgegeben, wodurch eine Konstantleistungsregelung durchgeführt wird. Sobald das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f eine Änderung auf den Wert "1" erfahren hat, bleibt es auf diesem Wert, bis es zurückgesetzt wird (Schritt S-15), und daher wird die Konstantleistungsregelung auch in dem nachfolgenden Zustand "Strahl EIN" durchgeführt (Schritt S-16).

Fig. 3a ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Falles, in welchem bei der vorliegenden Erfindung, wie voranstehend erläutert, eine Konstantleistungsregelung durchgeführt wird. Nachstehend wird der Betriebsablauf beschrieben.

Die Regelschaltung 5 empfängt den Wert eines Laserausgangsleistungs-Befehlswertes 6 (also einen gewünschten Laserausgangsleistungswert) und gibt ihn als Eingangssignal 10a an die Speichereinrichtung 10 aus. Andererseits gibt die Speichereinrichtung 10 an die Regelschaltung 5 ein Ausgangssignal 10b aus, welches dem Eingangssignal 10a entspricht, und zwar dadurch, daß sie dieses Signal auf der Grundlage einer vorher gespeicherten Eingangs/Ausgangscharakteristik des Laseroszillators ausgibt. Die gespeicherte Eingangs/Ausgangscharakteristik ist in Fig. 3b dargestellt und kann entweder auf der Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung Wr und dem Entladungsstrom 1d oder auf der Beziehung zwischen Wr und der Entladungsleistung 1d beruhen. In Reaktion auf das Signal 10b gibt die Regelschaltung 5 ein Ausgangssignal an das Energieversorgungsgerät 8 als einen Strombefehlswert 7 (oder einen Leistungsbefehlswert) aus. Das Energieversorgungsgerät 8 liefert Energie an die Elektroden 1a und 1b und koppelt gleichzeitig den Entladungsstrom 1d über den Stromdetektor 8a zurück, und führt eine solche Regelung aus, daß der Entladungsstrom 1d (oder die Entladungsleistung Wd) gleich dem Strombefehlswert 7 (oder dem Leistungsbefehlswert) ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nachstehend eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei mit der Bezugsziffer 11 eine NC-Steuervorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines gesamten Laserschneidsystems bezeichnet ist (Oszillator, Kühlung, Antriebstisch, Schneidkopf usw.).

Fig. 6 zeigt die Einzelheiten eines Teils, welches in Fig. 5 von einer gestrichelten Linie umschlossen ist. In Fig. 6 ist mit 5f eine Zwischenspeicherschaltung bezeichnet, welche das Ausgangssignal der UND-Schaltung 5e empfängt, und mit 5m ist ein Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f bezeichnet, welches an die NC-Steuervorrichtung 11 angeschlossen ist. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen von der NC-Steuervorrichtung 11 an die Regelschaltung 5 ausgegebenen Laserausgangsleistungs-Befehlswert, und 5h bezeichnet einen EIN/AUS-Strahlschalter, der von der NC- Steuervorrichtung 11 an die Regelschaltung 5 ausgegeben wird. Mit 11a ist ein Anzeigeabschnitt oder Anzeigegerät (beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre) bezeichnet, welches auf der NC-Steuervorrichtung 11 vorgesehen ist.

Auf der Grundlage der Fig. 5 und 6 wird nachstehend der Betriebsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie im Betrieb der ersten Ausführungsform wird, wenn der Schalter 5h "geschlossen" ist, sich also in dem Zustand "Strahl EIN" befindet, Leistung nicht unterhalb des "Schwellenwertes" für die Laseroszillation von dem Energieversorgungsgerät 8, wie voranstehend beschrieben, an den Laseroszillator 1 ausgegeben, wodurch die Laseroszillation hervorgerufen und das Laserausgangssignal 3 zur Verfügung gestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ausgangsleitungen des. Detektors 4b durch den Betrieb des ersten Signalselektors 9a an den ersten Verstärker 5a angeschlossen, wodurch die Regelschaltung 5 an den zweiten Signalselektor 5g das Signal ausgibt, welches vom Fehlerverstärker 5i Verstärkt wurde, nach einem Vergleich zwischen dem Wert des Laserausgangsleistungs-Befehlswertes 6 entsprechend der gewünschten Laserausgangsleistung und dem Wert des Ausgangssignals des ersten Verstärkers 5a entsprechend der Intensität des bereitgestellten Laserausgangssignals 3. Da das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "0" hat, hat zu diesem Zeitpunkt der zweite Signalselektor 5g so gearbeitet, daß er die Ausgangsleitung des Fehlerverstärkers 5i mit dem Energieversorgungsgerät 8 als Leistungsbefehlswert 7 (Entladungsstrombefehlswert) verbunden hat. In dem Zustand "Strahl EIN" wird nämlich eine Laserausgangsleistungs- Konstantregelung dadurch durchgeführt, daß die Eingangsleistung (der Entladungsstrom) des Laseroszillators erhöht bzw. verringert wird, so daß das erfaßte und rückgekoppelte Laserausgangssignal 3 gleich dem Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6 ist. Da das Ausgangssignal 5m der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "0" hat, also "der Detektor normal arbeitet", stellt zu diesem Zeitpunkt das auf der NC-Steuervorrichtung 11 angebrachte Anzeigegerät keine Anzeige bezüglich des Detektors zur Verfügung.

Nachstehend wird der Betriebsablauf in dem Zustand "Strahl AUS" beschrieben. In dem Zustand "Strahl AUS" wird eine Leistung unterhalb des "Schwellenwertes" für die Laseroszillation von dem Energieversorgungsgerät 8, wie voranstehend beschrieben, dem Laseroszillator 1 zugeführt, so daß keine Laseroszillation auftritt, und das Laserausgangssignal 3 nicht zur Verfügung gestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind durch den Betrieb des ersten Signalselektors 9a die Ausgangsleitungen des Detektors 4b an die Brückenschaltung angeschlossen, und die zwischen den Punkten 9f und 9g der Brückenschaltung erzeugte Spannung erfährt eine Operation durch die Operatorschaltung 5b, um den Widerstandswert des Detektors 4b zu ermitteln. Der Komparator 5c vergleicht das Ausgangssignal der Operatorschaltung 5b, also den Spannungswert entsprechend dem Widerstandswert des Detektors 4b, mit dem Wert des Bezugsspannungssignals 5d, welcher als Indikator für die Verschlechterung der Eigenschaften des Detektors 4b dient. Ist der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b größer oder gleich dem Bezugsspannungssignalwert 5d, so gibt der Komparator 5c ein Signal "1" aus. Ist im Gegensatz hierzu der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b kleiner als der Bezugsspannungssignalwert 5d, so gibt der Komparator 5c ein Signal "0" aus.

Wenn nunmehr der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b kleiner als der Bezugsspannungssignalwert 5d ist, so bleibt der Ausgang der Zwischenspeicherschaltung 5f auf dem Wert "0". Tritt daher daraufhin der Zustand "Strahl EIN" auf, so wird ein solcher Betrieb durchgeführt, daß, wie voranstehend beschrieben, eine Laserausgangsleistung-Konstantregelung erfolgt.

Ist im Gegensatz hierzu der Ausgangssignalwert der Operatorschaltung 5b größer oder gleich dem Bezugsspannungssignalwert 5d, so liegt am Ausgang des Komparators 5c der Wert "1" an, und auch am Ausgang der. Pufferschaltung 51 liegt der Wert "1" an. Daher weist der Ausgang der UND-Schaltung 5e den Wert "1" auf, und das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 4f ändert sich auf den Wert "1" und wird zwischengespeichert. Da das Ausgangssignal 5m der Zwischenspeicherschaltung 5f den Wert "1" aufweist, also "der Detektor fehlerhaft ist", zeigt zu diesem Zeitpunkt das auf der NC-Steuervorrichtung 1 angebrachte Anzeigegerät den "Änderungszeitpunkt des Detektors" an. Wenn daraufhin der Zustand "Strahl EIN" auftritt, arbeitet daher der zweite Signalselektor 5g so, daß er die Ausgangsleitung 10b der Speichereinrichtung 10 an das Energieversorgungsgerät 8 als den Leistungsbefehlswert 7 (Entladungsstrombefehlswert) anschließt. In dem Zustand "Strahl EIN" wird daher der Leistungsbefehlswert 7 (Strombefehlswert) entsprechend dem gewünschten Laserausgangsleistungs-Befehlswert 6 ausgegeben, auf der Grundlage der Eingangs/Ausgangscharakteristik (welche die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung Wr und dem Entladungsstrom 1d repräsentiert) des Laseroszillators 1, welche vorher in der Speichereinrichtung 10 gespeichert wurde, wodurch eine Konstantleistungsregelung durchgeführt wird. Sobald sich das Ausgangssignal der Zwischenspeicherschaltung 5f auf den Wert "1" geändert hat, bleibt es auf diesem Wert, bis die Schaltung zurückgesetzt wird, wodurch die Konstantleistungsregelung auch in dem darauffolgenden Zustand "Strahl EIN" durchgeführt wird. Entsprechend zeigt das auf der NC-Steuervorrichtung 11 angebrachte Anzeigegerät weiterhin den "Änderungszeitpunkt des Detektors" an.

Wenn bei der Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung für den Laseroszillator gemäß der vorliegenden Erfindung der Widerstandswert des Detektors, der durch die Meßeinrichtung gemessen wird, einen vorbestimmten Wert überschritten hat, schaltet die Regelschaltung automatisch von Laserausgangsleistungs-Konstantregelung auf Konstantleistungsregelung um. Wenn sich daher die Eigenschaften des Detektors plötzlich ändern, sein Detektorausgangswert den Wert "0" annimmt, und die Laserausgangsleistungs-Konstantregelung während des Schneidens eines Werkstückes durch den Laseroszillator außer Betrieb gesetzt wird, verhindert daher die Erfindung, daß sämtliche Werkstücke defekt werden.

Bei der Ausgangsleistungsregelvorrichtung für den Laseroszillator gemäß der zweiten Ausführungsfarm ist die Regelschaltung an die NC-Steuervorrichtung zum Steuern des gesamten Laserschneidsystems angeschlossen, und wenn der Widerstandswert des Detektors, der durch die Meßeinrichtung gemessen wird, einen vorbestimmten Wert überschritten hat, schaltet die Regelschaltung automatisch die Laserausgangsleistungs-Konstantregelung auf die Konstantleistungsregelung um, auf der Grundlage der Eingangs/Ausgangscharakteristik des Laseroszillators, die in der Speichereinrichtung gespeichert ist, und gibt weiterhin ein Alarmsignal an die NC-Steuervorrichtung aus, wodurch eine Anzeige auf dem Anzeigegerät der NC-Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Wie bei der ersten Ausführungsform verhindert daher auch die zweite Ausführungsform, daß sämtliche Werkstücke Defekte aufweisen, und macht darüber hinaus deutlich, zu welchem Zeitpunkt sich die Eigenschaften des Detektors geändert haben, was den Benutzern der Laserschneidvorrichtung die Wartung erleichtert.

Claims (8)

1. Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung für einen Laseroszillator (1), mit:

• - einem Energieversorgungsgerät (8) zur Anregung des laseraktiven Mediums (1d);
• - einer an das Energieversorgungsgerät (8) angeschlossenen Regelschaltung (5) zur Ausgabe eines Leistungsbefehlswerts (7) an das Energieversorgungsgerät (8), entsprechend einem externen Laserausgangsleistungs-Befehlswert (6), welcher eine gewünschte Laserausgangsleistung vorgibt; und
• - einem Detektor (4) zum Erfassen der Leistung der Laserstrahlung (3a) und zur Ausgabe eines entsprechenden Detektorausgangssignals an die Regelschaltung (5);

gekennzeichnet durch

• - eine Speichereinrichtung (10), die an die Regelschaltung (5) angeschlossen ist und in der die Eingangs/Ausgangscharakteristik des Laseroszillators (1) gespeichert ist;
• - eine an den Detektor (4) angeschlossene Meßeinrichtung (9) zur Messung des Widerstandswertes (r) des Detektors (4) in einem Zustand des Laseroszillators (1), in welchem dieser keine Laserstrahlung abgibt, und zur Ausgabe eines entsprechenden Meßsignals an die Regelschaltung (5);
• - wobei die Regelschaltung (5) so ausgebildet ist, dass sie in Reaktion auf den Laserausgangsleistungs-Befehlswert (6) und auf das Detektorausgangssignal eine Laserausgangsleistungs- Konstantregelung durchführt und automatisch von der Laserausgangsleistungs-Konstantregelung auf eine Steuerung der Anregungsleistung umschaltet, wenn der Widerstandswert (r) des Detektors (4), der durch die Meßeinrichtung (9) gemessen wird, einen vorbestimmten Wert überschritten hat, wobei die Leistung der Laserstrahlung (3, 3a) auf der Grundlage der Eingangs/Ausgangscharakteristik des Laseroszillators (1), die in der Speichereinrichtung (10) gespeichert ist, einstellbar ist.

2. Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsgerät (8) so ausgebildet ist, dass es dem Laseroszillator (1), wenn dieser keine Laserstrahlung (3, 3a) ausgibt, Anregungsleistung unterhalb des Schwellenwertes für die Laseroszillation zuführt.

3. Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigegerät (11a) zur Anzeige der Änderung des Widerstandswertes (r) des Detektors (4) vorgesehen ist.

4. Ausgangsleistungs-Regelvorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungszeitpunkt des Widerstandswertes (r) des Detektors (4) anzeigbar ist.

5. Verfahren zur Regelung der Ausgangsleistung der von einem Laseroszillator (1) abgegebenen Laserstrahlung (3, 3a), deren Leistung von einem Detektor (4) überwacht wird, der ein Detektorausgangssignal abgibt, mit folgenden Schritten:

• a) Speichern der Eingangs/Ausgangscharakteristik des Laseroszillators (1);
• b) Regeln des Laseroszillators (1) auf konstante Ausgangsleistung der Laserstrahlung (3, 3a) auf der Grundlage des Detektorausgangssignals;
• c) Messen des Widerstandswertes (r) des Detektors (4) in einem Zustand des Laseroszillators (1), in welchem dieser keine Laserstrahlung (3, 3a) abgibt; und
• d) wenn die Messung des Widerstandswerts (r) des Detektors (4) ergibt, dass der Widerstandswert einen vorbestimmten Wert überschritten hat, automatisches Umschalten von der Ausgangsleistungs- Konstantregelung auf eine Steuerung der Ausgangsleistung auf der Grundlage der gespeicherten Eingangs/Ausgangscharakteristik.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungszeitpunkt des Widerstandwertes (r) des Detektors (4) festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungszeitpunkt auf einem Anzeigegerät (11a) angezeigt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laseroszillator (1) in dessen Zustand, in welchem keine Laserstrahlung (3, 3a) abgegeben wird, Anregungsleistung unterhalb des Schwellenwerts für die Laseroszillation zugeführt wird.