JPS63284875A - パルスガスレーザー用制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパルスガスレーザー用制御装置、さらに詳しく
は、複数個のセンサおよび制御部材と、これらの出力を
処理するとともに制御する中央制御装置とを具備して成
る、パルスガスレーザー用制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来から知られている種々のガスレーザーは、Ｎ　レー
ザー、Ｃ０２レーザー、エフサイマー（励起二量体）レ
ーザー等がある。このようなパルスガスレーザーでは、
非常に多くのセンサと制御部材とを必要としている。こ
こでセンサは、レーザーの現在の状態、例えばレーザー
の作動ガス圧、電極間の電圧、またはレーザーパルスに
含まれるエネルギー等を測定する測定器である。制御部
材は、ガス圧（弁使用による）、電極間電圧等のレーザ
ーパラメータ、またはその他光学的パラメータ等を選択
的に調整する手段である。これらのセンサおよび制御部
材、これらと協働する制御部材を含む手段の系は、例え
ばレーザーパルスのエネルギー、ガス圧等の所望値が得
られるように、レーザーの上記パラメータを調整する一
連の閉ループ制御回路と解することができる。

［発明が解決しようとする課題］ このように上述の従来型のガスレーザーでは、非常に多
数のセンサおよび制御部材を必要とし、これらは夫々ラ
インを介して中央制御装置に連結されている。しかし、
パルスガスレーザーは放電時に大電流ピーク値を生じて
強い電磁干渉を生ずるので、接続ラインおよびリード線
、特に微弱なアナログ信号によるセンサでは干渉を抑制
するのにシールドに多大の費用を必要とする。さらに、
従来のパルスガスレーザー用制御回路は、個々のセンサ
および制御部材を中央制御装置に結合するのに別個のコ
ネクタを必要とするので、そのため比較的に大きな場所
を必要とする不具合がある。

また、従来のパルスガスレーザー用制御回路は、センサ
や制御部材を後で再度設けたり、また特に追加しなけれ
ばならない場合が多い等の不具合がある。その上、従来
の制御回路は、故障探求および修理が極めて複雑である
。

そこで、本発明の目的は、上述した不具合を除去し、か
つ結合線およびコネクタの所要数を減らし、しかもすぐ
れた性能を有するパルスガスレーザー用制御回路を提供
するにある。

さらに本発明の目的は、上記制御回路の故障探求および
修理を容易にすることにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明による
上記課題は、レーザーの状態を検出する複数個のセンサ
と、上記レーザーを制御する複数個の制御部材と、上記
センサから出力される信号を処理すると共に上記制御部
材を制御する中央制御装置とを具備し、少なくとも１つ
のパルスガスレーザーを制御する、パルスガスレーザー
用制御回路において、関連する各センサおよび制御部材
は、少なくとも１つのマイクロプロセッサを備えたそれ
ぞれのモジュールに接続されていて、これらのモジュー
ルは光導波管によって上記中央制御装置にそれぞれ結合
されてリング構造を形成することにより解決している。

［実　施　例］ 以下、本発明を実施例について添付図面により詳述する
。

第１図はは、本発明による制御回路を有するガスレーザ
ー装置のブロック回路図である。このガスレーザー装置
は、レーザー共振器１、この共振器内の使用ガスの電気
点火用の２つの電極２および２つのミラー３．４から成
る。後部ミラー４は入射線のほぼ１００％を反射し、前
部ミラー３は放射線の例えば９０％を通過させる（エフ
サイマーレーザーの場合）と共に共振器１から光パワー
を取出す作用をする。パルスガスレーザー装置の作動モ
ードは一般に知られているので、ここで改めて詳述する
必要はない。

第１図に示した本発明による実施例の制御回路は、３つ
のモジュールを有している。ここでいうモジュールとは
、その全体を交換できる自蔵機能ユニットのことである
。これら３つのモジュールは、高圧モジュール７、ガス
モジュール８およびエネルギーモジニール 高圧モジュール７は、レーザー装置電極２用の高圧を発
生するもめで、電極２間に得られる高圧を測定するセン
サと、電極２間の高圧を調整する電圧制御回路としての
制御部材とを備えている。

トリガー装５１６は電極２間へのガス放出をトリガーす
る。

ガスモジュール８は、レーザー共振器１内のガス圧を測
定する圧力ビックアップ９であるセンサを有する。弁１
０はガスモジュールと協働する制御部材であり、レーザ
ー共振器１内のガス圧は弁１０によって調整できる。

エネルギーモジニール１１は、半反射ミラー５によって
レーザー光出力パワーの小部分が分岐される放射線検出
器１２としてのセンサを有する。

モジュール７、８．１１は中央制御装置１３によってモ
ニターおよび制御が行なわれる。

個々のモジュール７、　８．　　１１を中央制御装置に
結合するために、各モジュールは、光導波管の入力端１
４および出力端１５を備えている。これに対して中央制
御装置１３も、光導波管の入力端１６および出力端１７
を備えている。これらのモジュール７、８．１１および
中央制御装置１３の入出力端は、光導波管２０を介して
互いに結合されて、全体として第１図に示すリング構造
を形成している。このようにモジュール７、８．１１と
中央制御装置１３とは、互いに直列に結合されている。

トリガーユニット６のみは、別の光導波管２１を介して
入力端１９により中央制御装置１３の別の出力端に結合
されている。こうすることによって特に時間的にクリテ
ィカルなトリガー信号を、光導波管２０とモジュール７
、　８．　　１１とから成るリング構造におけるデータ
伝達を損なうことなく、伝送できるようにする。

第２図によって後に詳述するように、個々のモジュール
７、８．１１は、それらの入力端１４に到達する信号を
変えることなくしかも、それらの出力端１５へほとんど
遅延なしに通過させて、中央制御装置１３の出力端１７
に供給される信号が、光導波管２０およびモジニール７
．８．１１を経て中央制御装置１３の入力端１６まで環
状信号流として戻るようにする。このような構造におい
て、中間挿入の光導波管、コネクター、モジュール、送
光器および受光器を含む光導波管リング構造の作動状態
を、中央制御装置１３によって充分にモニターすること
ができる。この目的のためには、中央制御装置１３はそ
の入力端１６で受けた信号を出力端１７で出力した信号
と比較するだけでよい。中央制御装置１３の入力端１６
で受けた信号が同装置の出力端１７の出力信号と一致し
ない場合には、中央制御装置１３はエラー信号を発生す
る。

本発明によるモジュールのリング状配列によって、これ
らモジュールの内１つの欠陥を容品につきとめることも
できる。この目的のためには、上記リング状配列から１
つのモジュールを除去するだけでよい。これによりて、
欠陥のあるモジュールまたは欠陥のある光導波管の欠陥
を容易に限定することができる。

光導波管は、本願実施例では、プラスチック製である。

第２図は、単一モジュールの回路ブロック図である。第
２図によるモジュール構造は、高圧モジュール７、ガス
モジュール８またはエネルギーモジュール１１に適して
いる。

第２図に示すモジュールの光導波管入力端１４には、光
導波管２０を介して伝送された光信号を電気信号に変換
する変換素子２２が設けである。

この電気信号は、マイクロプロセッサ２７によって常時
開放されているゲート２４を経て、電気信号を再び光信
号に戻す変換素子２３へ送られ、この変換された光信号
は、出力端１５から次の光導波管２０へ送られる。この
ようにして、モジュールに到達する信号は感知できる程
度の遅延なしに次のモジュールまたは中央制御装置１３
へ送られる。

マイクロプロセッサ２７は、バッファ２５゜２６を有す
る。中央制御装置１３は、マイクロプロセッサ２７によ
って引続き処理されるデータおよび指令をバッファ２５
に書込むこことができる。

マイクロプロセッサ２７は、中央制御装置１３によって
呼び出されるデータをバッファ２６に格納することがで
きる。スタート記号を含む伝送記録のレイアウト、番地
および情報範囲等のデータ伝達の詳細については当業者
によって容易に提供できるので、これらを詳述する必要
はない。

第２図に示すモジュールは、モジュール７．８゜１１の
内の１つを示すものであるが、これに関連したセンサ、
例えば高圧モジュール７用高圧メータまたはガスモジュ
ール８用圧カビツクアツプ９等に結合するために、マル
チプレクサ２９およびアナログ／ディジタル変換器２６
を有する。制御トランジスタ、リレー等のディジタル制
御信号を必要する制御部材、例えばガスモジュール８に
おけるガス弁１０に結合するＩ１０ポート３０が設けで
ある。アナログ信号を必要とする調整弁等の制御部材に
対して、Ｉ１０ボート３０の後方にＤ／Ａ変換器３１が
接続されている。第２図に示したモジュールの実施例は
一例を示したものにすぎなく、個々の回路成分を省略し
、またはモジュールの仕事によってさらに回路成分を追
加することができる。

第２図のモジュールには、監視回路３２も設けである。

マイクロプロセッサ２７の制御プログラムは、ライン３
３を経て周期的にコンデンサ３４を所望値に充電させる
。このコンデンサ３４の充電作用は、監視回路のリセッ
トすなわちゼロセットと考えることができる。コンデン
サ３４のリセットすなわち所望値への充電がなければ、
監視回路はコンデンサ３４の電圧が所定電圧以下となる
と警報を出して、それぞれのモジュールに関連した制御
部材、例えば制御弁１０をレーザーの非危険状態に設定
する。ここで、マイクロプロセッサ２７が中央制御装置
１３によって呼び出されていて、中央制御装置１３が各
モジュール７．８゜１１に一定時間間隔をおいて周期的
に呼び出していることを検出するごとに、監視回路のリ
セットが開始され、監視回路はマイクロプロセッサ２７
により同回路が呼び出されていることを充分に認識して
いるかどうかをモニターする。中央制御装置１３が停止
すると、これによってモジュールか呼び出されないこと
になるので、監視回路は全てのモジュールまたはこれら
モジュールに関連した制御部材を非危険状態に切換える
。

上記により、関連したセンサが所定の制限値以上になる
と、部分的制御素子としてのマイクロプロセッサ２７は
、関連モジュールに関連した制御部材、例えば弁１０を
非危機状態に設定する。同時にマイクロプロセッサは、
バッフ１２６に警報信号を書き込む。この信号は、次の
チェックサイクルにおいて中央制御装置１３により読み
出されて処理される。このように、レーザー装置の重要
なすべてのパラメータは、個々のモジュールによってモ
ニターされる。

第３図は、上述した制御回路が第１図の場合よりもモジ
ュールが増加した場合に容易に拡大できる状態を示して
いる。第１図の実施例に対して追加された高圧モジュー
ル３７およびエネルギーモジュール４１が、光導波管２
０のリング構造に容易に挿入される。その他のモジュー
ルおよび中央制御装置１３は、第１図の実施例に対して
変化はないので、同一参照番号が付けである。追加され
た高圧モジュール３７は、レーザー共振器１におけるガ
ス放出のパルスピーク流を増し、従ってレーザーの出力
パワーを増すようにする。追加されたエネルギー測定モ
ジュール４１には、レーザービームによって行なわれる
作業工程の場所に配設された外部光センサ４０が設けで
ある。レーザービームの作業位置に配設されたセンサ４
０によって、レーザーパワーの測定が、レーザー使用場
所において、レーザ一作業場所までの伝送路におけるパ
ワー損失を考慮して行なわれる。

上記のように、本発明は追加のモジュールを光導波管お
よび他のモジュールのリング回路内への挿入を簡単にす
る。

追加モジュールによる制御回路の拡大を、できるだけ簡
単にしかもソフトウェアを複雑に変更することなく実行
できるようにするために、特別な初期化手順を第４図の
フローチャートによって説明する。初期化命令が与えら
れると、中央制御装置１３は番地をＯに設定し、０番地
および特定のレポート指令を送り、入力端１７に伝達さ
れたデータがある過渡時間の後に入力端１６に誤りなく
再び到達したかどうかをチェックする。これらのデータ
が誤っておれば、エラーメツセージが出される。例えば
光導波管リング構造が正しく作動しないような場合であ
る。しかしデータが正しく到達しておれば、中央制御装
置は、あるモジュールの既知の反応時間によるある時間
の間、０番地指定モジュールの応答を待つ。応答は形状
メモリに記憶され、応答が無いときは０が記憶される。

この操作は、番地１さらに所定の最大番地（例えば０か
ら２５５）になるまで繰返される。この自動初期化によ
って、制御系で一定の関連付けがなされている各モジュ
ールと番地とは関連している。

数回使用されるモジュール、例えば高圧モジュールに対
しては、関連付けは、例えばＤＩＰスイッチによっであ
る範囲内でなされる。さらにモジュールは、内蔵マイク
ロプロセッサの記憶範囲内に符号化された情報を有し、
これからモジュールの種類および構造上の相違点、製造
年等が明らかにされる。モジュールおよびメツセージ指
令に指定された番地を受は取ると、そのモジニールは情
報を伝達し、中央制御装置よって上述したように受信さ
れて、形状メモリに記憶される。

全てのモジュールのデータが形状メモリに一旦記憶され
ると、中央制御装置はこれらのデータを読み出し、これ
らのために操作プログラムを選択し、このプログラムを
主メモリに８己憶させる。種々の操作プログラムは、例
えばフロッピーディスクに記憶してもよく、また選択さ
れた操作プログラムをＥＥＦＲＯＭに移してもよい。こ
れによって多数の操作プログラムの記憶と操作中に起る
操作プログラムへの急速なアクセスとをできるようにす
る。主メモリ内の操作プログラムは、初期化指令が初め
に与えられていない場合と同様に処理される。

初期化手順の基本についてのみ上述したが、それ以上に
、例えば、モジュールの増加で占められる番地のチェッ
クまたは符号化および記憶の詳細については電子技術当
業者によって補足することができる。

さらに、光導波管リング構造によって２つ以上のレーザ
ーのモジュールを制御するように制御装置を設計するこ
とも容易である。上述の光導波管ング構造を容易に拡大
することができるので、中央制御装置は、一層多数のデ
ータを処理し、または一層低いレーザーパルス繰返し周
波数による処理により長い時間が与えにられるようにす
ることは容易となる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ガスレーザーの制御
に必要な各種装置をモジュールとして内蔵し、これらを
光導波管により中央制御装置に結合してリング構造を形
成しているので、複雑な電磁シールドを必要としなく、
故障探求が容易となり、かつモジュールを増加する場合
でも簡単に制御回路を拡大させることができる。

本発明によれば、関連するセンサおよび制御部材をコン
パクトなモジュールを形成するよう組合わせることによ
って、個々のモジュールを上記センサおよび制御部材の
近傍に配設できるので、シールドすべきラインの長さが
大いに減少される。

本発明により、個々のモジュールを光導波管を介して結
合しているので、電磁干渉に対してシールドする必要は
なく、またラインが比較的に長い場合でも信号を確実に
伝達できる。

本発明により、個々のモジュールを光導波管に゛　より
中央制御装置に結合してリング構造を形成しているので
、追加モジュールは簡単に取り付けることができる。さ
らに、使用モジニールの数とは無関係に、中央制御装置
には光導波管用に単一の入力端および出力端を設けてお
けばよい。

さらに本発明によれば、モジュールおよび中央制御装置
をプラスチック光導波管で結合しているので経済的利点
がある。

センサ信号をモジュール内でディジタル化して、このデ
ィジタル信号を光導波管で伝達すれば、信号伝達におけ
る障害が抑制される。

本発明の好適とする実施例において、中央制御装置は、
光導波管リング構造の出力端に信号を供給して、光導波
管リング構造を通過して中央制御装置の入力端に到達す
る上記信号を調べることによって、光導波管リング構造
の作動をモニターする。このようにして、光導波管の欠
陥、そのコネクターのゆるみ、または送光器および受光
器の１つにおける欠陥を検出して警報を出すことができ
る。

光導波管リング構造におけるデータの伝達を容易にする
ために、中央制御装置により読み出しおよび／または書
き込みを行なうバッファを各モジュールに設けることが
できる。

さらに本発明によれば、各モジュールは、周期的にリセ
ットされ、所定時間の終了後にリセットが行なわれない
と警報信号を出すタイミング部材を有するモニター回路
を備えている。中央制御装置は、各モジュールを一定時
間間隔をおいて呼び出し、バッファの内容をチェックし
、また中央制御装置による各モジュールの呼び出し毎に
、タイミング部材はモジュール内に設けられたマイクロ
プロセッサによってリセットされる。これらの段階によ
って光導波管リング構造および個々のモジュール内のマ
イクロプロセッサが満足に作動しているかどうかモニタ
ーされる。

さらに本発明によれば各モジュールは、モニターで所定
安全値を越すとそれぞれのモジュールに関連した制御部
材を自動的にレーザーの非危険状態にして、関連バッフ
ァに警報信号を書き込むようにして安全を一層進める さらに本発明によれば、光導波管リング構造でデータ伝
達ができるだけ速かに行なわれるように、各モジニール
は、その光導波管入力端において、光入力信号を、電気
信号に変換する変換素子を有し、この電気信号は、変換
素子の出力端から、それぞれのモジュール内のマイクロ
プロセッサと、ゲート回路を経て上記電気信号を光信号
に戻す出力変換素子とに供給される。このような構造に
よって、信号伝達においてモジュールのマイクロプロセ
ッサ内での処理時間による遅延がなく、また信号は、１
つのモジュールから次のモジュールまでその信号が閉ル
ープリング構造を通り再び中央制御装置に到達するまで
感知し得る程度の遅延もなく通過する。

本発明の好適とする実施例において、レーザー装置に放
出ガス点火用トリガー装置を設ける場合には、このトリ
ガー装置はリング構造に含まれていない別個の光導波管
を経て、中央制御装置に結合される。これによってトリ
ガー信号の遅延が最小となり、また伝達における干渉が
同時に無くなる。

さらに本発明によれば、レーザー装置のモジュールを交
換しまたは測定器を増す場合の作業を少なくするために
、各モジュールに番地を指定するレーザー装置を初期化
し、初期化された中央制御装置は可能なすべての番地を
連続的に呼び出し、これらの番地に呼び出されたモジュ
ールは中央制御装置が、モジュールの種類および場合に
よってはその構成の変化を求める信号を供給し、中央制
御装置はこれらのモジュールに関連した制御プロダラム
を利用する方法を提供している。このようにすると、中
央制御装置は、新たに挿入されたモジュールを認識し、
このモジュールが同一型のものでなければ、必要なパラ
メータを自動的に適合させる。同様に、追加のモジュー
ルが挿入されると、中央制御装置はそのモジュールの種
類を認識して適正な操作プログラムを選択する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、制御回路を含むガスレーザー装置の回路ブロ
ック図、 第２図は、単一モジュールの回路ブロック図、第３図は
、ガスレーザー用制御回路の１実施例を示す回路ブロッ
ク図、 第４図は、第１ないし第３図に示した制御回路の初期化
手順を示すフロートチャートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］高圧電源（７）と、レーザーの状態を検出する複
   数個のセンサ（９、１２）と、上記レーザーを制御する
   複数個の制御部材（１０）と、上記センサ（９、１２）
   から出力される信号を処理すると共に上記制御部材（１
   ０）を制御する中央制御装置（１３）とを具備し、少な
   くとも１つのパルスガスレーザーを制御する、パルスガ
   スレーザー用制御回路において、 関連するセンサ（９、１２）および制御部材（１０）は
   、それぞれモジュール（７、８、１１、３７、４１）に
   接続され、各モジュール（７、８、１１、３７、４１）
   は少なくとも１つのマイクロプロセッサ（２７）を有し
   、 上記モジュール（７、８、１１、３７、４１）および中
   央制御装置（１３）は、それぞれ光導波管（２０）用入
   出力端（１４、１６）（１５、１７）を有し、 上記モジュール（７、８、１１、３７、４１）および中
   央制御装置（１３）は、上記光導波管（２０）によって
   、互いに結合されてリング構造を形成していることを特
   徴とする、パルスガスレーザー用制御回路。 ［２］上記モジュール（７、８、１１、３７、４１）お
   よび中央制御装置（１３）は、プラスチック光導波管（
   ２０）によって結合されている請求項１記載のパルスガ
   スレーザー用制御回路。 ［３］上記光導波管によってディジタル信号のみを伝達
   するようにした請求項１記載のパルスガスレーザー用制
   御回路。 ［４］上記中央制御装置（１３）は、その光導波管用出
   力端（１７）から出力される信号が、上記中央制御装置
   の光導波管用入力端（１６）に誤りなく到達するかどう
   かをチェックすることによって、上記光導波管リング構
   造が満足に作動しているかどうかモニターする請求項１
   記載のパルスガスレーザー用制御回路。 ［５］上記各モジュール（７、８、１１、３７、４１）
   は、上記中央制御装置（１３）によって読出しおよび書
   込みが行なわれるバッファ（２５、２６）を有する請求
   項１記載のパルスガスレーザー用制御回路。 ［６］上記各モジュール（７、８、１１、３７、４１）
   が、周期的にリセットされ、また所定時間終了後にリセ
   ットされないときは警報信号を出すタイミング部材（３
   ４）を設けたモニター回路を有するパルスガスレーザー
   制御回路において、上記中央制御装置（１３）は、一定
   時間間隔をおいて各モジュールを呼び出し、上記バッフ
   ァ（２６）の内容をチェックし、上記中央制御装置によ
   って上記モジュールが呼び出されるたびに、上記タイミ
   ング部材が同モジュール内のマイクロプロセッサ（２７
   ）によってリセットされる請求項５記載のパルスガスレ
   ーザー用制御回路。 ［７］上記各モジュール（７、８、１１、３７、４１）
   は、それぞれの所定測定値を越えると、同モジュールに
   関連した制御部材（１０）を自動的に非危険状態に設定
   し、警報信号をバッファ（２６）に入れる請求項５記載
   のパルスガスレーザー用制御回路。 ［８］上記各モジュール（７、８、１１、３７、４１）
   は、入力光信号を電気信号に変換する変換素子（２２）
   を同モジュールの光導波管用入力端（１４）に有し、上
   記変換素子（２２）の出力端からの電気信号は、マイク
   ロプロセッサ（２７）と、ゲート回路（２４）を経て上
   記電気信号を光信号に戻す出力変換素子（２３）との両
   者に供給される請求項１記載のパルスガスレーザー用制
   御回路。 ［９］レーザーを発光させるトリガー装置（６）を有し
   、このトリガー装置は別の光導波管（２１）を介して上
   記中央制御装置（１３）に結合されている請求項１記載
   のパルスガスレーザー用制御回路。 ［１０］上記各モジュール（７、８、１１、３７、４１
   ）に番地が割り当てられており、上記の初期化状態にあ
   る中央制御装置（１３）はすべての番地を連続して呼び
   出し、これらの番地が呼び出されると、呼び出されたモ
   ジュールは、上記中央制御装置が同モジュールの種類お
   よびその構成変形を求めることのできる信号を供給し、
   上記中央制御装置は、上記同モジュールに関連した制御
   プログラムの処理を行なうことを特徴とする請求項１記
   載の制御回路を備えたパルスガスレーザーを初期化する
   方法。