专利名称：具有功率计算单元的气体激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于放电激励放电管内的激光气体的激光电源装置和把激光气体送入放电管的鼓风机的气体激光装置，特别是涉及具备计算在运转时消耗的功率的功率计算单元的气体激光装置。
背景技术：
目前，在各个技术领域中都要求节能。在气体激光装置的领域也不例外，对于尽可能削减运转时的消耗功率的要求日渐增加。在气体激光装置中，通过向放电管送入激光气体，向设置在该放电管内的电极施加高频电压放电激励激光气体来产生激光。因此,气体激光装置具有用于放电激励放电管内的激光气体的激光电源装置和用于驱动向放电管送入激光气体的鼓风机的驱动装置，来作为电源系统。为了测定这样的激光气体装置的消耗功率，如在日本特开2011 - 028372号公报中记载的那样，在气体激光装置的三相电源输入侧设置功率计。另外，关于气体激光装置内的鼓风机的电动机，一般使用逆变控制来进行驱动，但是不限于鼓风机作为测定电动机一般的消耗功率的方法，如在日本特开2010 — 074918号公报中记载的那样，提出了在电动机的三相电源输入侧设置电流检测电路以及电压检测电路，使用由此检测出的电流值以及电压值，计算电动机的消耗功率值。另外，如在日本特开2010 — 115063号公报中记载的那样，提出了用于计算具有通过电动机驱动的机构部的工业机械的消耗功率的控制装置。根据该方法，组合检测在电动机中流动的电流的电动机电流检测单元和检测电动机的旋转速度的电动机旋转速度检测单元，推定计算电动机的消耗功率。另外，如在日本特开2011 - 048548号公报中记载的那样，提出了使用预先在存储部中存储的输出功率一变换效率特性，根据输出功率值推定计算电源装置的消耗功率的方法。为了测定气体激光装置的消耗功率可以考虑设置功率计，但是存在花费人工和费用的问题。例如根据上述日本特开2011 - 028372号公报以及日本特开2010 — 074918号公报中记载的技术，必须在向气体激光装置供电的电缆上安装电流互感器(CT)等或安装功率计。另外，要在气体激光装置的消耗功率的计算中使用上述的日本特开2010-115063号公报中记载的技术时,对于鼓风机的电动机的消耗功率,可以考虑恰当组合电动机电流检测单元和电动机旋转速度检测单元进行计算，但是关于激光电源装置的消耗功率的测定，因为根据激光电源装置的输出的大小对于放电管的放电负荷的阻抗变化很大，所以难于正确地测定，因此在日本特开2010 - 115063号公报中记载的技术不适于整个气体激光装置的消耗功率的测定。另外，上述日本特开2011 - 048548号公报中记载的技术，为了高精度计算消耗功率，需要与输出功率一变换效率特性有关的详细的数据，存储这些数据的存储部的容量变大。另外运算处理量也变得庞大
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够正确并且容易地测定运转时的消耗功率的气体激光装置。为了实现上述目的，本发明提供一种气体激光装置，具有激光电源装置和把输入的交流变换为用于驱动向放电管送入激光气体的鼓风机的交流的驱动装置，所述激光电源装置具有把输入的交流变换为直流的DC电源部以及把从该DC电源部输出的直流变换为作为用于放电激励放电管内的激光气体的施加电压使用的高频电压的RF电源部，所述气体激光装置具有第一推算单元，其使用检测出的DC电源部的输出电流值以及输出电压值和作为DC电源部的从输入功率向输出功率的变换效率的DC电源部变换效率，计算向激光电源装置的输入功率的推定值；第二推算单元，其使用检测出的驱动装置的输出电流值，计算向驱动装置的输入功率的推定值和功率计算单元，其根据向激光电源装置的输入功率的推定值和向驱动装置的输入功率的推定值，计算气体激光装置的消耗功率值。第一推算单元在放电管内的激光气体放电激励时，把DC电源部变换效率设定为按照对数函数式计算出的值，该对数函数式把DC电源部的输出电流值和输出电压值相乘得到的输出功率值作为变量，当在放电管内的激光气体不放电激励时，把DC电源部变换效率设定为预定的常数，计算对于激光电源装置的输入功率的推定值。另外，第一推算单元根据DC电源部的输出功率值除以DC电源部变换效率得到的值和激光电源装置的待机功率值，计算向激光电源装置的输入功率的推定值。第二推算单元，在鼓风机加速运转时或者恒速运转时，使按照二次函数式计算出的向鼓风机的输入功率的值除以驱动装置的从输入功率向输出功率的变换效率即驱动装置变换效率，由此计算向驱动装置的输入功率的推定值，二次函数式把驱动装置的输出电流值作为变量。另外，第二推算单元，在鼓风机减速运转时，遵照三次函数式，计算向驱动装置的输入功率的推定值，该三次函数式把从鼓风机开始减速时的经过时间作为变量。功率计算单元，也可以根据在气体激光装置内设置的、用于激光气体的排气的排气泵的预先测定的消耗功率的值、向激光电源装置的输入功率的推定值和向驱动装置的输入功率的推定值，计算气体激光装置的消耗功率值。
通过参照以下的附图，能够更加明确地理解本发明。图I是表示本发明的实施例的气体激光装置的框图。图2是表示通过实验得到的激光电源装置内的DC电源部的输出功率和DC电源部变换效率的关系的一例的图。
具体实施例方式下面参照
具有功率计算单元的气体激光装置。但是希望理解本发明不限于附图或者以下说明的实施方式。
图I是表示本发明的实施例的气体激光装置的框图。本发明的实施例的气体激光装置I具有气体激光装置本体2、综合控制气体激光装置2的控制装置3。气体激光装置本体2具有放电管24、生成用于放电激励放电管24内的激光气体的高频电压的激光电源装置20、向放电管24送入激光气体的鼓风机25、驱动鼓风机25的驱动装置23、冷却激光气体的热交换器26、冷却激光装置内部的风扇31、进行激光装置的控制的控制电路32。放电管24和热交换器26以及鼓风机25通过送风配管27连接，激光气体通过鼓风机25在送风配管27内流动，通过热交换器26逐渐冷却。排气泵28用于排出送风配管27内的激光气体。在放电管24内设置有放电电极，通过对该放电电极施加高频电压，放电激励放电管24内的激光气体，产生激光。例如在气体激光装置I是CO2激光振荡器的情况下，激光气体有 “He + N2+C02”、“He + N2+C02+C0”、“He + N2+C02+H2”、“He + N2+C02+C0+H2”、“He +N2+C02+H2+Xe ”等的混合气体。
激光电源装置20把从商用电源4输入的交流变换为在用于放电激励放电管24内的激光气体的电极上施加的高频电压后输出。通常，激光电源装置20具有把输入的交流变换为直流的DC电源部2和把从DC电源部21输出的直流变换为作为用于放电激励放电管24内的激光气体的施加电压使用的高频电压的RF电源部22。为了检测DC电源部21的输出电流值以及输出电压值，设置电压以及电流检测单元29。通过电压以及电流检测单元29检测到的DC电源部21的输出电流值以及输出电压值，被输入给控制装置3内的激光电源装置输出指令单元41，激光电源装置输出指令单元41根据输入的值控制RF电源部22输出的高频电压，由此控制激光的产生。驱动装置23把从商用电源4输入的交流变换为用于驱动鼓风机25的交流。鼓风机25的电动机例如使用逆变控制进行驱动。在该逆变控制的情况下，驱动装置23由把从商用电源4输入的交流变换(整流)为直流的变换器和把该直流逆变换为交流的逆变器构成。为了控制通过驱动装置23输出的交流进行动作的鼓风机25，设置有电流检测单元30，用于检测驱动装置23的输出电流值。通过电流检测单元30检测出的驱动装置23的输出电流值被输入给控制装置3内的驱动装置输出指令单元42，驱动装置输出指令单元42根据输入的值控制驱动装置23的交流输出，由此控制鼓风机25的驱动状态。如此，综合控制气体激光装置本体2的控制装置3，如上所述，通过激光电源装置输出单元41控制激光电源装置20输出的高频电压来放电激励激光气体，通过驱动装置输出指令单元42控制驱动装置23的交流输出使鼓风机动作从而使激光气体冷却循环，由此进行控制以便在放电管24内产生希望的激光。为实现这些控制，在气体激光装置本体2内设置电压以及电流检测单元29和电流检测单元30。在本发明的实施例的气体激光装置I中，使用在上述的激光发生控制中使用的这些已有的电压以及电流检测单元29以及在上述的鼓风机25的驱动控制中使用的电流检测单元30检测的各输出电流值以及输出电压值，如下所述计算气体激光装置I的消耗功率。本发明的实施例的气体激光装置1，在控制装置3内，具有作为计算向激光电源装置的输入功率的推定值的第一推算单元的激光电源装置输入功率计算单元11、作为计算向驱动装置的输入功率的推定值的第二推算单元的驱动装置输入功率计算单元12、作为使用激光电源装置输入功率计算单元11以及驱动装置输入功率计算单元12的计算结果计算气体激光装置I的消耗功率值的功率计算单元的消耗功率计算单元13。这样，在本发明的实施例中，具有激光电源装置输入功率计算单元11以及驱动装置输入功率计算单元12这两个推算单元。气体激光装置I在控制装置3内具有把预先测定的、关于排气泵28、风扇31以及控制电路32运转时的消耗功率作为固定值存储的排气泵·风扇·控制电路消耗功率存储单元18,将在后面进行详细叙述。另外，气体激光装置I的控制装置3还可以具有累计消耗功率计算单元13计算出的消耗功率的累计消耗功率计算单元14和保存消耗功率计算单元13以及累计消耗功率计算单元14的计算结果的数据保存单元15。从消耗功率计算单元13以及数据保存单元15得到的数据也可以通过消耗功率显示单元16以视觉方式显示，同样，从累计消耗功率计算单元14以及数据保存单元15得到的数据也可以通过累计消耗功率显示单元17以视觉方式显不O上述的激光电源装置输入功率计算单元11、驱动装置输入功率计算单元12、消耗功率计算单元13以及累计消耗功率计算单元14可以构筑在与构筑激光电源装置输出指令·单元41以及驱动装置输出指令单元42的相同的运算处理器上，或者也可以构筑在不同的运算处理器上。此外，关于数据保存单元15以及排气泵·风扇·控制电路消耗功率存储单元18，例如可以分配给在控制装置3内设置的存储装置的预定的存储区域。另外，上述的消耗功率显示单元16以及累计消耗功率显示单元17可以构成为同一显示装置，或者也可以构成为不同的显示装置。或者还可以在控制装置3的外部或者在气体激光装置I的外部设置的显示装置上显示。接着，更加详细地说明激光电源装置输入功率计算单元11、驱动装置输入功率计算单元12以及消耗功率计算单元13的各自动作。激光电源装置输入功率计算单元11使用DC电源部21的输出电流值、输出电压值以及作为DC电源部21的从输入功率向输出功率的变换效率的DC电源部变换效率，计算向激光电源装置20的输入功率的推定值。这里，DC电源部21的输出电流值以及输出电压值，转用在上述的激光产生控制中使用的电压以及电流检测单元29检测到的电流。DC电源部变换效率是DC电源部21的从输入功率向输出功率的变换效率，即表示对于向DC电源部21的输入功率，DC电源部21输出何种程度的输出功率，用“输出功率/输入功率”表示。向DC电源部21的输入功率，因为与向激光电源装置20的输入功率一致，所以如果知道DC电源部21的输出功率值，则可以使用DC电源部变换效率推算向DC电源部21的输入功率值即向激光电源装置20的输入功率值。另外，激光电源装置20把输入的功率变换为在放电管24的放电激励中使用的功率，但是因为激光电源装置20自身也具有开关元件的损失和风扇的消耗功率，所以如果能够推算对于激光电源装置20的输入功率，则能够计算放电管24消耗的功率以及激光电源装置20自身消耗的功率。一般，激光电源装置20内的DC电源部21的从输入功率向输出功率的变换效率，具有当输出功率小时效率差，随着输出功率变大效率变好的特性和放电激励放电管内的激光气体时和不放电激励时相比效率相差很大的特性。因此，在本发明的实施例中，在放电管内的激光气体放电激励时和不放电激励时，区分使用在向激光电源装置20的输入功率的推定值的计算中使用的DC电源部变换效率。具体地说，在放电管内的激光气体放电激励时把DC电源部变换效率设定为遵照以DC电源部21的输出电流值和输出电压值相乘得到的输出功率值作为变量的对数函数式计算的值，在放电管内的激光气体不放电激励时设定为预定的常数。因为根据来自控制装置3内的激光电源装置输出指令单元41的输出指令信号控制放电管内的激光气体是放电激励还是不放电激励。所以激光电源装置输入功率计算单元11把来自激光电源装置输出指令单元41的该输出指令信号作为判断基准，决定计算处理中使用的DC电源部变换效率图2是表示通过实验得到的激光电源装置内的DC电源部的输出功率和DC电源部变换效率的关系的一例的图。激光电源装置20内的DC电源部21的DC电源部变换效率(=输出功率/输入功率)，在放电管内的激光气体放电激励时可以近似为以DC电源部21的输出功率作为变量的对数函数式，另一方面，在放电管内的激光气体不放电激励时可以近似为预定的常数值，本申请发明人通过试验已经确认这点。即，虽然DC电源部21的输出功率与RF电源部22的输入功率大体一致，但是如图2所示，在DC电源部21的输出功率在RF电源部22能够输出放电管内的激光气体放电激励的高频电压·电流的水平以上的情况下，DC 电源部变换效率(=输出功率/输入功率)大体遵照以DC电源部21的输出功率作为变量的对数函数式。另一方面，在DC电源部21的输出功率小于RF电源部22能够输出放电管内的激光气体放电激励的高频电压·电流的水平的情况下，DC电源部变换效率(=输出功率/输入功率)大体成为恒定值。汇总上述，放电管内的激光气体放电激励时的DC电源部变换效率成为式I表示的对数函数式。式中设Hpsuw为放电管内的激光气体放电激励时的DC电源部变换效率、WrcSDC电源部21的输出功率、Cpsm以及Cpsu2为系数。η psuoN_CpSU1 X In (Wdc)十 Cpsu2 ...... (I)在式I中，因为系数Cpsui以及Cpsu2根据DC电源部21的结构内容而不同，所以使气体激光装置I实际运转，测定DC电源部21的输入功率以及输出功率，使用该测定结果导
出系数Cpsui以及Cpsu2。放电管内的激光气体放电激励时的、向激光电源装置20的输入功率的推定值用式2表示。在此，把放电管内的激光气体放电激励时的向激光电源装置20的输入功率的推定值设为 Wbeamon、 把激光电源装置20的待机功率为
Ws T 細B Y OWbeamon-Wdc/ η PSU0N + Wstandby ...... (2 )此外，激光电源装置20的待机功率Wstandby是在DC电源部21不动作时产生的开关元件的消耗功率等在激光电源装置20内潜在存在的消耗功率。关于通过导出的系数Cpsui以及Cpsu2规定的式I表示的放电管内的激光气体放电激励时的DC电源部变换效率以及使用该变换效率的推算激光电源装置20的输入功率的式2，作为激光电源装置输入功率计算单元11的动作程序在上述运算处理器内对上述式(I)和式(2 )编程。另一方面，放电管内的激光气体不放电激励时的DC电源部变换效率成为预定的常数。在此，当设nPSU0FF为放电管内的激光气体不放电激励时的DC电源部变换效率、Wdc为DC电源部21的输出功率、放电管内的激光气体不放电激励时的向激光电源装置20的输入功率的推定值为Wbeahw、激光电源装置20的待机功率为Wstandby时，用式3表示放电管内的激光气体不放电激励时的向激光电源装置20的输入功率的推定值WBEAK)FF。Wbeamoff-Wdc/ η PSuoff 十 Wstandby ...... (3 )
在式3中，因为放电管内的激光气体不放电激励时的DC电源部变换效率nPSUQFdg据DC电源部21的结构内容而不同，所以使气体激光装置I实际运转，测定DC电源部21的输入功率以及输出功率，使用该测定结果导出DC电源部变换效率nPSUQFF。关于导出的DC电源部变换效率nPSiraFF以及使用它的推算激光电源装置20的输入功率的式3，作为激光电源装置输入功率计算单元11的动作程序，在上述运算处理器内对式3编程。驱动装置输入功率计算单元12计算向驱动装置23的输入功率的推定值。来自驱动装置23的输出功率与向鼓风机25的输入功率一致。另外，向驱动装置23的输入功率，是把输入的功率变换为在鼓风机25的驱动中使用的功率后的功率，但是驱动装置23自身也有开关元件的损失和风扇的消耗功率。因此，如 果能够推算向驱动装置23的输入功率，则能够计算在鼓风机25中消耗的功率以及驱动装置23自身消耗的功率。在本发明的实施例中，在鼓风机25加速运转时或者恒速运转时以及鼓风机25减速运转时区分使用驱动装置输入功率计算单元12在向驱动装置23的输入功率的推定值的计算处理中使用的公式。首先，在鼓风机25加速运转时或者恒速运转时，驱动装置输入功率计算单元12，通过遵照以驱动装置23的输出电流值作为变量的二次函数式计算出的向鼓风机25的输入功率的值除以驱动装置变换效率，计算向驱动装置23的输入功率的推定值。驱动装置变换效率是驱动装置23的从输入功率向输出功率的变换效率，即表示对于向驱动装置23的输入功率，驱动装置23输出何种程度的输出功率,用“输出功率/输入功率”表示。此外，驱动装置23的输出电流值，转用在上述的鼓风机25的驱动控制中使用的通过电流检测单元30检出的输出电流值。在加速控制或者恒速控制鼓风机25时，向鼓风机25的输入功率,通过以鼓风机25的输入电流值即驱动装置23的输出电流值作为变量的式4表示的二次函数式来求出。这样通过把驱动装置23的输出电流值作为变量，与放电负荷的变化无关，能够高精度地求出驱动装置23的输入功率的推定值。在式4中，设Wbkci为鼓风机25的输入功率值(即驱动装置23的输出功率值)、Ibeo为鼓风机25的输入电流值(即驱动装置23的输出电流值)、CINV1、Cinv2以及Cinv3是系数。Wbro-Cinvi X Iinv+Cinv2 X IINV+CINV3 ...... (4)在式4中，因为系数CINV1、CINV2以及Cinv3根据驱动装置23的结构内容而不同，所以使气体激光装置I实际运转，测定驱动装置23的输入功率以及输出功率，使用该测定结果导出系数Cinvi、Cinv2以及Cinv3。加速控制或者恒速控制鼓风机25时的向驱动装置23的输入功率的推定值可以用式5表示。在此，设在加速控制或者恒速控制鼓风机25时的向驱动装置23的输入功率的推定值为Winv、驱动装置变换效率为ηΙΝν。Winv-Wbro/ tIinv...... (5)关于通过导出的系数CINV1、Cinv2以及Cinv3规定的式4表不的鼓风机的加速控制以及恒速控制时的驱动装置变换效率以及使用它的推算驱动装置23的输入功率的式5，作为驱动装置输入功率计算单元12的动作程序在上述的运算处理器内对式4和式5进行编程。另一方面，在减速控制鼓风机25时，因为在鼓风机25的电动机内发生再生功率，所以在驱动装置23的输入功率的推定值的计算处理中不能应用式5。因此，在本发明的实施例中，驱动装置输入功率计算单元12，在鼓风机25减速运转时遵照以从鼓风机25开始减速时的经过时间作为变量的式6表示的三次函数式，计算向驱动装置23的输入功率的推定值。在此，设减速控制鼓风机25时向驱动装置23的输入功率的推定值为Winv、从鼓风机25开始减速时的经过时间为t、鼓风机25刚要减速时的向驱动装置23的输入电流的推定值为Wini。因此Wini是在鼓风机25刚要减速时，根据式5计算出的向驱动装置23的输入功率的推定值。另外，设CINV4、Cinv5以及Cinv5为系数。Winv= (Cinv4Xt3 + Cinv5Xt2 + Cinv6Xt + I) XWini...... (6)在式6中，因为系数CINV4、CINV5以及Cinv6根据驱动装置23的结构内容而不同，所以使气体激光装置I实际运转，测定驱动装置23的输入功率以及输出功率，使用该测定结果导出系数CINV4、CINV5以及CINV6。关于通过导出的系数 CINV4、CINV5以及Cinv6规定的推算减速控制鼓风机时的驱动装置23的输入功率的式6，作为驱动装置输入功率计算单元12的动作程序在上述的运算处理器内对式6进行编程。如此在鼓风机25的减速控制时在向驱动装置23的输入功率的推定值的计算处理中使用以从鼓风机25开始减速时的经过时间作为变量的式6表示的三次函数式的原因在于，作为本申请的申请人进行测定鼓风机25的电动机减速时的消耗功率的实验的结果，可以确认伴随再生功率的发生鼓风机25中的消耗功率的减少倾向能够近似为以从鼓风机25开始减速时的经过时间作为变量的三次函数式。此外，如果能够通过实验规则确认能够近似为三次函数式以外的其他函数式，则也可以在驱动装置23的输入功率的推定值的计算处理中使用其他函数式。如上所述，在本发明的实施例中，在鼓风机25的加速控制以及恒速控制时和减速控制时，区分使用在驱动装置23的输入功率的推定值的计算中使用的计算式。关于正在对鼓风机25进行加速控制、恒速控制或减速控制中的哪一种控制，因为通过控制装置3内的驱动装置输出指令单元42控制向鼓风机25的输入功率(即驱动装置23的输出功率)，所以驱动装置输入功率计算单元12能够根据来自驱动装置输出指令单元42的有关输出指令信号进行判断。根据该判断结果，驱动装置输入功率计算单元12决定在驱动装置23的输入功率的推定值的计算中使用哪个计算式。消耗功率计算单元13，使用通过激光电源装置输入功率计算单元11计算出的向激光电源装置20的输入功率的推定值和通过驱动装置输入功率计算单元12计算出的向驱动装置23的输入功率的推定值相加后得到的值，计算气体激光装置I的消耗功率值。如上所述，因为向激光电源装置20的输入功率与在放电管24中消耗的功率以及激光电源装置20自身消耗的功率一致，向驱动装置23的输入功率与鼓风机25消耗的功率以及驱动装置23自身消耗的功率一致，所以如果将这些输入功率的推定值相加，能够计算气体激光装置I的消耗功率。在激光气体放电激励时和没有放电激励时以及在加速控制或者恒速控制鼓风机25时以及减速控制鼓风机25时，如上所述，区分使用计算中使用的计算式来计算这些输入功率的推定值，所以能够高精度地计算接近实际的输入功率的值，因此还能够高精度地计算作为这些输入功率的推定值的相加值的气体激光装置I的消耗功率值。此外，作为气体激光装置I中消耗的功率，除了上述的消耗功率以外，还有排气泵28、风扇31和控制电路32等消耗的功率。因此，为了提高气体激光装置I的消耗功率值的计算精度，消耗功率计算单元13还可以对激光电源装置输入功率计算单元11计算出的向激光电源装置20的输入功率的推定值以及驱动装置输入功率计算单元12计算出的向驱动装置23的输入功率的推定值进一步相加在气体激光装置本体2内设置的用于激光气体的排气的排气泵28、风扇31以及控制电路32的消耗功率。排气泵28、风扇31以及控制电路32的消耗功率与气体激光装置I的动作状态无关大体为恒定值，所以能够预先测定排气泵28、风扇31以及控制电路32的消耗功率，还可以把该测定值作为固定值预先存储在排气泵 风扇 控制电路消耗功率存储单元18内。消耗功率计算单元13，在消耗功率的计算处理时，只要从排气泵·风扇·控制电路消耗功率存储单元18中读出数据，在计算处理中利用这些数据即可。并且，像上述的排气泵28、风扇31以及控制电路32的消耗功率的情况那样，可以还包含气体激光装置I内的另外的装置或者电路的消耗功率来提高整个气体激光装置的消耗功率的计算精度。这样，根据本发明的实施例，因为在气体激光装置I的消耗功率的计算处理中转用在激光产生控制中使用的已经设置的电压以及电流检测单元29、在鼓风机25的驱动控制中使用已经设置的电流检测单元30检测出的各输出电流值以及输出电压值，所以不需要新设置功率计等测定器。因此，能够实现气体激光装置的低成本化以及小型化。即，根据本发明，不使用功率计，作为使用检测出的输出电流值以及输出电压值进行计算的运算处·理单元，只要设置激光电源装置输入功率计算单元11、驱动装置输入功率计算单元12以及消耗功率计算单元13即可。此外，在上述的本发明的实施例中，在综合控制气体激光装置本体2的控制装置3内设置了激光电源装置输入功率计算单元11、驱动装置输入功率计算单元12以及消耗功率计算单元13，但是也可以设置在与气体激光装置I不同的独立的处理装置内。例如，可以在外部计算机内安装用于执行激光电源装置输入功率计算单元11、驱动装置输入功率计算单元12以及消耗功率计算单元13中的各处理的程序后，向该外部计算机输入通过电压以及电流检测单元29以及电流检测单元30检测出的各输出电流值以及输出电压值的数据，使该外部计算机计算气体激光装置I的消耗功率。本发明可以应用于具有激光电源装置和驱动装置的气体激光装置，所述激光电源装置具有把输入的交流变换为直流的DC电源部以及把从该DC电源部输出的直流变换为作为用于放电激励放电管内的激光气体的施加电压使用的高频电压的RF电源部，驱动装置用于把输入的交流变换为用于驱动向放电管送入激光气体的鼓风机的交流。根据本发明，能够在具有激光电源装置和驱动装置的气体激光装置中正确而且容易地测定运转时的消耗功率，所述激光电源装置具有把输入的交流变换为直流的DC电源部以及把从该DC电源部输出的直流变换为作为用于放电激励放电管内的激光气体的施加电压使用的高频电压的RF电源部，所述驱动装置用于把输入的交流变换为用于驱动向放电管送入激光气体的鼓风机的交流。一般在气体激光装置内的DC电源部以及激光电源装置中为了进行激光控制已经设置有输出电流检测电路以及输出电压检测电路，根据本发明，使用通过这些已有的输出电流检测电路以及输出电压检测电路检测出的输出电流值以及输出电压值计算气体激光装置的消耗功率，所以不需要为了测定消耗功率新设置功率计等测定器，能够实现气体激光装置的低成本化以及小型化。S卩，根据本发明，不使用功率计，只要设置使用检测出的输出电流值以及输出电压值进行计算的运算处理单元即可，该运算处理单元，例如可以设置在综合控制气体激光装置的控制装置内，所以成本低，也不会导致装置的大型化。
另外，根据本发明，在放电管内的激光气体放电激励时，把DC电源部变换效率设定为遵照对数函数式计算出的值，该对数函数式以DC电源部的输出电流值和输出电压值相乘得到的输出功率值作为变量，另外在放电管内的激光气体不放电激励时，把DC电源部变换效率设定为预定的常数。另外，因为使用DC电源部的输出功率值除以与激光气体有无放电激励对应的DC电源部变换效率得到的值计算向激光电源装置的输入功率的推定值，所以能够与气体激光装置的动作状态对应地高精度地计算消耗功率。另外，如上所述，虽然根据激光电源装置的输出的大小，关于放电管的放电负荷的阻抗变化很大，但是在本发明中，因为在放电管内的激光气体放电激励时和不放电激励时区分使用DC电源变换效率，所以能够高精度计算气体激光装置的消耗功率。另外，根据本发明，因为在鼓风机加速运转时或者恒速运转时，通过遵照以驱动装置的输出电流值作为变量的二次函数式计算出的鼓风机的输入功率的值除以驱动装置的从输入功率向输出功率的变换效率即驱动装置变换效率，计算向驱动装置的输入功率的推定值，所以能够与放电负荷的变化无关地高精度地计算气体激光装置的消耗功率。
另外，根据本发明，因为在鼓风机减速运转时遵照以从鼓风机开始减速时的经过时间作为变量的三次函数式计算向驱动装置的输入功率的推定值，所以不受鼓风机减速运转时产生的再生功率的影响，能够高精度地计算气体激光装置的消耗功率。另外，根据本发明，通过相加在气体激光装置内设置的用于激光气体的排气的排气泵的预先测定的消耗功率的值、向激光电源装置的输入功率的推定值以及向驱动装置的输入功率的推定值，计算气体激光装置的消耗功率值，由此不需要新设置检测用于驱动排气泵的电流以及电压的电路，能够更高精度地计算气体激光装置的消耗功率，还能够一并实现气体激光装置的低成本化以及小型化。例如，根据在上述日本特开2011-028372号公报以及日本特开2010-074918号公报中记载的技术，必须在向气体激光装置供电的电缆上安装电流互感器(CT)等，另外设置功率计。与此相对，根据本发明，因为使用在气体激光装置中已经设置的输出电流检测电路以及输出电压检测电路检测出的输出电流值以及输出电压值计算气体激光装置的消耗功率，所以不需要新设置功率计等测定器，能够实现气体激光装置的低成本化以及小型化。另外，在想要在气体激光装置的消耗功率的计算中应用在上述的日本特开2010 — 115063号公报中记载的技术的情况下,关于鼓风机的电动机的消耗功率考虑能够恰当地组合电动机电流检测单元和电动机旋转速度检测单元来进行计算，但是关于激光电源装置的消耗功率的测定，因为根据激光电源装置的输出的大小，放电管的放电负荷的阻抗变化很大，所以难于正确地测定。与此相对，根据本发明，因为在放电激励放电管内的激光气体时和不放电激励时区分使用在为了产生激光的消耗功率的计算中使用的公式，并且关于驱动鼓风机的消耗功率的计算，根据鼓风机的状态区分使用在计算处理中使用的公式，所以能够高精度地计算气体激光装置的消耗功率。另外，上述日本特开2011 - 048548号公报中记载的技术，为了高精度计算消耗功率，需要与输出功率一变换效率特性有关的详细的数据，存储这些数据的存储部的容量庞大。与此相对，根据本发明，因为在放电激励放电管内的激光气体时和不放电激励时区分使用在用于产生激光的消耗功率的计算处理中使用的近似式，关于驱动鼓风机的消耗功率的计算，根据鼓风机的控制状态区分使用在计算处理中使用的近似式计算气体激光装置的消耗功率，所以不需要庞大的存储容量，还能缩短运算处理需要的时间。·
权利要求
1.一种气体激光装置(I)，具有激光电源装置(20)和把输入的交流变换为用于驱动向放电管(24)送入激光气体的鼓风机(25)的交流的驱动装置(23)，所述激光电源装置(20)具有把输入的交流变换为直流的DC电源部(21)以及把从所述DC电源部(21)输出的直流变换为作为用于放电激励所述放电管(24)内的激光气体的施加电压使用的高频电压的RF电源部(22)，所述气体激光装置(I)的特征在于，具有 第一推算单元(11)，其使用检测出的所述DC电源部(21)的输出电流值以及输出电压值和作为所述DC电源部(21)的从输入功率向输出功率的变换效率的DC电源部变换效率，计算向所述激光电源装置(20)的输入功率的推定值； 第二推算单元(12)，其使用检测出的所述驱动装置(23)的输出电流值，计算向所述驱动装置(23)的输入功率的推定值；以及 功率计算单元(13)，其根据向所述激光电源装置(20)的输入功率的推定值和向所述驱动装置(23)的输入功率的推定值，计算所述气体激光装置(I)的消耗功率值。
2.根据权利要求I所述的气体激光装置(I)，其特征在于， 所述第一推算单元(11)在放电管(24)内的激光气体放电激励时，把所述DC电源部变换效率设定为按照对数函数式计算出的值，该对数函数式把所述DC电源部(21)的输出电流值和输出电压值相乘得到的输出功率值作为变量，当在放电管(24)内的激光气体不放电激励时，把所述DC电源部变换效率设定为预定的常数，计算向所述激光电源装置(20)的输入功率的推定值。
3.根据权利要求I或2所述的气体激光装置(I)，其特征在于， 所述第一推算单元(11)根据所述DC电源部(21)的输出功率值除以所述DC电源部变换效率得到的值和所述激光电源装置(20)的待机功率值，计算向所述激光电源装置(20)的输入功率的推定值。
4.根据权利要求I所述的气体激光装置(I)，其特征在于， 所述第二推算单元(12)，在所述鼓风机(25)加速运转时或者恒速运转时，使按照二次函数式计算出的向所述鼓风机(25)的输入功率的值除以作为所述驱动装置(23)的从输入功率向输出功率的变换效率的驱动装置变换效率，由此计算向所述驱动装置(23)的输入功率的推定值，该二次函数式把所述驱动装置(23)的输出电流值作为变量。
5.根据权利要求I或4所述的气体激光装置(I)，其特征在于， 所述第二推算单元(12)，在所述鼓风机(25)减速运转时，遵照三次函数式计算向所述驱动装置(23)的输入功率的推定值，该三次函数式把从所述鼓风机(25)开始减速时的经过时间作为变量。
6.根据权利要求I至5的任意一项所述的气体激光装置(I)，其特征在于， 所述功率计算单元(13)根据设置在所述气体激光装置(I)内的用于激光气体的排气的排气泵(28)的预先测定的消耗功率的值、向所述激光电源装置(20)的输入功率的推定值和向所述驱动装置(23)的输入功率的推定值，计算所述气体激光装置(I)的消耗功率值。
全文摘要
具有功率计算单元的气体激光装置(1)具有第一推算单元(11)，其使用DC电源部(21)的输出电流值以及输出电压值和DC电源部(21)的从输入功率向输出功率的变换效率，计算向激光电源装置(20)的输入功率的推定值；第二推算单元(12)，其使用驱动装置(23)的输出电流值，计算向驱动装置(23)的输入功率的推定值；和功率计算单元(13)，其根据向激光电源装置(20)以及驱动装置(23)的各输入功率的推定值，计算气体激光装置(1)的消耗功率值。
文档编号G01R21/06GK102957081SQ20121028150
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月8日 优先权日2011年8月9日
发明者键和田哲史, 久保嘉孝 申请人:发那科株式会社