JP2006351546A - 複数ヘッドレーザ投影機（ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）とその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザヘッドに障害が起きた際にも、作動を継続することが可能であり、レーザ投影機が利用されていない時にレーザヘッドを交換することができるレーザ投影機を提供する。
【解決手段】複数ヘッドレーザ投影機は、第一のレーザヘッドからのレーザ光の有無を感知し、第一のレーザヘッドからレーザ光が感知されないと、第二のレーザヘッドへと切換を行うように、切換装置へと信号を送信する。よって、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、レーザのうちの一つに問題が生じた際にも、複数ヘッドレーザ投影機の継続的作動を提供するように利用可能である。複数ヘッドレーザ投影機は、例えば、立ち上げ時などにおいて、レーザヘッドの診断テストに活用することが可能である。加えて、本発明の複数ヘッドレーザ投影機はレーザヘッドの出力、すなわち、レーザヘッドの予測残寿命、を知らせるように利用することもできる。
【選択図】図１

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、米国仮特許出願第６０／６９１、９７０（２００５年６月１７日出願）に基づく優先権を主張し、その明細書の全てをここに参照により引用する。

本発明は概してレーザ投影機に関し、さらに具体的には、レーザヘッドの一つに障害が起きた際にも、継続作動が可能で、診断を行うこともできる、複数ヘッドを有するレーザ投影機とその方法に関する。

レーザ投影機は、近年様々な工業用途（例えば、トラス組み立て、合板および航空機の製造、等の、組み立て前の部品の配置決め等）そして部品および航空機上への転写シールの設置に利用されている。従来のレーザ投影機または、レーザ投影システムは、レーザ光を生成するレーザヘッド、視準器(collimator)、検流計、そして角度をもって取り付けられた捜査鏡(scanning mirrors)から構成される。捜査鏡は視準器からのレーザ光を受け、作業面などの面上へと屈曲させる。さらに、従来のレーザ投影機は投影されるレーザ像やテンプレートを制御するアルゴリズムを備えるコンピュータや、その他の電源・電子部品を有する。同時係属中の２００４年１０月８日出願の米国特許出願第１０／９６１、５９９号（その全開示は、ここに明確に包含される）は、レーザ投影機用の改善された温度制御について開示するとともに、さらにレーザ投影機システム用の光学・電源部品について開示する。

当業者には当然のことながら、レーザ光を生成するレーザヘッドには寿命があり、定期的に交換される必要がある。しかしながら、工業用途においては、レーザヘッドに不具合が発生すると、その交換のためにレーザ投影装置を停止する必要が生じ、これは通常生産の停止を招く。

よって、レーザヘッドに障害が起きた際にも、継続作動が可能であり、レーザ投影機が利用されていない時にレーザヘッドを交換することができるレーザ投影機が、長きにわたって望まれてきた。加えて、先行技術では、レーザヘッドの定期的な（例えば、立ち上げ時に）検査や診断を可能とするレーザ投影機については開示していない。

本発明の複数ヘッドレーザ投影機とその方法は、上述の課題を解決するものであり、レーザヘッドに障害が起きた際にも、継続作動を可能とし、自動的な診断やテスト方法を提供する。

本発明の一般的な内容に基づいて、複数ヘッドレーザ投影機は、レーザ光を生成するように配置された、少なくとも二つのレーザヘッドと、各レーザヘッドからレーザ光を受けるセンサと、センサに接続されており、レーザヘッドのうちの一つから別のレーザヘッドへの切換を行う切換装置とを有している。このとき、二つのレーザヘッドからのレーザ光は光分割器によって整列され、レーザ投影機からのレーザ光は光分割器によってセンサへと導かれる。しかし、レーザヘッドからのレーザ光を、同じレーザ軌道上に整列させる方法として、他を用いてもよい。例えば、フラップ鏡、または回転鏡、などを利用してもよい。

本発明の特徴の一つに基づいて、複数ヘッドレーザ投影機は、第一のレーザヘッドからのレーザ光の有無を感知するセンサを有し、このセンサは第一のレーザヘッドからレーザ光が感知されないと、第二のレーザヘッドへと切換を行うように、切換装置へと信号を送信する。よって、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、レーザのうちの一つに問題が生じた際にも、複数ヘッドレーザ投影機の継続作動を提供するように利用することが可能である。継続作動の方法は、したがって、少なくとも二つのレーザヘッドからのレーザ光を共通の軌道に整列し、レーザヘッドからのレーザ光を受けるためのセンサを設置する手順を備える。ここで、センサは、第一のレーザヘッドからのレーザ光の有無を感知し、第一のレーザヘッドからのレーザ光がないことを感知すると、切換装置に第一のレーザヘッドから第二のレーザヘッドへと切換を行うよう信号を送ることで、レーザ投影機の継続作動を維持する。

本発明の別の特徴に基づいて、複数ヘッドレーザ投影機は例えば立ち上げ時などにおいて、レーザヘッドの診断テストに活用することが可能である。加えて、本発明の複数ヘッドレーザ投影機はレーザヘッドの出力を、したがって、レーザヘッドの予測残寿命を、知らせるように利用することもできる。この特徴において、複数ヘッドレーザ投影機は、切換装置が一つのレーザヘッドから別のレーザヘッドへと切換を行う手順と、センサが感知したレーザ光の出力に比例した信号を生成し、例えば、レーザヘッドの残寿命について、コンピュータインタフェースへと信号を送信する手順と、から成るテスト手順を有する。テスト手順の別の特徴としては、切換装置が一つのレーザヘッドから別のレーザヘッドへと切換を行い、センサが各レーザヘッドからのレーザ光の有無を感知し、レーザ光が感知されないと、いずれかのレーザヘッドからのレーザ光を感知していないことを知らせ、別のレーザヘッドへと切換を行う。よって、本発明のテスト手順は、少なくとも二つのレーザヘッドからのレーザ光を共通の軌道に整列し、各レーザヘッドからレーザ光を受けるようにセンサを設置し、センサへと向けられたレーザ光を、一つのレーザヘッドからのものから別のレーザヘッドのものへと切り換え、センサがレーザヘッドの状態に関する信号（一つのレーザヘッドからのレーザ光がないこと、あるいは感知されたレーザ光の出力に比例した信号など）を生成する手順を備える。

本発明のさらに別の特徴に基づいて、レーザ投影機の電源を落とすことなく、レーザ投影機のレーザ構成部品を交換する方法と装置が提供される。従来、レーザ構成部品は、まず電源を落とすか、電力供給を切り離し、次いで修理用の開口部を通じて投影機の内部に手を入れ、レーザ構成部品のコネクタを抜き、手早く古い構成部品を外し、取り出し、新しい構成部品を配置、固定し、基板へのコネクタに接続するという手順で、定期的に交換される。その後、レーザ投影機の電源を投入することができる。ここで、「レーザ構成部品」とは、レーザ源、またはレーザヘッド、そして、通常は、レーザヘッドを駆動し電源制御装置を有する同調ドライバ基板から成る。しかし、ここにおける「レーザ構成部品」とは、適切なコネクタを有するレーザヘッドに限定されることもある。当業者に明らかなように、この方法では、レーザ投影機の利用を中断し、投影機の電源を落とし、適当な時間待った後に、上述したような手順でレーザ構成部品を取り外し交換しなくてはならない。その後、レーザ投影機を電源に再度接続することが可能となる。本発明におけるレーザ構成部品の設計、関連するドライバ回路、利用するコネクタ、そして接続装置は、操作者が、レーザ投影機の電源を落とすことなく、レーザ構成部品やその電子機器を、「ホットスワップ」して、レーザ投影機から／へと出し入れできる、安全で効率のよい方法を提供する。

本発明における第一の実施例に基づいて、複数ヘッドレーザ投影機が提供される。このレーザ投影機は、（１）レーザ光を生成するために整列された少なくとも二つのレーザヘッドと、（２）いずれのレーザヘッドもレーザ軌道上にレーザ光を放つことができるように、レーザヘッドの一つから、別のレーザヘッドへと切り換えることのできる、選択的に作動可能な切換装置と、を有する。

本発明における一つ目の別の実施例に従って、複数ヘッドのレーザ投影機用のテスト方法が提供される。このテスト方法は、（１）少なくとも二つのレーザヘッドからのレーザ光を共通の軌道上に整列し、そして（２）レーザ光を放つレーザヘッドを、一つのレーザヘッドから別のレーザヘッドへと切換を行う（このとき、レーザヘッドの状態に関する信号が精製される）、という手順を備える。

本発明における二つ目の別の実施例に従って、複数ヘッドレーザ投影機を継続的に作動する方法が提供される。この継続作動方法は、（１）少なくとも二つのレーザヘッドからのレーザ光を共通の軌道上に整列する、そして（２）切換装置に一つのレーザヘッドから別のレーザヘッドへと切換を行うように信号を送信する、という手順を備え、複数ヘッドレーザ投影機の継続作動を維持する。

本発明のさらなる適応分野は後述の詳細な説明によって明らかとなる。詳細な説明や具体例は、本発明の様々な実施形態を表すものではあるが、例示目的を意図したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないと解されるべきである。

以下に続く様々な実施形態に関する説明は例示的な性質のものに過ぎず、本発明やその利用法を制限するものではない。

図１は本発明の複数ヘッドレーザ投影機の実施例を図示する。投影機は少なくとも２つのレーザヘッド２０および２２を含み、それぞれがレーザ光を投影し、これらレーザ光は、２６に示すように、光分割器２４によって、同じ、または共通の軌道の、同軸上に整列される。レーザヘッド２０および２２からのレーザ光は、レーザ投影機の制御電子機器３０（制御電子機器がレーザヘッド２０および２２の操作を制御する）、に接続された任意的なセンサ２８へと案内することもできる。上述のように、そしてさらに以下に記載するように、センサ２８は光分割器２４を通じて受け取ったレーザ光を感知し、制御電子機器３０へと信号を生成する。

本発明の別の実施例に基づいて、任意的なセンサは、制御システム（この制御システムは、例えば、外部センサに代わって、各レーザヘッドの性能パラメータを感知できるオンボードの制御システムであって、複数のレーザヘッドを切り換えて利用すること、あるいは、特定のレーザヘッドに潜在的に、または実際に性能上の問題があること、を操作者に対して知らせることや注意することができる）を代替することができる。同様に、操作者は、問題のあるレーザヘッドから、通常に機能している他のレーザヘッドへと、手動で切り換えることができる。さらに本発明は、操作者が、前述のセンサおよび、または制御システムからの入力を得ることなく、手動によって複数のレーザヘッド間で動作を切り換えることができる。

本発明の実施例の一つにおいて、複数のヘッドを有するレーザ投影機は、センサ２８によって生成される信号を備える。この信号は、感知されるレーザ光の強さ(power)に比例する。すなわち、他にも、制御電子機器３０はレーザヘッド２０および２２からレーザ光を投影するように操作される。このレーザ光は光分割器２４によってセンサ２８へと導かれる。センサへと導かれたレーザ光は、レーザヘッド２０および２２から感知されたレーザ光の強さに比例し、レーザヘッドの残寿命を表す。次いで、この情報がコンピュータインタフェース、またはコンピュータ画面（図示せず）に表示されることで、レーザ投影機の操作者に対し、レーザヘッド２０および２２の残寿命を勧告することができる。

上述のとおり、この作動方法はレーザヘッド２０および２２の診断、あるいはテストに用いることができる。他にも、センサ２８はレーザヘッド２０および２２のいずれかからのレーザ光の有無を感知するために活用できる。そして制御電子機器３０は、センサ２８がレーザ光を受けている方のレーザヘッド２０あるいは２２へと切り換える（あるいは自動的に切り換える）、切換装置として活用される。すなわち、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、レーザヘッド２０あるいは２２のいずれかに障害が起きたときに自動的にバックアップを提供するために、または診断のために、利用することができる。

本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、視準器３２と回転する鏡３４を有する従来のレーザ投影機にも利用することができる。この鏡３４は、レーザヘッド２０あるいは２２のいずれかからのレーザ光を、作業面（図示せず）に投影する。本発明の複数ヘッドレーザ投影機の開示された実施例では、第二の光分割器３６は、レーザヘッド２０あるいは２２のいずれかからのレーザ光を視準器３２へと導く。

しかし、当然のことながら、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、任意の従来のレーザ投影機に利用することができ、よって本発明は、開示された実施例に限定されるものではない。加えて、レーザヘッド２０および２２からのレーザ光は、フラップ鏡、または回転鏡などを用いる、任意の適切な方法で、共通の軌道において同軸上に整列してよい。よって、本発明はレーザヘッド２０および２２からのレーザ光を同軸上に配置するために、光分割器を利用することとして限定するものではない。
加えて、上述のように、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、２つ以上のレーザヘッドを用いて利用されてもよい。このとき、上述のように、複数のレーザヘッドからのレーザ光は、共通の軌道において同軸上に配置される。

本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、複数ヘッドレーザ投影機の継続作動を確実にするための、あるいはレーザのうちの一つに障害が起きたときのバックアップとして利用することができる。例えば、複数ヘッドレーザ投影機は、通常の作動時にはレーザヘッド２０を使って作動してよい。センサ２８は継続的にレーザヘッド２０からのレーザ光の有無を感知、または検知する。しかしながら、レーザヘッド２０がレーザ光を投影することにいずれ失敗すると、センサ２８はレーザヘッド２０からのレーザ光が無いことを感知する。次いでセンサ２８は、切換装置として作動する制御電子機器３０に信号を送り、自動的に第二のレーザヘッド２２へと切り換えを行うことで、レーザ投影機の継続作動を確実に行う。よって、第二のレーザヘッド２２は第一のレーザヘッド２０のバックアップとして機能する。当然のことながら、レーザヘッド２０および２２の役割を逆にすることもできる。

本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、テスト手順または診断手順において、レーザヘッド２０および２２の状態を診断することもできる。この用途では、制御電子機器３０の切換装置は、例えば、起動時などにおけるテスト手順で、レーザヘッド２０および２２の間の切り換えを行うために利用される。この手順において、センサ２８は、テスト手順中にレーザヘッド２０あるいは２２からのレーザ光の有無を感知するようにしてよい。センサが、レーザヘッド２０および２２のうちいずれかからのレーザ光が無いことを感知した場合、制御電子機器はレーザ光を投影している方のレーザヘッドに自動的に切り換えを行う。そしてこの情報がコンピュータインタフェース上に表示されることで、操作者は、都合の良い時間（例えば投影機が利用されていない時間など）、に障害のあったレーザヘッドを交換することができる。

その他、上述のように、センサは、感知されたレーザ光の強さに比例する信号を生成するようにしてもよい。感知されたレーザ光の強さは、上述のように、レーザヘッド２０および２２の残寿命（あるいは、推定残寿命）に比例する。この情報もコンピュータインタフェース上、あるいはコンピュータ画面上に表示してもよい。これにより、レーザ投影機の操作者に、レーザヘッド２０および２２の残寿命に関する情報を提供することができる。したがって、本発明のこのテスト手順は、上述のバックアップシステムと共に組み合わせて利用することができる。

前述のとおり、本発明における、レーザ構成部分の設計、関連するドライバ回路、利用されるコネクタの種類、そして接続機器は、操作者が、レーザ投影機の電源を切ることなく、レーザ投影機からレーザ構成部分やその電子機器を”ホットスワップ”できる、安全で効率の良い方法を提供する。レーザドライバ回路およびマウント設計は、電源投入時に、レーザ構成部分および収納部が、レーザ投影機の筐体のグランドと同じ電位（グランド電位）となることを可能とする。

本発明の特徴の一つに基づいて、レーザドライバ基板上で利用されているコネクタは順序的(sequential type)であり、接続方法としては、まず、グランドを接続し、次いで第二段階、あるいは第二段階および第三段階にて電源と制御信号を接続する。コネクタは、一般に「メイクファースト／ブレイクラスト」と呼ばれている、既製のコネクタを利用してもよい。このコネクタでは、長い方のピンにおいてグランド接点(contacts)と最初に接続し、そして最後に離れる、という順序で接続を行うように設計された埋め込み型のピンまたは接点を有する。レーザ構成部分を駆動する回路は、接触の跳ね返りの抑制を提供するため、単純なソフトスタート回路を有しており、レーザ投影機の電源を落とすことなく、レーザおよび電子機器に損傷が生じることを防ぐ。当然のことながら、コネクタがまずグランドに接続し、次いで電源と制御信号と接続するのであれば、他の高速接続コネクタを利用することも可能である。例えば、電気接地、あるいはグランド電位へとつながる２つの突き出し型の接点と、レーザの電源と制御回路へとつながる２つの埋め込み型の足または接点、を備える四つ足コネクタを利用してもよい。しかしながら、足、あるいは接点の数は、用途に応じる。

本発明の、レーザ投影機の電源を切らずに、レーザ投影機のレーザ構成部分を交換する方法は、したがって、レーザ投影機から問題のあるレーザ構成部分を取り除き、次いで、グランドに接続してから、電源および制御信号に接続することによって、レーザ投影機に新しいレーザ構成部分を接続する手順を含む。本発明の別の特徴に基づいて、レーザ投影機は、突き出し型および埋め込み型の接点を有したコネクタを備える。このとき、本発明の方法は、突き出し型接点のグランドに接続する手順と、次いで、埋め込み型接点の電源および制御信号に接続する手順とを含む。

上述したように、本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、図に示される複数ヘッドレーザ投影機に限定するものではない。本発明の複数ヘッドレーザ投影機は、レーザヘッド２０および２２に対してバックアップを提供するために、任意の従来のレーザ投影機に利用することができる。また、上述したテスト手法にも利用可能である。本発明の複数ヘッドレーザ投影機は２つ以上のレーザヘッドを有してもよい。さらにレーザヘッド２０および２２からのレーザ光は、上述したように、任意の適切の手段を用いて、共通、または同じレーザ軌道における同軸上に配置することができる。

発明に関する記述は例示的な性質のものに過ぎない。よって、本発明の趣旨から逸脱しない変更は本発明の範囲内に属すると解される。このような変更は本発明の精神と範囲からの逸脱ではないと解されるべきである。

本発明の複数ヘッドレーザ投影機の一つの実施例の模式図である。

Claims (21)

1. レーザ光を生成するように整列された少なくとも二つのレーザヘッドと、
   前記レーザヘッドのいずれも、レーザ軌道上にレーザ光を誘導できるよう活用するため、前記レーザヘッドの一つから、別の前記レーザヘッドへと切換を行うように選択的に作動可能な切換装置と、
   から構成される、複数ヘッドレーザ投影機。
2. 前記レーザヘッドからレーザ光を受けるセンサを備え、前記センサと前記切換装置が機能的に関連している、ことを特徴とする、請求項１に記載の発明。
3. 前記センサはレーザヘッドの一つからのレーザ光の有無を感知し、前記センサは、前記レーザヘッドの一つからのレーザ光を感知しなかった場合、別の前記レーザヘッドへと切換を行うよう切換装置に信号を送信する、ことを特徴とする、請求項２に記載の発明。
4. 前記複数ヘッドレーザ投影機は、テスト手順を備え、前記切換装置は、前記レーザヘッドの一つから別の前記レーザヘッドへと切換を行い、前記センサは感知されたレーザ光の出力に比例する信号を生成する、ことを特徴とする、請求項３に記載の発明。
5. 前記レーザヘッドの一つからレーザ光が感知されない場合、前記テスト手順は、前記センサが前記レーザヘッダからのレーザ光を感知していないことを知らせる手順と、前記別のレーザヘッドへと切換を行う手順と、から構成されることを特徴とする、請求項４に記載の発明。
6. 前記センサは前記レーザヘッドの残寿命に関する信号を送信する、ことを特徴とする、請求項４に記載の発明。
7. 前記レーザヘッドの前記レーザ光は、光分割器によって同じレーザ軌道上に整列される、ことを特徴とする、請求項１に記載の発明。
8. 前記複数ヘッドレーザ投影機は、視準器を有し、前記レーザ軌道は、前記視準器を通るように案内される、ことを特徴とする、請求項１に記載の発明。
9. 前記レーザヘッドのいずれも、前記レーザ投影機の位置合わせや、前記レーザ投影機の電源の停止を行わずに、インフィールドで交換することができる、ことを特徴とする、請求項１に記載の発明。
10. レーザヘッド（少なくとも二つ）からのレーザ光を共通の軌道上に整列する手順と、
    前記レーザヘッドからの前記レーザ光を、別の前記レーザヘッドのレーザ光と切り換える手順と、から成り、
    前記レーザヘッドの状態に関する信号が生成される、ことを特徴とする複数ヘッドレーザ投影機のテスト方法。
11. 前記レーザヘッドからのレーザ光を受けるためのセンサを設置する手順をさらに有し、前記センサは前記切り換え装置と機能的に関連している、ことを特徴とする、請求項１０に記載の発明。
12. 前記レーザ光の出力に比例した信号を生成する手順をさらに有する、ことを特徴とする、請求項１０に記載の発明。
13. センサが前記レーザヘッドの一つからレーザ光を感知しない場合、信号を生成する手順をさらに有することを特徴とする、請求項１１に記載の発明。
14. 前記レーザヘッドからのレーザ光が感知されない場合、前記レーザヘッドのうち、別のものに切換を行う手順をさらに有する、ことを特徴とする、請求項１３に記載の発明。
15. 前記レーザヘッドのいずれも、前記レーザ投影機の位置合わせ、または前記レーザ投影機の電源の停止を行わずに、インフィールドで交換する(in-field replaced)ことができる、ことを特徴とする、請求項１０に記載の発明。
16. 少なくとも二つのレーザヘッドからのレーザ光を共通の軌道上に整列する手順と、
    前記複数ヘッドレーザ投影機の連続作動を維持するために、前記レーザヘッドの一つから別の前記レーザヘッドへと切換を行うよう、切換装置に知らせる手順と、
    から構成される複数ヘッドレーザ投影機を継続作動する方法。
17. 前記レーザヘッドからのレーザ光を受けるためにセンサを設置する手順を備え、このとき前記センサは前記レーザヘッドの一つからのレーザ光の有無を感知する、ことを特徴とする、請求項１６に記載の発明。
18. 前記レーザヘッドからの前記レーザ光を、光分割器を使って、センサへと誘導することを特徴とする、請求項１７に記載の発明。
19. 前記レーザヘッドからの前記レーザ光は、光分割器を使って整列される、ことを特徴とする、請求項１６に記載の発明。
20. 視準器を通って、前記レーザ光のうち一つを案内する手順をさらに有する、ことを特徴とする、請求項１６に記載の発明。
21. 前記レーザヘッドのいずれも、前記レーザ投影機の位置合わせ、または前記レーザ投影機の電源の停止を行わずに、インフィールドで交換することができる、ことを特徴とする、請求項１６に記載の発明。
    

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