JPH1184268A

JPH1184268A - シャッター作動方法及び装置

Info

Publication number: JPH1184268A
Application number: JP19053698A
Authority: JP
Inventors: Glyn Richard Edwards; リチャードエドワーズグリン; Walther Albert Goethals; アルバートゴーサルスウォルター; Michael Rodney Keightley; ロドニーケイトリーマイケル
Original assignee: Lumonics Ltd
Current assignee: Lumonics Ltd
Priority date: 1997-07-05
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 1999-03-26
Also published as: GB9714134D0; EP0899595A2; EP0899595A3

Abstract

(57)【要約】【課題】最終停止位置において最低限の衝撃及び振動
を伴ったシャッターエレメントの敏速な転換速度を達成
するシャッター起動装置及び方法の提供。【解決手段】移動の第１期間にコイルに駆動電流を流
し、移動の第２期間に電流の方向を逆転して制動力を提
供し、移動の第３期間に電気減衰期間と保持電流通電期
間を交互に反復する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シャッター作動方
法及び装置に関する。特に、本発明は、レーザービーム
などの光ビームの経路を遮断及び／又は制御するシャッ
ターに関する。

【０００２】

【従来の技術】安全規定は、人間が無意識に又は予期せ
ずにレーザー放射線にさらされないことを保証する装置
がレーザー装置に設けられることを通常要求する。その
装置は、一般的にシャッターとして知られている。低パ
ワーレーザーの場合、シャッターは、ビーム経路をブロ
ックし、入射ビームを吸収する装置であろう。高パワー
レーザーの場合、吸収エレメントは好ましくないため、
シャッターは、シャッターの開放及び閉鎖位置の間を移
動する移動式ミラーの形態をとる反射エレメントを有す
ることが一般的である。ミラーは、シャッター開放位置
では、レーザービームを遮断せず、ビームは、所望のビ
ーム搬送経路を（下方に）通過する。シャッター閉鎖位
置では、ミラーは入射ビームを完全に遮断し、搬送経路
から吸収体（通常ビームダンプ(beam dump) として知ら
れる）に向けて逸らせる。他の態様では、レーザーから
の直線経路はビームダンプに向かい、シャッターエレメ
ント（例えば、ミラー）はレーザービームをビーム搬送
経路に反射させる位置に移動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】安全機能を補償するこ
とに加えて、レーザーシャッターは、例えば、実際上レ
ーザービームのスイッチをオン又はオフにすることもで
きるなど、レーザービームの進行を制御することもでき
る。レーザーのスイッチを連続的にオン及びオフに切り
換えて所望の効果を達成することは不便な点が多いた
め、材料の加工作業をワークピースに施している場合、
この機能は特に有益である。非連続的シームを短距離に
わたって溶接するなどの作業では、レーザービームは通
常２０〜３０ｍｓの非常に短い時間で送出され、続いて
遮断されなければならない。直線状シャッター形状で
は、レーザービームの直径は、シャッターエレメント
が、その時間に例えば３０mmの距離を通過しなければな
らない程度である。従って、シャッターエレメントの非
常に速い切り換え速度は、シャッターの作動寿命を延長
し、所望されないレーザーそのものへの影響を回避する
ことができるように、衝撃及び振動を回避しながら達成
されなければならない。

【０００４】必要とされる高切換速度を達成するため
に、いわゆる’ボイスコイル’を作動装置として使用す
ることができる。ボイスコイル作動装置は、永久磁界及
びコイル巻線を利用してコイルの電流に比例した力を巻
線に生成する周知の直接駆動限定移動装置である。コイ
ルの電流の方向を変えることによって、ボイスコイルに
働く力の方向が逆転する。いづれの場合、コイルは、通
常コイルの軸線に対して平行方向に動作する。最低限の
衝撃及び振動で敏速な切り換え（オン／オフ）時間を達
成するために、好ましい動作は三角形状になる速度−時
間プロファイルでの移動部分を加速及び制動することで
ある。これを達成するために、トラバース（移動範囲）
の最初の半分（前半）の間、コイルに高電圧が流され、
加速する。続いて、移動の中間点で、電流の方向が逆転
される。逆転した電流は制動力を生成し、理想的状況設
定において、ボイスコイルは的確に正しい位置に停止す
るであろう。

【０００５】電流逆転のタイミングは非常に重要であ
る。例えば、走行時間３０ｍｓを有するように配置され
た作動装置の場合、最終停止位置での跳ね返りのない円
滑な動作を提供することが確実な０．１ｍｓ以内に、切
り換えがセットされなければならない。例えば温度の影
響又は摩擦の影響のために、電流振幅及び持続時間が正
確でない場合、コイルは所望の位置に到達せずに停止す
るか、又は行き過ぎて最終停止位置に衝突し、損傷の原
因となる。制動電流が初期の’駆動（モータ：motor
）’電流を過剰に補償しすぎると、コイルアッセンブ
リは誤ったタイミングで制動電流が流れた位置から逆戻
りし始めるかもしれない。

【０００６】更に、通常シャッターアッセンブリを垂直
に動作することがレーザー用途に所望されるため、電流
が流れない場合、フェールセーフ動作によって、コイル
及びその関連シャッターエレメントは重力のもとで、下
方の、安全な、ビームがビームダンプに向けて逸らされ
るか、又はビームダンプに向かってまっすぐに進行する
ことができる位置に降下する。従って、重力の影響は重
要で、必要とされた場合、ボイスコイルをその最上部の
位置に支持するための手段があるべきである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によって、レーザ
ービームの経路に作用するシャッターエレメントを作動
させる方法であって、シャッターエレメントが導電性コ
イルメカニズムによって駆動され、移動の第１の期間に
コイルに駆動電流を流すステップ；移動の第２期間に電
流方向を逆転させ、制動力を提供するステップ；及び、
移動の第３の期間に、電気減衰期間と電気保持電流が流
される期間を交互に反復するステップ、を有する方法が
提供される。

【０００８】電気減衰（電気的防振）はコイルの末端を
効果的にショートすることにより達成することができ
る。いくつかの態様において、これは、ブリッジメカニ
ズムによって達成される。

【０００９】交互期間（電気減衰期間（電気的防振期
間）及び保持電流を流す期間の交互反復期間）は、移動
位置の所望の端から所定の距離で行われるであろう。

【００１０】本発明の第２の態様によって、レーザービ
ームのためのシャッターの作動装置が提供され、作動装
置は、コイルに電流を流した場合に永久磁界を移動する
ことが可能で、コイルが移動した場合にシャッターエレ
メントを移動させるために接続された導電性コイル；第
１方向に駆動電流を流す手段を有するコイルへ電流を供
給する手段；逆転方向に制動電流を流す手段；及び電気
減衰期間及び電気保持期間（保持電流が流される期間）
を交互に反復する手段、を有してなる。本発明の実施形
態は、添付の図を参照しながら単なる例示を介して記述
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、レー
ザービームのシャッターの効果を全般的に例示する。レ
ーザービームは経路１（線図は経路の軸線及びビーム２
の大体の直径を示す）に沿って移動する。時間の第１の
ポイントにおいて、反射シャッターミラー３は、ビーム
経路の外側に位置されるため、ビームは、ビームを吸収
するビームダンプ４に向かって進行する。図１の（Ｂ）
で、シャッターミラーは、レーザービーム１を遮断する
位置に移動される。シャッターミラーはビームをビーム
送出経路５に向けて反射する。シャッターミラーは通常
比較的敏速に二つの位置を移動されなければならず、示
されるように、垂直に移動可能であるため、駆動電流が
停止すると、シャッターミラーは、安全処置として、図
１（Ａ）に示されるように、重力によって下方位置に降
下し、そのためレーザーが安全にビームダンプ４に向か
って進行することを可能にする。

【００１２】図２はボイスコイルメカニズムを概略的に
示す。コイル６は、スチールコア７に関して軸方向にス
ライドするように配置される。コイルは、コイルと共に
移動し、シャッターを形成するミラー（図示せず）を支
持する支持体８に取り付けられる。スチールシリンダー
９は、スチールコア７と同軸で、スチールコア７を囲ん
で位置し、それぞれのベース部分１０で一体となってい
る。スチールシリンダーは、コイル６に磁界を印加する
永久磁石１１を備えている。使用の際、コイル６に電流
が流され、電流の方向に依存して、コイルが一方向又は
その逆方向に移動する。電流の量は、コイルに働く力を
決定し、従って、その加速度及び速度を決定する。

【００１３】最低限の衝撃及び振動を伴った短時間の走
行時間を達成するのに、好適な動作とは、三角形の速度
−時間プロファイルでの移動部分を加速し、続いて制動
することである。図３の（Ａ）は、これを達成するため
に、トラバース（移動時間）の最初の半分（前半）の時
間（駆動段階）に、加速するために電流（通常３〜４ア
ンペア）がどのようにコイルに送り込まれるかを示す。
次に、トラバースの残りの半分（後半）の時間（制動段
階）に、電流の方向が逆転される。電流は、時間Ｔ₁中
は第１方向に、時間Ｔ₂中は第２方向に流され、理想的
状況では、双方の時間は等しい。図３の（Ｂ）は、この
電流がどのように三角形の速度プロファイルを作り出す
かを示す。図３の（Ｃ）は、時間に対してのコイルの位
置を示し、図３の（Ｄ）は、位置に対してのコイルの速
度を示す。移動の終わりの位置に対する速度の示差（微
分）は、無限になることが認識されるべきである。結果
として、例えば、温度の影響又は摩擦の影響で、電流の
振幅及び持続時間が厳密に正確ではない場合、コイルは
所望の位置に到達せずに停止するか、又は所望の位置を
越えて進行し、末端停止位置に衝突するであろう。本発
明は、この状況を改善する方法を提供する。

【００１４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の実施形
態の詳細を更に例示する。図４（Ａ）は、図４の（Ｂ）
のセクションＹ−Ｙのラインで結ばれた部分による平面
図を示し、及び図４（Ｂ）は、図４の（Ａ）のセクショ
ンＸ−Ｘのラインで結ばれた部分による側面図を示す。

【００１５】本態様において、短形のコイル１２は、緊
密にはめ込まれた短形スチール中心垂直コア１３に沿っ
て上下に移動するように配置されている。この短形コイ
ル１２の停止位置は、中央部コアによって二つの磁気回
路を形成するために２つの垂直側部材１６に取り付けら
れた延長されたスチール上部部品１４及びスチール底部
部品１５である。永久棒磁石１７はそれぞれの側部材１
６内表面に取り付けられ、コイル１２は、永久磁石及び
中央部コアの間に緊密なはめ合いの間隙の中を移動す
る。コイルは、直線スライド装置１９の移動エレメント
に取り付けられたフェースプレートから延びた２つのア
ルミニウムサイドプレート１８によって支持される。従
って、移動エレメントはコイル１２と共に移動し、ミラ
ー支持体２１に支持されるミラー２０に直接接続され、
ミラーを移動させる。

【００１６】更に、以下に詳細が更に説明されるよう
に、補助のレーザービーム照準（ポインティング）シス
テムの一部を形成するミラーメカニズムも主要ミラーと
共に移動されるであろう。

【００１７】電気接続（図４（Ａ）及び４（Ｂ）には図
示されず）がコイルに施されるため、電流がコイルを通
るように第１方向に流される場合、コイルは上方に移動
し、電流の方向が逆転すると、コイルに働く力も逆転す
る。

【００１８】駆動段階から制動段階に切り換えるタイミ
ングの重要性を軽減するために、上記に概略を述べた制
御方式に加えて関連した二つの対策が追加される。電気
減衰はトラバースの最終段階（’減衰段階’）で行わ
れ；制動段階から減衰段階への切り換えは所望される進
行位置の末端から所定の距離（にある位置）より開始さ
れる。

【００１９】減衰はコイルの両端を効果的にショートす
ることによって達成されることができる。これが行われ
た場合、移動部品の運動エネルギーは、ボイスコイルで
の熱に転換される。コイルは磁界を移動しているため、
電圧はコイルに誘導され、その電圧はコイルの瞬間速度
に比例する。この結果、コイルにその動作に抵抗する力
を生成する電流の流れをもたらす。減衰の効果は図５に
概略して示され、移動の第３段階（’減衰段階’）で
の、移動の終了の位置に対する速度の示差は、かなり軽
減され、’軟らかい着床’がもたらされ、Ｔ₁及びＴ₂
の値が厳密に正確ではない場合でも、最終停止位置にお
ける衝突又は跳ね返りの危険性は非常に少なくなる。

【００２０】制動段階から減衰段階への転換はシャッタ
ーアッセンブリに関するコイルの位置を検知する近接ス
イッチによって簡便に作動されることができる。ある態
様におけるスイッチは、直線状スライド装置のフェース
プレートに取り付けられたスチールベーン（羽根）２３
によって作動するホール効果スイッチ(Hall effectswit
ch) ２２である。好適な態様では、そのようなスイッチ
が２つ設けられ、各々は移動位置のそれぞれの末端から
約３mmの位置に配置される。

【００２１】図６の（Ａ）は、ボイスコイルに電流を供
給するための駆動回路を示す。コイル１２には、ブリッ
ジ駆動装置２４によって制御される４つのエレメントＤ
₁、Ｄ₂、Ｄ₃及びＤ₄を有する半導体ブリッジからの
電流が供給される。ブリッジ駆動装置は、シャッター指
令信号２６の状態及びシャッター位置決定（近接）スイ
ッチ２２の状態に応答する制御論理ユニット２５からの
制御信号を受信する。好ましい実施形態において、デバ
イスＤ₁〜Ｄ₄は、MOSFET（ＭＯＳ電界効果トランジス
タ）であるが、どちらか一方の方向に電流を伝導するこ
とができる他のデバイスであってもよい。Ｄ₁〜Ｄ₄は
ブリッジ構成で配置され、制御されるため、最初の起動
段階の間、ボイスコイルを流れる平均電流は、図６の
（Ｂ）に示される方向（例えば、図では左から右）に流
れる。次の制動段階の間は、平均電流は、コイルを逆方
向に流れる（図６（Ｂ）参照）。結果として、減衰段階
（図６（Ｄ））において、デバイスＤ₂及びＤ₄がオン
にされ、従って、コイルの電流はＤ₂及びＤ₄を通って
巡回することができる。Ｄ₂及びＤ₄は、オンの状態で
低いインピーダンスを有するため、コイルをショートす
るのと同じこととなる。

【００２２】コイルを通る電流は、レジスタンス（抵抗
器）２８に出力し、電流コンパレーター２７によって測
定される。電流コンパレーターのデザインは広く知られ
ている。それは、例えば、電流を固定基準と比較するた
めの差動増幅器構成を有してなるであろう。

【００２３】上記の４つのコードラント（象限）切換え
技術にかわり、ブリッジの動作モードには、分割電流チ
ョッピング技術及びステアリング技術などの他の代替技
術を用いてもよい。また、半導体ブリッジは、例えば、
電流が最大値に到達すると電流の上昇が停止され、最小
値に到達すると電流の低下が停止される最大−最小（例
えば、ヒステリシス）制御などの、他の方法によって制
御されることができる。或いは、固定周波数可変デュー
テサイクル制御のような技術、又はその他の技術が使用
されてもよい。主に、ブリッジは、ボイスコイルを駆動
するために、例えば電流のフィードバックを利用した線
形増幅器などの他の手段によって代替されることができ
る。

【００２４】更に変更を加えることにより、（電圧源か
ら）電流を制御せずにコイルに通電することができる。
従って、電流は、コイルのレジスタンス（抵抗）及びイ
ンダクタンスのみによって制御され得る。

【００２５】図６の（Ｂ）に示される態様の駆動段階の
間、コイル電流は、図７の（Ａ）（駆動段階を例示す
る）に示されるような一定値で制御されるのが好まし
く、これは、一定−オフ期間方法(Constant-off-period
-method)を使って達成することができる。図７の（Ｂ）
は、図７（Ａ）の一部を拡大して駆動段階の初期段階を
例示したものである。この方法によって、駆動回路はコ
イルに上昇する電流を供給し、これは電流コンパレータ
ー２７によって検知される。電流が所定値Ｉに届いたと
き、電流供給は、一定のオフ期間Ｔオフにされる。好ま
しい態様では、Ｔの値は約５０ｍｓである。図６に示さ
れる駆動回路において、電流供給期間では、デバイスＤ
₁及びＤ₄がオンにされ、オフ期間では、デバイスＤ₂
及びＤ₃のみがオンにされ、従って、オフ期間では電流
は部分的に減衰する。コイルは、レジスタンス（抵抗）
Ｒ及びインダクタンスＬの両方を有するため、電流の急
速な変化に抵抗する。オフ期間Ｔの終わりに、デバイス
Ｄ₁及びＤ₄が再度オンにされ、電流が再度、値Ｉに届
き、電流が次のオフ期間が開始されるまでコイルに再度
供給され、これは駆動（加速）段階の間、交互に連続さ
れる。約５０％の電流駆動のデューテサイクルが与えら
れると、オン期間の長さも通常５０ｍｓ又はその前後で
ある。この技術によって、Ｉの値及び／又はデューテサ
イクルが選択され、駆動電流の所望の平均値レベル（通
常３．５Ａである）を達成することができる。

【００２６】制動段階の間、同様の電流制御モードが適
用される。この場合、電流コンパレーターは、電流レベ
ルがマイナスＩに届いたときにオフ期間に切り換えられ
る。この状況は、図８の（Ａ）及び（Ｂ）のコイルの下
降トラバース（移動）に示される。制動段階が終了する
と、減衰段階が開始され；コイルは効果的にショートさ
れるため電流は０に減衰する。図８（Ｂ）は、減衰段階
への移行を拡大された時間目盛上に示す。

【００２７】しかしながら、まず第１に、コイルアッセ
ンブリが減衰段階の終わりに重力により落下することを
防ぎ、第２に上端停止位置に対してコイルアッセンブリ
を引き上げるように作用するために、トラバースの上端
でのコイルへの電流供給が必要なため、図８は上方トラ
バースには適用されない。コイルアッセンブリがそれぞ
れのトラバース、即ち、上昇（上方）及び降下（下
方）、を一致した基準位置から開始することが必要なた
め、これは、重要である。

【００２８】降下ストロークの駆動段階における電流の
方向が正であった場合の上昇トラバース中の電流の方向
が図９の（Ａ）に示される。図９の（Ｂ）は上昇トラバ
ースの制動段階から減衰段階への移行を拡大された時間
目盛上に示す。一定の平均電流（通常−３．５Ａ）によ
る持続時間Ｔ₃の駆動段階の後は、一定の平均電流、通
常＋３．５Ａによる持続時間Ｔ₄の制動段階となる。制
動段階の後は、安定した低レベルの負の保持電流−Ｉ_m
で終了する減衰段階となる。

【００２９】制動段階の間、その前のように、電流コン
パレーターがコイルへの電流駆動を遮断する上限Ｉと一
定のオフ期間で達成される低いレベル（この間、電流は
減衰する）の間で電流はハンティングを起こす。減衰段
階へ切換えると、オフ期間が開始され、電流コンパレー
ターのリミット（限界値）はＩから−Ｉ’（Ｉ’はＩよ
りもかなり小さい）に変化される。

【００３０】減衰段階のオフ期間の間、例えば、図６に
示されるブリッジの関連デバイスを’オン’にすること
によって、コイルは効果的にショートされる。しかしな
がら、オフ期間は、Ｔの値が通常駆動段階及び制動段階
中に適用される５０ｍｓから、通常１０Ｔ（例えば約５
００ｍｓ）に増加される。オン期間では電流レベルが−
Ｉ’に到達し、１０Ｔのオフ期間が開始するまで電流の
供給が続けられる。

【００３１】従って、減衰段階が開始する場合、コイル
はショートされ、電流は降下し始める。最初のオフ期間
の終わりでは、０を通り−Ｉに電流の供給量を下げる。
この点で次のオフ期間が開始する。コイルがショートさ
れるため、電流レベルは減衰するが、次のオン期間中に
は−Ｉ’に回復される。Ｉ’の値は好適なレベルにセッ
トされるため、この安定状態の間、平均電流Ｉ_mは重力
に抗してコイルアッセンブリを上部位置に支持するのに
十分な値である。好ましい態様において、Ｉ_mは約６０
０ｍＡである。これは重力に抗してコイルアッセンブリ
を静止した状態で支持するために必要とされる値の約２
倍である。減衰段階（例えば、ショート／保持の交互す
る状態）中に、電流のオン期間は通常約５０ｍｓである
ため、デューテサイクルは、駆動及び制動段階中の５０
％と比較すると、５０／５５０＝９％である。つまり、
減衰段階の約９１％の時間はコイルがショートされてい
るのである。

【００３２】安定した減衰状態は、シャッターが閉鎖
（例えば、下部）位置に戻るように指示されるまで適用
される。

【００３３】図９に示される減衰段階の後、次の下降駆
動段階の開始時に、電流のプロファイルは図７に示され
るものに戻る。従って、コイルは最初は上端停止位置に
静止した状態でセットされるため、駆動（モータ）段階
は図７に示されるように、実際は０からではなく、マイ
ナスの電流値（平均値−Ｉ_m）から始まる。

【００３４】減衰が移動の終わりに行われるという事実
にかかわらず、それぞれのトラバースに駆動及び制動段
階のそれぞれの持続時間である時間Ｔ₁、Ｔ₃及び
Ｔ₂、Ｔ ₄値が正確に選択されることが依然として重要
である。これらの時間が正確に選択されない場合、動作
は要求通りにはならないであろう。

【００３５】本発明の実施形態では、Ｔ₁からＴ₄の初
期の値は、図１０のフロー線図にまとめられた初期化ル
ーチンを含むソフトウェアによって決定される。時間Ｔ
₃及びＴ₄の決定のため、コイルアッセンブリは、図９
に示される減衰段階と同様に、保持電流の通電とショー
トとが交互に行われる下端停止位置に始めに配置され
る。プログラムは、一連の電流プロファイルに従ってコ
イルアッセンブリが通電される一連の試行を実行し、シ
ステムは、それに続いて起こる動作の結果、上部近接ス
イッチ２２が作動したか否かを決定する。それぞれの試
行の電流プロファイルの終わりに、減衰段階が続いて起
こり、コイルアッセンブリは、ショート及び保持電流通
電の交互作用のもと、底端停止位置に静かにドリフトす
る。これが進行すると、下部近接スイッチ２２が作動さ
れる。従って、それぞれの試運転において、プログラム
は下部スイッチが作動する前に上部スイッチが作動した
かどうかを確認するための点検をする。更に、駆動電流
パルスの開始から上部スイッチが作動する瞬間までの時
間間隔ｔ_sも測定されて記録される。従って、図１０を
参照すると、初期化ルーチン（100 ）の開始地点で、時
間Ｔ₃は０．１ｍｓに選択される。続いて、第１回目の
試運転が実行される（101 ）。時間ｔ_sが測定され（10
2 ）、ｔ_sμＴ₃＋Ｔ₄（103 ）の場合、ルーチンは成
行されたと判断され、停止される（104 ）。そうでない
場合、上部スイッチが作動されたか否かの決定がなされ
る（105 ）。上部スイッチが作動したと決定された場
合、時間Ｔ ₄は、例えば、０．１ｍｓだけ増加され（10
6 ）、次の試運転が開始される。運転中に上部スイッチ
が作動しなかった場合、時間Ｔ₃は０．１ｍｓだけ増加
され（107 ）、試運転が新たに開始される。

【００３６】ルーチンは、全てのパラメタが正しくなる
まで続けられる。

【００３７】通常、第１回目の運転では駆動パルスは
０．１ｍｓだけコイルに印加される。上部スイッチが作
動しない場合、次回の試行において、駆動パルスの長さ
が累進的に０．１ｍｓインクレメント（増加分）ずつ、
スイッチが最終的に作動するまで増加される。次の試行
では、前回の駆動パルス値の終わりに、持続時間０．１
ｍｓ分の制動パルスが加えられる。従って、前回の試行
でスイッチが作動した場合、次回の試行における制動パ
ルスの幅が０．１ｍｓだけ増加される。逆に、前回の試
行でスイッチが作動しなかった場合、次回の試行で駆動
パルス幅が０．１ｍｓだけ増加される。プロセスは、駆
動パルスの持続時間Ｔ₃＋制動パルスの持続時間Ｔ₄が
ｔ_sとなるまで続けられる。この値はＴ_mと表示され
る。この条件が満たされたとき、ユーザーは、コイルア
ッセンブリが上部スイッチに到達しているだけで（到達
するまで上昇していて）、制動パルスが正確に駆動パル
スを補償していることを確認することができる。つま
り、所望の動作が達成され、Ｔ₃及びＴ₄の最終値は最
適であるということである。

【００３８】次のルーチン操作（シャッターの開放＝上
昇トラバース）の間、駆動パルスの持続時間はまず、Ｔ
₃にセットされ、制動パルスの持続時間は、（Ｔ_m−Ｔ
₃）にセットされる。上昇トラバースのＴ₃及びＴ_mの
通常の値は、それぞれ18.5ｍｓ及び３２ｍｓである。

【００３９】持続時間Ｔ₃の駆動パルス及び持続時間
（Ｔ_m−Ｔ₃）の制動パルスによって、コイルアッセン
ブリは上部近接スイッチに丁度到達することが確認され
るであろう。しかしながら、上端停止位置は通常上部ス
イッチよりも少し（強いて言えば約３mm）上方に位置さ
れる。コイルアッセンブリが実際に上部スイッチを通過
し、上端停止位置に到達することを確実にするために、
ルーチン動作中に、切換え時間Ｔ_sは、監視され、ｔ_s
≧Ｔ_mである場合、Ｔ₃は小さい増分Ｔ_c（通常０．３
ｍｓ）だけ増加される。ｔ_s＜ｘ・Ｔ_m（ｘは通常０．
９である）である場合、Ｔ₃はＴ_cだけ減少される。

【００４０】測定及び調整は連続して実施され、最適化
された動作をプロセスの持続時間を通して確実にする。

【００４１】上昇トラバースの場合、制動段階から減衰
段階への移行は普通、例えば上部近接スイッチの作動に
よって行われる。しかしながら、スイッチが何らかの理
由で作動せず、近接スイッチによって制動電流パルスの
終了よりも先に減衰段階が開始されない場合には、制動
電流パルスの終わりに減衰段階が自動的に開始される。

【００４２】降下トラバースには、Ｔ₁、Ｔ₂及びＴ_p
（例えば、ｔ_s＝Ｔ₁＋Ｔ₂のときのｔ_sの値）の値を
決定するための同等の初期化手順がある。この場合、下
部近接スイッチの作動が主要判定基準となり、ｔ_sの値
は下部スイッチの作動に関連して測定される。その他の
点に関して、原理及びストラテジー（戦略）は上昇トラ
バースのものと類似している。Ｔ₁及びＴ_pの通常の値
はそれぞれ15.5ｍｓと２９ｍｓである。

【００４３】位置検知スイッチとして、ホール効果スイ
ッチ以外の手段が使用されてもよい。動作に対する抵抗
を減らすため、非接触スイッチが好適である。

【００４４】本発明の代替的実施形態において、アッセ
ンブリの移動両端に保持電流が流されてもよく、シャッ
ターエレメントはいづれのプレーン（平面）を移動する
ように配置されてもよいので、シャッター向きが主に垂
直方向から離れる場合、これは特に必要となるであろ
う。

【００４５】制御アルゴリズムの説明において、コイル
アッセンブリの位置は、２つの位置において、２つのス
イッチによって検知される。それらのスイッチは、それ
らが関連する末部停止位置即ち移動位置端からほぼ３mm
の距離に位置されてよい。

【００４６】異なったタイプのスイッチ又は位置又は速
度検知手段を使用することにより、更に追加された又は
他の位置データ或いは速度データが得られるであろう。

【００４７】制御電流を提供するために半導体ブリッジ
が使用される場合、好ましい態様で示されたMOSFET装置
は、他の好適な装置（その無制限の例として、絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ(IGBT)やＳＣＲ（サイリス
タ）などがある）と交換されることができる。トランジ
スタ及びＳＣＲなどの装置が使用される場合、パラレル
ダイオードも必要となるであろう。

【００４８】本発明は、たくさんのタイプのデザイン及
び形状のシャッターと共に使用することができる。例え
ば、シャッターミラーは好ましい態様で示されたように
入射ビームに対して４５°の位置に配置される必要はな
く、例えば、１５°〜７５°内のあらゆる角度又はそれ
以上の角度などのあらゆる好適な角度に配置されてよ
い。シャッターエレメントは、示された反射エレメント
ではなくて吸収エレメントでもよい。シャッターが反射
エレメントである場合、平面状のエレメントでなくても
よい。基体は、例えば、直角プリズム又はその他の型或
いは形状のものでよい。シャッターエレメントは、直線
的に移動する必要はなく、例えば、回転エレメントに取
り付けられてその位置に出入りするように回転し、ボイ
スコイル装置によって駆動されることができる。

【００４９】主要（高パワー）レーザービームをビーム
経路に向ける必要性に加え、低パワー可視ビーム（’照
準ビーム’）をビーム経路に向けるという実用的必要性
もよくある。特にこれは、例えば、主要ビーム（1064ｎ
ｍＹＡＧビームなど）が非可視であるなど、（主要ビー
ムが）可視スペクトラム外の波長を有する場合に必要と
される。

【００５０】低パワー可視照準ビームは、ビーム経路に
沿った構成部品が目視的にビーム経路に対して安全に位
置合わせされることを可能にする。それは、主要ビーム
がビーム経路を引き続き通過する場合に、主要ビームが
例えば加工物などに入射する位置をユーザーに示唆す
る。これは、例えば教示モードでロボットビーム送出ヘ
ッドをプログラムする時に特に有益である。

【００５１】照準ビームは、好ましい態様において、通
常２ｍＷヘリウム−ネオンレーザー（波長６３３ｎｍ）
又は３ｍＷ半導体ダイオードレーザー（波長６３５ｎ
ｍ）によって提供されるが、その他のタイプのレーザー
及び／又は異なった波長及びパワーによってももちろん
提供されることができる。

【００５２】図１１の（Ａ）及び１１の（Ｂ）を参照し
て、主要ビーム４１のためのシャッターミラー４０は、
通常、作動装置メカニズムによって主要ビームのビーム
経路内に入ったりそれから出たりするようにほぼ垂直に
移動する。

【００５３】第２の独立したレーザービームは照準ビー
ムとして使用され、これは、例えばレーザーダイオード
ユニット４３などによって提供される。照準ビームは、
固定された第１補助ミラー４４（垂直下の第２補助ミラ
ー４５にビームを向ける）にほぼ水平にトラバース（移
動）する。第２ミラー４５はメインシャッターミラー４
０を支持する取り付け部４６の延長線上に取り付けら
れ、従ってシャッターミラーによって置換されることが
できる。第２ミラーは、照準ビーム４２を主要ビーム経
路４７に平行した方向に水平に向けることができるよう
に一定の角度で配置される。

【００５４】動作において、図１１の（Ａ）に示される
ようにシャッターミラー４０がその上部位置（シャッタ
ー’開放’状態）にあるとき照準ビームはビーム経路の
上方に位置する。シャッターミラー４０に対してミラー
４５の間隔を正確に配置することによって、シャッター
ミラーが、図１１の（Ｂ）に示されるようにその下方位
置にあるとき、照準ビーム軸線は、ビーム経路軸線と一
致するため、照準ビームはビーム経路をトラバースす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、ビーム送出経路に影響を
及ぼすためにレーザービームの経路の外及びその経路内
にそれぞれ位置されたシャッターミラーの概略図であ
る。

【図２】ボイスコイル作動装置の概略図である。

【図３】説明上の線図である。

【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態を示し
たものである。

【図５】本発明の実施形態の位置に対する駆動コイルの
速度を示したものである。

【図６】（Ａ）は、駆動回路を示したものであり、
（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、様々な段階における
（Ａ）の回路の一部を示したものである。

【図７】時間に対する電流の線図である。

【図８】時間に対する電流の線図である。

【図９】時間に対する電流の線図である。

【図１０】最適化ルーチンのフロー線図である。

【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、追加された照準ビーム
及び関連した指令メカニズムが含まれる装置を示す。

【符号の説明】

１２コイル１３短形スチール中央部垂直コア１４スチール上部部品１５スチール底部部品１６垂直側部材１７永久棒磁石１８アルミニウム側プレート１９直線スライド装置２０ミラー２１ミラー支持体２２ホール効果スイッチ２３スチール羽根

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウォルターアルバートゴーサルスオランダ国 5685 エーズィーベストクリムヘウベル 12 (72)発明者マイケルロドニーケイトリーイギリス国シーブイ22 ７アールジーウォアウィックシャー州ラグビーロングルードロード 20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザービームの経路に作用するシャッ
ターエレメントを作動する方法であって、前記シャッタ
ーエレメントは導電コイルメカニズムによって駆動さ
れ、前記方法が、移動の第１期間にコイルに駆動電流を流すステップ；移
動の第２期間に電流の方向を逆転させて制動力を提供す
るステップ；及び、移動の第３期間に電気減衰期間及び
保持電流が通電される期間を交互に反復するステップ、
を有してなる、シャッター作動方法。
【請求項２】前記電気減衰が、実質的にコイルをショ
ートすることによって得られる、請求項１記載のシャッ
ター作動方法。
【請求項３】前記電気減衰及び保持電流の通電の交互
反復が、コイルがショートされる期間及び電流が所定の
レベルまで上昇する保持期間を交互に反復することによ
って達成される、請求項２記載のシャッター作動方法。
【請求項４】前記減衰期間が、前記保持期間よりも長
い、請求項３記載のシャッター作動方法。
【請求項５】前記減衰は、コイルがその移動において
所定の位置に到達したときに開始される、請求項１乃至
４の内の一項に記載のシャッター作動方法。
【請求項６】前記方法の前記駆動電流及び制動電流期
間が、更に最適の動作が達成されるまで徐々に調整され
る最適化ルーチンを有してなる、前記請求項１乃至５乃
内の一項に記載のシャッター作動方法。
【請求項７】前記方法が、前記シャッターエレメント
を逆方向に作動させる方法を有してなり、前記作動方法
が、移動の一期間に駆動電流をコイルに流すステップ；
移動の次の期間に電流方向を逆転させ、制動力を提供す
るステップ；及び更に続く移動の期間にコイルの動作を
電気的に減衰するステップ、を有してなる、請求項１記
載のシャッター作動方法。
【請求項８】前記逆方向が、シャッターの下方移動を
表す、請求項７記載のシャッター作動方法。
【請求項９】レーザービーム用のシャッター作動装置
であって、前記装置が、コイルに電流が流されたとき、
永久磁界において移動が可能で、コイルが移動したとき
にシャッターエレメントを動かすように接続された導電
コイル；及び第１方向に駆動電流を流す手段を有するコ
イルへの電流供給手段；逆方向に制動電流を流す手段；
電気的に減衰を行う手段、及び；電気減衰期間及び電気
保持期間を交互に反復する手段を有してなる、シャッタ
ー作動装置。
【請求項１０】前記電気減衰を行う手段が、実質的に
コイルをショートする手段を有してなる、請求項９記載
のシャッター作動装置。
【請求項１１】前記電流供給手段が、コイルを通る電
流の方向を選択的に変化させることに適するブリッジ装
置を有する、請求項９又は１０記載のシャッター作動装
置。
【請求項１２】前記電気減衰及び電気保持の交互反復
手段が、コイルを電気的にショートする期間及び電流を
所定のレベルに上昇させる期間を交互に実行する手段を
有する、請求項９乃至１１記載のシャッター作動装置。
【請求項１３】コイルが移動中に、１つ又はそれ以上
の所定の位置に到達したときにこれを検知して信号を発
生する手段、及びこの信号を使って電流を制御する手段
を含む、請求項９乃至１２の内の一項に記載のシャッタ
ー作動装置。
【請求項１４】更に、補助レーザービームのビーム方
向付け手段を有し、前記ビーム方向付け手段がシャッタ
ーエレメントと一定の関係で取り付けられ、シャッター
エレメントと共に移動する、請求項９乃至１３の内の一
項に記載のシャッター作動装置。
【請求項１５】前記ビーム方向付け手段は、補助ビー
ムを主要レーザービームがシャッターエレメントによっ
て方向付けられる軸に対して平行方向に方向付けられる
ように配置された光学的エレメントである、請求項１４
記載のシャッター作動装置。