(57)【要約】【課題】加工品表面上での単純でかつコスト効率の高い焦点制御を可能にする方法および構造を提供する。【解決手段】機械部品１２は、加工品表面２３にわたって規定の移動経路２８に沿って導かれる。機械部品１２は、この移動中、加工品表面２３から規定の距離５０を隔てて保持される。この目的のために、規定のリード１８で機械部品１２の前方で作動する距離センサ１４が設けられる。距離センサ１４と加工品表面２３との間の複数の距離値が決定され、規定の距離５０を調節する複数の制御値が、距離値の関数として決定される。規定の距離５０は、制御値によって繰り返し調節される。前記移動経路２８に沿った距離値は、第１のグリッド間隔４６によって決定される。制御値は、第２のグリッド間隔４４で規定の移動経路２８に沿って決定される。第１および第２のグリッド間隔４６、４４は、異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工品表面（２３）にわたって、前記加工品表面（２３）から規定の距離（５０）を隔てて規定の移動経路（２８）に沿って保持されている機械部品（１２）を、前記規定の移動経路（２８）に沿って導く方法および構造であって、
規定のリード（１８）で前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）の前方で作動する距離センサ（１４）を設けるステップと、
前記規定の移動経路（２８）に沿って前記距離センサ（１４）と前記加工品表面（２３）との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するステップと、
第１の距離値（Ｓ（ｍ））の関数として前記規定の距離（５０）を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するステップと、
前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）を移動させて、前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））によって前記規定の距離（５０）を繰り返し調節するステップとを含み、
前記距離値（Ｓ（ｍ））が、第１のグリッド間隔（４６）で前記規定の移動経路（２８）に沿って分布している複数の測定位置（ｍ）において決定され、
前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、第２のグリッド間隔（４４）で前記規定の移動経路（２８）に沿って分布している複数の作動位置（ｉ）に割り当てられており、
前記第１および第２のグリッド間隔（４６、４４）が異なることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のグリッド間隔（４６）が、前記第２のグリッド間隔（４４）より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のグリッド間隔（４６）が、前記第２のグリッド間隔（４４）より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
各距離値（Ｓ（ｍ））が、前記距離値（Ｓ（ｍ））の前記測定位置（ｍ）に最も近いところにある作動位置（ｉ）に割り当てられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
多数の距離値（Ｓ（ｍ））が、各作動位置（ｉ）について決定される（６２〜７２）ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
多数の距離値（Ｓ（ｍ））が、１つの作動位置（ｉ）について、当該１つの作動位置（ｉ）の制御値を決定するために平均化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、回転メモリ（３４）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記距離（５０）を調節する前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、累進制御ゲインを有する制御装置（４０）に供給されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が前記メモリ（３４）内に設けられており、異なる作動位置（ｉ）に関する少なくとも２つの制御値（ΔＴＳ（ｉ）、ΔＴＳ（ｉ±１）、ΔＴＳ（ｉ±２））が、フィルタされた制御値（ΔＴＳｆｉｌｔ（ｉ））を決定する（８６、９４）ためにＦＩＲフィルタによって組み合わされる（９４）ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記機械部品（１２）が、前記規定の移動経路（２８）に対して横に走る、直線の作動範囲（９８）を前記加工品表面（２３）上に有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
各々が規定のリード（１８）で前記直線の作動範囲（９８）の前方で作動する、少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が、設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
距離制御値および角度制御値が、前記加工品表面（２３）に平行な前記直線の作動範囲（９８）を導くために、前記少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）によって決定および供給される（６６〜７０）ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各々が規定のリード（１８）で前記直線の作動範囲（９８）の前方で作動し、距離値を供給する少なくとも３つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が設置けられており、前記距離制御値および前記角度制御値が、前記少なくとも３つの距離値の関数として決定される（６６〜７０）ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
機械の制御ユニット（３２）で実行されたときに請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計されているプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項１５】
加工品表面（２３）にわたって、移動経路（２８）に沿って前記加工品表面（２３）から規定の距離（５０）を隔てて保持されるように構成されている前記機械部品（１２）を、前記規定の移動経路（２８）に沿って導く構造であって、
規定のリード（１８）で前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）の前方で作動するよう構成された少なくとも１つの距離センサ（１４）であって、
前記移動経路（２８）に沿って当該距離センサ（１４）と前記加工品表面（２３）との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するように設計された距離センサ（１４）と、
さらに、
第１の距離値（Ｓ（ｍ））の関数として、前記規定の距離（５０）を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するように設計された制御ユニット（３２）と、
前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）を移動させる第１の駆動装置（３０）と、前記制御値によって前記規定の距離（５０）を繰り返し調節する第２の駆動装置（２４）とを含み、
前記少なくとも１つの距離センサ（１４）が、第１のグリッド間隔（４６）で前記移動経路（２８）に沿って分布している複数の測定位置（ｍ）において前記距離値（Ｓ（ｍ））を決定するように設計されており、
前記制御ユニット（３２）が、第２のグリッド間隔（４４）で前記移動経路（２８）に沿って分布している複数の作動位置（ｉ）に前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））を割り当てるように設計されており、
前記第１および第２のグリッド間隔（４６、４４）が異なることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工品表面にわたって、前記加工品表面から規定の距離を隔てて規定の移動経路に沿って保持されている機械部品を、前記規定の移動経路に沿って導く方法および構造であって、規定のリードで前記移動経路に沿って前記機械部品の前方で作動する距離センサを設けるステップと、前記規定の移動経路に沿って前記距離センサと前記加工品表面との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するステップと、第１の距離値（Ｓ（ｍ））の関数として前記規定の距離を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するステップと、前記移動経路に沿って前記機械部品を移動させて、前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））によって前記規定の距離を繰り返し調節するステップとを含む方法に関する。
【０００２】
本発明は、加工品表面にわたって、移動経路に沿って前記加工品表面から規定の距離を隔てて保持されるように構成されている前記機械部品を、前記規定の移動経路に沿って導く構造であって、規定のリードで前記移動経路に沿って前記機械部品の前方で作動するよう構成された少なくとも１つの距離センサであって、前記移動経路に沿って当該距離センサと前記加工品表面との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するように設計された距離センサと、さらに、第１の距離値（Ｓ（ｍ））の関数として、前記規定の距離を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するように設計された制御ユニットと、前記移動経路に沿って前記機械部品を移動させる第１の駆動装置と、前記制御値によって前記規定の距離を繰り返し調節する第２の駆動装置とを含む装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような方法およびこのような装置は、下記特許文献１によって開示されている。
この明細書では、当接縁部に沿って２つのプレートを互いに溶接する役目をする溶接ヘッドを有する構造を開示している。一定のリードで溶接ヘッドの前方にて距離センサが作動する。距離センサは、溶接ヘッドを当接縁部のコースにわたって正確に導くことができるように、当接縁部のコースおよび２つのプレートの表面上方の溶接ヘッドの高さを判断する目的に供する。溶接ヘッドの制御回路は、前方にて作動する距離センサの出力信号によって供給される遅延補正段階（ｓｔａｇｅ）を含む。距離センサは、アクチュエータを介して、所望の高さ位置および当接縁部に対する側方位置に制御される。遅延補正段階によって、対応する制御信号がリード分遅延して溶接ヘッド用のアクチュエータに渡される。この時間遅延の目的は、確実に、溶接ヘッドが、距離センサが遅延時間分だけ先に想定した位置を、すべての時点で正確に想定するようにすることにある。距離センサは自己調整により、当接縁部上方の所望の位置を維持することから、溶接トーチは、所望の経路に追随する。
【０００４】
この公知の方法には、距離センサが溶接ヘッドの動きと独立して制御されることから、距離センサと溶接ヘッドとの両方に駆動要素が必要であるという欠点がある。多数のアクチュエータのために、この方法は、経費のかかるものとなっている。さらに、溶接ヘッドが距離センサに追随する精度は、個々のアクチュエータの公差によって制限される。溶接ヘッドは、距離センサの自己調整に従うことができても、溶接トーチのアクチュエータが距離センサのアクチュエータに対応する範囲に限られる。この公知の方法は、特に、目的が、主として点状の有効範囲で溶接ヘッドを導くのではなく、加工品表面上に直線の作動範囲を有する機械部品を加工品表面上で導くことにあるとき、複雑かつ不利なものである。
【０００５】
また、下記特許文献２では、加工品表面上方において、規定の距離を隔てて工具を導く構造および方法を開示している。例示的な実施形態においては、相互に重ねて配置された、サイズが異なる２つのプレートを、小さい方のプレートの終端縁部に沿って溶接する。この場合、溶接ヘッドは、触知により縁部のコースを取得する感知素子に追随する。制御構造は、確実に、溶接ヘッドが縁部のコースに追随するようにするものであり、加工品表面り上方の溶接ヘッドの高さ位置も追跡される。下記特許文献１の構造とは対照的に、溶接ヘッドは、ここでは、距離センサに固定的に結合されている。したがって、必要なアクチュエータは、少なくて済む。しかしながら、この公知の解決手段では、このような予めプログラムされた移動経路からのずれのみを感知素子が取得することから、正確に予めプログラムされた移動経路が必要である。さらに、焦点制御は、感知素子についてのみ正確であるが、後方で作動する溶接ヘッドについては正確ではない。
【０００６】
加工品表面上方で規定の距離を隔てて機械部品を導く他の提案が複数ある。下記特許文献３によれば、多数の走行輪が機械部品（レーザ加工ヘッド）上に配設されている。走行輪は、処理される加工品の溶接継目の極力近傍に位置決めされねばならないが、これは、溶接作業の場合および／または高感度表面の場合、問題である。
下記特許文献４においては、写真を加工品表面上に突出したスロットパターンのカメラで撮ることが提案されている。下記特許文献５（＝下記特許文献６）では、溶接ヘッドが同様にローラを介して加工品表面上を導かれる状態で、溶接継目の領域において色のスペクトルを評価することを提案している。下記特許文献７では、レーザ溶接継目に対して斜めに面する検知器によってレーザ誘起プラズマの強度を評価することを提案している。これらの提案のすべてには、距離を決定するために複雑な信号処理が必要である。
【０００７】
他の提案では、案内される機械部品上または案内される機械部品において極力近傍に設置するべき容量性センサを使用する（下記特許文献８、９、１０、１１）。これらの提案は、案内される機械部品の前にある距離センサのリード（もしくは間隔）を回避するか、またはこのようなリードを無視しようとするものである。
下記特許文献１２では、第１の動作モードで処理され、かつ、第２の動作モードで実際の処理作業を行う距離センサを加工品表面にわたって導くことを開示しており、第１パスからの測定値は、距離制御用に第２パスにおいて使用される。この方法は、機械部品を加工品表面にわたって少なくとも２回案内されなければならないために時間のかかるものである。
【０００８】
さらに、加工品表面上の制御された機械部品の作動範囲は実質的に点状であることが、すべての公知の方法に共通している。直線の作動範囲用の焦点制御は行われない。
【特許文献１】独国特許出願公開第３３４１９６４Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９６１５０６９Ａ１号明細書
【特許文献３】独国実用新案第２９９０４０９７Ｕ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第３２４３３４１Ａ１号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０５５４５２３Ｂ１号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第６９２１９１０１Ｔ２号明細書
【特許文献７】独国特許出願公開第１９５１６３７６Ａ１号明細書
【特許文献８】欧州特許第０７４３１３０Ｂ１号明細書
【特許文献９】独国特許第１９７２７０９４Ｃ２号明細書
【特許文献１０】独国実用新案第９１１７１８０Ｕ１号明細書
【特許文献１１】旧東ドイツ仮専用特許第２８６８８７Ａ５号明細書
【特許文献１２】独国特許出願公開第３７３０７０９Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上を背景として、本発明の目的は、加工品表面上での単純でかつコスト効率の高い焦点制御を可能にする代案を提供することである。この新規方法は、直線の作動範囲を有する機械部品の場合に単純でかつコスト効率の高い適用を可能にすることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、この目的は、距離値が、第１のグリッド間隔で移動経路に沿って分布している複数の測定位置で決定され、かつ、制御値が、第２のグリッド間隔で移動経路に沿って分布している複数の作動位置に割り当てられており、第１および第２のグリッド間隔が異なる、冒頭で述べたタイプの方法によって達成される。
本発明の別の態様によれば、この目的は、少なくとも１つの距離センサが、第１のグリッド間隔で移動経路に沿って分布している複数の測定位置で距離値を決定するように設計されており、制御ユニットが、第２のグリッド間隔で規定の移動経路に沿って分布している複数の作動位置に制御値を割り当てるように設計されており、第１および第２のグリッド間隔が異なる、冒頭で述べたタイプの装置によって達成される。
【００１１】
したがって、この新規な方法およびこの新規な構造は、冒頭で述べた上記特許文献１から公知のように、前方にて作動する少なくとも１つの距離センサを使用する。その結果、本新規な方法および本新規な構造は、使用される距離センサの技術から独立したものである。原則として、機械部品と加工品表面との間の距離を決定することができる信号を供給することができる任意のセンサを使用することが可能である。適切な距離センサの選択は多種多様であるため、本新規な方法および本新規な構造は、非常に高いコスト効率で実施することができる。リードにより、距離センサを、さらに、後方で作動する機械部品による干渉および損傷から非常に良好に保護することができる。距離センサには加工品表面上の処理部位との「視覚的接触」は不要であることから、遮蔽板を分離のために使用することができる。
【００１２】
本新規な方法および本新規な構造によって、少なくとも１つ距離センサおよび機械部品を互いに固定的に結合することが可能である。その結果、上記特許文献１の解決手段と比較して、必要とされる駆動要素の数を少なくすることができる。さらに、別個の駆動要素の公差ずれによって生じる追跡エラーが回避される。したがって、本新規な方法および本新規な構造によって、高精度でコスト効率の高い機械部品誘導が可能である。一方、機械部品の追跡による視差は、効果的に補正または回避することができる。
【００１３】
さらに、本新規な方法および本新規な構造には、測定値を記録するステップ（実際の状態の判断）および規定の距離を調節するステップが、異なるグリッド間隔の結果として分離される、という利点がある。したがって、１つの作動位置について、多数の距離値を測定したり、平均化したりすることが容易に可能である。これによって、短期間の変動が無視されることから、非常に円滑かつ正確な制御応答が可能である。逆に、平坦な加工品表面の場合には、非常に速い移動速度を達成することができ、その理由は、規定の距離の調節は、この場合、数多くの距離測定によって「不必要に」妨げられることがないからである。
【００１４】
最後に、距離値の記録および、相互に独立したグリッド間隔による規定の距離の調節によって、好適な例示的な実施形態によって以下に示すように、直線の作動範囲または２次元の作動範囲でさえも加工品表面上に最適に設定するべきであるときに、非常に単純な実施が可能となる。
したがって、上記の目的は、完全に達成される。
【００１５】
本発明の好適な改良形態においては、第１のグリッド間隔は、第２のグリッド間隔より小さい。
この改良形態においては、距離値は、規定の距離を調節するための制御値よりも高い頻度または密度で決定される。これによって、取得した距離値を選択し、信頼性をチェックし、好ましくは平均化することができる。これによって、制御応答がより円滑なものとなる。さらに、この改良形態の新規な方法および新規な構造は、距離値の測定に影響を与える確率的干渉の影響が小さい。その結果、この改良形態では、焦点制御の特に高い精度を達成することが可能である。
【００１６】
さらなる改良形態においては、第１のグリッド間隔は、第２のグリッド間隔より大きい。
この改良形態は、非常に速い送り速度を可能にするものであり、特に、加工品表面が非常に平坦であるときに好適である。この改良形態においては、距離測定値よりも多い制御値が利用可能である（制御値の密度が距離値の密度より高い）ことから、補間距離値の関数としての「割り当て」距離値なしで制御値を決定することが好ましい。距離センサが前方で作動するため、この場合、「将来的」距離値を使用して、即ち、機械部品がまだ到達していない測定位置の距離値を使用して、補間することが可能である。その結果、この改良形態によって、測定経費が節減されるにもかかわらず、規定の距離を正確に観察することができる。
【００１７】
さらなる改良形態においては、各距離値は、距離値の測定位置に最も近いところにある作動位置に割り当てられる。
あるいは、「冗長な」距離値は、廃棄することができるか、または、信頼性のチェックのみ役立てることができる。しかしながら、より均一でかつより正確な制御応答が、各距離値が作動位置および制御値の決定における局面（ｆｅａｔｕｒｅｓ）に割り当てられた場合に達成される。
【００１８】
さらなる改良形態においては、多数の距離値が、各作動位置について決定される。
この改良形態は、各制御値は多数の測定距離値の関数であることから、同様に、より均一で、より正確な制御応答に貢献する。測定シーケンスにおける誤った測定および／または干渉は、より効果的に抑制される。
さらなる改良形態においては、１つの作動位置の制御値を決定するために、その１つの作動位置について、多数の距離値が平均化される。
【００１９】
先に説明したように、この改良形態は、円滑かつ正確な制御応答を達成する単純かつ効果的な可能性である。
さらなる改良形態においては、制御値は、回転メモリ内に設けられている。回転メモリでのメモリ位置は、第２のグリッド間隔での各種作動位置に対応すること、即ち、メモリエントリーが各作動位置について設けられていることが好ましい。
【００２０】
回転メモリの使用は、少なくとも１つの距離センサのリードからの作動値を管理する非常に単純で、かつコスト効率の高い可能性である。特に、この改良形態は、少なくとも１つの距離センサのリードに基づいて緩衝しなければならない制御値の数に等しいか、またはほんの少しだけ大きい、多数のメモリ位置を有する非常に小さなメモリの使用を可能にする。
【００２１】
さらなる改良形態においては、距離を調節するための制御値は、累進制御ゲインを有する制御装置に供給される。
この改良形態においては、制御装置は、高いシステム偏差の場合には偏って上昇する非線形制御ゲインを有する。制御装置は、小さなシステム偏差の場合に全く反応しないこと、即ち、制御ゲインは、規定の閾値を下回ると消滅することが好ましい。
【００２２】
制御操作は、この改良形態によって加速させることができる、即ち、規定の距離は、比較的高いシステム偏差の場合には、より素早く所望の範囲に調節される。一方、わずかなシステム偏差の場合に「あいまいさ」を導入すると、応答がより円滑となる。これによって、より高い処理品質が可能となる。
さらなる改良形態においては、制御値はメモリ内に設けられており、作動位置が異なる少なくとも２つの制御値が、フィルタ処理済み制御値を決定するために、ＦＩＲフィルタによって組み合わされる。これは、特に、ＦＩＲフィルタによる組み合わせが機械部品が調整されるまで、換言すると、制御値がメモリから読み出されたとき、または後に、行われないときに好ましい。さらに、使用される制御値の少なくとも一つが「将来的」制御値であるとき、即ち、後方で作動している機械部品がまだ到達していない作動位置に関係する制御値であるときに好ましい。
【００２３】
この改良形態によって、特に円滑かつ正確な制御応答が可能である。この改良形態は、「将来的」距離値をフィルタ処理に組み込むことができるために、前方で作動している距離センサによって可能となる利点を利用する。したがって、オンライン操作において位相に忠実であるフィルタを実施することが可能である。制御値がメモリから読み出されたとき、その後、最大数の「将来的」距離値を考慮することができるため、少なくとも２つの制御値の組み合わせを行うことが特に好ましい。
【００２４】
さらなる改良形態においては、機械部品は、規定の移動経路に対して横に走る、直線の作動範囲を加工品表面に有する。
この改良形態は、加工品表面が線形帯域の光でスキャンされ、および／もしくは加熱される本発明の好適な用途に向けたものである。このような用途では、加工品表面上の点ばかりではなく、広範な幾何学的図形にも焦点が合った状態に保つという課題が生じる。ここで最適な焦点制御を達成するために、直線の作動範囲に沿った距離を機械部品の焦点内に保つことが必要であるが、これは、公知の方法では不可能であるか、または、大きな経費をかけて行わねばならない。本発明によって、好適な例示的な実施形態に関して以下に示すように、直線の作動範囲について単純な焦点制御が可能である。
【００２５】
さらなる改良形態においては、各々、規定のリードで直線の作動範囲の前方で作動する、少なくとも２つの距離センサが設置されている。
この改良形態は、直線の作動範囲を焦点が合った状態に保つ、特に単純で、かつコスト効率の高い可能性である。特に、この改良形態によって、点状に測定する単純な距離センサの使用が可能となる。
【００２６】
また、それ自体が発明を形成するさらなる改良形態においては、距離制御値および角度制御値は、加工品表面に平行な直線の作動範囲を導くために、少なくとも２つの距離センサによって決定および供給される。
あるいは、多数の距離制御値をこの目的に使用することができる。これとは対照的に、この好適な改良形態によって、直線状の有効範囲に沿った規定の距離の、非常に単純で、かつコスト効率の高い調整が可能である。
【００２７】
さらなる改良形態においては、各々、規定のリードで直線の作動範囲の前方にて作動し、かつ距離値を供給する、少なくとも３つの距離センサが設置されており、距離制御値および角度制御値は、少なくとも３つの距離値の関数として決定される。
この改良形態によって、直線の動作範囲のコース全体にわたって規定の距離の非常に均一かつ正確な調節が可能である。さらに、この改良形態は、好適な例示的な実施形態に関連して以下で示すように、非常にコスト効率よく実施することができる。
【００２８】
上述した特徴、および以下で説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ指定された組み合わせばかりではなく、他の組み合わせで、または、単独で使用することができることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の例示的な実施形態を図面に示すとともに、以下の説明において、より詳細に説明する。
本新規な構造の例示的な実施形態全体を、図１に参照番号１０で示す。構造１０は、ここでは支持部１６上に共同で配設される、機械部品１２および、少なくとも１つの距離センサ１４を含む。距離センサ１４は、機械部品１２からの側方へのオフセット１８を伴って、支持部１６上に固定されている。オフセット１８は、支持部１６が加工品に対して移動されたときに距離センサ１４が機械部品１２の前方で作動するリードである。
【００３０】
参照番号２０は、加工品２２が配置されるテーブルを示す。加工品２２は、例えば、表面近くの層を相互に結合するために特定の方法で表面を加熱するべきである多層要素であってもよい。このような用途は、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造時に生じる。この好適な場合においては、機械部品１２は、加工品２２の加工品表面２３から最適な焦点距離で誘導されなければならないレーザである。
【００３１】
テーブル２０の高さは、この例示的な実施形態においては、油圧シリンダー２４および矢印２６によって示すように、調節することができる。あるいは、または補足として、支持部１６の高さも、調節可能とすることができる。さらに、この例示的な実施形態においては、テーブル２０を、矢印２８の方向に移動させることができ、それにより、加工品表面２３にわたって反対方向への機械部品１２の相対的移動が生成される。したがって、テーブル２０には、ここでは模式的にのみ示す駆動装置３０が設けられている。あるいは、または補足として、矢印２８に平行に支持部１６を移動させることも可能である。したがって、矢印２８は、構造１０の全体的な移動軸を指定している。また、この移動軸は、以下ではＹ軸とも表す。
【００３２】
参照番号３２は、テーブル２０の移動を制御する制御ユニットを示す。制御ユニット３２は、この例示的な実施形態において、回転メモリとして設計されているメモリを含む。メモリ３４は、順次、周期的に書き込まれ、かつ、読み込まれる多数のメモリ場所（ｌｏｃａｔｉｏｎｓ）を有する。メモリ場所内の最も古いエントリーは、それぞれ、最新のエントリーによって上書きされる。メモリ位置の数は、距離センサ１４と機械部品１２との間のリード１８に対応している。メモリ位置の数は、少なくとも、機械部品１２が位置Ｙ０に到達したときに位置Ｙ＝Ｙ０の距離センサ１４によって読み込まれた距離値（またはそれに基づいた制御値）がメモリ３４内に依然として存在するほどの大きさである。
【００３３】
制御ユニット３２は、入力回路３６を有する。入力回路３６は、距離センサ１４の距離値または距離信号を記録する役目をする。さらに、入力回路３６にはセンサ３８の出力信号が供給され、これによって、テーブル２０の高さを矢印２６（Ｚ軸）の方向に決定することができる。入力回路３６は、メモリ３４のメモリ位置に記憶することができるように、受け取った距離値および高さ値を条件づけるように設計されている。このメモリ位置が、データを記録するために、多数のバイトを含むことができることは、言うまでもない。メモリ位置の数は、メモリ回転３４においては、リード１８にわたる移動軸２８に沿って決定することができるＹ位置の数に対応することが好ましい。
【００３４】
出力側では、制御ユニット３２は、テーブル２０の高さおよび送り移動を調節する役目をする制御装置（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４０を有する。好適な例示的な実施形態においては、制御装置４０は、図１に特性曲線によって示す非線形制御ゲインを有する。使用されるのはＰＩＤ制御装置であることが好ましいが、ＰＩ制御装置、ＰＤ制御装置、またはＰ制御装置であってもよい。さらに、これは、制御装置４０が、非常に小さいシステム偏差の場合に反応しないときに好適である。換言すると、制御装置４０は、規定の閾値を上回るシステム偏差があって初めて、システムを補正し始める。
【００３５】
目盛り４２は、構造１０の下方に示されている。目盛り４２は、相対的に粗いグリッド４４と、より細かいグリッド４６とを有する。相対的に粗いグリッド４４は、ここでは、テーブル２０の移動方向２８において決定することができるＹ位置を指定するものである。好適な例示的な実施形態においては、制御値は、各Ｙ位置４８について決定され、テーブル２０の高さ、およびそれゆえに機械部品１２と加工品表面２３との間の距離５０は、上記の制御値によって調整される。  
【００３６】
グリッド４６は、グリッド４４のグリッド間隔より小さいグリッド間隔を有する。グリッド４６の各グリッド点５２は、距離センサ１４が加工品表面２３からの距離を測定する測定位置を示す。これらの測定値は、距離値として制御ユニット３２に伝達され、これらの測定値は、図１からわかるように、機械部品１２と加工品表面２３との間の距離と常に同一であるわけではない。
【００３７】
第１のグリッド４６の相対的に高いグリッド密度は、距離センサ１４が連続的に加工品表面２３からの距離を決定することの結果とすることもでき、連続的な距離値は、デジタル距離値を取得するために、その後、Ａ／Ｄ変換器によって変換されることが好ましい。
第１のグリッド４６および第２のグリッド４４のグリッド点は、参照番号４８で示す、第２のグリッド４４のＹ位置にて一致する。第２のグリッドのＹ位置４８（グリッド点）は、ここで、例えば、工作機械および座標測定機械からそれ自体公知の方法で、ガラス製スケールによって読み込まれる。ガラス製スケールの解像度によって、第２のグリッドのグリッド間隔４４が決まる。
【００３８】
図２から図４は、前と同じ要素を示す同一の参照番号を付して、３つの作動位置での構造１０を示している。
図２のテーブル２０は位置Ｙ＝Ｙ０に位置し、かつ、距離センサと機械部品との間のリードは５０ｍｍであると仮定してもよい。テーブル２０の高さは、例えば、テーブルゼロ点（ここでは図示せず）を基準にして５μｍであってもよい。距離センサ１４は、例えば、加工品表面２３に対して−３μｍの距離値を測定する。−３μｍの値は、ゼロ点（ここでは図示せず）を基準としている。テーブル２０および距離センサ１４のゼロ点は、両方の値がゼロに等しいときに加工品表面２３が機械部品１２の焦点に位置するように選択される。
【００３９】
図３では、テーブル２０はＹ＝２５ｍｍのＹ位置に位置すると仮定してもよい。換言すると、テーブル２０は、２５ｍｍ右に移動している。距離センサ１４は、例えば、２μｍの距離値を供給し、一方、テーブル２０の高さは、ここでは7μｍであってもよい。
図４の作動位置においては、テーブル２０はｙ＝５０ｍｍにあると仮定してもよい。テーブル２０の高さは６μｍであり、一方、センサ１４の距離値は（偶然で）２μｍであってもよい。すべての指定値を、改めて下表にまとめる。
2009504407.tif 000003
【００４０】
表の横列は、回転メモリ３４内のメモリ位置に対応している。各Ｙ位置は、メモリ位置＝表横列に割り当てられている。各メモリ位置内に記憶されているのは、テーブル高さＴ（ｙ）および距離値Ｓ（ｍ）である。本発明のこの例示的な実施形態においては、制御操作は、テーブル２０がＹ位置Ｙ＝５０ｍｍに到達するまで始めることはできない。この時点で利用可能であるのは、現在のテーブル高さＴ（５０ｍｍ）＝６μｍであり、テーブル高さＴ（０）＝５μｍおよび距離値Ｓ（０）＝−３μｍという情報は、距離センサ１４がＹ位置ｙ＝０に位置していたときに存在していたものである。換言すると、機械部品１２は、制御プロセスを開始することができるように、始めは加工品表面２３に対してリード１８分移動させなければならない。
【００４１】
第５の縦列に従って、ここで、Ｙ位置ｙ＝０およびｙ＝５０での２つのテーブル高さ間の差異とＹ位置ｙ＝０での距離値Ｓ（０）とから、瞬間的なシステム偏差ＣＶを決定することが可能である。図示する例示的な実施形態においては、その結果は、基準ゼロ点に対する−２μｍのシステム偏差である。このシステム偏差は、システム偏差を補正するために制御装置４０に供給される。換言すると、制御装置４０は、−２μｍのシステム偏差が消滅するようにテーブル高さを制御する。この操作は、さらなるＹ位置ごとに周期的に繰り返される。
【００４２】
図５は、テーブル高さおよび距離値をメモリ３４に読み込む好適な例示的な実施形態を示す。
ステップ６０に従って、Ｙ位置ｙ＝ｉでのテーブル２０の高さＴ（ｉ）を初めに読み込む。ステップ６２において、グリッド間隔４６に対応するカウンタをゼロに設定する。ステップ６４において、カウンタｍ＝ｍ＋１をインクリメントさせる。次いで、ステップ６６に従って、距離値Ｓ（ｍ）を読み込む。ステップ６８において、読み込んだテーブル高さＴ（ｉ）と距離値Ｓ（ｍ）との差異ΔＴＳ（ｉ）を決定する。上記した表に従って、この差異はメモリ３４内に記憶される。さらに、テーブル高さＴ（ｉ）が、差異値に関して記憶される。以下でさらに詳細に説明するように、ステップ７０に従って、角度の決定を行うことができる。ステップ７２に従って、次のＹ位置に到達したか否かに関する問合わせを行う。これが当てはまらない場合、ステップ７４に従って、方法はステップ６４に戻る。グリッド位置（測定位置）ｍ＝ｍ＋１について、さらなる距離値が読み込まれる。Ｙ位置ｙ＝ｉは同じ（または少なくとも測定解像度は変化を示さない）ことから、ステップ６８において、距離値Ｓ（ｍ）およびＳ（ｍ＋１）を平均化してテーブル高さＴ（ｉ）から差し引く。これによって、より円滑で正確な制御応答につながる、距離値の円滑化が得られる。
【００４３】
質問７２で、次のＹ位置ｙ＝ｉ＋１に既に到達しているとわかったときに始めて、カウント変数ｍが、再びゼロに設定される。Ｙ位置ｙ＝ｉ＋１に割り当てられる距離値は、ここで読み込まれ、平均化されて記憶される。
この方法では、測定位置ｍ（グリッド４６内に記録）での距離値は、各々、最も近くに在るＹ位置（作動位置）に割り当てられる。これは、参照番号７７によって図２に記号的に示されている。
【００４４】
例示的な実施形態においては、ここまで、距離センサ１４の測定位置を指定するグリッド間隔４６は、テーブル２０のＹ位置を指定する第２のグリッド４４より小さいと仮定されている。反対の場合も可能である。ここでは、新しいＹ位置が読み込まれるが、新しい距離値が利用可能ではないということが発生する可能性がある。先の説明とは対照的に、その後、ステップ６６では、距離値は読み込まないが、外挿、またはその後の後工程の場合には内挿によって、距離値を形成する。この場合、したがって、同様に、少なくとも１つの距離値が、各Ｙ位置に割り当てられる。
【００４５】
図６は、簡略化したフローチャートによって、テーブル高さを調節する制御操作を示す。ここでは、同様に、ステップ８０において、テーブル２０のＹ位置を指定するカウント変数をゼロに設定する。ステップ８２において、計数変数ｉをインクリメントさせる。ステップ８４において、実際のテーブル高さＴ（ｉ）を読み込む。上記した表においては、このテーブル高さは、例えば、６μｍ（最下部の表横列を参照されたい）であった。
【００４６】
ステップ８６にて、テーブル高さとＹ位置ｙ＝ｉ−Ｖでの距離値との差異ΔＴＳ（ｉ−Ｖ）をメモリ３４から検索する。その後、ステップ８８にて、読み込まれた値間の差異からシステム偏差ＣＶを決定する。
ＣＶ  ＝  ΔＴＳ（ｉ−Ｖ）−Ｔ（ｉ）
ステップ９０において、制御装置４０にシステム偏差ＣＶを供給し、制御装置４０はそれに応じてテーブル高さを調節する。次いで、ステップ９０に従って、次の作動位置ｉ＝ｉ＋１について、さらなるプログラム実行を行う。
【００４７】
図６のフローチャートは、この好適な方法の順序の改変例を示す。ここでは、差異ΔＴＳ（ｉ−Ｖ）がメモリ３４から検索されるだけではない。それどころか、隣接するＹ位置の対応する値ΔＴＳ（ｉ±１−Ｖ）、ΔＴＳ（ｉ±２−Ｖ）も、メモリから読み出される。次いで、すべての値は、フィルタ処理された制御値ΔＴＳｆｉｌｔ（ｉ−Ｖ）を取得するために、ＦＩＲフィルタ処理（有限インパルス応答フィルタ処理）において互いに組み合わされる。次いで、ステップ８８において、システム偏差ＣＶを決定するためにフィルタ処理された値を使用する。ＦＩＲフィルタ処理によって、より円滑な制御応答となる。前方で作動する距離センサ１４の結果として、フィルタ処理に「将来的」Ｙ位置を組み込むことも可能であることから、位相に忠実であるとともに、特に高い制御精度を可能にするＦＩＲフィルタが取得される。
【００４８】
図７は、好適な例示的な実施形態における加工品表面２３の模式的平面図を示す。この例示的な実施形態においては、機械部品１２は、加工品表面２３上にレーザ線９８を生成するレーザであり、このレーザ線は、本新規な方法により全長Ｌにわたって焦点が合った状態に保たれることを意図している。例示的な実施形態は、Ｙ軸の方向にレーザ線９８の下方を通過する加工品表面の加熱である。レーザ線９８は、加工品表面２３の移動方向に対して横に走る。図７に示す例示的な実施形態においては、レーザ線９８は、Ｙ軸に直交して位置合わせされている。
【００４９】
本好適な例示的な実施形態においては、少なくとも３つの距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが、レーザ線９８の前方で作動する。距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、互いに隣り合って配設されているとともに、機械部品１２またはレーザ線９８に対して同じリード１８を有する。この構成によって、Ｙ軸上方で加工品表面２３の回転運動１００を決定することが可能である。この場合、構造置１０は、レーザ線９８を全長にわたって加工品表面２３上に集中させることができるように、テーブル２０をＹ軸周りに回動させることができるように設計されることが好ましい。
【００５０】
特に好適な例示的な実施形態においては、加工品表面２３は、少なくとも２つの距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの距離値を用いて、距離制御値および角度制御値を決定することによって、Ｙ軸周りに調整する。これを、図５のフローチャートのステップ７０に示す。指数「１」および「２」は、少なくとも２つの距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの少なくとも２つの距離値を示す。
【００５１】
さらなる好適な例示的な実施形態においては、角度オフセット値および距離オフセット値を制御ユニット３２に入力することができることが意図されている。制御装置４０は、テーブル位置調節中にオフセット値を考慮する。適切なオフセット値を入力することによって、例えば、一連の試験を実施するために、焦点からレーザ線９８を具体的に除去することが可能である。角度オフセット値および距離オフセット値に０を入力すると、全長にわたってレーザ線９８が、焦点が合った状態に保たれる。
【００５２】
レーザ線９８の焦点制御のために、２つの距離センサ１４ａ、１４ｃからの２つの距離値を有することで十分であろう。３つまたはそれ以上の距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを使用すると、距離値の数が、距離および角度の２つの制御変数を決定するのに必要な数よりも多くなる。
換言すると、距離および角度の制御のシステムは、３つまたはそれ以上の距離センサを使用すると過剰に定義される。しかしながら、過剰な定義は、システム偏差を決定するためにその後使用される平均直線を決定するときに有利に用いることができる。このような平均直線を図８に参照番号１０２で示す。この場合、平均直線１０２は、距離センサ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの距離値間の最小２乗法に従った平均直線である。平均直線１０２のオフセット１０４（Ｚ軸と平均直線１０２が交差する）は、距離制御のためにシステム偏差として有利に用いることができる。そこで、直線の勾配、即ち、角度１０６は、Ｙ軸周りのテーブルの傾きを調整するシステム偏差の役目をする。
【００５３】
さらなる例示的な実施形態（ここでは図示せず）においては、制御装置４０は、構造１０の最大許容動特性（ｄｙｎａｍｉｃｓ）（最大加速および最大速度）に限定されることが意図されている。したがって、大きなシステム偏差の場合には、構造１０の損傷が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本新規な構造の例示的な実施形態の簡略化した模式図である。
【図２】１つの作動位置にある図１の構造を示す図である。
【図３】別の作動位置にある図１の構造を示す図である。
【図４】さらに別の作動位置にある図１の構造を示す図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、どのように距離値が読み出されるかを示す、簡略化したフローチャートである。
【図６】本発明の例示的な実施形態をさらに示す、簡略化したフローチャートである。
【図７】機械部品が直線の動作範囲を加工品表面上に有する場合の構造の模式図である。
【図８】図７の装置に基づく、本発明の好適な例示的な実施形態を示すグラフである。
【図１】
2009504407.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月4日(2007.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工品表面（２３）にわたって、前記加工品表面（２３）から規定の距離（５０）を隔てて規定の移動経路（２８）に沿って保持されている機械部品（１２）を、前記規定の移動経路（２８）に沿って導く方法および構造であって、
規定のリード（１８）で前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）の前方で作動する距離センサ（１４）を設けるステップと、
前記規定の移動経路（２８）に沿って前記距離センサ（１４）と前記加工品表面（２３）との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するステップと、
第１の距離値（Ｓ（ｍ））の関数として前記規定の距離（５０）を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するステップと、
前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）を移動させて、前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））によって前記規定の距離（５０）を繰り返し調節するステップとを含み、
前記機械部品（１２）が、前記規定の移動経路（２８）に対して横に走る、直線の作動範囲（９８）を前記加工品表面（２３）上に有し、
各々が規定のリード（１８）で前記直線の作動範囲（９８）の前方で作動する少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が設けられており、
距離制御値（１０４）および角度制御値（１０６）が、前記加工品表面（２３）に対して平行な前記直線の作動範囲（９８）を導くために、前記少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）によって決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
各々が規定のリード（１８）で前記直線の作動範囲（９８）の前方で作動し、距離値を供給する少なくとも３つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が設けられており、前記距離制御値（１０４）および前記角度制御値（１０６）が、前記少なくとも３つの距離値の関数として決定される（６６〜７０）ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記距離値（Ｓ（ｍ））が、第１のグリッド間隔（４６）で前記移動経路（２８）に沿って分布している複数の測定位置（ｍ）において決定され、前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、第２のグリッド間隔（４４）で前記移動経路（２８）に沿って分布している複数の作動位置（ｉ）に割り当てられており、
前記第１および第２のグリッド間隔（４６、４４）が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のグリッド間隔（４６）が、前記第２のグリッド間隔（４４）より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のグリッド間隔（４６）が、前記第２のグリッド間隔（４４）より大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各距離値（Ｓ（ｍ））が、前記距離値（Ｓ（ｍ））の前記測定位置（ｍ）に最も近いところにある作動位置（ｉ）に割り当てられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
多数の距離値（Ｓ（ｍ））が、各作動位置（ｉ）について決定される（６２〜７２）ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
多数の距離値（Ｓ（ｍ））が、１つの作動位置（ｉ）について、当該１つの作動位置（ｉ）の制御値を決定するために平均化されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、回転メモリ（３４）内に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記距離（５０）を調節する前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が、累進制御ゲインを有する制御装置（４０）に供給されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御値（ΔＴＳ（ｉ））が前記メモリ（３４）内に設けられており、異なる作動位置（ｉ）に関する少なくとも２つの制御値（ΔＴＳ（ｉ）、ΔＴＳ（ｉ±１）、ΔＴＳ（ｉ±２））が、フィルタされた制御値（ΔＴＳｆｉｌｔ（ｉ））を決定する（８６、９４）ためにＦＩＲフィルタによって組み合わされる（９４）ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
機械の制御ユニット（３２）で実行されたときに請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計されているプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【請求項１３】
加工品表面（２３）にわたって、移動経路（２８）に沿って前記加工品表面（２３）から規定の距離（５０）を隔てて保持されるように構成されている前記機械部品（１２）を、前記規定の移動経路（２８）に沿って導く構造であって、
規定のリード（１８）で前記移動経路に沿って前記機械部品（１２）の前方で作動するよう構成された少なくとも１つの距離センサ（１４）であって、前記移動経路（２８）に沿って当該距離センサ（１４）と前記加工品表面（２３）との間の複数の距離値（Ｓ（ｍ））を決定するように設計された距離センサ（１４）と、
前記距離値（Ｓ（ｍ））の関数として、前記規定の距離（５０）を調節する複数の制御値（ΔＴＳ（ｉ））を決定するように設計された制御ユニット（３２）と、
前記移動経路（２８）に沿って前記機械部品（１２）を移動させる第１の駆動装置（３０）と、前記制御値によって前記規定の距離（５０）を繰り返し調節する第２の駆動装置（２４）とを含み、
前記機械部品（１２）が前記加工品表面（２３）上に直線の作動範囲（９８）を有し、前記直線の作動範囲は前記移動経路（２８）に対して横に走り、
少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が設けられており、各前記２つの距離センサは、規定のリード（１８）で前記直線の作動範囲（９８）の前方で作動するよう構成され、
前記制御ユニット（３２）が、前記加工品表面（２３）に平行な前記直線の作動範囲（９８）を導くために、前記少なくとも２つの距離センサ（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）によって距離制御値（１０４）および角度制御値（１０６）を決定する（６６〜７０）ように設計されていることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
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