(57)【要約】  本発明は、加工サイクルを通してレーザー加工システムのヘッドアセンブリのキャパシタンスを用いる動的な高さ調整システム及び方法に関する。提案されたシステム及び方法は単一の周波数の利用を含み、向上された信頼性とともに被加工材料間の高さと距離における変化を決定するために、位相における変化が測定され且つ処理される。本システムはさらに動作的なコンピュータプロセッサー制御、ならびに、統合されたシステム及び選択可能な遠隔インターフェイスを通じて加工制御信号及びフィードバック分布における実質的な改善を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー加工システムにおいて被加工材料に対する切断ヘッドの高さを調整するための方法であって、
前記切断ヘッドにおけるキャパシタンスセンサーを、前記被加工材料に対して位置決めするステップと、
第１の周波数を有する少なくとも第１の信号を前記キャパシタンスセンサーに適用するステップと、
使用中に前記第１の信号を評価することによって、前記キャパシタンスセンサーのキャパシタンスが変化するにつれ、前記第１の信号の位相の変化を連続的に監視するステップと、
前記位相の変化を計測された高さの参照領域と比較するステップであって、これによって前記被加工材料に対する前記切断ヘッドの高さを決定する、ステップと、を備えることを特徴とする調整するための方法。
【請求項２】
前記第１の信号を動作範囲にわたって増幅するステップと、
前記増幅された第１の信号をデジタル化するステップであって、これによって前記連続的に監視される位相の変化の分解能を高める、ステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の調整するための方法。
【請求項３】
前記使用中に前記切断ヘッドを、前記被加工材料に対して位置決めするために動作させる前記レーザー加工システムにおいて、位置決めのシステムを提供するステップと、
前記決定された切断ヘッドの高さに係る信号を生成するステップと、
決定された加工パラメータに対して、前記信号を監視するステップと、
前記使用中に、前記切断ヘッドを配置するための前記信号に係る、前記位置決めの位置決めシステムを連続的に制御するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の調整するための方法。
【請求項４】
第２の信号を前記キャパシタンスセンサーに適用するステップをさらに備え、
前記第２の信号は、前記第１の周波数を有し、且つ、前記第１の信号とは異なる固定された位相であり、且つ、参照信号として作動し、
前記監視するステップが、参照波形として前記第２の信号を監視するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の調整するための方法。
【請求項５】
前記第２の信号が、前記使用中に前記第１の信号の位相変化の相対的な大きさを決定するために監視されることを特徴とする請求項４に記載の調整するための方法。
【請求項６】
前記比較するステップに次いで、
前記被加工材料からの前記切断ヘッドの高さの計測された範囲に対する前記第１の周波数の校正された位相変化の範囲を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の調整するための方法。
【請求項７】
レーザー加工システムにおいて、被加工材料に対する切断ヘッドの高さを調整するための方法であって、
前記被加工材料に対して前記切断ヘッドにおけるキャパシタセンサーを位置決めするステップであって、
前記キャパシタセンサーはノズル及び孤立したセンサーブロックを含む、位置決めするステップと、
周波数においては等しいが、位相においては異なる第１及び第２の信号を生成するステップと、
前記第１の信号を前記キャパシタセンサーに適用するステップと、
前記被加工材料に対する前記切断ヘッドの位置に関する前記キャパシタセンサーにおけるキャパシタンスが変化するにつれ、前記第１の信号における位相シフトを監視するステップと、
前記第１の信号から位相において−９０°近く異なる固定された値に前記第２の信号を調整するステップと、
前記第２の信号における位相において異なるような前記固定された値に対して前記第１の信号の前記位相シフトを評価することにより、前記キャパシタセンサーのキャパシタンスが変化するにつれ前記第１の信号の位相シフトを決定するステップと、
位相変化に対する高さのマップされた関係と前記キャパシタンスの変化を比較するステップであって、これによって、使用中に前記切断ヘッドと前記被加工材料の間の相対的な高さを決定する、ステップと、を備えることを特徴とする、調整するための方法。
【請求項８】
前記使用中に前記被加工材料に対して前記切断ヘッドを位置決めするように作動する前記レーザー加工システムにおける位置決めシステムを提供するステップと、
前記決定された切断ヘッドの高さに関する制御信号を生成するステップと、
決定された加工パラメータに対して前記制御信号を監視するステップと、
前記使用中に前記切断ヘッドを配置するための前記制御信号に従って前記位置決めの位置システムを連続的に制御するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の調整するための方法。
【請求項９】
レーザー加工システムにおいて、被加工材料に対する切断ヘッドの高さを調整するためのシステムであって、
前記被加工材料に対する前記切断ヘッドにおけるキャパシタンスセンサーと、
第１の周波数を有する第１の信号を前記キャパシタンスセンサーに適用する手段と、
使用中に前記第１の信号を評価することによって、前記キャパシタンスセンサーのキャパシタンスが変化するにつれ、前記第１の信号の位相変化を連続的に検出するための検出器と、
前記位相変化を計測された切断ヘッドの高さの参照領域と比較するための作動比較システムであって、これによって前記被加工材料に対する前記切断ヘッドの高さを決定する、作動比較システムと、
を備えることを特徴とする調整するためのシステム。
【請求項１０】
前記使用中に前記被加工材料に対して前記切断ヘッドを位置決めするために作動する前記レーザー加工システムにおける位置決めシステムと、
前記決定された切断加工ヘッドの高さに係る信号を生成するための生成器と、
決定された加工パラメータに対して前記信号を監視するための監視装置と、
前記使用中に、前記切断ヘッドを配置するための前記信号に従って前記位置決めシステムを連続的に制御するための加工コントローラと、
をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の調整するためのシステム。
【請求項１１】
前記キャパシタンスセンサーに第２の信号を適用する手段であって、前記第２の信号は、前記第１の周波数を有し、且つ、前記第１の信号とは異なる固定された位相であり、且つ、参照用信号として作動する、手段と、
参照波形として前記第２の信号を監視するために作動する加工コントローラと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の調整するためのシステム。
【請求項１２】
前記加工コントローラが、前記切断ヘッドの中にあり、且つ、前記位置決めシステムと作動の通信をしていることを特徴とする請求項１１に記載の調整するためのシステム。
【請求項１３】
前記キャパシタンスセンサー、前記レーザー加工システム、及び、前記位置決めセンサーと作動の通信をしている遠隔加工コントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の調整するためのシステム。
【請求項１４】
前記キャパシタンスセンサーに対して作動する熱的感度補正器をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の調整するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動的な高さ調整システム、及び、好ましくはレーザー加工システムをともなう用途のための方法に関する。とりわけ、本発明は、単一の周波数の利用を含む動的な切断ヘッドの高さ調整システムを提供し、位相における変化が処理され、被加工材料(work piece)の上方で高さにおける変化が、向上した信頼性且つ優れた加工制御とともに決定される。
【背景技術】
【０００２】
レーザー加工システムのための切断ヘッドアセンブリは、その全内容が参照によって本願に組み込まれる、２０１１年１０月１日に出願された米国特許仮出願番号６１／５４２，１５６号の出願人の革新的開発から認知される。出願人の切断ヘッドは、明細書に記載されているように、使用のための、同一場所に設置された、又は、リモート・コンピュータ制御された加工コントローラ(process controllers)を随意的に含む。このシステムはレーザービームによる被加工材料の加工のための作動システムとして論じられている。
【０００３】
被加工材料の熱加工（溶接）を監視するための方法は、特許文献１(Hillerich)から知られている。この方法では、被加工材料の熱加工のパラメータ（溶接）を決定するために、参照周波数の分布と比較して複合的に測定されたキャパシタンス周波数(capacitance frequency)を形成する必要がある。このような複合的な信号の方法は、信号の決定における遅延を伴い、電圧における変化、及び信号の干渉の誤差、及び溶接の間の個々のレーザーパルスの持続時間にわたって計測されたキャパシタンスの連続的な記録の不能性に容易にさらされると認識される。このような方法は、統合された動的な製造サイクルにおける、高速度のレーザー加工に連続的に適合させるのには不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第5,694,046号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、改善された動的な高さ調整システム、及び、レーザー加工システムのヘッドアセンブリのための方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の懸念の少なくとも一つに対して、本発明は、レーザー加工システムのヘッドアセンブリを動作させるための、動的な高さ調整システム及び方法を提供する。提案される方法及びシステムは、行われるレーザー加工の種類に制限されない加工サイクルを通して精密な加工制御を可能にする。
【０００７】
本発明の別の改良では、加工制御は、加工サイクルを通してレーザー加工システムのヘッドアセンブリのためのキャパシタンスを利用し、単一周波数の位相における変化が被加工材料とレーザーノズルとの間の距離における変化を決定するために監視される。
【０００８】
本発明の別の様態では、連続的な加工を維持しながら、様々な被加工材料の形状、材質、種類、コーティング、及び厚さの統合を容易且つ作動的にすることができる。
【０００９】
本発明の別の様態では、周囲の加工温度を補正することにより、信号の誤差を除去し、且つ、加工制御を向上させることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の様態では、提案される方法とシステムは多種多様の被加工材料を切断するために作動的に適合され、被加工材料は金属、及びに、さらに多くの特に一つの面または複数の側面にコーティングされた材料を含む。
【００１１】
本発明のさらなる改良においては、システムと方法は平坦ではないまたは実質的に平坦であり得るが、平坦ではない領域を含む被加工材料に高い精度とともに適用される
【００１２】
本発明のさらなる改良においては、複数の連続的な切断ヘッドが、中央加工制御ユニットによって、あるいは、一つまたは複数の遠隔加工制御ユニットによって作動的に制御され得る。
【００１３】
提案される方法とシステムはさらに、連続的な加工サイクルを通して、一つまたは複数の切断ヘッドを良好に監視することができ、特に、連続的な加工サイクルは使用―不使用(use-nonuse)の時間間隔を含み、または、被加工材料は熱膨張の可変的な速度(rates)を経験し得る。
【００１４】
本発明の別の様態では、使用サイクルを通して個々の加工ヘッドの作動誘導のための加工コントローラによって、被加工材料ごとの初期の厚さの同定が適合され得るように、同じまたは異なる厚さを有する被加工材料をともなう用途のための、一つまたは複数の加工ヘッドの作動制御を可能にする。
【００１５】
提案されるシステムと方法は、単一の周波数の利用を含み、位相における変化が連続的に測定され、且つ、連続的な加工が向上された信頼性及び迅速な適用とともに被加工材料の間の高さまたは距離における変化を決定する。
【００１６】
システムはさらに、統合された加工システム及びオプションのリモートインターフェースを通じて、加工制御信号及びフィードバック分布において、複合作動コンピュータプロセッサー制御（multiple operative computerized processor controls）及びに実質的な改善を可能にする。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、レーザー加工システムにおいて被加工材料に対して切断ヘッドの高さを調節するための方法が提供され、その方法は、被加工材料に対して切断ヘッド内のキャパシタンスセンサーを位置決めするステップと、センサーへの第１周波数を有する、少なくとも第１の信号を適用するステップと、使用中に第１の信号を評価することによってセンサーにおけるキャパシタンスが変化するにつれ、第１の信号の位相の変化を連続的に監視するステップと、位相の変化を計測された切断ヘッドの高さの参照領域と比較するステップとを備え、これによって被加工材料に対する切断ヘッドの高さを決定する方法が提供される。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、レーザー加工システムにおいて被加工材料に対する切断加工ヘッドの高さを調節する方法であって、被加工材料に対して加工ヘッドにおけるキャパシタセンサーを位置決めするステップと、ノズルを含むキャパシタセンサー及び隔離したセンサーブロックと、周波数において等しいが位相において異なる第１及び第２の信号を生成するステップと、第１の信号をキャパシタセンサーに適用するステップと、被加工材料に対する切断ヘッドの位置に関してキャパシタセンサーにおけるキャパシタンスが変化するにつれ、第１の信号における位相シフトを監視するステップと、第１の信号から位相において−９０°近く異なる固定された値に第２の信号を調整するステップと、第２の信号における位相と異なる固定の値に対する第１の信号の位相シフトを評価することによってキャパシタセンサーにおけるキャパシタンスが変化するにつれ、第１の信号の位相シフトを決定するステップと、キャパシタンスの変化を位相変化に対する高さのマップされた(mapped)関係と比較するステップとを備え、これによってこれが使用されている間に切断ヘッドと被加工材料の間の相対的な高さを決定する方法が提供される。
【００１９】
本発明における他の選択可能な実施形態によれば、レーザー加工システムにおいて被加工材料に対して加工ヘッドの高さを調整するシステムであって、切断ヘッドにおける被加工材料に対するキャパシタンスセンサーと、第１の周波数を有する第１の信号をセンサーへ適用する手段と、利用の間に第１の信号を評価することによってセンサーにおけるキャパシタンスが変化するにつれ、第１の信号の位相の変化を連続的に検出する検出器と、位相の変化を計測された切断ヘッドの高さの参照領域と比較するための作動比較システムとを備え、これによって被加工材料に対する加工ヘッドの高さを決定するシステムが提供される。
【００２０】
本発明における上記及び他の様態ならびに特徴ならびに利点は、付随する同様の参照番号は同じ要素を示す図面とともに、以下の記載から明らかになるだろう、
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】被加工材料に対する切断ヘッドを示す本発明における選択可能なシステムの概略図である。
【図２】本発明に関する切断ヘッド及び被加工材料の概略図である。
【図３】増幅された出力をフルレンジにする（位相検出器からの）単一周波数の位相信号シフトのグラフ表示であり、この増幅された位相検出器の出力はデジタル化され、及び、観測された位相の変化は切断ヘッドにおけるキャパシタンスの変化を表す。
【図４】キャパシタンス（位相測定の出力電圧（ｍＶ）としての）と被加工材料からのスタンドオフ高さ(stand off height)（単位：ｍｍ）との非線形的な関係を示すグラフ表示である。
【図５】切断ヘッドセンサーの電気システムの概観図であり、切断ヘッドノズル及び加工制御ユニット及びさまざまな信号との相互関係と、作動サイクル使用のためのサポート要素(support elements)が示されている。
【図６】提案されたシステムのための代表的なプロセスフロー及びレーザー加工システムのヘッドアセンブリの方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について詳細に言及する。可能であればいかなる場合でも、同じまたは同様な参照番号が、同じまたは似た部品、あるいはステップを示すために図中及び明細書中で使用される。図では単純化された形状であり且つ正確な縮尺でない。単に簡便化及び明確化する目的のために、方向の指標用語が図に対して使用され得る。これら且つ同様の方向用語は、本発明の範囲をいかなる意味においても制限するように解釈されるべきでない。
【００２３】
図１を参照すれば、本発明の一つの選択肢である、レーザー加工システム（図示された切断ヘッドに組み入れられている）のヘッドアセンブリの動的な高さ調整のためのシステム１０が提供される。さまざまな要素が、連続的なサイクルにおいて動作するように、通信されており、且つ、システム１０を使用可能にするために作動的にリンクされている。システム１０は、切断ヘッド要素３に作動的にリンクされた少なくとも一つの及びに任意に選択できるいくつかの加工コントローラ２を有するベースステーション１を含み、切断ヘッド要素３はセンサー及び制御プロセッサー３Ａを有し、且つ被加工材料４に対して位置決めされ、且つＺ−ステージアセンブリ５と共に１１で示される作動制御ループ１１を介して制御可能なようにリンクされ、被加工材料４に対して切断ヘッド３をリアルタイムで精密に位置決めすることを可能にする
【００２４】
図１に示すように、複合的な任意に選択できる通信配置が提供されることができ、当業者であれば理解できる相互接続された(interlinked)さまざまな通信経路を介し、任意に選択できる顧客のコンピュータ７または分離した電子制御パッケージ８への送信を含む。本明細書の目的のために、以下の段落ごとに、すべての通信方式は当業者にただちに理解できるように、参照として組み込まれている。
【００２５】
システム構成要素の間で任意に選択できる通信経路の表。
【００２６】
【表１】
2015511176.tif 000003
【００２７】
高さの計測(sensing)の電子装置は、先に記載したようにレーザーシステムへ統合するために、且つ、好ましくはシート状材料や管状材料などの切断のための平台型のレーザーシステムを用いる用途のために設計された切断ヘッドと共に使われることが理解できるだろう。このシステムは、さまざまな切断の配置及び重力場に対していかなる方向においても容易に適応する。
【００２８】
スタンドオフ高さ(stand off height)は切断面から上方の切断ヘッドまでの距離として理解され、且つ、選択的には事前に設定された補正係数(pre-set correction factor)を含むことを理解される。スタンドオフ高さの精密制御と維持は、性能にとって重要である。異なる切断ヘッドの設計（相対的に長いノズル）はロボットを基盤とした切断システムに利用され得、且つ本明細書の範囲内のものとして理解されるだろう。典型的には、所望のスタンドオフ高さは、０．５ｍｍから２．０ｍｍの範囲であり、好ましくは±０．１ｍｍの所望の誤差内において１．０ｍｍであるが、作動状態の要因または材料または表面のコーティングまたは集光点(focus spot)または熱的処理のスピード、及び、その他の作動状態変数によってどのような範囲もとり得る。
【００２９】
切断ヘッド３は、本明細書に記載される機能に効果的であるようないかなる作動構成も取り得、且つ、当該技術分野におけるいかなるコネクターまたは消費電力または通信要素とあわせても作動的であると理解されるだろう。
【００３０】
とりわけ本明細書に記載されるように、切断ヘッド３は高さセンサーＰＣＢを含み、あるいは、キャパスタンスセンサーとして記載された、３Ａとして含まれる加工コントローラパッケージ(process controller package)を効果的な動作のために含む。切断ヘッドセンサーインターフェイスは、適切な電流の流れを含むパワーオーバーイーサネット（登録商標）(power over Ethernet（登録商標）)であり、例えば４８ｖ、８．３ｍＡから３０Ｍａの間である。対応しているインターフェイスは標準的なＰＤインターフェイスを利用し、かつ、受動的な電源との伴用が許容される数値に突入電流を制限するようプログラムされ、これにより、装置におけるプラギング(plugging)することからシステム１０へのＰＤとしてそれを受け入れることまでの間に機能的な遅延が生じる。さらに、構成要素に、内部隔離（internal isolation）を提供する隔離されたコンバーター（isolated converter）が含まれてもよく、かつ、選択的に、センシング部品が、さらなる加工フィードバックを提供するように、扱われる被加工材料の下又は上にでも配置されてもよい。
【００３１】
ベースステーション１は、切断ヘッド３と、外部の顧客のシステム７及び８とを通信するための専用イーサネット（登録商標）を含む。通信リンク(Communication links)が制限なく提供される。適切な電子装置が本明細書で述べられたような動作を可能にするように提供される。一連の必要な信号の入力と出力はイーサネット（登録商標）または他の通信形式（上述）を通して利用者に利用可能である。最低限の必要とされる入力−出力は以下に記載されている。
【００３２】
制限をされない概要における、選択された加工変数及び制御器センス機能(sense functions)を含む入力−出力の形式／結果の表。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
良好な品質の適切な加工のために、スタンドオフ高さが切断ヘッドの移動の間に、表面に対して維持されることが理解される。残念なことに、平坦度の不完全性、厚さ、コーティング、物理的歪み（たわみ）、及び、熱的歪み（膨張）による表面高さの変動が存在し得る。このような変動は加工において起こり得る（加工の間に変化し得る）。典型的な切断高さが上に書かれているが、提案されたシステム１０はスタンドオフ高さを測定するのに有効であり、その結果を加工コントローラ（ヘッド３またはヘッド３から遠隔のまたは両方における）へ報告し、且つ、システム１０はシステムの動作をトリガーするのに有効であり、Ｚ−軸の制御器及びＺ−ステージ５をリンク１１を介してトリガーすることを含む。
【００３５】
図２を参照すると、作動切断ヘッド３は、マイクロコントローラ電子装置（作動形状に配置され、環状、平面状、複数の輪郭（３次元形状）、などを含む）を有する主要なハウジング部材(main housing member)１６、及び、被加工材料４から離隔した、銅ノズル部材１５、及び、絶縁体１４、及び、孤立した（isolated）センサーブロック１３、及び、さらに記述されるように作動的なキャパシタンス測定システムを可能にするように絶縁体１２を含む。
【００３６】
ヘッド３のノズル１５及びに孤立したセンサーブロック１３はキャパシターを形成し、切断される材料への距離によって影響されるキャパシタンスを有する。このキャパシタンスはノズルの高さが０．１ｍｍから１０ｍｍまで変わるのにともなって約４ｐＦ変化する。同様に、ノズル１５が被加工材料に接触すると信号における著しい変化を引き起こし（「接触」としてフラッグが上がる）、及びに、孤立した（isolated）センサーブロック１３が物体に衝突しても信号における変化を供し（「衝突」としてのフラグが上がる）、及びに、ノズル１５が落下しても認識できる信号を生成する。
【００３７】
動作において、１０ＭＨｚのサイン波が、ノズル１５及び孤立したセンサーブロック１３によって形成されたキャパシターを横切って加えられる。キャパシタンスにおける小さい変化が信号における小さい（数度）位相シフトを引き起こす。信号及び参照波形が、例えばアナログ装置ＡＤ８３０２利得及び位相検出器によって測定される。位相の信号は高利得のバッファアンプ(buffer amp)によって関心のある範囲にわたって増幅される。表現である、キャパシタンスセンサー(capacitance sensor)及び高さセンサー及び切断ヘッドセンサーは本明細書の範囲と趣旨から離れることなく適応的に且つ互換的に使用され得、よって当業者にはそれ自体が理解される。
【００３８】
図３を参照すれば、１０度の位相シフト（位相検出器からのデルタ(delta) １００ｍＶ）（Ｖ（ｖ−ｐｈａｓｅ））のシミュレーションでは増幅出力はフルレンジ（full range）となる。増幅された位相検出器の出力はデジタル化され、且つ、この測定された位相変化はヘッド３におけるキャパシタンスの変化を表す。
【００３９】
図４を参照すれば、ヘッド３におけるキャパシタンスの変化は線形ではない。光学的測定のような任意の作動手段を用いて測定された高さとの較正によって、キャパシタンスの変化が特定の作動システムに対する高さに対してマップされる（mapped)される。図４は提案された方法とシステムからの位相測定の出力電圧に対するスタンドオフ高さの例である。特定のレーザーシステムの被加工材料に対する高さのマッピングの工程は、動作の前に行うことができ、光学的または音波的（トランスデューサ(transducer) ）または機械的方法を含む当業者にとっては周知の任意の測定方法を用いて動的な加工サイクルにおいて起こし得るということが理解されるだろう。例えば、図４に示される典型的なシステムは単一のマッピング工程を利用するが、連続的なマッピング工程は、連続的な調整のための加工コントローラへのフィードバックとともに、マッピングまたは測定システムを切断ヘッド３に付加することによって利用され得る。結果として、提案された方法及びシステムは、適応的に動的であると理解されるだろう。
【００４０】
図５を参照すれば、切断ヘッド３における電子機器の概略の例が述べられており、関連性が当業者には理解されるだろうことから、略符号が付せられていないままになっている。非制限的な例として、切断ヘッド３は、高さと他のデータをベースステーション１へ戻す通信を行うためのLPC17xxマイクロコントローラ（LPC1768として示されている）、及びに、さらなる加工コントローラ２をイーサネット（登録商標）を介して含み得る。加速度計は被加工材料４の相対的な動きから切断ヘッド３の動きを分離するために組み込まれる。ベースステーション１はアナログ及びデジタルのボードアレイ(broad array)と、ことなる用途の要求に適用するためのバス(bus)入力／出力を可能にする。ベースステーション１は一つまたは複数のマイクロコントローラを有し得る。
【００４１】
さらなる説明では、３Ａのように提案されたキャパシタンスセンサーまたは高さセンサーまたは切断ヘッドセンサーは、２−キャリアコヒーレントシンセサイザー(two-carrier coherent synthesizer)（３１２．５０ＭＨｚシステムクロックから）を周波数においては同等であるが位相においては異なる２キャリア信号(two carrier signals)を生成するために用いる。ここで、一つの信号（信号１）は、キャパシタンスが±５ｐＦ変化するごとに、４０ｐＦ−平均静電容量性(capacitive)のヘッド（１０ＭＨｚの環境で４００オームとして示される）だけ位相シフトされる。１：８の変換器がこれを５０オーム、３２０ｐＦに変化させる。第２の信号（信号２）は０．１７５°位相ステップとして認識できる２キャリア信号の間の−９０°に近接するように生成される固定値に調整される。
【００４２】
位相の検出は、AD8302ARUZ利得−位相検出器ＩＣによって、（図示されているような）２つの出力において決定される。位相検出器の一つの出力は１０ｍＶ／°位相、である。位相検出器の第２の出力は１０ｍＶ／相対振幅、である。位相検出器は調整でき、ここでは、初期の調整位置の周囲で±３．３°調整範囲を有し、且つ、０．００３°の細分性(granularity)（当該技術分野では周知の３．３Ｖ、１２ｂｉｔのＡＤＣまで）。これにより、約±３０の量子化レベルの調整精度が得られ、調整の後の実質的な精度を提供する。
【００４３】
実際に、ベースステーション１は加工コントローラ２を介して、高利得位相及び相対振幅を定期的に抽出する（例えば、当該技術分野では周知の第２マイクロコントローラータイプLPC1768によって）。高利得位相及び相対振幅は、初期調整の精度の±３０量子化レベルだけオフセットされる。高利得位相及び相対振幅は、その後に、高さ対位相の表、及び、不足分（short）対振幅の表と比較され、高さ及び不足分（short）の情報は、さらなる用途のため、非制限的な例では顧客インターフェイス８に向けて送り出される。
【００４４】
上述のように、提案されたシステム１０は温度の感度を調整できる。提案された位相検出システムは、±１０−２０μｍ／℃と見積もられる高さの誤差を引き起こす周囲温度に対する位相出力における温度係数を有する。したがって、切断ヘッド３、あるいは、ベースステーション１、あるいは、遠隔システム７または８における一つまたは複数の加工コントローラによって回路センサーを管理することにより、温度の誤差が管理される。提案されたように、加熱温度センサー及び加熱回路が提案された位相検出器（チップ）を５０℃付近まで昇温し、且つこの温度に維持するために提供される（しかし、その他の温度も制限されることなく用いられ得る）。目標設定ポイントは、例えば±２．５℃の制御設定ポイントから±５℃で加熱回路を維持することを可能にする。
【００４５】
制限されることのない例においては、それぞれが内部センサー及び制御器３Ａをともなった複数の切断ヘッド３が、製造サイクルを通して単一のベースステーション１によって、一緒に動作され得、被加工材料はサイクル経路(cycle path)を通して高さを実質的に変化し得る。したがって、上述の特徴を管理することによって、連続的な作動高さ調整が本発明によって容易に達成される。
【００４６】
図６における典型的な加工のフローを参照すれば、加工動作１００は初期的な加工のサイクルデータ１０１を上述の任意の形式で加工コントローラ１０２へ入力するステップ、及び、選択された入力を入力／出力フィーチャー１０５をともなう通信において、データ計算機１０４に作動的にリンクされたデータ記憶装置１０３に保存するステップを含む。使用において、開始動作のステップ１０６は表面接近、及び、初期高さの確認とともに開始され、その後に（任意の種類の）所望のレーザー処理加工が開始する。その後、連続的な加工を通して連続的な高さの計測ステップ１０９が実行される。もし、システム１００が決定のステップ(determination step)１１１の範囲内にあれば、加工はサイクル１１５の完了まで、ステップ１１４において動作と監視を持続する。しかしながら、もし、範囲外のステップが決定されると１１０、高さの調整１１２のサイクル及び停止のステップ１１３が範囲内のみの動作を確保するために初期化される。記載されているように、入力／出力のステップ１０５（及びにその後の加工コントローラの相互作用のステップ１０２）が、ステップ（連続的な読み取りステップ１０９を介して）、または、例えば初期の高さの決定ステップ１０８のような、直接的なリンクを介して、システム１００において互いに作動ステップで連続的に通信する。データ記憶のステップ１０３、及び、データ計算のステップ１０４は連続的に、動作制御によって変更され得るそれぞれの動作サイクルを通して利用されることが理解されるだろう。
【００４７】
焦点はレーザーが焦点合わせされているノズルチップの下方の距離であると理解されるだろう。焦点スポットは、しばしば切断される材料の表面の下方にあることが所望され、もしかすると材料を通して広がり得る。また、表現であるPoE（または、パワーオーバーイーサネット（登録商標））は電力を含むイーサネット（登録商標）接続であると理解されるだろう。
【００４８】
提案されたシステム及び方法は、加工サイクルを通して連続的に、かつ、制限を受けることなく異なる被加工材料に亘って動作され得ると理解され得、また、このような連続的という理解は、レーザーの利用の以前及び以後を含み、これにより、システム及び方法全体が「そのままで(in situ)」で、または、システムの全体の利用を通して作動するものとして理解されるだろう。本明細書のすべてを調査した当業者は、さらに、提案されたシステム及び方法の広範囲の応用を認識され、ならびに、使用されているシステム及び構成要素は改造され得、または、取り除かれ得、または、置き換えられ得、または変更され得、または変化され得る、と認識され、ならびに、すべてのこのような動作は本発明の範囲内であると理解されることを認識されるだろう。
【００４９】
非制限的な例として、提案された発明は、一つまたは複数のマイクロコントローラまたは加工コントローラを作動的で好ましい配置で用いる。しかしながら、本明細書において何もこのようなコントローラを特定の数量、または形状、または位置、または形式に制限をしない。実際に、当業者には、いかなる位置における単一のコントローラが本明細書ではシステム構成要素の間の作動的な十分な通信ループにとって十分であると認識されるだろう。
【００５０】
さらなる非制限的な例として、加工ヘッドまたはベースステーションまたは顧客のＰＬＣまたは選択可能PC’s (PC’s)などの間の提案された通信経路は、代表的なものであると理解されるだろう。単一のベースステーションは十分であり得、または、提案されたシステムは実質的に自立的であり得（切断ヘッドへの外部の連続的な信号を除いて）、または、このような通信は、無線の信号によって通信単独において切断ヘッドから完全に遠隔であり得る。この手段においては、当業者には、本発明の範囲、及び、すべてのこのような改良(modifications)が本発明の範囲と趣旨の範囲内であると意図されるということ、を認識されるだろう。
【００５１】
添付された図面の参照とともに記載された本発明の少なくとも一つの好ましい実施形態では、当業者にとっては、本発明はこれらの精密な実施形態に制限されず、ならびに、多種多様な改良及びバリエーションが本明細書に記載されたシステムにおいて本発明の範囲または趣旨から離れることなく成されることは明確だろう。したがって、本願の開示が、添付された特許請求の範囲及び同等物に入る、提示されたこの開示の改良されたもの及び変更されたものを対象にすることを意図する。
【符号の説明】
【００５２】
１  ベースステーション
２  加工コントローラ
３  切断ヘッド要素、切断ヘッド
４  被加工材料
５  Ｚ−ステージアセンブリ、Ｚ−ステージ
７  顧客のコンピュータ
８  分離した電子制御パッケージ
１０  システム
１１  制御ループ
１２  絶縁体
１３  孤立したセンサーブロック
１４  絶縁体
１５  銅ノズル部材
１６  主要なハウジング部材
１００  加工動作、システム
１０１  初期的な加工のサイクルデータの入力
１０２  加工コントローラ
１０３  データ記憶装置
１０４  データ計算機
１０５  入力／出力フィーチャー
１０６      開始動作
１０７  表面接近
１０８  初期高さの確認
１０９  連続的な高さの計測、読み取り
１１０  範囲内、範囲外
１１２  高さの調整
１１３  停止
１１４  動作と監視
１１５  サイクルの完了
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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