JPH01107990A - 自動焦点検出装置 - Google Patents
自動焦点検出装置Info
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- JPH01107990A JPH01107990A JP62265686A JP26568687A JPH01107990A JP H01107990 A JPH01107990 A JP H01107990A JP 62265686 A JP62265686 A JP 62265686A JP 26568687 A JP26568687 A JP 26568687A JP H01107990 A JPH01107990 A JP H01107990A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はレーザ加工装置における、レーザ光の焦点位置
の検出を行う自動焦点検出装置に関する。
の検出を行う自動焦点検出装置に関する。
(従来の技術)
従来、レーザ加工装置における自動焦点検出機構として
、第3図に示す装置があった。
、第3図に示す装置があった。
図中において、100.120は各々スリット板110
.130を照射するレーザ等によるプローブ用平行光束
である。スリット板110と130はそれぞれ異なる形
状のスリットを備えている。このスリット板110と1
30のスリット像は、ともに加工面150に投影される
。
.130を照射するレーザ等によるプローブ用平行光束
である。スリット板110と130はそれぞれ異なる形
状のスリットを備えている。このスリット板110と1
30のスリット像は、ともに加工面150に投影される
。
第3図の例では、スリット板110は2つの短冊状スリ
ットを有し、他方のスリット板130は1つの短冊状ス
リットを持っている。第3図において、レーザビーム1
90は加工用レーザ全反射ミラー160、集光レンズ1
40を経て加工面150に結像される。尚、この加工用
レーザ全反射ミラー160は後述する如くプローブ光は
透過するようになっている。加工面のあるbの位置はレ
ーザ集光レンズ140の正しい焦点位置であり、この時
スリット板110、130のスリットの合成像は、第4
図(b)に示す通り、集光レンズ140の光軸中心23
0に対して対称な合成像となる。なお第4図(a)〜(
C)において、210は2つのスリットを持つ前記スリ
ット板110の像であり、220は1つのスリットを持
つスリットFi130の像である。集光レンズ140お
よびスリット板110、・130の位置に対して加工面
150が第3図のb位置からa、c位置へと変化すると
、合成スリット像は第4図(b)の状態から各々第4図
(a)、(C)の状態へと変化する。
ットを有し、他方のスリット板130は1つの短冊状ス
リットを持っている。第3図において、レーザビーム1
90は加工用レーザ全反射ミラー160、集光レンズ1
40を経て加工面150に結像される。尚、この加工用
レーザ全反射ミラー160は後述する如くプローブ光は
透過するようになっている。加工面のあるbの位置はレ
ーザ集光レンズ140の正しい焦点位置であり、この時
スリット板110、130のスリットの合成像は、第4
図(b)に示す通り、集光レンズ140の光軸中心23
0に対して対称な合成像となる。なお第4図(a)〜(
C)において、210は2つのスリットを持つ前記スリ
ット板110の像であり、220は1つのスリットを持
つスリットFi130の像である。集光レンズ140お
よびスリット板110、・130の位置に対して加工面
150が第3図のb位置からa、c位置へと変化すると
、合成スリット像は第4図(b)の状態から各々第4図
(a)、(C)の状態へと変化する。
第3図に戻れば、集光レンズ140およびミラー160
上方に配置されたディテクタ部180は、この実施例で
は一次元CODを用いており、モニタ光学部170と集
光レンズ140を通して合成スリット像の形状変化を検
出する。そして第4図の光軸中心230に対するスリッ
ト像210.220の非対称性から焦点ずれ量を推定し
ていた。
上方に配置されたディテクタ部180は、この実施例で
は一次元CODを用いており、モニタ光学部170と集
光レンズ140を通して合成スリット像の形状変化を検
出する。そして第4図の光軸中心230に対するスリッ
ト像210.220の非対称性から焦点ずれ量を推定し
ていた。
(発明が解決しようとする問題点)
しかるに、従来の自動焦点検出機構においては、合成ス
リット像の構造から焦点位置に対するずれ量を求めてい
たが、加工面が平坦で、前記合成スリット像が得やすい
状況下では可能であるが、加工面に起伏がある、あるい
は傾斜している場合などでは精度が悪くなるという問題
が生じていた。
リット像の構造から焦点位置に対するずれ量を求めてい
たが、加工面が平坦で、前記合成スリット像が得やすい
状況下では可能であるが、加工面に起伏がある、あるい
は傾斜している場合などでは精度が悪くなるという問題
が生じていた。
又、加工用レーザ光学系と焦点位置合せの光学系などが
必要な為に、装置が大型化する。さらには光軸合せが困
難になるなどの問題が生じていた。
必要な為に、装置が大型化する。さらには光軸合せが困
難になるなどの問題が生じていた。
(問題点を解決するための手段及び作用)本発明は、か
かる従来の問題点に鑑みなされたものであり、回転ミラ
ーによる光走査式のレーザ加工機において、レーザ光を
集光させ加工物面上に該レーザ光の焦点を合致させる焦
点機構の中で、前記加工物面からの散乱光ないしは反射
光を検知する固体撮像カメラと、該固体撮像カメラによ
り得られた像を2値化する装置と、該レーザ光の焦点が
加工物面上に一致してなる状態での像を記憶し、不一致
なる状態での像と比較判断した後、焦点の位置合せを制
御する比較判断・制御装置とを具備したことを特徴とす
る自動焦点検出装置を提供することにある。
かる従来の問題点に鑑みなされたものであり、回転ミラ
ーによる光走査式のレーザ加工機において、レーザ光を
集光させ加工物面上に該レーザ光の焦点を合致させる焦
点機構の中で、前記加工物面からの散乱光ないしは反射
光を検知する固体撮像カメラと、該固体撮像カメラによ
り得られた像を2値化する装置と、該レーザ光の焦点が
加工物面上に一致してなる状態での像を記憶し、不一致
なる状態での像と比較判断した後、焦点の位置合せを制
御する比較判断・制御装置とを具備したことを特徴とす
る自動焦点検出装置を提供することにある。
(実施例)
発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係る自動焦点検出装置の概略構成図で
ある。第2図は第1図に示す装置にてレーザ光の焦点位
置合せを実施した具体例である。なお、第1図に示す例
は加工物を固定し、レーザビームを移動するビームポジ
ショナ方式である。図において、■はスキャナコントロ
ーラ、2はX軸スキャナ、3はY軸スキャナ、4.5は
全反射ミラー、6は焦点レンズであり、例えばFθレン
ズ、7は該集光レンズ6に近接してなる固体撮像カメラ
、8は2値化装置、9は比較判断制御装置、10はテー
ブル駆動装置、11は任意の方向に可動してなるテーブ
ル、12は加工物を示す。なお、該加工物12中X−Y
平面を示すX軸を13、Y軸を14で示す。
ある。第2図は第1図に示す装置にてレーザ光の焦点位
置合せを実施した具体例である。なお、第1図に示す例
は加工物を固定し、レーザビームを移動するビームポジ
ショナ方式である。図において、■はスキャナコントロ
ーラ、2はX軸スキャナ、3はY軸スキャナ、4.5は
全反射ミラー、6は焦点レンズであり、例えばFθレン
ズ、7は該集光レンズ6に近接してなる固体撮像カメラ
、8は2値化装置、9は比較判断制御装置、10はテー
ブル駆動装置、11は任意の方向に可動してなるテーブ
ル、12は加工物を示す。なお、該加工物12中X−Y
平面を示すX軸を13、Y軸を14で示す。
16は不図示のレーザ発振器より出射された計測用レー
ザ光18の光軸中心線である。17は前記Fθレンズ6
と加工物12との中心を結ぶ中心軸を示している。
ザ光18の光軸中心線である。17は前記Fθレンズ6
と加工物12との中心を結ぶ中心軸を示している。
以上の如(構成されてなる自動焦点検出装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
不図示のレーザ発振器より出射されてなる計測用レーザ
光18は、加工用レーザ光と同光軸16上に導かれ全反
射ミラー4にて、加工物12平面X軸13なる方位に移
動する。スキャナコントローラ1は該計測用レーザ光の
光軸16を移動してなる機能を有するX軸スキャナ2に
て全反射ミラー4を操作する。
光18は、加工用レーザ光と同光軸16上に導かれ全反
射ミラー4にて、加工物12平面X軸13なる方位に移
動する。スキャナコントローラ1は該計測用レーザ光の
光軸16を移動してなる機能を有するX軸スキャナ2に
て全反射ミラー4を操作する。
同様にY軸スキャナ3にて全反射ミラー5を操作し、前
記加工物12平面Y軸14なる方位に、該計測用レーザ
光18の光軸16を移動する。このようにして制御され
た計測用レーザ光18は、集光レンズ6に入射された後
、該集光レンズ6にて集光され、加工物12平面X−Y
軸上の目的とする部位に照射される。
記加工物12平面Y軸14なる方位に、該計測用レーザ
光18の光軸16を移動する。このようにして制御され
た計測用レーザ光18は、集光レンズ6に入射された後
、該集光レンズ6にて集光され、加工物12平面X−Y
軸上の目的とする部位に照射される。
加工開始前にまず、計測用レーザ光18にて焦点位置検
出用のパターン(図形)を照射する。
出用のパターン(図形)を照射する。
照射された計測用レーザ光18は、加工物12面上で反
射ないしは散乱されるが、その反射光(ないしは散乱光
)19は、前記集光レンズ6とある一定の間隔をもって
隣接してなる固体撮像カメラ7にて採取され、その像を
2値化装置8にて2値化像にする。該2値化像は前記計
測用レーザ光18の焦点が、加工物12上で合致してい
るか否かを比較判断し、その結果に基づいてテーブル1
1を上下方向に移動する指令を行う比較判断・制御装置
9に送られる。該比較判断・制御装置9は、計測用レー
ザ光1日の焦点位置が適か否かの判断により、テーブル
駆動装置10に動作指令を出す、焦点位置が合致したと
いう判断が該比較判断、制御装置9にてなされるまで以
上の操作を繰り返し、焦点が合致した後は、スキャンコ
ントローラ1の動作を一度停止する指令を送り前記計測
用レーザ光18を加工用レーザに変えて加工物12の加
工を開始する。
射ないしは散乱されるが、その反射光(ないしは散乱光
)19は、前記集光レンズ6とある一定の間隔をもって
隣接してなる固体撮像カメラ7にて採取され、その像を
2値化装置8にて2値化像にする。該2値化像は前記計
測用レーザ光18の焦点が、加工物12上で合致してい
るか否かを比較判断し、その結果に基づいてテーブル1
1を上下方向に移動する指令を行う比較判断・制御装置
9に送られる。該比較判断・制御装置9は、計測用レー
ザ光1日の焦点位置が適か否かの判断により、テーブル
駆動装置10に動作指令を出す、焦点位置が合致したと
いう判断が該比較判断、制御装置9にてなされるまで以
上の操作を繰り返し、焦点が合致した後は、スキャンコ
ントローラ1の動作を一度停止する指令を送り前記計測
用レーザ光18を加工用レーザに変えて加工物12の加
工を開始する。
ここで、前記集光レンズ6に隣接してなる固体逼像カメ
ラ7は、固定式でも良いし、゛中心軸17を中心に回転
してなる方式をもちいても良い。
ラ7は、固定式でも良いし、゛中心軸17を中心に回転
してなる方式をもちいても良い。
次に本発明による自動焦点検出法について、加工物面を
枡目状の検出用パターンにて照射する場合を例にとり第
2図に基づいて説明する。
枡目状の検出用パターンにて照射する場合を例にとり第
2図に基づいて説明する。
第2図(a)は、第1図の自動焦点検出装置の集光レン
ズ6及び固体撮像カメラ7等の部位を抜すいして図示し
た断面図、第2図(b)は第2(a)を上から見た斜視
図、第2図(c)は撮像回倒である0図中にお、ける番
号は、第1図での番号と同一である。
ズ6及び固体撮像カメラ7等の部位を抜すいして図示し
た断面図、第2図(b)は第2(a)を上から見た斜視
図、第2図(c)は撮像回倒である0図中にお、ける番
号は、第1図での番号と同一である。
まず、最初の加工物12のX軸13とY軸14との交点
と中心軸17を合せ、集光レンズ6の加工物12上の焦
点が合致してなる位置Bに、該加工物12を合わせる。
と中心軸17を合せ、集光レンズ6の加工物12上の焦
点が合致してなる位置Bに、該加工物12を合わせる。
Bなる位置への位置合せは、第1図中図示のテーブル1
1を手動にて合わせても良いし、距離計、例えば超音波
計測装置などにて自動的に実施しても良い。
1を手動にて合わせても良いし、距離計、例えば超音波
計測装置などにて自動的に実施しても良い。
合焦点なる位WBにて、固体撮像カメラ7で得られた像
を2値化した撮像図を第2図(C)中のBに示す。この
2値化された枡目状の撮像図を基準画像として、第1図
中の比較判断・制御装置9に記憶させる。次に、次なる
加工物12が第2図(a)中のAあるいはCなる位置に
設置されると、得られる撮像図は第2図(C)のAある
いはCの如(なる。
を2値化した撮像図を第2図(C)中のBに示す。この
2値化された枡目状の撮像図を基準画像として、第1図
中の比較判断・制御装置9に記憶させる。次に、次なる
加工物12が第2図(a)中のAあるいはCなる位置に
設置されると、得られる撮像図は第2図(C)のAある
いはCの如(なる。
ここで、基準画像Bに対して、焦点よりずれた位置Aあ
るいはCでの撮像図AあるいはCは、その描画状態が拡
大あるいは縮小した図で示めされる。即ち、基準画像B
中に示されるある折目の幅ff1b、!:Lbに対して
、Aではl a >1 b。
るいはCでの撮像図AあるいはCは、その描画状態が拡
大あるいは縮小した図で示めされる。即ち、基準画像B
中に示されるある折目の幅ff1b、!:Lbに対して
、Aではl a >1 b。
La>LbSCではIlb>ff1c、Lb>Lcなる
ことを、第1図の比較判断・制御装置9内にて判断し、
l1a−1b、La−Lbあるいは1b−1cSLb−
Lcなるようにテーブル駆動装置10を動作制御して、
基準画像Bが得られる位置Bに合わせる。
ことを、第1図の比較判断・制御装置9内にて判断し、
l1a−1b、La−Lbあるいは1b−1cSLb−
Lcなるようにテーブル駆動装置10を動作制御して、
基準画像Bが得られる位置Bに合わせる。
次に、加工物12が第2図(a)中のり、 Hの如く傾
斜した位置にて設置された場合は、第2図(C)中のり
、Eなる憑像図が得られる。
斜した位置にて設置された場合は、第2図(C)中のり
、Eなる憑像図が得られる。
DSEなる撮像図では、たとえばIld≠ff1d’、
Re≠Ile’であるために1d−j!d’ 、1.e
ml e’なるように、前記比較判断・制御装置9にて
テーブル駆動回路IOを動作制御し、第2図(a)中の
り、Hの傾き角θ、θ′がθ=O1θ′−〇とする。そ
の後、上記で詳述したように、基準画像Bと合致するよ
うに、該比較判断・制御装置9にて比較判断し、テーブ
ル駆動装置10を動作制御する指令を出す。
Re≠Ile’であるために1d−j!d’ 、1.e
ml e’なるように、前記比較判断・制御装置9にて
テーブル駆動回路IOを動作制御し、第2図(a)中の
り、Hの傾き角θ、θ′がθ=O1θ′−〇とする。そ
の後、上記で詳述したように、基準画像Bと合致するよ
うに、該比較判断・制御装置9にて比較判断し、テーブ
ル駆動装置10を動作制御する指令を出す。
以上、本発明の実施例について、枡目状の焦点位置検出
用照射パターンを使用する場合で説明したが、本装置が
適用される加工機は二次元の光走査式光学系を持ってい
るためそのパターン形状が任意の形状であっても同様に
実施できる。さらに、加工物面の形状が平坦面のみでな
く起伏面であってもその起伏の大きさがレーザ光の実用
上の焦点深度の範囲内であれば、本装置は面の平均的傾
きを補正する機能を持つため、加工を実施できる。
用照射パターンを使用する場合で説明したが、本装置が
適用される加工機は二次元の光走査式光学系を持ってい
るためそのパターン形状が任意の形状であっても同様に
実施できる。さらに、加工物面の形状が平坦面のみでな
く起伏面であってもその起伏の大きさがレーザ光の実用
上の焦点深度の範囲内であれば、本装置は面の平均的傾
きを補正する機能を持つため、加工を実施できる。
(発明の効果)
以上詳述したように、本発明によれはレーザ加工装置に
おいて、計測用レーザ光の2値化された撮像図に基づい
てレーザ光の焦点位置が加工面上で合致しているか否か
を判断比較することにより、加工用レーザ光の焦点位置
が自動検出できる。
おいて、計測用レーザ光の2値化された撮像図に基づい
てレーザ光の焦点位置が加工面上で合致しているか否か
を判断比較することにより、加工用レーザ光の焦点位置
が自動検出できる。
従って、従来のように焦点位置検出に作業者がその都度
チエツクする必要はなく、高精度な自動焦点調整が可能
になるばかりでなく、加工形状や加工面の(lJI斜が
如何なるものであっても焦点調整が自動化できる。
チエツクする必要はなく、高精度な自動焦点調整が可能
になるばかりでなく、加工形状や加工面の(lJI斜が
如何なるものであっても焦点調整が自動化できる。
第1図は本発明に係る自動焦点検出装置の概略構成図を
示す図、第2図は具体的な実施例を示す図、第3図は従
来例を示す図である。 1・・・スキャナコントローラ 2・・・X軸スキャナ 3・・・Y軸スキャナ4.
5・・・全反射ミラー 6・・・集光レンズ7・・・固
体撮像カメラ 8・・・Z値化装置9・・・比較判断
・制御装置 10・・・テーブル駆動装置 11・・・テーブル12
・・・加工物 出願人 株式会社小松製作所 代理人 (弁理士) 岡 1)和 喜 第2図(a) 第2図(b) 撮像図 第2図(C) 手続補正書く方式) 7・ 1. 事件の表示 昭和62年特許願第265686
号2、 発明の名称 自動焦点検出装置 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都港区赤坂2丁目3番6号氏 名
株式会社 小松製作所 代表者 田中正雄 4、 代理人 住 所 東京都港区赤坂2丁目3番6号補正の内
容 (1)本願明細書第11頁第18行目からを下記の通り
訂正する。 記
示す図、第2図は具体的な実施例を示す図、第3図は従
来例を示す図である。 1・・・スキャナコントローラ 2・・・X軸スキャナ 3・・・Y軸スキャナ4.
5・・・全反射ミラー 6・・・集光レンズ7・・・固
体撮像カメラ 8・・・Z値化装置9・・・比較判断
・制御装置 10・・・テーブル駆動装置 11・・・テーブル12
・・・加工物 出願人 株式会社小松製作所 代理人 (弁理士) 岡 1)和 喜 第2図(a) 第2図(b) 撮像図 第2図(C) 手続補正書く方式) 7・ 1. 事件の表示 昭和62年特許願第265686
号2、 発明の名称 自動焦点検出装置 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都港区赤坂2丁目3番6号氏 名
株式会社 小松製作所 代表者 田中正雄 4、 代理人 住 所 東京都港区赤坂2丁目3番6号補正の内
容 (1)本願明細書第11頁第18行目からを下記の通り
訂正する。 記
Claims (1)
- 回転ミラーによる光走査式レーザ加工機において、レー
ザ光を集光させ加工物面上に該レーザ光の焦点を合致さ
せる焦点機構の中で、前記加工物面上からの散乱光ない
しは反射光を検知する固体撮像カメラと、該固体撮像カ
メラにより得られた像を2値化する装置と、該レーザ光
の焦点が加工物面上に一致してなる状態での像を記憶し
、不一致なる状態での像と比較判断した後、焦点の位置
合せを制御する比較判断・制御装置とを具備したことを
特徴とする自動焦点検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62265686A JPH01107990A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 自動焦点検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62265686A JPH01107990A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 自動焦点検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01107990A true JPH01107990A (ja) | 1989-04-25 |
Family
ID=17420594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62265686A Pending JPH01107990A (ja) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | 自動焦点検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01107990A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007331013A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Omron Corp | 補助光照射装置およびレーザ装置 |
WO2008001808A1 (fr) * | 2006-06-30 | 2008-01-03 | O.M.C Co., Ltd. | appareil d'usinage par laser |
DE102015001421A1 (de) | 2015-02-06 | 2016-08-11 | Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung | Vorrichtung und Verfahren zur Strahldiagnose an Laserbearbeitungs-Optiken (PRl-2015-001) |
WO2016155690A1 (de) | 2015-04-01 | 2016-10-06 | Primes Gmbh Messtechnik Für Die Produktion Mit Laserstrahlung | Vorrichtung und verfahren zur bestimmung von eigenschaften eines laserstrahls |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62265686A patent/JPH01107990A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007331013A (ja) * | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Omron Corp | 補助光照射装置およびレーザ装置 |
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