JPH01113191A

JPH01113191A - レーザビーム位置検出装置

Info

Publication number: JPH01113191A
Application number: JP62266598A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Sasaki; 憲明佐々木; Shuji Ogawa; 小川　周治
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1989-05-01
Also published as: JPH0520195B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、レーザ発振器から発振されたレーザビームの
位置を検出して、該レーザビームの光軸と理想光軸との
ずれを補正するレーザビーム位置検出装置に関するもの
である。

［従来の技術］第６図と第７図は従来のレーザビーム位置検出装置の構
成説明図で、第６図は側面図、第７図は正面図である。

図において、（１）はレーザビーム、（２）は光軸上に
設けられずれ検出器を構成する開口部材、（３）は該開
口部材（２）に取付けられた４個のビームセンサ、（４
）は反射ミラーである。

このような構成の従来のレーザビーム位置検出装置にお
いて、レーザビーム（１）は、図示されていないレーザ
発振器から発射されて開口部材（２）を通過する。この
時、レーザビーム（１）のパワーの裾野の部分が、４個
のビームセンサ（３）を照射して各位置の出力が検出さ
れる。そして、レーザビーム（１）の光軸が理想光軸上
にあれば、全ビームセンサの検出出力がバランスするこ
とになる。したがって、各ビームセンサ（３）の出力の
アンバランスを検出することにより、レーザビーム（１
）の光軸と理想光軸とのずれを知ることができる。よっ
て、この様な検出装置をレーザビーム（１）の光路に必
要数設置し、適宜の補正手段で前段の光学系を補正する
ことにより、レーザビーム（１）の光軸を理想光軸に沿
って正確に伝送することができる。

［発明が解決しようとする問題点コ上記のように、従来のレーザビーム位置検出装置には、
パワーの１部をカットしながらレーザビームを通過させ
る開口を設けた開口部材からなるずれ検出器が用いられ
ている。普通、上記のような開口部材の開口は、レーザ
ビームの形状やパワーに影響を与えないように設計され
ている。しかしながら、例えばモードパターンがガウス
モード（シングルモード）の正規曲線状の強度分布を持
つＣ０２レーザの場合は、開口部材の通過によって２％
程度の伝送パワーロスを招く。一般に、この種の伝送径
路には、５枚或いはそれ以上の反射ミラーが設けられて
いる。したがって、これらの各反射ミラーの後段に上記
した検出器を配置すると、伝送パワーのトータルロスは
１０％以上に達してエネルギーを損失することになる。

また、パワーロスを減少するために開口部材の開口を大
きくすると、入射するパワーが弱いのでそれだけ高い感
度のセンサが必要になる。しかし、高い感度のセンサを
用いたときにレーザビームがずれて照射されると、パワ
ーが強すぎてセンサが破壊することになるので、検出範
囲が制約される等の問題点もある。

本発明は、このような従来のずれ検出器の問題点を解決
するためになされたものである。

［問題を解決するための手段］加工レンズの光軸に対して対称的に、対の超音波送信器
および超音波受信器からなるずれ検出器を配置して、こ
の検出装置の検出信号を処理するトランスデユーサを設
けたものである。

［作　　用］超音波送信器で加工レンズに超音波を投射し、透過した
超音波は超音波受信器によって受信され、送信器と受信
器との出力の時間差、即ち速度差が比較される。そして
、超音波の媒質中の伝播速度か媒質の温度変化と一定の
関係があることが利用されて、レーザービームの位置が
温度変化によって検出され、検出位置にずれがあったと
きは、この“ずれユ“を補正することによりレーザビー
ムの光軸が理想光軸に一致する。

［発明の実施例］第１図は本発明の実施例の構成説明図、第２図はその要
部の側面図、第３図はトランスデユーサの構成説明図、
第４図の（イ）乃至（ホ）はタイミングチャート、第５
図は温度とずれ量との関係曲線図である。

第１図乃至第３図において、レーザビームには前述の第
６．７図と同じ（１）の記号が付されている。（７）は
半径ｒの片凸円阪状の加工レンズ、（８）は超音波送信
器、（９）は超音波受信器である。１対の超音波送信器
（８）と超音波受信器（９）とは、ずれ検出器を構成す
る。ずれ検出器は実施例では２対準備され、それぞれ加
工レンズ（７）の光軸（０）を通る（Ｘ）軸及び（Ｙ）
軸線上の側面に接触して設けられている。光軸（０）は
事実上、レーザビーム（１）の理想光軸に相当する。（
１０）は、（Ｘ）軸側と（Ｙ）軸側の信号を処理するた
めの、同一構成のトランスデユーサである。（１１）は
トランスデユーサ（１０）における発信器、（１２）は
タイミング回路、（１３）はＲ−Ｓフリップ曽フロップ
、（１４）はプリアンプ、（１，５）は演算回路、（１
６）はフィルター、（１７）はコンパレータである。

以上のような構成の本発明の動作を、第４図を併用して
次に説明する。

レーザビーム（１）が加工レンズ（７）に入射して集光
される過程において、例えば（Ｘ）軸側のタイミング回
路（１２）の発生パルスのパルス幅に相当する時間内に
、発振器（１１）から成る周波数の電気信号が発振され
る。そして、超音波送信器（８）から上記周波数の超音
波が発生されると同時に、Ｒ−Ｓフリップフロップ（１
３）がセットされる。超音波送信器（８）で発生された
超音波が加工レンズ（７）の媒質中を伝播して超音波受
信器（９）に到達すると、Ｒ−Ｓフリップフロップ（１
３）がリセットされるようになついる。一方、超音波受
信器（９）に到達した超音波は、ここで電気信号に変換
される。変換された電気信号はプリアンプ（１４）で増
幅されてからフィルター（１６）によって、例えば高周
波成分のようなノイズが除去される。フィルター（１６
）の出力信号はコンパレータ（１７）により、分圧　。

器の基準電圧と比較されて波形が整形される。第４図の
（イ）〜（ホ）は上記各動作のタイムチャートで、Ｒ−
Ｓフリップフロップ（１３）の出力パルスの幅（Ｔ）は
超音波が加工レンズ（７）の透過に要した伝播時間を示
し、出力波形は（Ｘ）軸上のモードパターンに対応する
ことになる。

いま、レーザビーム（１）の光軸が加工レンズ（７）の
光軸（０）に一致したときは、ガウスモードの自力曲線
の中心が（Ｘ）軸線上の（０）点にあり、この点の媒質
温度（θ）が最高で超音波の伝播速度が最大となり、従
って伝播する時間は最短になる。また、レーザビーム（
１）の光軸と加工レンズ（７）の光軸（０）にずれｆｆ
１（δ）が発生した場合は、上記のガウスモード曲線の
中心が加工レンズ（７）の光軸（０）から外れる。そし
て、（Ｘ）軸線上の媒質温度（θ）は光軸（０）からの
ずれ（δ）ｆｆｉに比例して低くなり、超音波の伝播す
る時間が長くなる。これらの時間差が演算回路（１５）
によって、加工レンズ（７）の既知の半径（ｒ）等から
求められ、これを温度（θ）として出力することができ
る。第５図は、レーザビーム（１）のずれ量（δ）に対
する温度（θ）の変化を示す関係曲線図である。このよ
うにして求められた（Ｘ）軸方向のずれ量（δ）につい
て、加工レンズ（７）または前段の光学系を補正するこ
とにより前記両光軸を一致させることができる。

（Ｙ）軸側に就いても上述と全く同様な動作で、レーザ
ビーム（１）の光軸からの（Ｙ）軸上のずれ量（δ）を
検出して補正することができる。

なお、上述の実施例では加工レンズにずれ検出装置を取
り付けた場合を例示したが、ベントミラーなどの伝送経
路の他の光学系を利用するようにしても良い。また、２
対の超音波送信器と超音波受信器を図示して説明したが
、１対或いは３対以上でも本発明は実施できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、対の超音波送信
器と超音波受信器とからなる“ずれ検出器゛を伝送経路
に設けられた光学系に対向配置して、“ずれ検出器“か
ら超音波を光学系に投過するようにした。そして、超音
波の光学系の媒質中の伝播速度が媒質内の各点における
温度の変化と一定な関係にあることを利用して、レーザ
ービームの位置を検出するように構成した。このため、
本発明によれば、レーザビームの位置検出に伴うパワー
ロスが全然生じない。また、光を音波で検出する為、相
互干渉も無く非接触検出が可能であり、ビームが光軸か
らずれた場合でもセンサを破壊したり上述したような検
出範囲が制約されるようなこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成説明図、第２図はその要
部の側面図、第３図はトランスデユーサの構成説明図、
第４図の（イ）乃至（ホ）はタイミングチャート、第５
図は温度とずれ量との関係曲線図、第６図と第７図は従
来のレーザビーム位置検出装置の構成説明図で、第６図
は側面図、第７図は正面図である。図において、（１）はレーザビーム、（７）は加工レン
ズ、（８）は超音波送信器、（９）は超音波受信器、（
１０）はトランスデユーサ、（１１）は発信器、（１２
）はタイミング回路、（１３）はＲ−Ｓフリップ・フロ
ップ、（１４）はプリアンプ、（１５）は演算回路、（
１６）はフィルター、（１７）はコンパレータ、（Ｔ）
は伝播時間、（θ）は光学系の媒質温度、（δ）はレー
ザビームのずれ量である。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。　　
　　　　代理人　弁理士　佐々木宗治第１図 ■ 第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ発振器から発振されたレーザビームを伝送
経路に設けられた光学系を介して加工テーブル上の加工
物に集光させてレーザ加工するレーザ加工装置において
、前記光学系における光軸に対して対称的な位置に対の超
音波送信器と超音波受信器とよりなるずれ検出器を配置
し、該ずれ検出器で発生された超音波の前記光学系の媒
質中の伝播速度が媒質温度に対応して変化することを利
用してレーザービームの位置を検出することを特徴とす
るレーザビーム位置検出装置。
（２）前記光学系として集光レンズを利用したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザビーム位置
検出装置。
（３）前記光学系としてベントミラーを利用したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザビーム位
置検出装置。