JPH01122688A - レーザ加工用レンズの焦点距離自動調整装置 - Google Patents

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］ この発明は、レーザ加工に用いられるレンズの位置をそ
の焦点距離の変動に応じて調整する装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ ＹＡＧＳＣｏおよびＣＯ２レーザのような５００Ｗ以上
の大出力のレンズは、熱レンズ効果により焦点距離が変
動する。これは、使用に伴う汚れ等よってレンズの吸収
率が増大し、レーザ光が照射される部分であるレーザ照
射部の温度が上昇することにより生じるものであり、多
くの場合レーザ照射部の温度上昇とともに焦点距離が短
くなる。

レンズを通過したレーザ光を常に一定の位置に集光させ
るためには、このような焦点距離の変動に対応させてレ
ンズを移動させることが必要となる。従来は、移動方向
にマイクロメータが設けられており、このマイクロメー
タを用いてレンズを移動させて調整していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、多くの場合レーザ光は赤外光であり、焦
点を肉眼で見ることができないため、調整に時間を要す
るという問題点があった。

また、レンズは使用とともに汚れてレーザ光の吸収率が
変化し、焦点距離が変動するので、これに合わせて随時
レンズの相対的な位置を変化させる必要があった。

それゆえに、この発明の目的は、熱レンズ効果による焦
点距離の変動に対し、リアルタイムにレンズの位置を調
整することのできる焦点距離自動調整装置を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の焦点距離自動調整装置は、レーザ加工用レン
ズのレーザ照射部と該レーザ照射部の周辺部との温度差
の変動により生じる焦点距離の変動に対応してレーザ加
工用レンズの位置を調整する装置であり、レーザ照射部
の温度を測定するための照射部温度測定手段と、周辺部
の温度を測定するための周辺部温度測定手段と、レーザ
加工用レンズを移動させてその位置を調整するためのレ
ンズ移動手段と、照射部温度測定手段および周辺部温度
測定手段からの温度のデータを受けてレンズ移動手段に
移動させる方向および距離を信号としてり、える制御手
段とを備えている。

照射部温度測定手段は、レーザ光が照射される部分を測
定対象とするため、レーザ光照射部に直接接触させて測
定するような測定手段は好ましくない。たとえば、遠赤
外放射温度計などのように直接接触しなくても温度測定
可能な測定手段が好ましい。

周辺部温度測定手段は、レーザ光が透過する部分でない
ので、たとえば熱電対などのような測定手段を用いるこ
とができる。もちろん、遠赤外放射温度計を用いてもよ
い。

制御手段としては、たとえばマイクロコンピュータを有
利に用いることができる。マイクロコンピュータには、
予め求めた照射部および周辺部のそれぞれの温度とレン
ズの変形量との関係を記憶させておき、照射部温度測定
手段および周辺部温度測定手段から送られてきた温度の
データからレンズの変形量およびこのレンズの変形量か
ら焦点距離を算出し、この焦点距離に対応してレンズを
移動させる信号をレンズ移動手段に与えるようにするこ
とができる。

［作用］ この発明の焦点距離自動調整装置では、レーザ加工用レ
ンズのレーザ照射部と周辺部の温度を検知し、この値か
ら焦点距離の変動を求め、これに応じてレンズを移動さ
せ常に一定の位置にレーザ光が集光するようにしている
。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す構成図である。レ
ンズ１は、Ｚ軸ステージ８に取付けられている。レンズ
１には、レーザ光２が照射されており、レーザ光２はレ
ンズ１により集光されている。レンズ１のレーザ光２の
照射部の温度を測定するように、遠赤外放射温度計４が
設置されている。またレンズ１の周辺部である外側の周
面部の温度を測定するように熱電対３が設けられている
。

遠赤外放射温度計４および熱電対３で測定された温度の
データは、信号としてデジタイザ５に与えられ、デジタ
ル信号としてマイクロコンピュータ６に与えられる。マ
イクロコンピュータ６には、予め大型コンピュータでシ
ミュレーションすることにより得られた照射部および周
辺部の温度とレンズの変形量との関係が記憶されており
、デジタイザ５から与えられる温度のデータからレンズ
変形量を算■する。さらに、このレンズの変形量から焦
点距離の変動を算出し、この焦点距離に対応してレンズ
１による集光が一定となるように、レンズ移動部７に信
号を与える。レンズ移動部７はパルスモータ駆動により
制御されており、Ｚ軸ステージ８をレンズ１のＺ軸方向
に移動させて、レンズ１を移動させる。

レーザ光２の照射によりレーザ１のレーザ照射部分の温
度が上昇すると、レンズ１が想像線で示すような状態に
変形し、この変形によってレンズ１の焦点距離が想像線
で示すように短くなる。このような温度変化は遠赤外放
射温度計４および熱電対３によりとらえられ、デジタイ
ザ５を通してマイクロコンピュータ６に温度変化が与え
られる。

マイクロコンピュータ６では、このような温度変化から
、レンズ１の焦点距離が短くなったことが感知され、レ
ンズ移動部７にＺ軸ステージ８を図面下方向に移動する
よう信号を与える。これにより、レンズ移動部７はパル
スモータ駆動によりＺ軸ステージ８を図面下方向に移動
させ、想像線で示すレーザ２の焦点が実線で示すレーザ
２の焦点と同じ位置になるようにレンズ１が図面下方向
に移動する。

このようにして、この実施例によれば、リアルタイムで
レンズの焦点距離の変動に対応させてレンズの位置を自
動調整することができる。このような実施例の装置を用
いることにより、従来の焦点距離調整に比べ、−日２時
間レンズ調整時間を短縮化することができるようになっ
た。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の装置によれば、レンズ
の劣化や汚れ等による吸収率の増大に伴う焦点距離の変
動に対応してリアルタイムにレンズの位置を自動調整す
ることができる。このため、この発明の装置は、自動車
部品などのライン操業のレーザ加工機の分野に用いて、
時間短縮や焦点距離の変化に伴う不良品の発生を抑える
ことができるようになる。特に、赤外レーザ、ＹＡＧＳ
ＣＯおよびＣＯ２レーザ加工機の分野に利用すると効果
的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す構成図である。 図において、１はレンズ、２はレーザ光、３は熱電対、
４は遠赤外放射温度計、５はデジタイザ、６はマイクロ
コンピュータ、７はレンズ移動部、８はＺ軸ステージを
示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ加工用レンズのレーザ照射部と該レーザ照
   射部の周辺部との温度差の変動により生じる焦点距離の
   変動に対応して、レーザ加工用レンズの位置を調整する
   装置であって、 前記レーザ照射部の温度を測定するための照射部温度測
   定手段と、 前記周辺部の温度を測定するための周辺部温度測定手段
   と、 前記レーザ加工用レンズを移動させてその位置を調整す
   るためのレンズ移動手段と、 前記照射部温度測定手段および周辺部温度測定手段から
   の温度のデータを受けて前記レンズ移動手段に移動させ
   る方向および距離を信号として与える制御手段とを備え
   る、レーザ加工用レンズの焦点距離自動調整装置。
2. （２）前記照射部温度測定手段が遠赤外放射温度計であ
   る、特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工用レンズの
   焦点距離自動調整装置。
3. （３）前記周辺部温度測定手段が熱電対である、特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のレーザ加工用レンズ
   の焦点距離自動調整装置。
4. （４）前記制御手段がマイクロコンピュータであり、マ
   イクロコンピュータに予め前記照射部および周辺部の温
   度とレンズの変形量との関係を記憶させ、送られてきた
   温度のデータからレンズの変形量および焦点距離を算出
   し、この焦点距離に対応してレンズを移動させる信号を
   前記レンズ移動手段に与える、特許請求の範囲第１、２
   または３項に記載のレーザ加工用レンズの焦点距離自動
   調整装置。