JPH0520195B2 - - Google Patents
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- JPH0520195B2 JPH0520195B2 JP62266598A JP26659887A JPH0520195B2 JP H0520195 B2 JPH0520195 B2 JP H0520195B2 JP 62266598 A JP62266598 A JP 62266598A JP 26659887 A JP26659887 A JP 26659887A JP H0520195 B2 JPH0520195 B2 JP H0520195B2
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- JP
- Japan
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- laser beam
- optical axis
- ultrasonic
- optical system
- detection device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 37
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
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- Lasers (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
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。
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。
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。
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。したがつ
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。よつて、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
沿つて正確に伝送することができる。
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。したがつ
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。よつて、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
沿つ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］
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部をカツ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CO2レーザの場合は、開口部材の通過によつて
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。したがつて、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となる。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。
置には、パワーの１部をカツ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CO2レーザの場合は、開口部材の通過によつて
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。したがつて、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となる。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。
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。
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つて受信さ
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
速度が媒質中の伝播速度が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つて検出され、検出位置に
ずれがあつたときは、この“ずれ量”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。
透過した超音波は超音波受信器によつて受信さ
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
速度が媒質中の伝播速度が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つて検出され、検出位置に
ずれがあつたときは、この“ずれ量”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
ヤート、第５図は温度とずれ量との関係曲線図で
ある。
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
ヤート、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の片凸円板状の加工レンズ、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Ｏ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Ｏ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、１
２はタイミング回路、１３はＲ−Ｓフリツプ・フ
ロツプ、１４はプリアンプ、１５は演算回路、１
６はフイルター、１７はコンパレータである。
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の片凸円板状の加工レンズ、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Ｏ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Ｏ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、１
２はタイミング回路、１３はＲ−Ｓフリツプ・フ
ロツプ、１４はプリアンプ、１５は演算回路、１
６はフイルター、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。
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フリツ
プフロツプ１３がセツトされる。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
ツプフロツプ１３がリセツトされるようになつて
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イル
ター１６によつて、例えば高周波成分のようなノ
イズが除去される。フイルター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ヤートで、Ｒ−Ｓフリツプフ
ロツプ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。
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フリツ
プフロツプ１３がセツトされる。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
ツプフロツプ１３がリセツトされるようになつて
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イル
ター１６によつて、例えば高周波成分のようなノ
イズが除去される。フイルター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ヤートで、Ｒ−Ｓフリツプフ
ロツプ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Ｏに一致したときは、ガウスモードの出力曲
線の中心がＸ軸線上のＯ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、
従つ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Ｏにずれ量
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Ｏから外れる。そし
て、Ｘ軸線上の媒質温度θは光軸Ｏからのずれδ
量に比例して低くなり、超音波の伝播する時間が
長くなる。これらの時間差から速度差が演算回路
１５によつて加工レンズ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。
光軸Ｏに一致したときは、ガウスモードの出力曲
線の中心がＸ軸線上のＯ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、
従つ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Ｏにずれ量
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Ｏから外れる。そし
て、Ｘ軸線上の媒質温度θは光軸Ｏからのずれδ
量に比例して低くなり、超音波の伝播する時間が
長くなる。これらの時間差から速度差が演算回路
１５によつて加工レンズ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、ベンドミラ
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。
装置を取り付けた場合を例示したが、ベンドミラ
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。
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。
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
を含む構成説明図、第４図のイ乃至ホはタイミン
グチヤート、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フリツプ・フロツプ、
１４はプリアンプ、１５は演算回路、１６はフイ
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。
はその要部の側面図、第３図はトランスデユーサ
を含む構成説明図、第４図のイ乃至ホはタイミン
グチヤート、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フリツプ・フロツプ、
１４はプリアンプ、１５は演算回路、１６はフイ
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。
Claims (1)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266598A JPH01113191A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | レーザビーム位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62266598A JPH01113191A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | レーザビーム位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01113191A JPH01113191A (ja) | 1989-05-01 |
| JPH0520195B2 true JPH0520195B2 (ja) | 1993-03-18 |
Family
ID=17433038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62266598A Granted JPH01113191A (ja) | 1987-10-23 | 1987-10-23 | レーザビーム位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01113191A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332752B2 (en) | 1997-06-27 | 2001-12-25 | Ebara Corporation | Turbo-molecular pump |
| ATE447459T1 (de) * | 2005-12-15 | 2009-11-15 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh | Verfahren und laseranordnung mit einer vorrichtung zur zustandserkennung eines optischen elements |
| US8680430B2 (en) | 2008-12-08 | 2014-03-25 | Electro Scientific Industries, Inc. | Controlling dynamic and thermal loads on laser beam positioning system to achieve high-throughput laser processing of workpiece features |
| JPWO2021145357A1 (ja) * | 2020-01-15 | 2021-07-22 |
-
1987
- 1987-10-23 JP JP62266598A patent/JPH01113191A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01113191A (ja) | 1989-05-01 |
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