JP2000176668A

JP2000176668A - レ―ザビ―ム焦点位置設定方法及びレ―ザビ―ム焦点位置設定装置

Info

Publication number: JP2000176668A
Application number: JP11352320A
Authority: JP
Inventors: Georg Speer; ゲオルグスペール
Original assignee: Precitec GmbH and Co KG
Current assignee: Precitec GmbH and Co KG
Priority date: 1998-12-14
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2000-06-27
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: DE19857694A1; JP4829392B2; DE19857694C2

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークピース表面に対する加工レーザの焦点
の位置が、より正確に設定できるような方法及び装置を
開発する。【解決手段】ワークピース２に向けられたレーザビー
ム３の焦点位置が、加工ヘッド１に備えられた焦点合わ
せ光学アレンジメント４を用いて調節される。第１に、
レーザビーム３の助けを借りて、お互いに隔てられた複
数のトラックを、ワークピース２の表面に、各々に対し
て加工ヘッド１とワークピース２との間の距離を異なら
せ、その他の点では同一条件として焼き付ける。このと
きに発生するプラズマ５の強度が、各トラックについて
個別に測定される。加工コントローラ７は、最大プラズ
マ強度が測定されたレーザ加工ヘッド１とワークピース
２との間の距離に基づいて、高さ調整装置６を駆動して
焦点位置を調節、較正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークピースに向
けられたレーザビームの焦点位置を設定する方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームによるワークピースの加工
中には、良好な加工結果を得るために、レーザビームの
焦点をワークピースの表面の領域にできるだけ合わせる
ことが重要である。

【０００３】この目的のために、加工レーザの焦点位置
を変えて多くのトラックをワークピースの表面に焼き付
け、次にこれらのトラックを綿密に検査することが、既
に考えられている。その後に、最も強度の強いバーンイ
ン深度（ｔｈｅｍｏｓｔｉｎｔｅｎｓｉｖｅｂｕｒ
ｎ−ｉｎｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）を有するトラック
に対する焦点位置を選んで、レーザ加工設備の焦点位置
の較正に使用する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのようなト
ラックの目視による評価は困難であり、所望の結果が得
られないことがよくある。

【０００５】本発明は、従来技術の欄で説明したような
タイプの方法及び装置であって、ワークピース表面に対
する加工レーザの焦点の位置がより正確に設定できるよ
うな方法及び装置を開発するという目的に基づいてい
る。本発明の目的は更に、この設定を自動的に、すなわ
ち人間の関与無しに実行することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】方法に関しては、設定さ
れた目的を達成する方法は、請求項１の特徴部に見いだ
すことができる。一方、装置に関しては、設定された目
的を達成する方法は請求項９に特定されている。本発明
の効果的な改変は、各々の下位の従属請求項で特徴付け
られている。

【０００７】レーザビームのための焦点合わせ光学アレ
ンジメントを有する加工ヘッドからワークピースに向け
て発せられるレーザビームの焦点位置を設定する方法
は、レーザビームの助けを借りて、お互いに分離された
複数のトラックを、加工ヘッドとワークピースとの間の
距離についてはそれぞれ異ならせ、その他の点は同一と
するという条件下で、ワークピースの表面に焼き付ける
ステップと、プロセス中に加工ヘッドとワークピースと
の間に生成されたプラズマの強度を、各トラックについ
て別個に測定するステップと、最大プラズマ強度が測定
された加工ヘッドとワークピースとの間の距離（焦点位
置）を選択するステップと、によって特徴付けられる。

【０００８】この方法によれば、各トラックに割り当て
られたプラズマ強度を非常に正確に区別することが可能
であり、その結果として、プラズマ強度と焦点位置とを
一義的に関係付けることが可能になる。従って、最も強
いバーンイン深度に適した焦点位置を一義的に選択する
ことができる。非常に多数のトラックが使用される場合
には、焦点位置の選択は極めて良好に最適化される。な
ぜなら、そのときには、所望の焦点位置の範囲内で、焦
点位置を非常に細かく或いは比較的小さいステップに細
分することができるからである。焦点位置における極め
て小さな変化であっても、この方法では、バーンイント
ラックの助けによって検出されて、その結果として、こ
の場合にもプラズマ強度と焦点位置との間の関係付けは
一義的のままである。

【０００９】本発明のある展開によれば、全トラックが
同じ長さを有するように設計されて、各トラックに対し
てそれぞれ測定されたプラズマ強度が積分される。各ト
ラックに沿ってプラズマ強度を積分することによって、
プラズマ強度における変動を補償することができて、プ
ラズマ強度と焦点位置との間のより一義的な結果がもた
らされる。

【００１０】本発明の改変において、各トラックに関し
てそれぞれ測定されたプラズマ強度はメモリに記憶され
てもよい。この場合、全トラックのプラズマ強度の測定
の終了時に、最大プラズマ強度が測定されたトラックを
選択するために、メモリに記憶されたプラズマ強度がお
互いに比較される。その後に、このトラックに関する焦
点位置（レーザ加工ヘッドとワークピースとの間の距
離）が、設備の更なる較正のために選択される。レーザ
加工ヘッドとワークピースとの間の距離を、設備自身に
よって、トラック毎に非常に小さなステップで変更する
ことができて、各々の関連した焦点位置或いは距離は、
各トラックに対するプラズマ強度についてのそれぞれの
メモリ位置に割り当てられている。従って、設備が全プ
ロセスを自動的に制御することが可能であり、これは例
えば、ワークピースの通常のレーザ加工の前、加工中、
或いは加工後に生成されることができる適切な加工制御
信号に基づいて、行われる。

【００１１】本発明の更なる改変において、プラズマに
よって発せられる放射の強度を、例えば、プラズマ強度
の測定のために使用することができる。この目的のため
に、例えばワークピースの溶接中や切断中などのワーク
ピースの加工中にプラズマが通常生成される領域であ
る、レーザ加工ヘッドの先端とワークピースとの間の領
域、例えばノズル先端とワークピースとの間の領域に位
置合わせされた放射センサを使用することができる。

【００１２】しかし、代替として、例えば加工ヘッドと
ワークピースとの間の距離をＬＣジェネレータを使用し
て容量的に測定する場合には、ＬＣジェネレータの容量
成分が、加工ヘッドとワークピースとの間に存在する測
定容量成分によって生成され、ジェネレータ出力信号の
振幅を使用してプラズマ強度を測定してもよい。ここで
有効なことは、加工ヘッドとワークピースとの間の距離
を決定するための距離信号とプラズマ強度信号との両方
が、単一の同じジェネレータ出力信号から生成できるこ
とである。従って、焦点位置を見いだす方法は、特に単
純な仕方で実行されることができる。

【００１３】この場合、ジェネレータ出力信号からＬＣ
ジェネレータの搬送波周波数をフィルタリングにより抽
出し、この取得された搬送波周波数の信号の振幅からプ
ラズマ強度を推定することが可能である。フィルタリン
グで取り出された信号及び／或いは上記の強度信号の単
純な評価を可能にするために、これらの信号を両方と
も、あらかじめ整流しても構わない。

【００１４】ワークピースに向けられたレーザビームの
焦点位置を設定する装置は、本発明に従って、焦点合わ
せされるためにレーザビームが通過する焦点合わせ光学
アレンジメントを有する加工ヘッドと、加工ヘッドとワ
ークピースとの間の距離を決定する装置と、ワークピー
ス上のトラックに沿ってレーザビームによって生成され
たプラズマの強度を測定する測定装置と、個別のトラッ
クに沿ってそれぞれ測定されたプラズマ強度を記憶する
メモリ装置と、トラックに沿って最大プラズマ強度が測
定された距離を選択する比較装置と、を含んでいる。

【００１５】この場合、測定装置は、プラズマによって
出射された放射の強度を適切な波長範囲で測定するよう
に設計されていてもよい。しかし、測定装置が、ＬＣジ
ェネレータを有し、その容量成分が加工ヘッドとワーク
ピースとの間に位置する測定容量成分によって生成され
て、ＬＣジェネレータの出力信号がプラズマ強度に関す
る情報を含むようにすることも可能である。

【００１６】この場合、例えばノイズのような、焦点位
置の決定に適切ではない信号を抑制するために、ＬＣジ
ェネレータの搬送波周波数をフィルタリングして取り出
すフィルタを、ＬＣジェネレータの下流に接続してもよ
い。

【００１７】更に、本発明の更なる改変によれば、測定
値がより単純且つより正確に得られるように、測定装置
の下流に整流器を接続してもよい。

【００１８】測定装置は、変動への依存性がより少ない
状態で動作できるように、測定されたプラズマ強度を積
分する積分器を更に含んでいてもよい。通常のレーザ加
工プロセスの前、加工中、或いは加工後に、焦点位置の
選択或いは設定を完全に自動化して実行できるようにす
るために、測定装置、メモリ装置、比較装置、加工ヘッ
ド及び／或いはそのドライバ、並びに加工ヘッドとワー
クピースとの間の距離を決定する装置は、全て加工コン
トローラに接続されてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明が、以下に図面を参照して
詳細に説明される。

【００２０】図１は、本発明の第１の例示的な実施形態
に従ったレーザ加工設備の構成を示す模式図であり、プ
ラズマ強度を光学的に測定することが可能なレーザ加工
設備である。このレーザ加工設備はレーザ加工ヘッド１
を有しており、ワークピース２の上に焦点合わせされる
べきレーザビーム３が、それを通過する。レーザビーム
３は、レーザ加工ヘッド１の中に設けられた焦点合わせ
光学アレンジメント（焦点合わせ装置）４の助けを借り
て、焦点合わせされる。ワークピース２の上に焦点合わ
せされたレーザビーム３は、溶接或いは切断作業を行う
ために使用され、その目的のために、レーザ加工ヘッド
１及びワークピース２はお互いに相対的に移動される。
プラズマ５が、プロセス中にレーザ加工ヘッド１の先端
とワークピース２との間に生成される。レーザ加工ヘッ
ド１の先端とワークピース２との間の高さｈは、レーザ
ビーム３の焦点をワークピース２の表面の領域に維持す
るために、適切な手段によって一定に設定或いは維持さ
れる。この目的のために、高さ調整装置６がレーザ加工
ヘッド１に接続されて、この高さ調整装置６が、レーザ
加工ヘッド１をワークピース２の表面に垂直に変位させ
る。この高さ調整装置６は、加工コントローラ７によっ
て駆動され、この加工コントローラ７が適切な高さ調整
信号を高さ調整装置６にライン８を介して供給する。レ
ーザ加工ヘッド１の先端とワークピース２との間の高さ
ｈは、適切な方法で、例えば容量的に測定される。高さ
ｈを一定に維持するために、ライン８上の高さ調整信号
を適切に調節することが可能である。

【００２１】測定装置９が、レーザ加工ヘッド１とワー
クピース２との間のプラズマ５の強度を測定するために
設けられている。この測定装置９は放射検出器１１を備
えており、この放射検出器１１には入力光学アレンジメ
ント１０が設けられ、その放射検出器１１は測定された
放射強度に対応する出力電圧Ｕを出力する。この場合、
入力光学アレンジメント１０はレーザ加工ヘッド１とワ
ークピース２との間の領域に向けられて、このようにし
て、プラズマ５によって発せられた放射を所望の或いは
所定の波長で測定する。この場合、放射検出器１１はレ
ーザ加工ヘッド１に結合されるか或いは永久的に接続さ
れており、その結果として、レーザ加工ヘッド１の動き
と協動してプラズマ領域５に常に焦点が合った状態が維
持される。プラズマ５が強力であるほど、それによって
発せられる放射強度は強く、そのときには放射検出器１
１の出力電圧Ｕも同様に大きくなる。

【００２２】測定装置９には積分器１２も設けられてお
り、その入力は放射検出器１１の出力に接続されてい
る。積分器１２は、放射検出器１１によって測定された
放射強度、すなわち放射検出器１１によって出力された
出力電圧Ｕを積分して、対応する積分値をその出力から
供給する。

【００２３】積分器１２の下流側に接続されているのは
電子メモリ１３であって、これは、積分器１２によって
供給された積分値を記憶するように機能する。

【００２４】更に、比較装置１４がメモリ１３の下流に
接続されていて、この比較装置１４の助けを借りて、メ
モリ１３に記憶された積分値がお互いに比較される。

【００２５】積分器１２と電子メモリ１３とはライン１
５を介して加工コントローラ７に接続されており、この
ライン１５を介して、加工コントローラ７は積分開始コ
マンド及び記憶開始コマンドを積分器１２及び電子メモ
リ１３にそれぞれ供給する。

【００２６】加工コントローラ７はライン１６を介して
電子メモリ１３及び比較装置１４に接続されているが、
これは、読み出し／比較コマンドをこれらに伝達するた
めである。最後に、加工コントローラ７は電子メモリ１
３及び比較装置１４に、例えば３つのアドレスライン１
７を介して接続されている。これらのアドレスライン１
７を介して、前述の加工コントローラ７はアドレスを電
子メモリ１３に与え、その場所に、積分器１２によって
供給された積分値が記憶される。一方、アドレスライン
１７を介して、比較装置１４は加工コントローラ７に、
最大積分値が記憶されているメモリ位置に対応するアド
レスを供給する。各メモリ位置アドレスと、レーザ加工
ヘッド１とワークピース２との間の割り当てられた距離
ｈとの間の割り当ては、加工コントローラ７のテーブル
メモリ１８に存在している。その結果、割り当てられた
距離ｈは、比較装置１４によって供給されたアドレスに
基づいてこのテーブル１８から読み出されることができ
る。高さ或いは焦点位置ｈは、積分器１２の最大積分値
に割り当てられる。その後に加工コントローラ７は、最
後にレーザ加工ヘッド１を、このようにして高さ調整装
置６を介して決定されたこの焦点位置（高さｈ）に設定
する。この焦点位置は、適切な調節によって引き続いて
一定に維持される。

【００２７】本発明に従った方法では、例えば、距離を
隔てて隣接するように配置された８本のトラックを、ワ
ークピース２の表面に、各々異なった高さｈで焼き付け
ることができる。８本のトラックは全て、同じ長さを有
している。ひとたびあるトラックが焼き付けられると、
そのトラックのプラズマ強度の和が、電子メモリ１３に
おける、加工コントローラ７によってライン１７を介し
てあらかじめ決定されているアドレスのメモリ位置に記
憶される。割り当てられた高さｈは、テーブルメモリ１
８に記憶される。例えば、異なる焦点位置での８本のト
ラックの焼き付けの結果としてプラズマ強度の８通りの
合計値が電子メモリ１３の関連したメモリ位置に記憶さ
れた後に、加工コントローラ７による読み出し信号の活
性化によって、比較装置１４が活性化される。比較装置
１４はその後に、各アドレスに記憶されている電子メモ
リ１３の積分値を比較して、アドレスライン１７を介し
て加工コントローラ７に、最大積分値が記憶されている
アドレスを供給する。前述のように、読み出し信号は、
ライン１６を介して、電子メモリ１３及び比較装置１４
の両方に伝達される。最後に、ライン１７を介して加工
コントローラ７に伝達されたアドレスの助けを借りて、
関連する焦点位置（距離ｈ）がテーブルメモリ１８から
そこに選択される。

【００２８】ライン１５及び１６で同時に信号を活性化
することによって、全設備を初期状態に再びリセットす
ることができる。

【００２９】図２を用いて本発明に従った方法の他の例
示的な実施形態を説明する。図２は、プラズマがレーザ
加工ヘッドとワークピースとの間に存在する場合におい
て、容量的に距離を測定する際のレーザ加工ヘッドとワ
ークピースとの間の状態を説明する説明図である。この
本発明に従った方法の他の例示的な実施形態によれば、
加工ヘッドとワークピースとの間に存在する測定容量成
分Ｃ_Mをその容量成分とするＬＣジェネレータによっ
て、加工ヘッドとワークピースとの間の距離を容量的に
測定する場合、ジェネレータ出力信号の振幅をプラズマ
強度の測定に使用することもできる。

【００３０】ある利点は、既知の容量性近接センサシス
テムを、ワークピースと加工ヘッドとの間の距離の決定
だけではなく、加工ヘッドとワークピースとの間のプラ
ズマ強度のモニタにも使用できる点である。電気的に
は、プラズマは例えば、ノイズ源Ｑ_Rに並列に接続され
たインピーダンスＺ_Pと考えることができる。例えばノ
イズ源Ｑ_Rが並列に接続されたこのインピーダンスＺ
_Pは、その場合には、距離依存性容量成分Ｃ_M′に関する
並列容量として、例えば加工ヘッドのＣｕ先端とワーク
ピースとの間に位置している。

【００３１】この方法では、加工ヘッドとワークピース
との間に存在する距離依存性容量成分Ｃ_M′は、依然と
してプラズマインピーダンスから独立して決定すること
ができる。この目的のために、測定容量成分Ｃ_Mを含む
形でＬＣジェネレータが構成される。ＬＣジェネレータ
は、例えば一般に知られているエミッタ結合型ＬＣ発振
器であってもよく、測定容量成分Ｃ_Mが容量成分として
含まれている。

【００３２】ワークピースがレーザビームによって加工
されない場合には、加工ヘッドとワークピースとの間に
存在する距離依存性容量成分Ｃ_M′のみがＬＣジェネレ
ータに組み込まれる。プラズマが形成される場合にの
み、距離依存性容量成分Ｃ_M′に並列に、形成されたプ
ラズマに依存するインピーダンスＺ_Pとノイズ源とがそ
こに加えられる。しかし、これらは、ＬＣジェネレータ
によって生成されるジェネレータ出力信号の周波数には
特に影響しない。プラズマ５が強力であるほど、インピ
ーダンスＺ_Pは小さくなり、ジェネレータ出力信号の振
幅は小さくなる。

【００３３】測定容量成分Ｃ_MがＬＣジェネレータに組
み込まれる結果、ＬＣジェネレータはジェネレータ出力
信号を生成し、その周波数は、加工ヘッドとワークピー
スとの間の距離依存性容量成分Ｃ_M′のみによって決定
される。一方、プラズマのインピーダンス及び並列に接
続されたノイズ源は、生成されるジェネレータ出力信号
の振幅に作用する。これより、ジェネレータ出力信号及
びノイズ源の振幅は、プラズマ強度のインジケータとし
て機能する。この場合、ＬＣジェネレータの搬送波周波
数をジェネレータ出力信号からフィルタリングして取り
出したり通過させたりしてもよい。このようにすれば、
プラズマのインピーダンスに関して更に特徴的な振幅値
がジェネレータ出力信号から得られて、これによって、
より意味のあるプラズマ強度信号を得て、これから、焦
点位置に関して、より厳密に正確な結論を引き出すこと
ができる。

【００３４】図２には、レーザ加工ヘッド１９が示され
ており、その先端には、センサ電極２０、例えばＣｕ電
極が形成されている。センサ電極２０は、レーザ加工ヘ
ッド１９とワークピース２との間の測定容量成分Ｃ_Mを
形成する役割を果たす。

【００３５】加えて、図２は、プラズマ形成中の測定容
量成分Ｃ_Mの等価回路図を示している。この場合、測定
容量成分Ｃ_Mは、インピーダンスＺ_P及びノイズ源Ｑ_Rを
並列に伴った距離依存性容量成分Ｃ_M′によって形成さ
れる。ここで、このインピーダンスＺ_Pはプラズマを示
し、ノイズ源Ｑ_Rはプラズマによって生じている。ワー
クピース２が加工されないときには、言い換えれば、プ
ラズマが生成されないときには、レーザ加工ヘッド１９
或いはセンサ電極２０とワークピース２との間の測定容
量成分Ｃ_Mは、距離依存性容量成分Ｃ_M′に等しい。ワー
クピース２の加工中に、レーザ加工ヘッド１９から発せ
られるレーザビーム（図示せず）は、ワークピース２の
上に入射して、その結果として、ワークピース２は加工
点で非常に加熱され、ワークピース材料は酸素が供給さ
れると燃焼する（プラズマ生成）。ワークピース２の加
工中に存在する測定容量成分Ｃ_Mは、これより、インピ
ーダンスＺ_P及びノイズ源Ｑ_Rが並列に接続されている距
離依存性容量成分Ｃ_M′によって示すことができる。

【００３６】Ｃ_M′は、レーザ加工ヘッド１９或いはセ
ンサ電極２０とワークピース２との間の距離ｈの尺度で
あるが、インピーダンスＺ_Pは、ノイズ源Ｑ_Rとともに、
プラズマ強度のインジケータとして機能する。

【００３７】図３は、本発明に従った装置の更なる例示
的な実施形態のブロック図である。図２に示されたよう
な測定容量成分Ｃ_Mの等価回路は、図３のＬＣジェネレ
ータＧの中に組み込まれている。ＬＣジェネレータＧ
は、例えばエミッタ結合型ＬＣ発振器であって、その構
成要素の残りの部分は、ブロック２１によって示されて
いる。測定容量成分Ｃ_Mが回路要素として組み込まれて
いるＬＣジェネレータＧの回路は、後に、図４の説明の
中で更に詳しく説明する。

【００３８】測定容量成分Ｃ_MがＬＣジェネレータＧに
組み込まれている結果として、ＬＣジェネレータは、そ
の出力にジェネレータ出力信号２２を生成する。その周
波数は距離依存性容量成分Ｃ_M′によって決定され、そ
の振幅はインピーダンスＺ_P及び／或いはノイズ源Ｑ_Rに
よって決定される。より正確には、振幅はインピーダン
スＺ_Pに比例する。

【００３９】ＬＣジェネレータＧの下流に接続された周
波数／電圧変換器２３によって、ジェネレータ出力信号
２２を、一般的に知られた方法で、レーザ加工ヘッド１
９とワークピース２との間の距離を測定するために使用
することができる。これは、インピーダンスＺ_P及びノ
イズ源Ｑ_Rが、ＬＣジェネレータＧの周波数に特に影響
しないからである。

【００４０】図３に示されているように、フィルタ２４
がＬＣジェネレータＧの出力側に接続されている。この
フィルタは、ＬＣジェネレータＧの搬送波周波数の成分
をジェネレータ出力信号２２からフィルタリングして取
り出すか、或いはそれを通過させる。更に、整流された
信号を生成するために、整流器２５がフィルタ２４の出
力側に接続されている。

【００４１】プラズマ強度を決定するために、整流器２
５の出力に現れた信号が、次に、既に図１に示された積
分器１２に入力信号として供給される。これは、その後
に、図１に示したような更なるシーケンスに従って処理
されるためである。周波数／電圧変換器２３からくる信
号は、図１に示された加工コントローラ７に供給される
が、これは、このようにして、各トラックに対する高さ
ｈを一定に維持してテーブルメモリ１８に記憶するよう
にするためである。これもまた、高さ調整装置６の駆動
によって実行される。他の点では、方法シーケンスは図
１を参照して既に説明したものと同じであって、ここで
再び説明する必要はない。ここで唯一説明すべき点は、
プラズマ形成の場合には、各場合に設定された高さｈか
ら得られるジェネレータ出力信号、或いはそのジェネレ
ータ出力信号の振幅が、プラズマ５が存在しないときに
得られたジェネレータ出力信号の振幅と比較されると言
うことである。例として、プラズマが形成されないとき
にジェネレータ出力信号の振幅が２．０ボルトであると
すると、プラズマ形成が増すにつれて、ジェネレータ出
力信号の振幅は、例えば１．０ボルトから０．５ボルト
へと（３つのトラックに対して）ますます低下する。こ
の場合、最小振幅が最大プラズマ強度を示し、上記の電
圧差（１．５ボルト）がこの場合に最大になる。割り当
てられた高さｈに関する各電圧差は、その後にメモリ１
３に記憶されて、比較装置１４がその後に、最大電圧差
が記憶されているメモリ１３のアドレスを選択する。こ
のアドレスは、それから加工コントローラ７に伝達され
て、これが引き続いて割り当てられた高さｈ（焦点位
置）をテーブルメモリ１８から選択し、引き続いて設備
をこの高さｈで較正する。

【００４２】図４は、図３による装置で使用されている
ＬＣジェネレータＧを示している。このＬＣジェネレー
タＧはトランジスタＴ₁を含んでおり、そのコレクタ端
子は接地され、ベース端子は、共通接合点にてインダク
タンス成分Ｌ及び測定容量成分Ｃ_Mに結合されている。
インダクタンス成分Ｌ及び測定容量成分Ｃ_Mの各々の他
の端子は、同様に接地されている。ＬＣジェネレータＧ
は更にトランジスタＴ₂を含んでおり、そのベース端子
は接地され、コレクタ端子はインダクタンス成分Ｌと測
定容量成分Ｃ_Mとの共通接合点に接続されている。トラ
ンジスタＴ₁及びＴ ₂のエミッタ端子はお互いに直接に接
続されており、抵抗Ｒ_Eが、共通接合点を介して各エミ
ッタ端子Ｔ₁及びＴ₂にそれぞれ接続されている。

【００４３】図４に更に示されているように、増幅器ユ
ニット２７が、ＬＣジェネレータＧの出力２６の上流に
接続されている。

【００４４】図４に示すＬＣジェネレータＧは、差分増
幅器によって実現される。Ｔ₁のベース電位はＴ₂のコレ
クタ電位と同位相であるので、直接接続によって正のフ
ィードバックを形成することができる。そのループ利得
はトランジスタのトランスコンダクタンスに比例して、
ワイドリミット内でエミッタ電流を変えることで設定す
ることができる。そのとき、ジェネレータ出力信号はＬ
ＣジェネレータＧの出力２６で得られて、その信号の周
波数は距離依存性容量成分Ｃ_M′に依存し、且つその信
号の振幅は、プラズマのインピーダンスとプラズマによ
って生成されるノイズとに依存する。ＬＣジェネレータ
Ｇの出力２６は、実際には、図３に示すジェネレータ出
力信号２２を供給する。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ強度を光学的に測定することが可能
な、本発明に従ったレーザ加工設備の模式的なブロック
図である。

【図２】プラズマがレーザ加工ヘッドとワークピース
との間に存在する場合において、容量的に距離を測定す
る際のレーザ加工ヘッドとワークピースとの間の状態を
説明する説明図である。

【図３】レーザ加工ヘッドとワークピースとの間のプ
ラズマの抵抗を測定することによってプラズマ強度を決
定することが可能なレーザ加工設備の回路構成を示す模
式的なブロック図である。

【図４】図３に示す回路のＬＣジェネレータの模式的
な回路図である。

【符号の説明】

１レーザ加工ヘッド、２ワークピース、３レーザ
ビーム、４焦点合わせ光学アレンジメント、５プラ
ズマ、６高さ調整装置、７加工コントローラ、９
測定装置、１０入力光学アレンジメント、１１放射
検出器、１２積分器、１３電子メモリ、１４比較装
置、１７アドレスライン、１８テーブルメモリ、１
９レーザ加工ヘッド、２０センサ電極、２２ジェ
ネレータ出力信号、２３周波数／電圧変換器、２４
フィルタ、２５整流器、２６ＬＣジェネレータ出力、
２７増幅器ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームのための焦点合わせ装置を
有する加工ヘッドからワークピースに向けて発せられる
レーザビームの焦点位置を設定する方法であって、前記レーザビームを用いて前記ワークピースの表面に、
互いに分離された複数のトラックを焼き付けるステップ
であって、前記トラックの焼き付けは、前記加工ヘッド
と前記ワークピースとの間の距離を前記各トラックそれ
ぞれに対して異ならせ、且つその他の条件は同一として
行われるトラック焼き付けステップと、前記トラック焼き付けステップ中に生成されるプラズマ
の強度を、前記各トラック毎に測定するプラズマ強度測
定ステップと、前記プラズマ強度測定ステップにて、最大プラズマ強度
が測定された場合における前記加工ヘッドと前記ワーク
ピースとの間の距離を選択し、当該距離に基づいて前記
焦点位置を定めるステップと、を有することを特徴とするレーザビーム焦点位置設定方
法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記ト
ラックの全てが同じ長さであり、前記各トラックについ
てそれぞれ測定される前記プラズマ強度は、前記各トラ
ックごとの積分値であることを特徴とするレーザビーム
焦点位置設定方法。
【請求項３】請求項１或いは請求項２に記載の方法に
おいて、前記各トラックについてそれぞれ測定される前
記プラズマ強度がメモリに記憶され、前記全トラックに
対する前記プラズマ強度の測定が終了した際に、前記メ
モリに記憶された前記各プラズマ強度が互いに比較され
ることを特徴とするレーザビーム焦点位置設定方法。
【請求項４】請求項１から請求項３のいずれかに記載
の方法において、加工制御信号のコマンドで自動的に実
行されることを特徴とするレーザビーム焦点位置設定方
法。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の方法において、前記プラズマによって発せられる放射
の強度が前記プラズマ強度の測定に使用されることを特
徴とするレーザビーム焦点位置設定方法。
【請求項６】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の方法において、前記加工ヘッドと前記ワークピースとの間の距離がＬＣ
ジェネレータを用いた容量的測定により行われ、前記ＬＣジェネレータの容量成分が、前記加工ヘッドと
前記ワークピースとの間に存在する測定容量成分によっ
て形成され、前記ＬＣジェネレータの出力信号の振幅が
前記プラズマ強度の測定に使用されること、を特徴とするレーザビーム焦点位置設定方法。
【請求項７】請求項６に記載の方法において、前記Ｌ
Ｃジェネレータの搬送波周波数の成分が、前記ジェネレ
ータ出力信号からフィルタリングされて取り出されるこ
とを特徴とするレーザビーム焦点位置設定方法。
【請求項８】請求項５或いは請求項７に記載の方法に
おいて、前記プラズマ強度信号と前記フィルタリングさ
れて取り出された信号が整流されることを特徴とするレ
ーザビーム焦点位置設定方法。
【請求項９】ワークピースに向けられたレーザビーム
の焦点位置を設定するレーザビーム焦点位置設定装置で
あって、前記レーザビームが通過する焦点合わせ光学アレンジメ
ントを有する加工ヘッドと、前記加工ヘッドと前記ワークピースとの間の距離を決定
する装置と、前記ワークピースの上のトラックに沿って前記レーザビ
ームによって生成されるプラズマの強度を測定する測定
装置と、前記各トラックに沿ってそれぞれ測定された前記プラズ
マ強度を記憶するメモリ装置と、前記トラックに沿って測定されたプラズマ強度が最大と
なる場合の前記距離を選択する比較装置と、を有することを特徴とするレーザビーム焦点位置設定装
置。
【請求項１０】請求項９に記載の装置において、前記
測定装置は、前記プラズマによって発せられる放射の強
度を測定することを特徴とするレーザビーム焦点位置設
定装置。
【請求項１１】請求項９に記載の装置において、前記
測定装置はＬＣジェネレータを有し、前記ＬＣジェネレ
ータの容量成分が、前記加工ヘッドと前記ワークピース
との間に存在する測定容量成分によって形成され、前記
ＬＣジェネレータの出力信号が前記プラズマ強度に関す
る情報を含んでいることを特徴とするレーザビーム焦点
位置設定装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の装置であって、前
記ＬＣジェネレータの搬送波周波数の成分をフィルタリ
ングして取り出すフィルタが前記ＬＣジェネレータの下
流に接続されていることを特徴とするレーザビーム焦点
位置設定装置。
【請求項１３】請求項１０或いは請求項１２に記載の
装置であって、前記測定装置の下流に整流器が接続され
ていることを特徴とするレーザビーム焦点位置設定装
置。
【請求項１４】請求項９から請求項１３のいずれかに
記載の装置であって、前記測定装置が、前記測定された
プラズマ強度を積分する積分器を有していることを特徴
とするレーザビーム焦点位置設定装置。
【請求項１５】請求項９から請求項１４のいずれかに
記載の装置であって、前記加工ヘッドのドライバと前記
装置とが加工コントローラに接続されていることを特徴
とするレーザビーム焦点位置設定装置。