JP2002239768A

JP2002239768A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2002239768A
Application number: JP2001038796A
Authority: JP
Inventors: Hirokuni Hachiuma; 弘邦八馬; Takeo Maede; 武男前出
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で、精度の高い焦点位置のずれの
補正制御を行うことが可能なレーザ加工装置を提供す
る。【解決手段】被加工面４ａ上のレーザ光３の光径又は
光面積を求め、上記光径又は光面積が所定の基準値から
ずれている場合は、レーザ光３の焦点位置が基準となる
設定位置からずれているとして、そのずれ量に応じて、
レーザヘッド２と被加工物４とを相対移動させる。この
ときのレーザヘッド２又は被加工物４の移動方向は、前
回のレーザヘッド２又は被加工物４の移動方向と、この
移動の前後に得られた光径又は光面積の変化とに基づい
て決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光の焦点
位置のずれを制御することが可能なレーザ加工装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ溶接において品質の良い溶接を行
うためには、レーザヘッドから被加工物までの距離（作
動距離）が、常に焦点距離と等しくなるように制御する
ことが必要である。例えば、ＹＡＧレーザを用いた溶接
ではその焦点深度が浅いために、作動距離の焦点距離か
らのずれが±１ｍｍ以下でなければ十分な溶接品質が得
られないとされている。従来から上記作動距離を制御す
る方法としては、各種のものが提案されており、そのう
ちの一つに三角測量法がある（例えば、特開平３−２９
１１８６号公報）。以下、この三角測量法による作動距
離制御方法について説明する。

【０００３】図９（ａ）は、従来から使用されているレ
ーザ加工装置１１を示した概略図である。同図における
レーザ加工装置１１は、主にレーザヘッド１２と、この
レーザヘッド１２を上下方向に移動させるための制御部
１５と、このレーザヘッド１２に取付けられたカメラ１
６と、カメラ１６により撮影された映像を処理する画像
処理部１７とを備えている。そして、上記レーザヘッド
１２から照射されるレーザ光１３を被加工物１４の被加
工面１４ａ上に集光させることによって、被加工物１４
の溶接等の加工を行っている。このとき、上記被加工面
１４ａ上に照射されたレーザ光１３をカメラ１６によっ
て撮影し、この撮影されたレーザ光１３がカメラ画面の
どの位置に写し出されているかによって、上記作動距離
と焦点距離とのずれ、すなわちレーザ照射位置と焦点位
置とのずれを検出し、これを基に作動距離を制御するよ
うに構成している。より具体的に説明すると、まず上記
レーザ光１３の焦点が被加工物１４の被加工面１４ａ上
で結ばれるようにレーザヘッド１２と被加工物１４とを
配置し（図９（ａ）における位置Ｏ）、さらに、このと
き上記カメラ画面に写し出されるレーザ光１３の位置
が、画面上の中央（図９（ｂ）参照）にくるようにレー
ザヘッド１２にカメラ１６を取付ける。つまり、作動距
離と焦点距離とが等しい場合には、カメラ画面上の中央
にレーザ光１３が写し出されるようにセットしておく。
そうすれば、例えば、被加工物１４の被加工面１４ａが
上記位置Ｏよりも上方の位置Ｐにずれた場合、レーザ光
１３が焦点を結ぶ前に被加工面１４ａ上に入射すること
になるため、カメラ１６に写し出されるレーザ光１３が
画面上の中央よりもやや上方側にずれた位置に表示され
ることになる（図９（ｃ）参照）。そして、カメラ画面
上でこのようなレーザ光１３の焦点の位置ずれが観察さ
れれば、制御部１５によってレーザヘッド１２の位置が
上方向に移動され、レーザ光１３がカメラ画面の中央に
写し出されるように（レーザ照射位置と焦点位置とが一
致するように）制御される。また上記とは逆に、レーザ
光１３が画面上の中央よりも下方側にずれた位置に表示
されている場合は、レーザヘッド１２の位置を下方向に
移動するように制御される。このような制御を行うこと
によって作動距離が常に焦点距離と等しくなるようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記三角測
量法は、上記レーザヘッド１２とカメラ１６との位置関
係が常に一定に保たれていることが前提となっている。
従って、振動、衝突等の何等かの原因でカメラ１６の位
置が少しでもずれれば、上記レーザヘッド１２とカメラ
１６との位置関係が崩れてしまうため、上記位置Ｏに焦
点が結ばれていたとしても、カメラ画面の中央にレーザ
光１３が表示されないという不都合が生じる。このよう
に、焦点位置のずれを確実に検出することができないた
め、正確な作動距離の制御を行うことができないという
問題がある。また、上記問題を解決しようとすれば、上
記レーザヘッド１２とカメラ１６との位置関係のキャリ
ブレーションを頻繁に行う必要が生じるため、その操作
が煩雑であるという問題がある。

【０００５】また、レーザ溶接においては、加工エネル
ギーにより途中の光学系がずれる（屈折率が変化して焦
点位置がずれる）熱レンズ効果というものがあるが、上
記三角測量法では、例えこの熱レンズ効果の影響を受け
て焦点がずれていたとしても、それを検出することがで
きない。このため、精度の高い焦点位置のずれの補正制
御を行うことができないという問題もある。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、簡単な構造で、
精度の高い焦点位置のずれの補正制御を行うことが可能
なレーザ加工装置を提供することにある。また、上記三
角測量法を用いた場合において、焦点位置のずれを確実
に検出することが可能なレーザ加工装置を提供すること
もこの発明の目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段および効果】そこで請求項
１のレーザ加工装置は、被加工面４ａ上のレーザ光３の
光径又は光面積を求め、上記光径又は光面積が所定の基
準値からずれている場合は、レーザ光３の焦点位置が基
準となる設定位置からずれているとして、そのずれ量に
応じて、レーザヘッド２と被加工物４とを相対移動させ
ることを特徴としている。

【０００８】上記請求項１のレーザ加工装置では、被加
工面４ａ上のレーザ光３の光径又は光面積の所定の基準
値からのずれに基づいて、レーザヘッド２と被加工物４
とを相対移動させるように構成している。この方法によ
れば、上記レーザヘッド１２とレーザ光を計測する機器
との位置関係のキャリブレーションを頻繁に行う必要が
なく、汎用性の高い簡単な方法で、レーザ光３の焦点位
置のずれの補正制御を行うことが可能となる。さらに、
この方法によれば、熱レンズ効果による焦点位置のずれ
も検出することができるため、精度の高い補正制御が可
能となり、上記レーザ加工を安定した品質で行うことが
可能となる。

【０００９】また請求項２のレーザ加工装置は、上記レ
ーザヘッド２又は被加工物４の移動方向は、前回のレー
ザヘッド２又は被加工物４の移動方向と、この移動の前
後に得られた光径又は光面積の変化とに基づいて決定す
るように構成したことを特徴としている。

【００１０】上記請求項２のレーザ加工装置では、レー
ザヘッド２又は被加工物４の移動方向を、前回の制御結
果に基づいて決定するように構成したことによって、よ
り正確に焦点位置のずれの補正制御を行うことができ
る。

【００１１】請求項３のレーザ加工装置は、上記光径又
は光面積は、レーザ光３の高輝度部分の光径又は光面積
であることを特徴としている。

【００１２】上記請求項３のレーザ加工装置では、上記
レーザ光の高輝度部分の光径又は光面積を用いたことに
よって、上記光径又は光面積の変化を明確に捉えること
ができるため、上記焦点位置のずれの補正制御を一段と
容易に行うことが可能となる。

【００１３】請求項４のレーザ加工装置は、画面上のレ
ーザ光位置を求め、このレーザ光位置の基準位置からの
ずれに基づいて、レーザヘッド２と被加工物４とを相対
移動させるように構成したレーザ加工装置において、被
加工面４ａ上のレーザ光３の光径又は光面積を求め、上
記光径又は光面積が所定の閾値を超える場合は、レーザ
光３の焦点位置が所定範囲からずれていると判断するこ
とを特徴としている。

【００１４】上記請求項４のレーザ加工装置では、上記
光径又は光面積が所定の閾値を超える場合は、レーザ光
３の焦点位置が所定範囲からずれていると判断してい
る。この結果、上記レーザ光位置のみから判断する場合
よりも、レーザ加工時における焦点位置のずれを確実に
検出することが可能になる。

【００１５】請求項５のレーザ加工装置は、画面上のレ
ーザ光位置を求め、このレーザ光位置の基準位置からの
ずれに基づいて、レーザヘッド２と被加工物４とを相対
移動させるように構成したレーザ加工装置において、上
記移動制御を行った後に、被加工面４ａ上のレーザ光３
の光径又は光面積を求め、この光径又は光面積が前回得
られた値よりも大きくなっている場合は、上記レーザヘ
ッド２又は被加工物４の移動方向が誤りであると判断す
ることを特徴としている。

【００１６】上記請求項５のレーザ加工装置では、上記
移動制御前後におけるレーザ光の光径又は光面積の変化
から、上記レーザヘッド２又は被加工物４の移動方向の
誤りを判断している。この結果、誤った制御が行われる
のを防止することができると共に、上記レーザ光位置の
みから判断する場合よりも、レーザ加工時における焦点
位置のずれを確実に検出することが可能になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、この発明のレーザ加工装置
の具体的な実施の形態として、図面を参照しつつ詳細に
説明する。

【００１８】図１（ａ）は、この発明の第１実施形態の
レーザ加工装置の構成を説明するための概略図である。
図１（ａ）におけるレーザ加工装置１は、主にレーザヘ
ッド２と、このレーザヘッド２を上下方向に移動させる
ための制御部であるアクチュエータ５と、上記レーザヘ
ッド２の所定位置に固定されたＣＣＤカメラ６と、この
ＣＣＤカメラ６によって取り込まれた映像信号を処理す
る画像処理部７とから構成されている。そして、上記レ
ーザヘッド２から照射されるレーザ光３を被加工物４の
被加工面４ａ上に集光させることによって、被加工物４
の溶接等の加工を行っている。このとき、上記被加工面
４ａ上に照射されたレーザ光３の光径又は光面積をＣＣ
Ｄカメラ６を用いて計測することによって、焦点位置の
基準となる設定位置（ここでは、被加工面４ａ上）から
のずれ、言い換えれば、上記レーザ照射位置の焦点位置
からのずれを検出し、その作動距離（レーザヘッド２か
ら被加工面４ａまでの距離）が焦点距離に一致するよう
に補正制御を行っている。すなわち、上記ＣＣＤカメラ
６によって取り込まれたレーザ光３の映像信号は画像処
理部７に転送され、ここで画像処理が行われた後、図示
しないＣＲＴ画面上にカメラ画像（図１（ｂ）参照）と
して表示されるようになっている。そして、このとき測
定された光径又は光面積から、具体的な作動距離の制御
量と制御方向とを割出し、この結果に基づいてアクチュ
エータ５を用いてレーザヘッド２を上下方向に移動させ
ることによって、作動距離を制御するように構成してい
る。

【００１９】図２（ａ）は、上記レーザ光３の光径（画
素数：ｄｉｇｉｔ）とレーザ照射位置の焦点位置からの
ずれ（ｍｍ）との関係を示したグラフであり、具体的に
は、作動距離を順次変化させていったときに得られるレ
ーザ光３の光径の変化を示している。一方、図２（ｂ）
は、上記レーザ光３を円形であると仮定して面積に換算
した場合におけるレーザ光面積（画素数：ｄｉｇｉｔ）
と、レーザ照射位置の焦点位置からのずれ（ｍｍ）との
関係を示したグラフである。まず、図２（ａ）の実線グ
ラフに示すように、上記レーザ光３の光径は、上記焦点
位置（０ｍｍ）を中心として両側に直線的に増加する傾
向にあることが明らかである。また、図２（ｂ）の実線
グラフに示したレーザ光３の光面積においても、上記焦
点位置（０ｍｍ）を底とした二次曲線を描いている。こ
こで、各図における点線グラフは、上記結果を基にそれ
ぞれ１次関数及び２次関数で最小２乗近似した場合にお
ける理論値を示している。これより、レーザ光３の光径
及び光面積は、上記レーザ照射位置が焦点位置に等しい
ときに最も小さくなり、この位置を基準として、それよ
りもレーザヘッド２と被加工面４ａとの作動距離が短く
なっても、あるいは作動距離が長くなっても、増加する
傾向にあることを示している。

【００２０】上記結果を基に、この実施形態におけるレ
ーザ加工装置１を用いた作動距離の制御方法について説
明する。上記図２の各グラフに示したように、上記レー
ザ光３の光径及び光面積は、焦点距離を基準として、そ
れよりも作動距離が短くなっても、あるいは長くなって
も増加する傾向にある。このため、具体的な上記作動距
離制御方向としては、上記レーザヘッド２をアクチュエ
ータ５によって上下方向のどちらか一方向に移動させた
ときに、上記移動前よりも移動後の方がレーザ光３の光
径又は光面積が小さくなっていれば、作動距離が焦点距
離に近づいている（制御方向が正しい）として、次回も
同方向に移動させる制御を行う。その逆に、移動前より
も移動後の方がレーザ光３の光径又は光面積が大きくな
っていれば、焦点距離から遠ざかっている（制御方向が
誤っている）として、次回は上記とは逆方向に移動させ
る制御を行う。

【００２１】図３は上記作動距離制御を行うための具体
的な制御手順を示すフローチャートである。まず、ステ
ップＳ１では、被加工面４ａ上に照射されるレーザ光３
をＣＣＤカメラ６によって撮影し、その画像を取得す
る。次に、ステップＳ２において、ＣＲＴ画面上に移し
出されたレーザ光３の光径又は光面積を計測し、ステッ
プＳ３に移行する。ステップＳ３では、今回得られたレ
ーザ光３の光径又は面積が、前回の光径又は面積と比較
して大きくなったか、又は小さくなったか（光径変化）
によって、次回の制御方向と制御量とを決め、フィード
バック信号を出力する。次にステップＳ４では、これま
でに行った制御結果から上記制御量の補正を行い、合成
フィードバック信号を出力して、この出力信号をステッ
プＳ１とステップＳ５とにそれぞれ転送する。ここで、
上記制御量の決定については、図２に示したようなグラ
フを予め作成しておき、このグラフから、計測された光
径又は光面積に対するずれ量を求め、これによって具体
的な制御量を割出すようにしてもよい。また上記ステッ
プＳ５では、上記出力信号に基づいてアクチュエータ５
によるレーザヘッド２の移動制御を行う。また、このと
きの制御結果はステップＳ３に転送される。

【００２２】上記第１実施形態におけるレーザ加工装置
によれば、被加工面４ａ上のレーザ光３の光径又は光面
積の変化に基づいて、作動距離の制御量及び制御方法を
決定するように構成しているため、上記レーザヘッド２
とカメラ６との位置関係のキャリブレーションを頻繁に
行う必要がなく、汎用性の高い簡単な方法で、レーザ光
３の焦点位置のずれの補正制御を行うことが可能とな
る。さらに、この方法によれば、熱レンズ効果による焦
点位置のずれも検出することができるため、精度の高い
補正制御が可能となり、上記レーザ加工を安定した品質
で行うことが可能となる。

【００２３】次に、上記レーザ加工装置１の第２実施形
態における作動距離の制御方法について説明する。ここ
では、上記レーザ光３の高輝度部分の面積を計測し、こ
の高輝度部分の面積の増減から、レーザ照射位置と焦点
位置とのずれを検出して、作動距離のフィードバック制
御を行う方法を示している。また、この実施形態におい
て使用されるレーザ加工装置１は、上記第１実施形態と
同様の装置であるため、その説明を省略する。

【００２４】図４は、上記第２実施形態における作動距
離制御を行うための制御手順を示すフローチャートであ
る。まず、ステップＳ１でレーザ溶接が開始されると、
上記溶接を焦点距離と作動距離とが等しい状態で行うた
めに、作動距離の補正制御が開始される（ステップＳ
２）。これと同時に、ステップＳ３においては画像処理
制御が開始される。上記画像処理部において、ＣＣＤカ
メラによって撮影された被加工面４ａ上のレーザ光３の
画像を取得すると（ステップＳ４）、上記画像は所定の
スレッショルドレベルを用いて２値化される（ステップ
Ｓ５）。すると所定値以上の輝度を有する部分が高い輝
度で、それ以外の部分が低い輝度の画像が形成される。
次にステップＳ６では、この高輝度範囲の光面積を計測
する。またステップＳ７では、このとき得られた光面積
と、作動距離が焦点距離に等しいときに得られる高輝度
範囲の光面積とから、実際に制御する作動距離の補正量
を算出するようにしている。ここで、この補正量につい
ての具体的な算出方法としては、係数×（今回得られた
光面積−焦点位置での光面積）の関係式から求めること
ができる。またこのとき、図２（ｂ）に示したような光
面積と焦点位置からのずれとの関係を示したグラフを予
め作成しておき、このグラフから具体的な作動距離の補
正量を求めるように構成してもよい。

【００２５】次にステップＳ８では、今回得られた高輝
度範囲の光面積が、前回に得られた結果と比較して増加
したか、又は減少したかを求め、この結果を基に補正方
向を決定する（ステップＳ９）。すなわち、前回よりも
光面積が増加していれば、補正方向が誤りであるとし
て、前回に移動させた方向とは反対方向に移動するよう
に制御し、また前回よりも光面積が減少していれば、補
正方向が正しいとして、前回に移動させた方向と同じ方
向に移動するように制御するようにしている。ここで、
この補正方向についての具体的な算出方法としては、
（前回補正方向符号×光面積減少量符号）の式を用いて
求めることができる。すなわち、上記補正方向が上方の
場合は＋符号、下方の場合は−符号で表し、また光面積
が減少した場合は＋符号、増加した場合は−符号で表す
と決めておくと、例えば、前回、上方に移動させたとき
に光面積が減少したとすると、（＋符号）×（＋符号）
＝（＋符号）となるため、今回も上方に移動させればよ
いことになる。また逆に、前回、上方に移動させたとき
に光面積が増加したとすると、（＋符号）×（−符号）
＝（−符号）となるため、今回は下方に移動させればよ
いことになる。そして、上記補正量と補正方向との結果
は、ステップＳ１０とステップＳ１２とにそれぞれ転送
される。ステップＳ１０では上記画像処理を終了するか
否かについての判断が行われる。終了する場合はステッ
プＳ１１移行して画像処理を終了し、終了しない場合
は、ステップＳ３に移行されて、上記制御が繰り返し行
われる。一方、ステップＳ１２においては、上記補正量
及び補正方向の結果がフィードバック入力され、これに
基づいてアクチュエータ５による実際の作動距離の補正
制御が行われる（ステップＳ１３）。この後、ステップ
Ｓ８とステップＳ１４とに上記制御結果が入力される。
ステップＳ１４では、上記補正制御を終了するか否かの
判断が行われる。終了しない場合は、ステップＳ１２に
移行して上記補正制御が繰り返し行われ、終了する場合
はステップＳ１５に移行して補正制御を終了する。

【００２６】以上のように、上記第２実施形態において
は、上記レーザ光３の高輝度部分の光面積の変化に基づ
いて、作動距離の補正量及び補正方法を決定するように
構成したことによって、上記光面積の変化を明確に捉え
ることができるため、上記焦点位置のずれの補正制御を
一段と容易に行うことが可能となる。

【００２７】次に、この発明のレーザ加工装置の第３実
施形態について説明する。この実施形態においては、従
来例で示した三角測量法と、上記に示したレーザ光３の
光径又は光面積測定法との両方を用いて作動距離制御を
行う方法について述べる。なお、この実施形態で用いら
れるレーザ加工装置１は、上記第１実施形態と同様であ
るのでその説明を省略する。ここで上記三角測量法と
は、被加工面４ａ上に照射されたレーザ光３をカメラ６
によって撮影し、カメラ画面上に写し出されたレーザ光
位置の基準位置からのずれに基づいて、実際のレーザ照
射位置の焦点位置からのずれを検出しようとするもので
ある。

【００２８】図５（ａ）は、上記作動距離を一定時間毎
に所定長さ（ミリ単位）だけ変化させていったときに、
画面上に写し出されるレーザ光位置がどのように変化す
るかを示した生データのグラフであり、横軸には時間
（ｓｅｃ）を、また縦軸には上記レーザ光位置を出力電
圧（Ｖ）に換算した値をとっている。ここで上記グラフ
は、作動距離と焦点距離とが等しいときに、画面上の略
中央（約０Ｖ）の位置にレーザ光３が写し出されるよう
に調整されており、画面上における１ｍｍの移動距離が
約１Ｖの出力電圧で表示されている。図５（ａ）のグラ
フにおいては、図１に示すレーザ加工装置１のレーザヘ
ッド２を上方に移動させて、その作動距離を焦点距離よ
りも長くすれば、出力電圧は小さくなる傾向を示し、ま
たレーザヘッド２を下方に移動させて、その作動距離を
焦点距離よりも短くすれば、出力電圧は高くなる傾向を
示している。図５（ｂ）は、上記結果を、焦点位置から
のずれ（ｍｍ）に対する出力電圧（ｖ）の平均値と、３
σ誤差とを表したグラフに書き換えたものであり、グラ
フは略直線状になることがわかる。これより、カメラ画
面上に写し出されるレーザ光３の出力電圧を計測すれ
ば、上記グラフからレーザ照射位置の焦点位置からのず
れの方向と、そのずれ量とを求めることができる。しか
しながら、これはレーザヘッド２とカメラ６との位置関
係が常に一定に保たれていることが前提となっている。
これより、以下に示す第３実施形態では、上記三角測量
法による作動距離制御が正しく行われているか否かを、
レーザ光３の光径又は光面積から判断する方法について
述べる。

【００２９】図６は、上記第３実施形態における判断手
順を示したフローチャートである。まず、ステップＳ１
では、被加工面４ａ上に照射されたレーザ光３をＣＣＤ
カメラ６によって撮影し、その画像を取得する。その
後、ステップＳ２とステップＳ５とにそれぞれ移行す
る。ステップＳ２では、画面上に写し出されたレーザ光
３の光径又は光面積を計測する。次にステップＳ３で
は、このとき得られた光径又は光面積が、予め定められ
た閾値内であるか否かについての判断が行われる。そし
て、上記光径又は光面積がこの閾値内であればステップ
Ｓ１に戻って上記制御が繰り返し行われ、閾値を超えて
いればステップＳ４に移行して、上記レーザ照射位置は
焦点位置近傍からずれているとしてエラー出力を行う。
一方、ステップＳ５では、画面上に写し出されたレーザ
光３の位置を求めてステップＳ６に移行する。ステップ
Ｓ６では、このとき得られたレーザ光位置の基準位置
（レーザ照射位置が焦点位置と等しいときに画面上に表
示される位置）からのずれが、予め定められた閾値内で
あるか否かについての判断が行われる。そして、上記基
準位置とのずれが閾値を超えていればステップＳ７に移
行し、上記結果を基にレーザ光３の照射位置が閾値内と
なるように制御方向と制御量とを求めて、フィードバッ
ク信号を出力し、ステップＳ１に再び戻る。一方、ステ
ップＳ６において上記基準位置とのずれが閾値以内であ
れば、今度はステップＳ３に移行してレーザ光３の光径
又は光面積が閾値内であるか否かについての判断が行わ
れるようになっている。そして、上記光径又は光面積が
この閾値内であればステップＳ１に戻って上記制御が繰
り返し行われ、閾値を超えていればステップＳ４に移行
してエラー出力される。

【００３０】以上のように、上記第３実施形態において
は、三角測量法によって焦点位置のずれが検出されない
場合であっても、今度はレーザ光３の光径又は光面積を
計測することによって、上記判断が正しいか否かについ
て、もう一度判断するように構成されている。このた
め、レーザ加工時における焦点位置のずれを確実に検出
することが可能になる。

【００３１】図７は、この発明のレーザ加工装置の第４
施形態における判断手順を示したフローチャートであ
る。この実施形態においては、三角測量法による作動距
離制御が正しいか否かの判断を、レーザ光３の光径又は
光面積の変化から判断している。図７において、ステッ
プＳ１では、被加工面４ａ上に照射されたレーザ光３を
ＣＣＤカメラ６によって撮影し、その画像を取得する。
その後、ステップＳ２とステップＳ３とにそれぞれ移行
する。ステップＳ２では、画面上に写し出されたレーザ
光３の光径又は光面積を計測し、ステップＳ５に移行す
る。一方、ステップＳ３では、画面上に写し出されたレ
ーザ光３の位置を求めてステップＳ４に移行する。ステ
ップＳ４では、この位置と画面上の基準位置とのずれを
基に制御方向と制御量とを決めてフィードバック信号を
出力し、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、
ステップＳ４において行われた作動距離制御後のレーザ
光３の光径又は光面積が、ステップＳ２で得られた作動
距離制御前のレーザ光３の光径又は光面積よりも小さく
なっているかについての判断を行い、これによって制御
方向が正しいか否かの判断を行うようにしている。すな
わち、光径又は光面積が小さくなっていれば、制御方向
が正しいとしてステップＳ１に戻って上記制御が繰り返
し行われる。これに対して、光径又は光面積が大きくな
っていれば、制御方向が誤りであるとしてステップＳ６
に移行する。そして、ステップＳ６において、上記制御
方向が誤りであるという判断が連続して行われるか、あ
るいは頻繁に行われれば、ステップＳ７に移行してエラ
ー出力される。

【００３２】以上のように、上記第４実施形態において
は、上記三角測量法によって作動距離制御を行った後に
レーザ光３の光径又は光面積を計測し、この光径又は光
面積が作動距離制御前の値よりも小さくなっているか否
かによって、上記三角測量法による制御方向が正しいか
否かの判断を行うように構成している。このため、三角
測量法によって誤った制御が行われるのを防止すること
ができると共に、レーザ加工時における焦点位置のずれ
を確実に検出することが可能になる。

【００３３】次に、この発明のレーザ加工装置の第５実
施形態について説明する。図８は、三角測量法と光径又
は光面積測定法との両方から、レーザ照射位置の焦点位
置からのずれを判断し、これに基づいて作動距離の補正
制御を行う手順を示したフローチャートである。まず、
ステップＳ１では、被加工面４ａ上に照射されたレーザ
光３をＣＣＤカメラ６によって撮影し、その画像を取得
する。その後、ステップＳ２とステップＳ４とにそれぞ
れ移行する。ステップＳ２では、画面上に写し出された
レーザ光３の光径又は光面積を計測する。次にステップ
Ｓ３では、前回の制御方向と、その制御の前後に得られ
たレーザ光３の光径変化（又は光面積変化）とに基づい
て、次回の制御方向と制御量とを決定してフィードバッ
ク信号を出力し、ステップＳ６に移行する。より具体的
に言えば、制御方向については、制御後に計測されたレ
ーザ光３の光径又は光面積が、制御前の値よりも小さく
なっている場合は、次回も同方向に移動するように制御
し、また大きくなっている場合は、次回は逆方向に移動
するように制御する。一方、制御量については、例えば
図２に示したグラフ等を基にして決定される。また、ス
テップＳ４では、画面上に写し出されたレーザ光位置を
求め、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５において
この位置が画面上における基準位置からずれていれば、
レーザ光３が基準位置に表示されるようにフィードバッ
ク信号を出力し、ステップＳ６に移行する。ステップＳ
６では、上記両方の測定法から得られた結果を考慮する
ことによって、適切な制御量と制御方向とを求めて合成
フィードバック信号を出力し、その後ステップＳ１に再
び戻るように制御されている。

【００３４】以上のように、上記第５実施形態において
は、三角測量法と光径又は光面積測定法との両方から、
レーザ照射位置の焦点位置からのずれを判断し、これに
基づいて作動距離の補正制御を行うように構成してい
る。このため、レーザ加工時における焦点位置のずれを
確実に検出することが可能になる。

【００３５】以上にこの発明のレーザ加工装置の具体的
な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で
種々変更して実施することが可能である。例えば、上記
実施の形態においては作動距離の制御を行う際に、レー
ザヘッド２を上下方向に移動させるように構成したが、
被加工物４側を移動させるように構成してもよい。また
上記実施形態においては、ＣＣＤカメラを用いてレーザ
光３の観測を行ったが、この代わりにセンサ等を用いて
もよい。さらに、上記第２実施形態においては、レーザ
光３の高輝度部分の光面積に基づいて、焦点位置のずれ
の補正制御を行うようにしたが、高輝度部分の光径に基
づいて補正制御を行うようにしてもよい。また上記高輝
度部分の輝度は、作動距離が焦点近傍のときに、その分
布が急激に立ち上り、その前後で立ち上りが緩やかにな
る傾向があることから、上記レーザ光３の高輝度部分の
輝度分布を測定し、最も輝度が高い中央部からの分布の
傾きから焦点位置とのずれを判断するように構成しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態のレーザ加工装置の構
成を説明するための概略図である。

【図２】レーザ照射位置の焦点位置からのずれに対する
レーザ光の光径又は光面積の変化を示したグラフであ
る。

【図３】上記第１実施形態における作動距離制御を行う
ための制御手順を示すフローチャートである。

【図４】第２実施形態における作動距離制御を行うため
の制御手順を示すフローチャートである。

【図５】レーザ照射位置の焦点位置からのずれに対する
画面上のレーザ光位置の変化を示したグラフである。

【図６】第３実施形態における焦点位置のずれの判断手
順を示すフローチャートである。

【図７】第４実施形態における焦点位置のずれの判断手
順を示すフローチャートである。

【図８】第５実施形態における焦点位置のずれの判断手
順を示すフローチャートである。

【図９】従来のレーザ加工装置の構成を説明するための
概略図である。

【符号の説明】

１レーザ加工装置２レーザヘッド３レーザ光４被加工物４ａ被加工面５アクチュエータ６ＣＣＤカメラ７画像処理部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｇ０１Ｃ 3/06 ＡＧ０１Ｃ 3/06 Ｇ０１Ｂ 11/24 ＫＦターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA07 AA14 AA19 AA26 AA58 DD00 DD14 FF01 FF04 FF09 FF42 GG04 HH04 HH13 JJ03 JJ08 JJ26 MM02 PP12 QQ18 SS13 UU04 UU05 2F112 AA09 BA20 CA04 FA03 FA45 4E068 CA11 CA12 CB05 CC02 CD15 CE02 CE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工面（４ａ）上のレーザ光（３）の
光径又は光面積を求め、上記光径又は光面積が所定の基
準値からずれている場合は、レーザ光（３）の焦点位置
が基準となる設定位置からずれているとして、そのずれ
量に応じて、レーザヘッド（２）と被加工物（４）とを
相対移動させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】上記レーザヘッド（２）又は被加工物
（４）の移動方向は、前回のレーザヘッド（２）又は被
加工物（４）の移動方向と、この移動の前後に得られた
光径又は光面積の変化とに基づいて決定するように構成
したことを特徴とする請求項１のレーザ加工装置。
【請求項３】上記光径又は光面積は、レーザ光（３）
の高輝度部分の光径又は光面積であることを特徴とする
請求項１又は請求項２のレーザ加工装置。
【請求項４】画面上のレーザ光位置を求め、このレー
ザ光位置の基準位置からのずれに基づいて、レーザヘッ
ド（２）と被加工物（４）とを相対移動させるように構
成したレーザ加工装置において、被加工面（４ａ）上の
レーザ光（３）の光径又は光面積を求め、上記光径又は
光面積が所定の閾値を超える場合は、レーザ光（３）の
焦点位置が所定範囲からずれていると判断することを特
徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】画面上のレーザ光位置を求め、このレー
ザ光位置の基準位置からのずれに基づいて、レーザヘッ
ド（２）と被加工物（４）とを相対移動させるように構
成したレーザ加工装置において、上記移動制御を行った
後に、被加工面（４ａ）上のレーザ光（３）の光径又は
光面積を求め、この光径又は光面積が前回得られた値よ
りも大きくなっている場合は、上記レーザヘッド（２）
又は被加工物（４）の移動方向が誤りであると判断する
ことを特徴とするレーザ加工装置。