JP2611411B2 - 光照射位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ産業上の利用分野 本発明は光照射位置検出装置に関し、例えば手術用の
レーザメス、所望の部材を切断するレーザ切断装置等の
レーザ加工装置に適用して好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、光照射位置検出装置において、レーザ光の
一部を折り返して、観測光と共に観測することにより、
簡易かつ確実にレーザ光の照射位置を検出することがで
きる。

Ｃ従来の技術 従来、レーザメス等のレーザ加工装置においては、加
工用レーザ光の集光位置を検出し得るようになされ、こ
れにより加工対象を高い精度で加工し得るようになされ
ている。

すなわち第５図において、１は全体としてレーザ加工
装置を示し、加工対象２にレーザ光を照射して切断す
る。

このため当該レーザ加工装置１においては、レーザ光
源３から射出されたレーザ光を光フアイバ４で所定位置
に導き、当該光フアイバ４から射出されるレーザ光L1を
レンズ６を介して加工対象２の加工面上に集光するよう
になされている。

さらに光フアイバ４及びレンズ６間にはハーフミラー
７が介挿され、これにより加工対象２の加工面の像を、
レンズ６及びハーフミラー７で、撮像装置８の撮像面上
に形成するようになされている。

かくして、撮像装置８の撮像画像をモニタ装置９を介
して観察することにより、加工対象２の加工面を目視確
認し得る。

さらに、レーザ光L1を加工対象に照射すれば、当該レ
ーザ光L1の集光位置に、光スポツトを形成し得、モニタ
装置９の表示画像上で当該光スポツトを検出することに
より、レーザ光L1の集光位置を確認し得る。

従つて、モニタ装置９の表示画面に基づいて、光フア
イバ４の位置を所定範囲で移動させれば、レーザ光L1の
集光位置を移動させることができ、これによりレーザ光
L1の集光位置を確認しながら、所望の形状に加工対象を
切断し得る。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところが第５図の構成においては、加工対象によつ
て、レーザ光L1の集光位置を検出することが困難になる
問題がある。

すなわち、レーザ光L1に対して加工対象の反射率が小
さい場合、レーザ光L1の集光位置に形成される光スポツ
トの明るさが低下し、その結果モニタ装置９の表示画像
上で光スポツトの位置を確認することが困難になる。

これとは逆に、加工対象の反射率が大きい場合、光ス
ポツトの明るさが大きくなり、撮像素子の一部で入力光
量が飽和するようになる。

その結果、モニタ装置９の表示画面上においては、光
スポツトが実際以上の大きさで表示されるようになり、
正しい集光位置を検出することが困難になる。

この問題を解決するための１つの方法として、第６図
に示すような構成のレーザ加工装置がある。

すなわち、撮像装置８（第５図）に代えて照準板11上
に加工面の像を結像させ、当該照準板11の透過光をリレ
ーレンズ12で撮像装置８の受光面上に集光させる。

第７図に示すように照準板11は、透明板上に十字の照
準が形成されるようになされ、これによりモニタ装置９
において、加工面上に十字の照準を重ねて表示し得る。

従つて、当該十字の照準及びレーザ光L1の集光位置と
が一致するように、光フアイバ４の位置を調整すれば、
加工対象の反射率が変化した場合でも、当該照準を基準
にしてレーザ光L1の集光位置を検出することができる。

ところがこの構成の場合、十字の照準及びレーザ光L1
の集光位置とが一致するように、光フアイバ４の位置を
高い精度で調整しなければならず、調整作業が煩雑にな
ると共にその分全体の構成が複雑化する。

さらにレーザ光L1の集光位置を移動させる場合、破線
で囲つた光学系全体を移動させなければならず、レーザ
加工装置全体の構成が複雑化する。

また第８図に示すように、破線で囲つた光学系全体を
移動させて、レーザ光L1の集光位置を移動させる場合、
モニタ装置９においては、移動目標が徐々に集光位置に
接近するような表示画像が得られる。

従つて、自動的に移動目標まで加工対象２を切断する
場合においては、集光位置を移動させる毎に移動目標の
座標データを更新しなければならず、その分切断加工の
際の制御が煩雑化する。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、これら
の問題点を一挙に解決して、簡易にレーザ光の照射位置
を検出することができる光照射位置検出装置を提案しよ
うとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、略平
行光線のレーザ光LA1を射出する光源3A、４、16と、レ
ーザ光LA1を光照射対象２に照射する第１の光学系18
と、第１の光学系18を介して得られる光照射対象２から
の観測光LA4を、光分岐手段19を介して観測する観測光
学系22、23と、略平行光線のレーザ光LA1の一部につい
て、光路を折り返した後、光分岐手段19を介して観測光
学系22、23に導く光路折返光学系20とを備え、光路折返
光学系20で折り返されたレーザ光LA3及び観測光LA4を、
観測光学系22、23で同時に観測することにより、光照射
対象２上におけるレーザ光LA1の照射位置を検出する。

Ｆ作用 レーザ光LA1の一部を折り返した後、観測光学系22、2
3で観測光LA4と同時に観測することにより、レーザ光LA
1の照射位置を検出することができる。

Ｇ実施例 以下図面について本発明の一実施例を詳述する。

（G1）第１の実施例 第５図との対応部分に同一符号を付して示す第１図に
おいて、15は全体としてレーザ加工装置を示し、レーザ
光源3Aから光フアイバ４を介して赤外光のレーザ光LA1
を射出する。

ここで、光フアイバ４は、レーザ光LA1の射出端がレ
ンズ16の焦平面に位置するように配置されている。

従つてレンズ16を介してレーザ光LA1が平行光線に変
換させるようになされている。

さらにレーザ光LA1の光路上には、レンズ18が配置さ
れ、当該レンズ18の焦平面上に加工対象２の加工面が配
置されるようになされている。

従つて、レーザ光源3Aから射出されたレーザ光LA1
は、光フアイバ４及びレンズ16を介して一旦平行光線に
変換された後、レンズ18を介して加工対象２に集光され
るようになされている。

これに対してレンズ16及び18間には、ハーフミラー19
が配置され、当該ハーフミラー19で光ビームLA1の一部
をほぼ90度の角度で反射するようになされている。

これにより、光ビームLA1の一部を分離し、その結果
得られる反射光ビームLA2をコーナキユーブプリズム20
に導くようになされている。

従つてコーナキユーブプリズム20を介して、反射光ビ
ームLA2に対して光軸を平行に折り返した反射光ビームL
A3が得られ、当該反射光ビームLA3がハーフミラー19を
透過してレンズ22に導かれるようになされている。

撮像素子23は、撮像面がレンズ22の焦平面上になるよ
うに配置され、これにより反射光ビームLA3に基づい
て、光フアイバ４の射出端の像が、撮像面上に形成され
るようになされている。

従つてモニタ装置（図示せず）の表示画面上において
は、レーザ光LA1の一部を直接当該撮像面上に導いて結
像させるようにしたことにより、加工対象２の反射率と
無関係に、所定の明るさで輝く光フアイバ４の射出端の
像を検出することができる。

さらにレーザ加工装置15においては、加工対象から到
来する光（以下観測光と呼ぶ）LA4をハーフミラー19で
反射した後、レンズ22を介して撮像素子23の撮像面上に
結像するようになされている。

従つてモニタ装置の表示画面上においては、加工面の
像に重ねて光フアイバ４の射出端の像を検出することが
できる。

かくして、レーザ光LA1をハーフミラー19で反射した
後光軸を平行に折り返したことにより、観測光LA4にお
いては、光ビームLA1に対して光軸が平行な成分が反射
光ビームLA3と平行にレンズ22に入射する。

その結果、レーザ光LA1の集光位置から射出されたよ
うな反射光ビームLA3を得ることができ、これによりレ
ーザ光LA1の集光位置に光フアイバ４の射出端を配置し
た像を観測することができる。

かくして、光フアイバ４の射出端の像においては、加
工対象２の反射率と無関係に所定の明るさに保持される
ことから、加工対象２の反射率が変化しても、光ビーム
LA1の集光位置を確実に検出することができる。

因にこの実施例においては、撮像素子23として赤外光
にも感度を有するCCD（charge coupled device）固体撮
像素子を用いることにより、レーザ光LA1の集光位置を
表示画面上で簡易に確認し得るようになされている。

さらにこの実施例においては、光フアイバ４の射出端
が、レンズ16の焦平面上を移動するようになされ、これ
によりレーザ光LA1の集光位置を移動させて、加工対象
２を所定形状に切断するようになされている。

すなわち第２図に示すように、レーザ加工装置15にお
いては、表示画面上でオペレータが指定した移動目標Ｐ
に基づいて、当該移動目標Ｐの座標データを検出すると
共に、表示画面上の輝度レベルの差からレーザ光LA1の
集光位置に形成される光スポツトSPの座標データを検出
するようになされている。

さらに、光スポツトSP及び移動目標の座標データを比
較し、その結果得られる比較結果に基づいて、光フアイ
バ４の射出端を移動制御し、これにより光スポツトSPを
移動目標Ｐまで移動して、レーザ光LA1の集光位置を移
動制御するようになされている。

かくして、光学系（16、18、19、20、22、23）を固定
したまま、光フアイバ４の射出端を移動させるだけで、
簡易にレーザ光LA1の照射位置を移動することができ
る。

さらに、レーザ光LA1の一部をコーナキユーブプリズ
ム20で折り返して観測光LA4と共に撮像すれば、加工対
象２の加工面を所定範囲だけ撮像した状態で、移動する
光フアイバ４の射出端の像を撮像することができる。

従つて輝度レベルの差に基づいて簡易に光スポツトSP
の座標データを検出し得ると共に、光フアイバ４が移動
するたびに移動目標Ｐの座標データを更新する必要がな
いことから、その分簡易にレーザ光LA1の集光位置を移
動制御することができる。

かくしてこの実施例において、レーザ光源3A、光フア
イバ４、レンズ16は、略平行光線のレーザ光LA1を射出
する光源を構成するのに対し、レンズ18は当該レーザ光
LA1を光照射対象２に集光する第１の光学系を構成し、
レンズ22及び撮像素子23は第１の光学系を介して得られ
る光照射対象からの観測光LA4を、光分岐手段でなるハ
ーフミラー19を介して観測する観測光学系を構成する。

さらに、コーナキユーブプリズム20は、レーザ光LA1
の一部について、光路を折り返した後、ハーフミラー19
を介して観測光学系に導く光路折返光学系を構成する。

以上の構成によれば、レーザ光LA1の一部をコーナキ
ユーブプリズム20で折り返して観測光LA4と共に撮像し
たことにより、加工対象の反射率が変化しても、簡易に
レーザ光LA1の集光位置を検出することができる。

さらに光フアイバ４の射出端を移動するだけで、簡易
にレーザ光LA1の集光位置を移動させることができると
共に、加工対象２の加工面を所定範囲だけ撮像した状態
で、移動する光フアイバ４の射出端の像を撮像すること
ができることから、所望の移動位置に簡易にレーザ光LA
1の集光位置を移動制御することができる。

（G2）第２の実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第３図に
おいて、10はレーザ光照射装置を示し、例えばレーザ光
源31から射出されたレーザ光LA5を、所定の被検査対象3
2に照射し、これにより当該被検査対象32の変位等を検
出するようにしたものである。

このためレーザ光照射装置30においては、加工用のレ
ーザ光源3Aに代えて、光量の小さなレーザ光LA5を射出
するレーザ光源31が設けられるようになされている。

さらに、撮像素子８に代えて接眼レンズ33が設けら
れ、これによりレーザ光LA1の集光位置を肉眼で検出し
得るようになされている。

かくしてこの実施例においては、レンズ22及び33が観
測光学系を構成する。

第３図の構成によれば、観測光学系としてレンズ22及
び23を用いて肉眼で観察するようにしても、第１の実施
例と同様の効果を得ることができる。

さらに撮像素子８に代えて接眼レンズ33を設ければ、
レーザ光LA1の集光位置を肉眼で簡易に検出し得、その
分当該レーザ光照射装置30全体の構成を簡略化すること
ができる。

（G3）第３の実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第４図に
おいて、40はレーザ加工装置を示し、レンズ16及び18間
にコーナキユーブプリズム41を配置するようにしたもの
である。

これによりレーザ光LA1は、レンズ16を介して平行光
線に変換された後、コーナキユーブプリズム41で一部が
折り返され、観測光LA4と共にレンズ16を透過する。

さらに光フアイバ４及びレンズ16間には、ハーフミラ
ー42が配置され、これによりコーナキユーブプリズム41
で折り返されたレーザ光を観測光LA4と共にレンズ22に
導くようになされている。

従つて、観測光LA4においては、レーザ光LA1をコーナ
キユーブプリズム41で折り返したことにより、光ビーム
LA1に対して光軸が平行な成分が、折り返されたレーザ
光と平行にレンズ22に入射する。

その結果、レーザ光LA1の集光位置から射出されたよ
うなレーザ光を得ることができ、これによりレーザ光LA
1の集光位置に光フアイバ４の射出端を配置した像を観
測することができる。

第４図の構成によれば、レンズ16及び18間にコーナキ
ユーブプリズム41を配置して、レーザ光LA1の一部を折
り返すようにしても、レーザ光LA1の照射位置に光ファ
イバ４の射出端を配置した像を観測することができ、か
くして第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

（G4）他の実施例 なお上述の実施例においては、レーザ光源、光フアイ
バ及びレンズで、平行光線のレーザ光を射出する光源を
構成する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、レーザ光源として平行光線を直接射出するようにな
された例えば炭酸ガスレーザ等においては光フアイバ及
びレンズを省略することができる。

さらに上述の実施例においては、光分岐手段としてハ
ーフミラーを用いた場合について述べたが、光分岐手段
はこれに限らず、例えばレーザ光源から赤外光又は近赤
外光のレーザ光を射出する場合は、当該赤外光又は近赤
外光に対して波長選択性を有するミラー（すなわちコー
ルドミラーでなる）等を用いるようにしてもよい。

このようにすれば、レーザ光を光照射対象に効率良く
照射すると共に、明るい光照射対象の像を観測すること
ができる。

さらに上述の実施例においては、レーザ光を光照射対
象に集光する場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、所定形状の光スポツトでレーザ光を照射する場合
にも広く適用することができる。

さらに上述の実施例においては、本発明をレーザ加工
装置及びレーザ光照射装置に適用した場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、レーザメス等レーザ光を
所定位置に照射するようになされたレーザ装置の光照射
位置検出装置に広く適用することができる。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、レーザ光の一部を折り
返して、観測光と共に観測することにより、照射対象の
反射率が変化しても、所定の明るさでレーザ光の照射位
置を検出することができ、かくして簡易かつ確実にレー
ザ光の照射位置を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレーザ加工装置を示す
略線図、第２図はそのモニタ装置の表示画面を示す略線
図、第３図は第２の実施例によるレーザ光照射装置を示
す略線図、第４図は第３の実施例によるレーザ加工装置
を示す略線図、第５図及び第６図は従来のレーザ加工装
置を示す略線図、第７図はその照準板を示す斜視図、第
８図は表示画面を示す略線図である。 １、15、40……レーザ加工装置、２……加工対象、３、
3A、31……レーザ光源、６、12、16、18、22、33……レ
ンズ、７、19、42……ハーフミラー、20、41……コーナ
キユーブプリズム。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略平行光線のレーザ光を射出する光源と、 上記レーザ光を光照射対象に照射する第１の光学系と、 上記第１の光学系を介して得られる光照射対象からの観
   測光を、光分岐手段を介して観測する観測光学系と、 上記略平行光線のレーザ光の一部について、光路を折り
   返した後、上記光分岐手段を介して上記観測光学系に導
   く光路折返光学系と を具え、上記光路折返光学系で折り返されたレーザ光及
   び上記観測光を、上記観測光学系で同時に観測すること
   により、上記光照射対象上における上記レーザ光の照射
   位置を検出するようにした ことを特徴とする光照射位置検出装置。