JP2677845B2 - Laser output measuring device - Google Patents

Laser output measuring device

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JP2677845B2 JP30220988A JP30220988A JP2677845B2 JP 2677845 B2 JP2677845 B2 JP 2677845B2 JP 30220988 A JP30220988 A JP 30220988A JP 30220988 A JP30220988 A JP 30220988A JP 2677845 B2 JP2677845 B2 JP 2677845B2
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    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は比較的小型のレーザの出力測定装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an output measuring device for a relatively small laser.

(従来の技術) 例えば板金の切断等を目的とするレーザ加工において
は放電励起炭酸ガスレーザが使用される。上記レーザ加
工を適切に行うためには、板金の厚さ、種類、ガス圧、
切断速度に応じてレーザの出力を制御する必要があり、
実際のレーザの出力を測定しながら放電注入電流によっ
てレーザの出力を閉ループ制御していた。
(Prior Art) A discharge-excited carbon dioxide gas laser is used in laser processing for the purpose of cutting a sheet metal, for example. In order to properly perform the laser processing, the thickness of the sheet metal, the type, the gas pressure,
It is necessary to control the laser output according to the cutting speed,
The laser output was closed-loop controlled by the discharge injection current while measuring the actual laser output.

実際のレーザの出力を測定する方法としては、
(a).熱的方法、(b).光電的方法、(c).放射
的方法があるが、例えば熱的方法を用いた場合として、
従来はサーモパイルセンサをレーザの出力測定装置とし
て用いていた。
As a method of measuring the actual laser output,
(A). Thermal method, (b). Photoelectric method, (c). There are radiative methods, for example, when using a thermal method,
Conventionally, a thermopile sensor has been used as a laser output measuring device.

すなわち、上記サーモパイルセンサは、熱伝導の良い
円盤上の金属からなる受光体に、複数の熱電対を直列に
配置した構成である。したがって、レーザ光を受光体の
受光面に当てることにより、レーザの出力を受光体に吸
収させてレーザの出力に応じた熱に変換して、更に複数
の熱電対によりこの熱をレーザの出力に応じた電気信号
に変換してレーザの出力を測定するものである。
That is, the thermopile sensor has a configuration in which a plurality of thermocouples are arranged in series on a light receiving body made of metal on a disk having good heat conduction. Therefore, by applying laser light to the light-receiving surface of the photoreceptor, the laser output is absorbed by the photoreceptor and converted into heat corresponding to the laser output, and this heat is further converted into laser output by a plurality of thermocouples. The output of the laser is measured by converting into a corresponding electric signal.

しかし、光軸に垂直なレーザ光の断面は所定の強度分
布、例えばガウス分布を有しており、このような状態下
においてレーザの出力を正確に測定するためには、前記
サーモパイルセンサの受光体の径を大きくしなければな
らない。したがって、熱時定数を小さくすることができ
ず、レーザ光が受光体の受光面に当ってからレーザの出
力に応じた電気信号を検出するまでの応答速度が遅くな
り、レーザの出力が熱に変換されて更に電気信号に換え
られるまでに通常1秒から10秒の時間を要する。そのた
めに、レーザ加工においては、レーザの出力を適切に制
御できず適切なレーザ加工を行い得ないという問題点が
あった。
However, the cross section of the laser beam perpendicular to the optical axis has a predetermined intensity distribution, for example, a Gaussian distribution, and in order to accurately measure the output of the laser under such a condition, the photodetector of the thermopile sensor is used. The diameter of must be increased. Therefore, the thermal time constant cannot be reduced, and the response speed from when the laser light hits the light receiving surface of the photoreceptor to when the electrical signal corresponding to the laser output is detected becomes slow, and the laser output does not heat up. It usually takes 1 to 10 seconds to be converted and converted into an electric signal. Therefore, in the laser processing, there is a problem that the output of the laser cannot be properly controlled and the appropriate laser processing cannot be performed.

そこで、上記問題点を解決するために、レーザ光の強
度分布を均一にして受光体の受光面積をできるだけ小さ
くすべく積分球を備えたレーザの出力測定装置を開発し
た。
Therefore, in order to solve the above problems, a laser output measuring device equipped with an integrating sphere was developed in order to make the intensity distribution of the laser light uniform and minimize the light receiving area of the light receiver.

上記レーザの出力測定装置については、レーザ光が入
射するための入射部を備えた積分球の適宜位置には、セ
ンサポートが形成してあると共に、このセンサポートを
透過したレーザ光の出力を検出するために、適宜位置に
はセンサポートの径とほぼ等しい径を有した受光体を備
えたサーモパイルセンサが設けてある。上記積分球は中
空の球であり、内壁面が高い反射率でコーティングされ
た拡散反射面となっている。
Regarding the above laser output measuring device, a sensor port is formed at an appropriate position of an integrating sphere having an entrance for laser light to enter, and the output of the laser light transmitted through this sensor port is detected. In order to do so, a thermopile sensor having a light receiving body having a diameter substantially equal to the diameter of the sensor port is provided at an appropriate position. The integrating sphere is a hollow sphere, and the inner wall surface is a diffuse reflection surface coated with high reflectance.

したがって、所定の強度分布をもって入射部から入射
してくるレーザ光は、積分球の内壁面内において多数回
反射を繰り返えすことにより、積分球の内のレーザ光の
強度は比較的均一になってくる。これによって、レーザ
光の出力を測定するために、レーザ光の径とほぼ同一又
はそれ以上の径をした受光体を用いる必要はなく、面積
の小さな受光体を用いるだけでよいものである。
Therefore, the laser light entering from the incident part with a predetermined intensity distribution is repeatedly reflected many times on the inner wall surface of the integrating sphere, so that the intensity of the laser light in the integrating sphere becomes relatively uniform. Come on. Therefore, in order to measure the output of the laser light, it is not necessary to use a light receiver having a diameter substantially equal to or larger than the diameter of the laser light, and it is sufficient to use a light receiver having a small area.

(発明が解決しようとする課題) しかし、前述のごとき積分球を備えたレーザの出力測
定装置においては、入射部から入射してきたレーザ光を
積分球内で多数回拡散反射させて、レーザ光の強度を均
一にするためには、入射してくるレーザ光の径に比べて
積分球の内径をかなり大きくする必要があり、積分球、
換言すればレーザの出力測定装置が大型化するという問
題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the laser output measuring device including the integrating sphere as described above, the laser light incident from the incident part is diffused and reflected many times in the integrating sphere, and the laser light In order to make the intensity uniform, it is necessary to make the inner diameter of the integrating sphere considerably larger than the diameter of the incident laser light.
In other words, there is a problem that the laser output measuring device becomes large.

そこで、本発明は上記の問題点を解決すべく、比較的
小型のレーザの出力測定装置を提供することを目的とす
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a comparatively small laser output measuring device in order to solve the above problems.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 前述のごとき従来の問題点を解決するために、本発明
においては、積分球の入射部に、レーザ光が透過自在な
多数の小孔を設け、上記積分球の適宜位置に、レーザ光
の出力を検出する出力検出センサを設けてなるものであ
る。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to solve the above-mentioned conventional problems, in the present invention, a large number of small holes through which laser light can pass are provided in the entrance of the integrating sphere. An output detection sensor for detecting the output of laser light is provided at an appropriate position on the integrating sphere.

(作用) 前記の構成において、所定の強度分布をもったレーザ
光が入射部に設けた多数の小孔を透過する。このときに
レーザ光は多数のかなり細いレーザ光に細分化される。
(Operation) In the above structure, the laser light having a predetermined intensity distribution is transmitted through the large number of small holes provided in the incident portion. At this time, the laser beam is subdivided into a large number of fairly thin laser beams.

上記多数のかなり細いレーザ光が積分球内で多数回反
射を繰り返す。これによって、積分球内のレーザ光の強
度は平均化されてほぼ均一なものとなる。そして、ほぼ
均一になったレーザ光の出力を出力検出センサにより検
出する。
The large number of fairly thin laser beams are repeatedly reflected in the integrating sphere many times. As a result, the intensity of the laser light in the integrating sphere is averaged and becomes almost uniform. Then, the output of the laser light which has become almost uniform is detected by the output detection sensor.

(実施例) 以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明す
る。
(Example) Hereinafter, an example according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図、第2図を参照するに、レーザの出力測定装置
1における第1ベース3の前側(第1図において左側、
第2図において紙面に向って表側)中部部には半球状の
溝5が形成してある。後側(第1図において右側、第2
図において紙面に向って裏側)に半球状の溝7を形成し
た第2ベース部材9が、第1ベース3の前面に固定して
設けてある。上記半球状の溝5,7によって積分球11が形
成され、また、この積分球11の内壁面は高い反射率でコ
ーティングされた拡散反射面となっている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the front side of the first base 3 in the laser output measuring apparatus 1 (the left side in FIG. 1,
In FIG. 2, a hemispherical groove 5 is formed in the middle part (front side facing the paper surface). Rear side (right side in FIG. 1, second side
A second base member 9 having a hemispherical groove 7 formed on the back side in the drawing) is fixedly provided on the front surface of the first base 3. The hemispherical grooves 5 and 7 form an integrating sphere 11, and the inner wall surface of the integrating sphere 11 is a diffuse reflection surface coated with high reflectance.

上記第2ベース9の前部にはレーザ光LBが入射してく
るための入射部13が形成してあり、この入射部13には積
分球11に連通した小孔15が第2図に示すように所定間隔
に亘って多数形成してある。なお、上記入射部13の周縁
部には筒状部材17が設けてある。
An incident part 13 for entering the laser beam LB is formed in the front part of the second base 9, and a small hole 15 communicating with the integrating sphere 11 is shown in this incident part 13 in FIG. Thus, a large number are formed over a predetermined interval. A cylindrical member 17 is provided on the peripheral portion of the incident portion 13.

上記積分球11の適宜位置にはレーザ光LBの径に比較し
てかなり小さい径のセンサポート19が形成してあり、こ
のセンサポート19は第1ベース3に形成した孔21に連通
してある。上記センサポート19に入射してきたレーザ光
LBの出力を検出するために、孔21にはサーモパイルセン
サ23が設けてある。
A sensor port 19 having a diameter considerably smaller than the diameter of the laser beam LB is formed at an appropriate position of the integrating sphere 11, and the sensor port 19 communicates with a hole 21 formed in the first base 3. . Laser light incident on the sensor port 19
A thermopile sensor 23 is provided in the hole 21 to detect the output of the LB.

より詳細には、孔21には支持部材25が設けてあり、こ
の支持部材25にはセンサポート19に入射してきたレーザ
光LBの出力を熱に変換するために熱伝導の良い金属から
なる受光体27が設けてある。ここで、上記受光体27はそ
の径は比較的小さく、受光面積は小さいものである。ま
た、受光体27には複数の熱電対(図示省略)が直列に配
置してあり、サーモパイルセンサ23に設けた出力コード
29,31は、前記第1ベース3の適宜位置に取付けたコネ
クタ33に接続してある。
More specifically, the hole 21 is provided with a supporting member 25, and the supporting member 25 is made of a metal having good heat conduction for converting the output of the laser beam LB incident on the sensor port 19 into heat. A body 27 is provided. Here, the light receiving body 27 has a relatively small diameter and a small light receiving area. Further, a plurality of thermocouples (not shown) are arranged in series on the light receiving body 27, and an output cord provided on the thermopile sensor 23.
29 and 31 are connected to a connector 33 attached at an appropriate position on the first base 3.

上記第1,第2ベース3,9に吸収された熱を冷却するた
めに、第2ベース9の適宜位置には冷却管35が設けてあ
る。
In order to cool the heat absorbed by the first and second bases 3 and 9, a cooling pipe 35 is provided at an appropriate position on the second base 9.

前述の本実施例の構成に基づき作用について第1図、
第2図、第3図(A),(B),(C)を参照しながら
説明する。
FIG. 1 shows the operation based on the configuration of this embodiment described above.
This will be described with reference to FIGS. 2 and 3 (A), (B), (C).

例えば第3図(A)に示すような所定の強度分布をも
ったレーザ光LBが、入射部13に形成した多数の小孔15を
貫通して積分球11内に入射する。このときに、レーザ光
LBは小孔13の径と同一の径を有する多数のレーザ光LBに
細分化されて、レーザ光の強度分布は第3図(B)に示
すようになる。また、小孔13を貫通しなかったレーザ光
LBは入射部13に熱として変換され、この熱は冷却水路35
により放熱される。
For example, a laser beam LB having a predetermined intensity distribution as shown in FIG. 3 (A) enters the integrating sphere 11 through a large number of small holes 15 formed in the incident part 13. At this time, laser light
The LB is subdivided into a large number of laser beams LB having the same diameter as the small hole 13, and the intensity distribution of the laser beams is as shown in FIG. 3 (B). Also, laser light that did not penetrate the small hole 13
The LB is converted into heat in the incident portion 13, and this heat is cooled by the cooling water passage 35.
The heat is dissipated.

小孔13により細分化された上記多数のレーザ光LBは、
積分球11の内壁面において多数回反射を繰り返すことに
なる。これによって、積分球11内のレーザ光LBの強度は
ほぼ均一になるものである。
The large number of laser beams LB subdivided by the small holes 13 are
The reflection is repeated many times on the inner wall surface of the integrating sphere 11. As a result, the intensity of the laser light LB in the integrating sphere 11 becomes substantially uniform.

そして、ほぼ均一な強度をもつレーザ光LBは、センサ
ポート19を経由してサーモパイルセンサ23の受光体27の
受光面に当たる。これによって、受光体27によってレー
ザの出力に応じた熱に変換されて、この熱はレーザの出
力に応じた電気信号に変換される。
Then, the laser light LB having substantially uniform intensity strikes the light receiving surface of the light receiving body 27 of the thermopile sensor 23 via the sensor port 19. As a result, the light receiving body 27 converts the heat into heat corresponding to the output of the laser, and this heat is converted into an electric signal corresponding to the output of the laser.

以上のごとき本実施例によれば、所定の強度分布をも
つレーザ光LBが積分球11内で多数回反射を繰り返して、
レーザ光LBの強度はほぼ均一となることにより、レーザ
の出力を検出するための受光体27の面積を小さくするこ
とができると共に、受光体27の熱時定数を小さくするこ
とができる。したがって、レーザの出力測定装置1の応
答速度が速くなるものである。また、例えばレーザ加工
にレーザの出力測定装置1を用いてレーザの出力を検出
し制御する場合においても、応答速度が速いために適切
にレーザ加工を行うことができるものであ。
According to the present embodiment as described above, the laser light LB having a predetermined intensity distribution is repeatedly reflected in the integrating sphere 11 many times,
Since the intensity of the laser light LB is substantially uniform, the area of the photodetector 27 for detecting the laser output can be reduced, and the thermal time constant of the photodetector 27 can be reduced. Therefore, the response speed of the laser output measuring device 1 is increased. In addition, for example, even when the laser output measuring device 1 is used for laser processing to detect and control the laser output, the response speed is high, so that the laser processing can be appropriately performed.

また、所定の径を有したレーザ光LBが多数の小孔15を
透過し、レーザ光LBが多数の径の小さいレーザ光LBに細
分化されて積分球11内に入射するものであるから、積分
球11の内径を小さくすることができると共に積分球11を
小さくすることができ、ひいてはレーザの出力測定装置
1を小さくすることができるものである。
Further, since the laser light LB having a predetermined diameter is transmitted through the large number of small holes 15 and the laser light LB is subdivided into a large number of small diameter laser light LB and enters the integrating sphere 11, The inner diameter of the integrating sphere 11 can be made small, the integrating sphere 11 can be made small, and the laser output measuring device 1 can be made small.

なお、本発明は前述の実施例の説明に限ることなく、
サーモパイルセンサ23の代わりに光電スイッチを設けた
りする等適宜の変更を行うことにより、その他種々の態
様で実施可能である。
The present invention is not limited to the above description of the embodiments,
It can be implemented in various other modes by making appropriate changes such as providing a photoelectric switch instead of the thermopile sensor 23.

[発明の効果] 以上のごとき実施例の説明により理解されるように、
本発明によれば所定の径を有したレーザ光が多数の小孔
を透過し、レーザ光が多数の細いレーザ光に細分化され
て積分球内に入射するものであるから、積分球の内径を
小さくすることができると共に積分球を小さくすること
ができ、ひいてはレーザの出力測定装置を比較的小さく
することができるものである。
[Effects of the Invention] As can be understood from the above description of the embodiments,
According to the present invention, a laser beam having a predetermined diameter is transmitted through a large number of small holes, and the laser beam is subdivided into a large number of thin laser beams and enters the integrating sphere. Can be made small and the integrating sphere can be made small, so that the output measuring device of the laser can be made relatively small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図面は本発明に係る実施例を説明するものであり、第1
図はレーザの出力測定装置の側断面図である。第2図は
レーザの出力測定の正面図である。第3図(A)は第1
図におけるA−A線に沿ったレーザ光の強度分布図であ
る。第3図(B)は第1図におけるB−B線に沿ったレ
ーザ光の強度分布図である。第3図(C)は第1図にお
けるC−C線に沿ったレーザ光の強度分布図である。 1……レーザの出力測定装置 11……積分球、13……入射部 15……小孔、23……サーモパイルセンサ
The drawings illustrate an embodiment according to the present invention.
The figure is a side sectional view of a laser output measuring device. FIG. 2 is a front view of laser output measurement. Figure 3 (A) shows the first
It is an intensity distribution diagram of the laser beam along the line AA in the figure. FIG. 3 (B) is an intensity distribution diagram of the laser light along the line BB in FIG. FIG. 3 (C) is an intensity distribution diagram of the laser light along the line CC in FIG. 1 …… Laser output measuring device 11 …… Integrating sphere, 13 …… Injection part 15 …… Small hole, 23 …… Thermopile sensor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】積分球の入射部に、レーザ光が透過自在の
多数の小孔を設け、上記積分球の適宜位置に、レーザ光
の出力を検出する出力検出センサを設けてなることを特
徴とするレーザの出力測定装置。
1. An integrating sphere is provided with a large number of small holes through which laser light can pass, and an output detecting sensor for detecting the output of laser light is provided at an appropriate position of the integrating sphere. And laser output measuring device.
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