JP2993479B2 - レーザパワーモニタ装置 - Google Patents

レーザパワーモニタ装置

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JP2993479B2 JP9277679A JP27767997A JP2993479B2 JP 2993479 B2 JP2993479 B2 JP 2993479B2 JP 9277679 A JP9277679 A JP 9277679A JP 27767997 A JP27767997 A JP 27767997A JP 2993479 B2 JP2993479 B2 JP 2993479B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザパワーモニ
タ装置に係り、特に、レーザ加工用に使用されるレーザ
装置に併設されて使用されるレーザパワーモニタ装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】図3に従来例を示す。この図3に示す従
来例は、レーザ発振器101から加工物102に向けて
出力されるレーザ光Aの光軸上に配置され当該レーザ光
の一部を反射するビームスプリッタ61と、このビーム
スプリッタ61で反射されるレーザ光を検出する出力光
検出器62と、この出力光検出器62で検出されたレー
ザ光に基づいて前述したレーザ発振器101から出力さ
れるレーザ光の出力レベルを算定し表示するパワー表示
器63とを備えている。符号64は、前述した出力光検
出器62の出力信号を増幅する増幅器を示す。これによ
り、レーザ発振器101からのレーザ光は、パワー表示
器63にて比較的良好にパワーモニタされるようになっ
ている。
【0003】ここで、符号65はレーザ光Aを加工物に
向けて案内する固定光学系を示す。この固定光学系65
は、前述したビームスプリッタ61の透過レーザ光をと
りこむファイバー入射レンズ65Aと,このレーザ光を
所定の下降箇所まで案内する光ファイバ65Bと,この
光ファイバ65Bによって案内されたレーザ光を所定の
加工物102に向けて出力する集光レンズ65Cとによ
り構成されている。
【0004】更に、レーザパワーモニタ装置の他の例と
しては、例えば、実開昭62−060062号公報,お
よび特開昭59−058885号公報がある。
【0005】この内、実開昭62−060062号公報
記載のレーザパワーモニタ装置は、ビームスプリッター
に無反射コート板を用いてパワーモニタを行うという手
法を採用している。
【0006】又、特開昭59−058885号公報記載
のレーザパワーモニタ装置では、レーザ光の偏光が直線
偏光でなく、P偏光,S偏光のいずれの偏光であっても
出力に比例したパワー情報を得ることができるように、
これに対応する二つのビームスプリッターを用いてい
る。そして、第1のビームスプリッターと第2のビーム
スプリッターでは当該各ビームスプリッターへの入射角
を同じとし、入射面は直交させておき、この各ビームス
プリッターを介して光検出器によりパワーモニタを行う
という手法を採用している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来例にあっては、加工物から光軸上に反射されてレー
ザ装置に戻ってくる反射光が、レーザ発振器の出力反射
鏡で反射され出力光と共に再出力され、更に、ビームス
プリッタにより反射されて出力光に混入して検出される
という構成上の本質的な不都合が常に存在していた。こ
のため、上記各従来例にあっては、レーザ加工時と非加
工時とでは、レーザ出力が一定であるにもかかわらずパ
ワーモニター値が変動するという不都合があった。
【0008】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、レーザ加工物より光軸上に反射されて戻って
くる反射戻り光の影響を排除し、これによってレーザパ
ワーモニターを高精度に成し得る信頼性の高いレーザパ
ワーモニタ装置を提供することを、その目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明では、レーザ発振器から加工物
に向けて出力されるレーザ光の光軸上に配置され当該レ
ーザ光の一部を反射するビームスプリッタと、このビー
ムスプリッタで反射される前記レーザ光を検出する出力
光検出器と、この出力光検出器で検出されたレーザ光に
基づいて前述したレーザ発振器から出力されるレーザ光
の出力レベルを表示するパワー表示器とを備えたレーザ
パワーモニタ装置において、前述したビームスプリッタ
により反射される加工物からの反射戻り光の一部を検出
する戻り光検出器を、前述したビームスプリッタに併設
する。
【0010】そして、出力光検出器によって検出される
出射光信号を戻り光検出器によって検出される反射戻り
光信号によって補正しレーザ発振器出力のパワー表示を
行うようにする、という構成を採っている。
【0011】この請求項1記載の発明では、まず、レー
ザ発振器101より出力されたレーザ光は、ビームスプ
リッタ11でその一部が反射され出力光検出器12でモ
ニターされる。ビームスプリッタ11を通過したレーザ
光Aは、加工物102まで導かれて当該加工物102を
加工するが、この際、加工物102よりレーザ光の一部
が反射されてレーザ発振器101まで戻ってくる。反射
戻り光Bの一部は、ビームスプリッタ11で取り出され
て戻り光検出器22でモニターされる。
【0012】この場合、前述した反射戻り光Bの残りの
部分は、ビームスプリッタ11を通過してレーザ発振器
101内に入り、レーザ出力反射鏡101Aで再び反射
され、これがレーザ出力光と同じく出力されてビームス
プリッタ11により反射されてレーザパワー検出器であ
る出力光検出器12に入り、その出力信号をドリフトさ
せる。が、これに対し、前述した反射戻り光Bをモニタ
ーしている戻り光検出器22の信号を、例えば前述した
ドリフトしたレーザ出力のモニター信号より差し引く等
の補正を行う。
【0013】これにより、レーザ加工中でも反射戻り光
の影響を受けない正確で且つ安定したレーザパワーモニ
タが可能となる。
【0014】請求項2乃至5記載の各発明では、まず、
レーザ発振器から加工物に向けて出力されるレーザ光の
光軸上に配置されて当該レーザ光の一部を反射するビー
ムスプリッタと、このビームスプリッタで反射されるレ
ーザ光を検出する出力光検出器と、この出力光検出器で
検出されたレーザ光に基づいて前述したレーザ発振器か
ら出力されるレーザ光の出力レベルを表示するパワー表
示器とを備えたレーザパワーモニタ装置において、ビー
ムスプリッタにより反射される加工物からの反射戻り光
の一部を検出する戻り光検出器を、前述したビームスプ
リッタに併設する。
【0015】そして、前述した出力光検出器および戻り
光検出器の各出力を入力すると共に,前述した出力光検
出器の出力を前述した戻り光検出器の出力によって補正
する光検出器補正手段を、前述した各パワー表示器と出
力光検出器との間に装備する、という構成を、共通の基
本構成として採用している。ここで、前述した光検出器
補正手段を差動増幅器にて構成してもよい。また、出力
光検出器および戻り光検出器の各出力段には、当該各検
出器出力を個別に補正する系数調整器を装備してもよ
い。更に、パワー表示器については、ディジタル表示し
たものであってもよい。
【0016】このため、この請求項2乃至5記載の各発
明では、前述した請求項1記載の発明と同等に機能する
ほか、特に光検出器補正手段を装備したので、ドリフト
したレーザ出力のモニター信号からそのドリフト成分を
確実に且つ高精度に差し引くことができる。これによ
り、レーザ加工中でも反射戻り光の影響を受けない正確
で且つ安定したレーザパワーモニタが可能となる。
【0017】このように、本発明では、反射戻り光の一
部をビームスプリッターにて検出しているため、反射も
どり光がどのくらいあるかを測定できる。更に、この反
射もどり光の信号と、パワーモニターの信号との差分を
とって表示することにより、反射もどり光があっても正
確かつ安定したパワーモニターが可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
乃至図2に基づいて説明する。図1において、符号10
1はレーザ発振器を示す。このレーザ発振器101は、
本実施形態では、前述した図3に示す従来例の場合と同
様に、波長1.06〔μm〕で発振するYAGレーザ発
振器が使用されている。
【0019】又、符号11はビームスプリッタを示す。
このビームスプリッタ11は、ガラス基板上に波長1.
06〔μm〕のYAGレーザを約1〔%〕反射する誘電
体多層膜コートが両面に施されている。このビームスプ
リッタ11は、レーザ発振器101から加工物102に
向けて出力されるレーザ光A0 の光軸上に配置され且つ
当該レーザ光の一部を反射する機能を備えている。
【0020】このビームスプリッタ11で反射されるレ
ーザ光aは、シリコン・フォトダイオードを備えた出力
光検出器12で検出される。そして、この出力光検出器
12で検出されるレーザ光aを後述するように所定の補
正をした後、レーザ発振器101の真の出力レベルとし
てパワー表示器13にてデジタル表示するようになって
いる。
【0021】前述したビームスプリッタ11を通過した
通過レーザ光Aは、固定光学系20によって加工物10
2まで導かれて当該加工物102を加工する。ここで、
この固定光学系20は、前述したビームスプリッタ11
の透過レーザ光A1 をとりこむファイバー入射レンズ2
0Aと,このレーザ光を所定の下降箇所まで案内する光
ファイバ20Bと,この光ファイバ20Bによって案内
されたレーザ光を所定の加工物102に向けて出力する
集光レンズ20Cとを備えた構成となっている。
【0022】上記ファイバー入射レンズ20Aとして
は、焦点距離20〔mm〕のものが使用されている。
又、光ファイバ20Bとしては、コア径600〔μ
m〕,NA0.2,長さ5〔m〕のものが使用されてい
る。そして、例えばワークディスタンス100〔mm〕
を隔てて、集光レンズ20Cより加工物102に対して
集光され、これによって当該加工物がレーザ加工され
る。
【0023】一方、ビームスプリッタ11には、前述し
た加工物102からの反射戻り光の一部を検出する戻り
光検出器22が併設されている。そして、本実施形態に
あっては、この戻り光検出器22によって検出された反
射戻り光信号にて前述した出力光検出器12で検出され
る出射光信号を補正し(実際には差をとる)、これをパ
ワー表示器13にパワー表示するようになっている。
【0024】これを更に詳述する。図1において、符号
16は光検出器補正手段としての差動増幅器を示す。こ
の差動増幅器16は、前述した出力光検出器12および
戻り光検出器22の各出力側とパワー表示器13との間
に装備されている。そして、この差動増幅器16は、前
述した出力光検出器12および戻り光検出器22の各出
力を入力すると共に,当該出力光検出器12の出力を前
述した戻り光検出器22の出力によって補正する機能を
備えている。
【0025】又、前述した出力光検出器12および戻り
光検出器22の各出力段には、図1に示すように、当該
各検出器12,22の出力を個別に増幅する第1,第2
の増幅器12A,22Aと、この増幅された各検出器出
力12,22の出力を個別に補正する第1,第2の系数
調整器12B,22Bとが装備されている。
【0026】次に、上記実施形態の動作について説明す
る。
【0027】YAGレーザ発振器101より出力された
レーザ光A0 は、図1乃至図2に示すように、ビームス
プリッタ11によってその一部が反射される。この反射
された部分の出力光aは、レーザパワー検出器としての
出力光検出器12に捕捉され、出力に比例した電気信号
に変換される。この出力光検出器12の出力信号12a
は、第1の増幅器12A,第1の系数調整器12Bを通
って差動増幅器16に入力する。ここで、出力信号12
aは、実際には、後述するように反射戻り光B1 によっ
てドリフトされている(図2参照)。
【0028】一方、ビームスプリッタ11を透過したレ
ーザ出力光Aは、ファイバー入射レンズ20Aにより光
ファイバ20Bに入射される。光ファイバ20Bより出
力したレーザ光は、集光レンズ20Cにより加工物10
2上に集光され、当該加工物102をレーザ加工する。
【0029】ここで、レーザ加工時には、加工物102
より反射されるレーザ光が存在する。この反射レーザ光
は、光軸上に反射され、集光レンズ20Cによって再び
光ファイバ20Bに入射され、そのまま、反射戻り光B
としてビームスプリッタ11に到達する。この反射戻り
光B0 は、ビームスプリッタ11にて一部は反射され
る。このビームスプリッタ11にて反射された部分の反
射戻り光bは、戻り光検出器22で反射光量に比例した
電気信号に変換される。その後、上記戻り光検出器22
の出力信号22bは、第2の増幅器22A,第2の系数
調整器22Bを通って差動増幅器16に入力する。
【0030】他方、ビームスプリッター11を透過した
成分の反射戻り光B1 は、レーザ発振器101まで戻っ
てきてレーザ出力反射鏡101Aにて前述したレーザ出
力光A0 と同軸に反射される。この反射出力された反射
戻り光B1 は、その一部がビームスプリッタ11にて反
射され、その結果、前述したレーザ出力光A0 のモニタ
ー光aと同じく出力光検出器12に再び入射し、出力信
号aをその分だけドリフトさせることになる。
【0031】この反射戻り光B1 によってドリフトされ
ビームスプリッター11にて反射検出された後、所定の
係数が掛け合わされたモニター信号12aは、図1乃至
図2に示すように、差動増幅器16に入力されるが、予
め前述した戻り光検出器22によって検出され且つ第2
の系数調整器22Bによってドリフト量と同じレベルに
なるよう調整された反射戻り光信号22bとの差分をと
ることにより、このドリフト分が相殺される。これによ
って、正しいモニター信号a0 が出力されることとな
る。
【0032】即ち、反射戻り光Bをモニターしている戻
り光検出器22の信号を系数調整器22Bを通して適当
な系数を掛けた後、これを、前述したドリフトしたレー
ザ出力モニタ信号(出力光検出器12の出力)より差し
引く。かかる演算は前述した差動増幅器16で行われ
る。これにより、レーザ加工中でも反射戻り光の影響を
受けない正確で且つ安定したレーザパワーモニタが可能
となる。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明によると、レーザ加
工物からの反射戻り光でドリフトされたレーザ出力光の
モニター信号から、予め別に捕捉した反射戻り光のモニ
ター信号を差し引くことによってそのドリフト量を相殺
するようにしたので、レーザ加工物からの反射戻り光が
あっても、正確なパワーモニターができるという従来に
ない優れたレーザパワーモニタ装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1に開示した装置による出射光信号の補正例
を示す説明図である。
【図3】従来例を示す説明図である。
【符号の説明】
11 ビームスプリッタ 12 出力光検出器 12B 第1の系数調整器 13 パワー表示器 16 差動増幅器 22 戻り光検出器 22B 第2の系数調整器 101 レーザ発振器 102 加工物 A0 レーザ出力光 B0 反射もどり光 a 出力光の一部 b 戻り光の一部 a0 出力光のモニター信号

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から加工物に向けて出力さ
    れるレーザ光の光軸上に配置され当該レーザ光の一部を
    反射するビームスプリッタと、このビームスプリッタで
    反射されるレーザ光を検出する出力光検出器と、この出
    力光検出器で検出されたレーザ光に基づいて前記レーザ
    発振器から出力されるレーザ光の出力レベルを表示する
    パワー表示器とを備えたレーザパワーモニタ装置におい
    て、 前記ビームスプリッタにより反射される前記加工物から
    の反射戻り光の一部を検出する戻り光検出器を、前記ビ
    ームスプリッタに併設すると共に、 前記出力光検出器によって検出された出射光信号を前記
    戻り光検出器によって検出された反射戻り光信号により
    補正して前記レーザ発振器の出力のパワー表示を行うよ
    うにしたことを特徴とするレーザパワーモニタ装置。
  2. 【請求項2】 レーザ発振器から加工物に向けて出力さ
    れるレーザ光の光軸上に配置され当該レーザ光の一部を
    反射するビームスプリッタと、このビームスプリッタで
    反射されるレーザ光を検出する出力光検出器と、この出
    力光検出器で検出されたレーザ光に基づいて前記レーザ
    発振器から出力されるレーザ光の出力レベルを表示する
    パワー表示器とを備えたレーザパワーモニタ装置におい
    て、 前記ビームスプリッタにより反射される前記加工物から
    の反射戻り光の一部を検出する戻り光検出器を、前記ビ
    ームスプリッタに併設し、 前記出力光検出器および前記戻り光検出器の各出力を入
    力すると共に,前記出力光検出器の出力を前記戻り光検
    出器の出力によって補正する光検出器補正手段を、前記
    出力光検出器および戻り光検出器の出力側と前記パワー
    表示器との間に装備したことを特徴とするレーザパワー
    モニタ装置。
  3. 【請求項3】 前記光検出器補正手段を、差動増幅器に
    より構成したことを特徴とする請求項2記載のレーザパ
    ワーモニタ装置。
  4. 【請求項4】 前記出力光検出器および戻り光検出器の
    各出力段に、当該各検出器出力を個別に補正する系数調
    整器を装備したことを特徴とする請求項1,2又は3記
    載のレーザパワーモニタ装置。
  5. 【請求項5】 前記前記パワー表示器としてディジタル
    表示方式を採用したことを特徴とする請求項2,3又は
    4記載のレーザパワーモニタ装置。
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