JPH02187292A - 光照射位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ァイバ４で所定位置に
導き、当該光ファイバ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。

さらに光ファイバ４及びレンズ６間にはハーフミラ−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−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、光スポットを形成し得、モニ
タ装置９の表示画像上で当該光スポットを検出すること
により、レーザ光Ｌ１の集光位置を確認し得る。

従って、モニタ装置９の表示画面に基づいて、光ファイ
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、加工対象によって、
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Ｌ】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
ットの明るさが低下し、その結果モニタ装置９の表示画
像上で光スポッ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
ッ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
ポッ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、これによりモ二り装置９
において、加工面上に十字の照準を重ねて表示し得る。

従って、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、光ファイバ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、光ファイバ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
ると共にその分会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
で囲っ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、破線で囲った光学系全体を移
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。

従って、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、Ｉ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ＬＡＩを射出する光源３Ａ。

４．１６と、レーザ光ＬＡＩ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ＬＡＩ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ＬＡＩの照射位置を検出する。

Ｆ作用 レーザ光ＬＡＩの一部を折り返した後、観測光学系２２
．２３で観測光ＬＡ４と同時に観測することにより、レ
ーザ光ＬＡＩ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から光ファイバ４を介して赤外光のレーザ光Ｌ
ＡＩを射出する。

ここで、光ファイバ４は、レーザ光ＬＡＸ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。

従ってレンズ１６を介してレーザ光ＬＡＩが平行光線に
変換されるようになされている。

さらにレーザ光Ｌ　Ａ１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。

従って、レーザ光源３Ａから射出されたレーザ光ＬＡＩ
は、光ファイバ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−
１９が配置され、当該ハーフミラ−１９で光ビームＬＡ
Ｉ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ＬＡＩの一部を分離し、その結果
得られる反射光ビームＬＡ２をコーナキューブプリズム
２０に導くようになされている。

従ってコーナキューブプリズム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ＬＡ３が得られ、当該反射光ビームＬＡ３がハーフミ
ラ−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、光ファイバ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。

従ってモニタ装置（図示せず）の表示画面上においては
、レーザ光ＬＡＩ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ァイバ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】５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−１
９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。

従ってモニタ装置の表示画面上においては、加工面の像
に重ねて光ファイバ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ＬＡＩをハーフミラ−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ＬＡＩ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ＬＡＩ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ＬＡＩの集光位置に光ファイバ４の射出端を配
置した像を観測することができる。

かくして、光ファイバ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Ｌ
ＡＩ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Ｃ　ＣＤ　（ｃｈａｒｇｅ　ｃｏｕｐ
ｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像素子を用いることによ
り、レーザ光ＬＡＩ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、光ファイバ４の射出端が
、レンズ１６の黒子面上を移動するようになされ、これ
によりレーザ光ＬＡＩ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ＬＡＩ
の集光位置に形成される光スボツ）ＳＰの座標データを
検出するようになされている。

さらに、光スポット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、光ファイ
バ４の射出端を移動制御し、これにより光スポットＳＰ
を移動目標Ｐまで移動して、レーザ光ＬＡＩ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（１６，１８，１９，２０，２２，２
３）を固定したまま、光ファイバ４の射出端を移動させ
るだけで、簡易にレーザ光ＬＡＩの照射位置を移動する
ことができる。

さらに、レーザ光ＬＡＩの一部をコーナキューブプリズ
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
する光ファイバ４の射出端の像を撮像することができる
。

従って輝度レベルの差に基づいて簡易に光スポットＳＰ
の座標データを検出し得ると共に、光ファイバ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ＬＡＩ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。

光ファイバ４、レンズ１６は、略平行光線のレーザ光Ｌ
ＡＩ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ＬＡＩ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−１９を介して観測する
観測光学系を構成する。

さらに、コーナキューブプリズム２０は、レーザ光ＬＡ
Ｉの一部について、光路を折り返した後、ハーフミラ−
１９を介して観測光学系に導（光路折返光学系を構成す
る。

以上の構成よれば、レーザ光ＬＡＩの一部をコーナキュ
ーブプリズム２０で折り返して観測光しＡ４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ＬＡＩの集光位置を検出することができる。

さらに光ファイバ４の射出端を移動するだけで、簡易に
レーザ光ＬＡＩ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、移動する光ファイバ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Ｌ
ＡＩ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、３０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３２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ＬＡＩ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ＬＡＩ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１
８間にコーナキューブプリズム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ＬＡＩは、レンズ１６を介して平行
光線に変換された後、コーナキューブプリズム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。

さらに光ファイバ４及びレンズ１６間には、ハーフミラ
−４２が配置され、これによりコーナキューブプリズム
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。

従って、観測光ＬＡ４においては、レーザ光ＬＡ１をコ
・−ナキューブプリズム４１で折り返したことにより、
光ビームＬＡＩ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Ｌ　Ａ、　１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の集光位置に光ファイバ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
キューブプリズム４１を配置して、レーザ光ＬＡＩの一
部を折り返すようにしても、レーザ光ＬＡＩ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、光ファイバ
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ァイバ及びレ
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−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、所定形状の光スポッ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し・−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
路線図、第２図はそのモニタ装置の表示画面を示す路線
図、第３図は第２の実施例によるレーザ光照射装置を示
す路線図、第４図は第３の実施例によるレーザ加工装置
を示す路線図、第５図及び第６図は従来のレーザ加工装
置を示す路線図、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路線図である。 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−１２０
，４１・・・・・・コーナキューブプリズム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。