JPH0357584A - レーザー加工機 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザー加工機、特にレーザー光１ の集光状態を監視する装置を備えたレーザー加工機に関
するものである。

［従来の技術コ レーザー光の集光状態を監視する従来方法としては、第
５図に示すようにレーザー光の焦点位置又は光軸上の焦
点の前後に実際に置いたアクリル板等にレーザー光を照
射し、レーザー光を輪切りにしたパターンを焼きつけて
集光状態を観察する方法がある。

第５図において、〈１）はレーザー加工機のヘッドであ
って、発振器（図示しない）からのレーザー光（２）を
集光レンズ（３）で集光した後に焦点位置に在るアクリ
ル板（４）に照射している。なお、（５）はレーザー光
（２〉により焼きつけられた痕跡であって、バーンパタ
ーンと呼ばれている。このバーンパターン（５）の径の
大きさ、焼け具合の分布等により焦点位置又は光学系の
汚れ、光軸のずれ等を類推して、被加工材（図示しない
〉上での集光の良否を判断する。即ち、従来方法は焦点
上での集光状態を直接観察するものてはない。

２ ［発明が解決しようとする課題］ レーザー加工では、集光された状態でのエネルギー密度
によって加工具合が左右されるため、焦点でのレーザー
光の強度分．布を安定に保つことが重要となる。ところ
が、集光状態は、レーザー光の発振器から焦点までの光
軸のずれ、光学系の汚れ等によって変化する３ 従って、安定したレーザーカＨ工工程を維持するための
レーザー加工機のメンテナンス上、集光状態の監視は、
必須である。特に、プラスチック，セルローズ系の材利
をレーザー加工例えば切断するような場合には、切断端
面の様相が集光状態の変化に応じて極めて敏感に変化す
るので、製品の品質安定化のためには、安定した集光状
態を保持する必要がある。このため、精度の高い集光状
態監視装置が必要となる。

しかるに、従来方法では、まず第ｌに集光状態を直接監
視していないため推定の域を出ず、良否の判断が極めて
曖昧である。第２に、バーンパターンを得るためには、
アクリル板等の被照射試料のセッティング作業が伴う。

第３に、レーザー光の集光径はサブミリメートルである
ため、焦点付近でのバーンパターンは極めて小さいもの
となり、拡大観察が別途必要となる場合もある。第４に
、このような手間を伴う作業であるためレーザー加工機
の稼働率が高い場合には、監視時期の設定が工程上の問
題となる。などの問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、レーザー光の集光状態を容易に直接監視す
る装置を備えたレーザー加工機を得ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るレーザー加工機は、レーザー光を照射し
てその光軸に垂直な断面を結像する光学系と、結像され
たレーザー光を受光して電気信号に変換する受光　光電
変換部およびこの受光・光電変換部と電気的に接続され
て前記レーザー光の集光状態を監視するモニタ一部から
成る集光状態監視装置とを設けたものである。

［作　用コ ３ この発明では、実際にレーザー光を照射した物体の表面
を［察して推定するのではなく、集光されたレーザー光
を映像として出力するため、集光状態を極めて容易に直
接観察することができる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図であり、
図において（１）〜（３）は第５図に示したものと全く
同じである。（６）は集光レンズ（２）によって集光さ
れたレーザー光（２）の焦点、（７）はレーザー光（２
）を受光部（８）上に結像させるリレーレンズ、（９）
は受光部（８）で受光したレーザー光を電気信号に変換
する光電変換部、（１０）はこの先電変換部（９）と電
気的に接続されて焦点（６）の映像（１１）を監視する
モニタ一部である。なお、これら受光部（８）、光電変
換部（９）およびモニタ一部（１０）は集光状態監視装
置を構戒する。

このように構成されたこの発明の一実施例では、発振器
から出力されたレーザー光（２）が集光レンズ（３）に
よって魚点（６）に集光され、その後、発４ 散光として広がってゆく、また、焦点（６〉におけるレ
ーザー光（２）の空間強度分布はリレーレンズ（７）に
より受光部（８）上に結像された後に光電変換部（９）
て電気信号に変換され、レーザー光（２）の空間強度分
布はモニタ一部（ｉｏ）上に映像（１１）として出力さ
れる。

この集光状態監視装置は、レーザー加工機のヘッド（１
）の駆動範囲内において加工作業に寄与しない部分に設
置すればよい。また光軸を一定にしてリレーレンズ（７
）のような光学系を可動にすれば、焦点（６）での画像
のみならず、光軸上の任意の点での画像を得ることも可
能となり、集光状態を立体的に観察することもできる。

更に、受光部（８）での結像が大きくなるように光学系
を設定すれば、モニタ一部（１０）上での焦点の映像（
１１）の分解能が向上し、集光状態の観察を極めて容易
がっ精度よく行なうことが出来る。その上、この監視は
、被加工材の交換時等、レーザー加工の待時間には常に
実施することができるので、加工作業を１！Ｉｔ害する
ことなく、時間的に高密度の監視が可能Ｇ となる。

なお、上記実施例に示した受光部、光電変換部および、
モニタ一部は、対象レーザー光の波長に感度をもつテレ
ビカメラとモニター等で代用することができる。

ところが、第１図に示した実施例では、集光状態の映像
が容易に得られるものの、モニタ一部上で観察されるレ
ーザー光の強度分布と、実際の焦点」二での強度分布と
の間の線形性は失なわれる場合があり、集光状態の良否
判断に曖昧さが残るという欠点があった。なお、”線形
性が失なわれる要素としては第３図に示すように受光部
（９）を楕或する一般的な受光素子（図示しない〉の感
光特性、あるいはモニタ一部（１０）の画面の発光特性
などがある。

第３図は、上記のような欠点を解消するためになされた
、この発明の他の実施例を示す概略構成図である。図に
おいて、（１〉〜（３）および（６）〜（１１）は第１
図に示したものと全く同じである。（１２）は光電変換
部（９）の出力側に接続されてその電気信号の線形性を
補正する補正回路、そして（１３）は補正された電気信
号の表示装置である。

リレーレンズ（７〉によって受光部（８）に結像された
、焦点（６）でのレーザー光ク３）の集光画像は光電変
換部（９）より電気信号として出力される。

この電気信号はモニタ一部（１０〉で監視されると共に
、補正回路（１２〉でレーザー光（３）の強度と線形性
を持つように補正された後に表示装置（１１〉に出力さ
れて表示される。

これらの構成をもう少し具体的に述べれば、受光部（８
）と光電変換部（９）は例えば対象レーザー光の波長に
感度を持つテレビカメラであり、補正回路〈１２〉はこ
のテレビカメラからのビデオ信号をまずＡ／Ｄ変換し、
次にテレビカメラの対象レーザー光の波長に対ずる第３
図の感度曲線に応じた補正演算を行ない、最後にＤ／Ａ
変換して出力するものである。表示装置（１３）はオシ
ロスコープである。なお、第３図の表示装置（１３）内
に示した図は、テレビカメラ上の任意の走査線上の強度
分布を表示した図である。上述の例のような構成であれ
ば、各走査線」二の強度分布を順次表示することができ
るのは言うまでもない。

また、補正回路（１２）からの出力をデジタル信号のま
まとし、三次元的強度分布表示によって集光状態を監視
してもよい。

このように、この発明の他の実施例によれば、集光状態
を定量的に観察してより精度の高い監視ができ、集光状
態の良否判断での曖昧さが除去され、集光状態の変動に
左右され易い材質のレーザー加工における加工作業およ
び品質の安定性が向上ずる。

第４図は、この発明の更に他の実施例を示す概略構戒図
である。図中（１４）は補正回路（１２）の出力側に接
続されて観察すべき強度分布と所定の強度分布とを比較
し、例えば観察した焦点での集光径の大小を比較して両
者の相異を判別する比較判別回路である。そして｛１５
｝は判別結果の表示装置であり、レーザー加工作業実施
の可否を示すものである。

このような楕戒を付加することにより、焦点で＝９ の集光状態を定量的かつ自動的に比較することが可能と
なり、判断の曖昧さを除去することができる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、この発明は、レーザー光を照射
してその光軸に垂直な断面を結像する光学系と、結像さ
れたレーザー光を受光して電気信号に変換する受光・光
電変換部およびこの受光・光電変換部と電気的に接続さ
れて前記レーザー光の集光状態を監視するモニタ一部か
ら成る集光状態監視装置とを備えているので、工程を阻
害することなく集光状態を容易に一定間隔で定常的に直
接、監視することができるようになり、それに伴ってレ
ーザー加工機のメンテナンスの要否の判断を随時行なう
ことができるので、安定した加工工程を維持することが
可能となる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図、第２図
は受光部を構成する一般的な受光素子の感光特性を示す
グラフ図、第３図はこの発明の他の１０ 実施例を示す概略構成図、第４図はこの発明の更に他の
実施例を示す概略構成図、第５図は従来方法を説明する
図である。 図において、（１）はレーザー加工機のヘッド、（２）
はレーザー光、〈３）は集光レンズ、（６〉は焦点、（
７）はリレーレンズ、（８）は受光部、（９）は光電変
換部、（１０）はモニタ一部、〈１２〉は補正回路、（
１３）は表示装置、（１４）は比較判別回路、（１５）
は判別結果表示装置である。 図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー光を照射してその光軸に垂直な断面を結
   像する光学系と、結像されたレーザー光を受光して電気
   信号に変換する受光・光電変換部およびこの受光・光電
   変換部と電気的に接続されて前記レーザー光の集光状態
   を監視するモニター部から成る集光状態監視装置とを備
   えたことを特徴とするレーザー加工機。
2. （２）レーザー光の強度と受光・光電変換部の電気信号
   との間に線形性を持たせるように前記電気信号を補正す
   る補正回路と、補正された電気信号により被撮像断面に
   おけるレーザー光の強度分布を表示する表示装置とを備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレー
   ザー加工機。