JPH037476B2 - - Google Patents

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JPH037476B2
JPH037476B2 JP59207956A JP20795684A JPH037476B2 JP H037476 B2 JPH037476 B2 JP H037476B2 JP 59207956 A JP59207956 A JP 59207956A JP 20795684 A JP20795684 A JP 20795684A JP H037476 B2 JPH037476 B2 JP H037476B2
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JP
Japan
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processing
lens
light
distance
workpiece
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59207956A
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English (en)
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JPS6186087A (ja
Inventor
Kozaburo Shibayama
Takashi Ikeda
Hidehiko Nakao
Kazuo Takashima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59207956A priority Critical patent/JPS6186087A/ja
Publication of JPS6186087A publication Critical patent/JPS6186087A/ja
Publication of JPH037476B2 publication Critical patent/JPH037476B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は加工ワークにレーザビームを照射し
てレーザ加工を行うレーザ加工装置、特に加工ヘ
ツドに関するものである。
[従来の技術] 第2図は従来のレーザ加工装置の加工ヘツドの
断面図である。図において、1はレーザ加工を行
う上で主体となるCO2のレーザビーム、2はレー
ザビームを細かく絞るための加工用レンズ、3は
先端を細く成型してアシストガスの流れを高速に
する作用をもつ加工ヘツド20のノズル、4はノ
ズル3を所定のノズル位置に固定させるためのロ
ツクナツト、5は加工ワークWと加工ヘツド20
のノズル3との距離を一定に保つための接触式倣
いセンサである。
従来のレーザ加工装置は、上記のように構成さ
れ、たとえばレーザ発振器(図示せず)から出射
されたレーザビーム1は複数枚のミラーで反射さ
れながら加工ヘツド部へ到達し、加工ヘツド20
の加工用レンズ2で絞られて加工ワークWに照射
され、レーザ切断やレーザ溶接などの精密加工に
供される。
そして、加工ワークWが二次元平板でこれにレ
ーザ切断加工を行う場合、加工ワークWに“そ
り”などの多少の凹凸があつても、装備された接
触式倣いセンサ5によつてレーザビーム2の焦点
位置をいつも一定に保つているので、良好な切断
を得ている。
[発明が解決しようとする課題] ところで、近年急激に増加してきた三次元立体
加工ワークのレーザ切断加工を行う場合には、加
工ヘツド20の姿勢を制御してワーク面に対し略
垂直にノズル3を向けなければ良好な切断が得ら
れない。また、ワーク面とノズル3は或いは、加
工用レンズ2との距離を一定に保つ必要がある。
しかしながら、上記のような従来のレーザ加工
装置では、レーザビーム2の焦点位置を一定に保
つために、接触式倣いセンサ5を使用している
が、接触式倣いセンサ5ではそれほどの精度が出
ず、しかも立体面の曲率の小さななコーナ部では
接触式倣いセンサ5の本体自体や大き過ぎて使用
できないという問題点があつた。
この発明は、かかる問題を解決するためになさ
れたもので、加工ワークが如何なる例えば三次元
立体曲面を有するものである場合でも、加工ワー
クと加工ヘツドの加工用レンズとの距離を常に一
定に保ち、良好な切断等のレーザ加工を行うこと
ができるレーザ加工装置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加工装置は、加工ヘツド
に固定して設けられた光源と、加工ヘツドに固定
して設けられ、該光源からの放射ビームを集束
し、加工ワークに対してレーザビームが照射され
るのと同じ位置に適当な大きさの光スポツトを照
射する投光レンズと、加工ヘツドに固定して設け
られ、該投光レンズによつて照射された加工ワー
ク上の光スポツトを撮像する受光レンズと、該受
光レンズの結像面に受光面を配置し、受光レンズ
によつて結像され、加工ワークと加工用レンズ間
の距離の変化に応じて変化する光スポツト像の位
置に対応した電気信号を送出する光検出器と、該
光検出器の電気信号の値に配置定数を乗じて加工
ワークと加工用レンズ間の距離を演算し、該距離
を一定に保つよう制御する電気信号を出力する処
理回路とからなり、加工ワークと加工用レンズ間
の距離を一定に保つよう制御する距離制御手段を
設けるように構成したものである。
[作用] この発明においては、加工ヘツドに固定して設
けられた光源と投光レンズによつて加工ワークに
に照射された放射ビームのワーク表面上での光ス
ポツトを、加工ヘツドに固定して設けられた受光
レンズによつて撮像し、受光レンズによつて撮像
された光スポツトの像を光検出器で検知し、光検
出器から送出された光スポツトの結像位置に対応
した電気信号を受けた処理回路が、該電気信号の
値に設置定数を乗じて加工ワークと加工用レンズ
の距離を演算し、該距離を一定に保つよう制御す
る電気信号を出力し、その電気信号によつて加工
ワークと加工用レンズ間の距離を常に一定に保つ
よう制御する。
[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。図において、1はレーザ加工を行う上で主体
となるCO2のレーザビーム、3は先端を細く成型
してアシストガスの流れを高速にする作用をもつ
加工ヘツド20のノズルである。
7は放射ビームを発する光源で、ノズル3の上
部に隣接した位置に設けられている。8は光源7
より発せられた放射ビームを集束する投光レン
ズ、9は加工ワークWに照射された放射ビームの
ワーク表面での放射ビーム像である光スポツトを
撮像する受光レンズで、ノズル3の上部に隣接
し、ノズル3を中心とした投光レンズの略対称位
置に設けられている。10は結像されたスポツト
の像の結像位置に対応する電気信号を発生する非
接触式の光センサである光検出器で、その受光面
は受光レンズ9の結像面に配置されている。11
は光検出器10の出力信号を処理して加工用レン
ズ2の位置を制御する電気信号を出力する処理回
路である。
なお、光源7、投光レンズ8、受光レンズ9及
び光検出器10は、何れも加工ヘツド20に固定
されており、相互の関係が上述の通りとなるよう
に配置されていることは勿論である。
このように、加工ワークWと加工ヘツド20の
加工用レンズ2との間の距離を一定に保つように
制御する距離制御手段は、光源7、投光レンズ
8、受光レンズ9、光検出器10及び処理回路1
1で構成れている。
上記のように構成されたレーザ加工装置では、
光源7より発せられた放射ビームは投光レンズ8
で集束され、加工ワークWのワーク表面にレーザ
ビーム1と同一位置で光スポツトとなつて照射さ
れる。
そうすると、受光レンズ9はワーク表面上での
光スポツトの像を撮像し、光検出器10の受光面
上に光スポツトの像を結像する。この光スポツト
像を検知した光検出器10は例えば光位置検出器
とも称されるもので、光スポツト像の結像位置に
応じた電気信号を発生する。即ち、光検出器10
の2つの電極に生じる流iA、iBの値により、光
スポツト像の結像位置Pは、次に示す式(1)で表わ
される。
P=iA−iB/iA−iB ……(1) 光検出器10の出力は、光スポツト像の位置と
強度に比例して出力を発生するため、上記式(1)で
は光スポツトの像の強度変化に相当する(iA+
iB)で割り算を行ない、光スポツト像の位置の
みに比例する出力を得ている。
一方、投・受光レンズ8,9の光点P1、P2
り加工ワークWのワーク表面までの距離Aは次に
示す式(2)で表わされる。
A=L・tan(90−)/1+tan(90−)/tan
(90−θ)……(2) この式(2)で、Lは投光レンズ8の光点P1受光
レンズ9の光点P2との距離であり、はワーク
表面に照射されるレーザビームの光軸と投光レン
ズ8によりワーク表面に照射される放射ビームの
投光光軸間であり、θは同じくレーザビームの光
軸と受光レンズ9に入射する放射ビームの受光光
軸間の角度である。この中で、L、は装置の構
成のみで決まる固定値である。また、θは上述し
た光スポツト像の位置Pと、受光レンズ9の焦点
距離や設置位置により求まるが、P以外の値はや
はり固定値となる。つまり、投・受光レンズ8,
9の光点P1,P2より加工ワークWのワーク表面
までの距離Aは、ワーク表面の変位に対応する光
スポツト像の結像位置Pのみ、即ち光検出器10
の電気出力である電流iA、iBを変数として求め
ることができる また、加工ワークWのワーク表面と加工ヘツド
20の加工用レンズ2間の距離lも、レンズ8,
9の光点P1,P2よりワーク表面までの距離Aに
一定の定数を加えればよいから、ワーク表面と加
工用レンズ2間の距離lは、次に示す式(3)として
算出できる。
l=K・P ……(3) ここで、Kは設置定数であり、固定値で事前の
計算または実測により決定される。
処理回路11は以上の演算を実行し、距離出力
を送出する、即ち距離lを一定に保つよう加工用
レンズ2の位置を制御する電気信号を出力する。
従つて、その電気信号によつて図示しない加工ヘ
ツド駆動装置が駆動されて加工用レンズ2の位置
が調整されて加工ワークWのワーク表面と加工ヘ
ツド20の加工用レンズ2との間の距離は常に一
定となるように制御され、レーザビーム1のビー
ムウエストが常にワーク表面の位置にあることに
なり、最適加工状態が維持される。
受光レンズ9は、加工ヘツド20のノズル3を
中心として投光レンズ8の略対称位置に設けられ
ているから、加工ワークWと加工用レンズ2間の
距離を、より細部(一例として凹部)にいたるま
で計測できる。
第3図及び第4図はこの効果を説明するための
説明図で、第3図は対称に設た場合を示す図であ
る。この図は第4図に示すものに比べ、より幅の
狭い凹部があつても計測できることを示してお
り、加工ワークWの幅の狭い凹部があつても、非
接触で、加工ワークWと加工用レンズ2との間の
距離を常に一定に保つよう制御できる。
第4図は非対称に設けた場合を示す図で、第3
図との比較からわかるように、第3図に示すよう
な幅の狭い凹部(点線で示す)があると、投光レ
ンズ8より照射される放射ビームが加工ワークの
表面Waに邪魔されて、凹部の底部Wbに到達し
ないので、計測が困難となる。従つて、あまり幅
の狭い凹部があると、そこでは加工ワークWと加
工用レンズ2との間の距離を一定に保つ制御が不
可能となる。
なお、上記実施例では光検出器10として光位
置検出器が用いられている例を示したが、光検出
器10としてCCD等のリニアセンサアレイを用
いてもよく、この場合も同等の効果が得られる。
また、放射ビームの投・受光化学系に加工ワー
クWのワーク表面よりの異物を除去するウインド
ウやレーザ加工の光ノイズの影響を除去する光学
フイルタを挿入しても良い。
更に、光源7に強度変調を施し、受光側でこの
変調周波数のみ選択処理等しても良いことは勿論
である。
また、上記実施例では、投光レンズ8と受光レ
ンズ9とが、加工ヘツド20を中心にして略対称
位置に設けられているが、必ずしもその必要はな
く、光源7、投光レンズ8、受光レンズ9及び光
検出器10は、加工ヘツド20に固定されてお
り、かつ、投光レンズ8は、光源7からの放射ビ
ームを集束し、加工ワークに対してレーザビーム
が照射されるのと同じ位置に、適当な大きさの光
スポツトを照射するとができるように配置されて
おり、また、受光レンズ9は、投光レンズ8によ
つて照射された加工ワーク上の光スポツトを撮像
することができるように配置され、さらに光検出
器10の受光面が、受光レンズ9の結像面に配置
されていればよい。
[発明の効果] この発明は、以上説明したとおり、加工ヘツド
に固定して設けられた光源と投光レンズとによつ
て加工ワークに照射された放射ビームのワーク表
面上での光スポツトを、加工ヘツドに固定して設
けられた受光レンズによつて撮像し、受光レンズ
によつてて撮像された光スポツトの像を光検出器
で検知し、光検出器から送出された光スポツトの
結像位置に対応した電気信号を受けた処理回路が
該電気信号の値に設置定数を乗じて加工ワークと
加工用レンズ間の距離を演算し、該距離を一定に
保つよう制御する電気信号を出力するように構成
された距離制御手段によつて加工ワークと加工ヘ
ツドの加工用レンズとの間の距離を一定に保つよ
う制御できるようにしたので、加工ワークが複雑
な凹凸を有する三次元立体物であつても、加工ワ
ークのワーク表面と加工ヘツドの加工用レンズと
の距離は常に一定となり、レーザ切断等の精密な
レーザ加工が行えるという効果がある。
また、加工ワーク表面と加工用レンズ間の距離
を任意に設定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第
2図は従来のレーザ加工装置の加工ヘツドの断面
図、第3図は受光レンズと投光レンズとを対称の
位置に設けた場合を示す説明図、第4図は受光レ
ンズと投光レンズとを非対称の位置に設けた場合
を示す説明図である。 図において、1はレーザビーム、2は加工用レ
ンズ、3はノズル、7は光源、8は投光レンズ、
9は受光レンズ、10は光検出器、11は処理回
路、Wは加工ワークである。なお、各図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 加工ヘツドに固定された加工用レンズにより
    集束されたレーザビームを加工ワークに照射して
    レーザ加工を行うレーザ加工装置において、加工
    ワークと加工用レンズとの間の距離を一定に保つ
    よう制御する距離制御手段を設け、該距離制御手
    段は、加工ヘツドに固定して設けられた光源と、
    加工ヘツドに固定して設けられ、該光源からの放
    射ビームを集束し、加工ワークに対してレーザビ
    ームが照射されるのと同じ位置に適当な大きさの
    光スポツトを照射する投光レンズと、加工ヘツド
    に固定して設けられ、該投光レンズによつて照射
    された加工ワーク上の光スポツトを撮像する受光
    レンズと、該受光レンズの結像面に受光面を配置
    し、受光レンズによつて結像され、加工ワークと
    加工用レンズ間の距離の変化に応じて変化する光
    スポツト像の位置に対応した電気信号を送出する
    光検出器と、該光検出器の電気信号の値に設置定
    数を乗じて加工ワークと加工用レンズ間の距離を
    演算し、該距離を一定に保つように制御する電気
    信号を出力する処理回路とからなることを特徴と
    するレーザ加工装置。 2 前記光検出器は光位置検出器であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工
    装置。
JP59207956A 1984-10-05 1984-10-05 レ−ザ加工装置 Granted JPS6186087A (ja)

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JPS6186087A JPS6186087A (ja) 1986-05-01
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62259011A (ja) * 1986-05-02 1987-11-11 Toshiba Corp 距離検出器
GB0802944D0 (en) * 2008-02-19 2008-03-26 Rumsby Philip T Apparatus for laser processing the opposite sides of thin panels

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5525125A (en) * 1978-08-11 1980-02-22 Toshiba Corp Positioning unit

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