JPH0521672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザビーム伝送路におけるレーザ
ビームの位置を検出するレーザビーム位置検出装
置に関するものである。

［従来の技術］ 第５図ａは例えば特開昭60−227990号公報に示
された従来のレーザビーム位置検出装置の断面
図、第５図ｂはレーザビーム入射側より見た正面
図である。図において、５はレーザビーム反射ミ
ラー、４はレーザビームセンサ、１は入射するレ
ーザビーム、６はレーザビーム１が反射ミラー５
によつて反射された反射レーザビーム、２はレー
ザビーム１の光路上に開孔３を有する開孔部材で
ある。この開孔部材２の開孔部３の周囲には、同
一円周上に適当な間隔をおいて例えば４個のレー
ザビームセンサ４が設けられている。又この場
合、開孔部材２は反射ミラー５の入射側に配設さ
れ、開孔部３は反射ミラー５の中央部に対応して
いる。

次にこの作用について説明する。レーザ発振器
（図示せず）から発振され伝送路を進むレーザビ
ーム１のうち、開孔部３を通過したレーザビーム
は反射ミラー５によつて反射されて角度を変え、
レーザビームとして出射される。一方、開孔部３
の周囲の開孔部材２に当つたレーザビーム１は、
レーザビームセンサ４に入射してその出力が検出
されている。もし、レーザビーム１が開孔部３の
中心を通るならば、開孔部３の周囲に配設された
レーザビームセンサ４の各々の出力は同じであ
る。従つて、このセンサ４による出力のアンバラ
ンスを検出すれば、そのときのレーザビーム１の
中心が開孔部３に対しどのように偏心しているか
を知ることが出来る。このようなレーザビーム位
置検出装置をレーザビーム伝送路に複数個設置
し、常にこれらの位置検出装置のバランスを見な
がらレーザ発振器から、所定の場所まで正確にレ
ーザビームを伝送することが出来る。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来のレーザビーム位置検出装置
では、レーザビームセンサ４を支持するための開
孔部材２が必要である。

また開孔部３の大きさは、レーザビーム１の形
状に大きな影響を与えることなく、かつレーザビ
ームセンサ４になるべく大きなレーザパワーが入
射するように選択されて形成されるものである。
例えば、典形的なCO₂レーザから発生されるシン
グルモードの正規分布状の強度分布を持つレーザ
ビームでは、ビーム位置検出装置を通過するため
に２％以上の伝送パワーロスを生じる。さらに一
般的には、レーザビーム伝送路には５枚程度の反
射ミラー５を用いるため、各反射ミラー５の前面
にレーザビーム位置検出装置を設けると、全体と
して10％に近い伝送パワーロスを招くことにな
る。また、このパワーロスを減少させるため、開
孔部３の内径をレーザビームに比較して十分大き
くすると、センサ４に入射するレーザビーム１の
すそ野のパワーが減少するので、高感度のセンサ
を必要とする。この高感度のセンサは不安定にな
り易く、その上レーザビーム１が開孔部３に対し
て大きくずれたときはこのセンサ４を破壊する恐
れもあり、このため検出範囲に制約を与える等の
問題がある。

本発明はこのような問題点を解消するためにな
されたもので、伝送によるパワーロスを低減し、
安定して広範囲にレーザビームの位置を検出でき
るレーザビーム位置検出装置を得ることを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るレーザビーム位置検出装置は、レ
ーザ発振器と加工テーブルおよびこれらを結合す
る光路系を有するレーザ加工装置において、複数
個の超音波送信器と受信器とをレーザビームが通
過する光路ダクト中の気体媒質中に配置したレー
ザビーム位置検出装置を提供する。

［作用］ 本発明においては、気体媒質中におけるレーザ
ビームの損失分を検出し、同時に複数の超音波送
信器と受信器の出力の時間差を互いに比較し、超
音波の伝搬速度が気体媒質温度により変化するの
を利用して、レーザビームの位置を温度変化とし
て検出する。

［実施例］ 第１図ａ，ｂは本発明の一実施例の配置を示す
模式図で、ａは横断面図、ｂは縦断面図、同じく
第１図ｃ，ｄは他の実施例の模式図で、ｃは横断
面図、ｄは縦断面図である。第２図は検出装置と
計測回路を示す回路線図である。

図において、１は伝送路を通過するレーザビー
ム、２は光路ダクト、８は超音波送信器、９は超
音波受信器、１２は超音波送信器に信号を送る発
振器、１３は計測のタイミングをとるタイミング
設定器、１４は超音波の伝搬時間を出力する双安
定回路、１５は超音波受信器のプリアンプ、１６
はノイズ除去用の波器、１７は比較器、１８は
演算装置である。

次にこの作用を説明する。第２図においてレー
ザビーム１が光路ダクト２の中を伝送される過程
では、タイミング設定器１３から発生するパルス
幅に相当する時間と同時に、発振器１２からある
周波数の電気信号が発振され、これによつて超音
波送信器８から超音波が発生すると双安定回路１
４がセツトされ、発生した超音波は気体媒質中を
伝搬し超音波受信器９に到達し、電気信号に変換
されてプリアンプ１５で増幅され、波器１６を
通過することによつてノイズが除去され、比較器
１７により波形が整えられると同時に双安定回路
１３はリセツトし、双安定回路１３の出力が超音
波の伝搬時間となる。

これらの一連の動作を第３図のタイムチヤート
によつて説明する。超音波の伝搬時間は、双安定
回路１３の出力２３のパルス幅Ｔとなり、レーザ
ビーム１の光軸中心が光路ダクト２の中心に一致
する場合は、ガウスモードの中心が超音波送信器
８と超音波受信器９を結ぶ直線上にあるので、そ
の部分の気体媒質温度が最大となり、同時に超音
波の伝搬時間は最小となる。もしレーザビーム１
の光軸ずれが発生した場合は、ガウスモードの中
心が光路ダクト２の中心から外れ、超音波送信器
８と超音波受信器９とを結ぶ直線上の気体媒質温
度は光軸ずれ量に比例して低くなり、同時に超音
波の伝搬時間は長くなり、これらの時間差を演算
回路１８により温度差として求めることができ
る。

次に第４図はビームずれ量と出力温度との関係
を示す特性図である。図に示すように、ビームず
れ量が０の場合は出力温度θはレーザ光吸収ガス
中においても又空気中においても最大となり、ビ
ームずれ量が大きくなるにつれて低下することが
明らかである。

超音波送信器８と超音波受信器９の配置は、第
１図ａ，ｂに示すように光路ダクト２の任意の位
置に向かい合わせて対称に配置すると、このとき
の光路ダクト２の中の気体媒質は空気である、レ
ーザ光による温度上昇が低い。温度上昇が低くて
検出が困難の場合は第１図ｃ，ｄに示すように光
路ダクト２の中のある場所をレーザ光窓材１０で
仕切り、その中にレーザ光を吸収しやすいハロゲ
ンガスやCO₂等のレーザ光吸収ガス１１を封入
し、この媒質中のレーザ光の損失分を大きくして
前記の方法で測定することが出来る。この構成で
は、必要によつてこのレーザ光吸収ガス１１の濃
度や組成を調節することにより、センサーの検出
感度を適当に調整することも可能である。

なお上記実施例では超音波送信器８と受信器９
とを光路ダクト２に取りつけ配置した場合を示し
たが、これらをレーザ発振器１２の内部に配置
し、自動アライメント装置のビーム検出部分とし
て用いても同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、レーザビーム光
軸ずれ量が、気体媒質の温度差に対応することを
利用し、この温度差を超音波送信器と受信器によ
り検出するように構成したので、計測により生じ
るパワーロスは殆んどなく、また光を音波で検出
するのでレーザビームに干渉することなく、非接
触検出が可能となり、レーザビームの光軸が大き
くずれた場合でもセンサを破壊することはないと
いう効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本発明の一実施例模式図で、ａ
は横断面図、ｂは縦断面図、第１図ｃ，ｄは他の
実施例の模式図で、ｃは横断面図、ｄは縦断面
図、第２図は回路線図、第３図はタイムチヤー
ト、第４図は出力温度特性図、第５図は従来例の
模式図である。 図において、１はレーザビーム、２は開孔部
材、３は開孔、４はレーザビームセンサ、５は反
射ミラー、８は超音波送信器、９は超音波受信
器、１０はレーザ光窓材、１１はレーザ光吸収ガ
ス、１２は発振器、１３はタイミング設定器、１
４は双安定回路、１９はタイミング信号、２０は
超音波送信器出力波形、２１は超音波受信器出力
波形、２２はコンパレータ出力、２３は双安定回
路出力である。 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 レーザ発振器と加工テーブルおよびこれらを
   結合する光路系を有するレーザ加工装置におい
   て、光路ダクト上に配置された複数の超音波送信
   器と、光路ダクトの中心を基準として対称位置に
   設けられた複数の受信器とを備えたことを特徴と
   するレーザビーム位置検出装置。 ２ 超音波送信器及びこれに対称して設けられた
   受信器とを収容する光路ダクト内の任意の位置を
   レーザ光窓材２枚で仕切り、その中にレーザ光を
   吸収し易い気体を封入したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のレーザビーム位置検出装
   置。