JPH0566235B2 - - Google Patents

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JPH0566235B2
JPH0566235B2 JP60081485A JP8148585A JPH0566235B2 JP H0566235 B2 JPH0566235 B2 JP H0566235B2 JP 60081485 A JP60081485 A JP 60081485A JP 8148585 A JP8148585 A JP 8148585A JP H0566235 B2 JPH0566235 B2 JP H0566235B2
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JP
Japan
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light
workpiece
laser beam
laser
reflected light
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Japanese (ja)
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Koseki Ryoji
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Amada Engineering and Service Co Inc
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Amada Engineering and Service Co Inc
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【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、レーザ加工装置におけるレーザ光
の傾斜及び焦点を検出する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for detecting the inclination and focus of a laser beam in a laser processing apparatus.

[発明の技術的背景およびその問題点] CO2レーザ加工装置は現在までのところその用
途の約7割以上が切断加工の分野であり、それも
試作を中心とした金属プレートの精密加工であつ
て、使用範囲が限られている。しかしながら、立
体形状をした部品加工のためにもこのレーザ加工
装置を用いたいという要望は大きく、そのために
は加工面に常に直角に焦点を合せてレーザ光を照
射しながら切断する必要がある。反面、そのよう
に立体形状をした部品に直角にレーザ光を照射さ
せながら加工するためのコントロールは極めて困
難なものであり、その開発が強く望まれている。
[Technical background of the invention and its problems] To date, more than 70% of the uses of CO 2 laser processing equipment have been in the field of cutting, and this is also precision processing of metal plates mainly for prototyping. Therefore, the scope of use is limited. However, there is a strong desire to use this laser processing apparatus for processing three-dimensional parts, and for this purpose, it is necessary to always focus the laser beam at right angles to the processing surface and perform cutting while irradiating the laser beam. On the other hand, it is extremely difficult to control the processing of such three-dimensional parts while irradiating the laser beam at right angles, and the development of such a method is strongly desired.

そこで従来、レーザ光を立体的な加工物の加工
面に対して常に直角にしかもその焦点も一定の位
置関係に保持するためにレーザ光の強度を検出
し、レーザ光の加工物に対する焦点の検出を行な
う方法が提案されている。この従来のレーザ光の
焦点を検出する方法は第5図に示されている。
Conventionally, in order to keep the laser beam always perpendicular to the machined surface of the three-dimensional workpiece and its focus in a constant positional relationship, the intensity of the laser beam was detected, and the focus of the laser beam on the workpiece was detected. A method has been proposed to do this. This conventional method of detecting the focus of laser light is shown in FIG.

この従来の方法は、光源として半導体レーザ1
を用い、その半導体レーザ1からのレーザ光LB
をまず強度補正用レンズ3によつて円形の無収差
光源に補正し、続いてカツプリングレンズ5によ
つて平行光線に直し、ピンホールスリツト7に入
射するようにしている。ピンホールスリツト7に
はXY2方向に対称に4つのピンホールが設けら
れており、そのピンホール9a,b,c,dを通
して4つのXY軸対称な光束LFを得、この光束を
第1ビームスプリツタ11を通して1/4波長板1
3に導き、円偏光に変換して立体加工物W上に照
射するようにしている。
This conventional method uses a semiconductor laser as a light source.
The laser beam LB from the semiconductor laser 1 is
is first corrected into a circular aberration-free light source by the intensity correction lens 3, then converted into parallel light by the coupling lens 5, and is made to enter the pinhole slit 7. The pinhole slit 7 is provided with four pinholes symmetrically in the XY2 direction, and through the pinholes 9a, b, c, and d, four beams LF that are symmetrical with the XY axes are obtained, and these beams are sent to the first beam beam. 1/4 wavelength plate 1 through the printer 11
3, converted into circularly polarized light, and irradiated onto the three-dimensional workpiece W.

そして立体加工物Wによつて反射されるレーザ
光束LFは再び1/4波長板13を通つて直線偏光に
戻され、第1ビームスプリツタ11により直角方
向に反射されて検出系のバツク光用フイルタ15
に導かれる。そしてさらに第2ビームスプリツタ
17により直角な反射光と透過光とに分けられ、
4焦点信号検出センサ19によつてその第2ビー
ムスプリツタ17からの反射光の強度を検出する
構成になつている。
The laser beam LF reflected by the three-dimensional workpiece W is returned to linearly polarized light through the quarter-wave plate 13, and is reflected in the right angle direction by the first beam splitter 11 to be used as back light for the detection system. Filter 15
guided by. Then, the second beam splitter 17 separates the reflected light and the transmitted light at right angles.
The four-focal point signal detection sensor 19 is configured to detect the intensity of the reflected light from the second beam splitter 17.

ところが、このような従来のレーザ光の焦点を
検出する方法では、受光光の強度にて焦点からの
ずれを検出するようにしているため、加工物Wの
表面状態の変化により反射光の光量が変化してし
まう場合には受光光の強度も全体的に変化してし
まい、焦点位置のずれを検出することができなく
なつてしまうといつた問題があつた。
However, in this conventional method of detecting the focus of laser light, the deviation from the focus is detected based on the intensity of the received light, so the amount of reflected light may change due to changes in the surface condition of the workpiece W. If the intensity of the received light changes, the overall intensity of the received light also changes, making it impossible to detect a shift in the focal position.

またレーザ加工装置におけるレーザ光の傾斜を
光学的に連続的に監視する方法も知られていな
い。
Furthermore, there is no known method for continuously optically monitoring the inclination of a laser beam in a laser processing device.

[発明の目的] この発明は、このような従来の問題に鑑みてな
されたものであつて、レーザ光の傾斜及び焦点を
光学的な方法によつて連続的に監視することがで
きるレーザ加工装置におけるレーザ光の傾斜及び
焦点を検出する方法を提供するものである。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a laser processing device that can continuously monitor the inclination and focus of a laser beam by an optical method. The present invention provides a method for detecting the inclination and focus of a laser beam.

[発明の概要] この発明は、被加工物へ照射したレーザ光の反
射光を臨界角プリズム或いは円柱レンズを介して
複数分割されたフオトセンサに導き、各フオトセ
ンサの出力信号に基いて被加工物に対する焦点位
置を検出する方法を第1発明とし、被加工物へ照
射したレーザ光の反射光をスリツトによつて複数
本の光束に分割し、各光束の強度を個別に検出し
て該検出値を比較し、被加工物の表面に対するレ
ーザ光の傾斜を検出する方法を第2発明とするも
のであつて、レーザ光の被加工物に対する入射方
向および焦点位置を連続的に監視するものであ
る。
[Summary of the Invention] This invention guides the reflected light of a laser beam irradiated onto a workpiece to a plurality of divided photo sensors via a critical angle prism or a cylindrical lens, and detects the workpiece based on the output signal of each photo sensor. The first invention is a method for detecting a focal position, in which the reflected light of a laser beam irradiated onto a workpiece is divided into a plurality of beams by a slit, the intensity of each beam is individually detected, and the detected value is obtained. In comparison, the second invention is a method of detecting the inclination of the laser beam with respect to the surface of the workpiece, and continuously monitors the direction of incidence of the laser beam on the workpiece and the focal position.

[発明の実施例] 第1図はこの発明の焦点位置を検出する方法の
実施例に用いる装置の構成を示すものであり、光
源としてレーザカツテイングヘツドとは別個のト
レーサ用の半導体レーザ21、この半導体レーザ
からのレーザ光LBを無収差光源とするための強
度補正用レンズ23、レーザ光LBを平行光線に
直すためのコリメータレンズ25、被加工物W上
に集光するような位置に設置された対物レンズ2
7、被加工物Wからの反射光を検出系の方向に反
射し、入射系のレーザ光LBと分ける偏光ビーム
スプリツタ29及び直線偏光を円偏光に変換する
1/4波長板31が入射光軸上に一直線に配置され
ている。
[Embodiments of the Invention] FIG. 1 shows the configuration of an apparatus used in an embodiment of the method for detecting a focal point position of the present invention, in which a semiconductor laser 21 for a tracer separate from a laser cutting head is used as a light source; An intensity correction lens 23 for turning the laser beam LB from this semiconductor laser into an aberration-free light source, a collimator lens 25 for converting the laser beam LB into a parallel beam, and a collimator lens 25 installed at a position to condense the light onto the workpiece W. objective lens 2
7. A polarizing beam splitter 29 that reflects the reflected light from the workpiece W in the direction of the detection system and separates it from the laser beam LB of the incident system, and a quarter-wave plate 31 that converts linearly polarized light into circularly polarized light arranged in a straight line on the axis.

前記対物レンズ27は、中央部の集光レンズ部
27a、外周部の透明部27bとで成り、レーザ
光LBは収束光LCと平行光線LLとに分ける。
The objective lens 27 consists of a condensing lens part 27a at the center and a transparent part 27b at the outer periphery, and separates the laser beam LB into a convergent beam LC and a parallel beam LL .

また偏光ビームスプリツタ29に対して水平な
反射光軸上にバツク光用フイルタ33、入射して
くる反射光を直角方向に反射する光と透過させる
光とに50%ずつ分離するビームスプリツタ35、
さらにこのビームスプリツタ35に対する反射光
軸上にならんで反射光を絞るアパーチヤ37、コ
リメータレンズ39及び臨界角プリズム41が配
置されている。この臨界角プリズム41に対して
はその出射光軸上に中心を合せるように4焦点信
号検出センサ43が配置されている。
A back light filter 33 is placed on the reflection optical axis horizontal to the polarizing beam splitter 29, and a beam splitter 35 separates the incident reflected light into 50% of the reflected light and 50% of the transmitted light. ,
Furthermore, an aperture 37 for narrowing down the reflected light, a collimator lens 39, and a critical angle prism 41 are arranged on the reflected optical axis of the beam splitter 35. A four-focus signal detection sensor 43 is arranged on the critical angle prism 41 so as to be centered on the output optical axis of the critical angle prism 41.

この4焦点信号検出センサ43は4分割された
フオトセンサ43a,b,c,dからなり、フオ
トセンサ43a,b、フオトセンサ43c,dが
それぞれアンプ45a,45bに接続され、それ
らの合成入力がそれぞれコンパレータ47に接続
されている。したがつて、 (a+b)−(c+d) の形で焦点の位置ずれを検出するようにしてい
る。
This four-focal point signal detection sensor 43 consists of four divided photo sensors 43a, b, c, and d, and the photo sensors 43a, b, and photo sensors 43c, d are connected to amplifiers 45a and 45b, respectively, and their combined inputs are sent to a comparator 47. It is connected to the. Therefore, the focal position shift is detected in the form (a+b)-(c+d).

第1図において前記ビームスプリツタ35の透
過光は4本の光束に分割するためのピンホールス
リツト49に導かれ、このピンホールスリツト4
9上のピンホール49a,b,c,dを通過する
4つの光束51a,b,c,dに分割され、4法
線検出センサ53に入力され、各光束の強度が比
較されるようになつている。このピンホールスリ
ツト49及び4法線検出センサ53は後述する第
2発明のレーザ光の傾斜を検出する方法の実施例
に用いる装置を構成するものである。
In FIG. 1, the transmitted light of the beam splitter 35 is guided to a pinhole slit 49 for splitting into four beams.
The light beams pass through pinholes 49a, b, c, and d on the top of the light beam 9, are divided into four beams 51a, b, c, and d, and are input to the four normal detection sensors 53, where the intensities of each beam are compared. ing. The pinhole slit 49 and the four normal detection sensors 53 constitute a device used in an embodiment of a method for detecting the inclination of a laser beam according to the second invention, which will be described later.

上記構成の装置によるレーザ光の焦点を検出す
る方法をさらに説明するならば、まず半導体レー
ザ21からのレーザ光LBは強度補正用レンズ2
3により無収差光として補正され、コリメータレ
ンズ25によつて平行光線に直され、対物レンズ
27に入射される。
To further explain the method of detecting the focus of laser light using the device having the above configuration, first, the laser light LB from the semiconductor laser 21 is transmitted to the intensity correction lens 2.
3, the light is corrected as aberration-free light, and the collimator lens 25 converts the light into parallel light, which is then incident on the objective lens 27.

対物レンズ27は中央の集光レンズ部27aで
レーザ光LBの中央部の一部の光を収束光LCとし
て被加工物W上に集光し、同時に周囲透明部27
bで大部分のレーザ光LBを平行光線LLのまま偏
光ビームスプリツタ29、1/4波長板31に導き、
そこで円偏光に変換して被加工物W上に照射す
る。
The objective lens 27 uses a central condensing lens part 27a to condense a part of the central part of the laser beam LB onto the workpiece W as convergent light L C , and at the same time, the peripheral transparent part 27
At b, most of the laser beam LB is guided as a parallel beam L L to the polarizing beam splitter 29 and the quarter-wave plate 31,
Therefore, it is converted into circularly polarized light and irradiated onto the workpiece W.

被加工物Wからの反射光は1/4波長板31によ
つて再び直線偏光に戻され、90゜回転した直線偏
光となつて偏光ビームスプリツタ29により全反
射され、バツク光用フイルタ33の方向に反射さ
れていく。バツク光用フイルタ33では自然光を
除いて反射光のみを通し、ビームスプリツタ35
に導く。
The reflected light from the workpiece W is returned to linearly polarized light by the 1/4 wavelength plate 31, becomes linearly polarized light rotated by 90 degrees, is totally reflected by the polarizing beam splitter 29, and is reflected by the backlight filter 33. It is reflected in the direction. The back light filter 33 passes only reflected light, excluding natural light, and the beam splitter 35
lead to.

ビームスプリツタ35では反射光の約半分がア
パーチヤ37の方向に再び反射され、ここでその
中央部の光だけがアパーチヤ37からコリメータ
レンズ39に通過され、ここで再び平行光線とし
て臨界角プリズム41に導く。
At the beam splitter 35, approximately half of the reflected light is reflected again toward the aperture 37, and only the central portion of the light is passed from the aperture 37 to the collimator lens 39, where it is returned to the critical angle prism 41 as parallel light. lead

アパーチヤ37によつて反射光のうちその中央
部分の光のみを通過させるようにすることによ
り、対物レンズ27によりワークW上に集光され
る光束のみを選択して臨界角プリズム41に導く
ことができるのである。
By allowing only the central part of the reflected light to pass through the aperture 37, it is possible to select only the light beam focused on the workpiece W by the objective lens 27 and guide it to the critical angle prism 41. It can be done.

臨界角プリズム41の作用を第2図に基づいて
説明する。対物レンズ27の焦点位置(B)に被加工
物Wがあると対物レンズ27を通過した反射光は
平行光束となつて臨界角プリズム41に入射す
る。この時のプリズム41の反射面となす角度が
臨界角になるように設定しておくと、入射した全
光束が反射される。一方、被加工物Wが対物レン
ズ27側にある場合(A)、対物レンズ27を通つた
反射光は発散光となり、逆に焦点より遠い位置に
被加工物Wがある場合(c)、収束光になる。
The function of the critical angle prism 41 will be explained based on FIG. 2. When the workpiece W is located at the focal position (B) of the objective lens 27, the reflected light that has passed through the objective lens 27 becomes a parallel beam of light and enters the critical angle prism 41. If the angle between the prism 41 and the reflecting surface is set to be a critical angle, the entire incident luminous flux will be reflected. On the other hand, when the workpiece W is on the objective lens 27 side (A), the reflected light passing through the objective lens 27 becomes diverging light, and conversely, when the workpiece W is at a position far from the focal point (c), it is convergent. Become light.

したがつて、焦点位置(B)にある場合には臨界角
プリズム41からの出射光は各フオトセンサ43
a,b,c,dに均等に入射して等しい電気出力
を与えるものとなり、コンパレータ47はゼロ出
力を与えることになる。
Therefore, when the focal point is at the focal position (B), the light emitted from the critical angle prism 41 is transmitted to each photo sensor 43.
The light is equally incident on a, b, c, and d to give equal electrical outputs, and the comparator 47 gives zero output.

ところが被加工物Wが対物レンズ27側にある
場合にはその被加工物からの反射光はフオトセン
サ43d,c側が強くなり、逆にフオトセンサ4
3a,b側が弱くなり、コンパレータ47の出力
はマイナス側が強くなり、負の出力を得ることに
なる。
However, when the workpiece W is on the objective lens 27 side, the reflected light from the workpiece becomes stronger on the photo sensor 43d, c side, and conversely
3a and 3b become weaker, and the negative side of the output of the comparator 47 becomes stronger, resulting in a negative output.

逆に被加工物Wが焦点より遠くにある場合に
は、対物レンズ27を通過する反射光が臨界角プ
リズム41によつて反射されるとフオトセンサ4
3a,bの側が強い光を受けることになり、コン
パレータ47の出力は正となり、焦点外に被加工
物Wがあることを知ることができるのである。こ
うして、コンパレータ47の出力の正、0、負の
値により被加工物Wと対物レンズ27との位置関
係を知ることができるのである。
Conversely, when the workpiece W is far from the focal point, when the reflected light passing through the objective lens 27 is reflected by the critical angle prism 41, the photo sensor 4
The sides 3a and 3b receive strong light, and the output of the comparator 47 becomes positive, allowing us to know that the workpiece W is out of focus. In this way, the positional relationship between the workpiece W and the objective lens 27 can be known from the positive, 0, and negative values of the output of the comparator 47.

このようにして被加工物Wに対する対物レンズ
27の焦点位置のずれを検出し、立体的な被加工
物に対しても常にこのコンパレー47の出力に応
じた制御により適切な焦点位置を保つことが可能
となるのである。
In this way, it is possible to detect a shift in the focal position of the objective lens 27 with respect to the workpiece W, and to maintain an appropriate focal position even for a three-dimensional workpiece by controlling according to the output of the comparator 47. It becomes possible.

第3図はこの焦点を検出する方法の他の実施例
に用いる装置図を示すものであり、第1図に示し
た装置における半導体レーザ21からビームスプ
リツタ35までのレーザ光の入射、反射経路は同
一の構成を備えており、特徴部分としてビームス
プリツタ35に対する反射光の処理系の構成を示
したものである。ビームスプリツタ35に対して
その反射光の中央部の光だけを通すためのアパー
チヤ37、そのアパーチヤ37からの光を集束さ
せる円筒レンズ55、円筒レンズ55からの透過
光を受ける4分割フオトダイオード57及びこの
フオトダイオード57の受光信号を演算処理する
ためのアンプ59a,b及びコンパレータ61に
よつて構成されている。
FIG. 3 shows a diagram of a device used in another embodiment of this method of detecting the focal point, and shows the incident and reflection paths of the laser light from the semiconductor laser 21 to the beam splitter 35 in the device shown in FIG. have the same configuration, and show the configuration of a processing system for reflected light to the beam splitter 35 as a characteristic part. An aperture 37 for passing only the central part of the reflected light to the beam splitter 35, a cylindrical lens 55 for converging the light from the aperture 37, and a four-part photodiode 57 for receiving the transmitted light from the cylindrical lens 55. It also includes amplifiers 59a, b and a comparator 61 for arithmetic processing of the light reception signal of the photodiode 57.

この第2実施例の動作を次に説明する。第4図
に示すように対物レンズ27により結像される被
加工物Wの表面交点の結像位置をQとする。非点
収差を与えるために対物レンズ27の後方に円筒
レンズ55を置いた場合、円筒レンズ55による
結像位置をPとする。このPQ間では点Pから点
Qに向かうにつれて光線束の断面は長軸が鉛直な
楕円から長軸が水平な楕円と変化する。この間点
Sでは断面形状が円となる。そこで点Sにおける
光束の断面形状は被加工物Wの表面の位置により
同図に示すように変化する。つまり被加工物Wが
対物レンズの焦点位置にある場合にはS点におい
ては円形の光線束を与えるが、焦点よりも対物レ
ンズ27側にある場合(A)、縦長な楕円となり、逆
に焦点位置Bよりも外側にある場合(C)には横長な
断面形状を備える。
The operation of this second embodiment will be explained next. As shown in FIG. 4, the image formation position of the surface intersection of the workpiece W imaged by the objective lens 27 is assumed to be Q. When a cylindrical lens 55 is placed behind the objective lens 27 to provide astigmatism, the image formation position by the cylindrical lens 55 is assumed to be P. Between PQ, the cross section of the ray bundle changes from an ellipse with a vertical major axis to an ellipse with a horizontal major axis as it goes from point P to point Q. At point S during this period, the cross-sectional shape becomes a circle. Therefore, the cross-sectional shape of the light beam at the point S changes depending on the position of the surface of the workpiece W, as shown in the figure. In other words, when the workpiece W is at the focal point of the objective lens, a circular beam of light is given at point S, but when it is closer to the objective lens 27 than the focal point (A), it becomes a vertically elongated ellipse; If it is located outside position B (C), it has a horizontally elongated cross-sectional shape.

このため、4分割フオトダイオード57によつ
てその光の光電変換を行ない、アンプ59a,
b、コンパレータ61により演算することにより
対物レンズ27に対する被加工物Wの位置の適否
を常に監視することができるのである。
Therefore, the light is photoelectrically converted by the four-division photodiode 57, and the amplifier 59a,
b. By calculating with the comparator 61, the suitability of the position of the workpiece W with respect to the objective lens 27 can be constantly monitored.

第1図に戻り、この第1図に示す装置を元に第
2発明の実施例を具体的に説明する。半導体レー
ザ21からのレーザ光LBは強度補正用レンズ2
3、コリメータレンズ25、対物レンズ27の外
周透明部27bを通つて平行光線LLとして1/4波
長板31に入り、ここで円偏光に変換されて被加
工物Wの表面に照射される。被加工物からの反射
光は1/4波長板31により再び直線偏光に戻され、
偏光ビームスプリツタ29により反射され、フイ
ルタ33を通り、ビームスプリツタ35を透過し
てピンホールスリツト49に導かれる。このピン
ホールスリツト49の各ピンホール49a,b,
c,dを通過して出てくる4分割された光束51
a,b,c,dはそれぞれ4法線検出センサ53
の各光強度センサ53a,b,c,dに入射し光
強度に比例した電気信号として出力される。この
各光強度センサ53a,b,c,dからの出力は
X軸コンパレータ63a、Y軸コンパレータ63
bによつて比較され、それぞれの出力の正、0、
負信号によりX軸、Y軸方向の傾きを検知するの
である。
Returning to FIG. 1, an embodiment of the second invention will be specifically described based on the apparatus shown in FIG. The laser beam LB from the semiconductor laser 21 is transmitted through the intensity correction lens 2.
3. Passing through the collimator lens 25 and the outer circumferential transparent portion 27b of the objective lens 27, the parallel light beams L L enter the quarter-wave plate 31, where they are converted into circularly polarized light and irradiated onto the surface of the workpiece W. The reflected light from the workpiece is returned to linearly polarized light by the 1/4 wavelength plate 31,
It is reflected by the polarizing beam splitter 29, passes through the filter 33, passes through the beam splitter 35, and is guided to the pinhole slit 49. Each pinhole 49a, b of this pinhole slit 49,
A light beam 51 divided into four parts passes through c and d and comes out.
a, b, c, d are each four normal detection sensors 53
The light enters each light intensity sensor 53a, b, c, d and is output as an electrical signal proportional to the light intensity. The output from each light intensity sensor 53a, b, c, d is sent to an X-axis comparator 63a and a Y-axis comparator 63.
b, and the respective outputs positive, 0,
Inclinations in the X-axis and Y-axis directions are detected using negative signals.

なぜならば被加工物Wに入射する平行光線LL
は被加工物Wの表面に対して法線方向に入射する
ならばその反射光強度は光軸のまわりに均等なも
のとなりうるが、法線に対して傾いているならば
均等な反射光強度を得ることができないためであ
り、この光強度の不均衡を検出することによりレ
ーザ光LBの入射軸を被加工物Wの表面の法線方
向に一致するように補正することができるのであ
る。
This is because the parallel rays L L incident on the workpiece W
If it is incident in the normal direction to the surface of the workpiece W, the reflected light intensity can be uniform around the optical axis, but if it is inclined to the normal line, the reflected light intensity is uniform. By detecting this imbalance in light intensity, it is possible to correct the incident axis of the laser beam LB so that it coincides with the normal direction of the surface of the workpiece W.

このようにして被加工物に対して平行なレーザ
光を入射させてその反射光を複数の光束に分割
し、各光束の光強度を比較することによりレーザ
光の被加工物に対する相対的な傾きを検知するこ
とができるのである。
In this way, the parallel laser beam is incident on the workpiece, the reflected light is divided into multiple beams, and the relative inclination of the laser beam with respect to the workpiece is determined by comparing the light intensity of each beam. can be detected.

なお、上記実施例において強度補正用レンズ2
3を用いた理由は半導体レーザ21が通常非点収
差を持つているためそれを円形断面の光束に補正
するためである。したがつて充分な無収差の光源
を用いることができる場合強度補正用レンズ23
を用いる必要はない。また被加工物表面からの反
射光が半導体レーザ21の方向に反射してくるな
らば半導体レーザ21自身の発振が不安定なもの
となるが、上記実施例のように偏光ビームスプリ
ツタ29、1/4波長板31を用いてアイソレータ
を構成するならば、被加工物Wからの反射光が半
導体レーザ21の方向に反射してくることを防止
することができ、安定したレーザ発振を得ること
が可能である。
In addition, in the above embodiment, the intensity correction lens 2
3 is used because the semiconductor laser 21 usually has astigmatism, and this is to correct it to a light beam with a circular cross section. Therefore, if a sufficient aberration-free light source can be used, the intensity correction lens 23
There is no need to use Furthermore, if the reflected light from the surface of the workpiece is reflected in the direction of the semiconductor laser 21, the oscillation of the semiconductor laser 21 itself becomes unstable. If the isolator is configured using the /4 wavelength plate 31, it is possible to prevent the reflected light from the workpiece W from being reflected in the direction of the semiconductor laser 21, and stable laser oscillation can be obtained. It is possible.

[発明の効果] この発明は、被加工物へ照射したレーザ光の反
射光を臨界角プリズムあるいは円筒レンズを介し
て複数分割されたフオトセンサに導き、各フオト
センサの出力信号に基づいて被加工物に対する焦
点位置を検出する方法である。そのため、従来の
ように複数に分割された光の強度を比較するもの
と違い、光の位置によつて被加工物に対するレー
ザ加工装置の相対的な位置を検出することがで
き、被加工物の表面状態により反射光の強度に変
化があつたとしても焦点位置の正確な検出が行な
えるのである。
[Effects of the Invention] This invention guides the reflected light of the laser beam irradiated onto the workpiece to a plurality of divided photo sensors via a critical angle prism or a cylindrical lens, and determines the direction of the workpiece based on the output signal of each photo sensor. This is a method of detecting the focal position. Therefore, unlike the conventional method that compares the intensity of light divided into multiple parts, it is possible to detect the relative position of the laser processing device to the workpiece based on the position of the light. Even if the intensity of reflected light changes depending on the surface condition, the focal position can be detected accurately.

また第2発明にあつては、被加工物へ照射した
レーザ光の反射光をスリツトによつて複数本の光
束に分割し、各光束の強度を個別に検出してその
検出値を比較し、被加工物の表面に対するレーザ
光の傾斜を検出する方法である。したがつてレー
ザ光を用い被加工物の表面に対する入射レーザ光
の傾きを光学的に検出することができ、立体的な
被加工物に対するレーザ光の法線方向からの入射
を監視する場合に利用できる。
Further, in the second invention, the reflected light of the laser beam irradiated onto the workpiece is divided into a plurality of beams by a slit, the intensity of each beam is individually detected, and the detected values are compared, This method detects the inclination of a laser beam with respect to the surface of a workpiece. Therefore, it is possible to optically detect the inclination of the incident laser beam with respect to the surface of the workpiece using laser light, and it can be used to monitor the incidence of the laser beam from the normal direction on a three-dimensional workpiece. can.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1、第2発明の実施例に用いるレー
ザ光の傾斜及び焦点を検出する装置の一例を示す
光学図、第2図は第1発明の一実施例の原理を示
す光学図、第3図は第1発明の第2実施例のレー
ザ光の焦点位置検出部の光学図、第4図は上記第
2実施例の原理を示す光学図、第5図は従来のレ
ーザ光の焦点を検出する装置の光学図である。 21……半導体レーザ、23……強度補正用レ
ンズ、25……コリメータレンズ、27……対物
レンズ、29……偏光ビームスプリツタ、31…
…1/4波長板、33……バツク光用フイルタ、3
5……ビームスプリツタ、37……アパーチヤ、
39……コリメータレンズ、41……臨界角プリ
ズム、43……4焦点信号検出センサ、43a,
b,c,d……フオトセンサ、45a,b……ア
ンプ、47……コンパレータ、49……ピンホー
ルスリツト、53……4法線検出センサ、55…
…円筒レンズ、57……4分割フオトダイオー
ド、59a,b……アンプ、61……コンパレー
タ、63a,b……コンパレータ。
FIG. 1 is an optical diagram showing an example of a device for detecting the inclination and focus of a laser beam used in the embodiments of the first and second inventions, and FIG. 2 is an optical diagram showing the principle of an embodiment of the first invention. FIG. 3 is an optical diagram of the laser beam focal position detection unit of the second embodiment of the first invention, FIG. 4 is an optical diagram showing the principle of the second embodiment, and FIG. 5 is a conventional laser beam focal point. FIG. 2 is an optical diagram of a device for detecting . 21...Semiconductor laser, 23...Intensity correction lens, 25...Collimator lens, 27...Objective lens, 29...Polarizing beam splitter, 31...
...1/4 wavelength plate, 33...Backlight filter, 3
5...beam splitter, 37...aperture,
39...Collimator lens, 41...Critical angle prism, 43...4 focal point signal detection sensor, 43a,
b, c, d...Photo sensor, 45a, b...Amplifier, 47...Comparator, 49...Pinhole slit, 53...4 normal detection sensor, 55...
... Cylindrical lens, 57 ... Four-division photodiode, 59a, b ... Amplifier, 61 ... Comparator, 63a, b ... Comparator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被加工物へ照射したレーザ光の反射光を臨界
角プリズム或いは円柱レンズを介して複数分割さ
れたフオトセンサに導き、各フオトセンサの出力
信号に基いて被加工物に対する焦点位置を検出す
る方法。 2 被加工物へ照射したレーザ光の反射光をスリ
ツトによつて複数本の光束に分割し、各光束の強
度を個別に検出して該検出値を比較し、被加工物
の表面に対するレーザ光の傾斜を検出する方法。
[Claims] 1. The reflected light of the laser beam irradiated onto the workpiece is guided to a plurality of divided photo sensors via a critical angle prism or a cylindrical lens, and the focal position with respect to the workpiece is determined based on the output signal of each photo sensor. How to detect. 2 The reflected light of the laser beam irradiated onto the workpiece is divided into multiple beams by a slit, the intensity of each beam is individually detected and the detected values are compared, and the laser beam is applied to the surface of the workpiece. How to detect the slope of.
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