JPH0641882B2 - レ−ザビ−ムの半径方向強度分布を検出する装置 - Google Patents

レ−ザビ−ムの半径方向強度分布を検出する装置

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JPH0641882B2
JPH0641882B2 JP61504725A JP50472586A JPH0641882B2 JP H0641882 B2 JPH0641882 B2 JP H0641882B2 JP 61504725 A JP61504725 A JP 61504725A JP 50472586 A JP50472586 A JP 50472586A JP H0641882 B2 JPH0641882 B2 JP H0641882B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、ビーム全体から選択的に部分ビームを絞り
込んでレーザビームの半径方向強度分布を検出する装置
に関する。
レーザビームを使った工作物の加工では、特にレーザビ
ームの半径方向強度分布によって結果が決定的に左右さ
れる。それゆえこの強度分布を知ることが重要である。
ただしその際末集束レーザビームのビーム品質を調べて
も加工結果の判定には不十分である。加工プロセスにと
って重要なのはむしろ焦点におけるビームの分布および
横断面、そして工作物表面を基準とした焦点の位置であ
る。
先行技術 ビーム横断面によりワイヤを回転させ、ワイヤの高反射
面でレーザ放射幅を広げ、ビームの軸に対し適当な位置
に置いた検出器にそれを向けることが知られている［光
学素子とレーザ技術６，１４９乃至１５３頁、１９８
２］。しかしこの配置ではレーザビームの焦点、そして
焦点前後、集束レンズとその２倍の焦点距離との間の範
囲においてひずみ誤差が発生するのでビーム分布を十分
に突き止めることができない。更に２次元強度横断面全
体を検出するのに複数の検出器が必要であり、しかも配
置をビームの中心に調整しないと像が乱れてビーム特性
の判定を間違えることにもなる。
発明の開示 この発明は、未集束レーザビームの強度分布も集束レー
ザビームの強度分布もできるだけ少ない数の検出器を頼
りに求めることができる装置を提供することを目的とす
る。この配置は調整に鈍感で、１０kwを超えるレーザ出
力でも使用可能でなければならない。
この目的が、類概念に記載の装置において請求の範囲第
１項特徴部の特徴により達成される。
本発明装置では支持体が１回転する間にレーザビームの
１断面がピックアップされる。さまざまな箇所でレーザ
ビームの幾つかの断面をピックアップしてビーム横断面
全体を検出するため、本発明の別の１構成によれば支持
体の回転軸がステッパモータにより平行移動可能であ
る。
本発明で達成される利点は特に下記の点にある。
未集束レーザビームでも集束レーザビームの焦点および
焦点前後、集束レンズとその２倍の焦点距離との間にあ
る範囲でも本発明装置によりビームの強度分布および横
断面を求めることができる。
所要の検出器は１個にすぎない。
ビームの中心にセンタリングする必要がなく、しかもビ
ームの位置のずれが検出される。
高強度のレーザビームも調べることができる。
図面の簡単な説明 本発明の実施例を図面に示し、以下詳しく説明する。
第１図は本発明装置の縦断面図。
第２図は第１図部分の拡大図。
第３図は両端をそれぞれプラグで密封した直管を導波路
として有する支持体。
第４図は両端を曲げた光ファイバを導波路として有する
支持体。
第５図は両端を研磨して４５゜にした直線状光ファイバ
を有する支持体。
第６図は底の内面を４５゜面取りした保護キャップ付き
直線状光ファイバを有する支持体。
第７図は複数の導波路を有する支持体の側面図。
第８図は２枚の円板から成る支持体の縦断面図。
第９図は同上側面図。
第１０図は本発明に係る別の支持体の部分側面図及び第
１１図は第１０図に示した支持体の部分断面図。
発明の実施 第１図において１は回転可能に支承された支持体であ
り、その回転軸２はレーザビーム３の軸と平行である。
支持体１と結合された小管４は導波路として働く円筒中
空導波路であり、その両端は９０゜曲げてある。この曲
げは小管４の支持体側末端５に示すように１ステップで
行うことができる。それに対し小管４の他端６は幾つか
のステップに分けて曲げた例を示し、反射損失が小さく
なる利点を有する。
小管４はレーザビーム３を通す方の末端６がキャップ７
で密封してある。キャップは中心に回転軸２と平行な穴
８を有する。穴の直径はビームの横断面および小管４の
内径に準じて決まる。レーザがＣＯ２レーザで、本装置
を自走レーザビーム用に使用する場合穴の直径は主に
０．５乃至１．０mm、集束レーザビーム用に使用する場
合主に１０乃至５０μｍである。
小管４は他端５に回転軸２と同軸上に射出孔９を有す
る。射出孔９の前に市販の検出器１０、例えばＣＯ２レ
ーザと合わせて使用する場合焦電検出器が、固定配置し
てある。
レーザをオンにし支持体１を回転させると小管４は支持
体１が１回転するたびに１回、レーザビームを通す。穴
８を通って小管４の内部に達した微量のレーザ放射部分
は射出孔９まで導かれ、そこから固定検出器１０に結像
される。
第２図は第１図の部分“Ａ”を拡大図示したものであ
り、穴８近辺での小管４内の放射分布を認めることがで
きる。減衰をできるだけ小さく抑えるため小管４の内壁
はレーザ波長にとって高反射物質、例えば銅、銀または
金から構成し、またはそれらの被膜を設けるべきであ
り、必要なら表面を研磨しておくことができる。
第３図に示した実施例では小管４の末端が曲げてなく、
内面１３又は１４を回転軸２に対し４５゜の角度に面取
りしたプラグ１１または１２で密封してある。内面１４
の高さに小管４は第１図の射出孔９に対応した穴１９を
有する。
第４図に示す実施例では、単数または複数のガラス繊維
から形成され末端１６，１７に保護キャップ２０または
２１を有する光ファイバ１５が導波路として使われてい
る。光ファイバ１５は第１図の小管４と同様に両端１
６，１７が９０゜曲げてある。保護キャップ２０は同心
の穴２８（第１図の穴８に相当）、そして保護キャップ
２１は同心の穴２９（第１図の射出孔９に相当）を有す
る。
第５図では光ファイバ１５を直線状に形成しその両端１
６，１７が光ファイバの軸に対し４５゜の角度に研磨し
てあり、この研磨平面で入射ビームの全反射が起きる。
保護キャップ３０はレーザに対向した壁に穴３８（第１
図の穴８に相当）、そして保護キャップ３１は検出器に
対向した壁に穴３９（第１図の射出孔９に相当）を有す
る。
第６図に示す実施例でも光ファイバ１５はやはり直線状
に形成してあるが、両端１６，１７を光ファイバの軸に
対し９０゜の角度に研磨し、保護キャップ４０または４
１の底２３，２４の内面が４５゜に面取りしてある。保
護キャップ４０の穴４８、保護キャップ４１の穴は第５
図の穴３８、３９に相当する。保護キャップ４０，４１
の内部は高反射性にしてある。
光ファイバ１５が捩れるのを防ぐため第４，５，６図の
実施態様では支管２２を設け、これに光ファイバ１５が
例えば接着により固着してある。保護キャップ２０，３
０または４０はレーザビームを横切る外壁が加熱をでき
るだけ低く抑えるため高反射性にしてある。
第７図は本発明対象の別の構成を示す。ここでは支持体
内に円筒中空導波路が半径方向に穿設してあり、円筒中
空導波路は差込み式導波路により延長することができ
る。この目的のため支持体１′が通路２５を有し、該通
路２５はその製造後、板２６で施蓋されて円筒中空導波
路の性格をおびる。通路２５の内端は通路２５の射出孔
２７が板２６内で支持体１′の回転軸２と同軸になるよ
う曲げてある。ビームをできるだけ損失なしに案内する
上で、通路２５の曲げを幾つかの部分、主に各４５゜の
２つの曲折部に細分すると有利である。
通路２５が外向き末端に径拡大部３２を有し、そのなか
に円筒中空導波路、つまり第３図に示す小管４が、ただ
し内プラグ１２および穴１９を設けることなく配置して
ある。円筒中空導波路に代え、第４，第５の又は第６図
に示す光ファイバ１５を通路２５の径拡大部に配置する
こともできる。ただしこの場合ビームは通路２５の方向
に射出する。
支持体１′内に設けた円筒中空導波路２５を差し込み式
導波路３２で延長するのでなく、支持体１′の直径を適
当に大きくしかつ円筒中空導波路２５の支持体周面に対
向した方の末端も９０゜曲げ、第８図に示すようにその
入射孔をレーザに対向させることもやはり本発明に含ま
れる。板２６はこの箇所に第１図の穴８に相当する穴
８′を有する。しかしこの実施態様は、レーザビームが
支持体１′で完全にまたは大部分覆われるので、限定的
にのみ使用することができる。
第１乃至第８図を基に説明した本発明の実施例では支持
体１または１′が１回転するとレーザビームの１断面が
ピックアップされる。さまざまな箇所でレーザビーム断
面をピックアップしてビーム横断面全体を検出するた
め、図示省略したステッパモータにより支持体１または
１′の回転軸を平行移動させることができる。その際個
々の断面は順次ピックアップされる。
本発明の１展開によれば、支持体内の同一平面上に幾つ
かの通路がそれぞれ同一角度距離に配設され、そのなか
に導波路が挿入してあり、支持体から張り出した導波路
部分の長さ、従ってその穴と回転軸との距離は支持体周
面にわたって均一に減少している。こうして１回転でも
ってレーザビームの断面を幾つか検出することが可能と
なる。この場合にも所要の検出器が１個にすぎない点が
特に有利である。
第９図は１６個の導波路（小管４または光ファイバ１
５）をそれぞれ２２．５゜の角度距離に配設して有する
支持体１′を示す。導波路は支持体１′から張り出した
部分の長さが支持体１′の周面にわたって均一に減少し
ている。１巡した後、最短導波路の長さが最長導波路の
長さにジャンプする。それらの穴５８（＝８、１８、２
８、３８または４８）と支持体１′の回転軸との距離も
それに対応し、穴と回転軸との距離差はビームまたは焦
点の直径に左右される。個々の穴５８で絞り込まれたレ
ーザ放射部分は射出孔２７に供給され、そこから固定検
出器１０に、ビームの中心がその目標位置からずれた場
合でも、平行断面として結像される。この場合検出器に
結像されたビーム断面の像がそれに応じて変位し、この
変位量はビーム位置の自動補正に利用することができ
る。
幾つかの通路２５を射出孔２７でまとめることから困難
が生じことがあるので、本発明の更に別の構成により支
持体は第１０、１１図に示すように２枚の、好ましくは
ねじ３３で互いに結合した円板３４，３５から構成さ
れ、円板は縁部３６でのみ互いに重なり合い、この縁部
に小管４または光ファイバ１５を受容する凹部３７を有
し、またその内部に円錐形突部４２またはそれに適合し
たくぼみ４３を有する。くぼみ４３は検出器１０に対向
した射出孔２７′に移行し、また円板３４、３５間の環
状隙間４４が通路として働く。放射速度が導波路の穴５
８の運動速度よりかなり大きいので、隙間４４内で放射
の個々の断面が相互に邪魔し合うこともない。射出穴２
７′の直径は本発明をＣＯ２レーザと合わせて使用する
場合約１乃至２mmである。
本発明のこの実施態様は多数の通路を集合させたものよ
り製造が簡単であるという利点を有するだけではない。
更にそれは導波路の容易な交換、例えば穴径または長さ
の異なる導波路との交換を容易に可能とする。しかもこ
の交換に必要なのは、隣接したねじを多少緩め、当該小
管または光ファイバの交換後再び締付けることだけであ
る。
第１０図、１１図を基に上述した本発明の実施態様の更
に別の構成では、円板３４の平面４６から円錐形突部４
２に移行する移行部４５が面取りしてある。これにより
放射の反射は適切な進路に転向される。
産業上の利用可能性 支持体が１回転すると本発明対象によりレーザビームの
１断面がピックアップされる。さまざまな箇所でレーザ
ビームの断面をピックアップしてビーム横断面全体を検
出するため支持体の回転軸がステッパモータにより平行
移動される。これは例えば工作物、金属表面の加工、溶
接等に用いるＣＯ２レーザ又はその他あらゆる好適なレ
ーザにおいて監視に利用することができる。
１……支持体（第８図の支持体１′） ２……１の回転軸、３……レーザビーム、 ４……小管、５……４の支持体側末端、 ６……４の他端、７……キャップ、８……穴、９……射
出孔、 １０……検出器、１１…上プラグ、１２……下プラグ、 １３……１１の内面、１４……１３の内面、 １５……光ファイバ、１６……１５の上端、 １７……１５の下端、１８……穴、 １９……穴（射出孔）、 ２０……１５の上側保護キャップ、 ２１……１５の下側保護キャップ、 ２２……１５用支管、２３……２０の底、 ２４……２１の底、２５……通路、２６……板、 ２７……射出孔、２８……穴、２９……穴（射出孔）、 ３０……１５の上側保護キャップ、 ３１……１５の下側保護キャップ、 ３２……２５の径拡大部、３３……ねじ、 ３４……円板、３５……円板、３６……縁部、 ３７……凹部、３８……穴、 ３９……穴（射出孔）、 ４０……１５の上側保護キャップ、 ４１……１５の下側保護キャップ、 ４２……突部、４３……くぼみ、 ４４……隙間、４５……移行部、 ４６……平面、４８……穴、 ４９……穴（射出孔）、５８……穴。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ビーム全体から選択的に部分ビームを絞り
    込んでレーザビームの半径方向強度分布を検出する装置
    において、回転可能に支承された支持体（１）がレーザ
    ビームの軸と平行な回転軸（２）を有し、支持体（１）
    の表面または内部に導波路（４，１５）が半径方向に延
    ばして配設してあり、支持体（１）が１回転する間に導
    波路の外端がレーザビーム（３）を横切り、その際レー
    ザ放射の部分ビームを検出し、この部分ビームを、回転
    軸（２）上に固定配設された周知の検出器（１０）に供
    給することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】導波路として円筒中空導波路、主に高反射
    性壁を有する小管（４）を用いることを特徴とする請求
    の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】円筒中空導波路の両端がそれぞれ１ステッ
    プまたは幾つかのステップで合計９０゜曲げてあること
    を特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】小管（４）を直線状に構成し少なくとも一
    端を主に４５゜の角度で密閉し、この密閉部の高さでレ
    ーザに対向した壁に穴（１８）を回転軸（２）と平行に
    設け、両側を密閉する場合には検出器（１０）に対向し
    た壁にも穴（１９）を回転軸（２）と同軸に設けること
    を特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。
  5. 【請求項５】単数または複数のガラス繊維から形成し両
    端（１６，１７）に保護キャップを設けた光ファイバ
    （１５）を導波路として用い、レーザビームを横切る保
    護キャップ（２０，３０，４０）の外壁が高反射性にし
    てあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】光ファイバ（１５）の両端（１６，１７）
    をそれぞれ９０゜曲げ、その保護キャップ（２０，２
    １）に各１つの同軸穴（２８，２９）を設けることを特
    徴とする請求の範囲第５項に記載の装置。
  7. 【請求項７】光ファイバ（１５）を直線状に形成し少な
    くとも一端（１６）を光ファイバの軸に対し主に４５゜
    の角度に研磨し、研磨個所の範囲で保護キャップ（３
    ０）のそれぞれレーザに対向した壁に穴（３８）を回転
    軸（２）と平行に設け、光ファイバ（１５）の両端を研
    磨する場合には他方の保護キャップ（３１）の、それぞ
    れ検出器（１０）に対向した壁にも穴（３９）を回転軸
    （２）と同軸に設けることを特徴とする請求の範囲第５
    項に記載の装置。
  8. 【請求項８】光ファイバ（１５）の少なくとも一端を９
    ０゜の角度に研磨し、付属の保護キャップ（４０，４
    １）の底（２３，２４）内面を主に４５゜に面取りし、
    この保護キャップ（４０，４１）の内部を高反射性にし
    たことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】支持体（１′）が、円筒中空導波路として
    形成され半径方向に穿設された通路（２５）を有し、小
    管（４）の密閉してない方の末端、または光ファイバ
    （１５）の９０゜に研磨された検出器側末端は長さの一
    部が、支持体（１′）の周面に対向した通路（２５）末
    端の適当な径拡大部（３２）内に配設てあり、通路（２
    ５）の他端が複数回、主に２回、各４５゜曲げてあり、
    その射出穴（２７）が支持体（１′）の回転軸（２）と
    同軸上にあることを特徴とする請求の範囲第４，７また
    は８項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】支持体（１）の回転軸（２）がステッパ
    モータにより平行移動可能であることを特徴とする請求
    の範囲第１乃至９項のいずれかに記載の装置。
  11. 【請求項１１】支持体（１′）内の同一平面上に複数の
    通路をそれぞれ同一角度距離に配設し、これに導波路
    （小管４または光ファイバ１５）が導入してあり、支持
    体（１′）から張り出した導波路部分の長さ、従って導
    波路の穴（５８）と回転軸（２）との距離が支持体
    （１′）の周面にわたって均一に減少していることを特
    徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】支持体が２枚の主にねじ（３３）で互い
    に結合した円板（３４，３５）から成り、円板が縁部
    （３６）でのみ互いに重なり合い、この縁部（３６）に
    小管（４）または光ファイバ（１５）を受容するための
    凹部（３７）、そしてその下部には円錐形突部（４２）
    またはそれ対応したくぼみ（４３）を有し、くぼみ（４
    ３）が検出器（１０）に対向した射出孔（２７′）に移
    行し、円板（３４，３５）間の環状隙間（４４）が通路
    として働くことを特徴とする請求の範囲第１１項の記載
    の装置。
  13. 【請求項１３】円板平面（４６）から円錐突部（４８）
    に移行する移行部（４５）を面取りしたことを特徴とす
    る請求の範囲第１２項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】小管（４）または保護キャップ（２８，
    ３８，４８）の穴（８，１８）の直径が、ＣＯ２レーザ
    において自走レーザビーム用に使用する場合０．５乃至
    １．０mm、集束レーザビーム用に使用する場合１０乃至
    ５０μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項から
    第１３項のいずれか１項に記載の装置。
JP61504725A 1985-09-09 1986-09-06 レ−ザビ−ムの半径方向強度分布を検出する装置 Expired - Fee Related JPH0641882B2 (ja)

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