JPS60124488A - レ−ザ光の自動的方向調整を行うための制御デバイス - Google Patents

レ−ザ光の自動的方向調整を行うための制御デバイス

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JPS60124488A
JPS60124488A JP59222866A JP22286684A JPS60124488A JP S60124488 A JPS60124488 A JP S60124488A JP 59222866 A JP59222866 A JP 59222866A JP 22286684 A JP22286684 A JP 22286684A JP S60124488 A JPS60124488 A JP S60124488A
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JP
Japan
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laser beam
thermocouple
deflection
target
motor
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JP59222866A
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English (en)
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ブノワ・デユペラ
ナタリー・マルドン
ジヤン‐ポール・ノエル
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B23K26/043—Automatically aligning the laser beam along the beam path, i.e. alignment of laser beam axis relative to laser beam apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
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  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

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】 本発明はレーザ光の自動的方向調整を行うための制御デ
バイスに係り、より特定的にはレーザ光を所望の方向に
向ける必要のあるレーザ光エネルギ利用分野で使用され
る。より詳細（は本発明は）ｑワーレーザからのビーム
を集束光学素子によってノズルの開口部に集めることを
必要とするレーザによる切削加工に使用される。
ここで問題にするレーザ光とは横方向エネルギ分布が実
質的に中心対称を有するようなレーザビームであり、特
定的には本質的に基本モードＴＥＭｏ。
に従ってビームを送出するレーデから得られるガウスレ
ーザ光である。
レーザ光の位置付は即ち方向調整を行うためのノｑイロ
電気形検出器は既に知られているが、この種の検出器に
は高エネルギ出力の高密度に耐え難いという欠点があり
、従って用途が比較的低エネルギのレーザ光に限定され
るためノｑワーレーザには使用し得ない。。
ノ９ワーレーザ光と共に使用し得るよう、黒体として作
用する熱吸収性測定面に固定された熱電気的検出手段を
有する別タイプのレーザ光方向調整検出器も知られてい
る。この種の検出器は前記吸収面での熱の拡散に比例し
て応答時間が遅くなるという欠点を有する他、入射レー
ザ光のエネルギの大部分を吸収する極めて広い測定面を
有し、これが高エネルギ密度を要する切削加工で前記ビ
ームを継続的に使用する場合に大きな障害と々るという
欠点をも有する。
本発明は前述の欠点のない熱電気式方向調整検出器を用
いてレーザ光の方向調整を行う制御デバイスに係る。本
発明で用いる検出器は電力密度の極めて高いレーザ光罠
使用し得、且つ応答時間が極めて短いため該レーザ光の
急速な偏向も極めて小さい「シャドー効果」をもって検
出できる。換言すればレーザ光エネルギのほんの一部分
のみを用いてこのレーザ光を検出し得る。
より詳細には、本発明は横方向エネルギ分布が本質的に
中心対称を有するようなレーザ光をターゲットに合わせ
て自動的に方向調整するための制御デバイスに係る。
該デバイスは −レーザ光をターゲット方向に偏向させる手段と、 一前記偏向手段の方位を変えることにより、互に直交し
且つその交点とターゲットとを結ぶ線分とも直交する２
つの軸線に夫々従うレーザ光の偏向を修正する２つのモ
ータと、 −前記モータに夫々対応し、その対応モータの角度と回
転方向との関数たる電気、Ｑルスを発生させ得る２つの
インクリメンタル・コーグと、−ターゲット及び前記偏
向手段間に配置され、前記軸線の少なくとも一方に従う
ビームのズレに応じて当該軸線方向のビームの偏向にほ
ぼ比例する電圧差を示し得る熱電気的検出器と、−前記
電圧差と前記インクリメンタル・コーグにより発生する
ノ９ルスとに応じて前記モータを制御し、それによって
レーザ光をターゲラ）Ｋｙｈわせて進行せしめる電子的
処理手段とを有し、前記熱電気検出器が２対の熱電対か
らなり、その高温接触面がレーザ光内にちゃ、且つ該ビ
ームの軌道と直交する平面をもつ円の上に位置し、第１
熱電対ペアの高温接触面が前記円の１つの直径上（あり
、第２熱電対ペアの高温接触面が前記円の前記直径と直
交する別の直径上におかれ、これら第１直径及び第２直
径が夫々前記軸線と平行であり且つ前記線分上で互に交
差し、各熱電対ベアの２つの高温接触面は前記偏向手段
から送られてくるビームがターゲットに適合している時
に同一の温度を示し、従って前記軸線の少なくとも一方
に従うビームの偏向が存在するとそれに応じて当該軸線
上０熱電対ペアの２つの高温接触面間に電圧差が生じ、
更に前記電子処理システムがモータと熱電対とに接続さ
れ九人カー出力電子インタフェースと、該インタフェー
スに接続された電子的処理手段とを含み、前記インタフ
ェースは２つの、Ｑルスカウンタを備え、これら′カウ
ンタが夫々前記インクリメンタル・コーグに接続されて
おり、前記処理手段はレーザ光がズレると、一方で該ビ
ームを方向調整するのに各カウンタが到達しなければな
らない状態を前記電圧差とズレ発生前の各カウンタの状
態とに応じて決定し、他方で方向調整が実現されるまで
各モータに連ｉ的に与えるべき電圧を対応カウンタが到
達すべき状態と該カウンタの相次ぐ状態とに応じて決定
する。
熱電対は測定すべき温度範囲を考慮して選択する。−例
としてクロメル−アルメル熱電対又はタングステン−レ
ニウム熱電対が使用可能である。
本発明の好ましい具体例では前記電子処理システムが低
域フィルタを有する。これはレーザ光によって励起され
た熱電対から送出される電気信号をｆ波にかけて、レー
ザシステムの不安定性に起因する信号を除去するためで
ある。
また、前記電子処理手段は、一定数の測定温度の平均値
を得ることにより熱電対で測定される温度を均等化する
よう構成するのが好ましい。この場合この均等化によっ
て実現される低域フィルタの遮断周波数がレーザシステ
ムの不安定性の周波数よｐ小さくなるよう配慮する。
以下添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて本発明を
より詳細に説明する。
第１図は本発明で使用される検出器の特定具体例を簡略
に示している。この検出器は一組の熱電対ＴＸ□及びＴ
Ｘ２を有し、これら熱電対の高温接触面は検出すべきレ
ーザ光Ｆ内にあり且っ該ビームと直交する平面上に位置
する円Ｃの上で互に真反対の位置におかれている。該検
出器は更にもう一組の熱電対ＴＹ１及びＴＹ２を有し、
その高温接触面は前記熱電対ＴＸ１及びＴＸ２の高温接
触面を互に結ぶ軸線Ｙ□と直角の軸線Ｘ１に従い円Ｃ上
で互に正反対の位置におかれている。これら熱電対は図
示されない支持体上に載置されている。
前記熱電対はそこから送出される信号を解析する手段Ｃ
Ｔに接続されている。この手段は集中器と称し、例えば
熱電対ＴＸ１及びＴＹ２からの信号を受容する入力をも
つ比較器ＡＤＸと、熱電対ＴＹ１及びＴＹ２からの信号
を受容する入力をもつ第２比較器ＡＤＹとで構成し得る
。
ビームＦが該検出器に対し正確に調心して配置されてい
れば、即ち該ビームの主軸ＭＡＰが円Ｃの中心を通過し
ていれば、前記熱電対によって測定される温度は全て同
等であり、前記比較器の出力には何の信号も得られない
。このビームが方向Ｘ１（及び／又はＹ、）に偏向する
と熱電対ＴＸ工及びＴＹ２間（及び／又はＴＹ、及びＴ
Ｙ２間）に温度差が生じ、比較器ＣＸ（及び／又はＣＹ
）の出力に信号が現われる。ビームの偏向は後述の如く
この信号に基づいて検出し得る。
熱電対は例えば直径が約０．Ｌｍ程度で先端が裸の小径
クロメル−アルメルワイヤなどで形成する。
このような熱電対は約−２７００から＋１３７０℃まで
の温度範囲に使用し得、従って３ＫＷかそれ以上にも及
び得る電力をもつレーザからのビームに使用できる。
第２図はガウスレーザ光Ｆの横行エネルギ分布を示すグ
ラフである。平面（ＸＩＩＹ□）上で軸線Ｘ１及びＹｌ
の交点から距離ｒをおい次地点での該ビームの強さは次
の式で表わされる。
Ｉ（ｒ）＝　Ｉ。ｅｘｐ（−２ｒ　／Ｗｏ）　＋１１式
中量Ｗ。は最太強さＩ。がｅ　分の１になる時の距離と
して表わされ、好ましくは円Ｃの半径に該当する。
熱電対によって記録される温度はその熱電対が受容した
ビームの強さに比例することから、ビームの主軸線即ち
中実軸線が前記円の中心を通る時の円Ｃの半径をｒＢと
し、該円Ｃ上の熱電対により記録される温度なＴｈとす
れば、ビームの主軸線の偏向Δｒ　ｉ”１２つの真反対
の熱電対間に検出される温度差ΔＴと本質的に関連して
いることが次の関係式 ％式％（２） によって立証される。式中には に＝Ｗｏ／（４ｒＲＴＲ） の如き定数である。
第３図には、例えばレーザ光切削加工などの分野でビー
ムを永続的にターゲットに合わせておくのに使用される
本発明の制御デバイスの一特定具体例が示されている。
この図は、１９８１年１月３０日付仏国特許出願第８１
０１８１０号に記載の方式によるノ９ワーレーザ光切削
加工装置を示しておシ、該装置は閉鎖区域３内に配置さ
れた部分２の切削加工を実施せしめる。
前記閉鎖区域３は放射性の高い材＃＋を収容し得、密閉
隔壁４によって規定されている。この区域３内に配置さ
れた材料からの放射線に対する防御は厚いコンクリート
壁５によって確保される。
前記装置は一端がチャンバ７に接続された管６を有して
おり、該管の他端の先には集束レンズ８を備えた切削ヘ
ッドと、オリアイス即ち開口１０を有するノズル９とが
順次配置されている。前記切削ヘッドは閉鎖区域３内に
侵入し得ると共に保設ドラム１工の後方に引込み得る。
チャンバ７及び管６はロツＦ１２によって並進移動する
。閉鎖区域３の外側にある切削用レーザ１３はビームを
送出し、送出されたビームは窓１４を通過した後チャン
バ７内の偏向ミラー１５によって偏向する。
該ビームはその後管６内を伝搬し、レンズ８とノズルの
開口１０とを通過して部分２に到達する。
本発明の方向調整デノ々イスは前記ビームが感知し得る
ような偏向を一切伴うことなく常に前記開口を通過する
よう制候を行う。該デノセイスは主としてミラー１５と
検出器１７と電子処理システム１８とからカシ、前記ミ
ラーはその配向を行う２つのモータ１６Ｘ及び１６Ｙに
接続されておシ、前記検出器は第１図に関して説明した
ものと同タイプである。該デバイスはその他にインクリ
メンタル・ローダ１９Ｘ及び１９Ｙも有しておシ、これ
らローダは夫々モータ１６Ｘ及び１６Ｙに接続されてい
る。
前記検出器は前記開口１０から余り遠くない地点で、且
つ管６の軸線が前記開口１０と熱電対高温接触面の配置
された円の中心とを通るように管６内に載置される。該
検出器は例えばレンズ１８及びミラー１５間でレンズ１
８の近傍に固定し得る。
ビームが管６の軸線沿いに伝搬しながら開口１０に到達
するよう正確に調整されている時にはミラー１５は管６
の軸線に対し４５°傾斜している。
前記電子処理システム１８は検出器１７の熱電対と、モ
ーター６Ｘ及び１６Ｙと、ローダ１９Ｘ及び１９Ｙとに
接続されている。
第４図は第３図に示されている本発明のデＩＮイスによ
り実施される制御操作を線図で示している。
モーター６Ｘ及び１６Ｙは、管６の軸線と直交し該軸線
上で互に交差し且つ軸線Ｘ及びＹｏと夫夫平行する２つ
の軸線Ｘ及びＹ方向のビームの偏向を修正し得る。図面
簡明化のため軸線Ｙ、モモ−−６Ｙ及び熱電対ＴＹ、　
、　ＴＹ、に関する制御のみを完全に示した。
インクリメンタル・ローダ１９Ｘ及び１９Ｙは夫々カウ
ンタ２０Ｘ及び２０　ＹＫ接続され、これらカウンタは
システム１８の一部をなす電子処理手段２１に接続され
ている。これらカウンタはローダによって発生したノ９
ルスを記録し、モータ１回転は所定数のパルスに該当す
る。
例えば軸ｍＸ方向のビームのズレに関する制御を行う場
合に七、該デバイスは熱電対ＴＹ、及びＴＹ、間でズレ
のために生じる電圧差△■を無くすべく作動する。即ち
処理手段２１が、カウンタ２゜Ｙを制御前状態ｐｏｓｏ
からビーム方向調整後の最終状態ＰＯ８Ｄに変えるべく
該カウンタによりカウントされるパルスの数ＸＣ（ΔＶ
の関数）を決定すると共に、制御の間カウンタ２０Ｙの
状態ＰＯ８Ｄと相次ぐ状態ＰＯ８ＡＣＴとに応じて、ビ
ームが実際に調整されるまで電力増幅器２２Ｙ（モータ
１６ＸＫＭ同様の増幅器２２Ｘが捺般貞れている）を介
してモータ１６ＹＫ連続的に与えられる電圧Ｕをも決定
する。このことからＵ−Ａ（ＰＯ８Ｄ−ＰＯ８ＡＣＴ） の関係が成り立つ。式中人は２に等しいと見なし得る比
例ゲインを表わす。
第５図はチャンバ７（ビームＦが侵入し得るよう勿論孔
が設けられている）内のミラー１５機構を断面図で示し
ている。この図では管６の軸線ＡＴが水平であると想定
した。ビームＦはチャンバ７内にその底面から垂直に侵
入し、軸線ＡＴに対し４５°傾斜゛したミラー１５上で
反射して軸線ＡＴＹ方向進な。この機構社チャンバ７の
外側にテーブル２３を有し、該テーブルの一端がチャン
バ？７に設けられた軸線ＡＴをもつ開口２４を介して該
チャンバ内に侵入している。テーブル２３はこれを貫通
してチャンバにネジ止めされる２つのネジ２５によシチ
ャンノ７に固定され（第５図及び第６図参照）、該ネジ
２５の四部２７とテーブル２３との間にはバネ２６が配
置されている。３つの差動ネジ２８（第５図及び第６図
参照）はテーブル２３に対して回転しながら並進移動し
得、チャンバ７に当接する。チャンバ７に対するテーブ
ル２３の移動はこれら差動ネジの操作によって行われる
。
この機構は更にチャンバ７内に配置され且つノ々ネ３０
を介してテーブル２３に固定されたプレート２９をも含
んでいる。バネ３０の両端はワッシャ３１．３２に固定
されておシ、これらワッシャがネジ３３．３４ｔ−介し
てプレート２９とテーブル２３とに夫々固定されている
。テーブルに対し回転しながら並進移動し得且つプレー
トに当接する差動ネジ３５はチャンバ７に対するプレー
ト２９の配置を手動で行うだめのものでちる。ミラー１
５はネジ３６により支持体３７に固定され、該支持体は
ネジ３８によシブレート２９に固定される。
ミラー１５はまた、その周縁部に配置された円形ノズル
３９によシ空気冷却される。空気は導入管４０を介して
前記ノズルに供給される。別の２つの差動ネジ４１は前
記テーブルに対して回転しながら並進移動し得、プレー
ト２９に当接する。これらのネジは減速ギア４２を介し
てテーブルに固定されたモータ１６Ｘ及び１６Ｙによっ
て夫々移動し、夫々軸線Ｘ（水平）及び軸線Ｙ（垂直）
方向のビームの偏向を可能にするよう配置される。
該差動ネジ４１の移動は、モータと場合によってはレー
ザをも停止させる信号を発信する小型スイッチ４１ａに
より、行程終了衝止手段を介して停止される。
一例として、ネジ４１のピッチは０．０２ｆｉであり得
、モータとしては商品番号３４Ｌ１２−２１９ＰでＥＳ
ＣＡＰ社よシ市販されている直流モータを使用し得、減
速ギヤは１／１３５の比を有し得、コーグは１９２のラ
インと２つのチャネルとをもちモータの回転方向に関す
る情報を与えるべくπ／２位相ズレした出力信号を送出
するオプチカル・コーグであってよい。
第７図は管６上での検出器１７の配置を示している。該
検出器は管６と切削ヘッドとの間に配置されており、雌
リング４４を介して管６に結合された管継手４３を備え
ている（図示はしないが、切削ヘッドへの結合も同じ方
法で行われる）。継手４３には４つの半径方向共面孔４
５が互に９０゜の角距離をおいて穿設されておシ、これ
らの孔の先にはスリーブ４６が続いてりる。
支持及び保護用外被で被覆された熱電対は前記スリーブ
及び孔の中に挿通され、４つの高温接触面が前述の如く
同一円周上に配置されるよう止めネジ４７によって定位
置に保持される。熱電対は更に裸の先端部を有し、即ち
先端が最大限の長さに亘って裸であり、且つ高温接触面
が管６の軸線にできるだけ近づくよう配置される。この
よう処すれば低出力ビームの場合に使用し得る信号が得
られる一方で、高出力ビームの場合にも許容温度範囲内
に留まることができる。
ここで前述のｆｔＸｃについて説明しておく。この量は
勿論当該モータの回転方向に応じてプラス又はマイナス
になる。この量は対応差動ネジ４１に与えられる前進又
は後退運動ΔＶＩＳに比例する。角度β分のビームの垂
直偏向（Ｙ方向）は角度β／３分のミラー１５の回転に
よυ相殺され、且つ角度β分のビーム水平偏向（Ｘ方向
）は角度β分のミラー１５の回転により相殺されるとい
“う事実から、ΔＶＩＳは同一の比例定数をもって垂直
偏向Δｒの場合には△ｙ／ｉｔに比例し、水平偏向Δｒ
の場合にはΔｒに比例すると結論づけることができる。
そのため量ＸＣは前出の式（２）の量ΔＴに係り得、従
ってΔＴに比例する量△Ｖに関係し得る。
式（２）の係数は、レーザ光を自動方向調整に使用する
最初の段階で、ビームを値Δｒだけ偏向させ（Ｘ又はＹ
方向に）、これに対応する変化ΔＴをめ且つ式（２）に
従ってＫに等しい比Δｒ／ΔＴを計算することによシ各
軸線毎１１’ｃ１つの割合で決定す一部。
第８図は第３図に示されている本発明のデバイスの一部
をなす電子処理システムの特定具体例を示している。該
システムは電子的入力−出力インタフェース４９と電子
的処理手段２１とを有しており、該処理手段はＩＮ置８
０８６形マイクロプロセッサの如きプロセッサで構成さ
れ、これに浮動小数点処理（ｆｌｏａｔｌｎｇ　ｐｏｉ
ｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　）を実施せしめるＩＮ置
８０８７形の如きデジタルプロセッサが接続されている
。このアセンブリはＩＮ置　５ＢＣ８６１４形のマイク
ロプロセッサカード上に配置される。該マイクロプロセ
ッサカードは３２にバイトＲＡＭ（６４に一セイトに拡
大し得る）と３２’にバイトＦＲＯＭとを備え、１６ビ
ツトデータの伝送を行うＭＵＬＴＩＢＵＳ標準器に対し
完全な互換性を有し、ＩＮ置社の８又は１６ピツトのＳ
ＢＣ形エクステンションカードを使用し得る。また、Ｉ
Ｎ置プロセッサ８０８６は１メがノセイトのアドレス可
能マイクロプロセッサである。
前記入力−出力インタフェース４９はモータ、熱電対及
びインクリメンタル・コーグをカード５ＢＣ８６１４に
接続する。これはＭＵＬＴＩＢＵＳ標準器に適合する１
６ビツトデータノ９ス５０によってカード５ＢＣ８６１
４に接続されたＩＮ置ＳＢＣ９０５カーｒ上に配置され
る。
該インターフェース４９は熱電対の電圧を処理する手段
５１と、インクリメンタル・コーグからのパルスＳＣを
処理する手段５２と、処理手段２１からのモータ制御信
号を処理する手段５３とで本質的に構成され、処理され
たモータ制御信号ＳＭはモータに送られる。第８図には
ＩＮ置Ｒ５２３２形の如きパス２２Ａによって５ＢＣ８
６１４カードに接続された制御コンソール２１Ａも示さ
れている。
熱電対の電圧を処理する手段５１は増幅、Ｆ波及び多重
変換による調整を行うコンディショニング手段５４を主
として含み、該手段に続いて標本化及び保持回路５５と
アナログ−デジタル（Ａ−Ｄ）変換器５６とが順次配置
されている（第８図及び第９図参照）。より詳細には、
４つの熱電対によって供給される電圧はレベルが低く（
約Ｏ〜５０　ｍＶ　）、回路５４に与えられる。この回
路５４は例えばアナログデバイス社の２Ｂ５４形の如き
回路であって、受容した電圧を±５■まで増幅する。該
回路５４はまた４つのレジスタＲ，を有しており、これ
らレジスタは夫々４つの熱電対に対応し、次式 ％式％ の如きゲインを得るべく調整し得る。
式中ＲＧはΩで表わされる。
クロメル−アルメル熱電対の場合には、ＲＧＯ値は１１
’ｌΩが適切である。各増幅装置は他の３つから電気的
に絶縁されておシ、５０Ｈｚ信号フィルタに接続されて
いる。４つの熱電対に夫々対応するチャネルは多重化さ
れて出力バッファメモリ（やはシ回路５４内）に接続さ
れる。
各処理電圧を室温変化に係りのないＯＣを基準とする実
温度と関連づけるためには、多重化の後で熱電対の信号
を冷接点補償器５７に送出する。この補償器は例えばア
ナログデバイス社の２Ｂ５６形補償器であってよく、２
Ｎ２２２２）ランジスタの如き熱感知器５８を備えてい
る。冷接点電圧は熱電対の電圧と同じ割合で増幅される
。
補償器５７からのアナログ信号は熱電対の測定電圧と冷
接点電圧との合計であシ、アナログデバイス社ＡＤ５７
４形の如き１２ビツトのアナログ−デジタル変換器５６
にようデジタル信号に変換される。該アナログ電圧の読
取りの間はＢＵＲＲＢＲＯＷＮの５ＨＣ２９８形の如き
標本化−保持回路５５によってこれをロックするのが好
ましい。変換器５６の「ステータス・オン」信号（ＳＴ
）は該変換器の状態を表わし、標本化−保持回路の制御
モードとして使用される。該変換器５６の１２ビツト出
力は直接パス５０に送られ、熱電対によって記録された
温度に関するコード化情報を提供する。
コーグからの信号を処理する手段５２は本質的にカウン
タ２０Ｘ及び２０Ｙから表る（第１０図参照）。よシ詳
細には、各コーグ１９Ｘ（又は１９Ｙ）の各チャネルＡ
ＸもしくはＢＸ（又はＡＹもしくはＢＹ）を介して送出
されるパルスは正弦パルスであり、ゼロに関して対称で
はない。これらの、ｅルスは５Ｎ５５１１５形の如き差
動タイプの増幅器５９もしくは６０（又は６１もしくは
６２）によって整形される。との動作はオプチカルコー
グの近傍で行なわれる。
従ってインタフェースカード４９に到達する信号は互に
π／２だけ位相ズレした方形波信号である。
このようにして整形されたコーグ１９Ｘもしくは１９Ｙ
に対応する／Ｑルスは、上昇前線で始動するＬ　Ｓ　４
９１形の如き１０ビツトカウンタ２０Ｘもしくは２０Ｙ
によシ計数される。
よシ正確には、前記１９ルスの周波数は２倍になる。即
ちこれらノ９ルスの各前線毎に負のノｑルスが生起する
。計数されるのはこの信号である。よシ詳細には、チャ
ネルＡＸ（又はＡＹ）からの整形信号は２つの排他的論
理ＯＲ回路（ＸＯＲ）６３Ｘ、６４Ｘ（又は６３Ｙ、６
４Ｙ）の入力の１つに送られると共に、遅延及び反転回
路６５Ｘ（又は６５Ｙ）を介して前記回路６３Ｘ（又は
６３Ｙ）のもう一方の入力に送られ、チャネルＢＸ（又
はＢＹ）からの整形信号が前記囲路６４Ｘ（又は６４Ｙ
）のもう一方の入力に送られる。
また、回路６３Ｘ（又１６３Ｙ）の出力はフリップフロ
ップ６６Ｘ（又は６６Ｙ）を介してカウンタ２０Ｘ（又
は２０Ｙ）の入力（クロック）に接続され、回路６４Ｘ
（又は６４Ｙ）の出力はカウンタ２０Ｘ（又は２０Ｙ）
のＵＰ／Ｄ入力（加算／減算）に接続される。各７リツ
プフロツプは状態変化の間の対応カウンタの状態読取シ
を可能にし、読取りの間／Ｑルスを保持する。カウンタ
２０Ｘ（又は２０Ｙ）の１０ピツ°ト出力はデータドラ
イバ６７（ＩＮ置社８２８３形の２つのデータドライバ
６７Ａ、６７Ｂで構成。これらドライノ９はいずれも最
高８ビツトまで可能）によりパス５０に並列転送される
。
オプチカルコーグからの２つの信号間の位相ズレπ／Ｓ
は対応モータの回転方向に関する情報を提供し対応カウ
ンタの動作が加算動作又は減算動作のいずれであるかを
決定する０ 本発明がよシ良く理解されるよう、第１０図参照　Ｅに
第１０図の線図中の特定電子素子によって生じる電気信
号のタイミングチャートを示した。
第１１図Ａは増幅器５９又は６１（チャネルＡＸ又はＡ
Ｙ）からの信号を示し、第１１図Ｂは遅延した先行信号
を示し、第１１図ＣはＸＯＲ回路６３Ｘ又は６３Ｙの出
力に存在する信号を示し、第１１図りは増幅器６０又は
６２（チャネルＢＸ又はＢＹ）からの信号を示し、第１
１図ＥはＸＯＲ回路６４Ｘ又は６４Ｙからの信号を示す
。
第１１図Ｃは前述の周波数倍増状態を明示し、第１１図
Ｅはモータの回転方向に係る情報が得られることを立証
して（ミる。垂直方向点線はカウンタが計数を行う時点
を表わす。
処理手段２１による処理後、モータの制御電圧は１６ビ
ツトでパス５０から送出され、プログラム可能インタフ
ェース６８（第１２図参照）によってインタフェース４
９に並列転送される。前記インタフェース６８は出力モ
ード０でプログラムされるＩＮ置社ＰＰ１８２５５形の
如き２つのプログラム可能インタフェース６８Ａ及び６
８Ｂでｉ成ｆる。モータ１６Ｘの制御信号は前記プログ
ラム可能インタフェースのポートＰＡｏ・・・Ｐ入。
から送出され、モータ１６Ｙの制御信号はポートＰＢｏ
　・・・ＰＢ７から送出される。モータ１６Ｘ又は１６
Ｙの制御信号を処理する手段５３は主としてＤＡＣ８０
形の如き１２ビツトのデジタル−アナログ変換器６９Ｘ
又は６９Ｙからなシ、対応デジタル電圧を変換する。
インタフェース４９の外側でモータ１６Ｙ及び１６Ｘの
近傍に設置された電力増幅器２２Ｘ。
２２Ｙは得られたアナログ電圧を正しいレベルに増幅す
る。
タイミングは公知手段（図示せず）によジインタフエー
ス４９部分で実施される。３０　Ｈｚのクロックが標本
化を制御する。ＩＮ置　８０８６形マイクロプロセツサ
のクロック周波数は５　ＭＨｚである。この周波数は先
ず二進カウンタによ９４等分され、次いでインタフェー
ス４９のＩＮ置８２５３形タイミング装置を制御する。
該タイミング装置はプログラミングにより３０Ｈｚのノ
９シスを発生する。該タイミング装置の出力は前記ドラ
イバの使用し得るビットを介してノ々ス上に読取られる
。３０Ｉ（ｚ”シスの上昇前線は前記タイミング装置の
プログラムによって検出される。
パス５０との接続は公知方法によジインタフエース４９
で行われる。パス５０上のアドレスはＩＮ置５２０り形
反転コーダによシ復号される。
該システムがデータを取得し得るためには良伝送信号Ｘ
ＡＣＫのタイミングが必要である。このタイミングは遅
延回路によって実施する。
第１３図は制御の全体的フローチャートを示している。
ソフトウェアは８０８６形マイクロプロセツサに基づく
システム用のＩＮ置　ＰＬＭ　８６形言語で書かれてい
る。
この制御プログラムの種々のステップは次の通シである
。先ず係数Ｋを入力し、タイミング装置を始動させ、熱
電対の起電力（ｅｍｆ　）を読取シ、これを温度に変換
し、これら温度を均等化する（これら一連のａｎｆ読取
シ、該ｅｍｆの温度への変換及び該温度の均等化ステッ
プは熱電対１つ当シ１回の割合で４回行う）。次に、真
反対の位置にある２つの熱電対間の温度差を計算し、実
施すべき対応モータの回転を計算し、対応カウンタの初
期状態（”ＰＯ３０）を読取シ、該カウンタの到達すべ
き状態（ＰＯ８Ｄ）を計算し、該カウンタの現在の状態
（ＰＯ８ＡＣＴ）を読取シ、モータを制御し、最後にレ
ーザ光の標本化（温度捕捉）周期（例えば３０ｍ５）が
終了していれば熱電対のｅｍｆの読取システップを開始
し、終了していなければカウンタの現在状態の読取シス
テップを開始する。
各熱電対よシ供給される信号全体からビームの方向変換
に係る緩慢変化信号を抽出し、且つレーザ光の不安定性
に係るよシ速い変動を示す信号を除去するためには、熱
電対によって測定された温度値を「ならす」即ち均等化
することによりｐ波を行う。この均等化は例えば１２８
など多数の測定値に関して行う。この均等化を実施する
には先ず温度を例えば上側を示すポインタを備えたサイ
クリック・スタックなどに記憶し、次いで記憶された温
度の平均値を計算する。
前記スタックは勿論各熱電対に１つずつ使用する。また
、初期化時即ち制御開始時には同一スタック内の全ての
素子が同一の値（対応熱電対によって読取られる唯一の
値）を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明で使用される検出器の特定具体例の簡略
説明図、第２図はガウスレーザ光の横方向エネルギ分−
布を示すグラフ、第３図はレーザ光切削加工に使用した
場合の本発明の制御デバイスの特定具体例を示す簡略説
明図、第４図は前記デバイスによる制御を示す線図、第
５図は第３図のデバイスで使用されるミラー機構を示す
断面図、第６図は前記機構の簡略説明図、第７図は該デ
バイスで使用される熱電対の支持方法の説明図、第８図
は該デバイスで使用し得る電子処理システムの簡略説明
図、第９図は該デバイスで使用される熱電対からの信号
の入力に該当する前記処理システム部分の簡略説明図、
第１０図は該デノ々イスで使用されるインクリメンタル
・コーグからのノ９シスの入力に該当する前記システム
の別の部分の簡略説明図、第１１図Ａ乃至Ｅは前記第２
システム部分で処理された信号のタイミング・チャート
、第１２図は前記システムに属する電子処理手段からの
信号の出力インタフェースを示す簡略説明図。 第１３図は前記電子処理手段によ）実施し得る制御プロ
グラム全体の７０−テヤートである。 ＴＸ□、　ＴＸ、、　ＴＹ□、　ＴＹ、、・・・熱電対
、Ｆ・・・レーザ光、 ＣＴ・・・集信器、 ｃｘ、ｃｙ・・・比較器、 ６・・・管、　７・・・チャンバ、 ８・・・集束レンズ、　９・・・　ノズル、１３・・・
切削用レーザ、】５・・・く′　ラ　−、１６Ｘ、１６
Ｙ・・・モ　−　タ、 １７・・・検出器、　１８・・・電子処理システム、１
９Ｘ、１９Ｙ・・・インクリメンタル・コーグ、２０Ｘ
、　２０Ｙ・・・カウンタ、 ２１・・・　電子処理手段、 ２２Ｘ、２２Ｙ・・・電力増幅器、 ４２・・・減速ギア、 ４３・・・管継手、 ４５・・・　半径方向共面孔、 ４６・・・　スリーブ、 ４９・・・　入力−出力インタフェース、５４・・・　
コンディショニング手段、５５・・・標本化及び保持回
路、 ５６・・・アナログ−デジタル変換器、５９、６０．６
１．６２・・・差動増幅器、５７・・・補償器、 ６３Ｘ、６４Ｘ、６３Ｙ、６４Ｙ・・・排他的論理ＯＲ
回路。 ／Ｉｔ願人　コｅｔリャア　Ｌ−狛画アＬミ２代理人　
か埋土用　日　義

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）横方向エネルギ分布が本質的に中心対称を有する
    ようなレーザ光をターゲットに合わせて自動的に方向調
    整するための制御デバイスであって、 一前記レーザ光をターゲット方向に偏向させる手段と、 一前記偏向手段の方位を変えることにより、互に直交し
    且つその交点とターゲットとを結ぶ線分とも直交する２
    つの軸線に夫々従うレーザ光の偏向を修正する２つのモ
    ータと１ 一前記モータに夫々接続され、対応モータの角度と回転
    羽向との関数たる電気ノｑルスを発生させ得る２つのイ
    ンクリメンタル・コーグと、 一ターゲット及び前記偏向手段間に配置され、前記軸線
    の少なくとも一方に従うビームのズレに応じて当該軸線
    方向のビームの偏向にほぼ比例する電圧差を示し得る熱
    電気的検出器と、−前記電圧差と前記インクリメンタル
    ・コーグにより生じる／Ｑルスとに応じて前記モータを
    制御し、それによってレーザ光をターゲットに合わせて
    おく電子的処理手段と を有し、前記熱電気的検出器が２対の熱電対からなり、
    その高温接触面がレーザ光内にあり且つ該ビームの軌道
    と直交する平面をもつ円の上に位置し、第１熱電対ペア
    の高温接触面が前記円の１つの直径上にあり、第２熱電
    対ペアの高温接触面が前記直径と直交する前記円の別の
    直径上におかれ、これら第１直径及び第２直径が夫々前
    記軸線と平行であり且つ前記線分上で互に交差し、各熱
    電対ペア０２つの高温接触面は前記偏向手段からのビー
    ムがターゲットと一直線に配置されている時に同一の温
    度を示し、従って前記のいずれかの軸線方向のビーム偏
    向に応じて当該軸線上の熱電対ペアの２つの高温接触面
    間に電圧差が生じ、また前記電子的処理システムはモー
    タと熱電対とに接続された電子的入力−出力インタフェ
    ースと、該インタフェースに接続された電子的処理手段
    とを含み、前記インタフェースが２つの７９ルスカウン
    タを備え、これらカウンタが夫々前記インクリメンタル
    ・コーグに接続されており、前記処理手段はレーザ光に
    ズレが生じると、一方で該ビームを方向調整するために
    各カウンタが到達しなければならない状態を前記電圧差
    とズレ発生前の各カウンタの状態とに応じて決定し、他
    方で方向調整が実現されるまで各モータに連続的に与え
    るべき電圧を対応カウンタが到達すべき状態と該カウン
    タの相次ぐ状態とに応じて決定する前記制御デバイス。
  2. （２）前記電子的処理システムが低域フィルタを有し、
    該フィルタがレーザ光によって励起された熱電対から送
    出される電気信号をｆ波してレーザシステムの不安定性
    に起因する信号を除去する特許請求の範囲第１項に記載
    のデノ々イス。
  3. （３）＃記電気的処理手段が好ましくは熱電対によって
    測定された温度の均等化を行うよう構成され、この均等
    化が一定数の測定温度の平均値を計算することで実施さ
    れ、該均等化によって実現される低域フィルタの遮断周
    波数がレーザシステムの不安定性の周波数より小さく々
    るよう配慮される特許請求の範囲第１項又は第２項に記
    載のデバイス。
JP59222866A 1983-10-24 1984-10-23 レ−ザ光の自動的方向調整を行うための制御デバイス Pending JPS60124488A (ja)

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