JPS61105418A - レ−ザ加工機用距離計測装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ加工において、対象物の基準面からの
変位を計測する距離計測装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、対象物の基準面からの変位は機械的に計測されて
いた。しかし機械的計測の場合、セツティング・計測等
に時間を要したり、対象物に直接接触するために対象物
を傷めるなどの問題があった。そこで提案されたのが第
３図に示す距離計測装置である。第３図において、１は
加工用レーザ光、２は加工用レーザ光ｌを集束する加工
用レンズ、３は加工ヘッド、４は半導体レーザからなる
計測用レーザ光としてのビームを放射する光源、５は光
源４から放射されるビームを集束する投光レンズ、６は
対象物Ｗ１表面上の放射ビーム像を損保する受光レンズ
、７は放射ビーム像の結像位置に応じた電気信号を廃生
ずる位置検出素子としてのＰＳＤ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ
　　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　　Ｄｅｔｅｃｔ。

ｒ）、８．９はＰＳＤ７から出力される変位検出電流１
ａ、ｌｂを変位検出電圧Ｖａ、Ｖｂに変換するとともに
プリアンプを兼ねた１／Ｖ変換器、１０はレーザ駆動電
圧を入力しレーザ駆動電流１ｄを出力するＶ／Ｉ変換器
、１１．１２は変位検出電圧Ｖａ、Ｖｂを増幅する増幅
器、１３．１４は増幅器１１，１２の出力を帯域濾波す
る帯域濾波器、１５はアナログ信号としての変位検出電
圧Ｖａ、Ｖｂをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
、１６はディジタル信号としてのレーザ駆動信号をアナ
ログ信号としてのレーザ駆動電圧Ｖｄに変換するＤ／Ａ
変換器、１７は半導体レーザ２の発光タイミングの設定
、対象物表面の変位ΔＨの算出などを行なう高速演算プ
ロセッサ、Ｓｌは並列信号としての変位検出電圧Ｖａ、
Ｖｂを直列信号に変換する並列・直列変換スイッチであ
る。

このように構成された装置の動作について説明する。ま
ず光学系の動作について第３図を用いて説明する。光源
４から放射されたビームは、投光レンズ５により適当な
大きさの光スポットとなり対象物Ｗ１の表面に照射され
る。受光レンズ６はこの光スポットを撮像し、ＰＳＤ７
の受光面に光スポットの像を結像する。ＰＳＤ７は光ス
ポツト像の結像位置に応じた電気信号を発生する。すな
わち、ＰＳＤ７の２つの電極に生じる電流Ｉａ。

ＩｂＯ値により光スポツト像の結像位置ＰはＰ＝　（Ｉ
ａ−１ｂ）／　Ｎａ＋［ｂ）として得られる。上の式は
、ｌ）　Ｓ　Ｄ　７の出力が光スポツト像の位置と強度
とに比例して出力を発生するため、光スポツト像の強度
変化に相当する（Ｔａ＋Ｉｂ）の項を導入して光スポッ
トの位置のみに比例する出力を得ている。

次に電気系の動作について説明する。まず対象物Ｗ１表
面が基準面にある場合の動作について説明する。受光レ
ンズ６に人力された光はＰＳＤ７にスポット状の光とな
って照射される。対象物Ｗ１の表面が基準面にあるとき
、この光の重心位置がＰＳＤ７の中心Ｐ１になるように
設定しておくと、変位検出電流１ａ、Ｉｂは互いに等し
くなり、変位検出電圧Ｖａ、Ｖｂもまた圧いに等しくな
る。

変位検出電圧はＶａ、Ｖｂは、増幅器１１．１２および
帯域濾波器１３．１４で処理された後、並列・直列変換
スイッチＳ１により直列信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器
１５でディジタル信号に変換されて高速演算プロセッサ
１７に入力される。高速演算プロセッサ１７はディジタ
ル信号化された変位検出電圧Ｖａ、Ｖｂにより変位ΔＨ
を算出するが、この場合Ｖａ＝Ｖｂであるので、変位Δ
Ｈ＝０となる。

次に対象物Ｗ１表面がΔＨだけ下方に変位した場合の動
作について説明する。この場合対象物Ｗ１表面で散乱さ
れた光は受光レンズ６を通った後ＰＳＤ７の中心Ｐ１か
らＸ離れた点Ｐ２にスポット状になって入射される。こ
の入射光により変位検出電流Ｉａ、Ｉｂが出力されるが
、変位検出電流Ｉａ、Ｉｂは互いに違った値となる。Δ
ＨとＸは比例関係にあるので、Ｘを算出することにより
ΔＨを算出し出力することができる。この出力信号に応
じて図示しない駆動手段を動作させて加工ヘソド３を降
下させΔＨの変位を零にするようになっている。このよ
うにして加工ヘッド３と対象物Ｗ１の表面との間の距離
は常に一定に保たれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような動作をする装置においては、ＰＳＤ７への入
射光として光源４から発する光のばか対象物Ｗ１の加工
に使用される加工用レーザ光１の照射に基づく対象物Ｗ
１からの背景光があり、変位計測に誤差を生じさせると
いう問題がある。また加工用レーザ光ｌによるスパイク
状の背景光により帯域濾波器１３．１４に振動が発生し
、帯域濾波器１３．１４の機能が害されるという問題が
ある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、加工用レーザ光による背景光に
よる変位計測の誤差を生じないレーザ加工機用距離計測
装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明は、計測用レー
ザ光を検出しない位置に配置された受光素ｆと、位置検
出素子から出力される信号から背景光信号を除去するた
めの逆相加算器とを設けるようにしたものである。

〔作用〕

本発明においては、背景光の影響が除去され、変位検出
信号だけが検出される。

〔実施例〕

第１図および第２図に本発明に係わるレーザ加工機用距
離計測装置の一実施例を示す。ただし第１図においては
加工ヘッドは省略されている。第１図および第２図にお
いて、Ａ４．Ｂ４は計測用レーザ光を放射する光源、Ａ
５．Ｂ５は計測用レーザ光を集束す名ための投光レンズ
、Ａ６．Ｂ６は計測用レーザ光のスポットからの散乱光
を集束するための受光レンズ、Ａ７．Ｂ７は計測用レー
ザ光の結像位置に応じた電気信号を発生する位置検出素
子としてのＰＳＤ　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　　５ｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ　　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ａ８．Ａ９．Ｂ８．
Ｂ９はＰＳＤＡ７．Ｂ７から出力される変位検出電流あ
るいは背景光電流を変位検出電圧あるいは背景光電圧に
変換するとともにプリアンプを兼ねたＩ／Ｖ変換器、２
０は入力信号を切り替えるアナログスイッチ、Ａ２１．
８２１はアナログスイッチからの出力信号を逆相加算す
る逆相加算器である。第１図および第２図において第３
図と同一部分又は相当部分には同一符号が付しである。

このように構成された装置における投光レンズとＰＳＤ
との配置について第２図を用いて説明する。Ｐ　Ｓ　Ｄ
　Ａ　７　、投光レンズＡ５およびＰＳＤＢ７、投光レ
ンズＢ５は２組の変位検出光学系を構成する。ＰＳＤＡ
７．投光レンズＡ５等から構成される変位検出光学系を
Ａ系統と称し、ＰＳＤＢ７、投光レンズ８５等から構成
される変位検出光学系をＢ系統と称することとする。第
２図（ａ）に示すように、ＰＳＤＡ７あるいはＢ７は加
工ヘッド３の陰にかくれて相手系の投光レンズＢ５ある
いはＡ５から放射された計測用レーザ光のスポットによ
る散乱光の影響を受けない位置に配置されている。した
がってＡ系統の投光レンズＡ５から計測用レーザ光が放
射されていないときは、Ｂ系統の投光レンズＢ５が計測
用レーザ光を放射しているか否かにかかわりなく、Ａ系
統のＰＳＤＡ７は加工用レーザ光による背景光のみを検
出する。Ｂ系統のＰＳＤＢ７も同様の動作を行なう、第
２図（ｂ）は投光レンズとＰＳＤとの配置を示す平面図
である。

このように構成され配置された装置の動作について第１
図を用いて説明する。高速演算・プロセッサ１７から出
力されたレーザ駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器Ａ１６．Ｂ１
６によりレーザ駆動電圧に変換され、Ｖ／Ｉ変換器ＡＩ
Ｏ，ＢＩＯによりレーザ駆動電流Ａｌｄ、Ｂｌｄに変換
される。レーザ駆動電流ＡＩｄ、Ｂｌｄは、一方が出力
されているときは、他方は停止となっている。まずＡ系
統が変位計測を行なっており、Ｂ系統は変位計測を行な
っていない場合について説明する。この場合位置検出素
子として作用しているＰＳＤＡ７には計測用レーザ光と
背景光との両者が入射され、■／■変換器Ａ８．Ａ９は
変位検出信号ＡＶａ、Ａｖｂおよび背景光信号（以下「
混合信号」という）を出力する。これらの信号はアナロ
グスイッチ２０に入力される。一方、受光素子として作
用し′ているＰＳＤＢ７には背景光のみが入射され、Ｉ
／■変換器Ｂ８．Ｂ９は背景光信号のみを出力する。こ
の背景光信号もアナログスイッチ２０に入力される。ア
ナログスイッチ２０により混合信号は逆相加算器Ａ２１
．８２１の正入力端子に入力され、背景光信号のみの信
号は逆相加算器Ａ２１．８２１の負入力端子に入力され
る。このことにより混合信号から背景光信号が除去され
、逆相加算器Ａ２１．Ｂ２１の出力信号は変位検出信号
のみの信号となり、変位計測精度の向上が図れる。

また、Ｉ／Ｖ変換器Ｂ８．Ｂ９から出力される背景光信
号は混合信号に含まれる背景光信号と時間的に一致して
いるので、一層の計測精度の向上が期待できる。

次にＢ系統が変位計測を行なっており、Ａ系統は変位計
測を行なっていない場合について説明する。この場合、
Ｉ／Ｖ変換器Ｂ８．Ｂ９は変位検出信号ＢＶａ、ＢＶｂ
と背景光信号との混合信号を出力し、Ｉ／Ｖ変換器Ａ８
．Ａ９は背景光信号のみを出力する。アナログスイッチ
により、混合信号は逆相加算器の正入力端子に入力され
、背景光信号のみの信号は負入力端子に入力される。こ
のことにより混合信号から背景光信号が除去され、逆相
加算器Ａ２１．Ｂ２１の出力信号は変位検出信号のみの
信号となる。なお、アナログスイッチ２０は高速演算プ
ロセッサ１７によって制御されるようになっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、相手系の計測用レーザ光
を検出しない位置に配置され前景光信号を出力する受光
素子と混合信号から前景光信号を除去するための逆相加
算器とを設けることにより、混合信号から変位検出信号
のみを抽出できるようにしたので、対象物の変位計測の
精度を高めることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるレーザ加工機用距離計測装置の
一実施例を示すブロック系統図、第２図は投光レンズお
よびＰＳＤの配置図、第３図は従来のレーザ加工機用距
離計測装置を示すブロック系統図である。 Ａ４．８４・・・・光源、Ａ５．Ｂ５・・・・投光レン
ズ、Ａ６．Ｂ６・・・・受光レンズ、Ａ７、Ｂ７・・・
・ＰＳＤＳＡ８．Ａ９．Ｂ８．Ｂ９・・・・Ｉ／ｖ変換
器、ＡＩＯ，ＢＩＯ・−−・Ｖ／Ｉ変換器、１１．１２
・・・・増幅器、１３．１４・・・・帯域濾波器、■５
・・・・Ａ／Ｄ変換器、Ａ１６．Ｂ１６・・・・Ｄ／Ａ
変換器、１７・・・・高速演算プロセッサ、２０・・・
・アナログスイッチ、Ａ２１．Ｂ２１・・・・逆相加算
器、Ｓｌ・・・・並列・直列変換スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工用レーザ光を対象物に照射しているとき、計測用レ
   ーザ光のスポットを対象物に照射し戻ってくる散乱光の
   重心位置を位置検出素子上に求めることにより前記対象
   物の基準面からの変位を算出するレーザ加工機用距離計
   測装置において、前記計測用レーザ光のスポットによる
   散乱光の影響を受けない位置に配置され背景光信号を出
   力する受光素子と、前記位置検出素子から出力される信
   号と前記背景光信号とを逆相に加算する逆相加算器とを
   備えたことを特徴とするレーザ加工機用距離計測装置。