JPS61273290A - Laser beam machining focal position control device - Google Patents

Laser beam machining focal position control device

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JPS61273290A
JPS61273290A JP60114623A JP11462385A JPS61273290A JP S61273290 A JPS61273290 A JP S61273290A JP 60114623 A JP60114623 A JP 60114623A JP 11462385 A JP11462385 A JP 11462385A JP S61273290 A JPS61273290 A JP S61273290A
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JP
Japan
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focal position
laser beam
height
laser
control device
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JP60114623A
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Yoshihide Kanehara
好秀 金原
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To correct exactly a dislocation of a focal position, which is caused by an effect of a heat lens, by executing a control by using a focal position correcting signal which has been derived from a slope signal generated in proportion to an intensity signal of a laser beam, and a part of an intensity signal of a laser beam. CONSTITUTION:A laser beam 2 is irradiated to an object to be machined 6 through a lens 5, and also a part of the laser beam 2 is fetched from a beam splitter 18, and inputted to a terminal (c) of a focal position correcting signal generating circuit 20. A voltage divider 22 derives a dislocation quantity of a focal position, which is caused by a heat lens effect, based on a intensity signal of the laser beam 2. This value is outputted from a terminal (d), a machining head 4 is made to descend through a height setting device 8, by which a height of the working head 4 is controlled so as to become a proper position from the surface of the object to be machined 6. In this way, a dislocation of the focal position can be corrected exactly.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザ加工装置における焦点位置制御に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to focal position control in a laser processing device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第4図は従来のレーザ加工焦点位置制御装置を示す構成
図である。図において、1はレーザ発振器、2はレーザ
光、3はペンドミラー、4は加工ヘッド、5はレンズ、
6は被加工物、7は距離検出器、8は高さ設定器、9は
増幅器、10はサーボモータ駆動装置、11はサーボモ
ータである。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional laser processing focal position control device. In the figure, 1 is a laser oscillator, 2 is a laser beam, 3 is a pend mirror, 4 is a processing head, 5 is a lens,
6 is a workpiece, 7 is a distance detector, 8 is a height setting device, 9 is an amplifier, 10 is a servo motor drive device, and 11 is a servo motor.

第5図及び第6図は−それぞれ第4図のレーザ加工焦点
位置制御装置の動作を説明するだめの要部拡大図、及び
レーザ光の強度を示す図である。
FIGS. 5 and 6 are an enlarged view of a main part for explaining the operation of the laser processing focal position control device of FIG. 4, and a diagram showing the intensity of laser light, respectively.

次に、上記第4図に示す従来のレーザ加工焦点位置制御
装置の動作について説明する。レーザ発振器1の出力す
るレーザ光2はベンド・ミラー3により加工ヘッド4の
レンズ5に導かれ、被加工物6の表面が焦点位置になる
ようにしてレーザ加工が行われる。また、距離検出器7
は加工ヘッド4の被加工物6からの高さを検出し−その
検出した値と高さ設定器8の設定値との誤差を増幅器9
により増幅し、これにより、サーボモータ駆動装置10
を作動してサーボモータ11を制御し、加工ヘッド4の
高さが一定になるように制御する。
Next, the operation of the conventional laser processing focal position control device shown in FIG. 4 will be described. A laser beam 2 output from a laser oscillator 1 is guided by a bend mirror 3 to a lens 5 of a processing head 4, and laser processing is performed with the surface of a workpiece 6 at a focal position. In addition, the distance detector 7
detects the height of the machining head 4 from the workpiece 6 and calculates the error between the detected value and the setting value of the height setting device 8 using an amplifier 9.
, thereby amplifying the servo motor drive device 10.
is operated to control the servo motor 11 so that the height of the processing head 4 is kept constant.

このように、加工ヘッド4により被加工物゛6をレーザ
加工する場合に、第5図に示すようにレンズ5にレーザ
光2が照射されると、レーザ光2が当った部分の温度が
上がり、レンズ5の熱レンズ効果のために、第5図1こ
実線で示す焦点位置12はレーザ光2の強度9時間に応
じて、第5図に破線で示す焦点位#13まで上昇してし
まう。すなわち−第6図(a)に示すレーザ光2の強度
14は。
In this way, when laser processing the workpiece 6 using the processing head 4, when the lens 5 is irradiated with the laser beam 2 as shown in FIG. 5, the temperature of the part hit by the laser beam 2 increases. Due to the thermal lens effect of the lens 5, the focal position 12 shown by the solid line in FIG. 5 rises to focal position #13 shown by the broken line in FIG. . That is, the intensity 14 of the laser beam 2 shown in FIG. 6(a) is.

ひとたびレーザ光2がレンズ5に照射されると。Once the laser beam 2 is irradiated onto the lens 5.

上記熱レンズ効果lこより上記焦点位置12は焦点位T
t13に上昇し、第6図(b)に示すレーザ光2の強度
15のようlこなる。また、レーザ光2の強度が弱い場
合には、第6図fa)及び(b)に示すそれぞれレーザ
光2の強度16,17のようになる。
Due to the thermal lens effect l, the focal position 12 is the focal position T.
The intensity increases at t13, and the intensity of the laser beam 2 increases to 15 as shown in FIG. 6(b). In addition, when the intensity of the laser beam 2 is weak, the intensities 16 and 17 of the laser beam 2 are shown in FIGS. 6fa and 6b, respectively.

しかるに、距離検出器7は加工ヘッ、ド4の高さを検出
しているので、上記熱レンズ効果のために。
However, since the distance detector 7 detects the height of the processing head 4, this is due to the thermal lens effect described above.

焦点位置が被加工物6の表面から変化したとしても、こ
れを検出することができない。その丸め。
Even if the focal point position changes from the surface of the workpiece 6, this cannot be detected. That rounding.

レーザ光2による核力0工物6に対する切断や溶接等の
レーザ加工では、焦点位置がずれてしまうことに上り安
定したレーザ加工を行うことができない。特に、レンズ
5の汚れのためにレーザ光吸収率が高くなる時には、上
記のような焦点位置のずれは顕著になる。
When performing laser processing such as cutting or welding on a workpiece 6 with zero nuclear force using the laser beam 2, the focal position shifts, making it impossible to perform stable laser processing. In particular, when the laser light absorption rate increases due to dirt on the lens 5, the above-mentioned focal position shift becomes noticeable.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のような従来のレーザ加工焦点位置制御装置は1以
上のように構成されているので、焦点位置がずれるため
に、安定したレーザ加工を行うことができないという問
題点があった。
Since the conventional laser processing focal position control device as described above has one or more configurations, there is a problem that stable laser processing cannot be performed because the focal position shifts.

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、レーザ加工における。焦点位置を適正な位置に保
つことができるレーザ加工焦点位置制御装置を得ること
を目的とする。
This invention was made to solve such problems, and is related to laser processing. An object of the present invention is to obtain a laser processing focal position control device that can maintain a focal position at an appropriate position.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係るレーザ加工焦点位置制御装置は。 A laser processing focal point position control device according to the present invention.

レーザ光の強度信号に比例して発生されたスロープ信号
に−レーザ光の強度信号の1部を加算する焦点位置補正
信号発生回路の出力を、加工ヘッドの高さの設定値に対
して減算することにより、加工ヘッドの高さを適正な位
置に制御するものである。
A part of the laser beam intensity signal is added to a slope signal generated in proportion to the laser beam intensity signal.The output of the focal position correction signal generation circuit is subtracted from the processing head height setting value. This allows the height of the processing head to be controlled to an appropriate position.

〔作用〕[Effect]

この発明に係るレーザ加工焦点位置制御装置においては
、焦点位置補正信号発生回路はレンズの熱レンズ効果に
よる時定数に合わせて設定され。
In the laser processing focal position control device according to the present invention, the focal position correction signal generation circuit is set in accordance with the time constant due to the thermal lens effect of the lens.

熱レンズ効果によって焦点位置が上昇する量と同等の量
だけ加工ヘッドを降下させることにより。
By lowering the processing head by an amount equivalent to the amount that the focal position is raised by thermal lensing.

焦点位置が常に同一位置に保たれるようにする。To ensure that the focal point is always kept at the same position.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例であるレーザ加工焦点位置
制御装置を示す講成図で、各符号1〜11は上記第4図
に示す従来装置と同一のものである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser processing focal position control device which is an embodiment of the present invention, and each reference numeral 1 to 11 is the same as the conventional device shown in FIG. 4 above.

図において、18はビームスプリッタ、19はレーザ光
検出器、20は焦点位置補正信号発生回路である。
In the figure, 18 is a beam splitter, 19 is a laser photodetector, and 20 is a focal position correction signal generation circuit.

第2図は、第1図のレーザ加工焦点位置制御装置におけ
る焦点位置補正信号発生回路の一例を示す図である。図
において、21は増幅器、22゜24は分率器、23は
抵抗、25はコンデンサー26.27はオにレーショナ
ルアンブ、28は刃口算器である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a focus position correction signal generation circuit in the laser processing focus position control device of FIG. 1. In the figure, 21 is an amplifier, 22, 24 is a fractionator, 23 is a resistor, 25 is a capacitor 26, 27 is an operational amplifier, and 28 is a blade calculator.

第3図は、 g 11iJのレーザ加工焦点位置制御装
置の動作を説明するための各部のタイムチャートを示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a time chart of each part for explaining the operation of the g11iJ laser processing focal position control device.

次に、上記第1図に示すこの発明の一実施例であるレー
ザ加工焦点位置制御装置の動作について説明する。レー
ザ発振器1の出力するレーザ光2はペンドミラー3によ
り刀ロエヘッド4のレンズ5に導かれ、このレンズ5を
通してレーザ光2が被加工物6の表面に照射される。一
方、レーザ光2の1部を取り出すビームスプリッタ18
とレーザ光検出器19により検出されたレーザ光2の強
度信号は、焦点位置補正信号発生回路20の端子Cに入
力されたレーザ光2の強度信号は、第2図に示す増幅器
21により適正な値に増幅される。分率器22はレーザ
光2の強度信号に対して、レンズ5の熱レンズ効果によ
る焦点位置の上昇量と同等の補正量になるように選ばれ
る。各オベレーシヨナルアンプ26.27と抵抗23と
コンデンサ25とによりスロープ発生回路が構成されて
いる。
Next, the operation of the laser processing focal position control device which is an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. A laser beam 2 output from a laser oscillator 1 is guided by a pendometer mirror 3 to a lens 5 of a sword Loe head 4, and the surface of a workpiece 6 is irradiated with the laser beam 2 through this lens 5. On the other hand, a beam splitter 18 that takes out a part of the laser beam 2
The intensity signal of the laser beam 2 detected by the laser beam detector 19 is inputted to the terminal C of the focal position correction signal generation circuit 20, and the intensity signal of the laser beam 2 is input to the terminal C of the focal position correction signal generation circuit 20. value is amplified. The fractionator 22 is selected to provide an amount of correction for the intensity signal of the laser beam 2 that is equivalent to the amount of increase in the focal position due to the thermal lens effect of the lens 5. Each observational amplifier 26, 27, a resistor 23, and a capacitor 25 constitute a slope generating circuit.

今、レーザ光2の強度信号が、第3図(e)に示すよう
に出力されると、上記スロープ発生回路は一第3図(f
)に示すようなスロープ信号の出力を発生し。
Now, when the intensity signal of the laser beam 2 is output as shown in FIG. 3(e), the slope generating circuit is
) generates a slope signal output as shown in

このスロープ信号の傾きは抵抗23とコンデンサ25に
よって決定される。また、スロープ信号の変化量29は
分率器22によって決定できる。分率器24はレーザ光
2の強度信号の1部を取り出すためのもので、第3図(
g)に示すような出力を出すことができる。加算器28
は上記スロープ信号とレーザ光2の強度信号の1部を加
算し、その出力が焦点位置補正信号発生回路20の端子
dの出力となる。加算器28が、第3図(f)及び(g
)に示すような各出力を加算した結果は、第3図(h)
に実線で示すような波形30となる。上記第6図(b)
に示すようなレーザ光2の各強度15又は17による焦
点位置移動量は、第3図(h)に破線で示すような波形
31となり、この波形31は上記波形30とほぼ同等に
することができる。すなわち、焦点位置補正信号発生回
路20の端子dの出力を、高さ設定器8の出力する信号
に対して減算することにより、レンズ5の熱レンズ効果
によって焦点位置が上昇する量と同−債だけ加工ヘッド
4を降下させ、これにより、加工ヘッド4の高さを被加
工物6の表面から適正な位置になるように制御できる。
The slope of this slope signal is determined by the resistor 23 and capacitor 25. Further, the amount of change 29 in the slope signal can be determined by the fractionator 22. The fractionator 24 is for extracting a part of the intensity signal of the laser beam 2, and is shown in FIG.
It is possible to output the output shown in g). Adder 28
adds the slope signal and a part of the intensity signal of the laser beam 2, and the output becomes the output of the terminal d of the focal position correction signal generation circuit 20. The adder 28 performs the functions shown in FIGS.
) The result of adding each output as shown in Figure 3 (h)
A waveform 30 as shown by a solid line is obtained. Figure 6(b) above
The amount of movement of the focal point position by each intensity 15 or 17 of the laser beam 2 as shown in FIG. 3(h) becomes a waveform 31 as shown by the broken line in FIG. can. That is, by subtracting the output of the terminal d of the focal position correction signal generation circuit 20 from the signal output from the height setter 8, the amount by which the focal position is raised due to the thermal lens effect of the lens 5 can be calculated. The height of the processing head 4 can be controlled to be at an appropriate position above the surface of the workpiece 6.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は以上説明したとおり、レーザ加工焦点位置制
御装置tこおいて、レンズの熱レンズ効果による焦点位
置の変動を補正する焦点位置補正信号発生回路を備えた
構成としたので、レーザ光の強度が変化しても、また、
レンズの汚れが増別しても、焦点位置のずれを補正する
ことができ、このため、常に安定したレーザ発振器を行
うことができるという優れた効果を奏するものである。
As explained above, the present invention has a configuration in which the laser processing focal position control device t is equipped with a focal position correction signal generation circuit for correcting fluctuations in the focal position due to the thermal lens effect of the lens. Even if changes,
Even if the lens becomes increasingly dirty, the shift in the focal position can be corrected, and as a result, a stable laser oscillator can be operated at all times, which is an excellent effect.

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

第1図はこの発明の一実施例であるレーザ加工焦点位置
制御装置を示す構成図、第2図は、第1図のレーザ別工
無点位置制御装置番こおける焦点位置補正信号発生回路
の一例を示す図、@3図は。 第1図のレーザ加工焦点位置制御装置の動作を説明する
ための各部のタイムチャートを示す図、第4図は従来の
レーザ加工焦点位置制御装置を示す構成図、第5図及び
第6図は、それぞれ第4図のレーザ加工焦点位置制御装
置の動作を説明するための要部拡大図、及びレーザ光の
強度を示す図でちる。 図において、1・・・レーザ発振器、2・・・レーザ光
。 3・・・ペンドミラー−4・・・加工ヘッド、5・・・
レンズ。 6・・・被加工物、7・−・距離検出器、8・・・高さ
設定器。 9.21・・・増幅器、10・・・サーボモータ駆動装
置。 11・・・サーボモータ、12.13・・・焦点位置−
14゜15.16.17・・・レーザ光2の強度、18
・・・ビームスプリッタ、19・・・レーザ光検出器、
20・・・焦点位置補正信号発生回路、22.24・・
・分率器。 23・・・抵抗、25・・・コンデンサ、26.27・
・・オペレーショナルアン7’、28・・・刀o算i−
29・・・スロープ信号の変化量、30.31・・・波
形である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第3図 29ニスロープ・飾巧l変化量 30.31:液形
FIG. 1 is a block diagram showing a laser processing focal position control device which is an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a focus position correction signal generation circuit in the laser processing non-point position control device shown in FIG. 1. The figure @3 shows an example. Fig. 1 is a diagram showing a time chart of each part to explain the operation of the laser processing focal position control device, Fig. 4 is a block diagram showing a conventional laser processing focal position control device, and Figs. 5 and 6 are , an enlarged view of a main part for explaining the operation of the laser processing focal position control device shown in FIG. 4, and a diagram showing the intensity of laser light, respectively. In the figure, 1... laser oscillator, 2... laser light. 3... Pend mirror - 4... Processing head, 5...
lens. 6... Workpiece, 7... Distance detector, 8... Height setting device. 9.21...Amplifier, 10...Servo motor drive device. 11... Servo motor, 12.13... Focus position -
14゜15.16.17...Intensity of laser beam 2, 18
... Beam splitter, 19... Laser photodetector,
20... Focus position correction signal generation circuit, 22.24...
- Fractionator. 23...Resistor, 25...Capacitor, 26.27.
...Operational Anne 7', 28...Katana o San i-
29... Amount of change in slope signal, 30.31... Waveform. In each figure, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. Figure 3 29 Nislope/Kakashiku l change amount 30.31: Liquid form

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] レーザ光をレンズにより集光し、焦点位置近傍で被加工
物に穴明け加工及び切断加工等を行うレーザ加工装置の
加工ヘッドの高さを検出する距離検出器と、この加工ヘ
ッドの高さを制御するサーボモータ及びサーボモータ駆
動装置を具備し、前記被加工物からの前記加工ヘッドの
高さを設定値に保つように制御する焦点位置制御装置に
おいて、前記レーザ光の強度信号に比例して発生された
スロープ信号に、前記レーザ光の強度信号の1部を加算
する焦点位置補正信号発生回路を備え、前記加工ヘッド
の高さの前記設定値に対し、前記焦点位置補正信号発生
回路の出力を減算することを特徴とするレーザ加工焦点
位置制御装置。
A distance detector that detects the height of the processing head of a laser processing device that focuses laser light with a lens and performs drilling, cutting, etc. on the workpiece near the focal point, and a distance detector that detects the height of the processing head. In a focal position control device that includes a controlling servo motor and a servo motor drive device, and controls the height of the processing head from the workpiece to be maintained at a set value, the height is proportional to the intensity signal of the laser beam. a focus position correction signal generation circuit that adds a part of the intensity signal of the laser beam to the generated slope signal, and an output of the focus position correction signal generation circuit for the set value of the height of the processing head; A laser processing focal point position control device characterized by subtracting .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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