JPS6189509A - レ−ザ加工機の距離計 - 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〕 この発明は加工ヘッドの加工レンズからワークまでの距
離を光学的に測定するレーザ加工機の距離計に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の装置として、第２図に示すようなものが
あった。図において、１はレーザ加工機の後述する加工
ヘッド内を通過するレーザ光、２はレーザ光を集束する
加工レンズ、３は被加工物であるワーク、４は計測用の
光源、５は光源４より放射されるビームを集束する投光
レンズ、６はワーク３上に結ばれたビームの結像を撮像
する受光レンズ、γはこの撮像したビームの結像位置に
応じた電気信号を出力する受光素子、８はこの受光素子
７から出力される電気信号を処理することによって、加
工レンズ２からワーク３の加工面までの距離ｐを演算す
る処理回路、９は上記の加工ヘッドで、断面図で示しで
ある。

次に動作について説明する。レーザ加工機はレーザ光１
を加工レンズ２により集束し、高エネルギ化してワーク
３表面に照射し、これに切断や溶接の加工を加える。こ
のとき、加工効率を高めるために、レーザ光１のビーム
ウェスト位置をワーり位置に適合する必要があり、この
ため加工レンズ２とワーク３との距離２を最適の一定値
に常圧保つ上記距離計が用いられる。

光源４より放射されたビームは、投光レンズ５によって
適当な大きさの光スポットとなってワーク３上に照射さ
れる。受光レンズ５はこのワーク３上の光スポットを撮
像し、受光素子γ上にその光スポット像を結像する。受
光素子７はその結像位置に応じた電気信号を出力する。

すなわち、この受光素子７は光スポット像が結ばれた位
置を特定する２つの信号電流ＩＡ、ＩＢを２つの電極か
ら出力し、この２つの電流にもとづいて、処理回路は結
像位置Ｐを次式の演算によって特定する。

この式によれば、受光素子７の出力は、元スポット像の
位置と光エネルギの強さに比例するため、光スポット像
の強度変化に相当するｉＡ＋　ｉＢ　ヲ導入して、光ス
ポットの位置のみに比例する出力を得ている。なお、ｉ
Ａ＋ｉＢは光スポットのエネルギの強さを示し、ＩＡ　
　ＩＢ（または！Ｂ　！Ａ）は結像位置を特定する。

一方、投光レンズ５および受光レンズ６の各光点よりワ
ーク３０表面までの距離Ａは、として求められる。ここ
で、Ｌは投光レンズ５゜６の各光点間の距離、ψは加工
レンズ２の光軸と投光レンズ５の光軸との角度、θは加
工レンズ２の光軸と受光レンズ６０光軸゛との角度であ
る。Ｌおよびψはヘッド本体９の構造から定まる一定値
であり、θは光スポット像の位置Ｐ、受光レンズ５の焦
点距離などによって定まるが、Ｐ以外の値はやはり固定
値となる。つまり、Ａはワーク３表面の変位に対応する
Ｐのみを変数として決定される。

また、加工レンズ２とワーク３表面との間の距離２は、
（２）式のＡに一定の定数Ｋをかけ合わせて求められ、
下記のように算出される。

！＝に−Ａ　　　・・・・・・・・・・・・　（３）こ
こで、Ｋは事前に計算または実測によって求められる定
数である。

処理回路８は上記（１）　、　（２）　、　（３１式の
演算を実行し、距離！を算出する。したがって、アクチ
ュエータ忙よって位置調整される加工ヘッド９は、上記
！値にもとづいて、常にレーザ光１のビームウェストが
ワーク３上面位置にくるように最適制御され、ワーク３
の最適加工が行われる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のレーザ加工機の距離計は以上のように構成されて
いるので、計測用のビームがワーク３表面に対し斜めに
照射され、第３図に示すようにワーク３表面が波形など
三次元的立体曲面である場合には、元スポットが照射さ
れる位置が例えば、Δにも変化し、正確に加工面までの
上記距離が計測できないという欠点があった。また、計
測用のビームがレーザ光１による加工跡の影響を強（受
け、予定しない方向釦反射拡散してしまうという問題点
があった〇 この発明は上記のような従来のものの問題点を除去する
ためになされたもので、リング状ミラーによってレーザ
光による加工部位を囲むように計測用の光ビームをワー
ク上に集束させること忙よって、ワーク表面が三次元立
体表面でも正確に加工部位までの距離を計測できるレー
ザ加工機の距離計を提供することを目的としている〇〔
問題点を解決するための手段〕 この発明にがかるレーザ加工機の距離計は、計測用の光
ビームの投光系にリング状ミラーを設け、このミラーに
よってレーザ光のワーク照射部を中心に結ばせたリング
状スポット像の位置から加工部位を正しく求めて、加工
レンズからワークまでの距離を測定できるようにしたも
のである。

〔作用〕

この発明においては、計測用の元ビームをリング状ミラ
ーによってリング状となし、この元ビームを集束して、
ワーク上の加工部位を囲むようなスポット像となすこと
により、このスポット像はワーク表面の凹凸形状に合っ
た形状のパターンとして受光素子に入射される。この受
光素子は上記パターンに応じた位置信号を出力し、この
出力信号にもとづいてワーク上の加工位置を正確に演算
し、さらＫこの位置における加工レンズとワーク表面と
の距離を高精度に計測し、レーザ光による効率の良い加
工をワークに施すことになる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、符号１から９までの構成部分およびこれら
の作用は第２図について述べた場合と同一であり、その
重複する説明を省く。第１図において、１０はリング状
ミラーで、このミラー１００面が加工レンズ２および投
光レンズ５の各光軸に対してそれぞれ４５度の傾きで交
さするように配置されている。したがって、光源４およ
び投光レンズ５の取付位置は第２図に示すものと少々異
っている。また、レーザ光１の集束光は上記リング状ミ
ラー１０の透孔を通過するが、計測用の投光レンズ５か
らの光ビームはリング状ミラー１０に反射されて、加工
部位周辺のワーク上にリング状スポットを作るようにな
っている。

この発明による距離計の動作は以下の通りであり、この
動作はレーザ加工を実行する前または実行中に行われる
。先ず、光源４より測定用の光を投光レンズ５に投射す
る。この光は投光レンズ５により集束された光ビームと
なり、リング状ミラー１０で反射され、そのリング状の
光ビームがワーク３上の加工部位を囲んでリング状の光
スポットを作る。このとき、リング状の元ビームの中心
軸はレーザ光１の光軸に一致させる。ワーク３上の元ス
ポットは受光レンズ６によって受光素子７上に結像され
る。この受光素子７は光スポットの中心位置に応じた信
号を出力するので、これが加工部位に応じた信号として
処理回路８に入力される。すなわち、上記（１）式で得
られたＰが加工部位に応じた値となる。この値はワーク
３が傾いていたり三次元立体曲面となっていても何ら変
わらないので、従来と同様に求められる。したがって、
加工レンズ２とワーク３の距離２も（３）式にもとづき
求めることができ、この距離２の演算出力にもとづき、
加工ヘッド９の位置が最適加工状態に制御されることに
なる。

なお、上記実施例では、投光レンズ５とリング状ミラー
１０を用いて計測用ビームをリング状に集束したが、こ
れらの投光レンズ５およびリング状ミラー１０に代えて
リング状凹面鏡を用いても、同様にリング状に集束した
光ビームを作ることができるものである。

このように、計測用の光ビームの中心軸を、加工用レー
ザ光の光軸と一致させることにより、ワーク３表面の状
態が水平でないにも拘わらず、その状態に応じた光の反
射パターンからこの反射パターンの中心、つまり加工部
位を簡単かつ正確に求めることができ、この加工部位に
対し加工ヘッド９を最適距離にセットできる。なお、加
工部位が微細な凹凸形状をなす場合にあっても、その凹
凸形状に対応して受光素子７に得られた光スポットのパ
ターンから加工部位を演算することも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、リング状ミラーによ
って、レーザ光によるワーク上の加工部位を囲むように
このレーザ光の光軸に対して中心軸が一致するリング状
の計測用ビームをワーク上に集束させることにより、ワ
ークの傾きや凹凸状態さらには加工跡に影響されずに、
加工ヘッドから加工部位までの距離を正確に計測できる
距離計が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の距離計の一実施例を示す説明図、第
２図は従来の距離計を示す説明図、第３図は従来の元ビ
ームの進路を説明する説明図である。 １・・・レーザ光、２・・・加工レンズ、３・・・ワー
ク、４・・・光源、５・・・投光レンズ、６・・・受光
レンズ、７・・・受光素子、８・・・処理回路、９・・
・加工ヘッド、１０・・・リング状ミラー。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。 Ｉ：　レー寸″テｅ、２：力０エレンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ加工するワーク上の加工部位に測定用の光
   ビームを照射し、この光ビームによつてできた上記ワー
   ク上の光スポット像を撮像することにより、加工レンズ
   からワークまでの距離を測定するレーザ加工機の距離計
   において、上記光ビームの投光系に、上記レーザ光の光
   軸を中心としてこのレーザ光を囲むリング状の光ビーム
   を形成するリング状ミラーを設置したことを特徴とする
   レーザ加工機の距離計。
2. （２）リング状ミラーをリング状凹面鏡としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工機の距
   離計。