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JP2599463Y2 - Laser focus position fluctuation measurement device - Google Patents

Laser focus position fluctuation measurement device

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Publication number
JP2599463Y2
JP2599463Y2 JP1993005827U JP582793U JP2599463Y2 JP 2599463 Y2 JP2599463 Y2 JP 2599463Y2 JP 1993005827 U JP1993005827 U JP 1993005827U JP 582793 U JP582793 U JP 582793U JP 2599463 Y2 JP2599463 Y2 JP 2599463Y2
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JP
Japan
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light
laser beam
laser
condensing
fluctuation
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JP1993005827U
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Japanese (ja)
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Inventor
耕三 安田
隆 桜井
明良 早川
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Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Jukogyo KK filed Critical Kawasaki Jukogyo KK
Priority to JP1993005827U priority Critical patent/JP2599463Y2/en
Publication of JPH0665808U publication Critical patent/JPH0665808U/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】レーザ加工用の光ファイバにレー
ザ光を供給する光学装置や、レーザ加工用ノズル等のレ
ーザ光を使用する光学装置に於いて使用されるレーザ集
光位置変動計測装置、及びレーザ光の集光位置、形状、
強度等を計測するレーザビーム変動計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION An optical device for supplying laser light to an optical fiber for laser processing, a laser condensing position fluctuation measuring device used in an optical device using laser light such as a laser processing nozzle, And the focusing position and shape of the laser light,
The present invention relates to a laser beam fluctuation measurement device that measures intensity and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工用ノズルに於いては、エネル
ギー効率が良く、しかも高い精度で加工を行なうため
に、レーザ光を加工点に正確にしかも安定して集光させ
ることが必要である。また、レーザ加工用の装置に於い
ては、レーザ加工用ノズルにレーザ光を供給する光ファ
イバにエネルギーロスを生じないようにレーザビームを
導く必要がある。そのためには、光ファイバの端面中央
部に正確にしかも長時間に亘って安定してレーザビーム
を集光させることが必要となる。このように、レーザ加
工の分野に於いては、レーザビームを所定の位置に安定
して集光させる技術が重要な鍵を握っている。
2. Description of the Related Art In a laser processing nozzle, it is necessary to accurately and stably focus a laser beam on a processing point in order to perform processing with high energy efficiency and high accuracy. Further, in an apparatus for laser processing, it is necessary to guide a laser beam so that energy loss does not occur in an optical fiber that supplies laser light to a laser processing nozzle. For that purpose, it is necessary to converge the laser beam accurately and stably for a long time at the center of the end face of the optical fiber. As described above, in the field of laser processing, a technique for stably focusing a laser beam at a predetermined position is an important key.

【0003】レーザビームの集光位置の変動は、ドリフ
トと呼ばれる現象の一つの現われである。このドリフト
は、レーザ加工の際の加工時間の経過と共に生じる温度
変化が主たる原因であると考えられる。具体的にはこの
ドリフトは、温度上昇に伴うレーザ発振器の共振器長の
変化、ミラー、集光レンズ等の光学素子からなる光学系
に於ける光学素子間の長さや角度の変化、更にはレーザ
ビームが通過する空間中を漂うガスによる屈折率の変化
等によって生じる。このようなドリフトが生じると、レ
ーザビームの集光位置は光軸方向に変動するのみなら
ず、光軸に垂直な面内でも変動することになる。
[0003] The fluctuation of the focusing position of the laser beam is one manifestation of a phenomenon called drift. It is considered that the drift is mainly caused by a temperature change occurring with the elapse of the processing time during laser processing. Specifically, this drift is caused by a change in the resonator length of the laser oscillator due to a rise in temperature, a change in the length or angle between optical elements in an optical system including optical elements such as a mirror and a condensing lens, and further, a laser. This is caused by a change in the refractive index due to gas floating in the space through which the beam passes. When such a drift occurs, the condensing position of the laser beam fluctuates not only in the optical axis direction but also in a plane perpendicular to the optical axis.

【0004】従来より、レーザ加工用ノズルの場合に
は、レーザビームを加工点に安定して供給するために以
下に示すような構成を有する装置や方法が用いられてい
る。
Conventionally, in the case of a laser processing nozzle, an apparatus or method having the following configuration has been used to stably supply a laser beam to a processing point.

【0005】(1)レーザビームの集光位置でワイヤを
回転させ、このワイヤからの反射光によって集光位置を
求める周知のビーム計測装置。
(1) A well-known beam measuring apparatus that rotates a wire at a laser beam condensing position and obtains a condensing position by reflected light from the wire.

【0006】(2)図8に示すように、NC装置82か
らの信号に基づいてレーザ発振器ビーム取り出し口と集
光レンズ84との距離を装置83に於いて演算により求
め、この演算結果に基づいて集光スポットを一定に保つ
加工装置(特開昭60−187492号公報)。
(2) As shown in FIG. 8, the distance between the laser oscillator beam extraction port and the condenser lens 84 is obtained by calculation in the device 83 based on the signal from the NC device 82, and based on the calculation result. Processing apparatus that keeps the converging spot constant (Japanese Patent Laid-Open No. 60-187492).

【0007】(3)図9に示すように、加工点からの反
射光の強度をパワーセンサ87を用いて計測することに
より、レーザビームの集光点を加工点に一致させる方法
(特開平3−23092号公報)。
(3) As shown in FIG. 9, a method of measuring the intensity of reflected light from a processing point by using a power sensor 87 so that the converging point of the laser beam coincides with the processing point -23092).

【0008】(4)図10に示すように、距離センサ8
8を用いて加工ヘッド89と加工点との間の距離を計測
し、これに基づいてレーザビームの集光点を加工点に一
致させる方法(特開平3−110091号公報)。
(4) As shown in FIG.
8, the distance between the processing head 89 and the processing point is measured, and based on this, the focal point of the laser beam is made to coincide with the processing point (Japanese Patent Application Laid-Open No. H3-110091).

【0009】(5)図11に示すように、加工用レーザ
ビームとは別に計測用レーザビーム98を集光レンズ9
7に入射させて集光レンズ97の熱変形量を測定し、こ
の測定結果に基づいて集光レンズ97の位置を調整して
加工用レーザビームの集光点を加工点に一致させるレー
ザ加工装置(特開昭61−137693号公報)。
(5) As shown in FIG. 11, a measuring laser beam 98 is provided separately from the processing laser beam by the focusing lens 9.
7, the amount of thermal deformation of the condenser lens 97 is measured, and based on the measurement result, the position of the condenser lens 97 is adjusted so that the focal point of the processing laser beam coincides with the processing point. (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-137693).

【0010】[0010]

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1)の構成は、レーザ加工に先だってレーザビームの
集光位置を求めるものであり、レーザ加工中に焦点位置
の調整を行なうことができない。従って、加工時間の経
過と共にドリフトが生じると加工を中断し、再びワイヤ
を回転させて焦点位置の調整を行なわなければならない
という問題点がある。
However, the configuration of (1) above seeks the focus position of the laser beam prior to laser processing, and cannot adjust the focal position during laser processing. Therefore, there is a problem that if a drift occurs as the processing time elapses, the processing must be interrupted and the wire must be rotated again to adjust the focal position.

【0011】また、(2)の構成では、レーザ発振器ビ
ーム取り出し口と集光レンズとの距離を規定するのみで
あり、上記のようにドリフトが生じてレーザビームその
ものの特性が変化した場合には、レーザビームの集光点
を加工点に一致させることはできないという問題点があ
る。
In the configuration of (2), only the distance between the laser oscillator beam extraction port and the condenser lens is specified, and when the drift occurs as described above and the characteristics of the laser beam itself change, However, there is a problem that the focal point of the laser beam cannot be matched with the processing point.

【0012】更に、(3)の構成では、以下のような問
題点がある。即ち、加工点では高エネルギーの加工用レ
ーザビームの照射によってプラズマが発生する。このプ
ラズマや外乱光の影響により、加工点からの反射光の強
度を計測しても、レーザビームの集光位置を正確に知る
ことができない。
Further, the configuration (3) has the following problems. That is, at the processing point, plasma is generated by irradiation of a high-energy processing laser beam. Due to the influence of the plasma and disturbance light, even if the intensity of the reflected light from the processing point is measured, it is not possible to accurately know the condensing position of the laser beam.

【0013】(4)の構成では、加工ヘッドと加工点と
の間の距離を計測するのみであり、上記(2)の場合と
同様に、ドリフトが生じてレーザビームそのものの特性
が変化した場合には、レーザビームの集光点を加工点に
一致させることはできない。
In the configuration (4), only the distance between the processing head and the processing point is measured. As in the case of the above (2), when the drift occurs to change the characteristics of the laser beam itself. However, the focal point of the laser beam cannot be matched with the processing point.

【0014】(5)の構成では、集光レンズの熱変形に
よるドリフトは解消されるものの、他の例えば共振器長
の変化によるドリフトには対処することができない。
In the configuration of (5), although drift due to thermal deformation of the condenser lens is eliminated, it is not possible to cope with other drifts due to, for example, a change in the resonator length.

【0015】更に、上記(1)〜(5)の構成では、ド
リフトによって生じる加工点に於けるレーザビームの強
度、レーザビームの径等の変動を計測することができな
いという問題点がある。
Further, the above configurations (1) to (5) have a problem that fluctuations in laser beam intensity, laser beam diameter, and the like at a processing point caused by drift cannot be measured.

【0016】本考案はこのような従来の問題点を一挙に
解決するものであり、本考案の目的は、レーザビームの
集光位置の変動を、そのレーザビームの使用下に於いて
計測し得るレーザ集光位置変動計測装置を提供すること
である。また、本考案の他の目的は、レーザビームの集
光位置の変動、集光ビームの大きさの変動及び集光ビー
ム強度の変動を、そのレーザビームの使用下に於いて計
測し得るレーザビーム変動計測装置を提供することであ
る。
The present invention solves such a conventional problem at a glance, and an object of the present invention is to measure a change in the focusing position of a laser beam while using the laser beam. An object of the present invention is to provide a laser condensing position fluctuation measuring device. Another object of the present invention is to provide a laser beam capable of measuring a change in a focused position of the laser beam, a change in the size of the focused beam, and a variation in the focused beam intensity using the laser beam. It is to provide a fluctuation measuring device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本考案に係るレーザ集光
位置変動計測装置は、レーザ発振器を有するレーザ光源
装置から出射されるレーザビームを集光光学系により所
定の集光位置に集光さて使用する光学装置に於いて使用
され、前記集光位置の変動を前記レーザビームの使用下
に於いて計測するレーザ集光位置変動計測装置であっ
て、前記レーザ光源装置から前記集光位置に至る光路に
於いて前記レーザビームの一部をモニタ光として取り出
すモニタ手段と、該モニタ光に基づいて前記集光位置の
変動を検出する集光位置変動検出手段とを備えたことを
特徴とする。
According to the present invention, there is provided a laser condensing position fluctuation measuring apparatus in which a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator is condensed to a predetermined condensing position by a condensing optical system. A laser light condensing position fluctuation measuring device used in an optical device to be used and measuring the fluctuation of the light condensing position while using the laser beam. A monitor means for extracting a part of the laser beam as monitor light in an optical path, and a light-condensing position fluctuation detecting means for detecting a fluctuation of the light-condensing position based on the monitor light.

【0018】また、上記構成に於いて、前記モニタ手段
は、前記集光光学系と前記集光位置との間に設けられた
反射部材であり、前記集光位置変動検出手段は前記反射
部材からの反射光を検出する複数の光センサによって構
成され、前記各光センサに於ける光の強度の変動により
前記集光位置の変動が計測される構成とすることもでき
る。
In the above arrangement, the monitor means is a reflection member provided between the light-collecting optical system and the light-collecting position, and the light-condensing-position fluctuation detecting means detects the light from the reflection member. And a plurality of optical sensors for detecting the reflected light of the optical sensors, and a change in the light condensing position is measured by a change in the intensity of light at each of the optical sensors.

【0019】また、前記モニタ手段は、前記集光光学系
と前記集光位置との間に設けられ、前記レーザビームの
一部をモニタ光として取り出して前記集光位置とは異な
る集光点に集光させる反射部材であり、前記集光位置変
動検出手段は、前記モニタ光の集光点に配設され、前記
モニタ光の集光点の変動によって前記レーザビームの集
光位置の変動を検出するビーム位置検出装置である構成
とすることもできる。
The monitor means is provided between the condensing optical system and the condensing position, and takes out a part of the laser beam as monitor light to a condensing point different from the condensing position. A reflection member for condensing light, wherein the light-condensing position fluctuation detecting means is disposed at a light-condensing point of the monitor light, and detects a fluctuation of the light-condensing position of the laser beam by a fluctuation of the light condensing point of the monitor light. It can also be configured to be a beam position detecting device that performs the above.

【0020】更に、前記モニタ手段は、前記レーザ光源
装置と前記集光光学系との間に設けられた、前記レーザ
ビームの一部をモニタ光として取り出す反射部材であ
り、前記集光位置変動検出手段を、前記反射部材からの
モニタ光を集光させるモニタ集光光学系と、前記モニタ
光の集光点に配設され前記モニタ光の集光点の変動によ
って前記レーザビームの集光位置の変動を検出するビー
ム位置検出装置とによって構成することもできる。
Further, the monitor means is a reflection member provided between the laser light source device and the condensing optical system for extracting a part of the laser beam as monitor light. Means, a monitor light condensing optical system for condensing monitor light from the reflection member, and a light condensing position of the laser beam, which is disposed at a light condensing point of the monitor light, and which varies the light condensing point of the monitor light. It can also be constituted by a beam position detecting device for detecting fluctuation.

【0021】本考案に係るレーザビーム変動計測装置
は、レーザ発振器を有するレーザ光源装置から出射され
るレーザビームを集光光学系により集光させて使用する
光学装置に於いて使用され、前記集光光学系によるレー
ザビームの集光位置の変動、集光ビームの大きさの変動
及び集光ビーム強度の変動を前記レーザビームの使用下
に於いて計測するレーザビーム変動計測装置であって、
前記レーザ光源装置から前記集光位置に至る光路に於い
て前記レーザビームの一部をモニタ光として取り出すモ
ニタ手段と、前記モニタ光を複数の計測光に分離する光
分離手段と、前記計測光のうちの1つから前記集光位置
に於けるレーザビームの強度の変動を計測するビーム強
度変動計測手段と、前記計測光のうちの他の1つから前
記集光位置の変動を検出する集光位置変動検出手段と、
前記計測光のうちの更に他の1つから前記レーザビーム
の寸法を検出することにより前記集光位置に於ける集光
ビームスポットの大きさの変動を計測するレーザビーム
寸法変動計測手段とを備えたことを特徴とする。
The laser beam fluctuation measuring device according to the present invention is used in an optical device which uses a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator by condensing it with a converging optical system. A laser beam fluctuation measurement device that measures the fluctuation of the focal position of the laser beam by the optical system, the fluctuation of the size of the focused beam, and the fluctuation of the focused beam intensity using the laser beam,
Monitoring means for extracting a part of the laser beam as monitor light in an optical path from the laser light source device to the light condensing position; light separating means for separating the monitor light into a plurality of measurement lights; A beam intensity variation measuring means for measuring a variation in the intensity of the laser beam at the focusing position from one of them, and a focusing device for detecting a variation in the focusing position from the other one of the measurement lights. Position change detection means;
Laser beam size variation measuring means for measuring the size variation of the focused beam spot at the focusing position by detecting the size of the laser beam from yet another one of the measurement lights. It is characterized by having.

【0022】[0022]

【作用】上記の構成よりなるレーザ集光位置変動計測装
置は、レーザ発振器、光学レンズ等によって構成される
レーザ光源装置から出射されるレーザビームを、集光光
学系によって所定の集光位置に集光させる光学装置に於
いて使用される。レーザビームの集光位置には光ファイ
バの端面、加工対象物等が配置される。また、本考案の
レーザ集光位置変動計測装置は、レーザビームの集光位
置の変動をインプロセスで、即ちこのレーザビームの使
用下に計測を行なうものである。例えば、本考案の計測
装置を光ファイバの端面にレーザ光を集光させる光学装
置に用いる場合には、実際に光ファイバの端面にレーザ
ビームを実際に供給しながらその集光位置の変動が計測
され、本考案の計測装置をレーザ加工装置に用いる場合
には、実際に加工を行ないながらその集光位置の変動が
計測される。
In the laser condensing position fluctuation measuring device having the above-mentioned configuration, a laser beam emitted from a laser light source device constituted by a laser oscillator, an optical lens and the like is condensed to a predetermined condensing position by a condensing optical system. Used in optical devices to light. The end face of the optical fiber, the object to be processed, and the like are arranged at the laser beam condensing position. Further, the laser condensing position fluctuation measuring device of the present invention measures the fluctuation of the condensing position of the laser beam in process, that is, using this laser beam. For example, when the measuring device of the present invention is used for an optical device that focuses a laser beam on the end face of an optical fiber, a change in the focus position is measured while actually supplying a laser beam to the end face of the optical fiber. When the measuring device of the present invention is used for a laser processing device, the fluctuation of the light-collecting position is measured while actually performing the processing.

【0023】本考案のレーザ集光位置変動計測装置はレ
ーザビームのモニタ手段を有しており、このモニタ手段
は、レーザ光源装置から集光位置に至る光路に於いてレ
ーザビームの一部をモニタ光として取り出す。このモニ
タ光は集光位置変動検出手段に導かれ、ここで集光位置
の変動が検出される。
The laser condensing position fluctuation measuring device of the present invention has a laser beam monitoring means, and this monitoring means monitors a part of the laser beam in the optical path from the laser light source device to the condensing position. Take it out as light. This monitor light is guided to the focus position change detecting means, where the change in the focus position is detected.

【0024】モニタ手段を集光光学系と前記集光位置と
の間に設けた1又は2以上の反射部材によって構成し、
集光位置変動検出手段をこの反射部材からの反射光を検
出する複数の光センサによって構成することができる。
この構成では、各光センサに於ける光の強度の変動(光
オフ状態から光オン状態への変動を含む)によって、集
光位置の変動が計測される。即ち、各光センサが検出す
る光の強度の変動によって、集光位置の光軸方向に於け
る変動を計測することができ、光の強度の変動を検出し
た光センサの位置によって光軸に垂直な面内での集光位
置の変動を計測することができる。
The monitor means is constituted by one or two or more reflecting members provided between the condensing optical system and the condensing position,
The light condensing position variation detecting means can be constituted by a plurality of optical sensors for detecting the reflected light from the reflecting member.
In this configuration, the fluctuation of the light condensing position is measured by the fluctuation of the light intensity (including the fluctuation from the light-off state to the light-on state) in each optical sensor. That is, the variation in the light intensity detected by each optical sensor can be used to measure the variation in the optical axis direction of the condensing position, and the position of the optical sensor that has detected the variation in the light intensity is perpendicular to the optical axis. It is possible to measure the fluctuation of the light condensing position in a complicated plane.

【0025】また、モニタ手段としての反射部材を上記
集光位置とは異なる集光点に反射光を集光させる反射部
材とし、集光位置変動検出手段をモニタ光の集光点に配
設されたビーム位置検出装置によって構成した場合に
は、このビーム位置検出装置によって、入射する光のス
ポットの位置及び大きさを検出することができる。この
構成では、モニタ光は実際に使用されているレーザビー
ムの集光位置の変動をそのまま反映する。従って、レー
ザビームの集光位置の光軸方向の変動は、ビーム位置検
出装置でのモニタ光のスポットの大きさの変化として計
測される。また、レーザビームの集光位置の光軸に垂直
な面内での変動は、ビーム位置検出装置でのモニタ光の
スポット位置の変動として計測される。
Further, the reflection member as the monitor means is a reflection member for condensing the reflected light at a light condensing point different from the light condensing position, and the light condensing position fluctuation detecting means is provided at the light condensing point of the monitor light. In the case of using the beam position detecting device, the position and size of the spot of the incident light can be detected by the beam position detecting device. In this configuration, the monitor light reflects the change in the focusing position of the laser beam actually used as it is. Therefore, the fluctuation of the condensing position of the laser beam in the optical axis direction is measured as a change in the spot size of the monitor light in the beam position detecting device. Further, the fluctuation of the laser beam condensing position in a plane perpendicular to the optical axis is measured as the fluctuation of the spot position of the monitor light in the beam position detecting device.

【0026】更に、モニタ手段としてレーザ光源装置と
集光光学系との間に設けた反射部材を用い、集光位置変
動検出手段をこの反射部材からのモニタ光を集光させる
モニタ集光光学系と、上述のビーム位置検出装置とによ
って構成した場合には、モニタ光は集光光学系を通過す
る前に取り出されるため、モニタ集光光学系によってモ
ニタ光がビーム位置検出装置上に集光する必要がある。
ビーム位置検出装置上では、上述と同様に、レーザビー
ムの集光位置の光軸方向の変動と、光軸に垂直な面内で
の変動が計測される。
Further, a reflecting member provided between the laser light source device and the condensing optical system is used as the monitor means, and the condensing position fluctuation detecting means is used as a monitor condensing optical system for condensing monitor light from this reflecting member. And the above-mentioned beam position detecting device, the monitor light is taken out before passing through the condensing optical system, so that the monitor light is condensed on the beam position detecting device by the monitor condensing optical system. There is a need.
As described above, the beam position detecting device measures the fluctuation of the laser beam condensing position in the optical axis direction and the fluctuation in a plane perpendicular to the optical axis.

【0027】本考案のレーザビーム変動計測装置は、前
述のレーザ集光位置変動計測装置と同様に、レーザビー
ムを集光光学系によって所定の集光位置に集光させる光
学装置に於いて使用され、レーザビームの集光位置の変
動、集光ビームの大きさの変動及び集光ビーム強度の変
動をインプロセスで計測するものである。このレーザビ
ーム変動計測装置では、モニタ手段は、レーザ光源装置
から集光位置に至る光路に於けるレーザビームの一部を
モニタ光として取り出す。取り出されたモニタ光は、光
分離手段によって複数の計測光に分離される。ビーム強
度変動計測手段はこれらの計測光の内の1つを用いて、
入射レーザビームの強度の変動を計測する。また、他の
1つの計測光は、集光位置変動検出手段に於いて集光位
置の変動の検出に用いられる。更に、他の1つの計測光
は、レーザビーム寸法変動計測手段に於いて集光位置に
於ける集光ビームの大きさの変動を計測するのに用いら
れる。
The laser beam fluctuation measuring device of the present invention is used in an optical device for condensing a laser beam at a predetermined light condensing position by a light condensing optical system, similarly to the aforementioned laser light condensing position fluctuation measuring device. In-process measurement of a change in the focused position of the laser beam, a change in the size of the focused beam, and a change in the intensity of the focused beam. In this laser beam fluctuation measuring device, the monitoring means extracts a part of the laser beam in the optical path from the laser light source device to the focusing position as monitor light. The extracted monitor light is separated into a plurality of measurement lights by a light separating unit. The beam intensity fluctuation measuring means uses one of these measuring lights,
The fluctuation of the intensity of the incident laser beam is measured. The other one of the measurement lights is used for detecting a change in the light condensing position by the light condensing position fluctuation detecting means. Further, the other one of the measurement lights is used for measuring a change in the size of the focused beam at the focusing position by the laser beam size variation measuring means.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0029】図1(a)に本考案の第1の実施例に係る
レーザ集光位置変動計測装置の断面構成を示す。本実施
例のレーザ集光位置変動計測装置は、高出力の炭酸ガス
レーザ発振器1と、高出力レーザ発振器1から出射され
るレーザビームを、光軸Xに対して略平行で所定のビー
ム径に調整されたレーザビームBに変換するテレスコー
プ2と、テレスコープ2からのレーザビームBを集光レ
ンズ4に入射させるベンディングミラー3とを有する光
学装置に設けられている。本実施例では、高出力レーザ
発振器1とテレスコープ2とによってレーザ光源装置が
構成され、集光レンズ4が集光光学系として機能してい
る。集光レンズ4は略平行な光線として入射するレーザ
ビームBを、光軸X上の集光位置Pに集光させる。この
集光位置Pには、光ファイバの端面、加工対象物などが
置かれる。
FIG. 1 (a) shows a cross-sectional configuration of a laser condensing position fluctuation measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. The laser condensing position fluctuation measuring apparatus of this embodiment adjusts a high-output carbon dioxide laser 1 and a laser beam emitted from the high-output laser 1 to a predetermined beam diameter substantially parallel to the optical axis X. The optical device includes a telescope 2 that converts the laser beam B into a converted laser beam B, and a bending mirror 3 that causes the laser beam B from the telescope 2 to enter a condenser lens 4. In this embodiment, a high-power laser oscillator 1 and a telescope 2 constitute a laser light source device, and a condenser lens 4 functions as a condenser optical system. The condensing lens 4 condenses the laser beam B incident as a substantially parallel light beam on a converging position P on the optical axis X. At the light condensing position P, an end face of the optical fiber, an object to be processed, and the like are placed.

【0030】また、本実施例では、集光レンズ4と集光
位置Pとの間に、図1(c)の平面図に示す4つの第1
ナイフエッジ反射板5a〜5dが設けられている。本実
施例では、これらの第1ナイフエッジ反射板5a〜5d
と、後述する第2ナイフエッジ反射板7a〜7dとがモ
ニタ手段として機能している。第1ナイフエッジ反射板
5a〜5dは、光軸Xに垂直な面内で光軸Xを取り囲む
位置に配され、レーザビームBが正常な集光位置Pに向
かって集光している場合にはこれに触れることなく、し
かも、このレーザビームBに非常に近接した位置に配置
されている。また、第1ナイフエッジ反射板5a〜5d
の下方には、各反射板5a〜5dに対応する4つの第1
光センサ6a〜6dが配されている。本実施例ではこれ
らの第1光センサ6a〜6dと、後述する第2光センサ
8a〜8dとが集光位置変動検出手段として機能してい
る。第1光センサ6a〜6dは、レーザビームBの集光
位置Pが正常な位置から外れて第1光センサ6a〜6d
にレーザビームBが照射された場合に、その反射光を検
知し得る位置に配されている。
Further, in this embodiment, between the condensing lens 4 and the condensing position P, the four first light sources shown in the plan view of FIG.
Knife edge reflectors 5a to 5d are provided. In the present embodiment, these first knife edge reflectors 5a to 5d
And second knife-edge reflecting plates 7a to 7d described later function as monitoring means. The first knife edge reflectors 5a to 5d are arranged at positions surrounding the optical axis X in a plane perpendicular to the optical axis X, and when the laser beam B is converged toward a normal condensing position P. Is disposed without touching it and at a position very close to the laser beam B. Also, the first knife edge reflectors 5a to 5d
Below the four first reflecting plates 5a to 5d.
Optical sensors 6a to 6d are provided. In the present embodiment, these first optical sensors 6a to 6d and second optical sensors 8a to 8d described later function as light-condensing position fluctuation detecting means. The first optical sensors 6a to 6d deviate from the normal position where the condensing position P of the laser beam B deviates from the normal position.
When the laser beam B is applied to the laser beam, it is arranged at a position where the reflected light can be detected.

【0031】第1光センサ6a〜6dの下方には、各光
センサ6a〜6dに対応する4つの第2ナイフエッジ反
射板7a〜7dが設けられている。これらの第2ナイフ
エッジ反射板7a〜7dは、第1ナイフエッジ反射板5
a〜5dを光軸Xに沿って下方に平行移動した位置に設
けられ、第1ナイフエッジ反射板5a〜5dより光軸X
に近接した位置に配置されている。また、第2ナイフエ
ッジ反射板7a〜7dの下方には、各反射板7a〜7d
に対応する4つの第2光センサ8a〜8dが配されてい
る。これらの第2光センサ8a〜8dは、レーザビーム
Bの集光位置Pが正常な位置から外れて第2ナイフエッ
ジ反射板7a〜7dにレーザビームBが照射された場合
に、その反射光を検知し得る位置に配されている。
Below the first optical sensors 6a to 6d, four second knife edge reflectors 7a to 7d corresponding to the respective optical sensors 6a to 6d are provided. These second knife edge reflectors 7a to 7d are connected to the first knife edge reflector 5
a to 5d are provided at positions translated in a downward direction along the optical axis X, and the first knife edge reflectors 5a to 5d move the optical axis X
It is arranged at a position close to. Below the second knife edge reflectors 7a to 7d, the respective reflectors 7a to 7d
, Four second optical sensors 8a to 8d are arranged. These second optical sensors 8a to 8d detect reflected light when the laser beam B is applied to the second knife edge reflectors 7a to 7d when the condensing position P of the laser beam B deviates from a normal position. It is arranged at a position where it can be detected.

【0032】本実施例のレーザ集光位置変動計測装置
は、以下のように機能する。まず、レーザ発振器1から
出射されるレーザビームBはテレスコープ2で所定のビ
ーム径に調整され、光軸Xに対して略平行なレーザビー
ムBとしてベンディングミラー3に向けて出射される。
ベンディングミラー3で反射されたレーザビームBは集
光レンズ4に入射し、更に所定の集光位置Pに集光す
る。その際、集光するレーザビームBが第1ナイフエッ
ジ反射板5a〜5dに照射されないように、テレスコー
プ2によってレーザビームBのビーム径を調整する。も
し、集光するレーザビームBが第1ナフエッジ反射板5
a〜5dに照射されると、図1(b)に示すように、第
1光センサ6a〜6dによってこれを検知することがで
きる。また、第2ナイフエッジ反射板7a〜7d及び第
2光センサ8a〜8dは、レーザビームBを光軸Xの方
向に一致させるための初期アライメント用検出器として
も用いられている。即ち、レーザビームBの中心軸が光
軸Xと一致していない場合には、レーザビームBが第2
ナイフエッジ反射板7a〜7dの何れかに照射される
と、その反射光が第2光センサ8a〜8dの何れかに於
いて検出される。
The laser condensing position fluctuation measuring device of the present embodiment functions as follows. First, a laser beam B emitted from a laser oscillator 1 is adjusted to a predetermined beam diameter by a telescope 2 and emitted toward a bending mirror 3 as a laser beam B substantially parallel to an optical axis X.
The laser beam B reflected by the bending mirror 3 enters the condenser lens 4 and is further condensed at a predetermined condensing position P. At this time, the beam diameter of the laser beam B is adjusted by the telescope 2 so that the focused laser beam B is not irradiated to the first knife edge reflectors 5a to 5d. If the laser beam B to be focused is on the first naf edge reflector 5
When the light is irradiated on the light sources a to 5d, the light can be detected by the first optical sensors 6a to 6d as shown in FIG. The second knife edge reflectors 7a to 7d and the second optical sensors 8a to 8d are also used as initial alignment detectors for making the laser beam B coincide with the direction of the optical axis X. That is, when the central axis of the laser beam B does not coincide with the optical axis X, the laser beam B
When the light is applied to any of the knife edge reflectors 7a to 7d, the reflected light is detected by any of the second optical sensors 8a to 8d.

【0033】このようにレーザビームBが正しい集光位
置に集光すると、集光位置Pには光ファイバの端面、加
工対象物などが置かれ、実際にレーザビームBが使用さ
れる。そして、時間の経過と共にドリフトを生じ、例え
ば図1(b)に示すように、レーザビームBの径が大き
くなるように変動して集光位置Pが光軸X上を第2ナイ
フエッジ反射板7a〜7d側に変動した場合には、レー
ザビームBの一部が第1ナイフエッジ反射板5a〜5d
によって反射され、この反射光がモニタ光として各第1
光センサ6a〜6dに入射する。これらの第1光センサ
6a〜6dの光検知信号により、レーザビームBがドリ
フトによって正規の集光位置Pから外れたことを知るこ
とができる。
When the laser beam B is condensed at the correct condensing position as described above, the end face of the optical fiber, the object to be processed, etc. are placed at the converging position P, and the laser beam B is actually used. Then, drift occurs with the passage of time, and for example, as shown in FIG. 1B, the diameter of the laser beam B fluctuates so as to increase, and the light condensing position P moves on the optical axis X to the second knife edge reflector. 7A to 7D, a part of the laser beam B is changed to the first knife edge reflectors 5a to 5d.
And the reflected light is used as monitor light for each of the first
The light enters the optical sensors 6a to 6d. From the light detection signals of the first optical sensors 6a to 6d, it is possible to know that the laser beam B has deviated from the normal focus position P due to drift.

【0034】また、レーザビームBの集光位置Pが光軸
Xに垂直な面内で、即ち、光軸Xから外れるように変動
した場合には、第1ナイフエッジ反射板5a〜5d又は
第2ナイフエッジ反射板7a〜7dに於いてレーザビー
ムBが反射され、この反射光がモニタ光となる。そし
て、この場合には、第1ナイフエッジ反射板5a〜5d
の全てに於いて、又は第2ナイフエッジ反射板7a〜7
dの全てに於いてレーザビームBが反射されるのではな
く、一部の第1ナイフエッジ反射板5a〜5d、又は一
部の第2ナイフエッジ反射板7a〜7dがレーザビーム
Bをモニタ光として反射する。従って、どの光センサが
モニタ光を検知したかを知ることにより、レーザビーム
Bが光軸Xからどの方向へ変動したかを知ることができ
る。
When the focal position P of the laser beam B fluctuates in a plane perpendicular to the optical axis X, that is, deviates from the optical axis X, the first knife edge reflectors 5a to 5d or the The laser beam B is reflected by the two-knife-edge reflectors 7a to 7d, and the reflected light becomes monitor light. In this case, the first knife edge reflectors 5a to 5d
Or the second knife-edge reflectors 7a to 7
The laser beam B is not reflected on all of the laser beams d, but some of the first knife edge reflectors 5a to 5d or some of the second knife edge reflectors 7a to 7d monitor the laser beam B. As a reflection. Therefore, by knowing which optical sensor has detected the monitor light, it is possible to know in which direction the laser beam B has shifted from the optical axis X.

【0035】このように、本実施例のレーザ集光位置変
動計測装置を用いると、レーザビームBの集光位置Pの
変動をインプロセスで検知することができる。集光位置
Pの変動が検出されると、テレスコープ2に於いてこの
変動を解消するように出射レーザのビーム径の調整、光
軸の調整等が行なわれ、常に集光位置Pが正規の位置か
ら変動しないように制御される。
As described above, when the laser condensing position fluctuation measuring apparatus of this embodiment is used, the fluctuation of the condensing position P of the laser beam B can be detected in process. When a change in the light collecting position P is detected, the telescope 2 adjusts the beam diameter of the emitting laser, adjusts the optical axis, and the like so as to eliminate the change. It is controlled so as not to fluctuate from the position.

【0036】なお、本実施例では第1及び第2のナイフ
エッジ反射板並びに第1及び第2光センサをそれぞれ光
学軸Xの周囲に4つ配した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではない。また、例えば、第1及び
第2のナイフエッジ反射板に代えて、図1(d)に示す
ように、それぞれ第1ナイフエッジ反射板5a〜5d又
は第2ナイフエッジ反射板7a〜7dと同じ断面を有す
るドーナツ状の反射部材15を用い、その反射部材15
の反射面15aからの反射光を複数の箇所で光センサに
よって検知する構成とすることもできる。また、本実施
例では炭酸ガスレーザ発振器1を用いた場合について説
明したが、他のレーザ発振器を用いた場合についても適
用することができる。
In this embodiment, the case where four first and second knife edge reflectors and four first and second optical sensors are arranged around the optical axis X has been described. However, the present invention is not limited to this. Not something. Also, for example, instead of the first and second knife edge reflectors, as shown in FIG. 1D, the same as the first knife edge reflectors 5a to 5d or the second knife edge reflectors 7a to 7d, respectively. A donut-shaped reflecting member 15 having a cross section is used.
It is also possible to adopt a configuration in which the reflected light from the reflecting surface 15a is detected at a plurality of locations by an optical sensor. In this embodiment, the case where the carbon dioxide laser 1 is used has been described. However, the present invention can be applied to the case where another laser is used.

【0037】図2(a)に本考案の第2の実施例に係る
レーザ集光位置変動計測装置を用いたレーザ加工用装置
の断面を示す。また、図2(a)のA−A線断面図を図
2(b)に示す。本実施例のレーザ集光位置変動計測装
置は、レーザ加工用装置の加工用ノズルに設けられてい
る。このレーザ加工用装置は、第1の実施例と同様に、
高出力レーザ発振器1、テレスコープ2、ベンディング
ミラー3及び集光レンズ4を有し、集光レンズ4を通過
したレーザビームBは、レーザ加工用ノズル12の先端
の開口部の外側の光軸X上の集光位置Pに集光する。レ
ーザ加工用ノズル12の側部にはガス供給ライン13が
設けられ、このガス供給ライン13から加工ガスが供給
されている。集光レンズ4はレーザ加工用ノズル12の
上部に設けられた支持部材11によって支持されてい
る。本実施例では、図2(b)に示すように、レーザ加
工用ノズル10の内部に4つのナイフエッジ反射板9a
〜9dが設けられ、その下方には各ナイフエッジ反射板
9a〜9dに対応する光センサ10a〜10dが設けら
れている。
FIG. 2A shows a cross section of a laser processing apparatus using a laser condensing position fluctuation measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The laser condensing position fluctuation measuring device of the present embodiment is provided on a processing nozzle of a laser processing device. This laser processing apparatus is similar to the first embodiment,
It has a high-power laser oscillator 1, a telescope 2, a bending mirror 3, and a condenser lens 4. The laser beam B that has passed through the condenser lens 4 has an optical axis X outside the opening at the tip of the laser processing nozzle 12. Light is condensed on the upper light condensing position P. A gas supply line 13 is provided on a side of the laser processing nozzle 12, and a processing gas is supplied from the gas supply line 13. The condenser lens 4 is supported by a support member 11 provided above a laser processing nozzle 12. In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, four knife edge reflectors 9a are provided inside a laser processing nozzle 10.
To 9d, and optical sensors 10a to 10d corresponding to the respective knife edge reflectors 9a to 9d are provided below.

【0038】本実施例に於いても、前述の第1の実施例
と同様に、レーザビームBの集光位置Pが光軸X上で変
動した場合、及び光軸Xに垂直な面内で変動した場合
に、ナイフエッジ反射板9a〜9dでのレーザビームB
の反射光がモニタ光として光センサ10a〜10dに入
射する。このモニタ光を検出することにより、集光位置
Pの変動を計測することができる。
In this embodiment, similarly to the first embodiment, when the condensing position P of the laser beam B fluctuates on the optical axis X, and in a plane perpendicular to the optical axis X, When it fluctuates, the laser beam B on the knife edge reflectors 9a to 9d
Reflected light enters the optical sensors 10a to 10d as monitor light. By detecting this monitor light, it is possible to measure the fluctuation of the light condensing position P.

【0039】図3に本考案の第3の実施例に係るレーザ
集光位置変動計測装置の概略構成を示す。本実施例で
は、集光レンズ4に入射する前のレーザビームBの一部
がモニタ光Mとして取り出される。即ち、集光レンズ4
に入射前の略平行なレーザビームBの外周の部分の光の
みを、反射部材21によって光軸X’の方向にモニタ光
として反射させるものである。反射部材21は図4
(a)に示す形状を有する反射鏡であり、中央部に開口
22を有している。レーザビームBは同図の破線で示す
部分に照射される。従って、開口22を通過するレーザ
ビームBは反射部材21の影響を受けることが少なく光
軸X上の集光位置Pに集光するので、レーザビームBの
波面の乱れを殆ど起こすことなくモニタ光を取り出すこ
とができる。
FIG. 3 shows a schematic configuration of a laser condensing position fluctuation measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a part of the laser beam B before being incident on the condenser lens 4 is extracted as monitor light M. That is, the condenser lens 4
The reflection member 21 reflects only the light on the outer periphery of the substantially parallel laser beam B before being incident as the monitor light in the direction of the optical axis X ′. The reflection member 21 is shown in FIG.
This is a reflecting mirror having the shape shown in (a), and has an opening 22 in the center. The laser beam B is applied to a portion shown by a broken line in FIG. Therefore, the laser beam B passing through the aperture 22 is less affected by the reflecting member 21 and is focused on the focusing position P on the optical axis X, so that the monitor beam is hardly disturbed by the laser beam B. Can be taken out.

【0040】反射部材21によって取り出されたモニタ
光は、モニタ集光光学系として機能するモニタ集光レン
ズ23を介して、光軸X’上の集光点Qに集光する。こ
の集光点Qには半導体素子からなるビーム位置検出装置
24が配されている。図5(a)に本実施例で用いたビ
ーム位置検出装置24の平面図を示す。ビーム位置検出
装置24はその中心(x軸及びy軸の交点)からの照射
レーザ集光ビームスポットSの位置の変動及び照射ビー
ムの大きさを検出するものである。
The monitor light extracted by the reflecting member 21 is condensed on a condensing point Q on the optical axis X 'via a monitor condensing lens 23 functioning as a monitor condensing optical system. A beam position detecting device 24 made of a semiconductor element is arranged at the light condensing point Q. FIG. 5A is a plan view of the beam position detecting device 24 used in this embodiment. The beam position detection device 24 detects a change in the position of the irradiation laser focused beam spot S from the center (the intersection of the x axis and the y axis) and the size of the irradiation beam.

【0041】本実施例では、レーザビームBの集光位置
Pはモニタ光の集光点Qに反映されるので、集光点Qの
変動を計測することにより集光位置Pの変動を捕らえる
ことができる。即ち、集光位置Pの光軸X方向の変動は
集光点Qの光軸X’方向の変動として現われるので、ビ
ームスポットSの大きさの変動として捕らえることがで
きる。また、集光位置Pの光軸Xに垂直な面内での変動
は、ビーム位置検出装置24上のx−y平面内のスポッ
トSの変動として捕らえることができる。
In this embodiment, since the converging position P of the laser beam B is reflected on the converging point Q of the monitor light, the fluctuation of the converging position P is measured by measuring the fluctuation of the converging point Q. Can be. That is, since the change of the light condensing position P in the direction of the optical axis X appears as the change of the light condensing point Q in the direction of the optical axis X ′, it can be regarded as the change of the size of the beam spot S. Further, a change in the light condensing position P in a plane perpendicular to the optical axis X can be captured as a change in the spot S on the xy plane on the beam position detecting device 24.

【0042】なお、本実施例では反射部材21として、
例えば図4(b)〜(d)に示す他の構成を有するもの
を用いることができる。図4(b)に示す反射部材は、
反射率が非常に低い(例えば1%程度)半透過鏡からな
るビームスプリッターであり、同図の破線で示す部分に
照射されたレーザビームBの一部をモニタ光として取り
出すものである。図4(c)に示す反射部材は、レーザ
ビームBの外周部分の4つの部分でのみレーザビームB
を反射させるように構成し、図4(a)に於けるモニタ
光の光量を低減したものである。図4(d)に示す反射
部材は、図4(c)に於けるレーザビームBの反射部分
をナイフエッジとし、モニタ光の光量を更に低減したも
のである。
In this embodiment, the reflecting member 21 is
For example, one having another configuration shown in FIGS. 4B to 4D can be used. The reflecting member shown in FIG.
This is a beam splitter composed of a semi-transmissive mirror having a very low reflectance (for example, about 1%), and extracts a part of the laser beam B applied to a portion indicated by a broken line in FIG. The reflection member shown in FIG. 4C has the laser beam B in only four portions of the outer peripheral portion of the laser beam B.
Is reflected, and the amount of monitor light in FIG. 4A is reduced. The reflection member shown in FIG. 4D has a knife edge at the reflection portion of the laser beam B in FIG. 4C, and further reduces the amount of monitor light.

【0043】また、本実施例の構成に於いては、ビーム
位置検出装置24として、焦電素子を用いたものや、図
5(b)に示すように複数の熱電対25,25…を用い
たものを用いることも可能である。
In the configuration of this embodiment, a beam position detecting device 24 using a pyroelectric element or a plurality of thermocouples 25 as shown in FIG. It is also possible to use the one that was used.

【0044】図6に本考案の第4の実施例に係るレーザ
集光位置変動計測装置の概略構成を示す。本実施例で
は、モニタ光は集光レンズ4と集光位置Pとの間に設け
られた反射部材31によって取り出される。反射部材3
1としては、前述の図4(a)〜(d)に示したものと
同様のものを用いることができる。本実施例では、集光
レンズ4を通過した後にモニタ光が取り出されるので、
前述の第3の実施例(図3)のように、モニタ光を集光
するための光学系を設けなくても、集光点Qにモニタ光
は集光する。集光点Qには、前述の図3のビーム位置検
出装置と同様のビーム位置検出装置34が配されてい
る。
FIG. 6 shows a schematic configuration of a laser condensing position fluctuation measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the monitor light is extracted by the reflecting member 31 provided between the condenser lens 4 and the condenser position P. Reflective member 3
As 1, the same one as shown in FIGS. 4A to 4D can be used. In this embodiment, the monitor light is extracted after passing through the condenser lens 4, so that
As in the third embodiment (FIG. 3), the monitor light is focused on the focusing point Q without providing an optical system for focusing the monitor light. A beam position detecting device 34 similar to the above-described beam position detecting device of FIG.

【0045】本実施例に於いても、集光位置Pの光軸X
方向の変動及び光軸Xに垂直な面内での変動をビーム位
置検出装置34によって捕らえることができる。
Also in this embodiment, the optical axis X of the light condensing position P
The change in direction and the change in a plane perpendicular to the optical axis X can be captured by the beam position detecting device 34.

【0046】図7に本考案の第5の実施例に係るレーザ
ビーム変動計測装置の平面構成を示す。上記第1〜第4
の実施例のレーザ集光位置変動計測装置は、レーザビー
ムBの集光位置Pの変動のみを計測するものであった
が、本実施例のレーザビーム変動計測装置40は、集光
位置Pの変動に加え、レーザビームBの光強度の変動を
も計測することができるものである。本実施例ではレー
ザ加工装置の光ファイバにレーザビームを導入する場合
について説明する。
FIG. 7 shows a plan view of a laser beam fluctuation measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. The above first to fourth
Although the laser condensing position fluctuation measuring device of the embodiment measures only the fluctuation of the converging position P of the laser beam B, the laser beam fluctuation measuring device 40 of the present embodiment In addition to the fluctuation, the fluctuation of the light intensity of the laser beam B can be measured. In this embodiment, a case where a laser beam is introduced into an optical fiber of a laser processing apparatus will be described.

【0047】本実施例のレーザビーム変動計測装置40
では、高出力レーザ発振器、テレスコープ、ベンディン
グミラー等を介して導入された入射レーザビームBが、
図7に示す光軸Xの方向に入射する。入射レーザビーム
Bは、図4(b)に示すものと同様の半透過鏡からなる
ビームスプリッター41によって、その一部がモニタ光
Mとして光軸X’方向に取り出される。ビームスプリッ
ター41の反射率は約1%である。本実施例では図4
(b)に示す半透過鏡をビームスプリッター41として
用いたが、これに代えて図4(c)〜(d)に示すもの
を用いてもよい。
The laser beam fluctuation measuring device 40 of the present embodiment
Then, the incident laser beam B introduced via a high-power laser oscillator, a telescope, a bending mirror, etc.,
It is incident in the direction of the optical axis X shown in FIG. A part of the incident laser beam B is extracted in the direction of the optical axis X ′ as monitor light M by a beam splitter 41 composed of a semi-transmissive mirror similar to that shown in FIG. The reflectivity of the beam splitter 41 is about 1%. In this embodiment, FIG.
Although the semi-transmissive mirror shown in (b) is used as the beam splitter 41, the one shown in FIGS. 4 (c) to (d) may be used instead.

【0048】本実施例では、光軸X上にレーザビームB
の導入のオンオフを行なうシャッター42が設けられて
いる。ビームスプリッター41を透過したレーザビーム
Bは、全反射鏡43によって集光光学系44の方向に反
射される。集光光学系44は、入射側レンズ45、アパ
ーチャー46及び集光レンズ47によって構成されてい
る。集光光学系44を通過したレーザビームBは、集光
位置Pに集光する。集光位置Pには、レーザ加工装置に
レーザビームBを導入するための光ファイバ60の端面
が配されている。
In this embodiment, the laser beam B
A shutter 42 is provided for turning on and off the introduction of. The laser beam B transmitted through the beam splitter 41 is reflected by the total reflection mirror 43 in the direction of the condenser optical system 44. The condensing optical system 44 includes an incident side lens 45, an aperture 46 and a condensing lens 47. The laser beam B that has passed through the focusing optical system 44 is focused at a focusing position P. An end face of the optical fiber 60 for introducing the laser beam B into the laser processing device is arranged at the light condensing position P.

【0049】また、本実施例では、光ファイバ60の端
面に入射するレーザ集光ビームスポットの位置及び大き
さを観察するために、多層膜を施した反射鏡62及びC
CDカメラ61が設けられている。反射鏡62は全反射
鏡43の後方に設けられており、反射鏡62から漏れた
微弱光をCCDカメラ61に向けて反射する。従って、
CCDカメラ61は、集光光学系44を介して光ファイ
バ60の端面上のレーザ集光ビームスポットを観察する
ことができる。
In this embodiment, in order to observe the position and the size of the laser converging beam spot incident on the end face of the optical fiber 60, the reflecting mirrors 62 and
A CD camera 61 is provided. The reflecting mirror 62 is provided behind the total reflecting mirror 43, and reflects the weak light leaking from the reflecting mirror 62 toward the CCD camera 61. Therefore,
The CCD camera 61 can observe a laser converging beam spot on the end face of the optical fiber 60 via the converging optical system 44.

【0050】一方、ビームスプリッター41によって光
軸X’方向に取り出されたモニタ光Mは、光分離手段と
して機能する第1半透過鏡51及び第2半透過鏡52に
よって、更に3つの計測光m1 、m2 及びm3 に分離さ
れる。即ち、モニタ光Mは、まず、約3分の1の透過率
を有する第1半透過鏡51を透過することにより、モニ
タ光Mから計測光m1 が分離される。分離された計測光
1 は、パワーメーター53に入射し、その光強度が測
定される。本実施例ではパワーメーター53がビーム強
度変動計測手段として機能している。計測光m1 の光強
度は集光位置Pに於けるレーザ集光ビームの光強度と比
例関係にあるので、この計測光m1 の光強度を測定する
ことにより、集光位置Pに於けるレーザ集光ビームの光
強度を知ることができる。
On the other hand, the monitor light M extracted in the direction of the optical axis X ′ by the beam splitter 41 is further divided into three measurement lights m by a first semi-transmissive mirror 51 and a second semi-transmissive mirror 52 functioning as light separating means. 1 , m 2 and m 3 . That is, the monitor light M is first transmitted through the first semi-transmissive mirror 51 having a transmittance of about 1/3, whereby the measurement light m 1 is separated from the monitor light M. Separated measurement beam m 1 enters the power meter 53, the light intensity is measured. In this embodiment, the power meter 53 functions as a beam intensity fluctuation measuring unit. Since the light intensity of the measurement light m 1 is proportional to the light intensity of the laser condensed beam at the light condensing position P, the light intensity of the measurement light m 1 is measured at the light condensing position P It is possible to know the light intensity of the laser focused beam.

【0051】次に、第1半透過鏡51によって光軸X''
方向に反射されたモニタ光Mは、約50%の透過率を有
する第2半透過鏡52によって、更に透過光である計測
光m2 と、反射光である計測光m3 とに更に分離され
る。一方の計測光m2 は、集光レンズ54によってフォ
トディテクタ55上の集光点Qに集光する。本実施例で
は集光レンズ54とフォトディテクタ55とによって、
集光位置変動検出手段が構成されている。フォトディテ
クタ55は計測光m2 の集光点Qの位置を計測し、この
集光点Qの位置の変動により、集光位置Pの変動を計測
するものである。
Next, the optical axis X ″ is transmitted by the first semi-transmissive mirror 51.
The monitor light M reflected in the direction is further separated by the second semi-transmissive mirror 52 having a transmittance of about 50% into the measurement light m 2 which is a transmitted light and the measurement light m 3 which is a reflected light. You. One measurement light m 2 is condensed by a condensing lens 54 on a condensing point Q on a photodetector 55. In the present embodiment, the condenser lens 54 and the photodetector 55
Condensing position fluctuation detecting means is configured. The photodetector 55 measures the position of the converging point Q of the measurement light m 2 , and measures the fluctuation of the converging position P based on the fluctuation of the position of the converging point Q.

【0052】もう一方の計測光m3 は、IRセンサ56
に入射する。IRセンサ56は赤外線を可視光に変換す
る機能を有しており、赤外線が照射された部分の裏面か
ら可視光を放出する。従って、この可視光をカメラ57
によって観察することにより、入射レーザビームBの大
きさの変動を計測することができる。本実施例ではIR
センサ56とカメラ57とによって、レーザビーム寸法
変動計測手段が構成されている。
The other measurement light m 3 is supplied to the IR sensor 56.
Incident on. The IR sensor 56 has a function of converting infrared light into visible light, and emits visible light from the back surface of the portion irradiated with the infrared light. Therefore, this visible light is
By observing the above, the variation in the size of the incident laser beam B can be measured. In this embodiment, the IR
The sensor 56 and the camera 57 constitute a laser beam size variation measuring unit.

【0053】以上のように、本実施例では集光位置Pに
於けるレーザビームBの強度、レーザビームBの集光位
置及び集光ビームスポットの大きさを計測することがで
きるので、レーザビームBを光ファイバ60の端面中央
部に正確に導くことができる。更に、CCDカメラ61
によって光ファイバ60の端面を観察することができる
ので、光ファイバ60の端面中央部からレーザビームB
の集光位置Pが外れた場合には、容易にこれを発見する
ことができる。
As described above, in this embodiment, the intensity of the laser beam B at the focal position P, the focal position of the laser beam B, and the size of the focused beam spot can be measured. B can be accurately guided to the center of the end face of the optical fiber 60. Further, the CCD camera 61
The end face of the optical fiber 60 can be observed by the laser beam B from the center of the end face of the optical fiber 60.
If the light-condensing position P deviates, this can be easily found.

【0054】なお、本実施例では、ビームスプリッター
41の反射率を1%とし、第1半透過鏡51及び第2半
透過板52の透過率をそれぞれ約3分の1及び約50%
としたが、パワーメーター53、フォトディテクタ55
及びIRセンサ56の感度に応じて、これらの反射率及
び透過率を最適値に設定すればよい。
In this embodiment, the reflectance of the beam splitter 41 is 1%, and the transmittances of the first semi-transmissive mirror 51 and the second semi-transmissive plate 52 are about one third and about 50%, respectively.
Power meter 53, photodetector 55
The reflectance and the transmittance may be set to optimal values according to the sensitivity of the IR sensor 56 and the IR sensor 56.

【0055】[0055]

【考案の効果】本考案に係るレーザ集光位置変動計測装
置によれば、ドリフト等によるレーザビームの集光位置
の変動を、そのレーザビームの使用下に於いて計測する
ことができるので、この計測された変動に基づいてレー
ザビームの集光位置をレーザビームの使用下に於いて調
整することが可能となる。従って、本考案のレーザ集光
位置変動計測装置をレーザ加工装置のノズルに使用した
場合には、長時間に亘ってエネルギー効率良く、しかも
高い精度で加工を行なうことができる。また、レーザ加
工装置の光ファイバにレーザビームを導入する場合に
は、長時間に亘ってファイバの端面中央部に正確にレー
ザビームを供給することが可能となる。
According to the laser condensing position fluctuation measuring device of the present invention, the fluctuation of the condensing position of the laser beam due to drift or the like can be measured using the laser beam. It is possible to adjust the focusing position of the laser beam based on the measured fluctuation while using the laser beam. Therefore, when the laser condensing position fluctuation measuring apparatus of the present invention is used for a nozzle of a laser processing apparatus, processing can be performed with high energy efficiency and high accuracy for a long time. In addition, when a laser beam is introduced into an optical fiber of a laser processing apparatus, the laser beam can be accurately supplied to the center of the end face of the fiber for a long time.

【0056】本考案に係るレーザビーム変動計測装置に
よれば、レーザビームの集光位置の変動のみならず、レ
ーザビームの光強度をも計測することができる。しか
も、そのレーザビームの使用下に於いて計測することが
できる。レーザ加工装置の光ファイバや加工用のノズル
に常に一定の出力のレーザ光を供給することができ、加
工精度の向上を図ることができる。
According to the laser beam fluctuation measuring device according to the present invention, it is possible to measure not only the fluctuation of the focusing position of the laser beam but also the light intensity of the laser beam. Moreover, the measurement can be performed while using the laser beam. A laser beam having a constant output can always be supplied to an optical fiber and a processing nozzle of the laser processing apparatus, and the processing accuracy can be improved.

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

【図1】(a)は本考案の第1の実施例に係るレーザ集
光位置変動計測装置の断面構成図、(b)はレーザビー
ムの集光位置の変動が検出される様子を示す断面図、
(c)は第1ナイフエッジ反射板を示す平面図、(d)
はモニタ手段の他の実施例を示す平面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional configuration diagram of a laser condensing position fluctuation measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state where a fluctuation of a condensing position of a laser beam is detected. Figure,
(C) is a plan view showing the first knife edge reflector, (d)
FIG. 9 is a plan view showing another embodiment of the monitoring means.

【図2】(a)は本考案の第2の実施例に係るレーザ集
光位置変動計測装置を備えたレーザ加工用ノズルの断面
構成図、(b)は(a)のA−A線断面図である。
FIG. 2A is a cross-sectional configuration diagram of a laser processing nozzle provided with a laser condensing position fluctuation measuring device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG.

【図3】本考案の第3の実施例に係るレーザ集光位置変
動計測装置の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a laser condensing position fluctuation measuring device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】(a)〜(d)は図3に於けるビームスプリッ
ターを示す平面図である。
FIGS. 4A to 4D are plan views showing the beam splitter in FIG.

【図5】(a)及び(b)は図3に於けるビーム位置検
出装置を示す平面図である。
FIGS. 5A and 5B are plan views showing the beam position detecting device in FIG. 3;

【図6】本考案の第4の実施例に係るレーザ集光位置変
動計測装置の概略構成を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a laser condensing position fluctuation measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本考案の第5の実施例に係るレーザビーム変動
計測装置の平面構成図である。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a laser beam fluctuation measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】レーザビーム取り出し口と集光レンズとの距離
を演算によって求めることにより、レーザビームの集光
位置を一定に保つ従来のレーザ加工ノズルの構成図であ
る。
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional laser processing nozzle that keeps a laser beam condensing position constant by calculating a distance between a laser beam extraction port and a condenser lens.

【図9】パワーセンサを用いてレーザビームの集光位置
を一定に保つ従来のレーザ加工ノズルの構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional laser processing nozzle that keeps a laser beam condensing position constant using a power sensor.

【図10】距離センサを用いてレーザビームの集光位置
を一定に保つ従来のレーザ加工ノズルの構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional laser processing nozzle that keeps a laser beam condensing position constant using a distance sensor.

【図11】集光レンズの熱変形を計測してレーザビーム
の集光位置を一定に保つ従来のレーザ加工ノズルの構成
図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional laser processing nozzle that measures the thermal deformation of the condenser lens and keeps the focal position of the laser beam constant.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザ発振器 2…テレスコープ 3…ベンディングミラー 4…集光レンズ 5a〜5d…第1ナイフエッジ反射板 6a〜6d…第1光センサ 7a〜7d…第2ナイフエッジ反射板 8a〜8d…第2光センサ 9a〜9d…ナイフエッジ反射板 10a〜10d…光センサ 21,31…反射部材 23…モニタ集光レンズ 24,34…ビーム位置検出装置 41…ビームスプリッター 43…全反射鏡 44…集光光学系 51…第1半透過鏡 52…第2半透過鏡 53…パワーメーター 54…集光レンズ 55…フォトディテクタ 56…IRセンサ 57…カメラ 60…光ファイバ 61…CCDカメラ 62…反射鏡 P…集光位置 B…入射レーザビーム M…モニタ光 m1 ,m2 ,m3 …計測光 X,X’,X''…光軸DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser oscillator 2 ... Telescope 3 ... Bending mirror 4 ... Condensing lens 5a-5d ... 1st knife edge reflector 6a-6d ... 1st optical sensor 7a-7d ... 2nd knife edge reflector 8a-8d ... 2 optical sensors 9a to 9d: knife edge reflectors 10a to 10d: optical sensors 21, 31 ... reflective members 23 ... monitor condenser lenses 24, 34 ... beam position detectors 41 ... beam splitters 43 ... total reflection mirrors 44 ... condensers Optical system 51: First semi-transmissive mirror 52: Second semi-transmissive mirror 53: Power meter 54: Condensing lens 55: Photodetector 56: IR sensor 57: Camera 60: Optical fiber 61: CCD camera 62: Reflecting mirror P: Collection optical position B ... incident laser beam M ... monitor light m 1, m 2, m 3 ... measurement light X, X ', X'' ... optical axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−281080(JP,A) 特開 昭61−242779(JP,A) 特開 平3−32482(JP,A) 特開 平3−35891(JP,A) 特開 昭63−194886(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 B23K 26/00 - 26/18 G02B 7/11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-3-281080 (JP, A) JP-A-61-242779 (JP, A) JP-A-3-32482 (JP, A) JP-A-3-28 35891 (JP, A) JP-A-63-194886 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 B23K 26/00-26/18 G02B 7/11

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 レーザ発振器を有するレーザ光源装置か
ら出射されるレーザビームを集光光学系により所定の集
光位置に集光させて使用する光学装置に於いて使用さ
れ、前記集光位置の変動を前記レーザビームの使用下に
於いて計測するレーザ集光位置変動計測装置であって、 前記レーザ光源装置から前記集光位置に至る光路に於い
、前記集光位置が変動した場合にのみ、前記レーザビ
ームの一部をモニタ光として取り出すモニタ手段と、 該モニタ光に基づいて前記集光位置の変動を検出する集
光位置変動検出手段とを備えたことを特徴とするレーザ
集光位置変動計測装置。
1. A is employed in the optical device used by condensed to a predetermined focusing position of the laser beam emitted from the laser light source device by the condensing optical system having a laser oscillator, the variation of the light converging position A laser condensing position variation measuring device that measures under the use of the laser beam, in the optical path from the laser light source device to the converging position , only when the converging position fluctuates, A laser focusing position fluctuation comprising: monitoring means for extracting a part of the laser beam as monitoring light; and focusing position fluctuation detecting means for detecting fluctuation of the focusing position based on the monitoring light. Measuring device.
【請求項2】 前記モニタ手段は、前記集光光学系と前
記集光位置との間に於いて前記レーザビームを取り囲ん
設けられるとともに、前記集光位置が変動して正常な
位置から外れた場合にのみ前記レーザビームの一部を反
射させ得る位置に配された反射部材であり、 前記集光位置変動検出手段は前記反射部材からの反射光
を検出する複数の光センサによって構成され、 前記各光センサに於ける前記反射光の検出により前記集
光位置の変動が計測されることを特徴とする請求項1記
載のレーザ集光位置変動計測装置。
2. The monitor means surrounds the laser beam between the focusing optical system and the focusing position.
Provided in Rutotomoni, normal the light converging position is fluctuated
Only a part of the laser beam is reflected when it deviates from the position.
A reflection member disposed at a position where the reflected light can be emitted, wherein the light-condensing position variation detecting means is constituted by a plurality of optical sensors for detecting reflected light from the reflecting member ; 2. The laser condensing position fluctuation measuring device according to claim 1, wherein the fluctuation of the condensing position is measured by the detection.
【請求項3】 前記モニタ手段は、前記集光光学系と前
記集光位置との間に設けられ、前記レーザビームの一部
をモニタ光として取り出して前記集光位置とは異なる集
光点に集光させる反射部材であり、 前記集光位置変動検出手段は、前記モニタ光の集光点に
配設され、前記モニタ光の集光点の変動によって前記レ
ーザビームの集光位置の変動を検出するビーム位置検出
装置であることを特徴とする請求項1記載のレーザ集光
位置変動計測装置。
3. The monitor means is provided between the light-collecting optical system and the light-collecting position, and extracts a part of the laser beam as monitor light to a light-collecting point different from the light-collecting position. A reflection member for condensing light, wherein the light-condensing position fluctuation detecting means is disposed at a light-condensing point of the monitor light, and detects a fluctuation of the light-condensing position of the laser beam by a fluctuation of the light-condensing point of the monitor light. 2. The laser beam condensing position fluctuation measuring device according to claim 1, wherein the beam condensing position detecting device performs the measurement.
【請求項4】 前記モニタ手段は、前記レーザ光源装置
と前記集光光学系との間に設けられた、前記レーザビー
ムの一部をモニタ光として取り出す反射部材であり、 前記集光位置変動検出手段は、前記反射部材からのモニ
タ光を集光させるモニタ集光光学系と、前記モニタ光の
集光点に配設され前記モニタ光の集光点の変動によって
前記レーザビームの集光位置の変動を検出するビーム位
置検出装置とによって構成されていることを特徴とする
請求項1記載のレーザ集光位置変動計測装置。
4. The monitoring means is a reflection member provided between the laser light source device and the focusing optical system for extracting a part of the laser beam as monitoring light. The monitor includes a monitor condensing optical system that converges monitor light from the reflection member, and a converging position of the laser beam that is disposed at a converging point of the monitor light and that changes the converging point of the monitor light. 2. The laser condensing position fluctuation measuring device according to claim 1, comprising a beam position detecting device for detecting fluctuation.
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