JPH0381082A - レーザビーム径の制御方法とその装置 - Google Patents
レーザビーム径の制御方法とその装置Info
- Publication number
- JPH0381082A JPH0381082A JP1216715A JP21671589A JPH0381082A JP H0381082 A JPH0381082 A JP H0381082A JP 1216715 A JP1216715 A JP 1216715A JP 21671589 A JP21671589 A JP 21671589A JP H0381082 A JPH0381082 A JP H0381082A
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- optical system
- analyzers
- laser
- diameter
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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。
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〉
本発明はレーザビームに係り、特にレーザビーム径の制
御方法とその装置に関する。
御方法とその装置に関する。
（従来の技術）
従来からレンズや放物面鏡においては必要ビーム径（エ
ネルギー密度〉を得る場合に、アクリル板にレーザを照
射し、このアクリル板のレーザにより蒸発（昇化）した
部分の形状からビーム径を測定し、集光光学系の焦点距
離や集光光学系から試料までの距離を求めるようになっ
ていた。
ネルギー密度〉を得る場合に、アクリル板にレーザを照
射し、このアクリル板のレーザにより蒸発（昇化）した
部分の形状からビーム径を測定し、集光光学系の焦点距
離や集光光学系から試料までの距離を求めるようになっ
ていた。
（発明が解決しようとする課題〉
しかし実際には各レンズミラー等においては特に長期間
使用すると、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように試料表
面１６にレーザ照射するレンズ１５等の温度上昇に伴い
、“熱レンズ効果”と云う現象で（ａ）の凸レンズ１５
は（ｂ）のようにさらに凸になって焦点距離も（ａ）よ
り（ｂ）のようにさらに短くなり、レーザ発振装置のシ
ャッタが閉じて、レーザのレンズへの照射が終わると冷
えて再び元に戻ると云うことの繰り返しとなって焦点位
置が刻々と変わると云う問題があった。
使用すると、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように試料表
面１６にレーザ照射するレンズ１５等の温度上昇に伴い
、“熱レンズ効果”と云う現象で（ａ）の凸レンズ１５
は（ｂ）のようにさらに凸になって焦点距離も（ａ）よ
り（ｂ）のようにさらに短くなり、レーザ発振装置のシ
ャッタが閉じて、レーザのレンズへの照射が終わると冷
えて再び元に戻ると云うことの繰り返しとなって焦点位
置が刻々と変わると云う問題があった。
またレーザ出力が変わるとレンズへの入熱量が変わり各
々の使用レーザ出力によって焦点位置が違うため、出力
を変更する毎に焦点距離を変更しなければならなかった
。
々の使用レーザ出力によって焦点位置が違うため、出力
を変更する毎に焦点距離を変更しなければならなかった
。
そのために切断においては突然切断が出来なくなったり
、溶接においては必要溶は込みが得られなかったり、表
面処理においても第３図のような試料表面１６のビーム
径の変化によるエネルギ密度変化で、焼入れやタラッデ
ィングが出来なくなると云う不具合が発生していた。
、溶接においては必要溶は込みが得られなかったり、表
面処理においても第３図のような試料表面１６のビーム
径の変化によるエネルギ密度変化で、焼入れやタラッデ
ィングが出来なくなると云う不具合が発生していた。
本発明はこれに鑑み、切断溶接および表面処理等におい
てビーム径を最適ビーム径に自動的に調整することので
きるレーザビーム径の制御方法とその装置を提供して従
来技術の持つ欠点の解消を図ることを目的としてなされ
たものである。
てビーム径を最適ビーム径に自動的に調整することので
きるレーザビーム径の制御方法とその装置を提供して従
来技術の持つ欠点の解消を図ることを目的としてなされ
たものである。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため本発明の請求項１は少なくとも
上下２個のビームアナライザのビーム径より演算し、焦
点距離や試料表面等必要部分でのビーム径を算出して、
集光光学系と試料を相対移動させることにより最適ビー
ム径に自動調整する方法を特徴とする請求項２は所定間
隔に置かれた少なくとも２個のビームアナライザと、レ
ーザ発信器からのレーザ光を受ける該ビームアナライザ
の間に設けられた集光光学系と、前記両アナライザを該
集光光学系を含めて一体に昇降動させるモータと、前記
レーザ光を両ビームアナライザが受けたときのビーム径
を検出するデータレコーダと、該データレコーダからの
情報により演算するビム径演算手段と、該演算手段の信
号に基づいて前記モータを駆動させる前記光学系上下用
モータ駆動手段、および資料表面とからなり、最適ビー
ム径に自動的に制御するようにしたことを特徴とする。
上下２個のビームアナライザのビーム径より演算し、焦
点距離や試料表面等必要部分でのビーム径を算出して、
集光光学系と試料を相対移動させることにより最適ビー
ム径に自動調整する方法を特徴とする請求項２は所定間
隔に置かれた少なくとも２個のビームアナライザと、レ
ーザ発信器からのレーザ光を受ける該ビームアナライザ
の間に設けられた集光光学系と、前記両アナライザを該
集光光学系を含めて一体に昇降動させるモータと、前記
レーザ光を両ビームアナライザが受けたときのビーム径
を検出するデータレコーダと、該データレコーダからの
情報により演算するビム径演算手段と、該演算手段の信
号に基づいて前記モータを駆動させる前記光学系上下用
モータ駆動手段、および資料表面とからなり、最適ビー
ム径に自動的に制御するようにしたことを特徴とする。
（作用〉
上記構成によれば請求項２の装置を使用して請求項１の
方法によりレーザビーム径を最適ビーム径に自ｓｉｎす
ることが可能となる。
方法によりレーザビーム径を最適ビーム径に自ｓｉｎす
ることが可能となる。
（実施例）
以下、本発明を第１図乃至第２図に示す実施例を参照し
て説明する。
て説明する。
本発明の請求項１にかかるレーザビーム径の制御方法は
、請求項２の制御装置を用いて行うものである。
、請求項２の制御装置を用いて行うものである。
請求項２にかかる発明は所定間隔に置がれた少なくとも
２個のビームアナライザ１．２と、レーザ発振器３から
のレーザ光４を受ける該ビームアナライザ１．２の同に
設けられたレンズなどの集光光学系５と、前記両アナラ
イザ１．２を該集光光学系５を含めて一体に昇降動させ
るモータ６と、前記レーザ光４を両ビームアナライザ１
，２が受けたときのそれぞれのビーム径１１．１２を検
出するデータレコーダ７と、該データレコーダ７がらの
ビーム径の情報により演算するビーム径演算手段８と、
該演算手段８の信号に基づいて前記モータを駆動させる
前記光学系上下用モータ駆動手段９、および資料表面１
０とからなり、最適ビム径に自動的に制御するようにし
たものである。
２個のビームアナライザ１．２と、レーザ発振器３から
のレーザ光４を受ける該ビームアナライザ１．２の同に
設けられたレンズなどの集光光学系５と、前記両アナラ
イザ１．２を該集光光学系５を含めて一体に昇降動させ
るモータ６と、前記レーザ光４を両ビームアナライザ１
，２が受けたときのそれぞれのビーム径１１．１２を検
出するデータレコーダ７と、該データレコーダ７がらの
ビーム径の情報により演算するビーム径演算手段８と、
該演算手段８の信号に基づいて前記モータを駆動させる
前記光学系上下用モータ駆動手段９、および資料表面１
０とからなり、最適ビム径に自動的に制御するようにし
たものである。
第１因においてビームアナライザ１のビーム径１１（発
振器３の生ビーム径を示す）と集光光学系５よりある距
離×４におけるビームアナライザ２でのビーム径１２よ
り下記演算によって集光光学系５の焦点距離ｆ１と集光
光学系５より×３の距離部分でのビーム径Ｄ（３）を算
出し、 Ｘ４Ｘ （Ｄ （ＸＩ） ＋Ｄ （Ｙｌ））ＤｆＸ
ｌ） ＋ｏ（ｙ＋） ｆ、 −Ｘ ３０
（３）＝ × ここに ０［Ｘ１１ ：ビームアナライザ１のＸ方向ビーム径
Ｄ（Ｙｌ） ： ノ／
Ｙ ｎＤｆＸ２） ：
ビームアナライザ２のＸ方向ビーム径Ｄ（Ｙ２１：
７１ Ｙ ｎｆ
ｌ ：集光光学系５の焦点距離 ×４ ：集光光学系５とビームアナライザ２の距離 ×３ ：集光光学系５と試料表面１０など必要部分との
距離 １Ｎ３１：集光光学系５より×３の距離の部分における
ビーム径 したがって請求項１４．ｔ、ビームアナライザ１゜２を
用いて、その各々の径１１．１２のＸ方向、Ｙ方向をデ
ータレコーダ７でそれぞれ検出し、ビム演算手段８によ
り演算して、この演算によりレーザ処理するに必要な焦
点圧ｉｆ、の距離や試料表面ＩＯなどの必要部分でのビ
ーム径口（３）を算出する。この演算手段８からの情報
により集光光学系５と試料とを光学系上下動用モータ駆
動手段９からの信号によりモータ６を相対移動させ、最
適ビーム径の位置に自動調整するものである。
振器３の生ビーム径を示す）と集光光学系５よりある距
離×４におけるビームアナライザ２でのビーム径１２よ
り下記演算によって集光光学系５の焦点距離ｆ１と集光
光学系５より×３の距離部分でのビーム径Ｄ（３）を算
出し、 Ｘ４Ｘ （Ｄ （ＸＩ） ＋Ｄ （Ｙｌ））ＤｆＸ
ｌ） ＋ｏ（ｙ＋） ｆ、 −Ｘ ３０
（３）＝ × ここに ０［Ｘ１１ ：ビームアナライザ１のＸ方向ビーム径
Ｄ（Ｙｌ） ： ノ／
Ｙ ｎＤｆＸ２） ：
ビームアナライザ２のＸ方向ビーム径Ｄ（Ｙ２１：
７１ Ｙ ｎｆ
ｌ ：集光光学系５の焦点距離 ×４ ：集光光学系５とビームアナライザ２の距離 ×３ ：集光光学系５と試料表面１０など必要部分との
距離 １Ｎ３１：集光光学系５より×３の距離の部分における
ビーム径 したがって請求項１４．ｔ、ビームアナライザ１゜２を
用いて、その各々の径１１．１２のＸ方向、Ｙ方向をデ
ータレコーダ７でそれぞれ検出し、ビム演算手段８によ
り演算して、この演算によりレーザ処理するに必要な焦
点圧ｉｆ、の距離や試料表面ＩＯなどの必要部分でのビ
ーム径口（３）を算出する。この演算手段８からの情報
により集光光学系５と試料とを光学系上下動用モータ駆
動手段９からの信号によりモータ６を相対移動させ、最
適ビーム径の位置に自動調整するものである。
この場合溶接や切断においては、集光光学系５がｆ、の
焦点距離になるようにモータ６により高さを変更し、焦
点ズレを補正する。
焦点距離になるようにモータ６により高さを変更し、焦
点ズレを補正する。
また焼入れやクラツデイング等では試料面１０での必要
ビーム径をＤ（５）とし、そのときの集光光学系５と試
料表面１０の距離を×５とすると、２×ｆ １×口（５
） Ｘ５＝ｆ。
ビーム径をＤ（５）とし、そのときの集光光学系５と試
料表面１０の距離を×５とすると、２×ｆ １×口（５
） Ｘ５＝ｆ。
Ｄ（Ｘｌｌ ＋ＤＩＹＩｌ
を計算しくＸＳ−Ｘ３）の距離をモータ６で補正する、
このようにして焦点値Ｗ ｆ ＋および試料表面１０の
ビーム径１１（５１を自動制御すればよい。
このようにして焦点値Ｗ ｆ ＋および試料表面１０の
ビーム径１１（５１を自動制御すればよい。
また、よりビーム径、ｖ制御精度を向上させるために、
第１図に示す１７のような距ｗｌ測定装置をさらに取り
付けて、集光光学系と試料表面の距離を絶えず正確に測
定し、この値を×３として第１図装置（演算手段８〉に
取り込むことが望ましい。
第１図に示す１７のような距ｗｌ測定装置をさらに取り
付けて、集光光学系と試料表面の距離を絶えず正確に測
定し、この値を×３として第１図装置（演算手段８〉に
取り込むことが望ましい。
さらに、レンズやミラーの寿命設定のために、（ＸＳ−
Ｘ３）の補正量がある設定値を超えた場合、異常警報を
出すシステムにしておくことが望ましい、そして第１図
において３の発振器出口にもう１台のアナライザ１８を
追加し、アラナイザ１とよりレーザビーム発振器の発散
角の補正を行い、さらに高精度のシステムにしても良い
。
Ｘ３）の補正量がある設定値を超えた場合、異常警報を
出すシステムにしておくことが望ましい、そして第１図
において３の発振器出口にもう１台のアナライザ１８を
追加し、アラナイザ１とよりレーザビーム発振器の発散
角の補正を行い、さらに高精度のシステムにしても良い
。
なお、第１図の実施例では光学系としてレンズの場合を
示したが、第２図（ａ）に示す・ように平面鏡１３、放
物面鏡１４を傾斜させて組み合わせたもの、あるいは（
ｂ）に示すように千面鎖１３、放物面鏡１４を水平方向
に組み合わせたものを使用しても良い。
示したが、第２図（ａ）に示す・ように平面鏡１３、放
物面鏡１４を傾斜させて組み合わせたもの、あるいは（
ｂ）に示すように千面鎖１３、放物面鏡１４を水平方向
に組み合わせたものを使用しても良い。
（発明の効果）
本発明は以上説明したような制御方法とそれを適用する
装置とを備えたから、従来のような調整の煩わしさは全
くなくなり、リアルタイムでＶ＆細突変化微調整が可能
であり、長期的な変動に対しても補正が可能となるので
レーザの信頼性の向上が図れる。
装置とを備えたから、従来のような調整の煩わしさは全
くなくなり、リアルタイムでＶ＆細突変化微調整が可能
であり、長期的な変動に対しても補正が可能となるので
レーザの信頼性の向上が図れる。
第１図は本発明にかかるレーザビーム径の制御装置の一
実施例を示す系統図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の
集光光学系を鏡面とした場合の構造図、第３図は従来の
熱レンズ効果による不具合の一例を示し、（ａ）はレン
ズの温度上昇前、（ｂ）はレンズの温度上昇後の場合の
状態図である１、２・・・ビームアナライザ、３・・・
レーザ発振器、４・・・レーザ光、５・・−集光光学系
、６・・・モータ、７・・・データレコーダ、８・・−
ビーム径演算手段、９・・・光学系上下用モータ駆動手
段、１０・・・試料表面１１．１２・・−ビーム径、１
３−・・平面鏡、１４・・・凹面鏡または放物面鏡、１
５・−・レンズ、１６・・・試料表面、１７・・・距ｗ
１ｉ１′！ｌ定装置。
実施例を示す系統図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の
集光光学系を鏡面とした場合の構造図、第３図は従来の
熱レンズ効果による不具合の一例を示し、（ａ）はレン
ズの温度上昇前、（ｂ）はレンズの温度上昇後の場合の
状態図である１、２・・・ビームアナライザ、３・・・
レーザ発振器、４・・・レーザ光、５・・−集光光学系
、６・・・モータ、７・・・データレコーダ、８・・−
ビーム径演算手段、９・・・光学系上下用モータ駆動手
段、１０・・・試料表面１１．１２・・−ビーム径、１
３−・・平面鏡、１４・・・凹面鏡または放物面鏡、１
５・−・レンズ、１６・・・試料表面、１７・・・距ｗ
１ｉ１′！ｌ定装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）少なくとも上下２個のビームアナライザのビーム径
より演算し、焦点距離や試料表面等必要部分でのビーム
径を算出して、集光光学系と試料を相対移動させること
により最適ビーム径に自動調整することを特徴とするレ
ーザビーム径の制御方法。 ２）所定間隔に置かれた少なくとも２個のビームアナラ
イザと、レーザ発信器からのレーザ光を受ける該ビーム
アナライザの間に設けられた集光光学系と、前記両アナ
ライザを該集光光学系を含めて一体に昇降動させるモー
タと、前記レーザ光を両ビームアナライザが受けたとき
のビーム径を検出するデータレコーダと、該データレコ
ーダからの情報により演算するビーム径演算手段と、該
演算手段の信号に基づいて前記モータを駆動させる前記
光学系上下用モータ駆動手段、および試料表面とからな
り、最適ビーム径に自動的に制御するようにしたことを
特徴とするレーザビーム径の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1216715A JPH0381082A (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | レーザビーム径の制御方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1216715A JPH0381082A (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | レーザビーム径の制御方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381082A true JPH0381082A (ja) | 1991-04-05 |
Family
ID=16692785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1216715A Pending JPH0381082A (ja) | 1989-08-22 | 1989-08-22 | レーザビーム径の制御方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0381082A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5961861A (en) * | 1996-01-15 | 1999-10-05 | The University Of Tennessee Research Corporation | Apparatus for laser alloying induced improvement of surfaces |
| US6173886B1 (en) | 1999-05-24 | 2001-01-16 | The University Of Tennessee Research Corportion | Method for joining dissimilar metals or alloys |
| US6229111B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-05-08 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for laser/plasma surface alloying |
| US6284067B1 (en) | 1999-07-02 | 2001-09-04 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for producing alloyed bands or strips on pistons for internal combustion engines |
| US6291796B1 (en) * | 1994-10-17 | 2001-09-18 | National University Of Singapore | Apparatus for CFC-free laser surface cleaning |
| US6294225B1 (en) | 1999-05-10 | 2001-09-25 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for improving the wear and corrosion resistance of material transport trailer surfaces |
| US6299707B1 (en) | 1999-05-24 | 2001-10-09 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for increasing the wear resistance in an aluminum cylinder bore |
| US6328026B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-12-11 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for increasing wear resistance in an engine cylinder bore and improved automotive engine |
| US6350326B1 (en) | 1996-01-15 | 2002-02-26 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for practicing a feedback controlled laser induced surface modification |
| US6423162B1 (en) | 1999-07-02 | 2002-07-23 | The University Of Tennesse Research Corporation | Method for producing decorative appearing bumper surfaces |
| US6497985B2 (en) | 1999-06-09 | 2002-12-24 | University Of Tennessee Research Corporation | Method for marking steel and aluminum alloys |
| WO2023083586A1 (de) * | 2021-11-10 | 2023-05-19 | Nanoscribe Holding Gmbh | Strahlformungseinrichtung sowie lithographievorrichtung |
-
1989
- 1989-08-22 JP JP1216715A patent/JPH0381082A/ja active Pending
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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