JPH0665808U - Laser focusing position fluctuation measuring device and laser beam fluctuation measuring device - Google Patents
Laser focusing position fluctuation measuring device and laser beam fluctuation measuring deviceInfo
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- JPH0665808U JPH0665808U JP005827U JP582793U JPH0665808U JP H0665808 U JPH0665808 U JP H0665808U JP 005827 U JP005827 U JP 005827U JP 582793 U JP582793 U JP 582793U JP H0665808 U JPH0665808 U JP H0665808U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。
【構成】 レーザ発振器１から出射されるレーザビーム
を、テレスコープ２及びベンディングミラー３を介して
集光レンズ４に入射させ、集光レンズ４によって光軸Ｘ
上の集光位置Ｐに集光させる。集光レンズ４と集光位置
Ｐとの間には、第１ナイフエッジ反射板５ａ〜５ｄ、第
１光センサ６ａ〜６ｄ、第２ナイフエッジ反射板７ａ〜
７ｄ、第２光センサ８ａ〜８ｄを設ける。レーザビーム
の集光位置Ｐが変動した場合には、レーザビームの一部
が第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によって反射され、この反射光が
モニタ光として第１光センサ６ａ〜６ｄ又は第２光セン
サ８ａ〜８ｄによって検出される。
(57) [Summary] [Object] To provide a laser focusing position variation measuring device capable of measuring the variation of the focusing position of a laser beam while the laser beam is being used. A laser beam emitted from a laser oscillator 1 is made incident on a condenser lens 4 via a telescope 2 and a bending mirror 3, and an optical axis X is generated by the condenser lens 4.
The light is focused on the upper focusing position P. Between the condenser lens 4 and the condenser position P, the first knife edge reflectors 5a to 5d, the first optical sensors 6a to 6d, the second knife edge reflector 7a to.
7d and 2nd optical sensor 8a-8d are provided. When the focus position P of the laser beam changes, a part of the laser beam is reflected by the first knife edge reflectors 5a to 5d or the second knife edge reflectors 7a to 7d, and this reflected light serves as monitor light. It is detected by the first optical sensors 6a to 6d or the second optical sensors 8a to 8d.
Description
【０００１】[0001]
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。 An optical device that supplies laser light to an optical fiber for laser processing, a laser focusing position variation measuring device used in an optical device that uses laser light such as a laser processing nozzle, and a laser light collection device. The present invention relates to a laser beam fluctuation measuring device for measuring light position, shape, intensity and the like.
【０００２】[0002]
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。 In the laser processing nozzle, it is necessary to focus the laser light accurately and stably at the processing point in order to perform energy processing efficiently and with high accuracy. Further, in a laser processing apparatus, 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 accurately and stably focus the laser beam on the center of the end face of the optical fiber for a long time. As described above, in the field of laser processing, the technique of stably focusing the laser beam at a predetermined position holds 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。Fluctuations in the focusing position of the laser beam are one manifestation of a phenomenon called drift. It is considered that this drift is mainly due to the temperature change that occurs with the passage of processing time during laser processing. Specifically, this drift is caused by changes in the resonator length of the laser oscillator due to temperature rise, changes in the length and angle between the optical elements in the optical system consisting of optical elements such as mirrors and condenser lenses, and laser changes. It is caused by changes in the refractive index due to gas floating in the space where the beam passes. When such a drift occurs, not only the focus position of the laser beam fluctuates in the optical axis direction but also fluctuates 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 in order 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 device that rotates a wire at the focus position of a laser beam and obtains the focus position by the 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６０−１８７ ４９２号公報）。(2) As shown in FIG. 8, the distance between the laser oscillator beam outlet and the condenser lens 84 is calculated by the device 83 based on the signal from the NC device 82. Based on the above, a processing device for keeping the focused spot constant (JP-A-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, by measuring the intensity of the reflected light from the processing point using a power sensor 87, the converging point of the laser beam is made to coincide with the processing point (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10 (1999) -31977). 3-23092 publication).
【０００８】 （４）図１０に示すように、距離センサ８８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. 10, the distance sensor 88 is used to measure the distance between the processing head 89 and the processing point, and based on this, the converging point of the laser beam is made to coincide with the processing point. Method (Japanese Patent Laid-Open No. 3-110091).
【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９ ８を集光レンズ９７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, the measurement laser beam 98 is incident on the condenser lens 97 separately from the processing laser beam to measure the amount of thermal deformation of the condenser lens 97, and the measurement result is obtained. A laser processing device (Japanese Patent Laid-Open No. 61-137693) that adjusts the position of the condenser lens 97 on the basis of the above to adjust the focus point of the processing laser beam to the processing point.
【００１０】[0010]
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, with the configuration of (1), the focus position of the laser beam is obtained prior to the laser processing, and the focus position cannot be adjusted during the laser processing. Therefore, if drift occurs with the passage of machining time, machining must be interrupted, and the wire must be rotated again to adjust the focus 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。Further, in the configuration of (2), only the distance between the laser oscillator beam outlet and the condenser lens is regulated, and when the drift occurs and the characteristics of the laser beam itself change as described above. However, there is a problem that the converging point of the laser beam cannot coincide 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 the irradiation of the high energy processing laser beam. Due to the influence of this plasma and ambient light, even if the intensity of the reflected light from the processing point is measured, the focus position of the laser beam cannot be accurately known.
【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 of (4), only the distance between the processing head and the processing point is measured, and similarly to the case of (2) above, drift occurs and the characteristics of the laser beam itself change. In this case, the converging point of the laser beam cannot match 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 the drift due to the thermal deformation of the condenser lens is eliminated, it is not possible to cope with other drifts due to, for example, changes 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, in the configurations (1) to (5), there is a problem in that it is not possible to measure variations in the intensity of the laser beam, the diameter of the laser beam, etc. at the processing point caused by drift. .
【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 all such conventional problems at once, and the object of the present invention is to measure the variation of the focusing position of the laser beam while the laser beam is being used. A laser focusing position variation measuring device is provided. Further, another object of the present invention is to measure the variation of the focusing position of the laser beam, the variation of the focusing beam size, and the variation of the focusing beam intensity while using the laser beam. A laser beam fluctuation measuring device is provided.
【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。A laser focusing position variation measuring device according to the present invention focuses a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator at a predetermined focusing position by a focusing optical system. A laser condensing position variation measuring device used in an optical device to be used, for measuring the variation of the condensing position under the use of the laser beam, comprising: A monitor means for extracting a part of the laser beam as monitor light in an optical path reaching the position, and a focus position variation detection means for detecting a variation of the focus position based on the monitor light are provided. And
【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 structure, the monitor means is a reflecting member provided between the condensing optical system and the condensing position, and the condensing position variation detecting means is provided from the reflecting member. It is also possible to adopt a configuration in which a plurality of optical sensors that detect the reflected light are used, and the variation of the condensing position is measured by the variation of the light intensity of 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。Further, the monitor means is provided between the condensing optical system and the condensing position, and extracts a part of the laser beam as monitor light to form a converging point different from the converging position. It is a reflecting member for condensing, and the condensing position variation detecting means is arranged at the condensing point of the monitor light, and detects the variation of the condensing position of the laser beam by the variation of the condensing point of the monitor light. It is also possible to adopt a configuration that is a beam position detection device that operates.
【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 reflecting member that is provided between the laser light source device and the condensing optical system, and extracts a part of the laser beam as monitor light. The detecting means is a monitor collecting optical system for condensing the monitor light from the reflecting member, and the laser beam of the laser beam is arranged by the change of the condensing point of the monitor light which is arranged at the condensing point of the monitor light. It can also be configured by a beam position detection device that detects a change in the focus position.
【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 in which a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator is condensed by a condensing optical system and used. A laser beam fluctuation measuring device for measuring a fluctuation of a focusing position of a laser beam, a fluctuation of a size of a focused beam, and a fluctuation of a focused beam intensity by an optical optical system when the laser beam is used. Monitor means for extracting a part of the laser beam as monitor light in the optical path from the laser light source device to the converging position, light separating means for separating the monitor light into a plurality of measuring lights, and measuring light A beam intensity fluctuation measuring means for measuring a fluctuation in the intensity of the laser beam at one of the focusing positions, and another one of the measuring lights for focusing the beam. Focusing position fluctuation detecting means for detecting fluctuations, and the size of the focusing beam spot at the focusing position by detecting the size of the laser beam from still another one of the measuring lights. And a laser beam size variation measuring means for measuring the variation.
【００２２】[0022]
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。 The laser condensing position fluctuation measuring device having the above configuration condenses a laser beam emitted from a laser light source device configured by a laser oscillator, an optical lens, etc., at a predetermined condensing position by a condensing optical system. Used in optical devices. The end face of the optical fiber, the object to be processed, etc. are arranged at the converging position of the laser beam. Further, the laser condensing position fluctuation measuring device of the present invention measures the fluctuation of the condensing position of the laser beam by the process, that is, while using this laser beam. For example, when the measuring device of the present invention is used for an optical device that focuses laser light on the end face of an optical fiber, the fluctuation of the light collecting position is measured while actually supplying the laser beam to the end face of the optical fiber. Then, when the measuring device of the present invention is used in a laser processing device, the fluctuation of the focusing 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 converging position fluctuation measuring device of the present invention has a laser beam monitoring means, which monitors a part of the laser beam in the optical path from the laser light source device to the converging position. Take out as monitor light. This monitor light is guided to the condensing position fluctuation detecting means, and the fluctuation of the condensing position is detected there.
【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 composed of one or more reflecting members provided between the condensing optical system and the condensing position, and the condensing position variation detecting means detects the reflected light from this reflecting member. It can be constituted by a plurality of optical sensors. In this configuration, the fluctuation of the light condensing position is measured by the fluctuation of the light intensity in each photosensor (including the fluctuation from the light-off state to the light-on state). That is, the variation in the light intensity detected by each optical sensor can be used to measure the variation in the focusing position in the optical axis direction, and the variation in the light intensity can be detected by the position of the optical sensor. It is possible to measure the variation of the focusing position in the plane perpendicular to the axis.
【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 reflecting member as the monitor means is a reflecting member which collects the reflected light at a condensing point different from the condensing position, and the condensing position variation detecting means is arranged at the condensing point of the monitor light. When it is configured by the beam position detecting device, the beam position detecting device can detect the position and size of the incident light spot. In this configuration, the monitor light reflects the fluctuation of the focus position of the laser beam actually used as it is. Therefore, the fluctuation of the focus 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 focus position of the laser beam in the plane perpendicular to the optical axis is measured as the fluctuation of the spot position of the monitor light in the beam position detector.
【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 unit, and the condensing position variation detecting unit condenses the monitor light from the reflecting member on the monitor condensing optical system. In the case of the system and the beam position detector described above, the monitor light is collected before passing through the condensing optical system, so that the monitor condensing optical system collects the monitor light on the beam position detector. Need to shine. On the beam position detection device, as in the above, the fluctuation of the focus position of the laser beam in the optical axis direction and the fluctuation in the plane perpendicular to the optical axis are measured.
【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 condensing position by a condensing optical system, similarly to the laser condensing position fluctuation measuring device described above. The in-process measurement of changes in the focus position of the laser beam, changes in the size of the focus beam, and changes in the focus beam intensity is performed. In this laser beam fluctuation measuring device, the monitor 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 the light separating means. The beam intensity fluctuation measuring means measures the fluctuation of the intensity of the incident laser beam using one of these measurement lights. Further, the other one measurement light is used for detecting the fluctuation of the condensing position in the condensing position fluctuation detecting means. Further, the other measuring light is used to measure the variation of the size of the focused beam at the focusing position in the laser beam size variation measuring means.
【００２８】[0028]
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more 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. 1A shows a sectional configuration of a laser focusing position variation measuring device according to a first embodiment of the present invention. The laser condensing position variation measuring device of the present embodiment has a high-power carbon dioxide gas laser oscillator 1 and a laser beam emitted from the high-power laser oscillator 1 which are substantially parallel to the optical axis X and have a predetermined beam diameter. It is provided in an optical device having a telescope 2 for converting the adjusted laser beam B and a bending mirror 3 for making the laser beam B from the telescope 2 incident on a condenser lens 4. In this embodiment, a laser light source device is composed of the high output laser oscillator 1 and the telescope 2, and the condenser lens 4 functions as a condenser optical system. The condenser lens 4 condenses the laser beam B, which is incident as a substantially parallel light beam, at a condensing position P on the optical axis X. An end surface of the optical fiber, an object to be processed, and the like are placed at the light collecting position P.
【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, four first knife edge reflectors 5a to 5d shown in the plan view of FIG. 1C are provided between the condenser lens 4 and the condenser position P. . In this embodiment, these first knife edge reflectors 5a to 5d and second knife edge reflectors 7a to 7d, which will be described later, function as monitor means. The first knife edge reflection plates 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 focused toward the normal focusing position P. Is placed in a position very close to the laser beam B without touching it. Further, four first optical sensors 6a to 6d corresponding to the respective reflection plates 5a to 5d are arranged below the first knife edge reflection plates 5a to 5d. In the present embodiment, the first optical sensors 6a to 6d and the second optical sensors 8a to 8d described later function as a condensing position variation detecting means. The first photosensors 6a to 6d detect the reflected light when the focusing position P of the laser beam B is out of the normal position and the first photosensors 6a to 6d are irradiated with the laser beam B. It is arranged in the position to get.
【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５ａ〜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 provided at positions parallel to the first knife edge reflectors 5a to 5d downwardly along the optical axis X. It is arranged in a position close to the optical axis X. Further, four second optical sensors 8a to 8d corresponding to the respective reflection plates 7a to 7d are arranged below the second knife edge reflection plates 7a to 7d. These second optical sensors 8a to 8d reflect the reflected light when the laser beam B is irradiated to the second knife edge reflectors 7a to 7d with the focus position P 1 of the laser beam B deviating from the normal position. It is located 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５ａ〜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 focusing position variation measuring device of this embodiment functions as follows. First, the laser beam B emitted from the laser oscillator 1 is adjusted to a predetermined beam diameter by the telescope 2 and emitted as a laser beam B substantially parallel to the optical axis X toward the bending mirror 3. The laser beam B reflected by the bending mirror 3 enters the collecting lens 4 and is further condensed at a predetermined light collecting position P. At that 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 on the first knife edge reflectors 5a to 5d. If the focused laser beam B irradiates the first nuff edge reflectors 5a to 5d, this can be detected by the first optical sensors 6a to 6d as shown in FIG. 1 (b). The second knife edge reflectors 7a to 7d and the second optical sensors 8a to 8d are also used as an initial alignment detector for aligning the laser beam B 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, when the laser beam B is applied to any of the second knife edge reflectors 7a to 7d, the reflected light is the second light. It is detected by any of the 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 thus focused at the correct focusing position, the end face of the optical fiber, the object to be processed, etc. are placed at the focusing position P, and the laser beam B is actually used. Then, as time elapses, a drift occurs, and as shown in FIG. 1B, for example, the diameter of the laser beam B changes so that the focusing position P moves along the optical axis X toward the second knife edge reflector. When the laser beam B fluctuates to the 7a to 7d side, a part of the laser beam B is reflected by the first knife edge reflectors 5a to 5d, and the reflected light is incident on each of the first optical sensors 6a to 6d as monitor light. . It is possible to know from the light detection signals of these first optical sensors 6a to 6d that the laser beam B has deviated from the regular focusing 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〜７ｄ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 focus position P of the laser beam B fluctuates in a plane perpendicular to the optical axis X, that is, when it deviates from the optical axis X, the first knife edge reflectors 5a to 5d or The laser beam B is reflected by the second knife edge reflectors 7a to 7d, and this reflected light becomes monitor light. In this case, the laser beam B is not reflected at all of the first knife edge reflectors 5a to 5d or at all of the second knife edge reflectors 7a to 7d, but at a part thereof. The first knife edge reflectors 5a to 5d, or some of the second knife edge reflectors 7a to 7d reflect the laser beam B as monitor light. Therefore, by knowing which optical sensor has detected the monitor light, it is possible to know in which direction the laser beam B has changed 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, by using the laser focusing position variation measuring device of the present embodiment, the variation of the focusing position P of the laser beam B can be detected in-process. When the variation of the focusing position P is detected, the beam diameter of the emitting laser and the optical axis are adjusted in the telescope 2 so as to eliminate the variation, and the focusing position P is constantly adjusted. It is controlled so that it does not change from the normal 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, but the present invention is not limited to this. Not a thing. 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. It is also possible to use a doughnut-shaped reflecting member 15 having a cross section and detect the reflected light from the reflecting surface 15a of the reflecting member 15 by a plurality of optical sensors. Further, although the case where the carbon dioxide laser oscillator 1 is used has been described in the present embodiment, the case where another laser oscillator is used can also be applied.
【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１ ２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〜９ ｄ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 focusing position variation measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. Further, FIG. 2B shows a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The laser focusing position variation measuring device of the present embodiment is provided in the processing nozzle of the laser processing device. This laser processing apparatus has a high-power laser oscillator 1, a telescope 2, a bending mirror 3 and a condenser lens 4 as in the first embodiment, and the laser beam B passing through the condenser lens 4 is The laser beam is focused at a focusing position P on the optical axis X outside the opening at the tip of the laser processing nozzle 12. A gas supply line 13 is provided on the side of the laser processing nozzle 12, and the processing gas is supplied from the gas supply line 13. The condenser lens 4 is supported by a support member 11 provided above the laser processing nozzle 12. In this embodiment, as shown in FIG. 2B, four knife edge reflectors 9a to 9d are provided inside the laser processing nozzle 10, and below the knife edge reflectors 9a to 9d. Optical sensors 10a to 10d corresponding to are provided.
【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。Also in this embodiment, as in the case of the first embodiment described above, when the focusing position P of the laser beam B fluctuates on the optical axis X, and in the plane perpendicular to the optical axis X, In the case of the fluctuation, the reflected light of the laser beam B on the edge reflectors 9a to 9d is incident on the optical sensors 10a to 10d as monitor light. By detecting this monitor light, it is possible to measure the variation of the 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２ １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 focusing position variation measuring device according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a part of the laser beam B before entering the condenser lens 4 is extracted as the monitor light M. That is, only the light on the outer periphery of the substantially parallel laser beam B before entering the condenser lens 4 is reflected by the reflecting member 21 as monitor light in the direction of the optical axis X '. The reflecting member 21 is a reflecting mirror having a shape shown in FIG. 4 (a), and has an opening 22 at the center. The laser beam B is applied to the portion shown by the broken line in the figure. Therefore, the laser beam B passing through the opening 22 is hardly influenced by the reflecting member 21 and is focused on the focusing position P on the optical axis X, so that the wavefront of the laser beam B is hardly disturbed. Monitor light can be extracted.
【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 at the condensing point Q on the optical axis X ′ via the monitor condensing lens 23 that functions as a monitor condensing optical system. A beam position detection device 24 made of a semiconductor element is arranged at the light collection point Q. FIG. 5A shows a plan view of the beam position detecting device 24 used in this embodiment. The beam position detection device 24 detects the variation of 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 focus position P of the laser beam B is reflected on the focus point Q of the monitor light, the change in the focus point Q can be detected by measuring the change in the focus point Q. You can That is, since the fluctuation of the converging position P in the optical axis X direction appears as the fluctuation of the converging point Q in the optical axis X'direction, it can be captured as the fluctuation of the size of the beam spot S. Further, the fluctuation of the condensing position P in the plane perpendicular to the optical axis X can be captured as the fluctuation of the spot S in 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, as the reflecting member 21, for example, one having another structure shown in FIGS. 4B to 4D can be used. The reflecting member shown in FIG. 4B is a beam splitter made of a semi-transmissive mirror having a very low reflectance (for example, about 1%), and a part of the laser beam B irradiated to the portion shown by the broken line in the figure. Is taken out as monitor light. The reflection member shown in FIG. 4 (c) is configured to reflect the laser beam B only at four portions of the outer peripheral portion of the laser beam B, and the amount of monitor light in FIG. 4 (a) is reduced. It is a thing. The reflecting member shown in FIG. 4 (d) has a knife edge at the reflecting portion of the laser beam B in FIG. 4 (c) to further reduce 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。Further, in the configuration of the present embodiment, as the beam position detecting device 24, a device using a pyroelectric element or a plurality of thermocouples 25, 25 ... Is used as shown in FIG. 5B. It is also possible to use itomo.
【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３１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 focusing position variation measuring device 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. As the reflecting member 31, the same one as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d) can be used. In this embodiment, since the monitor light is extracted after passing through the condenser lens 4, it is not necessary to provide an optical system for condensing the monitor light as in the third embodiment (FIG. 3) described above. , The monitor light is condensed on the condensing point Q. A beam position detecting device 34 similar to the beam position detecting device shown in FIG. 3 is arranged at the focal point Q.
【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 the present embodiment, the beam position detection device 34 can catch the fluctuation of the condensing position P in the optical axis X direction and the fluctuation in the plane perpendicular to the optical axis X.
【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 plane configuration of a laser beam fluctuation measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The laser focusing position variation measuring devices of the first to fourth embodiments measure only the variation of the focusing position P of the laser beam B 1, but the laser beam variation measuring device 40 of the present embodiment. In addition to the change of the focus position P, the change of the light intensity of the laser beam B can be measured. In this embodiment, the case of introducing a laser beam into the optical fiber of the 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。In the laser beam fluctuation measuring apparatus 40 of the present embodiment, the incident laser beam B introduced through the high power laser oscillator, the telescope, the bending mirror, etc. is incident in the direction of the optical axis X shown in FIG. . A part of the incident laser beam B is taken out as the monitor light M in the optical axis X'direction by the beam splitter 41 made of a semi-transmissive mirror similar to that shown in FIG. The reflectance of the beam splitter 41 is about 1%. In this embodiment, the semitransparent mirror shown in FIG. 4B is used as the beam splitter 41, but instead of this, those shown in FIGS. 4C to 4D may be used.
【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６ ０の端面が配されている。In this embodiment, a shutter 42 for turning on / off the introduction of the laser beam B is provided on the optical axis X. The laser beam B transmitted through the beam splitter 41 is reflected by the total reflection mirror 43 in the direction of the condensing optical system 44. The condenser optical system 44 is composed of an incident side lens 45, an aperture 46 and a condenser lens 47. The laser beam B that has passed through the condensing optical system 44 is condensed at the condensing position P. At the light collecting position P, the end face of the optical fiber 60 for introducing the laser beam B into the laser processing apparatus is arranged.
【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ＣＣＤ 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 addition, in this embodiment, in order to observe the position and size of the laser focused beam spot incident on the end face of the optical fiber 60, a reflecting mirror 62 having a multilayer film and a CCD camera 61 are provided. ing. The reflecting mirror 62 is provided behind the total reflecting mirror 43, and reflects the weak light leaked from the reflecting mirror 62 toward the CCD camera 61. Therefore, the CCD camera 61 can observe the laser focused beam spot on the end face of the optical fiber 60 via the focusing 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ｍ1 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 measured by the first semi-transmissive mirror 51 and the second semi-transmissive mirror 52 which function as light splitting means. It is separated into lights m 1 , m 2 and m 3 . That is, the monitor light M first passes through the first semi-transmissive mirror 51 having a transmittance of about ⅓, so that the measurement light m 1 is separated from the monitor light M. The separated measurement light m 1 is incident on the power meter 53 and its light intensity is measured. In this embodiment, the power meter 53 functions as a beam intensity fluctuation measuring means. Since the light intensity of the measurement light m 1 is proportional to the light intensity of the laser focused beam at the focus position P 1 , the light intensity of the measurement light m 1 is measured to measure the light intensity at the focus position P 1. The light intensity of the laser focused beam can be known.
【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 monitor light M reflected by the first semi-transmissive mirror 51 in the optical axis X ″ direction is further transmitted by the second semi-transmissive mirror 52 having a transmittance of about 50%. The light m 2 and the measurement light m 3 that is the reflected light are further separated. One measuring light m 2 is condensed by the condenser lens 54 at the condensing point Q on the photodetector 55. In this embodiment, the condensing lens 54 and the photodetector 55 constitute a condensing position variation detecting means. The photodetector 55 measures the position of the condensing point Q of the measurement light m 2 and measures the fluctuation of the condensing position P by the fluctuation of the position of the condensing 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Ｉ Ｒ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 enters the IR sensor 56. The IR sensor 56 has a function of converting infrared rays into visible light, and emits visible light from the back surface of the portion irradiated with infrared rays. Therefore, by observing this visible light with the camera 57, the variation in the size of the incident laser beam B can be measured. In this embodiment, the IR sensor 56 and the camera 57 constitute a laser beam dimension variation measuring means.
【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 the present embodiment, the intensity of the laser beam B at the focusing position P, the focusing 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. Furthermore, since the end face of the optical fiber 60 can be observed by the CCD camera 61, if the focus position P of the laser beam B deviates from the central part of the end face of the optical fiber 60, this can be easily found. You can
【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-transparent mirror 51 and the second semi-transmissive plate 52 are about one-third and about 50%, respectively. However, the reflectance and the transmittance of the power meter 53, the photo detector 55, and the IR sensor 56 may be set to the optimum values according to the sensitivities of the power meter 53, the photo detector 55, and the IR sensor 56.
【００５５】[0055]
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。 With the laser converging position fluctuation measuring device according to the present invention, it is possible to measure the fluctuation of the converging position of the laser beam due to drift or the like while using the laser beam. Based on this, the focus position of the laser beam can be adjusted while using the laser beam. Therefore, when the laser converging position fluctuation measuring device of the present invention is used for the nozzle of the laser processing device, it is possible to perform processing with high energy efficiency and high accuracy for a long time. Further, when the laser beam is introduced into the optical fiber of the laser processing apparatus, it becomes possible to accurately supply the laser beam to the central part 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。The laser beam fluctuation measuring device according to the present invention can measure not only the fluctuation of the focus position of the laser beam but also the light intensity of the laser beam. Moreover, it is possible to make measurements while using the laser beam. It is possible to always supply a constant output laser beam to the optical fiber of the laser processing apparatus and the processing nozzle, and it is possible to improve the processing accuracy.
【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 sectional configuration diagram of a laser focusing position variation measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view showing a state in which variation of a focusing position of a laser beam is detected. Figure,
(C) is a plan view showing the first knife edge reflector, (d).
FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the monitor 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 sectional configuration diagram of a laser processing nozzle equipped with a laser focusing position variation measuring device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along line AA of FIG. It is a figure.
【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 focusing position variation 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。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。5 (a) and 5 (b) are plan views showing the beam position detecting device in FIG.
【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 sectional view showing a schematic configuration of a laser focusing position variation 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 configuration diagram 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 focused position of a laser beam constant by calculating a distance between a laser beam outlet and a focusing 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 focused position of a laser beam constant by 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 focused position of a laser beam constant by 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 thermal deformation of a condenser lens and keeps a laser beam converging position constant.
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 sensor 9a-9d ... knife edge reflecting plate 10a-10d ... optical sensor 21, 31 ... reflecting member 23 ... monitor condensing lens 24, 34 ... beam position detecting device 41 ... beam splitter 43 ... total reflection mirror 44 ... condensing 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 ... Reflector 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 (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 7/28 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI technical display location G02B 7/28
Claims (5)
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レーザ
集光位置変動計測装置。1. An optical device that uses a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator after condensing it at a predetermined condensing position by a condensing optical system,
A laser condensing position fluctuation measuring device for measuring the fluctuation of the condensing position under the use of the laser beam, wherein a part of the laser beam is present in an optical path from the laser light source device to the condensing position. A laser condensing position fluctuation measuring device comprising: monitor means for taking out as a monitor light; and condensing position fluctuation detecting means for detecting a fluctuation in the condensing position based on the monitor light.
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 is a reflecting member provided between the condensing optical system and the condensing position, and the condensing position variation detecting means detects reflected light from the reflecting member. 2. The laser converging position fluctuation measuring device according to claim 1, comprising a plurality of optical sensors, wherein the fluctuation of the converging position is measured by the fluctuation of the light intensity in each of the optical sensors.
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 condensing optical system and the condensing position, and extracts a part of the laser beam as monitor light to a condensing point different from the condensing position. It is a reflecting member for condensing, and the condensing position variation detecting means is arranged at a condensing point of the monitor light, and detects variation of the condensing position of the laser beam by variation of the condensing point of the monitor light. The laser focus position variation measuring device according to claim 1, which is a beam position detecting device.
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 monitor means is a reflecting member that is provided between the laser light source device and the condensing optical system and extracts a part of the laser beam as monitor light. The means is a monitor condensing optical system that condenses the monitor light from the reflecting member, and is arranged at a condensing point of the monitor light, and changes the condensing point of the monitor light to change the condensing position of the laser beam. The laser focus position fluctuation measuring device according to claim 1, which is configured by a beam position detecting device for detecting fluctuation.
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レーザビ
ーム変動計測装置。5. A condensing position of a laser beam by the condensing optical system, which is used in an optical device for condensing a laser beam emitted from a laser light source device having a laser oscillator by a condensing optical system. Laser beam fluctuation measuring device for measuring the fluctuation of the laser beam, the fluctuation of the size of the focused beam, and the fluctuation of the focused beam intensity under the use of the laser beam, the laser beam fluctuation measuring device extending from the laser light source device to the focusing position. Monitor means for extracting a part of the laser beam as monitor light in the optical path, light separating means for separating the monitor light into a plurality of measuring lights, and one of the measuring lights at the condensing position. Beam intensity fluctuation measuring means for measuring fluctuations in the intensity of the laser beam, and condensing position fluctuation detecting means for detecting fluctuations in the condensing position from another one of the measuring lights, Laser beam size variation measuring means for measuring the size variation of the focused beam spot at the focusing position by detecting the dimension of the laser beam from another one of the photometers. Laser beam fluctuation measuring device characterized by:
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|---|---|---|---|
| JP1993005827U JP2599463Y2 (en) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | Laser focus position fluctuation measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1993005827U JP2599463Y2 (en) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | Laser focus position fluctuation measurement device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0665808U true JPH0665808U (en) | 1994-09-16 |
| JP2599463Y2 JP2599463Y2 (en) | 1999-09-06 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2014020789A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Oputei:Kk | Light measurement device |
| KR101396003B1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-05-16 | 경일대학교산학협력단 | Optical alignment apparatus of lidar system |
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|---|---|---|---|---|
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- 1993-02-22 JP JP1993005827U patent/JP2599463Y2/en not_active Expired - Fee Related
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