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JPS6054836B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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JPS6054836B2 - Laser processing equipment - Google Patents

Laser processing equipment

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Publication number
JPS6054836B2
JPS6054836B2 JP55025643A JP2564380A JPS6054836B2 JP S6054836 B2 JPS6054836 B2 JP S6054836B2 JP 55025643 A JP55025643 A JP 55025643A JP 2564380 A JP2564380 A JP 2564380A JP S6054836 B2 JPS6054836 B2 JP S6054836B2
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JP
Japan
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laser
processing
reflected light
workpiece
light
Prior art date
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Expired
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JP55025643A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS56122689A (en
Inventor
元貞 喜利
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザー光線によつて人体内の患部組織を
焼畑してこれを切開切断するレーザーメス、あるいは、
各種材料の溶融切断などを行なう加工機械として使用で
きるレーザー加工装置に関するものてある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser scalpel that uses a laser beam to incise and cut diseased tissue in the human body by slashing and cutting the affected tissue;
This article relates to a laser processing device that can be used as a processing machine for melting and cutting various materials.

近年レーザーは各種のものが開発されその応用分野が
著しく拡げられてきた。
In recent years, various types of lasers have been developed, and their application fields have expanded significantly.

特にレーザーを光エネルギーの供給源として利用するレ
ーザー加工分野では、人体を対象としたいわゆるレーザ
ーメスや、各種材料の切断加工機なども多く出現するに
至つている。 この種のレーザー加工装置においては、
加工対象物における加工位置決めは光束によつて正確に
行なわれるが、加工深さは制御できず深く切込み加工し
すぎることがある。
In particular, in the field of laser processing that uses lasers as a source of optical energy, many so-called laser scalpels for the human body and cutting machines for various materials have come into existence. In this type of laser processing equipment,
Although the processing position on the workpiece is accurately determined using a beam of light, the processing depth cannot be controlled and the cutting may be performed too deeply.

これをレーザーメスの場合は特に危険である。レーザー
光によつて人体以外各種の材料を加工する場合は孔あけ
ないし切断が主であるが、所望深さの穴の加工は不可能
に近いのが現状である。 本発明はこのような点にかん
がみ、加工深さを制御しつつ加工が可能なレーザー加工
装置を提供するものである。
This is especially dangerous when using a laser scalpel. When laser light is used to process various materials other than the human body, drilling or cutting is the main process, but at present it is nearly impossible to process holes to a desired depth. In view of these points, the present invention provides a laser processing device that is capable of processing while controlling the processing depth.

特に、3次元加工、有限深さの穴加工を可能にし、たと
えば目的外位置へのレーザー光の照射を防止して安全性
のきわめて高いレーザーメスに適用できる加工装置を提
供するものである。 すなわち、本発明が提供するレー
ザー加工装置はレーザー光を発振するレーザー発振手段
と、このレーザー光の発振を励起するレーザー励起電源
とを備え、前記レーザー光を加工対象物に照射して加工
を行なうようにした装置において、加工対象物からの反
射光の検出器を照射レーザー光の光軸から外して配置す
るとともに、前記反射光検出器によつて検出される反射
光を結像させる光学手段を設け、前記加工対象物の加工
深さの変化に基づく前記反射光の結像位置の変化によつ
て加工深さを検知し、検知した前記加工深さにより前記
レーザー発振手段の励起を制御する励起制御手段を設け
たことを特徴とする。
In particular, the present invention provides a processing device that enables three-dimensional processing and hole processing with a finite depth, prevents irradiation of laser light to unintended positions, and can be applied to extremely safe laser scalpels. That is, the laser processing apparatus provided by the present invention includes a laser oscillation means that oscillates a laser beam, and a laser excitation power source that excites the oscillation of the laser beam, and performs processing by irradiating the laser beam onto a workpiece. In such an apparatus, a detector for reflected light from the workpiece is disposed away from the optical axis of the irradiated laser beam, and an optical means for forming an image of the reflected light detected by the reflected light detector is provided. an excitation device that detects the machining depth by a change in the imaging position of the reflected light based on a change in the machining depth of the workpiece, and controls excitation of the laser oscillation means based on the detected machining depth; It is characterized in that it is provided with a control means.

以下図示実施例を説明する。 The illustrated embodiment will be described below.

1はレーザー発振機で、図面には示していないが、レー
ザー光の発振部とその発振部からの光伝送部によつて構
成されている。
Reference numeral 1 denotes a laser oscillator, which is not shown in the drawings, but is composed of a laser beam oscillation section and a light transmission section from the oscillation section.

11はレーザー発振機1を励起しレーザー光(ビーム)
2を発振するためのレーザー励起電源部で、このレーザ
ー励起電源部11とレーザー発振機1との接続系Rには
リレー9によつて動作され接点10が介設されている。
11 excites the laser oscillator 1 to emit laser light (beam)
A contact 10 operated by a relay 9 is interposed in a connection system R between the laser excitation power source 11 and the laser oscillator 1.

3は加工対象物であり、レーザーメスの場合は人体の患
部でありあるいは種々の材料である。2″はレーザー加
工における反射光で、この反射光2″はレンズ4を通り
マスク5の位置でほぼ結像される。
3 is an object to be processed, which in the case of a laser scalpel is an affected part of the human body or various materials. 2'' is reflected light during laser processing, and this reflected light 2'' passes through a lens 4 and is almost imaged at the position of the mask 5.

そしてこのマスク5を通過した反射光は検出器6で捕え
られる。8は加工対像物3の反射率のずれによる補正を
行なうための基準電位8″を発生する補正電源、7はこ
の補正用の基準電位によつて検出器6からの出力を補正
し、その値が所定値に達したときリレー9の動作指令信
号を出力する増幅器である。
The reflected light that has passed through this mask 5 is captured by a detector 6. Reference numeral 8 denotes a correction power source that generates a reference potential 8'' for correcting the deviation in reflectance of the object to be processed 3; 7 corrects the output from the detector 6 with this reference potential for correction; This is an amplifier that outputs an operation command signal for the relay 9 when the value reaches a predetermined value.

12はレーザー励起電源部11とレーザー発振機1との
接続系Rに接続されたバイパス回路、13はこのバイパ
ス回路12に介在された抵抗であり、この抵抗13を含
むバイパス回路12によつてリレー接点10が接続系R
を開路しているとき(図示状態)、レーザー励起電源部
11から比較的小さな電気エネルギーを受けてレーザー
発振機1が励起され、常時レーザー発振機1からは測定
用の弱いレーザー光2が発生されるように構成されてい
る。
12 is a bypass circuit connected to the connection system R between the laser excitation power source 11 and the laser oscillator 1; 13 is a resistor interposed in this bypass circuit 12; Contact 10 is connection system R
When the circuit is open (the state shown in the figure), the laser oscillator 1 is excited by receiving relatively small electric energy from the laser excitation power source 11, and the laser oscillator 1 constantly generates a weak laser beam 2 for measurement. It is configured to

Mは加工機枠て、レーザー発振機1と反射光検出系4,
5,6の関係を固定的に位置決めするものである。
M is a processing machine frame, a laser oscillator 1, a reflected light detection system 4,
5 and 6 are fixedly positioned.

この機枠はレーザーメスの場合マニピュレータに相当し
、あるいは各種材料の加工においては加工対象物の設置
機枠または移送機枠と結合される。以上の構成において
、まずリレー接点10を図示のとおり開いて加工機枠M
も含めてレーザー発振機1を加工対象物3に対置させる
This machine frame corresponds to a manipulator in the case of a laser scalpel, or is combined with a machine frame for installing or transporting a workpiece in the processing of various materials. In the above configuration, first open the relay contact 10 as shown in the figure, and then open the processing machine frame M.
The laser oscillator 1 including the laser oscillator 1 is placed opposite to the workpiece 3.

まず測定用レーザー光2がレーザー発振機1より照射さ
れると、この測定用レーザー光の反射光2″がレンズ4
を通りマスク5に結像してこのマスク5を通る反射光が
検出器6に捕捉される。他方基準電位8″を適度に調整
し検出器6に有効な反射光が捕捉されたとき、増幅器7
から信号が出力されリレー9が動作してリレー接点10
が接続系Rを閉路する。リレー接点10が閉じられると
、レーザー発振機1は強力な電気エネルギーによつて励
起され、加工用のレーザー光2を出力する。
First, when the measurement laser beam 2 is irradiated from the laser oscillator 1, the reflected light 2'' of this measurement laser beam is reflected on the lens 4.
The reflected light passing through the mask 5 is captured by the detector 6. On the other hand, when the reference potential 8'' is appropriately adjusted and effective reflected light is captured by the detector 6, the amplifier 7
A signal is output from , relay 9 operates, and relay contact 10
closes the connection system R. When the relay contact 10 is closed, the laser oscillator 1 is excited by strong electrical energy and outputs a laser beam 2 for processing.

そして加工用レーザー光2の照射によつて対象物3の加
工が進行する。ところでこの加工機において、レーザー
光軸、レンズ4およびマスク5の位置関係そして大きさ
を第2図のとおり設定する。
Processing of the object 3 progresses by irradiation with the processing laser beam 2. By the way, in this processing machine, the positional relationship and size of the laser optical axis, lens 4, and mask 5 are set as shown in FIG.

すなわち、レーザー光軸からレンズ4の中心までの距離
をSマスク5の大きさ(幅)をDレンズ4の中心からマ
スク5までの距離を!加工開始点Aからレンズ4までの
距離を!としたとき、反射光2″がマスク5を通過する
範囲での加工点の変位すなわちA点からB点までの深さ
(距離)1−3は次式で表わされる。
In other words, the distance from the laser optical axis to the center of the lens 4 is S, the size (width) of the mask 5 is, and D is the distance from the center of the lens 4 to the mask 5! Distance from processing start point A to lens 4! Then, the displacement of the processing point in the range where the reflected light 2'' passes through the mask 5, that is, the depth (distance) 1-3 from point A to point B, is expressed by the following equation.

11 2S−t?ゴー1 これは反射点(加工点)がA点からB点の範囲にある時
のみ反射光が検出器6に捕捉され加工用レーザー光2が
照射され加工の深さがLに制限されることになる。
11 2S-t? Go 1 This means that only when the reflection point (processing point) is within the range from point A to point B, the reflected light is captured by the detector 6, the processing laser beam 2 is irradiated, and the processing depth is limited to L. become.

またA点すなわち対象物3の上面が固定の場合加工機枠
Mを進退調節すると、レの値が調節されることになり、
上式の関係で加工深さ!が調節されることになる。ある
いは、マスク5の大きさDを調節自在な構成としこの値
の調節によつても加工深さ値!を所望の値に設定するこ
とができる。
In addition, when point A, that is, the top surface of the object 3, is fixed, adjusting the processing machine frame M forward or backward will adjust the value of
Machining depth according to the above formula! will be adjusted. Alternatively, the size D of the mask 5 can be freely adjusted so that the machining depth value can be adjusted by adjusting this value. can be set to a desired value.

このように反射光2の変化により加工深さを調”節する
ために、マスク5と検出器6の代りに第3図に示すよう
にイメージセンサ14を備えた検出器15を設置する方
式も可能である。
In order to adjust the machining depth by changing the reflected light 2, a method is also available in which a detector 15 equipped with an image sensor 14 is installed instead of the mask 5 and detector 6, as shown in FIG. It is possible.

このイメージセンサ14はたとえはCCD素子であつて
微小な光電素子が整列されているものであり、反射光2
″の光軸が矢印方向に変位しながら入射されるときこの
変位置を設定しておくことにより検出器15からの出力
が制限され加工深さを制御することができる。本発明は
図示例に限定されるものではなく、』種々の変形実施例
を挙げることができる。
This image sensor 14 is, for example, a CCD element in which minute photoelectric elements are arranged, and the reflected light 2
By setting this displacement position, the output from the detector 15 can be restricted and the machining depth can be controlled. The present invention is not limited, and various modified embodiments may be mentioned.

例えば、レーザー発振機は、図示例の場合は加工用レー
ザー光と測定用レーザー光をともに出力するものとして
構成しそのために励起電源との接続系に測定用レーザー
光を出力する回路を設けている。しかしこのような同一
方式に限定されるものではなく測定用レーザー光発振機
(普通の光源からの光ビームでもよい)と、加工用レー
ザー光の発振機とを2個別々に設置し、加工用レーザー
発振機への励起の制御を行なうようにすることもできる
。図示例の場合このバイパス回路12にもリレー接点を
設けリレー9の動作によつて回路12を開くようにする
こともできる。これら接点を動作させるリレーを電子回
路で置き換えることも可能てある。また図示の検出方式
において検出特性を高めるために検出系を2個並設する
方式も考えられる。
For example, in the illustrated example, the laser oscillator is configured to output both processing laser light and measurement laser light, and for this purpose, a circuit for outputting the measurement laser light is provided in the connection system with the excitation power source. . However, the method is not limited to the same method, and a laser beam oscillator for measurement (a light beam from an ordinary light source may be used) and a laser beam oscillator for processing are installed separately. It is also possible to control the excitation to the laser oscillator. In the illustrated example, this bypass circuit 12 may also be provided with a relay contact so that the circuit 12 is opened by the operation of the relay 9. It is also possible to replace the relays that operate these contacts with electronic circuits. Furthermore, in the illustrated detection method, a method in which two detection systems are installed in parallel is also considered in order to improve the detection characteristics.

さらに反射光の検出が行なわれ加工用レーザーが出力さ
れているときこれを作業者に知らせるための別個の表示
手段たとえば別の光(ランプ)あるいは音響(ブザー)
方式の機構を付設することもできる。第2図における各
部の寸法を調節自在にして加工深さを調節するようにす
ることは前述のとおり可能である。
Further, a separate display means for notifying the operator when the reflected light is detected and the processing laser is being output, such as another light (lamp) or sound (buzzer).
It is also possible to add a system mechanism. As described above, it is possible to freely adjust the dimensions of each part in FIG. 2 to adjust the machining depth.

加工深さを別個に表示する手段たとえばディジタル表示
器を付設することも可能で、加工中における深さや設定
加工深さを表示するようにすればより便利である。
It is also possible to attach a means for separately displaying the machining depth, such as a digital display, and it would be more convenient to display the depth during machining and the set machining depth.

反射光を確実に捕捉するための信号変復調手段を付設す
ることも可能である。反射光の変化を検出する手段とし
て種々の方式が考えられ図示例のみに限定されない。レ
ンズなどは必ずしも必要ではない。また、レーザー発振
機としてはCO2レーザーYAGレーザー、アルゴンレ
ーザー、ルビーレー;ザーなど気体、固体各種のレーザ
ー発振機が使用でき、加工対象物により最も適した発振
機が選択される。
It is also possible to add signal modulation/demodulation means to reliably capture the reflected light. Various methods can be considered as means for detecting changes in reflected light, and the method is not limited to the illustrated example. Lenses etc. are not necessarily necessary. Further, as the laser oscillator, various gas and solid laser oscillators such as a CO2 laser, a YAG laser, an argon laser, and a ruby laser can be used, and the most suitable oscillator is selected depending on the object to be processed.

励起電源およびその制御手段も図示例に限定されす前述
のとおりきわめて簡略な方式とすることもできる。また
本発明は、測定を伴なう加工ないし測定が主体の加工(
変位)を目的とする装置にも実施可能である。以上のよ
うに本発明によれば、特にレーザーメス等においては加
工(切り込み)深さが自動的に易設定され使用が便利で
あり安全性がきわめて高い装置が得られ、レーザーメス
の普及を促進することになる。
The excitation power source and its control means are also limited to the illustrated example, and as described above, it may be a very simple system. Furthermore, the present invention is applicable to processing that involves measurement or processing that mainly involves measurement (
It can also be implemented in devices whose purpose is displacement (displacement). As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a device in which the processing (cutting) depth is automatically and easily set, especially in laser scalpels, etc., which is convenient to use and has extremely high safety, thereby promoting the widespread use of laser scalpels. I will do it.

また各種の加工においてX..Yの2次元のみならずX
..Y,.Zの3次元的な加工を容易にする。そしてさ
らにコンピュータ出力によつて制御して3次元表示を行
ないつつ加工を行なう装置を提供することもできる。こ
のように各種の目的に沿い精度良好にして安全性が高く
使用便利な加工装置が得られる。
In addition, X. .. Not only the two dimensions of Y but also X
.. .. Y,. Facilitates three-dimensional processing of Z. Furthermore, it is also possible to provide an apparatus that performs processing while performing three-dimensional display under control by computer output. In this way, a processing device that is highly accurate, highly safe, and convenient to use can be obtained for various purposes.

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

第1図は本発明の基本的構成を概略的に示す図、第2図
は本発明の原理を示す図、第3図は他の実施例を示す図
である。 1・・・・・ルーザー発振機、2・・・・・ルーザー光
、2″・・・・・・反射光、3・・・・・・加工対象物
、4・・・・・ルンズ、5・・・・・・マスク、6・・
・・・・検出器、7・・・・・・増幅器、8・・・・・
・補正用電源、8″・・・・・・基準電位、9・・・・
・・リレー、10・・・・・・リレー接点、11・・・
・・ルーザー励起電源部、12・・・・・・バイパス回
路、13・・・・・・抵抗、M・・・・・・加工機枠、
L3・・・・・・加工深さ、D・・・・・・マスクの大
きさ。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the basic configuration of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of the invention, and FIG. 3 is a diagram showing another embodiment. 1... Loser oscillator, 2... Loser light, 2''... Reflected light, 3... Workpiece, 4... Luns, 5 ...Mask, 6...
...Detector, 7...Amplifier, 8...
・Correction power supply, 8″...Reference potential, 9...
...Relay, 10...Relay contact, 11...
... Loser excitation power supply section, 12 ... Bypass circuit, 13 ... Resistor, M ... Processing machine frame,
L3...Processing depth, D...Mask size.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 レーザー光を発振するレーザー発振手段と、このレ
ーザー光の発振を励起するレーザー励起電源とを備え、
前記レーザー光を加工対象物に照射して加工を行なうよ
うにした装置において、加工対象物からの反射光の検出
器を照射レーザー光の光軸から外して配置するとともに
、前記反射光検出器によつて検出される反射光を結像さ
せる光学手段を設け、前記加工対象物の加工深さの変化
に基づく前記反射光の結像位置の変化によつて加工深さ
を検知し、検知した前記加工深さにより前記レーザー発
振手段の励起を制御する励起制御手段を設けたことを特
徴とするレーザー加工装置。
1. Equipped with a laser oscillation means that oscillates a laser beam, and a laser excitation power source that excites the oscillation of the laser beam,
In the apparatus that processes the workpiece by irradiating the workpiece with the laser light, a detector for the reflected light from the workpiece is arranged away from the optical axis of the irradiated laser light, and the reflected light detector an optical means for forming an image of the detected reflected light, and detects the machining depth by a change in the imaging position of the reflected light based on a change in the machining depth of the workpiece, and A laser machining apparatus characterized by comprising an excitation control means for controlling excitation of the laser oscillation means depending on the machining depth.
JP55025643A 1980-02-29 1980-02-29 Laser processing equipment Expired JPS6054836B2 (en)

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JPH06100458B2 (en) * 1984-10-29 1994-12-12 三菱電機株式会社 Distance measuring device for laser processing machine
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