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JPH0520195B2 - - Google Patents
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JPH0520195B2 - - Google Patents

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JPH0520195B2
JPH0520195B2 JP62266598A JP26659887A JPH0520195B2 JP H0520195 B2 JPH0520195 B2 JP H0520195B2 JP 62266598 A JP62266598 A JP 62266598A JP 26659887 A JP26659887 A JP 26659887A JP H0520195 B2 JPH0520195 B2 JP H0520195B2
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JP
Japan
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laser beam
optical axis
ultrasonic
optical system
detection device
Prior art date
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Noriaki Sasaki
Shuji Ogawa
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザ発振器から発振されたレーザ
ビームの位置を検出して、該レーザビームの光軸
と理想光軸とのずれを補正するレーザビーム位置
検出装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a laser beam that detects the position of a laser beam emitted from a laser oscillator and corrects the deviation between the optical axis of the laser beam and the ideal optical axis. This invention relates to a beam position detection device.

[従来の技術] 第6図と第7図は従来のレーザビーム位置検出
装置の構成説明図で、第6図は側面図、第7図は
正面図である。
[Prior Art] FIGS. 6 and 7 are explanatory diagrams of the configuration of a conventional laser beam position detection device, with FIG. 6 being a side view and FIG. 7 being a front view.

図において、1はレーザビーム、2は光軸上に
設けられずれ検出器を構成する開口部材、3は該
開口部材2に取付けられた4個のビームセンサ、
4は反射ミラーである。
In the figure, 1 is a laser beam, 2 is an aperture member provided on the optical axis and constitutes a shift detector, 3 is four beam sensors attached to the aperture member 2,
4 is a reflecting mirror.

このような構成の従来のレーザビーム位置検出
装置において、レーザビーム1は、図示されてい
ないレーザ発振器から発射されて開口部材2を通
過する。この時、レーザビーム1のパワーの裾野
の部分が、4個のビームセンサ3を照射して各位
置の出力が検出される。そして、レーザビーム1
の光軸が理想光軸上にあれば、全ビームセンサの
検出出力がバランスすることになる。したがつ
て、各ビームセンサ3の出力のアンバランスを検
出することにより、レーザビーム1の光軸と理想
光軸とのずれを知ることができる。よつて、この
様な検出装置をレーザビーム1の光路に必要数設
置し、適宜の補正手段で前段の光学系を補正する
ことにより、レーザビーム1の光軸を理想光軸に
沿つて正確に伝送することができる。
In the conventional laser beam position detection device having such a configuration, the laser beam 1 is emitted from a laser oscillator (not shown) and passes through the aperture member 2 . At this time, the base portion of the power of the laser beam 1 irradiates the four beam sensors 3, and the output at each position is detected. And laser beam 1
If the optical axis of is on the ideal optical axis, the detection outputs of all beam sensors will be balanced. Therefore, by detecting the imbalance in the output of each beam sensor 3, it is possible to know the deviation between the optical axis of the laser beam 1 and the ideal optical axis. Therefore, by installing a necessary number of such detection devices in the optical path of the laser beam 1 and correcting the preceding optical system with an appropriate correction means, the optical axis of the laser beam 1 can be accurately aligned along the ideal optical axis. can be transmitted.

[発明が解決しようとする問題点] 上記のように、従来のレーザビーム位置検出装
置には、パワーの1部をカツトしながらレーザビ
ームを通過させる開口を設けた開口部材からなる
ずれ検出器が用いられている。普通、上記のよう
な開口部材の開口は、レーザビームの形状やパワ
ーに影響を与えないように設計されている。しか
しながら、例えばモードパターンがガウスモード
(シングルモード)の正規曲線状の強度分布を持
つCO2レーザの場合は、開口部材の通過によつて
2%程度の伝送パワーロスを招く。一般に、この
種の伝送径路には、5枚或いはそれ以上の反射ミ
ラーが設けられている。したがつて、これらの各
反射ミラーの後段に上記した検出器を配置する
と、伝送パワーのトータルロスは10%以上に達し
てエネルギーを損失することになる。また、パワ
ーロスを減少するために開口部材の開口を大きく
すると、入射するパワーが弱いのでそれだけ高い
感度のセンサが必要となる。しかし、高い感度の
センサを用いたときにレーザビームがずれて照射
されると、パワーが強すぎてセンサが破壊するこ
とになるので、検出範囲が制約される等の問題点
もある。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the conventional laser beam position detection device includes a displacement detector that is made of an aperture member that is provided with an aperture that allows the laser beam to pass through while cutting off part of the power. It is used. Normally, the aperture of the aperture member as described above is designed so as not to affect the shape or power of the laser beam. However, for example, in the case of a CO 2 laser having a normal curve intensity distribution with a Gaussian mode (single mode) mode pattern, transmission power loss of about 2% occurs due to passage through the aperture member. Generally, this type of transmission path is provided with five or more reflecting mirrors. Therefore, if the above-described detector is placed after each of these reflecting mirrors, the total loss of transmitted power will reach 10% or more, resulting in energy loss. Furthermore, if the aperture of the aperture member is made larger in order to reduce power loss, the incident power will be weaker, so a sensor with higher sensitivity will be required. However, if a highly sensitive sensor is used and the laser beam is irradiated with a deviation, the power will be too strong and the sensor will be destroyed, resulting in problems such as a restriction in the detection range.

本発明は、このような従来のずれ検出器の問題
点を解決するためになされたものである。
The present invention has been made in order to solve the problems of such conventional shift detectors.

[問題を解決するための手段] 加工レンズの光軸に対して対称的に、対の超音
波送信器および超音波受信器からなるずれ検出器
を配置して、この検出装置の検出信号を処理する
トランスデユーサを設けたものである。
[Means for solving the problem] A displacement detector consisting of a pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is arranged symmetrically with respect to the optical axis of the processed lens, and the detection signal of this detection device is processed. This system is equipped with a transducer.

[作用] 超音波送信器で加工レンズに超音波を投射し、
透過した超音波は超音波受信器によつて受信さ
れ、送信器と受信器との出力の時間差、即ち速度
差が比較される。そして、超音波の媒質中の伝播
速度が媒質中の伝播速度が媒質の温度変化と一定
の関係があることが利用されて、レーザービーム
の位置が温度変化によつて検出され、検出位置に
ずれがあつたときは、この“ずれ量”を補正する
ことによりレーザビームの光軸が理想光軸に一致
する。
[Operation] Ultrasonic waves are projected onto the processed lens using an ultrasonic transmitter,
The transmitted ultrasound is received by an ultrasound receiver, and the time difference between the outputs of the transmitter and receiver, that is, the speed difference, is compared. Then, the position of the laser beam is detected based on the temperature change, and the position of the laser beam is shifted to the detection position by utilizing the fact that the propagation speed of the ultrasonic wave in the medium has a certain relationship with the temperature change of the medium. When this occurs, the optical axis of the laser beam is aligned with the ideal optical axis by correcting this "deviation amount."

[発明の実施例] 第1図は本発明の実施例の構成説明図、第2図
はその要部の側面図、第3図はトランスデユーサ
の構成説明図、第4図のイ乃至ホはタイミングチ
ヤート、第5図は温度とずれ量との関係曲線図で
ある。
[Embodiments of the Invention] FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the main parts thereof, FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration of a transducer, and FIG. is a timing chart, and FIG. 5 is a relationship curve diagram between temperature and deviation amount.

第1図乃至第3図において、レーザビームには
前述の第6,7図と同じ1の記号が付されてい
る。7は半径rの片凸円板状の加工レンズ、8は
超音波送信器、9は超音波受信器である。1対の
超音波送信器8と超音波受信器9とは、ずれ検出
器を構成する。ずれ検出器は実施例では2対準備
され、それぞれ加工レンズ7の光軸Oを通るX軸
及びY軸線上の側面に接触して設けられている。
光軸Oは事実上、レーザビーム1の理想光軸に相
当する。10は、X軸側とY軸側の信号を処理す
るための、同一構成のトランスデユーサである。
11はトランスデユーサ10における発信器、1
2はタイミング回路、13はR−Sフリツプ・フ
ロツプ、14はプリアンプ、15は演算回路、1
6はフイルター、17はコンパレータである。
In FIGS. 1 to 3, the laser beam is marked with the same symbol 1 as in FIGS. 6 and 7 described above. Reference numeral 7 designates a semi-convex disk-shaped machined lens with radius r, 8 an ultrasonic transmitter, and 9 an ultrasonic receiver. The pair of ultrasonic transmitter 8 and ultrasonic receiver 9 constitute a displacement detector. In the embodiment, two pairs of displacement detectors are prepared, and each pair is provided in contact with the side surface of the processing lens 7 on the X-axis and Y-axis passing through the optical axis O.
The optical axis O practically corresponds to the ideal optical axis of the laser beam 1. 10 is a transducer having the same configuration for processing signals on the X-axis side and the Y-axis side.
11 is a transmitter in the transducer 10;
2 is a timing circuit, 13 is an R-S flip-flop, 14 is a preamplifier, 15 is an arithmetic circuit, 1
6 is a filter, and 17 is a comparator.

以上のような構成の本発明の動作を、第4図を
併用して次に説明する。
The operation of the present invention having the above-described structure will now be described with reference to FIG. 4.

レーザビーム1が加工レンズ7に入射して集光
される過程において、例えばX軸側のタイミング
回路12の発生パルスのパルス幅に相当する時間
内に、発振器11から成る周波数の電気信号が発
振される。そして、超音波送信器8から上記周波
数の超音波が発生されると同時に、R−Sフリツ
プフロツプ13がセツトされる。超音波送信器8
で発生された超音波が加工レンズ7の媒質中を伝
播して超音波受信器9に到達すると、R−Sフリ
ツプフロツプ13がリセツトされるようになつて
いる。一方、超音波受信器9に到達した超音波
は、ここで電気信号に変換される。変換された電
気信号はプリアンプ14で増幅されてからフイル
ター16によつて、例えば高周波成分のようなノ
イズが除去される。フイルター16の出力信号は
コンパレータ17により、分圧器の基準電圧と比
較されて波形が整形される。第4図のイ〜ホは上
記各動作のタイムチヤートで、R−Sフリツプフ
ロツプ13の出力パルスの幅Tは超音波が加工レ
ンズ7の透過に要した伝播時間を示し、出力波形
はX軸上のモードパターンに対応することにな
る。
In the process in which the laser beam 1 enters the processing lens 7 and is focused, an electrical signal of a frequency composed of the oscillator 11 is oscillated within a time corresponding to the pulse width of the pulse generated by the timing circuit 12 on the X-axis side, for example. Ru. At the same time as the ultrasonic transmitter 8 generates ultrasonic waves of the above frequency, the R-S flip-flop 13 is set. Ultrasonic transmitter 8
When the generated ultrasonic waves propagate through the medium of the processing lens 7 and reach the ultrasonic receiver 9, the R-S flip-flop 13 is reset. On the other hand, the ultrasonic waves that reach the ultrasonic receiver 9 are converted into electrical signals here. The converted electrical signal is amplified by a preamplifier 14, and then a filter 16 removes noise such as high frequency components. The output signal of the filter 16 is compared with a reference voltage of a voltage divider by a comparator 17, and its waveform is shaped. A to H in FIG. 4 are time charts of each of the above operations, where the width T of the output pulse of the R-S flip-flop 13 indicates the propagation time required for the ultrasonic wave to pass through the processing lens 7, and the output waveform is on the X axis. This corresponds to the mode pattern of

いま、レーザビーム1の光軸が加工レンズ7の
光軸Oに一致したときは、ガウスモードの出力曲
線の中心がX軸線上のO点にあり、この点の媒質
温度θが最高で超音波の伝播速度が最大となり、
従つて伝播する時間は最短になる。また、レーザ
ビーム1の光軸と加工レンズ7の光軸Oにずれ量
δが発生した場合は、上記のガウスモード曲線の
中心が加工レンズ7の光軸Oから外れる。そし
て、X軸線上の媒質温度θは光軸Oからのずれδ
量に比例して低くなり、超音波の伝播する時間が
長くなる。これらの時間差から速度差が演算回路
15によつて加工レンズ7の既知の半径r等から
求められ、これを温度θとして出力することがで
きる。第5図は、レーザビーム1のずれ量δに対
する温度θの変化を示す関係曲線図である。この
ようにして求められたX軸方向のずれ量δについ
て、加工レンズ7または前段の光学系を補正する
ことにより前記両光軸を一致させることができ
る。Y軸側に就いても上述と全く同様な動作で、
レーザビーム1の光軸からのY軸上のずれ量δを
検出して補正することができる。
Now, when the optical axis of the laser beam 1 coincides with the optical axis O of the processing lens 7, the center of the Gaussian mode output curve is at point O on the X-axis, and the medium temperature θ at this point is the highest, causing ultrasonic waves. The propagation speed of is maximum,
Therefore, the propagation time will be the shortest. Further, if a deviation amount δ occurs between the optical axis of the laser beam 1 and the optical axis O of the processing lens 7, the center of the Gaussian mode curve described above deviates from the optical axis O of the processing lens 7. The medium temperature θ on the X-axis is the deviation δ from the optical axis O.
It decreases in proportion to the amount, and the propagation time of the ultrasonic wave increases. From these time differences, a speed difference is determined by the arithmetic circuit 15 from the known radius r of the processing lens 7, etc., and can be output as the temperature θ. FIG. 5 is a relationship curve diagram showing the change in temperature θ with respect to the deviation amount δ of the laser beam 1. By correcting the processing lens 7 or the preceding optical system for the deviation amount δ in the X-axis direction obtained in this way, the two optical axes can be brought into alignment. On the Y-axis side, the operation is exactly the same as above,
The amount of deviation δ on the Y axis from the optical axis of the laser beam 1 can be detected and corrected.

なお、上述の実施例では加工レンズにずれ検出
装置を取り付けた場合を例示したが、ベンドミラ
ーなどの伝送経路の他の光学系を利用するように
しても良い。また、2対の超音波送信器と超音波
受信器を図示して説明したが、1対或いは3対以
上でも本発明は実施できる。
In addition, although the above-mentioned embodiment illustrated the case where the shift detection device was attached to the processing lens, it is also possible to use other optical systems in the transmission path, such as a bend mirror. Moreover, although two pairs of ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers have been illustrated and explained, the present invention can be practiced with one pair or three or more pairs.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、対の超
音波送信器と超音波受信器とからなる“ずれ検出
器”を伝送経路に設けられた光学系に対向配置し
て、“ずれ検出器”から超音波を光学系に投過す
るようにした。そして、超音波の光学系の媒質中
の伝播速度が媒質内の各点における温度の変化と
一定な関係にあることを利用して、レーザビーム
の位置を検出するように構成した。このため、本
発明によれば、レーザビームの位置検出に伴うパ
ワーロスが全然生じない。また、光を音波で検出
する為、相互干渉も無く非接触検出が可能であ
り、ビームが光軸からずれた場合でもセンサを破
壊したり上述したような検出範囲が制約されるよ
うなこともない。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a "deviation detector" consisting of a pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is disposed opposite to each other in an optical system provided in a transmission path. , the ultrasonic wave was projected from the "slip detector" into the optical system. The position of the laser beam is detected by utilizing the fact that the propagation velocity of ultrasonic waves in the medium of the optical system has a constant relationship with the temperature change at each point in the medium. Therefore, according to the present invention, no power loss occurs due to laser beam position detection. In addition, since light is detected using sound waves, non-contact detection is possible without mutual interference, and even if the beam deviates from the optical axis, it will not destroy the sensor or limit the detection range as mentioned above. do not have.

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

第1図は本発明の実施例の構成説明図、第2図
はその要部の側面図、第3図はトランスデユーサ
を含む構成説明図、第4図のイ乃至ホはタイミン
グチヤート、第5図は温度とずれ量との関係曲線
図、第6図と第7図は従来のレーザビーム位置検
出装置の構成説明図で、第6図は側面図、第7図
は正面図である。 図において、1はレーザビーム、7は加工レン
ズ、8は超音波送信器、9は超音波受信器、10
はトランスデユーサ、11は発信器、12はタイ
ミング回路、13はR−Sフリツプ・フロツプ、
14はプリアンプ、15は演算回路、16はフイ
ルター、17はコンパレータ、Tは伝播時間、θ
は光学系の媒質温度、δはレーザビームのずれ量
である。なお、図中同一符号は同一または相当部
分を示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of its main parts, FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration including a transducer, A to H in FIG. 4 are timing charts, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a relationship between temperature and deviation amount, and FIGS. 6 and 7 are explanatory diagrams of the configuration of a conventional laser beam position detection device. FIG. 6 is a side view, and FIG. 7 is a front view. In the figure, 1 is a laser beam, 7 is a processing lens, 8 is an ultrasonic transmitter, 9 is an ultrasonic receiver, 10
is a transducer, 11 is an oscillator, 12 is a timing circuit, 13 is an R-S flip-flop,
14 is a preamplifier, 15 is an arithmetic circuit, 16 is a filter, 17 is a comparator, T is propagation time, θ
is the medium temperature of the optical system, and δ is the amount of deviation of the laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レーザ発振器から発振されたレーザビームを
伝送経路に設けられた光学系を介して加工テーブ
ル上の加工物に集光させてレーザ加工するレーザ
加工装置において、 前記光学系における光軸に対して対称的な位置
に対の超音波送信器と超音波受信器とよりなるず
れ検出器を配置し、該ずれ検出器で発生された超
音波の前記光学系の媒質中の伝播速度が媒質温度
に対応して変化することを利用してレーザービー
ムの位置を検出することを特徴とするレーザビー
ム位置検出装置。 2 前記光学系として集光レンズを利用したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ
ビーム位置検出装置。 3 前記光学系としてベントミラーを利用したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレー
ザビーム位置検出装置。
[Scope of Claims] 1. A laser processing device that performs laser processing by focusing a laser beam emitted from a laser oscillator onto a workpiece on a processing table via an optical system provided in a transmission path, comprising: A displacement detector consisting of a pair of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is placed at a symmetrical position with respect to the optical axis, and the ultrasonic waves generated by the displacement detector are propagated in the medium of the optical system. A laser beam position detection device characterized in that the position of a laser beam is detected by utilizing the fact that the speed changes in accordance with the temperature of the medium. 2. The laser beam position detection device according to claim 1, wherein a condensing lens is used as the optical system. 3. The laser beam position detection device according to claim 1, wherein a bent mirror is used as the optical system.
JP62266598A 1987-10-23 1987-10-23 Device for detecting laser beam position Granted JPH01113191A (en)

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