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    公开号:WO1981003068A1
    申请号:PCT/JP1981/000089
    申请日:1981-04-15
    公开日:1981-10-29
    发明作者:T Shirakura；K Sasaki；H Sugawara；S Takemori；K Kuwabara
    申请人:Hitachi Ltd；T Shirakura；K Sasaki；H Sugawara；S Takemori；K Kuwabara；
    IPC主号:G01J5-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] レーザ光測定方法及び装置
    [0003] 技-術分野
    [0004] 本発明は、 レーザ光測定方法 よび装置に関し、 特に、
    [0005] 加工 どに利用される高出力のレーザ光の中に温度変化
    [0006] に応じて抵抗が変る物体を置き 、 この抵抗を測定する こ
    [0007] とによ ] レーザ光のパワー、 位置を測定し得る レーザ光
    [0008] 測定方法および装置に関する。
    [0009] 冃示 術
    [0010] 溶接、 切断、 表面処理るどの加工をレーザ装置で行う
    [0011] 場.合はレーザ光を レーザ発振器から放射させ、 反射鏡で
    [0012] その光路を変え、 レ ン ズで被加工物に焦点を当てる。 放
    [0013] 射されたレ一ザ光のパワーの変化は、 被加工物の刀 Πェ性
    [0014] 能に影響する。 そのために、 パワーを測定する必要があ
    [0015] る。 その方法の 1つは、 シャ ッ ターと呼ばれる取 外し
    [0016] ができる全反射鏡を レーザ光路に置き、 そこで反射した
    [0017] レーザ光をパヮーメータで受けて測定する方法でるる。
    [0018] この方法では、 パワー測定時には光路がしゃ断されるの
    [0019] で、 加工中常にパワーを監視することはでき ない。
    [0020] パワーを常時モニタする方法も提案されている。 これ
    [0021] は、 特開昭 5 3 — 9 9 7 9 2 ( 1 9 7 8 )の第 1 図に示されて
    [0022] いるよ うに、 半透過鐃を用いてレーザ光の一部を反射さ
    [0023] せ、 その反射光をモニタするものである。 この方法では、
    [0024] OMPI
    [0025] 、 ¾ ^ 半透過鏡がレーザ光路に置かれているので、 それによる パワーの損失が生ずる。
    [0026] この種のレーザ装置に於ては、 更に、 光学系に使用さ れている種々の鏡が温度の変化で頃き、 被加工物に向け
    [0027] 5 られる レーザ光の光路がずれる という.問題がある。 特に、 生産設備と して使用されるレーザ装置に於ては、 多く の 合、 レーザは被加工物から充分離れたと ころにおかれ ている。 そのため、 レーザ位置に於ける光学系のわずか ¾ ί頃きは、 被加工物の位置では大き く ¾る。 この光路の
    [0028] 10 ずれによって被加工^への照射位 *がずれるだけで く、 レーザ光の一部が光学系の有効面からずれる。 このため レーザ光が散乱し、 有効に利用 し得るレーザパヮ一が減 小して加工性能の低下を招いている。
    [0029] 発明の開示
    [0030] 15 本発明の目的の 1つは、 レーザ光のパワーまたは 置 ― - をその レーザ光を しゃ断することな ぐ違続的に測定又は 検出することができる レーザ光測定方法および装置を提 供することにある。
    [0031] 本発明の目的の他の 1つは、 レーザ光のパヮ一または 20 位置を違読的に極めて小さ レーザ光パヮ 一 口 ス で測定 又は検岀し得る レーザ光測定方法および装置を提供する ことにるる。
    [0032] 本発 ¾は、 細い部材をレーザ光の中に量き、 この部材 の抵抗変化を測定あるいは検出 して、 レーザ光のパワー あるいは、 レーザ光路の位置を見つけだすことにある。 レーザ光の位置は、 例えば、 レーザ光と レーザ光の中に 置かれた部材の相対運動を行わせることによ ] 検出する ことが出来る。 この相対違動によってレーザ光の強度の 分布に対応する抵抗変化の分布が判 ] 、 この分布からレ 一ザ光の位置が知れる。 又レーザ光パワーは、 その分布 から、 例えば、 それを積分することによ ] 知ることがで きる。
    [0033] 図面の簡単 説明
    [0034] 第 1 図は、 本発明のレーザ光測定装置の一実施例を採 用したレ一ザ加工装置の概念図である。
    [0035] 第 2図は、 第 1 図に示されたレーザ光測定装置の断面 図である。
    [0036] 第 3 図は、 第 2図の装置に使用されている細線と レー ザ光の関係を示す説明図である。
    [0037] 第 4図は、 レーザ光に対応する抵抗変化の分布を示す グラ フである。
    [0038] 第 5図は、 細線と レーザ光の関係を示す説明図である。 第 6 図及び第 7図は、 夫々抵抗変化の分布図でるる。 第 8図は、 本発明の レーザ光測定装置の他の実旆例の 断面図である。
    [0039] 第 9図は、 抵抗変化と レーザ光の中心位置の関係を示 す説明図である。
    [0040] 発明を実施するための最良の形態
    [0041] 第 1 図から第 7図を参照して、 本発明に従ったレーザ 光測 '定装置の 1実施例を以下に詳細に説明する。
    [0042] 溶接、 切断、 表面処理るどの加工用レーザ装置を示す 第 1図に於て、 励起域、 凹面鏡および出力鏡で構成され ている レーザ 1は、 反射鏡装置 5及び 7に順次向 う レー ザ光 2を放射する。 反射鏡装置 5及び 7は、 夫々 レーザ 光 2に関して 4 5 ° の角度で煩斜している全反射鏡 5 0 1， 7 0 1 と、 これらをこれらの面と平行 ¾軸の回 ]) に回転 させる回転装 * 5 0 2 , 7 0 2を備えている。 全反射鏡
    [0043] 7 ¾出たレーザ光 2は、 レ ンズ 9 に向けられ、 被加工物
    [0044] 1 0に焦点が当てられる。
    [0045] レーザ光測定装置 1 1は、 全反射装置 7 とレン ズ 9 と の間のレーザ光路に置かれ、 第 2図に示すよ うに構成さ れている。 第 2図に於て、 その装置は、 レーザ光 2を横 切る よ うに配置された細籙 1 3 と これを支转する枠体
    [0046] 1 5 と駆動機構 2 3 とからなっている。 その細線 1 3は、 その電気抵抗が細線 1 3 に照射されたレーザ光によって 高められた温度に従って変る性質の物質、 例えば金、 白 金、 金又は、 白金でめっきされた銅 どで作られている。
    [0047] この細線 1 3 にとつて、 細線によってしや断されたレー ザ光の量が最小にるるよ うる形、 すなわち、 断面が円、
    [0048] OMPI Ί IPO 矩形であることが好ま しい。 しかし、 どん 形でも利用 はできる。 細線 1 3の断面が矩形である場合には、 その 厚さ方向がレーザ光 2の走行方向に向 う よ うに置かれる ( 枠体 1 5は、 互いに離れた一対の保持体 1 7 と ¾緣体
    [0049] 1 9で U字状に構成されている。 一対の保持体 1 7は、 互いに絶籙体 1 9によ ] 電気的に絶縁されてお])、 それ に細線の両端が溶接、 ろ う付などで固定されている。 こ の保持体 1 7は熱伝導性の良い材料ででき てぉ 、 且つ 内部に水路 1 8が形成されている。 この水路 1 8 に水を 通して保持体 1 7の温度がほぼ一定になる よ うに冷却さ れている。 これは、 細線 1 3を レーザ光 2 にさ ら してお く と細線 1 3からの熱伝導によ 保持体 1 7が昇温し、 その結果細隸も昇温 し、 電気抵抗が漸増し、 入射する レ —ザ光による電気抵抗の変化を正確に測定できな くなる からである。
    [0050] 羅動体 2 3は台 2 4、 その上に摺動でき る よ'うに置か れた可動テ一ブル 2 5 、 可動テーブルに形成されたねじ を通してそれと係合しているねじ棒 2 7 、 よびねじ棒 2 7に連結され、 ねじ棒 2 7を回転するモータ 2 9 とで 構成されている。 可動テーブル 2 5は、 モータ 2 9の回 転によって X方向、 すなわち第 2図のねじ棒の輊方向に 勣かされる。 枠体 1 5は、 可動テーブルに固定されてお Ϊ) 可動テーブルと共に動かされる。 次に、 レーザ光測定装置 1 1 の作用について以下に説 明 しょ う。
    [0051] 先ず、 レーザ 1からレーザ光 2が放射され、 そのレー ザ光 2は反射鏡 5 0 1 ， 7 0 1、 集光レンズ 9 ¾どの光 学系を通して被加工物 1 0 に当てられる。 この状態で、 可動テーブル 2 5は、 モ一タ 2 9の回転によって X方向 に動かされ、 細線 1 3はレーザ光 2を第 2 ， 3図に示す よ うに直角に横切る。 細線 1 3は、 レーザ光をその中の 細線によって占められた断面積に対応する量だけ受け、 加熱されて昇温する。 細線 1 3の抵抗は、 温度に応じて 変わ ])、 その値は、 抵抗測定器 2 1 によって測定される。 第 3 図に示すよ うに、 レーザ光 2の中に置いた細線 1 3 を X方向に移動する力 細線 1 3 を固定しておいて、 レ 一ザ光 2を回転装 ¾ 5 0 2を操作して X方向に移動させ た場合、 細線 1 3が受ける レーザ光の量は細線 1 3の位 置によって変 ] 、 各位置における温度上昇の程度が異
    [0052] る。 従って各位置における抵抗値が異るる。
    [0053] この よ うな場合において、 抵抗変化の計算値 4 Rと X 方向に於ける細線の位置との関係は、 第 4図に示されて いる。 ここに於て aは、 レーザ光がガ ウ ス分布の場合で、 bは、 環吠分布の場合である。 抵抗変化 Rは、 細線
    [0054] 1 3のに入射する レーザ光のパヮ一にほぼ比例するから、 第 4図の抵抗変化 ^ J Rの分布は、 レーザ光の強度分布に
    [0055] CMPI o 対応する。 レーザ光の中心◦は、 aの場合は抵抗変化
    [0056] Δ I が最も大きい所で、 b の場合は最も凹んだ所でる 、 容易に見出すことができ る。 更にこれらの分布を積分し 1度較正しておけば、 レーザ光全体のパワーの絶対値が 測定できる。
    [0057] レーザ光パワー測定は、 線径と長さが夫々 0, 1 2 観、 5. 5籠で、 全めつきされた銅線を細線 2 と して使って行 われた。 レーザ 1 には、 C 0 2 レーザが使用された。 レ 一ザ光パワーが 2 k Wであるとき細線の抵抗値は、 細線 がレーザ光の端部即ち中心 0から rだけ距つた所では 7 5 m J2で、 中心 （ 0 ) では 9 0 m J2であった。 この時 の抵抗値と位置を電気信号と して X— Y レ コーダに入れ、 抵抗分布を求めたら第 4図の aに示されたよ う 分布が 得られた。 この場合には、 細線 1 3 の走査速度は 3 蘭 Z 秒に設定されているが、 温度に対する時定数が約 1 0 m secであるので走査速度を毎秒 1 0 丽程度にするこ とが可 能である。 細線 1 3のレーザ光 2への挿入によるパワー 減小は 1 %以下であ ])、 レ ンズ 9で絞った後でも細線 1 3の揷入による影響は認められ かった。 更に、 この 分布を積分した値はレーザパヮ一と比例することが確認 された。
    [0058] レーザ光中心位置の測定又は検出は抵抗測定器 2 1 と 位置検出器 3 1 によって行われる。 位置検出器は、 台 2 4 と可動テーブル 2 5 に固定されていて、 可動テープ ル 2 5の動きを測定する ものである。 テーブル 2 5が X 方向に動く と細線 1 3 もその方向に動かされる。 そして、 抵抗測定器 2 1はガウス分布 aの場合は最大の抵抗変化 値を又環状分布の場合は、 最も深凹部のそれを検出する。 それらの抵抗値を示すテーブル 2 5 の位置がレーザ光の 中心 （ ◦ ) である。 力 く して、 レーザ光の中心が検出あ るいは測定される。
    [0059] も し、 レーザ光 2のパスまたは中心の修正が要求され た場合は、 例えば、 反射鏡装置 5 の回転装置 5 0 2を操 作し反射鏡 5 .0 1 を回転させて行う ことができる。 この 位置は、 レーザ光測定装置 1 1 によって検出される。
    [0060] 第 1 図には、 更にレーザ光測定装置 1 1 aが設けられ ている。 この裘置 1 1 aは前に述べた装置 i i とほぼ同 じ構造を しているが、 この装 Λ 1 1 aの細線 1 3 aは装 置 1 1 のそれとは直角になる よ うに配量されてお j 、 第 5図に示すよ うに駆動機構によ Y方向に動かされる。 レーザ光 2が正常 位置にあるときの中心位置 0カ 中 心位置 0 ' にずれたとき、 細線 1 3 , 1 3 aの抵抗変化 I は、 第 6図及び第 7図に示されているよ うに実線で 示された位置から破線で示された位置に移行する。 した がって、 ずれた位置 0 ' は、 細線 1 3 と 1 3 aを夫々距 離 O O x 及び距離 O O Y だけ移行させることによ ] 見出 される。 Y方向に関して積分した抵抗変化 ^ ί i も又レ一 ザ光のパヮ一に比例する。
    [0061] 第 8 ， 9図を参照して、 本発明の他の実施例を説明す
    [0062] 0 ο
    [0063] 第 8図に於て、 レーザ光測定装置 1 1 bは、 2本の平 行 ¾細線 1 3 b , ;L 3 cが互いに距つてレーザ光 2の中 におかれる よ うに枠体 1 5 に違結されていることを除け ば、 前に述べた装置 1 1 と同じ構造を している。 この 2 本の細線は一端が電気的に支持体を介 して連結され、 他 端は絶縁体 3 5 によって絶籙されている。 これらの細線 1 3 , 1 3 cは細線 1 3 bの抵抗変化と細籙 1 3 c の 抵抗変化との差が測定でき る抵抗剡定器 2 1 aに袭続さ れている。
    [0064] この装置 1 1 bでレーザ光の中心を見出すために、 細 線 1 3 b , i 3 cは、 第 9図に示すよ うにその抵抗の差 が ¾ く ¾る よ うに移行する。 そして抵抗差が零に ¾つた 位置がレーザ光の中心を示す。 この装置 1 1 bは他の装 置 1 1 , 1 1 a に比べて容易に且つ正確に中心位置を検 出する ことができ る。
    [0065] 以上のよ うに、 本発明.によれば、 レ一ザ光のパワー、 中心位置を、 加工物な どに向けられたレーザ光を しや断 すること ¾ く、 そしてほどんとパワーを失 う こと く加 ェ中に常に測定又は検出できる。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    1 . レーザ光を受けて抵抗変化をする細い部材を レーザ 光を横切る よ うに配置し、 前記細い部材の抵抗変化を測 定し、 それによ レーザ光のパワーと中心位置の少¾ く 共一方を見出すことを特徵とするレーザ光測定方法。
    2 . 前記細い部材と レーザ光との間の相対違動をさせて
    レーザ光の—位置を検出することを特徵とする第 1項記載 のレーザ光測定方法。
    3 . 前記相対違動によ 抵抗変化の分布に対応する レー
    ザ光の強度分布を見出 し、 それを積分してレーザ光のパ ヮ一を測定することを特徴とする第 2項記載のレーザ光 測定方法。
    4 . 2つの細い部材が互いに直角方向に動く よ うにレ一
    ザ光中に配置されていることを特徵とする第 2項記載の
    レーザ光測定方法。
    5 . 2つの細い部材を平行にレーザ光を横切る方向に互 いに隔つて、 そして同時にレーザ光を受ける よ うに配置 し、 前記 2つの細 部材の抵抗の変化の差が 0 にるる よ うに前記細い部材を勣かしてレーザ光の位置を検出する ことを特徵とするレーザ光測定方法。
    6 . レーザ光を受けて抵抗変化する細い部材と、 前記部 材をレーザ光を横切る よ うに移 ftさせるための驟動手段 と、 抵抗変化を読みとる抵抗 定器とを備えている こと
    V - を特徵とするレーザ光測定装置。
    7 . 前記細い部材は両端部が冷却されていることを特徵 とする第 6項記載のレーザ光測定装置。
    8 . 前記細い部材は絶籙材で互いに電気的に絶緣された 一対の保持部材で構成された枠体に支持され、 前記保持 部材は夫々熱伝導性の材料で作られ、 水冷されて るこ とを特徵とする第 7項記載のレーザ光測定装置。
    9 . 2つの細い部材が互いに平行にレーザ光を横切る よ うに配置され、 前記 2つの細い部材の一端は電気的に互 いに絶縁され、 他端は電気的に連結され、 そして前記抵 抗測定器は 2つの細い部材の抵抗の差を測定する ことを 脊徵とする第 7項記載のレーザ光測定装置。
    10. 互いに横切る よ うに配置された 2つの独立の細線と その細線を独立に支持する 2つの支持手段と、 2つの方 向に独立に支持部材を駆動する手段と 2つの細線の抵抗 変化を独立に測定する抵抗測定器とからなる ことを特徵 とするレーザ光測定装置。
    R
    OMPI
    、 、 WIPO
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0050159A4|1982-09-03|
    EP0050159A1|1982-04-28|
    EP0050159B1|1986-08-20|
    JPS56147023A|1981-11-14|
    US4474468A|1984-10-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1981-10-02| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1981900953 Country of ref document: EP |
    1981-10-29| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1981-10-29| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE GB |
    1982-04-28| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1981900953 Country of ref document: EP |
    1986-08-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1981900953 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP5046780A|JPS56147023A|1980-04-18|1980-04-18|Method and device for measurement of laser beam|
    JP80/50467||1980-04-18||DE8181900953T| DE3175147D1|1980-04-18|1981-04-15|Method and apparatus for detecting the position of a laser beam|
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