JPH02290681A - レーザ加工機の焦点出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はレーザ加工機の焦点出し方法に関する。

（従来の技術） レーず光によって材料を切断する場合、レーザ光の焦点
位買によって、入射面と出射面の切断満幅が大きく変化
する。一般に、レーザの集光レンズと材料の表面との距
離が集光レンズの焦点距離と一致した場合に、最も平行
度のより切断溝が得られる。

従来、レーザ光の焦点位置を定めるために、例えば、ベ
ニヤ板にレーザ光を焦点を変えながら照射してスリット
を切り、スリット幅が最も小さくなる位置を焦点位置と
していた。また第３図のように、アクリル樹脂の板に、
レーザ光を照射して穴を明け、穴の断面形状が例えば、
同図（ａ　）の場合には焦点位置が表面から下方Ｆにあ
り、同図（ｂ）の場合には表面から上方Ｆにあり、同図
（Ｃ　）の場合には、丁度表面上Ｆにあると判断してい
た。

（発明が解決しようとする課題） ＋ｉｌｆｆ記のように、レーザ光の焦点位置を決めるた
めに、ベニヤ板にスリットを切る方法は、何回もスリッ
トを切る必要があり、その都度ベニヤ板をボ１費する外
、焦点位置がベニヤ板の厚さの上下どちらの側にあるか
、判明しないという問題があった。また、アクリル樹脂
の板に穴を開ける方法は、焦点位置を決めるまでには、
一般に多くの穴を明ける必要があり、アクリル板の消耗
と、手間がかかるという問題があった。

この発明は、このような問題に鑑んがみて創案されたも
ので、比較的正確に且つ、テスト材料の消耗のない、レ
ーザ光の焦点出し方法を提供することを目的とするもの
である。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段》 前記の目的を達成するために、この発明のレーザ加工機
の焦点出し方法は、レーザ光のビームウェストの直径を
計算式から算出し、高反射金属板に前記の直径と同一の
幅のスリットを設け、この高反射金属板をレーザ加工機
に取ｆ＝Ｊけ、レーゾ光をスリットに直角の方向から走
査し、反射光を計測し、その強度が急に低下するスリッ
ト位置から、走査方向をスリットに沿った方向へ変更し
、反射光を計測すると共に、集光レンズと高反射金属板
の距離を変えて反射光の強度が最小になる位置を求め、
この位置を焦点位置とするものである。

ここで、レーザ光のビームウェストの直径の計算式はＴ
ＥＭｏｏモードの場合には、次の通りである。但し集光
レンズの球面収差を無視してある。

ｄ・−４λｆ／（πＤ） この式で、λはレーザビームの波長、［は集光レンズの
焦点距離、Ｄはレーヂビームの直径（中心強度の６−２
のビーム直径）である。

（作用） レーザビームの径は集光レンズで集光した場合、その焦
点位置で最も細いビーム、即ちビームウェストになり、
焦点位置の前後ではビームウェストより人ぎくなる。高
反射金属板に設けたスリットの幅は、ビームウェストの
直径と同一にしてあるので、レーザビームをこのスリッ
トに沿って走査しながら集光レンズと高反射金屈板の距
１１ｉＬを変更し、その反射戻り光を計測すると、Ｌが
集光レンズの焦点距離「と一致したとき、レーザビーム
は殆んどスリットの中へ入り、反射戻り光の強度は最小
になる。即ち、この位置を求めれば、集光レンズの焦点
位置を定めることができる。

（実施例） 次に、この発明を実施した炭酸ガスレーザ加工機の焦点
だしの場合について説明する。この炭酸がスレーザ加工
機は第２図のように、炭酸ガスレーザ発振器１、反射戻
り光検出器３、ペンドミラー５、集光レンズ７及び加工
デーブル９等から構成されている。加工テーブル９上に
載置された高反射金属板１１はアルミニウム又は銅の薄
板からなり、第１図（ａ）のように溝幅ｄのスリットが
切ってある。この溝幅ｄは前記の式にＪ３いて、ｆ＝２
．５インチ、λ−１０．６μｓ　，Ｄ＝１０ａｍとする
と、ｄ　＝０．０８６＋ｎｏ＋になる。

この高反射金属板１１に、第１図（ａ）のように矢印の
方向ヘレーザビームを走査し、反射光を反射戻り光検出
器３によって計測する。レーザビームがスリットの位百
にくると、同図＜ｂ）のように反射戻り光は急に減少す
るので、レーザヘッドがスリットの真上に来たことが分
る。炭酸ガスレーザのレーザ光は遠赤外線で、目に見え
ないが、このような方法によってレーザヘッドがスリッ
トの上方に位置したことを確認することができる。

レーザヘッドがスリットの上方にくると、走査方向を９
０度変え、第１図（Ｃ　）のようにスリットに沿って（
図で矢印の方向へ）走査すると共に、集光レンズ７と八
反射金属板１１の距離Ｌを連続的に変更する。第１図（
ｄ　）のように、若し、Ｌ〈ｆの場合には、集光レンズ
７を高反射金属板１１へ近づけると反射戻り光の強度は
増加し、遠ざけると次第に減少し、Ｌ＝ｒのとき最小に
なる。

また、Ｌ＞ｆの場合には、集光レンズ７を遠ざけると、
反射戻り光の強度は増加し、近ずけると次第に減少しＬ
＝ｆのとき最小になる。したがって、いずれの場合でも
反射戻り光の強度が減少する方向へ集光レンズ７を移動
して、反射戻り光の強度が最小になる位置を求めれば、
集光レンズ７の焦点は、高反射金属板１１の表面上にあ
ることになる。このとき、レーザヘッドの先端と高反射
金属板表面の距離を計測すれば、レーヂヘッドの先端位
置を基準にした焦点位置が求められる。

反射戻り光検出器３は、細いワイヤをビームに直角な断
面で回転させ、その反射光を赤外線センサで受け、その
強度を計測するようにしたものであるが、高速でレーザ
の反射光の強度を計測できるものであれば何でもよい。

［発明の効果１ 以上の説明から理解されるように、この発用は特許請求
の範囲に記載の構成を備えているので、従来より遥かに
正確で、且つテストのための材料の消紅等がないレーザ
光の焦点出し方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）はスリットを設Ｇブた高反射金属板の平
面図、同図（ｂ）は高反射金属板をスリットに直角な方
向からレーヂビームで走査したときの走査距離と反射戻
り光の強度の関係図、同図（Ｃ）は高反射金属板のスリ
ットに沿ったレーザビームの走査方向く矢印）の説明図
、同図（ｄ　）は（Ｃ）図のように走査した場合の集光
レンズと高反射金属板の距離と、反射戻り光の強度の関
係図である。第２図はこの発明を実施した炭酸ガスレー
ザ加工機の説明図である。第３図はアクリル樹脂板によ
る従来の焦点出し方法の説明図である。 図面の主要な部分を表わす符号の説明 １・・・炭酸ガスレーザ発振器 ３・・・反射戻り光検出器　　　　７・・・集光レンズ
１１・・・高反射金属板 代理人　弁理士　　三　好　秀　和

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　レーザ光のビームウェストの直径をあらかじめ算出し
   、高反射金属板に前記の直径と同一の幅のスリットを設
   け、この高反射金属板をレーザ加工機に取付け、レーザ
   光をスリットに直角の方向から走査し、反射光を計測し
   、その強度が急に低下するスリット位置から、走査方向
   をスリットに沿つた方向へ変更し、反射光を計測すると
   共に、集光レンズと高反射金属板の距離を変えて反射光
   の強度が最小になる位置を求め、この位置を焦点位置と
   するレーザ加工機の焦点出し方法。