JPH043238Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、レーザ光の照射位置のずれを表示で
きるレーザパワーメータに関するものである。

［考案の概要］ 本考案は、基板のレーザ光照射面の中心から所
定の半径の円周上の90°間隔の４点に熱電対をそ
れぞれ設け、これら熱電対は照射面の中心を間に
して相対向する熱電対間でそれぞれ差信号を取り
出し、その差信号をそれぞれ表示器で表示させる
ことにより、 その差信号がそれぞれ零になるようにレーザ光
の照射位置を調整することにより、レーザ光を照
射面の中心に位置決めできるようにしたものであ
る。

［従来の技術］ 従来のレーザパワーメータは、第３図及び第４
図に示すように、基板１の一方の面に黒化した照
射面２を設け、その反対側の面には熱電対をリン
グ状に配列した熱電対ユニツト３を該照射面２を
包囲するようにして同心状に設け、且つその外周
の両面には冷却ジヤケツト４を設けた構造であつ
た。

このようなレーザパワーメータでは、レーザ光
は黒化された照射面２で熱に変換され、その熱は
基板１を伝導し、その過程で熱電対ユニツト３で
電気信号に変換され、冷却ジヤケツト４で冷却さ
れて放熱される。

この場合、熱電対の温接点部の温度T₀は、熱
的平衡状態において近似的に次式で示される。

（放射、対流の影響は無視。以下同じ） T₀＝Ｐ・R₂＋T_j＝｛１／（2πtρ）｝ ・ｎ（L₁／L₂）＋T_j 但し、 Ｐ：レーザパワー〔Ｗ〕 R₂：温接点の円の半径から冷却ジヤケツトまで
の熱抵抗〔Ｋ／Ｗ〕 T_j：冷却ジヤケツトの温度〔℃〕 ｔ：基板の厚さ〔ｍ〕 ρ：熱電動率〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕 L₁：冷却ジヤケツトの半径〔ｍ〕 L₂：温接点円の半径〔ｍ〕 熱電対からは（T₀−T_j）に比例した電気信号
が出力されるので、結局熱電対からはレーザパワ
ーＰに比例した電気信号が得られる。この電気信
号を増幅して表示するようになつている。

ところが、この場合レーザ光が照射面２の中心
Ｓに照射されないと誤差が生ずる。

第５図において、照射面３の中心Ｓに対するレ
ーザ光のずれを₀すると、温接点P₁，P₂の温度
T₁，T₂は近似的に次式で求められる。

T₁＝Ｐ・R₀′〔｛ｎ（L₁−₀）／（L₂−₀）｝／
｛ｎ（L₁−₀）／ｒ｝〕＋T_j T₁＝Ｐ・R₀′〔｛ｎ（L₀＋₀）／（L₂＋₀）｝／
｛ｎ（L₁＋₀）／ｒ｝〕＋T_j 但し、 R₀′：レーザ光が照射面２の中心Ｓから₀だけ
ずれた時、任意の小円ｒから冷却ジヤケツト
までの熱抵抗 T₁＋T₂≠2T₀で２個の熱電対５を第６図Ａに
示すように半径L₂の円周上に等間隔で配置した
状態でレーザ光の照射位置を照射面２の中心Ｓか
ら徐々にずらしたときの熱電対５からの出力信号
の和の軌跡は第６図Ｂに示すようになる。この第
６図Ｂでは、横軸は照射面２の中心Ｓからのレー
ザ光のずれ（温接点円の半径L₂を１として示し
ている。）、縦軸は熱電対５の出力の和（レーザ光
を照射面２の中心Ｓに照射した時の出力を100％
とした。）である。

熱電対５の数を８個に増加させて第７図Ａに示
すように配置した状態でレーザ光の照射位置を照
射面２の中心Ｓから徐々にずらしたときの各熱電
対５からの出力信号の和の軌跡は第７図Ｂに示す
ようになる。

また、熱電対５の数を16個に増加させて第８図
Ａに示すように配置した状態でレーザ光の照射位
置を照射面２の中心Ｓから徐々にずらしたときの
各熱電対５からの出力信号の和の軌跡は第８図Ｂ
に示すようになる。

第６図Ｂに対して第７図Ｂ及び第８図Ｂを対比
すれば明らかなように、熱電対５の数を増加すれ
ば、レーザ光の照射位置のずれによる誤差は小さ
くなるが、第７図Ｂと第８図Ｂから明らかなよう
に熱電対５の数が或る程度以上多くなれば誤差は
それ以上小さくはならないことを示している。

このため、レーザ光の照射面２の中心Ｓからの
ずれは0.2L₂以内にすることが好ましい。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、炭酸ガスレーザは目に見えないから
もとより、可視光のレーザにおいても照射面２の
中心Ｓに照射するには、作業者の目に対する危険
を伴つた手間のかかる作業を必要とし、かつ不確
実さを伴う欠点があつた。

本考案の目的は、レーザ光が照射面の中心に照
射されるように危険を伴わずに容易に調整するこ
とができるレーザパワーメータを提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の如き目的を達成するための構成を、実施
例に対応する第１図を参照して説明すると、本考
案に係るレーザパワーメータは基板１の照射面２
の中心Ｓから所定の半径の円周上の90°間隔の４
点に熱電対５₁，５₂，５₃，５₄をそれぞれ設け、
これら熱電対５₁〜５₄は照射面２の中心位置を間
にして相対向する熱電対５₁，５₂間及び５₃，５₄
間でそれぞれ差信号を差信号形成回路１０，１２
で取り出し、その差信号をそれぞれ表示器１１，
１３で表示させるようにしたものである。

［考案の作用］ このようにすると、表示器１１，１３の表示が
零になるようにレーザ光の照射位置を調整する
と、レーザ光が照射面２の中心Ｓに照射されるよ
うになる。

［実施例］ 以下本考案の実施例を第１図を参照して詳細に
説明する。図示のように本実施例のレーザパワー
メータは、レーザ光の照射を受ける基板１の照射
面２の中心Ｓから所定の半径の円周上の90°間隔
の４点に熱電対５₁〜５₄がそれぞれ配設されてい
る。これらの熱電対５₁〜５₄は、照射面２の中心
Ｓを間にして相対向するもの５₁，５₂及び５₃，
５₄を１つの組として２つの組に分けられている。
一方の組の熱電対５₁，５₂の各出力信号は対応す
る増幅器６₁，６₂に入力され増幅されるようにな
つている。増幅器６₁，６₂の出力信号は差動増幅
器７に入力され、両入力信号の差信号が取り出さ
れるようになつている。また、増幅器６₁，６₂の
出力信号は加算増幅器８に入力され、両入力信号
の和信号が取り出されるようになつている。差信
号と和信号とは割算回路９に入力され、差信号が
和信号で割算されて差信号に比例したレーザパワ
ーの大きさに無関係の修正差信号が出力されるよ
うになつている。そして、これら増幅器６₁，６
_２、差動増幅器７、加算増幅器８、割算回路９で
１つの組の熱電対５₁，５₂の熱起電力の差信号を
取り出す差信号形成回路９が構成されている。差
信号形成回路１０の出力信号は表示器１１に入力
されて表示されるようになつている。

他方の組の熱電対５₃，５₄の出力信号も同様の
構成の差信号形成回路１２に入力され、得られた
差信号が表示器１３で表示されるようになつてい
る。

このように同一円周上に等間隔で配設された４
個の熱電対５₁〜５₄のうち、直交２軸の各対称位
置の熱電対５₁，５₂及び５₃，５₄の熱起電力の差
信号を差信号形成回路１０，１２で取り出し、こ
れらを表示器１１，１３で表示させるようにする
と、レーザ光が照射面２の中心Ｓからずれた場合
には、レーザ光の照射位置が近づいた方の熱電対
の熱起電力が増加し、離れた方の熱電対の熱起電
力が減ずるので、その差をとれば極性は照射位置
のずれている方向を示し、絶対値はレーザパワー
が一定であればずれている度合に比例するゆえ、
ずれている量を概略表示することができる。

第２図は、レーザ光が近づいた熱電対５₁の出
力と離れた方の熱電対５₂の出力の変化を示す。

特に、本実施例のように加算増幅器８及び割算
回路９を用いて差信号と和信号の比からなる修正
差信号を取り出すようにすると、レーザパワーの
大きさが一定でなくとも絶対値は照射面２の中心
Ｓからのずれている量を示すようになつて好適で
ある。

以下、その理由について説明する。仮に熱電対
５₁，５₂の熱起電力の差をとる場合について検討
すると、これらの熱電対５₁，５₂の熱起電力V₁，
V₂は、 V₁＝K₁・Ｐ V₂＝K₂・Ｐ である。レーザ光が照射面２の中心Ｓからずれて
いるためK₁＞K₂になつているとすれば、 Ｐ＝P₁の時 V₁＝K₁・P₁ V₂＝K₂・P₁ V₁−V₂＝（K₁−K₂）P₁ となり、差をとつただけではP₁に比例する。

そこで、両信号V₁，V₂のま和即ち V₁＋V₂＝K₁P₁＋K₂P₁ ＝（K₁＋K₂）P₁ で差信号（V₁−V₂）を割つてやると、 （V₁−V₂）／（V₁＋V₂） ＝｛（K₁−K₂）P₁｝／｛（K₁＋K₂）P₁｝ ＝（K₁−K₂）／（K₁＋K₂） となつて、得られた修正差信号はレーザパワーの
大きさに無関係な値となる。

なお、レーザ加工機のコントローラを利用して
照射位置の制御を行えば、照射面２の中心Ｓへレ
ーザ光が照射されるように自動的に誘導すること
ができる。このようにすると、レーザ加工機の先
端出力の測定等には特に便利である。

また、加算増幅器８は、実際の場合には熱電対
ユニツト３の全出力を増幅する加算増幅器を利用
することができる。このようにすると、修正差信
号の修正度を更によくすることができる。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案に係るレーザパワー
メータでは、基板のレーザ光照射面の中心から所
定の半径の円周上の90°間隔の４点に熱電対をそ
れぞれ設け、これら熱電対は照射面の中心を間に
して相対向する熱電対間でそれぞれさ信号を各差
信号形成回路で取り出し、その差信号をそれぞれ
表示器で表示するようにしたので、その差信号が
零になるようにレーザ光の照射位置を調整するこ
とにより、レーザ光を危険を伴わずに照射面の中
心に照射されるように容易に誘導させることがで
きる。従つて、本考案によればレーザパワーの正
確な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るレーザパワーメータの一
実施例の要部回路図、第２図は１対の熱電対間の
中心からレーザ光のずれと出力との関係を示す
図、第３図及び第４図はレーザパワーメータの一
例の横断面図及び裏面図、第５図はレーザパワー
メータの照射面の中心からのレーザ光のずれと温
接点P₁，P₂との関係を示す図、第６図Ａ、第７
図Ａ及び第８図Ａは熱電対の配列個数を増加した
ときの位置関係を示す図、第６図Ｂ、第７図Ｂ及
び第８図Ｂは熱電対の配列個数を増加したときの
その出力の和と照射面中心からのレーザ光のずれ
との関係を示す図である。 １……基板、２……照射面、Ｓ……中心、３…
…熱電対ユニツト、４……冷却ジヤケツト、５₁
〜５₄……熱電対、７……差動増幅器、８……加
算増幅器、９……割算回路、１０，１２……差信
号形成回路、１１，１３……表示器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) レーザ光の照射を受ける基板の照射面の中心
   から所定の半径の円周上の90°間隔の４点に熱
   電対がそれぞれ配設され、前記各熱電対は前記
   照射面の中心を間にして相対向するものを１つ
   の組として２つの組に分けられ、各組の前記各
   熱電対は組毎にその熱起電力の差信号を取り出
   す差信号形成回路に接続され、前記各組の前記
   差信号形成回路の出力端には差信号出力を表示
   する表示器がそれぞれ接続されていることを特
   徴とするレーザパワーメータ。 (2) 前記各差信号形成回路は、組毎の両熱起電力
   を入力としてその差信号を出力する差動増幅器
   と、組毎の両熱起電力を入力としてその和信号
   を出力する加算増幅器と、前記差信号を前記和
   信号で割算してレーザーパワーの大きさに無関
   係の修正差信号を出力する割算回路とで形成さ
   れている実用新案登録請求の範囲第１項に記載
   のレーザパワーメータ。 (3) 前記各差信号形成回路は、組毎の両熱起電力
   を入力としてその差信号を出力する差動増幅器
   と、該レーザパワーメータの熱電対ユニツトの
   全出力を加算増幅して和信号を出力する加算増
   幅器と、前記差信号を前記和信号で割算してレ
   ーザパワーの大きさに無関係の修正差信号を出
   力する割算回路とで形成されている実用新案登
   録請求の範囲第１項に記載のレーザパワーメー
   タ。