JPH0716779A - レーザ加工機用焦点調整装置 - Google Patents
レーザ加工機用焦点調整装置Info
- Publication number
- JPH0716779A JPH0716779A JP5160800A JP16080093A JPH0716779A JP H0716779 A JPH0716779 A JP H0716779A JP 5160800 A JP5160800 A JP 5160800A JP 16080093 A JP16080093 A JP 16080093A JP H0716779 A JPH0716779 A JP H0716779A
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- Japan
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- laser
- sensor
- energy density
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- Pending
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】レーザ加工を行なう際にレーザ光の焦点調整の
自動化を行うためのレーザ加工機用焦点調整装置を提供
することを目的とする。 【構成】レーザ発振器１と、レーザ光２を集光するため
のレンズ４を移動する軸コントローラ５と、レーザをワ
ーク９に対してパルス出力したときのレーザ光のエネル
ギー密度を間接的に読み取る光センサ８と、上記光セン
サ８からのデータとその時の座標を同時に読込みを記憶
する記憶部７と、レーザ光のエネルギー密度を表すセン
サからのデータの分布を演算する演算部１０とからな
り、レンズ４を移動し、そのときの座標に対してレーザ
光のエネルギー密度データを順次記憶部７に記憶してゆ
き、その分布から、レーザ光の密度の最大点とレンズ位
置の関係を求めてレーザ光の焦点を自動調整する構成と
する。
自動化を行うためのレーザ加工機用焦点調整装置を提供
することを目的とする。 【構成】レーザ発振器１と、レーザ光２を集光するため
のレンズ４を移動する軸コントローラ５と、レーザをワ
ーク９に対してパルス出力したときのレーザ光のエネル
ギー密度を間接的に読み取る光センサ８と、上記光セン
サ８からのデータとその時の座標を同時に読込みを記憶
する記憶部７と、レーザ光のエネルギー密度を表すセン
サからのデータの分布を演算する演算部１０とからな
り、レンズ４を移動し、そのときの座標に対してレーザ
光のエネルギー密度データを順次記憶部７に記憶してゆ
き、その分布から、レーザ光の密度の最大点とレンズ位
置の関係を求めてレーザ光の焦点を自動調整する構成と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工を行なう際
にレーザ光の焦点調整の自動化を行うためのレーザ加工
機用焦点調整装置に関する。
にレーザ光の焦点調整の自動化を行うためのレーザ加工
機用焦点調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザ加工を行う際、焦点長の異
なるレンズに交換した場合はもとより、焦点長の同じレ
ンズに交換する場合においても、レーザ光の焦点ずれが
発生する。また、レンズをはずしてレンズのクリーニン
グを行なうと、全く同じレンズを取り付けなおしたにも
かかわらず、マウントの仕方によりレーザ光の焦点ずれ
が発生する。そのため上に挙げた作業を行なう度に、レ
ーザ光の焦点出しを行わなければならず、またその調整
は、熟練者の勘と経験により手動作業により行われてい
た。
なるレンズに交換した場合はもとより、焦点長の同じレ
ンズに交換する場合においても、レーザ光の焦点ずれが
発生する。また、レンズをはずしてレンズのクリーニン
グを行なうと、全く同じレンズを取り付けなおしたにも
かかわらず、マウントの仕方によりレーザ光の焦点ずれ
が発生する。そのため上に挙げた作業を行なう度に、レ
ーザ光の焦点出しを行わなければならず、またその調整
は、熟練者の勘と経験により手動作業により行われてい
た。
【０００３】従来、熟練者が手作業で行っているブルー
フレームによる焦点調整の方法を以下に説明する。 先ずレーザ光が鉛直に照射するように、厚さ２〜３
mmのステンレス鋼を設置する。
フレームによる焦点調整の方法を以下に説明する。 先ずレーザ光が鉛直に照射するように、厚さ２〜３
mmのステンレス鋼を設置する。
【０００４】 レーザ発振器をパルス発振モードに
し、１パルスのオン時間が短く、かつエネルギー密度が
高くなるようにレーザ発振条件を設定する。 焦点調整のためのレーザ照射時にステンレス鋼が酸
化反応を起さないように、アシストガスとして窒素ガス
を選択する。
し、１パルスのオン時間が短く、かつエネルギー密度が
高くなるようにレーザ発振条件を設定する。 焦点調整のためのレーザ照射時にステンレス鋼が酸
化反応を起さないように、アシストガスとして窒素ガス
を選択する。
【０００５】 レーザ発振器を発振させシャッタを開
ける。 レンズを移動する軸を、ハンドル移動などによりレ
ンズがステンレス鋼に接近する方向に移動させる。
ける。 レンズを移動する軸を、ハンドル移動などによりレ
ンズがステンレス鋼に接近する方向に移動させる。
【０００６】 このときにピアシングの色を観察す
る。火花の色が黄色から青色に変わった所でハンドルの
移動を停止し、そのときの座標を読み取る。 前記，の作業を何度かくり返し座標の平均値を
求める。
る。火花の色が黄色から青色に変わった所でハンドルの
移動を停止し、そのときの座標を読み取る。 前記，の作業を何度かくり返し座標の平均値を
求める。
【０００７】 次にレンズをステンレス鋼に近づけ、
レンズがステンレス鋼から離れる方向にハンドル移動す
る。ここでもピアシングの火花の色が黄色から青に変わ
った時点でハンドル移動を停止しその座標を記憶する。
レンズがステンレス鋼から離れる方向にハンドル移動す
る。ここでもピアシングの火花の色が黄色から青に変わ
った時点でハンドル移動を停止しその座標を記憶する。
【０００８】 の作業を何度かくり返しその座標の
平均値を求め、で求まった結果と平均座標値との中間
点を求めその座標をレーザ焦点位置（座標）とする。
平均値を求め、で求まった結果と平均座標値との中間
点を求めその座標をレーザ焦点位置（座標）とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の焦点
調整においては、レーザ光の焦点出しはレーザによる加
工を行なう場合は、熟練作業者が手動作業によりレーザ
の焦点出しを行っていた。そしてハンドルを移動させる
速度、光の色の変化の判断基準は作業者によって異なる
ために焦点出しの微調整が難しく、また初心者がすぐに
焦点出しを行えるというものではなかった。
調整においては、レーザ光の焦点出しはレーザによる加
工を行なう場合は、熟練作業者が手動作業によりレーザ
の焦点出しを行っていた。そしてハンドルを移動させる
速度、光の色の変化の判断基準は作業者によって異なる
ために焦点出しの微調整が難しく、また初心者がすぐに
焦点出しを行えるというものではなかった。
【００１０】本発明は上記従来の課題を解決し、レーザ
光の焦点出しの自動化を図り、誰にでも容易にレーザ加
工を行うことができるようにするためのレーザ加工機用
焦点調整装置を提供することを目的としている。
光の焦点出しの自動化を図り、誰にでも容易にレーザ加
工を行うことができるようにするためのレーザ加工機用
焦点調整装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明のレーザ加工機用焦点調整装置は、レーザ光を
パルス出力する機能を持つレーザ発振器と、レーザ光を
集光するためのレンズを移動する軸コントローラと、レ
ーザをワークに対してパルス出力したときのレーザ光の
エネルギー密度を間接的に読み取るセンサと、上記セン
サからのデータとその時の座標を同時に読込みを記憶す
る記憶部と、レーザ光のエネルギー密度を表すセンサか
らのデータの分布を演算する演算部とからなり、レンズ
を移動し、そのときの座標に対してレーザ光のエネルギ
ー密度データを順次記憶部に記憶してゆき、その分布か
ら、レーザ光の密度の最大点とレンズ位置の関係を求め
てレーザ光の焦点を自動調整する手段を有する構成とす
る。
に本発明のレーザ加工機用焦点調整装置は、レーザ光を
パルス出力する機能を持つレーザ発振器と、レーザ光を
集光するためのレンズを移動する軸コントローラと、レ
ーザをワークに対してパルス出力したときのレーザ光の
エネルギー密度を間接的に読み取るセンサと、上記セン
サからのデータとその時の座標を同時に読込みを記憶す
る記憶部と、レーザ光のエネルギー密度を表すセンサか
らのデータの分布を演算する演算部とからなり、レンズ
を移動し、そのときの座標に対してレーザ光のエネルギ
ー密度データを順次記憶部に記憶してゆき、その分布か
ら、レーザ光の密度の最大点とレンズ位置の関係を求め
てレーザ光の焦点を自動調整する手段を有する構成とす
る。
【００１２】
【作用】本発明の上記構成において、レンズの位置と光
スペクトルの分布、ピアシング音の分布、あるいは振動
の分布の関係データを収集し、そのデータを基にレーザ
光の焦点位置を求めることとなる。
スペクトルの分布、ピアシング音の分布、あるいは振動
の分布の関係データを収集し、そのデータを基にレーザ
光の焦点位置を求めることとなる。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図１から図６に基
づいて説明する。図１は、本発明にかかる一実施例のレ
ーザ加工機用焦点調整装置の構成図である。図示のよう
にレーザ発振器１から出力されたレーザ光２はレーザト
ーチ３へと導かれ、集光レンズ４によってワーク９上に
おいて焦点を結ぶ。レーザ発振器１より出力されたレー
ザ光２はほぼ平行な光であり、レーザトーチ３を上下す
ることでレーザ光２の焦点を調整することができる。レ
ーザトーチ３の移動はレンズ移動軸コントローラ５によ
り制御される。具体的にはレンズ移動軸コントローラ５
はレーザトーチ２を上下に移動させるためのモータ６を
回転させるもので、モータ６の回転によって一義的に決
まる座標位置データを記憶部７へ出力する。光センサ８
はレーザ光２がワーク９に対して照射されたときのピア
シングの光り具合を検知する。ここでは光のエネルギー
の強さを波長で読み取っている。波長の短いものほどエ
ネルギー密度が高い。この光センサ８からの出力はその
ときの座標位置とともに記憶部７へ入力され記憶され
る。
づいて説明する。図１は、本発明にかかる一実施例のレ
ーザ加工機用焦点調整装置の構成図である。図示のよう
にレーザ発振器１から出力されたレーザ光２はレーザト
ーチ３へと導かれ、集光レンズ４によってワーク９上に
おいて焦点を結ぶ。レーザ発振器１より出力されたレー
ザ光２はほぼ平行な光であり、レーザトーチ３を上下す
ることでレーザ光２の焦点を調整することができる。レ
ーザトーチ３の移動はレンズ移動軸コントローラ５によ
り制御される。具体的にはレンズ移動軸コントローラ５
はレーザトーチ２を上下に移動させるためのモータ６を
回転させるもので、モータ６の回転によって一義的に決
まる座標位置データを記憶部７へ出力する。光センサ８
はレーザ光２がワーク９に対して照射されたときのピア
シングの光り具合を検知する。ここでは光のエネルギー
の強さを波長で読み取っている。波長の短いものほどエ
ネルギー密度が高い。この光センサ８からの出力はその
ときの座標位置とともに記憶部７へ入力され記憶され
る。
【００１４】データの読み取り手順を以下に示す。先
ず、レーザトーチ３がワーク９に次第に近付くように、
レンズ移動軸コントローラ５を用いてレーザトーチ３を
移動する。前記レンズ移動軸コントローラ５よりの座標
位置と光センサ８からのデータを記憶部７に格納する。
記憶されたデータは表１に示すようになる。
ず、レーザトーチ３がワーク９に次第に近付くように、
レンズ移動軸コントローラ５を用いてレーザトーチ３を
移動する。前記レンズ移動軸コントローラ５よりの座標
位置と光センサ８からのデータを記憶部７に格納する。
記憶されたデータは表１に示すようになる。
【００１５】
【表１】 これをグラフに表すと図２のような曲線になり、この値
から山の頂点を求める。その座標位置を第１の焦点位置
とする。
から山の頂点を求める。その座標位置を第１の焦点位置
とする。
【００１６】つぎにレーザトーチ３がワーク９に近い位
置から次第に離れるようにレーザトーチ３を移動し、レ
ンズコントローラ５からの座標と光センサ８からの出力
をグラフにし、その山の頂点から第２の焦点位置を求め
る。前記第１と第２の焦点位置の平均を求めて焦点位置
とする。演算部１０は、座標位置に対応した光センサ８
からの出力を用いて焦点位置を計算する処理を行なう。
置から次第に離れるようにレーザトーチ３を移動し、レ
ンズコントローラ５からの座標と光センサ８からの出力
をグラフにし、その山の頂点から第２の焦点位置を求め
る。前記第１と第２の焦点位置の平均を求めて焦点位置
とする。演算部１０は、座標位置に対応した光センサ８
からの出力を用いて焦点位置を計算する処理を行なう。
【００１７】以上の処理は従来加工熟練者が行なってき
た焦点出しの方法を全く同じ手順で自動化したものであ
る。よってアシストガスの設定などは従来手動で行なっ
ていたものと同様となる。
た焦点出しの方法を全く同じ手順で自動化したものであ
る。よってアシストガスの設定などは従来手動で行なっ
ていたものと同様となる。
【００１８】上記ではレーザのエネルギー密度を表すも
のとして光の波長を使用してきたが、同じ装置におい
て、反射光の強度によって焦点位置を求めることもでき
る。図３は本発明の第２の実施例を示し、このものは光
センサ８の代わりに音センサ１１を用いている。この構
成において、光がワーク９にあたりワーク９表面を瞬間
的に蒸発させているときの音を音センサ１１により拾
い、その音の大きさの座標位置による分布より焦点位置
を求めるものである。なお表２は記憶部７に記憶された
データを示し、そのグラフは図４のようになる。
のとして光の波長を使用してきたが、同じ装置におい
て、反射光の強度によって焦点位置を求めることもでき
る。図３は本発明の第２の実施例を示し、このものは光
センサ８の代わりに音センサ１１を用いている。この構
成において、光がワーク９にあたりワーク９表面を瞬間
的に蒸発させているときの音を音センサ１１により拾
い、その音の大きさの座標位置による分布より焦点位置
を求めるものである。なお表２は記憶部７に記憶された
データを示し、そのグラフは図４のようになる。
【００１９】
【表２】 図５は本発明の第３の実施例を示し、このものは光セン
サの代わりに振動センサ１２を用いている。この構成に
おいて光がワーク９にあたりワーク９表面を瞬間的に蒸
発させているときの振動を振動センサ１２により拾い、
その振動の大きさの座標位置による分布より焦点位置を
求めるものである。なお表３は記憶部７に記憶されたデ
ータを示し、そのグラフは図６のようになる。
サの代わりに振動センサ１２を用いている。この構成に
おいて光がワーク９にあたりワーク９表面を瞬間的に蒸
発させているときの振動を振動センサ１２により拾い、
その振動の大きさの座標位置による分布より焦点位置を
求めるものである。なお表３は記憶部７に記憶されたデ
ータを示し、そのグラフは図６のようになる。
【００２０】
【表３】
【００２１】
【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明はレンズを移動する軸を備え、パルス発振可
能なレーザ加工機において、レーザ光のエネルギー密度
を読みとる、光センサ、音センサ、あるいは振動センサ
を設置し、座標データとそのときの前記センサからのデ
ータを記憶するエリアと分布の演算機能を設けたために
レーザ光焦点調整の自動化ができ、レーザ加工に熟練し
た作業者でなくとも容易に焦点合わせが行うことができ
る。
に、本発明はレンズを移動する軸を備え、パルス発振可
能なレーザ加工機において、レーザ光のエネルギー密度
を読みとる、光センサ、音センサ、あるいは振動センサ
を設置し、座標データとそのときの前記センサからのデ
ータを記憶するエリアと分布の演算機能を設けたために
レーザ光焦点調整の自動化ができ、レーザ加工に熟練し
た作業者でなくとも容易に焦点合わせが行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のレーザ加工機用焦点調
整装置の構成図
整装置の構成図
【図２】同レーザ加工機用焦点調整装置における距離−
光センサからの出力データのグラフ
光センサからの出力データのグラフ
【図３】本発明の第２の実施例のレーザ加工機用焦点調
整装置の構成図
整装置の構成図
【図４】同レーザ加工機用焦点調整装置における距離−
音センサからの出力データのグラフ
音センサからの出力データのグラフ
【図５】本発明の第３の実施例のレーザ加工機用焦点調
整装置の構成図
整装置の構成図
【図６】同レーザ加工機用焦点調整装置における距離−
振動センサからの出力データのグラフ
振動センサからの出力データのグラフ
１ レーザ発振器 ２ レーザ光 ３ レーザトーチ ４ 集光レンズ ５ レンズ移動軸コントローラ ６ モータ ７ 記憶部 ８ 光センサ ９ ワーク １０ 演算部 １１ 音センサ １２ 振動センサ
Claims (4)
- 【請求項１】 レーザ光をパルス出力する機能を持つレ
ーザ発振器と、レーザ光を集光するためのレンズを移動
する軸コントローラと、レーザをワークに対してパルス
出力したときのレーザ光のエネルギー密度を間接的に読
み取るセンサと、上記センサからのデータとその時の座
標を同時に読込みを記憶する記憶部と、レーザ光のエネ
ルギー密度を表すセンサからのデータの分布を演算する
演算部とからなり、レンズを移動し、そのときの座標に
対してレーザ光のエネルギー密度データを順次記憶部に
記憶してゆき、その分布から、レーザ光の密度の最大点
とレンズ位置の関係を求めてレーザ光の焦点を自動調整
する手段を有するレーザ加工機用焦点調整装置。 - 【請求項２】 レーザビームのエネルギー密度センサに
光センサを用いたことを特徴とする請求項１記載のレー
ザ加工機用焦点調整装置。 - 【請求項３】 レーザビームのエネルギー密度センサに
音センサを用いたことを特徴とする請求項１記載のレー
ザ加工機用焦点調整装置。 - 【請求項４】 レーザビームのエネルギー密度センサに
振動センサを用いたことを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ加工機用焦点調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5160800A JPH0716779A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | レーザ加工機用焦点調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5160800A JPH0716779A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | レーザ加工機用焦点調整装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0716779A true JPH0716779A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15722723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5160800A Pending JPH0716779A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | レーザ加工機用焦点調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716779A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6377904B1 (en) | 1998-06-03 | 2002-04-23 | Suzuki Motor Corporation | Welding laser focal point position detecting apparatus |
| JP2004066340A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-03-04 | Miyachi Technos Corp | レーザ溶接モニタ装置及び方法 |
| US20080180657A1 (en) * | 2005-06-23 | 2008-07-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Determining a Focal Position of a Laser |
| DE102016204071A1 (de) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | Technische Universität München | Verfahren zum Bestimmen der Lage des Fokus einer Laserstrahlanordnung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit Laserstrahlung |
| JP2019198893A (ja) * | 2018-05-11 | 2019-11-21 | 株式会社東芝 | レーザピーニング装置およびレーザピーニング方法 |
| US11440137B2 (en) | 2018-05-11 | 2022-09-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laser peening device and laser peening method |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP5160800A patent/JPH0716779A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6377904B1 (en) | 1998-06-03 | 2002-04-23 | Suzuki Motor Corporation | Welding laser focal point position detecting apparatus |
| JP2004066340A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-03-04 | Miyachi Technos Corp | レーザ溶接モニタ装置及び方法 |
| US20080180657A1 (en) * | 2005-06-23 | 2008-07-31 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Determining a Focal Position of a Laser |
| US8304691B2 (en) * | 2005-06-23 | 2012-11-06 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Determining a focal position of a laser |
| DE102016204071A1 (de) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | Technische Universität München | Verfahren zum Bestimmen der Lage des Fokus einer Laserstrahlanordnung und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit Laserstrahlung |
| JP2019198893A (ja) * | 2018-05-11 | 2019-11-21 | 株式会社東芝 | レーザピーニング装置およびレーザピーニング方法 |
| US11440137B2 (en) | 2018-05-11 | 2022-09-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laser peening device and laser peening method |
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