CN106102981B

CN106102981B - 带照相机监视器的激光加工头装置

Info

Publication number: CN106102981B
Application number: CN201580013427.8A
Authority: CN
Inventors: 久场树; 久场一树; 中村直幸; 上野彰大
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2017-12-29
Anticipated expiration: 2035-03-02
Also published as: US20170043431A1; DE112015001163T5; JPWO2015137179A1; US10166631B2; WO2015137179A1; JP6180620B2; CN106102981A

Abstract

在该带照相机监视器的激光加工头装置中，照明用光源(18)具有近红外激光二极管(LD)，该近红外激光二极管(LD)产生将加工用激光(10)的波长设为上限值的近红外激光，光学滤光器(22)阻止分别透过聚光透镜(7)、激光反射镜(8、8A)而指向至照相机(6)的、加工点发光(21)、加工点反射激光(20)以及用于拍摄的拍摄用照明光(4A)之中的加工点发光(21)及加工点反射激光(20)的透过，使用于拍摄的拍摄用照明光(4A)透过。

Description

带照相机监视器的激光加工头装置

技术领域

本发明涉及一种带照相机监视器的激光加工头装置，该带照相机监视器的激光加工头装置使加工用激光聚光于加工材料的加工点而进行激光加工，使用照相机对该加工点和其周边部的状态进行拍摄。

背景技术

从对加工现象的阐明以及加工品质的监视、进而加工的适当控制的观点出发，在激光加工时，实时地观察加工点和其周边部的图像是重要的，潜在需求高。

当前，已知一种带照相机监视器的激光加工头装置，其利用分光器使激光直角地变向而照射至加工材料的加工点，使用与照向加工材料的激光同轴地配置于分光器的背面侧的照相机，对加工点及其周边进行拍摄(例如，参照专利文献1)。

在该装置中，在照相机的旁边至少设置有2个照明头，该照明头将来自高辉度脉冲光源的照明光照射至加工材料表面的加工点。

从该照明头主动地向加工点提供比通过加工用激光加工而产生的包含等离子在内的加工点发光、加工点反射激光高的辉度的短脉冲激光照明光，利用照相机从正上方观察该部分，将加工点及其周边部可视化而进行观察。

专利文献1：日本特开2001-287064号公报

发明内容

然而，作为该装置，在上述加工点发光中，在可见光～近红外域的宽的波长范围示出强烈的如黑体辐射般的发光，特别在可见光域的加工点发光成为高强度，因此在可见光域的拍摄所需的照明光的峰值强度变高。

因此，存在作为照明用光源而不得不使用高价的脉冲激光的问题点。

另外，在该装置的情况下，由于作为照明光源而使用脉冲激光，因此存在下述问题点，即，需要与照明光源的脉冲同步而进行照相机拍摄，系统控制变得复杂，并且照明用光源和照相机的相互选择不得不受到制约。

另外，还存在下述问题点，即，加工点发光、加工点反射激光在加工点处依然强烈地引起光晕，可能无法通过图像而对加工点和其周边部进行确认。

本发明以解决该问题点为课题，其目的在于得到一种能够廉价地降低光晕的影响而对加工点和其周边部的状态进行拍摄等的带照相机监视器的激光加工头装置。

本发明涉及的带照相机监视器的激光加工头装置具有：

激光反射镜，其将加工用激光反射而使其变向；

聚光透镜，其使由该激光反射镜反射后的反射加工用激光聚光于加工材料的加工点；

照相机，其处于所述激光反射镜的与所述聚光透镜的相反侧，且与所述反射加工用激光的光轴设置于同轴之上；

拍摄光学系统，其在该照相机与所述激光反射镜之间，与所述反射加工用激光的光轴设置于同轴之上；

照明光学系统，其设置于所述激光反射镜的所述拍摄光学系统侧；

照明用光源，其产生照明光，该照明光透过该照明光学系统、所述激光反射镜而对所述加工点进行照射；以及

光学滤光器，其设置于所述拍摄光学系统的所述激光反射镜侧，

所述反射加工用激光对所述加工点进行照射，从而产生包含等离子在内的加工点发光，另外该反射加工用激光在所述加工点处反射而成为加工点反射激光，所述照明光在所述加工点处反射而成为拍摄用照明光，在该带照相机监视器的激光加工头装置中，

所述照明用光源具有近红外激光二极管，该近红外激光二极管产生将所述加工用激光的波长设为上限值的近红外激光，

所述光学滤光器阻止分别透过所述聚光透镜、所述激光反射镜而指向至所述照相机的、所述加工点发光、所述加工点反射激光以及所述拍摄用照明光之中的所述加工点发光及所述加工点反射激光的透过，使所述拍摄用照明光透过。

发明的效果

根据本发明涉及的带照相机监视器的激光加工头装置，在由从具有近红外激光二极管的照明用光源产生的近红外激光实现的照明下，对加工点和其周边部的状态进行拍摄，另外利用光学滤光器阻止了指向至照相机的加工点发光及加工点反射激光的侵入，因此能够廉价地降低光晕的影响而对加工点和其周边部的状态进行拍摄。

另外，拍摄光学系统、照明光学系统设置于激光反射镜的与聚光透镜的相反侧，由于不处于聚光透镜与加工材料之间，因此变得紧凑，还能够避免由于这些拍摄光学系统、照明光学系统的喷镀等而造成的污损。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图。

图2是表示图1的CMOS照相机的分光灵敏度特性的特性图。

图3(a)是加工材料的激光焊接的剖视图，图3(b)是图3(a)的俯视图。

图4(a)是加工材料的激光切断的剖视图，图4(b)是图4(a)的俯视图。

图5是加工点发光的光谱分布图。

图6是表示图1的激光反射镜的反射特性的特性图。

图7(a)是表示本发明的实施方式2涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图，图7(b)是表示图7(a)的照明光反射镜的俯视图。

图8(a)是表示本发明的实施方式3涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图，图8(b)是表示图8(a)的照明光反射镜的俯视图。

图9(a)是表示本发明的实施方式4涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图，图9(b)是表示图9(a)的照明光反射镜的俯视图。

图10(a)是表示本发明的实施方式5涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图，图10(b)是表示图10(a)的照明光反射镜的俯视图，图10(c)是表示照明光反射镜的变形例的俯视图。

图11(a)～图11(d)是表示本发明的实施方式6涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的各照明用光源的概略图。

图12是表示本发明的实施方式7涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图。

图13是表示图12的激光反射镜的反射特性的特性图。

图14(a)是表示本发明的实施方式8涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图，图14(b)是表示图14(a)的照明光反射镜的俯视图。

图15是表示本发明的实施方式9涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图。

图16是表示本发明的实施方式10涉及的带CMOS照相机监视器的激光加工头装置的概略图。

具体实施方式

下面，对本发明的各实施方式的带照相机监视器的激光加工头装置进行说明，在各图中，对相同或者相当的部件、部位，标注相同标号而进行说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1涉及的带照相机监视器的激光加工头装置(下面，简称为激光加工头装置)的概略图。

该激光加工头装置具有：加工头主体1，其设置于加工材料3的正上方；照明光学系统2，其设置于该加工头主体1的与加工材料3的相反侧，使对加工材料3进行照明的照明光4透过；拍摄光学系统5，其设置于该照明光学系统2的与加工材料3的相反侧；以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)照相机(下面，简称为照相机)5，其设置于该拍摄光学系统5的与照明光学系统2的相反侧。

加工头主体1具有聚光透镜7和激光反射镜8，该激光反射镜8设置于该聚光透镜7的照明光学系统2侧。

照相机6为硅类的半导体，其分光灵敏度特性如图2所示在红色具有峰值，对可见光～1100nm的近红外具有灵敏度，图像在照相机6的拍摄面9成像。

在该激光加工头装置中，如图1的右侧箭头所示，射入至激光反射镜8的加工用激光10在激光反射镜8的表面8a直角地变向而全反射，经由聚光透镜7而聚光于加工材料3。

加工用激光10通过波长为1000～1100nm附近的固体激光器或光纤激光器而产生。

此外，加工用激光10也能够应用波长为800～1100nm的近红外激光二极管(LD)或波长为10μm的CO₂激光器等。

图3(a)是对加工材料3进行激光焊接后的情况的剖视图，图3(b)是图3(a)的俯视图，图3(a)是将加工材料3激光切断后的情况的剖视图，图3(b)是图3(a)的俯视图。

在加工材料3之上聚光的加工点11的周边即拍摄区域17处形成加工孔12、焊接熔池13。另外，在激光焊接的情况下形成焊缝14，在激光切断的情况下形成切断槽15。

在该加工材料3的表面16形成的拍摄区域17内的加工孔12、焊接熔池13、焊缝14以及切断槽15由照相机6进行拍摄，该照相机6处于激光反射镜8的与聚光透镜7的相反侧，且与由激光反射镜8全反射后的反射加工用激光10A的光轴配置于同轴之上。

加工用激光10的照射光束直径为0.1～1mm左右，焊缝14的宽度为0.1～3mm左右，拍摄区域17为纵横1～20mm左右。

拍摄光学系统5与拍摄的范围、加工头主体1的聚光透镜7的焦点距离的变化相对应，因此也可以具有倍率可变的变焦功能。

在该激光加工头装置中，基于加工点11和其周边的拍摄区域17的照明光4的图像通过CMOS拍摄光学系统5和聚光透镜7而在CMOS照相机拍摄面9成像。

在照明光学系统2中，由照明用光源18产生的照明光4通过传送光纤19而进行传送。

该照明用光源18具有在波长700～1000nm的近红外范围连续振荡的近红外激光二极管(LD)。

通过传送光纤19传送的照明光4在由照明光学系统2降低了发散角之后，经由激光反射镜8、聚光透镜7，对加工点11和其周边的拍摄区域17进行照明。

照明光4的光轴配置为与反射加工用激光10A的光轴大致平行，无论径向的位移量是多少，均经过聚光透镜7的焦点位置。因此，照明光4以聚光透镜7的焦点位置即加工点11为中心进行照射。

对加工点11进行照射，反射后的反射加工用激光10A的加工点反射激光20向激光反射镜8直进。

另外，在反射加工用激光10A照射的加工点11处，产生包含等离子在内的加工点发光21。

图5是此时的加工点发光21的发光光谱，从该图可知，在可见光～近红外域的宽的波长范围内示出了强烈的如黑体辐射般的发光。

另外，照射至加工点11而反射后的、照明光4的用于拍摄的拍摄用照明光4A向激光反射镜8直线前进。

如图6所示，在激光反射镜8的表面8a实施了如下光学涂层，即，将波长为1030～1070nm的加工点反射激光20反射大于或等于99％，将重叠于加工点反射激光20的、波长为650nm前后的引导用的红色激光反射大于或等于50％，使波长为700～1000nm的近红外的用于拍摄的拍摄用照明光4A透过大于或等于80％。

在激光反射镜8的背面，为了提高拍摄光即用于拍摄的拍摄用照明光4A的透过性，也可以实施对紫外至近红外的光低损失的防反射涂层。

另外，在拍摄光学系统5的前表面设置有光学滤光器22，该光学滤光器22使用于拍摄的拍摄用照明光4A透过，阻止加工点反射激光20及加工点发光21的透过。

根据上述激光加工头装置，在照明用光源18使用产生波长700～1000nm的范围的任意值的近红外激光的近红外激光二极管(LD)，该值比加工用激光10的波长范围即1030nm～1070nm的值短。

如图2所示，照相机6是对可见光～1100nm的近红外具有灵敏度的CMOS照相机6，该照相机6对利用照明光4所照射的加工材料3的表面16的拍摄区域17进行拍摄，该照明光4与加工用激光10的上述波长范围不同，处在700～1000nm的近红外的波长域。

因此，对于用于产生照明光4的照明用光源18，用于确保辉度的脉冲振荡不是必须的，能够使用连续振荡的廉价的近红外激光二极管(LD)。

另外，无需使拍摄用的照相机6与照明用光源18同步，帧率、曝光时间等拍摄条件的设定范围大幅地扩宽，能够得到亮度和对比度优异的加工点11的图像。

另外，系统控制变得简单，并且照明用光源18和照相机6的相互选择不受制约。

另外，在激光反射镜8的表面8a实施了如下光学涂层，即，将加工点11的拍摄的阻碍要因即加工点反射激光20反射大于或等于99％，另外，将重叠于加工点反射激光20的、波长为650nm前后的引导用的红色激光反射大于或等于50％，并且，使波长为700～1000nm的近红外的用于拍摄的拍摄用照明光4A透过大于或等于80％，进而利用光学滤光器22对加工点9的拍摄的最大的阻碍要因即加工点发光21、加工点反射激光20进行阻止。

因此，从图像监视器能够确认到下述图像，该图像降低了光晕的发生，并且大幅地减轻了由整体光噪声而引起的对比度的降低。

因此，在激光加工时，能够明确地对在加工材料3的拍摄区域17的表面16形成的加工孔12、焊接熔池13、焊缝14以及切断槽15进行拍摄。

另外，照相机6处于激光反射镜8的背面侧，且与由激光反射镜8全反射后的反射加工用激光10A配置于同轴之上，因此对加工孔12、切断槽15，能够观察至它们的内部。

另外，照明光学系统2、拍摄光学系统5设置于激光反射镜8的与聚光透镜7的相反侧，因此能够实现聚光透镜7与加工材料3之间紧凑的激光加工头装置，并且避免由于这些照明光学系统2、拍摄光学系统5的喷镀等而造成的污损。

实施方式2.

图7(a)是表示本发明的实施方式2涉及的激光加工头装置的概略图，图7(b)是表示图7(a)的照明光反射镜23的俯视图。

在本实施方式中，在照相机6与激光反射镜8之间的拍摄光路内的局部设置照明光反射镜23，该照明光反射镜23将由照明用光源18产生的近红外激光即照明光4全反射。由该半圆形之上的照明光反射镜23全反射后的照明光4随后进行加工点11的照明。照明光反射镜23的表面为进行全反射的金属面。

另外，照明光学系统2从拍摄光学系统5的投影面沿径向偏移而进行设置。

其他结构与实施方式1的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，能够使指向至照明光反射镜23的照明光17与照明光反射镜23的缘部26相接触地进行配置，因此图7(b)的照明光反射镜23的上半部分成为拍摄区域25，下半部分成为照明光反射区域26。

这样，在图7(a)中从激光反射镜8的中心起左半部分成为拍摄光路，右半部分成为照明光路，在拍摄光路与照明光路之间消除多余的间隙，能够确保拍摄所需的光量的照明光4而不大幅地减小拍摄光路的开口，能够得到鲜明的加工点11的图像。

另外，由于照明光学系统2处于拍摄光路外，因此即使照明光学系统2的光轴方向及径向的尺寸大，也能够实现反射加工用激光10A的光轴方向的长度短的激光加工头装置，而无需扩大照相机6与激光反射镜8的间隔。

此外，如果利用照明光学系统2而使照明光反射镜23处的照明光4的光束直径变小，则能够使照明光反射镜23的面积变小，相应地可以使拍摄光路的横截面扩大，能够利用光量大的用于拍摄的拍摄用照明光4A而得到更鲜明的图像。

另外，在本实施方式中，由于将LD照明光反射镜23设为金属面，因此与由电介体多层膜和玻璃等电介体基板形成的部分反射镜(反射面整体具有同样的部分透过率的反射镜)相比，能够消除照明光4的多重反射、散射，能够得到对比度优异的鲜明的图像。

实施方式3.

图8(a)是表示本发明的实施方式3的激光加工头装置的概略图，图8(b)是表示图8(a)的照明光反射镜23A的俯视图。

在本实施方式中，照明光反射镜23A是在中央部具有开口部的环状形状，在该光反射镜23A的面之上多个照明光4沿周向等间隔地独立形成照相光反射区域26A。

另外，与各照明光4相对应地分别设置有多个照明用光源18、传送光纤19以及照明光学系统2。

其他结构与实施方式2的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，由于能够在照明光反射镜23A之上配置多个照明光4，因此与照明光4单一的照明光4相比，能够使分别照射至照明光反射镜23A的照明光的光量变大，进而能够使反射的光量变大，可以进行更明亮、更鲜明的拍摄。

特别地，由照相机6进行的拍摄与以通常帧率进行的拍摄相比，拍摄时间被限制为短时间，因此照明光量的确保是重要的，利用本实施方式实现的效果显著。

另外，在加工点11附近的照明光4的光轴相对于加工用激光10的光轴而稍微地倾斜，单一的照明光17在几乎垂直的加工孔12的内壁的局部出现照明光4的阴影。

但是，在本实施方式中，由于为由多个照明光4实现的、来自加工孔12的整周的照明，因此能够对加工孔12的内壁整周进行照明，对加工孔12的内部也能够鲜明地进行拍摄。

激光加工的状况由加工孔12和焊接熔池13决定，该加工孔12通过加工用激光10的照射而形成，该焊接熔池13通过该加工孔12的加热而形成，但掌握加工孔12和其内部的状态对于掌握激光加工的状况而言是最重要的，本实施方式对加工孔12能够观察至内部，效果显著。

实施方式4.

图9(a)是表示本发明的实施方式4的激光加工头装置的概略图，图9(b)是表示图9(a)的照明光反射镜23B的俯视图。

在本实施方式中，照明光反射镜23B是在中央部具有开口部的环状形状，在该光反射镜23B的面之上形成由圆环状的照明光4照射出的照相光反射区域26B。

该圆环状的照明光4以下述方式形成，即，在通过照明光学系统2的凸透镜27而大致平行化之后，透过相对的一对凸型的锥透镜28，从而进行中空圆锥化和平行化。

其他结构与实施方式2的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，在圆环状的照明光反射镜23B的面之上配置圆环状的照明光4，加工点11和周边的拍摄区域17以光轴为中心地成为等向的照明，因此能够降低图像不均匀，并且由于为来自与加工材料3的表面16几乎垂直的加工孔12的整周的照明，因此在加工孔12的内壁没有阴影，照明光4到达至内部，对加工孔12的内部也能够鲜明地进行拍摄。

另外，由于使用单一的照明用光源18、传送光纤19以及凸透镜27、和一对锥透镜28而进行圆环状的照明光4的形成，因此能够将来自照明用光源18的光无损耗地变换为圆环状光束，且能够形成不沿周向分布的照明光4。

由此，加工点11的拍摄成为无照明不均匀或无阴影的鲜明的图像。

另外，能够分别单一地实现照明用光源18、传送光纤19、照明光学系统2。

此外，在形成圆环状的照明光4时，也可以使用螺旋状地传播激光的传送光纤。

如果使激光向传送光纤的射入偏离于光纤中心，且相对于光纤轴而沿周向略微倾斜，则在光纤内部的光传播成为螺旋状，从出口端射出圆环状光束。

在使用该传送光纤的情况下，无需一对锥透镜28，仅利用准直透镜就能够形成圆环状照明光束，相应地变得廉价。

实施方式5.

图10(a)是表示本发明的实施方式5的激光加工头装置的概略图，图10(b)是表示图10(a)的照明光反射镜23C的俯视图。

在本实施方式中，经由支撑体28而由镜架(未图示)支撑的照明光反射镜23C设置于照相机6与激光反射镜8之间。关于该照明光反射镜23C，其周围成为照明光反射区域，其周围空间形成用于照相机拍摄的光路空间。

其他结构与实施方式2的激光加工头装置相同。

根据该激光加工头装置，能够使照明光4的光轴与反射加工用激光10A的光轴完全同轴，能够使照明光4从加工点11的正面进行照射，因此与实施方式3及4的激光加工头装置相比，能够使向加工孔12的内部的照明进入得更深远。

由此，在加工孔12小而加工深度深的加工中，对加工孔12的状况也能够观察得深远。

此外，通过调整照明光学系统2，从而使照向照明光反射镜23C的照明光4的光束直径变小，从而能够使照明光反射镜23C的径尺寸变小，相应地可以使拍摄开口扩大，用于拍摄的拍摄用照明光4A的光量增大，能够得到更鲜明的图像。

另外，在本实施方式中，由于将照明光反射镜23C设为金属面反射，因此与由电介体多层膜和玻璃等电介体基板形成的半透镜相比，能够消除照明光的多重反射及散射，能够得到对比度优异的鲜明的图像。

此外，如图10(c)所示，也可以在对照明光4透明的玻璃等电介体基板30的表面中央粘接圆形的进行全反射的金属板31。另外，也可以在电介体基板30的表面中央实施全反射涂敷。

在使用该电介体基板30的情况下，无需支撑体29，能够消除由支撑体29引起的拍摄用的光量损失，能够得到更鲜明的图像。

实施方式6.

图11是表示本发明的实施方式6涉及的激光加工头装置的照明用光源18的概略图。

如果将干涉性强的激光用作照明用光源而进行使用CMOS照相机等的图像拍摄，则会在拍摄图像产生细小的眩光、散斑，图像品质降低。

如果使用现有的弧光灯或卤素灯等光谱范围宽广且干涉性极少的光源，则能够拍摄出高品质的图像而无散斑的产生。

然而，为了减小加工点发光的光晕，需要进行光谱范围的限制，灯输出也需要进行大于或等于100W的高输出化，照明用光源变得大型。

另外，灯为等向性发光，毫无指向性，因此难以从直径小于或等于70mm的激光反射镜的背面使灯光的扩散角较小地且高效地进行照射。

在本实施方式中，将多个激光二极管(LD)发光进行光纤传送而混合作为照明用光源18，因此可干涉性降低，图像的散斑减少。

另外，与在空间中进行的单纯的光重叠不同，实施了通过光纤传送而进行的混合，因此光纤出口处的光强度变得均匀，且来自各LD发光点的光的混合状态也变得均匀，因此作为照明用光源而不存在强度不均匀，残存的减少后的散斑的程度也变得均匀，能够实现理想的照明用光源。

图11(a)是将具有多个发光点的LD条40与整形/聚光光学系统41光学性地耦合的例子，各发光点的振荡波长在比较窄的范围即1nm以内进行振荡。

但是，由于各个LD发光点是独立的，因此振荡波长不同，相位也不同步，因此与单一发光点的LD相比，各个发光点的可干涉性降低，也抑制散斑产生。

另外，在该例子中，整形/聚光光学系统41向传送光纤19的连接简单，作为LD条40，LD设备也是单一的，与下述的图11(b)～图11(d)相比，每个输出的单价较为廉价。

图11(b)是将多个LD芯片42与单一的传送光纤19光学性地耦合的例子。

由于能够任意地选择各个LD芯片42的波长，因此可以使波长间隔分离大于或等于10nm而小于或等于200nm，可干涉性能够比LD条40大幅地降低，也能够强烈地抑制散斑产生。

向传送光纤19连接的聚光光学系统与图11(a)的LD条40相同，与下述的图11(c)、图11(d)相比，每个输出的单价较为廉价。

图11(c)是利用偏振分光器43而将2个LD芯片42偏振耦合的例子。

耦合数被限定为2个，在分光器43处难以为了降低损耗而使波长间隔相离大于或等于10nm，但能够实现高集束的光纤耦合光源，而无耦合时的集束性降低。

通过将照明用光源18设为高集束，能够使传送光纤19射出后的照明光学系统2小型化，能够降低照明通路向照相机6与激光反射镜8之间的拍摄光路的混入，可以取得明亮的图像。

在该例子中，除了整形光学系统44、聚光光学系统45以外，还需要偏振分光器43和使一侧的S偏振光进行旋转的光学元件(未图示)，与图11(a)、图11(b)相比，成为高价。

图11(d)是利用分色镜46而将多个LD芯片42波长耦合的例子。由于需要与进行耦合的LD数(波长)相对应的不同的分色镜46，因此略微高价，但由于使耦合数增多而不降低集束性，因此能够以高输出及高集束而实现大幅降低可干涉性后的照明用光源18，利用紧凑的激光加工头装置，可以拍摄到散斑少的、明亮且鲜明的加工点图像。

实施方式7.

图12是表示本发明的实施方式7的激光加工头装置的概略图，图13是表示图12的激光反射镜8的分光反射特性的特性图。

在本实施方式中，如图13所示，激光反射镜8A的表面8Aa具有如下特性，即，针对加工用激光10的波长而反射大于或等于99.5％，照明光4的波长域为高透过，包含照明光4的波长的可见光在内的短波长域为高反射。

另外，删除了在拍摄光学系统5的与照相机6的相反侧另外设置的实施方式1～6的光学滤光器22。

其他结构与实施方式1的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，能够利用激光反射镜8A阻止下述情况的发生而能够得到鲜明的图像，即，从加工点11的附近经由激光反射镜8A而抵达至照相机6的用于拍摄的拍摄用照明光4A之中的会引起强烈的光晕的、从可见光至近红外的范围的加工点发光21等的拍摄的光噪声射入至照相机6。

另外，使激光反射镜8A处的光噪声的反射率大于或等于99％，无需在拍摄光学系统5的前侧另外设置的实施方式1的光学滤光器22，相应地变得紧凑且廉价。

实施方式8.

图14是表示本发明的实施方式8的激光加工头装置的概略图。

在本实施例中，照明用光源18与实施方式1～7的传送光纤耦合型的激光加工头装置不同，与照明光学系统2直接耦合。

其他结构与实施方式3的激光加工头装置相同。

根据由本实施方式实现的激光加工头装置，与传送光纤耦合型相比，不同的LD光的混合性、光束截面的均匀性降低，但照明对象即加工材料3的表面16处的光束的重叠为100％左右，取得均匀照明和散斑减少的效果。

另外，由于没有传送光纤19，因此相应地变得紧凑且廉价。

实施方式9.

图15是表示本发明的实施方式9的激光加工头装置的概略图。

在实施方式1～8中，利用激光反射镜8、8A而使加工用激光10进行弯折，将拍摄光学系统5及照明光学系统2设置于激光反射镜8的与聚光透镜7的相反侧。

对此，在本实施方式中，在加工用激光10的光路配置分色镜50，拍摄光学系统5及照明光学系统2处于分色镜50的聚光透镜7侧，且沿径向偏离于加工用激光10及加工点反射激光20的光轴而配置。

分色镜50使加工用激光10及加工点反射激光20透过大于或等于99％，将加工点发光21、以及大于或等于80％的照明光4及用于拍摄的拍摄用照明光4A进行反射。另外，使重叠于加工用激光10的引导用的可视激光透过大于或等于50％。

其他结构与实施方式3的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，通过在加工用激光10的光路配置使加工用激光10及加工点反射激光20透过并将照明光4、用于拍摄的拍摄用照明光4A、加工点发光21反射的分色镜50，从而将加工用激光10的光路包围的壳体55成为直线状，需要水冷的加工头主体1变得细长，因此变得容易将激光加工头装置搭载于扫描机构。

此外，相对于壳体55而沿径向配置的透过照明光学系统2及拍摄光学系统5的照明光4与实施方式1～8相同，为小于或等于几10W的低输出光的传送，因此无需对周围进行水冷，可以具有比壳体55小的截面。

此外，对于照相机6，通过相对于透过拍摄光学系统5的拍摄用照明光4A的光轴而直角地进行弯折，从而能够使激光加工头装置的径向的尺寸变小。

实施方式10.

图16(a)是表示本发明的实施方式10的激光加工头装置的概略图，图16(b)是表示图15(a)的照明光反射镜23B的俯视图。

在本实施方式中，在照明光反射镜23B与照相机6之间的拍摄光路设置分光器60，利用光传感器61而对由分光器60反射后的来自加工点11的加工点发光21的一部分进行监视。进行监视的加工点发光21的波长域为一部分或者全域。

其他结构与实施方式4的激光加工头装置相同。

根据本实施方式的激光加工头装置，由于能够利用在激光反射镜8的拍摄光学系统5侧设置的光传感器61而对紫外线～红外线的加工点发光21进行监视，因此能够对与激光加工的状态的好坏相关的、特定波长的光强度等发光光谱状态进行监视，配合加工点11及其附近的拍摄区域17的图像信息，能够准确地判断激光加工状态的好坏。

另外，由于能够将照明光学系统2、拍摄光学系统5以及光传感器61与加工头主体1一体地全部配置于激光反射镜8的背面，因此聚光透镜7与加工材料3之间变得紧凑，能够实现紧凑的激光加工头装置，并且能够避免由于这些照明光学系统2、拍摄光学系统5的喷镀等而造成的污损。

此外，在上述各实施方式中，作为照相机而使用CMOS照相机6，但也可以使用CCD(Charge Coupled Device)照相机。

另外，为了更准确地判断激光加工状态的好坏而使用光传感器61的做法，也能够应用于除了实施方式4以外的激光加工头装置。

另外，在实施方式7的激光加工头装置中，也可以在拍摄光学系统5与激光反射镜8A之间的拍摄光路的局部设置照明光反射镜，该照明光反射镜将由照明用光源18产生的照明光4反射至激光反射镜8A侧。

标号的说明

1加工头主体，2照明光学系统，3加工材料，4照明光，4A拍摄用照明光，5拍摄光学系统，5拍摄光学系统，6 CMOS照相机，7聚光透镜，8、8A激光反射镜，8a、8Aa表面，9拍摄面，10加工用激光，10A反射加工用激光，11加工点，12加工孔，13焊接熔池，14焊缝，15切断槽，16表面，17拍摄区域，18照明用光源，19传送光纤，20加工点反射激光，21加工点发光，22光学滤光器，23、23A、23B、23C照明光反射镜，24缘部，25拍摄区域，26、26A、26B照明光反射区域，27凸透镜，28锥透镜，29支撑体，30电介体基板，31金属板，40 LD条，41整形/聚光光学系统，42 LD芯片，43偏振分光器，44整形光学系统，45聚光光学系统，46、50分色镜，55壳体，60分光器，61光传感器。

Claims

1.一种带照相机监视器的激光加工头装置，其具有：

激光反射镜，其将加工用激光反射而变更所述加工用激光的行进方向；

所述反射加工用激光对所述加工点进行照射，从而产生包含等离子在内的加工点发光，另外该反射加工用激光在所述加工点处反射而成为加工点反射激光，所述照明光在所述加工点处反射而成为拍摄用照明光，

所述照明光的光路与所述拍摄用照明光的光路即拍摄光路为相互接触的不同的光路，

所述照明光被直接导光向所述加工用激光的光路即加工用激光光路，或者，

在所述拍摄光学系统与所述激光反射镜之间的拍摄光路的局部设置照明光反射镜，该照明光反射镜将由所述照明用光源产生的所述照明光反射至所述激光反射镜侧，经由所述照明光反射镜而向加工用激光光路进行导光，

所述照明光反射镜为进行全反射的金属镜，

所述激光反射镜将所述加工用激光反射大于或等于99％，另外使所述照明光及所述拍摄用照明光透过大于或等于80％，

2.一种带照相机监视器的激光加工头装置，其具有：

照相机，其处于所述激光反射镜的与所述聚光透镜的相反侧，且与所述反射加工用激光设置于同轴之上；

照明光学系统，其设置于所述激光反射镜的所述拍摄光学系统侧；以及

照明用光源，其产生照明光，该照明光透过该照明光学系统、所述激光反射镜而对所述加工点进行照射，

所述照明光反射镜为进行全反射的金属镜，

所述激光反射镜阻止分别透过所述聚光透镜而指向至所述照相机的、所述加工点发光、所述加工点反射激光以及所述拍摄用照明光之中的所述加工点发光及所述加工点反射激光的透过，使所述拍摄用照明光透过。

3.一种带照相机监视器的激光加工头装置，其具有：

分色镜，加工用激光透过该分色镜；

聚光透镜，其设置于所述加工用激光的光轴之上，使所述加工用激光聚光于加工材料的加工点；

照相机，其处于所述分色镜的所述聚光透镜侧，且沿径向偏离于所述光轴而设置；

拍摄光学系统，其设置于该照相机与所述分色镜之间；

照明光学系统，其设置于所述分色镜的所述拍摄光学系统侧；

照明用光源，其产生照明光，该照明光透过该照明光学系统，由所述分色镜反射而对所述加工点进行照射；以及

光学滤光器，其设置于所述拍摄光学系统的所述分色镜侧，

透过所述分色镜后的所述加工用激光对所述加工点进行照射，从而产生包含等离子在内的加工点发光，另外该加工用激光在所述加工点处反射而成为加工点反射激光，所述照明光在所述加工点处反射而成为拍摄用照明光，

在所述拍摄光学系统与所述分色镜之间的拍摄光路的局部设置照明光反射镜，该照明光反射镜将由所述照明用光源产生的所述照明光反射至所述分色镜侧，经由所述照明光反射镜而向加工用激光光路进行导光，

所述照明光反射镜为进行全反射的金属镜，

所述分色镜使所述加工用激光透过大于或等于99％，将所述照明光及所述拍摄用照明光反射大于或等于80％，

所述光学滤光器阻止分别透过所述聚光透镜而由所述分色镜反射后的指向至所述照相机的、所述加工点发光及所述拍摄用照明之中的所述加工点发光，使所述拍摄用照明光透过。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光反射镜为半圆形状，在所述拍摄光路内偏移地设置。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光反射镜为在中央部具有开口部的圆环形状，多个所述照明光沿周向单独照射在所述照明光反射镜的面之上。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光反射镜为在中央部具有开口部的圆环形状，沿着周向的圆环状的单一的照明光照射在所述照明光反射镜的面之上。

7.根据权利要求6所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光学系统包含用于形成圆环状的所述照明光的锥透镜。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光反射镜通过支撑体而设置于所述拍摄光路的中央部，

在所述支撑体与所述照明光反射镜之间形成有用于照相机拍摄的光路空间的一部分。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的带照相机监视器的激光加工头装置，其中，

所述照明光反射镜处于所述拍摄光路的中央部，且设置于所述拍摄用照明光透过的电介体基板的中央部。