JP2003010989A - レーザ照射領域監視装置、レーザ照射領域監視方法、レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークのレーザ光の照射領域の酸化を監視す
ることが可能な装置を提供すること。 【解決手段】 管理部７は、第１光成分と第２光成分の
強度比データを基にしてワークＷのレーザ光ＬＢの照射
領域Ｒの温度を演算する温度データ演算部７３と、熱輻
射される赤外線ＩＲのうち波長の異なる二つの光成分の
強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、か
つ、複数の温度データの各々の強度比データを構成する
第１光成分の強度データを予め記憶している記憶部７５
と、温度データを基にして記憶部７５からその温度デー
タに最も近い温度データを選択し、選択された温度デー
タにおける第１光成分の強度データを抽出する抽出部７
６と、抽出された第１光成分の強度データと照射領域Ｒ
の第１光成分強度データを比較する判断部７７と、を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用い
て、例えば、金属や樹脂のワークを溶接する場合に使用
するレーザ照射領域監視装置及びレーザ照射領域監視方
法と、これらを適用したレーザ加工装置及びレーザ加工
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光は指向性や微小面積への強い収
束性を有するので、レーザ光を用いてワークの溶接、穴
あけ、切断などの加工処理をすることができる。溶接を
例にすると、従来のレーザ光を用いた溶接装置として
は、例えば、特開平５−２６１５７６号公報や特開平８
−２０６８５９号公報の装置がある。これらの装置では
ワークの溶接中、加熱溶融されているレーザ光の照射領
域の温度を監視することによりワークの溶接不良を防止
している。

【０００３】また、特開平９−１０９７０号公報にもレ
ーザ光を用いた溶接装置が開示されている。この装置は
ワークの溶接領域の温度を監視するのではなく、上記熱
輻射される光のスペクトル強度をワークの固有波長の基
準強度と比較し、ワークの溶融、蒸発、励起状態を監視
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レーザ光によりワーク
を加工する際、ワークのレーザ光の照射領域を多面的に
監視することは、ワークの加工不良をなくすために重要
なことである。しかし、上記の従来技術のみでは不十分
であり、更に多面的な監視技術が望まれていた。

【０００５】本発明の目的は、ワークのレーザ光の照射
領域を監視することが可能なレーザ照射領域監視装置及
びレーザ照射領域監視方法と、この監視技術を適用した
レーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ照射
領域監視装置は、ワークにレーザ光を照射することによ
りワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のう
ち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度デー
タを演算する第１演算手段と、第１演算手段により得ら
れた二つの強度データに基づいて、これらの強度比デー
タを演算する第２演算手段と、熱輻射される光のうち波
長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶
し、かつ、これらの強度比データの各々を構成する波長
の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一
方を予め記憶した記憶手段と、記憶手段に予め記憶され
た複数の強度比データの中から、第２演算手段により得
られた強度比データと最も近い強度比データを選択し、
選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの
光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽
出手段と、抽出手段により得られた強度データと第１演
算手段により得られた強度データを比較することにより
照射領域の状態を判断する判断手段と、を含む。

【０００７】本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、
記憶手段に予め記憶された複数の強度比データの中か
ら、第２演算手段により得られた照射領域の強度比デー
タに最も近い強度比データを選択し、選択された強度比
データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度デー
タのうち少なくとも一方と第１演算手段により得られた
照射領域の強度データとを比較している。ここで、本発
明者の知見では熱輻射される波長の異なる二つの光成分
の強度比データ及び二つの光成分の強度データは、照射
領域の状態と一定の関係を有している。よって、上記比
較を行うことにより照射領域の状態、例えば酸化や溶融
幅の判断が可能になる。

【０００８】本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、
ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ
光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二
つの光成分について、各々、強度データを演算する第１
演算手段と、第１演算手段により得られた二つの強度デ
ータに基づいて、これらの強度比データを演算する第２
演算手段と、第２演算手段により得られた強度比データ
に基づいて、照射領域の温度データを演算する第３演算
手段と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成
分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶
し、かつ、これらの温度データの各々の強度比データを
構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち
少なくとも一方を予め記憶した記憶手段と、記憶手段に
予め記憶された複数の温度データの中から、第３演算手
段により得られた温度データと最も近い温度データを選
択し、選択された温度データの強度比データを構成する
波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくと
も一方を抽出する抽出手段と、抽出手段により得られた
強度データと第１演算手段により得られた強度データを
比較することにより照射領域の状態を判断する判断手段
と、を含む。

【０００９】本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、
記憶手段に予め記憶された複数の温度データの中から、
第３演算手段により得られた照射領域の温度データに最
も近い温度データを選択し、選択された温度データの強
度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度
データのうち少なくとも一方と第１演算手段により得ら
れた照射領域の強度データとを比較することにより照射
領域の状態、例えば酸化や溶融幅を判断している。すな
わち、本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、強度比
データの代わりにこの強度比データに基づく温度データ
を用いることにより照射領域の状態を判断している。

【００１０】本発明に係るレーザ加工装置は、上記レー
ザ照射領域監視装置を備え、レーザ光をワークに照射す
ることによりワークを加工するレーザ加工装置であっ
て、判断手段により照射領域が所定の状態でないと判断
された場合、レーザ加工装置をフィードバック制御する
制御手段を含む。本発明に係るレーザ加工装置によれ
ば、フィードバック制御によりワークの加工不良の発生
を自動的に防ぐことが可能となる。

【００１１】本発明に係るレーザ照射領域監視方法は、
ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ
光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二
つの光成分について、各々、強度データを演算する第１
演算工程と、第１演算工程により得られた二つの強度デ
ータに基づいて、これらの強度比データを演算する第２
演算工程と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの
光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、これら
の強度比データの各々を構成する波長の異なる二つの光
成分の強度データのうち少なくとも一方を予め記憶した
記憶手段から、第２演算工程により得られた強度比デー
タと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比
データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度デー
タのうち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、抽出工
程により得られた強度データと第１演算工程により得ら
れた強度データを比較することにより照射領域の状態を
判断する判断工程と、を含む。

【００１２】本発明に係るレーザ照射領域監視方法は、
ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ
光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二
つの光成分について、各々、強度データを演算する第１
演算工程と、第１演算工程により得られた二つの強度デ
ータに基づいてこれらの強度比データを演算する第２演
算工程と、第２演算工程により得られた強度比データに
基づいて照射領域の温度データを演算する第３演算工程
と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の
強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、か
つ、これらの温度データの各々の強度比データを構成す
る波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なく
とも一方を予め記憶した記憶手段から、第３演算工程に
より得られた温度データと最も近い温度データを選択
し、選択された温度データの強度比データを構成する波
長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも
一方を抽出する抽出工程と、抽出工程により得られた強
度データと第１演算工程により得られた強度データを比
較することにより照射領域の状態を判断する判断工程
と、を含む。

【００１３】上記二つの本発明に係るレーザ照射領域監
視方法は、各々、上記本発明に係るレーザ照射領域監視
装置と同様の作用を有する。

【００１４】本発明に係るレーザ加工方法は、上記レー
ザ照射領域監視方法を備え、レーザ光をワークに照射す
ることによりワークを加工するレーザ加工方法であっ
て、判断工程により照射領域が所定の状態でないと判断
された場合、レーザ加工方法をフィードバック制御する
制御工程を含む。本発明に係るレーザ加工方法によれ
ば、フィードバック制御によりワークの加工不良の発生
を自動的に防ぐことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態につい
て、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る
レーザ照射領域監視装置を含むレーザ加工装置１の構成
の概要を示す図である。レーザ加工装置１は、ワークＷ
にレーザ光ＬＢを照射することによりワークＷを加工す
る加工用レーザ３と、ワークＷのレーザ光ＬＢの照射領
域（例えば照射領域Ｒ）から熱輻射される光（例えば赤
外線ＩＲ）を検出し、波長の異なる二つの光成分の強度
を測定する波長強度測定部５と、波長強度測定部５から
送られた上記二つの光成分の強度データに基づき照射領
域の温度等の演算をする管理部（例えばパソコン）７
と、を備える。波長強度測定部５及び管理部７により、
ワークＷのレーザ光ＬＢの照射領域の状態（例えば、温
度、酸化、溶融幅）を監視するレーザ照射領域監視装置
が構成されている。加工用レーザ３としては、ワークＷ
の材料や用途に応じて炭酸ガスレーザ、ガラスレーザ、
ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、ルビーレーザ、半導体
レーザなどが使い分けられる。加工用レーザ３はレーザ
収容部９に収容されている。

【００１６】レーザ加工装置１は、さらに、加工用レー
ザ３の照射条件（例えば、パワー、焦点径）を制御する
レーザ制御部１１と、ワークＷのレーザ光の照射領域か
ら熱輻射される赤外線を集光する集光器１３と、を備え
る。集光器１３は光ファイバ１５を介して波長強度測定
部５と光学的に接続されている。レーザ加工装置１は、
さらに、ワークＷに窒素等のシールドガスを噴射するた
めのシールドガスノズル１７と、シールドガスノズル１
７から噴射されるシールドガスを制御するガス制御部１
９と、を備える。ガス制御部１９及びレーザ制御部１１
は、これらを管理する管理部７と電気的に接続されてい
る。管理部７からの信号により、ガス制御部１９はシー
ルドガスの流量を制御し、レーザ制御部１１は加工用レ
ーザ３の照射条件を制御する。

【００１７】波長強度測定部５は、集光器１３により集
光された赤外線ＩＲのうち波長の異なる二つの光成分の
強度を測定している。これら二つの光成分の一方を第１
光成分（例えば波長１．８μｍの光成分）とし、他方を
第２光成分（例えば波長２．０μｍの光成分）とする。
なお、これらの波長は低温用である。高温用（例えば、
測定温度８００〜２０００℃）では、第１光成分の波長
は例えば１．３μｍであり、第２光成分の波長は例えば
１．５μｍとなる。

【００１８】波長強度測定部５に伝送された赤外線ＩＲ
は、コリメートレンズ５１により視準され、ダイクロイ
ックミラー５２を透過して、ダイクロイックミラー５３
に入射する。ここで、赤外線ＩＲは、所定の波長（例え
ば、第１光成分の波長を１．８μｍ、第２光成分の波長
を２．０μｍとすると、波長１．９μｍが所定の波長と
なる。）を境界として、波長が短い短波長側の赤外線Ｉ
Ｒ_Aと、波長が長い長波長側の赤外線ＩＲ_Bとに分光され
る。つまり、ダイクロイックミラー５３は、赤外線ＩＲ
_Aを透過し、赤外線ＩＲ_Bを反射する。なお、ダイクロイ
ックミラー５３が、赤外線ＩＲ_Aを反射し、赤外線ＩＲ_B
を透過するようにしてもよい。

【００１９】赤外線ＩＲ_A、ＩＲ_Bは、各々に対応して設
けられ、所定の波長の光成分を透過する波長選択フィル
ター５４Ａ、５４Ｂに入射する。波長選択フィルター５
４Ａ、５４Ｂは、加工用レーザ３の発光波長と同じ波長
の光及び発光波長を正の整数倍した波長の光を吸収す
る。そして、波長選択フィルター５４Ａは光のうち第１
光成分を透過し、フィルター５４Ｂは第２光成分を透過
する。よって、赤外線ＩＲ_Aのうち第１光成分は、フィ
ルター５４Ａを透過し、集光レンズ５５Ａにより集光さ
れ、赤外線検出器５６Ａにより検出される。一方、赤外
線ＩＲ_Bのうち第２光成分は、フィルター５４Ｂを透過
し、集光レンズ５５Ｂにより集光され、赤外線検出器５
６Ｂにより検出される。なお、波長選択フィルター５４
Ａ、５４Ｂを、例えば、誘電体の多層膜ミラーとするこ
とにより、加工用レーザ３の発光波長と同じ波長の光及
び発光波長を正の整数倍した波長の光を反射させるよう
にしてもよい。

【００２０】赤外線検出器５６Ａにより検出された第１
光成分は、ここで電気信号に変換され、アンプ５７Ａに
より増幅され、この電気信号は強度データ演算部５８に
送られる。一方、赤外線検出器５６Ｂにより検出された
第２光成分は、電気信号に変換され、アンプ５７Ｂによ
り増幅され、この電気信号は強度データ演算部５８に送
られる。

【００２１】強度データ演算部５８はサンプリングボー
ドを含み、第１光成分の電気信号と第２光成分の電気信
号とは同じタイミングでサンプリングされる。これによ
り第１光成分及び第２光成分の各々の強度データが演算
される。本実施形態は強度データとして電圧データを用
いている。これらの強度データは管理部７に伝送され、
管理部７内のＡ／Ｄ変換部により、各々、デジタル信号
に変換される。これらのデジタル信号を基にして管理部
７により、第１光成分と第２光成分の強度比データが演
算される。本実施形態は強度比データとして第１光成分
の電圧／第２光成分の電圧を用いている。この強度比デ
ータを基にしてワークＷのレーザ光の照射領域の温度が
演算され、温度が管理部７のディスプレイ２１の画面に
表示される。このように本実施形態では２色温度計によ
り温度を測定する。

【００２２】なお、波長強度測定部５は、位置検出用レ
ーザ５９を備える。位置検出用レーザ５９から出射され
るレーザ光Ｌｂは、ワークＷの加工に用いられない。レ
ーザ光Ｌｂは、ダイクロイックミラー５２で反射され、
光ファイバー１５を通り、集光器１３から出射されレー
ザ光ＬＢの照射領域を照射する。これにより加工位置の
確認をするのである。

【００２３】上記のとおり、本実施形態は第１光成分と
第２光成分の強度比に基づいてワークＷのレーザ光の照
射領域の温度を監視している。本実施形態は、この温度
データに基づいて照射領域の温度以外の状態も監視して
いる。ある二つの光成分の強度比データが他の二つの光
成分の強度比データと同じ程度でも、ある二つの光成分
の強度データが他の二つの光成分の強度データと異なる
ことがある。同じ強度比データでもその基礎となる強度
データが異なると、照射領域の状態（例えば、酸化や溶
融幅）に違いがあるのを本発明者は見出した。例えば、
第１光成分の強度データ０．６／第２光成分の強度デー
タ０．３の場合と、第１光成分の強度データ０．８／第
２光成分の強度データ０．４の場合、ともに強度比は２
である。しかし、同じ強度比でも強度データが異なると
照射領域の状態が異なるのである。本発明は、これを用
いることにより照射領域の状態を監視しているのであ
る。酸化の監視を例として説明する。

【００２４】例えば、チタンの溶接において溶接面の酸
化防止は非常に重要である。特に、純チタンの場合、溶
接面の酸化防止だけ注意すれば良好な溶接ができる。酸
化防止は溶接中のみならず、溶接後、ビードが十分冷え
るまで酸化防止をする必要がある。一方、積極的に溶接
面を酸化させる場合もある。これは溶接面を酸化させる
ことで微粒子の発生が抑えられ、ビード形状が太く、か
つ長くなるため、溶接に好影響を与える場合があるから
である。溶接領域がどの程度酸化しているかを監視する
ことによりこの効果がどの程度得られるかを知ることが
できる。

【００２５】図２は、純鉄にパルスYAGレーザ光を照射
した場合の照射領域の温度と時間との関係を示すグラフ
である。温度は上記のように第１光成分と第２光成分の
強度比に基づいて求められている。レーザ光の照射前は
表面が酸化していない純鉄を窒素雰囲気中で照射した場
合（Ａで示す線）、大気中で照射した場合（Ｂで示す
線）のグラフが示されている。いずれも最高到達温度が
ほぼ等しいため、ほぼ同一の照射状態とみなすことがで
きる。大気中の場合（Ｂで示す線）、照射後の純鉄表面
は黒化しており、純鉄表面が酸化されている判断した。
窒素雰囲気中の場合（Ａで示す線）、照射後の純鉄表面
には金属光沢が残っているので、純鉄表面が非酸化と判
断した。

【００２６】図２に示す場合において、二つの光成分の
うち波長が短い方の光成分、つまり第１光成分の電圧と
温度の関係を図３に示す。第１光成分の電圧データは強
度データの一例である。この図はレーザの照射終了後、
つまり、温度下降時の温度と電圧の関係を示している。
同じ程度の温度において、純鉄表面が酸化された場合
（Ｂで示す線）における第１光成分の電圧は、純鉄表面
が非酸化の場合（Ａで示す線）における第１光成分の電
圧よりも大きいことが分かる。これは純鉄表面が酸化さ
れることにより、熱輻射される光の放射率が増大するか
らである。

【００２７】純鉄表面の酸化状態と非酸化状態との境界
における温度と第１光成分の電圧の関係を経験則により
求めグラフにする（例えば図３中にＣで示す線）。演算
された温度における第１光成分の電圧が、Ｃで示す線に
おいてこの温度と最も近い温度における第１光成分の電
圧より小さい場合、純鉄表面は非酸化状態と判断でき
る。一方、大きい場合、純鉄表面は酸化状態と判断でき
る。

【００２８】図４は、図３のグラフにさらにレーザ光照
射初期からレーザ光照射終了までのデータを加えたもの
である。窒素雰囲気中で照射した場合（Ａで示す線）
は、Ｃで示す線（つまり酸化の境界線）を超えずに照射
を終了している。一方、大気中で照射した場合（Ｂで示
す線）は、当初、Ｃで示す線より小さい電圧であるが途
中からＣで示す線を超えている。従って、純鉄表面が酸
化状態か否かを、レーザ光照射中にリアルタイムで判断
できる。

【００２９】次に、酸化を監視するための具体的構成に
ついて説明する。図５は本実施形態の管理部７の一部の
ブロック図である。管理部７は、強度データ演算部５８
から送られた第１光成分や第２光成分の強度データのア
ナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部７１
と、Ａ／Ｄ変換部７１によりデジタル変換された第１光
成分の強度と第２光成分の強度により、これらの強度比
データを演算する強度比データ演算部７２と、強度比デ
ータを基にして照射領域の温度を演算する温度データ演
算部７３と、Ａ／Ｄ変換部７１によりデジタル変換され
た第１光成分の強度データを記憶する第１光成分強度デ
ータ記憶部７４と、記憶部７５と、を備える。本実施形
態において強度データは電圧データのことである。

【００３０】記憶部７５は、熱輻射される光のうち波長
の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度デー
タを予め複数記憶し、かつ、複数の温度データの各々の
強度比データを構成する第１光成分の強度データを予め
記憶している。記憶部７５には、例えば、図６に示すテ
ーブルのデータが記憶されている。図６のデータは図３
のＣで示される線の温度と電圧の関係のデータであり、
９００〜１６００℃であって、例えば、１℃毎に第１光
成分の強度が記憶されている。つまり、９００℃におけ
る第１光成分の強度（電圧）、９０１℃における第１光
成分の強度（電圧）、・・・、１５９９℃における第１
光成分の強度（電圧）、１６００℃における第１光成分
の強度（電圧）が記憶されている。

【００３１】管理部７は、さらに、温度データ演算部７
３からの温度データを基にして記憶部７５からその温度
データに最も近い温度データを選択し、選択された温度
データにおける第１光成分の強度データを抽出する抽出
部７６を備える。例えば、温度データ演算部７３により
照射領域の温度が１２３０℃と演算された場合、抽出部
７６は、図６のテーブルから１２３０℃における第１光
成分の強度データを抽出する。なお、照射領域の温度が
例えば１２３０．５℃と演算された場合、図６のテーブ
ルに一致する温度がない。この場合、１２３０℃や１２
３１℃における第１光成分の強度データを抽出する。

【００３２】管理部７は、さらに、上記抽出された第１
光成分の強度データが送られる判断部７７を備える。判
断部７７は、このデータと第１光成分強度データ記憶部
７４に記憶されたデータを比較する。第１光成分強度デ
ータ記憶部７４に記憶されたデータは、上記のとおり照
射領域から熱輻射された赤外線ＩＲの第１光成分の強度
データである。よって、図３に示すように、第１光成分
強度データ記憶部７４に記憶されたデータが抽出された
第１光成分の強度データより大きい場合、判断部７７は
照射領域が酸化されている判断し、小さい場合、非酸化
と判断する。この判断データはディスプレイ２１に送ら
れる。これにより、レーザ加工装置１の操作者はリアル
タイムで照射領域の酸化を監視することができる。な
お、温度データ演算部７３で得られた温度データもディ
スプレイ２１に表示される。これにより、レーザ加工装
置１の操作者はリアルタイムで照射領域の温度を監視す
ることができる。

【００３３】本実施形態において、波長１．８μｍを第
１光成分、波長２．０μｍを第２光成分とすることによ
り、第１光成分の波長と第２光成分の波長を近接させて
いる。第１光成分の波長と第２光成分の波長が離れすぎ
ていると、これらの光成分の放射率の異なりを無視でき
なくなり、照射領域の状態を正確に監視するのが難しく
なる。よって、第１光成分の波長と第２光成分の波長は
近接しているのが好ましい。

【００３４】なお、本実施形態では、二つの光成分のう
ち波長の短い側である第１光成分の強度データ同士を比
較しているが、波長の長い側である第２光成分の強度デ
ータ同士を比較してもよいし、第１光成分の強度データ
同士及び第２光成分の強度データ同士を比較してもよ
い。

【００３５】次に、図１に示すレーザ加工装置１の動作
を、図１、図５及び図７を用いて金属ワークの溶接を例
として説明する。図７はレーザ加工装置１の動作のフロ
ーチャートである。

【００３６】まず、加工用レーザ３から発生した１パル
ス分のレーザ光ＬＢが溶接される領域に照射される（ス
テップＳ１）。これにより、ワークＷのレーザ光ＬＢの
照射領域Ｒが加熱溶融され、照射領域Ｒから赤外線ＩＲ
が発生する。次に、この赤外線ＩＲを基にして波長強度
測定部５により、第１光成分及び第２光成分の強度デー
タを演算する（ステップＳ３）。そして、管理部７の強
度比データ演算部７２により、第１光成分と第２光成分
の強度比データを演算する（ステップＳ５）。この強度
比データを基にして温度データ演算部７３により、レー
ザ光ＬＢの照射領域Ｒの温度データを演算する（ステッ
プＳ７）。

【００３７】抽出部７６により、ステップＳ７で得られ
た温度データに基づき、記憶部７５からステップＳ７で
得られた温度データと最も近い温度における第１光成分
の強度データを抽出する（ステップＳ９）。そして、判
断部７７により、ステップＳ９で得られた第１光成分の
強度データと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶さ
れた照射領域Ｒから熱輻射された赤外線ＩＲの第１光成
分の強度データを比較し、照射領域Ｒが酸化されたか否
かを判断する（ステップＳ１１）。照射領域Ｒが酸化さ
れていると判断した場合、ガス制御部１９はシールドガ
スの流量の増加制御をし（ステップＳ１３）、ステップ
Ｓ１に戻る。これにより、ワークＷに吹き付けるシール
ドガスの量が増え、次のパルスにおけるレーザ光の照射
領域の酸化を防ぐことが可能となる。

【００３８】ステップＳ１１により、照射領域Ｒが非酸
化と判断された場合、ワークＷに吹き付けるシールドガ
スの量が過剰か否かを判断する（ステップＳ１５）。こ
の判断は管理部７内のガス量過剰判断部（図示せず）で
行われる。シールドガスの量が過剰な場合、ガス制御部
１９によりシールドガスの流量の減少制御をし（ステッ
プＳ１７）、ステップＳ１に戻る。これにより、次のパ
ルスのレーザ光を照射する際にシールドガスの無駄な使
用を防ぐことができる。一方、ステップＳ１５によりシ
ールドガスの量が過剰でないと判断された場合、溶接が
終了したか否か判断される（ステップＳ１９）。溶接が
終了していない場合、次のパルスのレーザ光を照射する
（ステップＳ１）。以上がレーザ加工装置１の動作であ
る。

【００３９】なお、ワークＷのレーザ光の照射領域を積
極的に酸化させる場合、図７のステップ１１で酸化され
ていないと判断されると、ワークＷに酸素を吹き付ける
処理をすればよい。

【００４０】以上のように本実施形態によれば、ワーク
Ｗにレーザ光を照射してワークＷを加工する際、レーザ
光の照射領域の酸化を、リアルタイムで監視している。
照射領域が酸化されていると判断されると、レーザ光の
次の照射領域が酸化しないようにシールドガスの流量を
増やすフィードバック制御をしている。このため、ワー
クの加工不良の発生を自動的に防止することが可能とな
る。

【００４１】本実施形態には、以下に説明する第１及び
第２変形例がある。本実施形態は照射領域の温度データ
に基づいて、照射領域の酸化を判断している。第１変形
例は、照射領域の強度比データに基づいて、照射領域の
酸化を判断する。図８は第１変形例のブロック図であ
る。図８において、図５に示す符号と同一要素について
は同一符号を付すことにより、その説明を省略する。第
１変形例では、強度比データ演算部７２により得られた
強度比データが抽出部７６に送られる。

【００４２】記憶部７５は、熱輻射される光のうち波長
の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶
し、かつ、複数の強度比データの各々を構成する第１光
成分の強度データを予め記憶している。すなわち、第１
変形例では、図６に示すテーブルにおいて温度データの
代わりに複数の強度比データ及びこれらの各々の第１光
成分の強度データが記憶されている。例えば、強度比３
における第１光成分の強度データ、強度比２．９におけ
る第１光成分の強度データ、・・・、強度比０．３にお
ける第１光成分の強度データが記憶されている。

【００４３】抽出部７６は、強度比データ演算部７２か
らの強度比データを基にして記憶部７５からその強度比
データと最も近い強度比データを選択し、選択された強
度比データにおける第１光成分の強度データを抽出す
る。その後の判断部７７における処理は図５の場合と同
様である。

【００４４】次に第２変形例について説明する。第２変
形例では、レーザ光による溶融幅（例えば溶接幅）をリ
アルタイムで監視している。図９は、レーザ光のスキャ
ン速度と温度の関係及びレーザ光のスキャン速度と電圧
の関係を示すグラフである。温度、電圧は上記と同様で
あり、それぞれ、レーザ光の照射領域の温度、この領域
から熱輻射される赤外線の第１光成分の強度を意味す
る。スキャン速度は溶接速度を意味する。図９のグラフ
は、第１光成分と第２光成分との強度（電圧）比が０．
４２で一定になるようにして、スキャン速度を変化させ
たものである。強度比が一定であるから温度が一定であ
る。また、加工用レーザ３の光源のビームプロファイル
がガウス型をしているため、スキャン速度を上げるに従
い、レーザ光のうち強度が高い中央部のみで溶接される
ようになるため、溶接幅が減少する。以上より、温度一
定条件下で第１光成分の電圧が低下すると溶接幅が減少
することが分かる。

【００４５】図１０は、レーザ加工による溶接幅と電圧
の関係を示すグラフである。電圧は上記と同様の意味で
ある。図１０のグラフは、レーザ光により溶接される領
域、つまり照射領域の温度が一定という条件である。図
１０からも、照射領域の温度一定条件下で第１光成分の
電圧が低下すると溶接幅が減少することが分かる。

【００４６】よって、図５や図８に示す記憶部７５に図
１１に示すテーブルのデータを記憶させることにより、
レーザ光による溶接幅をリアルタイムで監視することが
できる。 図１１において温度はレーザ光の照射領域の
温度である。温度毎に複数の第１光成分の強度データが
対応している。複数の第１光成分の強度データの各々に
溶接幅が対応している。図１１に示すテーブルは図９や
図１０に示すようなデータを多数採ることにより作成す
ることができる。

【００４７】第２変形例によれば、図５の抽出部７６
は、温度データ演算部７３からの温度データを基にして
記憶部７５からその温度データと最も近い温度データを
選択し、その温度データにおける第１光成分の強度デー
タ及び溶接幅データを抽出する。例えば、樹脂溶接の
時、温度データ演算部７３により照射領域の温度が２９
５℃と演算された場合、抽出部７６は、図１１のテーブ
ルから２９５℃の温度データを選択し、２９５℃の温度
データにおける第１光成分の強度データ及び溶接幅デー
タを抽出する。

【００４８】判断部７７は、上記抽出されたデータと第
１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータを比
較する。抽出された第１光成分の強度データの中から第
１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータと最
も近いものを選択する。これにより、溶接幅が特定さ
れ、溶接幅はディスプレイ２１に表示される。よって、
レーザ加工装置１の操作者はリアルタイムで溶接されて
いる領域の溶接幅を監視することができる。溶接幅が大
きくなるに従い溶接強度が向上するので、溶接幅の監視
をすることにより溶接強度の監視も可能となる。

【００４９】次に、第２変形例を含むレーザ加工装置１
の動作を、図１、図５及び図１２を用いて樹脂ワークの
溶接を例として説明する。図１２は第２変形例を含むレ
ーザ加工装置１の動作のフローチャートである。ステッ
プＳ１、Ｓ３、Ｓ５及びＳ７は図７とそれらと同様なの
で説明を省略する。

【００５０】レーザ光ＬＢの照射領域Ｒの温度データ演
算後、この温度が所定範囲内か否か判断する（ステップ
Ｓ２１）。この判断は管理部７内の温度判断部（図示せ
ず）で行われる。所定範囲内でない場合、溶接不良の可
能性があるので、上記温度判断部からの信号に基づきレ
ーザ制御部１１は加工用レーザ３のパワーを制御する
（ステップＳ２３）。これにより照射領域Ｒ、つまり溶
接領域の温度が調節される。

【００５１】ステップＳ２１で所定範囲内と判断された
場合、抽出部７６はステップＳ７で得られた温度データ
に基づき、ステップＳ７で得られた温度データと最も近
い温度における第１光成分の強度データ及び溶接幅デー
タを記憶部７５から抽出する（ステップＳ２５）。先ほ
ど説明したレーザパワー制御（ステップＳ２３）後も、
ステップＳ２５に移る。判断部７７により、上記抽出さ
れたデータと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶さ
れたデータとを比較する。抽出された第１光成分の強度
データの中から第１光成分強度データ記憶部７４に記憶
されたデータと最も近いのものを選択する。これによ
り、溶接幅が特定される。

【００５２】特定された溶接幅が所定範囲内か否かを判
断する（ステップＳ２７）。この判断は管理部７内の溶
接幅判断部（図示せず）で行われる。所定範囲内でない
場合、溶接不良の可能性があるので加工用レーザ３の焦
点位置制御の処理をし（ステップＳ２９）、ステップＳ
２１に戻る。一方、ステップＳ２７により溶接幅が所定
範囲内と判断された場合、溶接が終了したか否か判断さ
れる（ステップＳ３１）。溶接が終了していない場合、
ステップＳ３に戻る。以上が第２変形例を含むレーザ加
工装置１の動作である。なお、図１３に示すように、溶
接幅を監視するとき、監視領域２３の幅は溶融領域、つ
まり溶接領域２５の幅ｗより大きいことが望ましい。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、レーザ光が照射されて
いるワークにおけるレーザ光の照射領域の状態（例え
ば、酸化、溶融幅）を監視することができるので、ワー
クの加工不良の発生を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るレーザ照射領域監視装置を含
むレーザ加工装置の構成の概要を示す図である。

【図２】純鉄にレーザ光を照射した場合の照射領域の温
度と時間との関係を示すグラフである。

【図３】図２に示す場合における第１光成分の電圧と温
度の関係を示すグラフである。

【図４】図３のグラフにさらにレーザ光照射初期からレ
ーザ光照射終了までのデータを加えたグラフである。

【図５】本実施形態に係る管理部の一部のブロック図で
ある。

【図６】本実施形態に係る管理部の記憶部に記憶されて
いるデータのテーブルである。

【図７】本実施形態に係るレーザ加工装置の動作のフロ
ーチャートである。

【図８】本実施形態の第１変形例のブロック図である。

【図９】レーザ光のスキャン速度と温度の関係及びレー
ザ光のスキャン速度と電圧の関係を示すグラフである。

【図１０】レーザ光の溶接における溶接幅と電圧の関係
を示すグラフである。

【図１１】本実施形態の第２変形例に係る管理部の記憶
部に記憶されているデータのテーブルである。

【図１２】本実施形態の第２変形例を含むレーザ加工装
置の動作のフローチャートである。

【図１３】本実施形態の第２変形例における監視領域の
幅と溶接領域の幅の関係を示す図である。

【符号の説明】

１・・・レーザ加工装置、３・・・加工用レーザ、５・
・・波長強度測定部、７・・・管理部、９・・・レーザ
収容部、１１・・・レーザ制御部、１３・・・集光器、
１５・・・光ファイバー、１７・・・シールドガスノズ
ル、１９・・・ガス制御部、２１・・・ディスプレイ、
２３・・・監視領域、２５・・・溶接領域、５１・・・
コリメートレンズ、５２・・・ダイクロイックミラー、
５３・・・ダイクロイックミラー、５４Ａ・・・波長選
択フィルター、５４Ｂ・・・波長選択フィルター、５５
Ａ・・・集光レンズ、５５Ｂ・・・集光レンズ、５６Ａ
・・・赤外線検出器、５６Ｂ・・・赤外線検出器、５７
Ａ・・・アンプ、５７Ｂ・・・アンプ、５８・・・強度
データ演算部、５９・・・位置検出用半導体レーザ、７
１・・・Ａ／Ｄ変換部、７２・・・強度比データ演算
部、７３・・・温度データ演算部、７４・・・第１光成
分強度データ記憶部、７５・・・記憶部、７６・・・抽
出部、７７・・・判断部、Ｗ・・・ワーク、Ｒ・・・照
射領域、ＬＢ・・・レーザ光、ＩＲ・・・赤外線、ＩＲ
_A・・・赤外線、ＩＲ_B・・・赤外線

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークにレーザ光を照射することにより
   前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光の
   うち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度デ
   ータを演算する第１演算手段と、 前記第１演算手段により得られた二つの強度データに基
   づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段
   と、 熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度
   比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比デー
   タの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度デ
   ータのうち少なくとも一方を予め記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に予め記憶された複数の強度比データの中
   から、前記第２演算手段により得られた強度比データと
   最も近い強度比データを選択し、選択された強度比デー
   タを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データの
   うち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段により得られた強度データと前記第１演算
   手段により得られた強度データを比較することにより前
   記照射領域の状態を判断する判断手段と、を含むレーザ
   照射領域監視装置。
2. 【請求項２】 ワークにレーザ光を照射することにより
   前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光の
   うち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度デ
   ータを演算する第１演算手段と、 前記第１演算手段により得られた二つの強度データに基
   づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段
   と、 前記第２演算手段により得られた強度比データに基づい
   て、前記照射領域の温度データを演算する第３演算手段
   と、 熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度
   比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、
   これらの温度データの各々の強度比データを構成する波
   長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも
   一方を予め記憶した記憶手段と、 前記記憶手段に予め記憶された複数の温度データの中か
   ら、前記第３演算手段により得られた温度データと最も
   近い温度データを選択し、選択された温度データの強度
   比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度デ
   ータのうち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段により得られた強度データと前記第１演算
   手段により得られた強度データを比較することにより前
   記照射領域の状態を判断する判断手段と、を含むレーザ
   照射領域監視装置。
3. 【請求項３】 前記照射領域の状態とは酸化及び溶融幅
   のうち少なくとも一方である、請求項１又は２記載のレ
   ーザ照射領域監視装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ
   照射領域監視装置を備え、レーザ光を前記ワークに照射
   することにより前記ワークを加工するレーザ加工装置で
   あって、 前記判断手段により前記照射領域が所定の状態でないと
   判断された場合、前記レーザ加工装置をフィードバック
   制御する制御手段を含むレーザ加工装置。
5. 【請求項５】 ワークにレーザ光を照射することにより
   前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光の
   うち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度デ
   ータを演算する第１演算工程と、 前記第１演算工程により得られた二つの強度データに基
   づいて、これらの強度比データを演算する第２演算工程
   と、 熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度
   比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比デー
   タの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度デ
   ータのうち少なくとも一方を予め記憶した記憶手段か
   ら、前記第２演算工程により得られた強度比データと最
   も近い強度比データを選択し、選択された強度比データ
   を構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのう
   ち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、 前記抽出工程により得られた強度データと前記第１演算
   工程により得られた強度データを比較することにより前
   記照射領域の状態を判断する判断工程と、 を含むレーザ照射領域監視方法。
6. 【請求項６】 ワークにレーザ光を照射することにより
   前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光の
   うち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度デ
   ータを演算する第１演算工程と、 前記第１演算工程により得られた二つの強度データに基
   づいてこれらの強度比データを演算する第２演算工程
   と、 前記第２演算工程により得られた強度比データに基づい
   て前記照射領域の温度データを演算する第３演算工程
   と、 熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度
   比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、
   これらの温度データの各々の強度比データを構成する波
   長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも
   一方を予め記憶した記憶手段から、前記第３演算工程に
   より得られた温度データと最も近い温度データを選択
   し、選択された温度データの強度比データを構成する波
   長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも
   一方を抽出する抽出工程と、 前記抽出工程により得られた強度データと前記第１演算
   工程により得られた強度データを比較することにより前
   記照射領域の状態を判断する判断工程と、 を含むレーザ照射領域監視方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載のレーザ照射領域監
   視方法を備え、レーザ光を前記ワークに照射することに
   より前記ワークを加工するレーザ加工方法であって、 前記判断工程により前記照射領域が所定の状態でないと
   判断された場合、前記レーザ加工方法をフィードバック
   制御する制御工程を含むレーザ加工方法。