JP2013146752A

JP2013146752A - レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法

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Publication number: JP2013146752A
Application number: JP2012008012A
Authority: JP
Inventors: Koji Funaki; 厚司舟木; Yoshito Kagiwada; 義人鍵和田
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: CN104066543B; JP5789527B2; EP2805790A1; CN104066543A; TW201347886A; US20150021303A1; US10478923B2; TWI524959B; WO2013108769A1; EP2805790B1; EP2805790A4

Abstract

【課題】戻り光に起因する不具合の発生を良好に防止できるレーザ加工装置を提供することにある。
【解決手段】レーザ光を、加工条件に応じて出力可変に発振するレーザ発振器(1)と、レーザ光を伝搬するための光ファイバ(2)と、光ファイバ(2)のクラッド(2b)側面から漏出する光の強度を検出してその強度を示す検出信号(SN1)を出力するセンサ(7)と、検出信号(SN1)に基づいて当該レーザ加工装置(51)の動作を制御する発振制御部(HS)と、を備える。発振制御部(HS)は、レーザ発振器(1)の出力が所定出力以下の場合には、当該出力に対応して設定された第１の閾値(HK2)と検出信号(SN1)から得られた強度又は光量とを比較し、レーザ発振器(1)の出力が前記所定出力より高い場合には、当該出力に対応して設定された第２の閾値(LK2)と検出信号(SN1)から得られた強度又は光量とを比較し、比較した結果に基づいて当該レーザ加工装置(51)の動作を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法に係り、特に、光ファイバを用いたレーザ加工において、戻り光に起因する光ファイバの不具合発生を良好に防止するものに関する。

光ファイバを用いたレーザ加工において、照射したレーザ光が加工対象物で反射すると共に戻り光として光ファイバのクラッド内に再入光すると、光ファイバのコーティング層などを焼損させる可能性が生じる。そして、その戻り光の光量が多い場合には光ファイバ自体の溶融や断線に至ることも懸念される。
そのため、戻り光を検出し、その光量に応じてレーザ発振器の動作を制御する技術が提案されており、一例として特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１には、コア，クラッド，及びアウターコアの三重構造の光ファイバにおいて、戻り光を外部に漏出させる戻り光漏出部を設けると共に、漏出光を検出するセンサを、光ファイバの側面近傍における光漏出部に対応した位置に設けて、センサが漏出光を検出したときにレーザ発振器の発振を停止することが記載されている。

特開２００４−１５１６６７号公報

特許文献１に記載された光ファイバは三重構造のものであるが、三重構造ではないコアとクラッドとからなる一般的な二重構造の光ファイバにおいても、少量ではあるが、コアを伝搬する光の一部がクラッドの側面から外部に漏出する。また、クラッドに入光した戻り光もクラッドの側面から外部に漏出する。これらを合わせたクラッド側面からの漏出光を、便宜的にクラッド漏れ光と称することにする。
クラッド漏れ光の強度は、光ファイバ内を伝搬する光の強度が高いほど増加する。従って、戻り光が生じている場合に、光ファイバの側面近傍に設けたセンサで検出する光の強度は、レーザ発振器側から伝搬するレーザ光（以下、順光とも称する）による漏出光と、光ファイバ端部側から伝搬する戻り光による漏出光とを合わせた強度となる。

一方、光ファイバを用いたレーザ加工装置は、レーザ光の高出力化が顕著に進んでおり、ユーザは、被加工材や加工内容に応じて、レーザ光の出力を低出力から高出力に至るまで任意に可変制御できるようになっている。さらには、ワークの材質や板厚等の加工条件などから最適な出力を自動選択し、加工中においても適宜調整するレーザ加工装置もある。
また、戻り光の検出結果を評価する方法は、高度な演算処理が不要であって装置を安価で汎用的に構成できることから、検出したクラッド漏れ光の強度に閾値を設定しておき、その閾値を越えた場合にＮＧとする方法が第一に望まれる。
しかしながら、レーザ光の出力が変わった場合には、戻り光の有無や程度によらず、センサで検出するクラッド漏れ光の強度が変わってしまうので、光ファイバに悪影響を及ぼす戻り光が発生しているか否かの判定を精度よく行うことが難しくなっている。

これについて、図９を参照して具体例を説明する。
図９（ａ）は、出力可変タイプのレーザ加工装置における、高出力時のセンサの出力波形例であり、図９（ｂ）は、低出力時のセンサの出力波形例である。縦軸は検出したクラッド漏れ光の強度であり横軸は時間ｓである。
各図において、強度Ａ１，Ｂ１は、順光に基づく値であり、強度Ａ１〜Ａ２（ｔＡ１〜ｔＡ２）の部分と強度Ｂ１〜Ｂ２（ｔＢ１〜ｔＢ２）の部分とが、戻り光に基づく部分である。

光ファイバに不具合が生じる虞がある戻り光の有無を、例えばクラッド漏れ光の強度で判定する場合を考える。
まず、不具合が生じ得る戻り光の強度レベルをΔＹとし、これを高出力時〔図９（ａ）参照〕に適用してΔＹ＝Ｓ−Ａ１として検出閾値をＳと設定したとする。そして、低出力時〔図９（ｂ）参照〕において、強度レベルΔＹＢが、ΔＹＢ＝Ｂ２−Ｂ１＜Ｓ−Ｂ１、かつ、ΔＹ＜ΔＹＢとして発生した戻り光が、仮に高出力時に発生したとすると、閾値Ｓを超えてＮＧと判定される。
逆に、その強度レベルΔＹＢの戻り光が低出力で発生したとすると、上記大小関係から閾値Ｓを超えずＮＧとは判定されない。
このように、同じ戻り光の強度レベルでも、ＮＧになる場合とならない場合があり得る、という問題が生じる。
この例からもわかるように、出力可変タイプの場合、不具合が生じ得る戻り光の検出を高精度で行うことは簡単ではなく、戻り光に起因する不具合の発生を良好に防止することが難しいという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、戻り光に起因する不具合の発生を良好に防止できるレーザ加工装置及びレーザ発振制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は次の構成及び手順を有する。
１）レーザ加工装置において、
レーザ光を、加工条件に応じて出力可変に発振するレーザ発振器(1)と、
前記レーザ光を伝搬するための光ファイバ(2)と、
前記光ファイバ(2)のクラッド(2b)側面から漏出する光の強度を検出してその強度を示す検出信号(SN1)を出力するセンサ(7)と、
前記検出信号(SN1)に基づいて当該レーザ加工装置(51)の動作を制御する発振制御部(HS)と、
を備え、
前記発振制御部(HS)は、
前記レーザ発振器(1)の出力が所定出力以下の場合には、当該出力に対応して設定された第１の閾値(HK2)と前記検出信号(SN1)から得られた強度又は光量とを比較し、
前記レーザ発振器(1)の出力が前記所定出力より高い場合には、当該出力に対応して設定された第２の閾値(LK2)と前記検出信号(SN1)から得られた強度又は光量とを比較し、
前記比較した結果に基づいて当該レーザ加工装置(51)の動作を制御することを特徴とするレーザ加工装置(51)である。
２）前記発振制御部(HS)は、前記第１の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第１の閾値(HK2)を越える場合、又は、前記第２の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第２の閾値(LK2)を越える場合に、前記レーザ発振器(1)における前記レーザ光の発振を停止させることを特徴とする１）に記載のレーザ加工装置(51)である。
３）前記発振制御部(HS)は、前記第１の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第１の閾値(HK2)を越える場合、又は、前記第２の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第２の閾値(LK2)を越える場合に、前記レーザ発振器(1)が発振する前記レーザ光の出力を増加させる、又は、前記レーザ光が照射されるワーク(W)の相対移動速度を減速させることを特徴とする１）に記載のレーザ加工装置(51)である。
４）前記第１の閾値(HK2)又は前記第２の閾値(LK2)は、大きさの異なる複数の閾値(HK2,HK1)(LK2,LK1)を含み、
前記発振制御部(HS)は、前記複数の閾値(HK2,HK1)(LK2,LK1)それぞれと前記強度又は前記光量とを比較し、その比較結果毎に異なる動作制御を行うことを特徴とする１）に記載のレーザ加工装置(51)である。
５）ファイバーレーザ加工装置(51)に搭載されレーザ光を加工条件に応じて出力可変に発振可能なレーザ発振器(1)の動作を制御するレーザ発振制御方法であって、
前記レーザ光が伝搬している光ファイバ(2)のクラッド(2b)側面から漏出する漏れ光の強度をセンサ(7)で検出して前記強度を示す検出信号(SN1)を得る検出ステップと、
発振制御部(HS)において、前記検出信号(SN1)から強度又は光量を求めると共に、得られた前記強度又は光量と予め設定された閾値(HK2,LK2)とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおける比較結果に応じて前記レーザ発振器(1)の動作を制御する制御ステップと、
を含み、
前記閾値(HK2,LK2)を、前記レーザ発振器(1)の前記複数の出力それぞれに対応した異なる値で設定し、
前記比較ステップは、前記レーザ発振器(1)で発振中の出力に対応した前記閾値(HK2)と前記強度又は光量とを比較し、
前記制御ステップは、前記比較ステップの比較結果において前記強度又は光量が前記閾値(HK2)を越えた場合に、前記レーザ発振器(1)のレーザ発振を停止、前記レーザ発振器(1)が発振する前記レーザ光の出力を増加、又は、前記レーザ光が照射されるワーク(W)の相対移動速度を減速させることを特徴とするレーザ発振制御方法である。

本発明によれば、戻り光に起因する不具合の発生を良好に防止できる、という効果が得られる。

本発明のレーザ加工装置の実施例の構成を示す図である。本発明のレーザ加工装置の実施例におけるコネクタを説明する部分断面図である。本発明のレーザ加工装置の実施例における順光での漏出光をレーザの出力レベル別に説明するための図である。本発明のレーザ加工装置の実施例における戻り光の強度について説明する図である。本発明のレーザ発振制御方法の実施例の手順を説明するためのフロー図である。本発明のレーザ発振制御方法の実施例における変形例を説明するための図である。本発明のレーザ発振制御方法の実施例における別の変形例を説明するための図である。本発明のレーザ発振制御方法の実施例におけるレーザ出力と閾値との関係を説明するための図である。従来の技術を説明するための図である。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図８を用いて説明する。
まず、図１及び図２を用いて、実施例のレーザ加工装置５１の構成を説明する。
レーザ加工装置５１は、所謂ファイバーレーザ加工装置であって、レーザ発振器１と、レーザ発振器１から発振されたレーザ光を伝搬する光ファイバ２と、光ファイバ２の先端部に設けられたコネクタ部３と、前記コネクタ部３が接続され、被加工材であるワークＷに対してレーザ光を照射するヘッド部４と、レーザ発振器１の動作を含む装置全体を制御する制御部ＳＧと、コネクタ部３からの出力信号を受け、制御部ＳＧとの間で信号授受を行うモニタユニット５と、スピーカ装置や画像表示装置などを有して情報を外部に出力する出力部ＤＰと、ユーザが情報等を入力するための入力部ＮＲと、有して構成されている。また、モニタユニット５と制御部ＳＧとを含んで、レーザ発振器１の動作を制御する発振制御部ＨＳが構成されている。
ワークＷとワークＷにレーザ光を照射するヘッド部４とは、図示しない駆動装置により相対的に移動するようになっている。

ファイバ２は、芯部のコア２ａとその外側のクラッド２ｂとからなる二重構造の素線２ｓと、素線２ｓを覆う被覆層２ｃとから構成されている。また、素線２ｓの表面にはシリコンコーティングが施され、被覆層２ｃはそのコーティングを覆うように設けられている。
ヘッド部４は、ファイバ２が伝搬したレーザ光を平行光にするコリメータレンズ４ａと、ワークＷにレーザ光を集光させる集光レンズ４ｂ等を有し、先端部からレーザ光Ｌｓを出射する。
コネクタ部３は、ファイバ２の素線２ｓを中心軸線上にて支持する筐体３ａと、素線２ｓの側面（クラッド２ｂの側面）に対し近接対向して配置されたセンサ７と、センサ７からの出力を伝達するケーブル８と、を有している。センサ７は、例えば光電センサである。
センサ７は、検出した光の強度に応じた検出信号ＳＮ１を出力し、この検出信号ＳＮ１はケーブル８を介してモニタユニット５に入力される。
モニタユニット５は、出力モード毎に、基準レベル強度や閾値等の情報（詳細は後述する）が記憶された記憶部５Ｍと、それらの情報に基づいて演算等を行うＣＰＵ５Ｃとを備えている。
ここで、発振制御部ＨＳとセンサ７とでレーザ発振制御部ＬＨＳが構成されている。

このレーザ加工装置５１は、レーザ出力を低レベルから最高レベルまで任意に設定できるようになっている。そして、ユーザにより、所望のレーザ出力が入力部ＮＲから入力されると、制御部ＳＧは、入力されたレーザ出力でレーザ光を出力するようレーザ発振器１を制御する。
ここでは、簡単のため、レーザ加工装置５１の出力を、所定の出力よりも高い出力の高出力モードＨＭと、所定の出力よりも低い出力の低出力モードＬＭと、の二段の出力に分けて説明する。
出力設定は、一例として、最大出力が４ｋＷの場合、高出力モードＨＭを４ｋＷとし低出力モードＬＭを１ｋＷ未満の出力とする。

上述の構成において、レーザ加工装置５１は、所定の出力でレーザ光を発振して加工を行う際に、レーザ発振器１から光ファイバ２内を伝搬したレーザ光（順光）に基づくクラッド漏れ光をセンサ７が検出するようになっている。
図３（ａ）図３（ｂ）は、戻り光がない状態で、センサ７により順光のみに基づくクラッド漏れ光を検出した場合の検出信号ＳＮ１を示す図である。図３（ａ）には高出力モードＨＭ、図３（ｂ）には低出力モードＬＭの場合が示されている。
図３（ａ）では高出力モードＨＭにおける基準レベルとなる強度Ｈ１の出力が得られ，図３（ｂ）では低出力モードＬＭにおける基準レベルとなる強度Ｌ１が得られているのがわかる。強度の大小はＬ１＜Ｈ１である。
各モードにおける基準レベルの強度Ｈ１，Ｌ１についての情報は、記憶部５Ｍに予め記憶されている。

ここで、基準レベルに所定の倍率αを掛け合わせた値で、各モードＨＭ，ＬＭにおける閾値ＨＫ，ＬＫが予め設定されている。これらの閾値ＨＫ，ＬＫは、モニタユニット５に備えられた記憶部５Ｍに閾値情報として記憶されている。
すなわち、閾値ＨＫ，ＬＫは、ＨＫ＝α×Ｈ１，ＬＫ＝α×Ｌ１である。
また、各モードＨＭ，ＬＭにおいて、閾値を複数設定してもよい。ここでは、図３に示されるように、倍率α１として注意喚起用としての注意閾値ＨＫ１，ＬＫ１を設定し、倍率α２として警告用としての警告閾値ＨＫ２，ＬＫ２を設定している。すなわち、二段階を閾値を設定している。強度の大小は、ＨＫ１＜ＨＫ２，ＬＫ１＜ＬＫ２である。
さらに、センサの出力特性が検出した光の強度に対して線形でない場合等での補正の意味合いで、各モードＨＭ，ＬＭ毎に異なる倍率を用いてもよい。
すなわち、
ＨＫ１＝α１×Ｈ１，ＨＫ２＝α２×Ｈ１（α１＜α２）
ＬＫ１＝β１×Ｌ１，ＬＫ２＝β２×Ｈ１（β１＜β２）
としてもよい。
倍率設定の一例は、α１＝１．３，α２＝１．６，α１＝β１，α２＝β２である。

次に、戻り光が発生した場合の動作について図４及び図５を参照して説明する。ここでは、代表として高出力モードＨＭについて説明する。低出力モードＬＭについては、必要な場合（）付きで示している。
図４には、戻り光として、時間ｔ１〜ｔ２における波形Ｐ１，時間ｔ３〜ｔ５における波形Ｐ２，及び時間ｔ６〜ｔ９における波形Ｐ３、の三つの波形が示されている。図５は、制御部ＳＧの判断を説明するための高出力モード時のフロー図である。

モニタユニット５及び制御部ＳＧの動作の概略としては、モニタユニット５のＣＰＵ５Ｃが、検出信号ＳＮ１に、設定した注意閾値ＨＫ１（ＬＫ１）を越える部分があったと判定した場合と、警告閾値ＨＫ２（ＬＫ２）を越える部分があったと判定した場合とのそれぞれにおいて、予め決められた制御を実行する。
例えば、ＣＰＵ５Ｃが注意閾値ＨＫ１（ＬＫ１）を越えたと判定した場合、制御部ＳＧは、その旨を注意喚起する表示又は音声を出力するように表示部ＤＰに対して指示する。これは、図４における時間ｔ３〜ｔ４及び時間ｔ６〜ｔ９の期間が該当する。このＣＰＵ５Ｃの判定を、以下、注意判定とも称する。
また、警告閾値ＨＫ２（ＬＫ２）を越えた場合には、制御部ＳＧは警告表示及び警告音声を出力するように表示部ＤＰに対して指示すると共に、レーザ光の発振を停止するようにレーザ発振器１に対して指示する。これは、図４における時間ｔ７〜ｔ８の期間が該当する。このＣＰＵ５Ｃの判定を、以下、警告判定とも称する。

レーザ発振器１は、制御部ＳＧからこの警告判定に関する指示を受けると、レーザ光の発振を停止する。これに伴い、戻り光は消失し、光ファイバのシリコン系材料等の被覆層が焼損したり光ファイバ自体が溶融又は断線する等の戻り光に起因する不具合の発生を防止することができる。

このような、ＣＰＵ５Ｃによる注意判定及び警告判定は、出力モード毎に設定された閾値に基づいて行われるので、例えば低出力モード時に、不具合を生じ得る高強度の戻り光、あるいはそれに近い戻り光が発生しても、確実に判定をして、注意喚起又は動作停止などの適切な処理が実行される。
また、実施例においては、クラッド漏れ光を検出するセンサ７を、ヘッド部４に近いコネクタ部３に配設している。これにより、例えばレーザ発振器１で戻り光を検出する場合と比べ、光ファイバ２内を伝搬していない戻り光をその入射元に近い位置で検出ができるので、ノイズの影響が少ない高精度な検出が可能となっている。

また、ＣＰＵ５Ｃは、注意判定又は警告判定をする際に、検出信号ＳＮ１が閾値ＨＫ１，ＬＫ１又は閾値ＨＫ２，ＬＫ２を越えている時間を監視し、所定の時間以上越えている場合にのみ注意判定又は警告判定をするようにしてもよい。
具体的には、図４に示される時間ｔ３からｔ４までの時間Δｔｂと、時間ｔ６からｔ９までの時間Δｔｃが、所定の時間ｔｓ１よりも長い場合に、注意判定をする。また、時間ｔ７からｔ８までの時間Δｔｄが、所定の時間ｔｓ２よりも長い場合に、警告判定をする。

次に、図５を用いて、ＣＰＵ５Ｃ及び制御部ＳＧの動作を時系列的に詳述する。
まず、制御部ＳＧが、加工条件に基づいてレーザ出力範囲内の所定の出力を選択する（Ｓ１）。
制御部ＳＧは、選択したモードが高出力モードか否かの判定をする（Ｓ２）。ここでは高出力モードＨＭであるものとし、Ｙｅｓへ進む（低出力モードＬＭである場合は、Ｎｏへ進む）。
判定された出力モードの情報は、制御部ＳＧからモニタユニット５に伝達される。ＣＰＵ５Ｃは、判定された出力モードに対応する閾値及び基準レベルの情報を記憶部５Ｍから得ると共に演算に用いる数値に設定する（図５には不図示）。
ＣＰＵ５Ｃは、検出信号ＳＮ１を監視し、注意閾値ＨＫ１を越えたか否かを判定する（Ｓ３）。
この判定は、検出信号ＳＮ１の強度と基準レベルの強度との差分から評価する。
越えた（Ｙｅｓ）と判定したら、経過時間のカウントを開始し、警告閾値ＨＫ２を越えたか否かを判定する（Ｓ４）。
Ｎｏの場合、Ｓ３でＹｅｓと判定した時点からの経過時間と照合し、Ｓ３でＹｅｓと判定してから時間ｔｓ１を経過したか否かを判定する（Ｓ５）。
Ｎｏの場合、注意閾値ＨＫ１を越えているか否かの判定をし（Ｓ６）、Ｎｏの場合Ｓ３へ戻り、Ｙｅｓの場合Ｓ５へ戻る。
Ｓ５においてＹｅｓの場合、注意喚起を実行する判定（注意判定）をし、その判定結果を制御部ＳＧに供給する。この判定結果に基づいて、制御部ＳＧは、出力部ＤＰに対して注意喚起する表示又は音声を出力するように指示する（Ｓ７）。
そして、動作の停止指示有無を判定する（Ｓ８）。
Ｙｅｓの場合このフロー判定動作を終了し、Ｎｏの場合Ｓ３へ戻る。

一方、Ｓ４でＹｅｓと判定した場合、経過時間のカウントを開始し、カウント開始から時間ｔｓ２が経過したか否かを判定する（Ｓ９）。
Ｎｏの場合、警告閾値ＨＫ２を越えているか否かの判定をし（Ｓ１０）、Ｎｏの場合Ｓ５へ行き、Ｙｅｓの場合Ｓ９へ戻る。
Ｓ９においてＹｅｓの場合、ＣＰＵ５Ｃは、警告判定をしてその判定内容を制御部ＳＧに供給する。制御部ＳＧは、その供給された判定内容に基づいて、警告表示及び警告音声を出力するように表示部ＤＰに対して指示すると共に、レーザ光の発振を停止するようにレーザ発振器１に対して指示する（Ｓ１１）。
そして、動作の停止指示有無を判定する（Ｓ８）。
Ｙｅｓの場合、このフロー判定動作を終了し、Ｎｏの場合、Ｓ３へ戻る。

低出力モードＬＭの場合も、ＣＰＵ５Ｃ及び制御部ＳＧは同様の動作を実行する。具体的には、図５において、ＨＫ１，ＨＫ２をそれぞれＬＫ１，ＬＫ２と置き換えればよい。

ところで、出力モードは、上述したような段階的に設定されているものに限らず、無段階に（連続可変可能に）設定されているものでもよい。
この場合の閾値は、予め出力レベルを細かく分割し、この分割した微小レベル範囲毎に閾値を設定し、両者を対応づけたテーブルを用意して記憶部５Ｍに記憶させておくとよい。
また、レーザ加工装置は、レーザ発振の動作中に、出力レベルを、加工に最適となるよう変動させるものでもよい。
この場合、ＣＰＵ５Ｃは、制御部ＳＧから入来し刻々と変化する出力レベル情報に応じ、記憶部５Ｍに記憶されたテーブルから対応する閾値を取得すると共に、演算の基準値として随時置換するようにする。
この場合、制御部ＳＧから入来する出力レベル情報は、例えば１２５μｓｅｃ毎の短期間で更新され得るので、モニタユニット５のＣＰＵ５Ｃとしては、その更新に対応し得る高速演算能力を有するものを採用する。

本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
モニタユニット５に対し、制御部ＳＧから供給される出力レベル情報は、設定上のものに限らず、実際に得られているレーザ光の出力レベルを検出し、その検出値に基づくものであってもよい。

実施例においては、設定した注意閾値及び警告閾値を越えたか否かを、検出信号ＳＮ１の強度で検出するものを説明したが、ＣＰＵ５Ｃにおいて、強度に時間を掛け合わせて光量Ｑを算出し、その光量Ｑに基づいて検出するようにしてもよい。
実際に光ファイバは、戻り光の強度が設定した閾値以下であっても、閾値に近い強度の戻り光が長時間継続する場合には総光量が多くなり、光ファイバに損傷が発生する可能性が高まる。

そこで、光量Ｑに基づく検出をすることにより、パルス的な波形の戻り光のみならず、なだらかな波形の持続性のある戻り光に対しても注意又は警告の動作が行える。
例えば、図６に示される検出信号ＳＮ１の図において、波形Ｐ４，Ｐ５における各ｔ１１〜ｔ１２，ｔ１３〜ｔ１４の斜線で示される範囲（基準レベルＨ１を超える波形の部分）の面積Ｓ４，Ｓ５を求める。面積Ｓ４，Ｓ５は戻り光の光量Ｑ４，Ｑ５に相当する。
そして、光ファイバへの影響度に応じて、光量についての注意閾値及び警告閾値を設けておき、これらの閾値に基づいて注意及び警告を判定する。
図６において、波形Ｐ４は、その一部が強度の注意閾値ＨＫ１を越えるものの、波形Ｐ５は注意閾値ＨＫ１以下である。
しかしながら、波形Ｐ５は持続時間が長く、その光量Ｑ５が光量Ｑ４よりも多いので、光ファイバ２への影響度は大となる。この光量を評価する方法によれば、強度の閾値を越えずに光量大となる戻り光を検出することができる。

上述の光量Ｑに基づく評価は、高速演算が必要なるため、汎用で安価なＣＰＵを用いる場合には実行し難い場合がある。
その場合は、図７に示されるように、強度についての別の閾値ＨＫ３を設定しておき、波形を所定の単位時間毎に細かく分割すると共に、閾値ＨＫ３を越える分割部分の数Ｎを求め、その数Ｎに基づいて注意判定及び警告判定を行ってもよい。以下、分割した一つを単位分割部ＴＢと称することとする。
例えば、単位分割部に係る数Ｎについて閾値Ｎｘを設定しておき、閾値Ｎｘを越えた場合、注意判定をする。

また、強度について、閾値ＨＫ３よりも大きい更に別の閾値ＨＫ４を設定しておき、単位分割部の数が閾値Ｎｘを越えない場合でも、例えば、閾値ＨＫ４を越える単位分割部が一つでも有る場合は、注意判定又は警告判定をする。
これについて図７を参照して具体的に説明する。
図７には、閾値ＨＫ３を越える波形範囲としてＰ６（ｔ２１〜ｔ２２），Ｐ７（ｔ２３〜ｔ２４），及びＰ８（ｔ２５〜ｔ２６）が示されている。ここで閾値Ｎｘを５と設定し、閾値Ｎｘを越えるか否かの判定をするものとする。
範囲Ｐ６は、一定時間内に閾値ＨＫ３を越えた単位分割部が七つあるので、閾値Ｎｘを越えている。従って、注意判定をする。
範囲Ｐ７は、閾値ＨＫ３を越える単位分割部があるものの、その数が四つなので閾値Ｎｘを越えず、かつ閾値ＨＫ４を越える単位分割部がないので、注意判定及び警告判定は行わない。
範囲Ｐ８は、閾値ＨＫ３を越える単位分割部が五つなので閾値Ｎｘを越えないものの、一つの単位分割部ＴＢ８が閾値ＨＫ４を越えているので、警告判定をする。
この変形例は、単に強度のみでの評価ではなく、時間を加味した判定が成されるので、より精度よく戻り光の評価を行うことができる。また、面積計算を行わないので、ＣＰＵ５Ｃへの負荷が比較的少なく、汎用で安価なＣＰＵを用いる場合に好適である。

次に、実施例のレーザ加工装置５１に適用可能な、レーザ出力値とその値に対応して設定される閾値との関係例について図８に示す。
図８の横軸にて示されるように、レーザ出力値ＰＷは、最小出力ＰＷｍｉｎから最大出力ＰＷｍａｘまでの範囲の任意の値をとり得るようになっている。縦軸は閾値のレベルが示される。
まず、レーザ出力値ＰＷが取り得る範囲をｎ分割（ｎ＝２以上の整数）し、各分割領域に応じた閾値を与えるように制御する例（分割関係例）がある。
図８（ａ）は、この例におけるｎ＝２の場合を示し、分割点となるレーザ出力値ＰＷ１を境として、ＰＷ１≦ＰＷで閾値Ｋｇ２を、ＰＷ＜ＰＷ１で閾値Ｋｇ１を与える制御例である。
図８（ｂ）は、ＫとＰＷとを線形関係にした例（Ｋ＝ａＰＷａ：正の定数）（線形関係例）であり、これは上述の実施例に相当する。
図８（ｃ）は、ＫとＰＷとを非線形の関係にした例（非線形関係例）である。
これらは互いに組み合わせることは自由である。例えば、ｎ分割した内の一領域に線形関係又は非線形関係を適用するなどしてよい。

戻り光の強度又は光量が各閾値を越えた場合の対応動作は、注意及び警告に限定されるものではなく、種々の動作を自由に設定することができる。例えば、レーザ光の発振を停止させる，発振するレーザ光の出力を高くする，又はワークＷの相対移動速度を減速する等である。この相対移動速度の減速は、相対移動速度を０（ゼロ）にしてワークＷをヘッド部４に対して停止させる場合を含む。
より詳しい例としては、注意閾値を越えた場合にレーザ光の出力を高くし又はワークＷの相対移動速度を減速させ、警告閾値を超えた場合にレーザ光の発振を停止させる。

１レーザ発振器
２光ファイバ
２ａコア、２ｂクラッド、２ｃ被覆層、２ｓ素線
３コネクタ部、３ａ筐体
４ヘッド部
４ａコリメータレンズ、４ｂ集光レンズ
５モニタユニット
５ＣＣＰＵ、５Ｍ記憶部
７センサ
８ケーブル
５１レーザ加工装置
ＤＰ表示部
Ｈ１，Ｌ１（基準レベルの）強度
ＨＭ高出力モード、ＬＭ低出力モード
ＨＫ１閾値（注意閾値）
ＨＫ２閾値（警告閾値）
ＨＫ３，ＨＫ４，ＬＫ１，ＬＫ２，Ｎｘ，Ｋ，Ｋｇ１〜Ｋｇ４閾値
ＨＳ発振制御部、ＬＨＳレーザ発振制御装置
Ｌｓレーザ光
ＮＲ入力部
Ｐ１〜Ｐ８波形
ＰＷ，ＰＷｍｉｎ，ＰＷｍａｘ，ＰＷ１レーザ出力
Ｑ，Ｑ４，Ｑ５光量
ＳＧ制御部
ＳＮ１検出信号
ＴＢ，ＴＢ８単位分割部
α１，α２，β１，β２倍率

Claims

レーザ加工装置において、
レーザ光を、加工条件に応じて出力可変に発振するレーザ発振器と、
前記レーザ光を伝搬するための光ファイバと、
前記光ファイバのクラッド側面から漏出する光の強度を検出してその強度を示す検出信号を出力するセンサと、
前記検出信号に基づいて当該レーザ加工装置の動作を制御する発振制御部と、
を備え、
前記発振制御部は、
前記レーザ発振器の出力が所定出力以下の場合には、当該出力に対応して設定された第１の閾値と前記検出信号から得られた強度又は光量とを比較し、
前記レーザ発振器の出力が前記所定出力より高い場合には、当該出力に対応して設定された第２の閾値と前記検出信号から得られた強度又は光量とを比較し、
前記比較した結果に基づいて当該レーザ加工装置の動作を制御することを特徴とするレーザ加工装置。
前記発振制御部は、前記第１の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第１の閾値を越える場合、又は、前記第２の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第２の閾値を越える場合に、前記レーザ発振器における前記レーザ光の発振を停止させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
前記発振制御部は、前記第１の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第１の閾値を越える場合、又は、前記第２の状態において前記強度若しくは前記光量が前記第２の閾値を越える場合に、前記レーザ発振器が発振する前記レーザ光の出力を増加させる、又は、前記レーザ光が照射されるワークの相対移動速度を減速させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
前記第１の閾値又は前記第２の閾値は、大きさの異なる複数の閾値を含み、
前記発振制御部は、前記複数の閾値それぞれと前記強度又は前記光量とを比較し、その比較結果毎に異なる動作制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
ファイバーレーザ加工装置に搭載されレーザ光を加工条件に応じて出力可変に発振可能なレーザ発振器の動作を制御するレーザ発振制御方法であって、
前記レーザ光が伝搬している光ファイバのクラッド側面から漏出する漏れ光の強度をセンサで検出して前記強度を示す検出信号を得る検出ステップと、
発振制御部において、前記検出信号から強度又は光量を求めると共に、得られた前記強度又は光量と予め設定された閾値とを比較する比較ステップと、
前記比較ステップにおける比較結果に応じて前記レーザ発振器の動作を制御する制御ステップと、
を含み、
前記閾値を、前記レーザ発振器の前記複数の出力それぞれに対応した異なる値で設定し、
前記比較ステップは、前記レーザ発振器で発振中の出力に対応した前記閾値と前記強度又は光量とを比較し、
前記制御ステップは、前記比較ステップの比較結果において前記強度又は光量が前記閾値を越えた場合に、前記レーザ発振器のレーザ発振を停止、前記レーザ発振器が発振する前記レーザ光の出力を増加、又は、前記レーザ光が照射されるワークの相対移動速度を減速させることを特徴とするレーザ発振制御方法。