JP2015208763A - レーザ加工モニタ及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光を精度良く検出し得るレーザ加工モニタ及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工モニタ１０Ａは、光源からレーザ光Ｌ１を伝播させる光ファイバ３を保持する光ファイバ保持部２１と、レーザ加工ヘッドに加工光Ｌ１ａを伝播させ且つ加工対象物における加工部分で発せられた測定光Ｌ２をレーザ加工ヘッドから伝播させる光ファイバ４を保持する光ファイバ保持部２２と、光ファイバ３から出射したレーザ光Ｌ１のうち加工光Ｌ１ａを反射させ且つ当該レーザ光Ｌ１のうち測定波長光Ｌ１ｂを透過させるダイクロイックミラー２３と、ミラー２３で反射した加工光Ｌ１ａを反射させ且つ光ファイバ４から出射した測定光Ｌ２を透過させるダイクロイックミラー２４と、ミラー２４を透過した測定光Ｌ２を検出する光検出部２５と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ加工モニタ及びレーザ加工装置に関する。

従来のレーザ加工装置として、レーザ光を発する光源と、光源からレーザ光を伝播させる第１光ファイバと、第１光ファイバを伝播したレーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光をレーザ加工ヘッドから伝播させる第２光ファイバと、第２光ファイバを伝播した測定光を検出する光検出部と、を備え、レーザ加工ヘッドに、レーザ光用の光学系及び測定光用の光学系が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４５７８９号公報

しかしながら、上述したようなレーザ加工装置では、レーザ加工ヘッドの振動、加工対象物からの熱的な影響等によって、レーザ加工ヘッドにおいてレーザ光用の光学系と測定光用の光学系との位置関係がずれるおそれがあり、その結果、測定光の検出の再現性が低下する等、測定光を精度良く検出することができないおそれがある。

そこで、本発明は、加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光を精度良く検出することができるレーザ加工モニタ及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工モニタは、レーザ光を発する光源からレーザ光を伝播させる第１光ファイバを保持する第１光ファイバ保持部と、レーザ光のうち第１波長帯を有する第１光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドに第１光を伝播させ且つ加工対象物において第１光が照射された部分で発せられた測定光をレーザ加工ヘッドから伝播させる第２光ファイバを保持する第２光ファイバ保持部と、第１光ファイバから出射したレーザ光のうち第１光を反射させ且つ当該レーザ光のうち測定光の波長帯に相当する第２波長帯を有する第２光を透過させる第１光学部と、第１光学部で反射した第１光を反射させ且つ第２光ファイバから出射した測定光を透過させる第２光学部と、第２光学部を透過した測定光を検出する光検出部と、を備える。

このレーザ加工モニタは、レーザ加工ヘッドと別体となっているため、レーザ加工ヘッドの振動、加工対象物からの熱的な影響等を受け難い。ただし、この場合、測定光が第２光ファイバを伝播してレーザ加工ヘッドからレーザ加工モニタに至るため、レーザ光のうち測定光の波長帯に相当する第２波長帯を有する第２光が、測定光の検出において、ノイズ光として大きく影響するおそれが高まる。そこで、このレーザ加工モニタでは、第１光ファイバから出射したレーザ光が、第１光学部及び第２光学部を経由して第２光ファイバに入射させられる。これにより、レーザ光のうちノイズ光となる第２光が第１光学部及び第２光学部を透過することになり、その結果、第２光が加工対象物に照射されて第２光が重畳された状態で測定光が検出されることが抑制される。更に、レーザ光のうち加工対象物を加工するための第１波長帯を有する第１光を第１光学部及び第２光学部で反射させるため、第１光を第１光学部及び第２光学部で透過させる場合に比べ、第１光学部及び第２光学部の発熱に起因するノイズ光の発生が抑制される。以上により、このレーザ加工モニタによれば、加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光を精度良く検出することができる。

本発明のレーザ加工モニタは、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部、第２光学部及び光検出部を支持する支持体を更に備えてもよい。これによれば、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部、第２光学部及び光検出部の相互の位置関係を安定的に維持することができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、支持体は、底壁と、第１方向において対向する１対の第１側壁と、を含むベースであり、第１光ファイバ保持部及び第２光ファイバ保持部は、１対の第１側壁のうち少なくとも一方に設けられていてもよい。これによれば、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部、第２光学部及び光検出部を同一のベースに配置することができるので、それらの位置決めを容易に且つ正確に行うことが可能となる。

本発明のレーザ加工モニタでは、第１光ファイバ保持部及び第２光ファイバ保持部は、１対の第１側壁のうち同一の第１側壁に設けられており、第１光学部及び第２光学部は、底壁に取り付けられていてもよい。これによれば、第１光ファイバの端面と第２光ファイバの端面とを容易に平行に配置することができる。更に、レーザ加工モニタの小型化を図ることができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、第１光ファイバ保持部及び第２光ファイバ保持部が設けられた第１側壁の厚さは、底壁の厚さよりも大きくてもよい。これによれば、第１光ファイバ及び第２光ファイバの調心の容易性及び安定性を向上させることができる。

本発明のレーザ加工モニタは、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部、第２光学部及び光検出部の間に形成される光路を覆うカバーを更に備え、カバーは、天壁と、第１方向に垂直な第２方向において対向する１対の第２側壁と、を含んでもよい。これによれば、外部からのノイズ光の進入を抑制することができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、カバーの内面の少なくとも一部には、光吸収処理が施されていてもよい。これによれば、ノイズ光の多重反射を抑制することができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、第１光ファイバ保持部及び第２光ファイバ保持部は、支持体を構成する複数の側面のうち同一の側面に設けられていてもよい。これによれば、第１光ファイバの端面と第２光ファイバの端面とを容易に平行に配置することができる。更に、レーザ加工モニタの小型化を図ることができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部及び第２光学部は、同一の平面に沿って配置されており、第１光ファイバ保持部及び第２光ファイバ保持部は、それぞれ、第１光学部及び第２光学部に対して同一の側に配置されていてもよい。これによれば、レーザ加工モニタの小型化を図ることができる。

本発明のレーザ加工モニタでは、第１光ファイバ保持部、第２光ファイバ保持部、第１光学部及び第２光学部は、同一の平面に沿って配置されており、第１光ファイバ保持部は、第１光学部に対して一方の側に配置されており、第２光ファイバ保持部は、第２光学部に対して他方の側に配置されていてもよい。これによれば、レーザ加工モニタを中継器として、光源、レーザ加工モニタ及びレーザ加工ヘッドを効率良く配置することができる。

本発明のレーザ加工モニタは、第１光学部を透過した第２光を吸収する光吸収部を更に備えてもよい。これによれば、第２光の多重反射を抑制することができる。

本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発する光源と、レーザ光のうち第１波長帯を有する第１光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、光源からレーザ光を伝播させる第１光ファイバと、レーザ加工ヘッドに第１光を伝播させ且つ加工対象物において第１光が照射された部分で発せられた測定光をレーザ加工ヘッドから伝播させる第２光ファイバと、上述したレーザ加工モニタと、を備える。

このレーザ加工装置によれば、上述したレーザ加工モニタを備えているため、加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光を精度良く検出することができる。

本発明によれば、加工対象物においてレーザ光が照射された部分で発せられた測定光を精度良く検出することができるレーザ加工モニタ及びレーザ加工装置を提供することが可能となる。

第１実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図１のレーザ加工装置のレーザ加工モニタの構成図である。 図２のレーザ加工モニタの光学ユニットの構成図である。 図３の光学ユニットの筐体の分解斜視図である。 図１のレーザ加工装置の光源で発せられたレーザ光についての波長と強度との関係を示す図である。 第２実施形態のレーザ加工装置のレーザ加工モニタの構成図である。 図６のレーザ加工モニタの光学ユニットの構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、光源２と、第１光ファイバ３と、第２光ファイバ４と、レーザ加工ヘッド５と、レーザ加工モニタ１０Ａと、を備えている。レーザ加工装置１は、レーザ光Ｌ１のうち加工対象物Ｓを加工するための第１波長帯を有する加工光（第１光）Ｌ１ａを用いて、加工対象物Ｓの加工（例えば、切断、溶接、表面処理等）を行う。レーザ加工モニタ１０Ａは、加工対象物Ｓにおいて加工光Ｌ１ａが照射された部分（以下、「加工部分」という）で発せられた測定光Ｌ２を検出することにより、加工部分の温度を測定する。測定光Ｌ２は、例えば、熱輻射によって加工部分から放出された赤外光等の輻射光である。

光源２は、例えばレーザダイオードを含んでおり、レーザ光Ｌ１を発する。第１光ファイバ３は、光源２からレーザ加工モニタ１０Ａにレーザ光Ｌ１を伝播させる。第２光ファイバ４は、レーザ加工モニタ１０Ａからレーザ加工ヘッド５に加工光Ｌ１ａを伝播させる。更に、第２光ファイバ４は、レーザ加工ヘッド５からレーザ加工モニタ１０Ａに測定光Ｌ２を伝播させる。レーザ加工ヘッド５は、第２光ファイバ４を伝播した加工光Ｌ１ａを加工対象物Ｓに照射する。レーザ加工ヘッド５には、加工光Ｌ１ａ及び測定光Ｌ２兼用の光学系は設けられているが、測定光Ｌ２専用の光学系は設けられておらず、加工光Ｌ１ａ及び測定光Ｌ２兼用の第２光ファイバ４が１本接続されているだけである。

図２に示されるように、レーザ加工モニタ１０Ａは、箱体１１と、電源部１２と、回路部１３と、光学ユニット２０Ａと、を有している。箱体１１は、電源部１２、回路部１３及び光学ユニット２０Ａを収容している。電源部１２は、外部電源から回路部１３に駆動電力を供給する。回路部１３は、例えば２色式放射温度計又は単色式放射温度計等を含んでおり、光学ユニット２０Ａにおいて検出された測定光Ｌ２の検出信号に基づいて、加工対象物Ｓにおける加工部分の温度（情報）を測定する。

図３に示されるように、レーザ加工モニタ１０Ａの光学ユニット２０Ａは、第１光ファイバ保持部２１と、第２光ファイバ保持部２２と、第１ダイクロイックミラー（第１光学部）２３と、第２ダイクロイックミラー（第２光学部）２４と、光検出部２５と、光吸収部２６と、筐体２７と、を備えている。

第１光ファイバ保持部２１は、筒状のレンズ保持部分２１ａと、フランジ状の光ファイバ保持部分２１ｂと、を有している。レンズ保持部分２１ａは、レンズ３１を保持しており、光ファイバ保持部分２１ｂは、第１光ファイバ３の端部を保持している。レンズ３１は、第１光ファイバ３の端面３ａから出射したレーザ光Ｌ１をコリメートする。第１光ファイバ保持部２１は、第１光ファイバ３の端面３ａとレンズ３１との位置関係を維持し且つ第１光ファイバ３の端面３ａとレンズ３１との間に形成される光路を覆うように、ユニット化されている。第１光ファイバ保持部２１では、レンズ３１が窓材として機能し、第１光ファイバ３の端部が挿入されることで、第１光ファイバ保持部２１内（第１光ファイバ３の端面３ａとレンズ３１との間）に閉空間が形成されている。

第２光ファイバ保持部２２は、筒状のレンズ保持部分２２ａと、フランジ状の光ファイバ保持部分２２ｂと、を有している。レンズ保持部分２２ａは、レンズ３２を保持しており、光ファイバ保持部分２２ｂは、第２光ファイバ４の端部を保持している。レンズ３２は、加工光Ｌ１ａを第２光ファイバ４の端面４ａに集光する。更に、レンズ３２は、第２光ファイバ４の端面４ａから出射した測定光Ｌ２をコリメートする。第２光ファイバ保持部２２は、第２光ファイバ４の端面４ａとレンズ３２との位置関係を維持し且つ第２光ファイバ４の端面４ａとレンズ３２との間に形成される光路を覆うように、ユニット化されている。第２光ファイバ保持部２２では、レンズ３２が窓材として機能し、第２光ファイバ４の端部が挿入されることで、第２光ファイバ保持部２２内（第２光ファイバ４の端面４ａとレンズ３２との間）に閉空間が形成されている。なお、第２光ファイバ４の端面４ａには、加工光Ｌ１ａが戻り光となるのを抑制するために、ＡＲコートが施されている。

第１ダイクロイックミラー２３は、第１光ファイバ３の端面３ａから出射してレンズ３１によってコリメートされたレーザ光Ｌ１のうち加工光Ｌ１ａを反射させる。その一方で、第１ダイクロイックミラー２３は、当該レーザ光Ｌ１のうち測定光Ｌ２の波長帯に相当する第２波長帯を有する測定波長光（第２光）Ｌ１ｂを透過させる。第１ダイクロイックミラー２３は、レーザ光Ｌ１を殆ど吸収しない材料（例えば、合成石英等）からなる部材におけるレーザ光Ｌ１の入射面に、加工光Ｌ１ａを反射させ且つ測定波長光Ｌ１ｂを透過させる誘電体多層膜からなる反射層２３ａが設けられることで、構成されている。なお、第１ダイクロイックミラー２３においては、加工光Ｌ１ａの反射率は９０％以上であり、測定波長光Ｌ１ｂの透過率は９０％以上である。

第２ダイクロイックミラー２４は、第１ダイクロイックミラー２３で反射した加工光Ｌ１ａを反射させる。第２ダイクロイックミラー２４で反射した加工光Ｌ１ａは、レンズ３２によって集光されて第２光ファイバ４の端面４ａに入射する。その一方で、第２ダイクロイックミラー２４は、第２光ファイバ４の端面４ａから出射してレンズ３２によってコリメートされた測定光Ｌ２を透過させる。第２ダイクロイックミラー２４は、レーザ光Ｌ１を殆ど吸収しない材料（例えば、合成石英等）からなる部材における加工光Ｌ１ａの入射面に、加工光Ｌ１ａを反射させ且つ測定光Ｌ２を透過させる誘電体多層膜からなる反射層２４ａが設けられることで、構成されている。なお、第２ダイクロイックミラー２４においては、加工光Ｌ１ａの反射率は９０％以上であり、測定光Ｌ２の透過率は９０％以上である。

光検出部２５は、筒状のレンズ保持部分２５ａと、フランジ状のフォトダイオード支持部分２５ｂと、を有している。レンズ保持部分２５ａは、レンズ３３及びフィルタ３４を保持しており、フォトダイオード支持部分２５ｂは、フォトダイオード３５を支持している。レンズ３３は、第２ダイクロイックミラー２４を透過した測定光Ｌ２をフォトダイオード３５に集光する。フィルタ３４は、測定光Ｌ２の波長帯に相当する波長帯を有する光のみを透過させる機能を有している。フォトダイオード３５は、レンズ３３によって集光されてフィルタ３４を透過した測定光Ｌ２を検出する。フォトダイオード３５によって検出された測定光Ｌ２の検出信号は、回路部１３に送られる。光検出部２５は、レンズ３３とフィルタ３４とフォトダイオード３５との位置関係を維持し且つレンズ３３とフォトダイオード３５との間に形成される光路を覆うように、ユニット化されている。

なお、レンズ３３には、測定光Ｌ２の集光位置がフォトダイオード３５上に位置する一方で加工光Ｌ１ａの集光位置がフォトダイオード３５上からずれる（すなわち、加工光Ｌ１ａがフォトダイオード３５上においてぼやける）ように、色収差が与えられている。これにより、仮に加工光Ｌ１ａが光検出部２５に進入してレンズ３３によって集光されたとしても、フォトダイオード３５による測定光Ｌ２の検出に影響を与えることは殆どない。

光吸収部２６は、第１ダイクロイックミラー２３を透過した測定波長光Ｌ１ｂを吸収する。光吸収部２６は、光を吸収して熱に変換するダンパーである。光吸収部２６は、仮に測定波長光Ｌ１ｂが光吸収部２６で反射したとしても、反射した測定波長光Ｌ１ｂが、後述するカバー２９の第２側壁２９ｂに向かって進行するように、配置されている。

図３及び図４に示されるように、筐体２７は、ベース（支持体）２８と、カバー２９と、を有している。なお、図４では、筐体２７以外の構成は省略されている。

ベース２８は、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６を支持している。カバー２９は、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６の間に形成される光路を覆っている。

ベース２８は、底壁２８ａ及び１対の第１側壁２８ｂによって一体的に構成されている。１対の第１側壁２８ｂは、Ｘ軸方向（第１方向）において対向しており、互いに平行に配置されている。カバー２９は、天壁２９ａ及び１対の第２側壁２９ｂによって一体的に構成されている。１対の第２側壁２９ｂは、Ｙ軸方向（第１方向に垂直な第２方向）において対向しており、互いに平行に配置されている。このようなベース２８とカバー２９とが組み合わされることで、直方体箱状の筐体２７が構成されている。なお、ベース２８においては、各第１側壁２８ｂの厚さが底壁２８ａの厚さよりも大きくなっている。また、カバー２９においては、カバー２９の内面２９ｃ（すなわち、天壁２９ａの内面及び各第２側壁２９ｂの内面）に、例えば黒色塗料の塗布等といった光吸収処理が施されている。

ベース２８の一方の第１側壁２８ｂには、１対の貫通孔２８ｃ，２８ｄが形成されている。第１光ファイバ保持部２１は、レンズ保持部分２１ａが貫通孔２８ｃに挿入された状態で光ファイバ保持部分２１ｂが一方の第１側壁２８ｂの外面に固定されることで、当該一方の第１側壁２８ｂに設けられている。第２光ファイバ保持部２２は、レンズ保持部分２２ａが貫通孔２８ｄに挿入された状態で光ファイバ保持部分２２ｂが一方の第１側壁２８ｂの外面に固定されることで、当該一方の第１側壁２８ｂに設けられている。ベース２８の他方の第１側壁２８ｂには、Ｘ軸方向において貫通孔２８ｄと対向するように、貫通孔２８ｅが形成されている。光検出部２５は、レンズ保持部分２５ａが貫通孔２８ｅに挿入された状態でフォトダイオード支持部分２５ｂが他方の第１側壁２８ｂの外面に固定されることで、当該他方の第１側壁２８ｂに設けられている。底壁２８ａの内面には、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４及び光吸収部２６の位置決めを行うための凹部が形成されている。第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４及び光吸収部２６は、各凹部に配置された状態で、底壁２８ａに取り付けられている。なお、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４及び光吸収部２６のそれぞれに凹部が形成されており、それらの位置決めを行うために当該凹部のそれぞれに配置される凸部が底壁２８ａの内面に形成されていてもよい。

上述したように、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２は、１対の第１側壁２８ｂのうち同一の第１側壁２８ｂに設けられている。つまり、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２は、ベース２８を構成する複数の側面のうち同一の側面（すなわち、一方の第１側壁２８ｂ）に設けられている。

図３に示されるように、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６は、ＸＹ平面に平行な同一の平面に沿って配置されている。第１光ファイバ保持部２１は、第１ダイクロイックミラー２３に対して一方の側に配置されており、光吸収部２６は、第１ダイクロイックミラー２３に対して他方の側に配置されている。第２光ファイバ保持部２２は、第２ダイクロイックミラー２４に対して一方の側に配置されており、光検出部２５は、第２ダイクロイックミラー２４に対して他方の側に配置されている。つまり、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２は、それぞれ、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４に対して同一の側に配置されている。

以上のように構成された光学ユニット２０Ａでは、光源２から第１光ファイバ３を伝播したレーザ光Ｌ１は、第１光ファイバ保持部２１において第１光ファイバ３の端面３ａから出射してレンズ３１によってコリメートされ、Ｘ軸方向に沿って第１ダイクロイックミラー２３に向かって進行する。第１ダイクロイックミラー２３に向かって進行したレーザ光Ｌ１のうち、加工対象物Ｓを加工するための第１波長帯を有する加工光Ｌ１ａは、第１ダイクロイックミラー２３で反射し、Ｙ軸方向に沿って第２ダイクロイックミラー２４に向かって進行する。

第１ダイクロイックミラー２３に向かって進行したレーザ光Ｌ１のうち、測定光Ｌ２の波長帯に相当する第２波長帯を有する測定波長光Ｌ１ｂは、第１ダイクロイックミラー２３を透過し、Ｘ軸方向に沿って光吸収部２６に向かって進行する。光吸収部２６に向かって進行した測定波長光Ｌ１ｂは、光吸収部２６で吸収される。仮に測定波長光Ｌ１ｂの一部が光吸収部２６で吸収されずに光吸収部２６で反射したとしても、当該測定波長光Ｌ１ｂの一部は、筐体２７の第２側壁２９ｂに向かって進行し、光吸収処理が施された第２側壁２９ｂの内面２９ｃで吸収される。

第１ダイクロイックミラー２３で反射して第２ダイクロイックミラー２４に向かって進行した加工光Ｌ１ａは、第２ダイクロイックミラー２４で反射し、Ｘ軸方向に沿って第２光ファイバ保持部２２に向かって進行する。第２ダイクロイックミラー２４で反射して第２光ファイバ保持部２２に向かって進行した加工光Ｌ１ａは、第２光ファイバ保持部２２においてレンズ３２によって集光されて第２光ファイバ４の端面４ａに入射し、レーザ加工ヘッド５まで第２光ファイバ４を伝播する。仮に測定波長光Ｌ１ｂの一部が第１ダイクロイックミラー２３を透過せずに第２ダイクロイックミラー２４に向かって進行したとしても、当該測定波長光Ｌ１ｂの一部は、第２ダイクロイックミラー２４を透過して筐体２７の第２側壁２９ｂに向かって進行し、光吸収処理が施された第２側壁２９ｂの内面２９ｃで吸収される。

加工対象物Ｓにおける加工部分から第２光ファイバ４を伝播した測定光Ｌ２は、第２光ファイバ保持部２２において第２光ファイバ４の端面４ａから出射してレンズ３２によってコリメートされ、Ｘ軸方向に沿って第２ダイクロイックミラー２４に向かって進行する。第２ダイクロイックミラー２４に向かって進行した測定光Ｌ２は、第２ダイクロイックミラー２４を透過し、Ｘ軸方向に沿って光検出部２５に向かって進行する。光検出部２５に向かって進行した測定光Ｌ２は、光検出部２５においてレンズ３３によって集光されてフィルタ３４を透過し、フォトダイオード３５で検出される。

なお、光学ユニット２０Ａでは、加工光Ｌ１ａの伝送に関し、第１光ファイバ３の端面３ａでの像が第２光ファイバ４の端面４ａに転送されることになる。このとき、第２光ファイバ４の端面４ａに結像される像においては、レンズ３１，３２での収差等の影響によってぼやけが生じ、スポットサイズ及びＮＡが増大することから、等倍での転送では、第２光ファイバ４の端面４ａにおいて結合損失が生じてしまう。第２光ファイバ４の端面４ａにおいて結合損失が生じると、発熱によって、測定光Ｌ２の波長帯に相当する波長帯を有する光（すなわち、測定光Ｌ２の検出においてノイズ光となる光）が発せられてしまう。測定光Ｌ２は、非常に微弱であることから、このような第２光ファイバ４の端面４ａにおける発熱によって生じる光（測定光Ｌ２の波長帯に相当する波長帯を有する光）であっても、測定に与える影響は非常に大きい。

そこで、第１光ファイバ３の端面３ａから第２光ファイバ４の端面４ａに到達する加工光Ｌ１ａのスポットサイズ及びＮＡを第２光ファイバ４の径及び許容ＮＡよりも小さくして、第２光ファイバ４の端面４ａにおいて生じる結合損失を低減する必要がある。そのための第１手段として、第１光ファイバ３の径と第２光ファイバ４の径とが等しい場合には、第１光ファイバ３の許容ＮＡを第２光ファイバ４の許容ＮＡよりも小さくし、縮小光学系（第１光ファイバ保持部２１におけるレンズ３１の焦点距離＞第２光ファイバ保持部２２におけるレンズ３２の焦点距離）とすることで、第２光ファイバ４の端面４ａでの像を小さくすればよい。また、第２手段として、第１光ファイバ３の許容ＮＡと第２光ファイバ４の許容ＮＡとが等しい場合には、第１光ファイバ３の径を第２光ファイバ４の径よりも小さくし、拡大光学系（第１光ファイバ保持部２１におけるレンズ３１の焦点距離＜第２光ファイバ保持部２２におけるレンズ３２の焦点距離）とすることで、第２光ファイバ４の端面４ａでの加工光Ｌ１ａのＮＡを小さくすればよい。上述した光学ユニット２０Ａでは、第２手段が採用されている。

以上、説明したように、レーザ加工モニタ１０Ａは、レーザ加工ヘッド５と別体となっており、レーザ加工ヘッド５には、測定光Ｌ２専用の光学系が設けていない。そのため、レーザ加工モニタ１０Ａは、特に測定光Ｌ２の測定において、レーザ加工ヘッド５の振動、加工対象物Ｓからの熱的な影響等を受け難い。ただし、この場合、測定光Ｌ２が第２光ファイバ４を伝播してレーザ加工ヘッド５からレーザ加工モニタ１０Ａに至るため、レーザ光Ｌ１のうち測定光Ｌ２の波長帯に相当する第２波長帯を有する測定波長光Ｌ１ｂが、測定光Ｌ２の検出において、ノイズ光として大きく影響するおそれが高まる。そこで、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ３から出射したレーザ光Ｌ１が、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４を経由して第２光ファイバ４に入射させられる。これにより、レーザ光Ｌ１のうちノイズ光となる測定波長光Ｌ１ｂが第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４を透過することになり（すなわち、２つのダイクロイックミラー２３，２４でフィルタリングされるので、レーザ加工モニタ１０Ａにおいて測定波長光Ｌ１ｂが十分に除去されることになり）、その結果、測定波長光Ｌ１ｂが加工対象物Ｓに照射されて測定波長光Ｌ１ｂが重畳された状態で測定光Ｌ２が検出されることが抑制される。更に、レーザ光Ｌ１のうち加工対象物Ｓを加工するための第１波長帯を有する加工光Ｌ１ａを第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４で反射させるため、加工光Ｌ１ａを第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４で透過させる場合に比べ、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４の発熱に起因するノイズ光の発生が抑制される。以上により、レーザ加工モニタ１０Ａによれば、加工対象物Ｓにおける加工部分で発せられた測定光Ｌ２を精度良く検出することができる。レーザ加工モニタ１０Ａを備えるレーザ加工装置１についても、同様の効果が奏される。

図５は、レーザ加工装置１の光源２で発せられたレーザ光Ｌ１についての波長と強度との関係を示す図である。図５に示されるように、レーザ光Ｌ１のうち加工対象物Ｓを加工するための第１波長帯（例えば、８００〜１０００ｎｍ）を有する加工光Ｌ１ａは、強度のピーク値を含み、その強度は、レーザ光Ｌ１のうち測定光Ｌ２の波長帯に相当する第２波長帯（例えば、１３００〜３０００ｎｍ）を有する測定波長光Ｌ１ｂの強度よりも、極めて大きい。そこで、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４おいて、それぞれの反射層２３ａ及び反射層２４ａで加工光Ｌ１ａを反射させ、測定波長光Ｌ１ｂを透過させることで、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４の発熱に起因するノイズ光の発生を抑制している。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６がベース２８によって支持されている。これにより、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６の相互の位置関係を安定的に維持することができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、底壁２８ａ及び１対の第１側壁２８ｂによって一体的に構成されたベース２８と、天壁２９ａ及び１対の第２側壁２９ｂによって一体的に構成されたカバー２９とが組み合わされることで、直方体箱状の筐体２７が構成されている。これにより、外部からのノイズ光の進入を抑制し得る筐体２７を簡易に構成することができる。更に、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６を同一のベースに配置することができるので、それらの位置決めを容易に且つ正確に行うことが可能となる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２が、ベース２８を構成する複数の側面のうち同一の側面（すなわち、一方の第１側壁２８ｂ）に設けられている。換言すれば、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２が、それぞれ、第１ダイクロイックミラー２３及び第２ダイクロイックミラー２４に対して同一の側に配置されている。第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２が同一の側面に設けられることで、第１光ファイバ３の端面３ａと第２光ファイバ４の端面４ａとを容易に平行に配置することができる。更に、第１光ファイバ保持部２１が一方の第１側壁２８ｂに設けられ、第２光ファイバ保持部２２が他方の第１側壁２８ｂに設けられるような場合に比べ、筐体２７の小型化、延いてはレーザ加工モニタ１０Ａの小型化を図ることができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２が設けられた第１側壁２８ｂの厚さが、底壁２８ａの厚さよりも大きくなっている。これにより、第１光ファイバ保持部２１と第２光ファイバ保持部２２との平行度を担保し、第１光ファイバ３及び第２光ファイバ４の調心の容易性及び安定性を向上させることができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２、第１ダイクロイックミラー２３、第２ダイクロイックミラー２４、光検出部２５及び光吸収部２６の間に形成される光路がカバー２９によって覆われている。これにより、外部からのノイズ光の進入を抑制することができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、カバー２９の内面に、光吸収処理が施されている。これにより、カバー２９の内面におけるノイズ光の多重反射を抑制することができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、第１ダイクロイックミラー２３を透過した測定波長光Ｌ１ｂが光吸収部２６によって吸収される。これにより、筐体２７内における測定波長光Ｌ１ｂの多重反射を抑制することができる。

また、レーザ加工モニタ１０Ａでは、光学部品を保持又は支持する第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２及び光検出部２５がユニット化されている。これにより、第１光ファイバ保持部２１、第２光ファイバ保持部２２及び光検出部２５の交換が容易となる等、レーザ加工モニタ１０Ａのメンテナンス性を向上させることができる。更に、第１光ファイバ保持部２１では、レンズ３１が窓材として機能し、第１光ファイバ３の端部が挿入されることで、第１光ファイバ保持部２１内（第１光ファイバ３の端面３ａとレンズ３１との間）に閉空間が形成されている。これにより、第１光ファイバ３の端面３ａ等に塵等が付着するのを防止することができる。第１光ファイバ３の端面３ａ等に塵等が付着すると、加工光Ｌ１ａの伝送が妨げられるばかりか、当該塵等が発熱して当該塵等からノイズ光が発せられるので、好ましくない。第２光ファイバ保持部２２においても、同様の効果が奏される。
［第２実施形態］

第２実施形態のレーザ加工装置１は、図６及び図７に示されるように、レーザ加工モニタ１０Ｂの光学ユニット２０Ｂの構成において、上述した第１実施形態のレーザ加工装置１と主に相違している。図７に示されるように、レーザ加工モニタ１０Ｂの光学ユニット２０Ｂでは、ベース２８の一方の第１側壁２８ｂに第１光ファイバ保持部２１及び光検出部２５が設けられており、ベース２８の他方の第１側壁２８ｂに第２光ファイバ保持部２２が設けられている。第２ダイクロイックミラー２４は、Ｘ軸方向において対向する光検出部２５と第２光ファイバ保持部２２との間において、第１ダイクロイックミラー２３で反射した加工光Ｌ１ａを他方の第１側壁２８ｂ側に反射させる。

つまり、第１光ファイバ保持部２１は、第１ダイクロイックミラー２３に対して一方の側に配置されており、光吸収部２６は、第１ダイクロイックミラー２３に対して他方の側に配置されている。光検出部２５は、第２ダイクロイックミラー２４に対して一方の側に配置されており、第２光ファイバ保持部２２は、第２ダイクロイックミラー２４に対して他方の側に配置されている。

以上のように構成されたレーザ加工モニタ１０Ｂによれば、上述したレーザ加工モニタ１０Ａと同様の理由により、加工対象物Ｓにおける加工部分で発せられた測定光Ｌ２を精度良く検出することができる。レーザ加工モニタ１０Ｂを備えるレーザ加工装置１についても、同様の効果が奏される。

また、レーザ加工モニタ１０Ｂでは、図６に示されるように、第１光ファイバ３がレーザ加工モニタ１０Ｂから一方の側に延在し、第２光ファイバ４がレーザ加工モニタ１０Ｂから他方の側に延在することになる。これにより、レーザ加工モニタ１０Ｂを中継器として、光源２、レーザ加工モニタ１０Ｂ及びレーザ加工ヘッド５を効率良く配置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１光ファイバ３は、光源２側からレーザ光Ｌ１を伝播させるものであれば、光源２に直接的に接続されていなくてもよい。同様に、第２光ファイバ４は、レーザ加工ヘッド５側に加工光Ｌ１ａを伝播させ且つレーザ加工ヘッド５側から測定光Ｌ２を伝播させるものであれば、レーザ加工ヘッド５に直接的に接続されていなくてもよい。

また、上記実施形態では、カバー２９の内面２９ｃ全体に光吸収処理が施されていたが、カバー２９の第２側壁２９ｂの内面等、ノイズ光が入射すると想定される領域に部分的に光吸収処理が施されていてもよい。また、上記実施形態では、ベース２８及びカバー２９によって筐体２７が構成されていたが、カバー２９が設けられていなくてもよい。その場合、カバー２９の内面２９ｃの少なくとも一部に替えて、箱体１１の内面の少なくとも一部に光吸収処理を施せばよい。

また、ベース２８は、支持体として機能するものであれば、上述した構成に限定されない。一例として、ベース２８は、一体的に形成されたものに限定されず、複数の部材が組み合わされたものであってもよい。また、ベース２８は、箱体１１の一部を底壁２８ａとして利用し、当該底壁２８ａ上に第１側壁２８ｂを立設させたものであってもよい。

また、第１光ファイバ保持部２１及び第２光ファイバ保持部２２は、それぞれ、第１光ファイバ３及び第２光ファイバ４を保持することができれば、レンズ３１及びレンズ３２を保持していなくてもよい。その場合、レンズ３１及びレンズ３２をベース２８に支持させればよい。

１…レーザ加工装置、２…光源、３…第１光ファイバ、４…第２光ファイバ、５…レーザ加工ヘッド、１０Ａ，１０Ｂ…レーザ加工モニタ、２１…第１光ファイバ保持部、２２…第２光ファイバ保持部、２３…第１ダイクロイックミラー（第１光学部）、２４…第２ダイクロイックミラー（第２光学部）、２５…光検出部、２６…光吸収部、２８…ベース（支持体）、２８ａ…底壁、２８ｂ…第１側壁、２９…カバー、２９ａ…天壁、２９ｂ…第２側壁、２９ｃ…内面、Ｌ１…レーザ光、Ｌ１ａ…加工光（第１光）、Ｌ１ｂ…測定波長光（第２光）、Ｌ２…測定光、Ｓ…加工対象物。

Claims (12)

1. レーザ光を発する光源から前記レーザ光を伝播させる第１光ファイバを保持する第１光ファイバ保持部と、
   前記レーザ光のうち第１波長帯を有する第１光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドに前記第１光を伝播させ且つ前記加工対象物において前記第１光が照射された部分で発せられた測定光を前記レーザ加工ヘッドから伝播させる第２光ファイバを保持する第２光ファイバ保持部と、
   前記第１光ファイバから出射した前記レーザ光のうち前記第１光を反射させ且つ当該レーザ光のうち前記測定光の波長帯に相当する第２波長帯を有する第２光を透過させる第１光学部と、
   前記第１光学部で反射した前記第１光を反射させ且つ前記第２光ファイバから出射した前記測定光を透過させる第２光学部と、
   前記第２光学部を透過した前記測定光を検出する光検出部と、を備える、レーザ加工モニタ。
2. 前記第１光ファイバ保持部、前記第２光ファイバ保持部、前記第１光学部、前記第２光学部及び前記光検出部を支持する支持体を更に備える、請求項１記載のレーザ加工モニタ。
3. 前記支持体は、底壁と、第１方向において対向する１対の第１側壁と、を含むベースであり、
   前記第１光ファイバ保持部及び前記第２光ファイバ保持部は、前記１対の第１側壁のうち少なくとも一方に設けられている、請求項２記載のレーザ加工モニタ。
4. 前記第１光ファイバ保持部及び前記第２光ファイバ保持部は、前記１対の第１側壁のうち同一の前記第１側壁に設けられており、
   前記第１光学部及び前記第２光学部は、前記底壁に取り付けられている、請求項３記載のレーザ加工モニタ。
5. 前記第１光ファイバ保持部及び前記第２光ファイバ保持部が設けられた前記第１側壁の厚さは、前記底壁の厚さよりも大きい、請求項３又は４記載のレーザ加工モニタ。
6. 前記第１光ファイバ保持部、前記第２光ファイバ保持部、前記第１光学部、前記第２光学部及び前記光検出部の間に形成される光路を覆うカバーを更に備え、
   前記カバーは、天壁と、前記第１方向に垂直な第２方向において対向する１対の第２側壁と、を含む、請求項３〜５のいずれか一項記載のレーザ加工モニタ。
7. 前記カバーの内面の少なくとも一部には、光吸収処理が施されている、請求項６記載のレーザ加工モニタ。
8. 前記第１光ファイバ保持部及び前記第２光ファイバ保持部は、前記支持体を構成する複数の側面のうち同一の前記側面に設けられている、請求項２〜７のいずれか一項記載のレーザ加工モニタ。
9. 前記第１光ファイバ保持部、前記第２光ファイバ保持部、前記第１光学部及び前記第２光学部は、同一の平面に沿って配置されており、
   前記第１光ファイバ保持部及び前記第２光ファイバ保持部は、それぞれ、前記第１光学部及び前記第２光学部に対して同一の側に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項記載のレーザ加工モニタ。
10. 前記第１光ファイバ保持部、前記第２光ファイバ保持部、前記第１光学部及び前記第２光学部は、同一の平面に沿って配置されており、
    前記第１光ファイバ保持部は、前記第１光学部に対して一方の側に配置されており、
    前記第２光ファイバ保持部は、前記第２光学部に対して他方の側に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項記載のレーザ加工モニタ。
11. 前記第１光学部を透過した前記第２光を吸収する光吸収部を更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項記載のレーザ加工モニタ。
12. レーザ光を発する光源と、
    前記レーザ光のうち第１波長帯を有する第１光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、
    前記光源から前記レーザ光を伝播させる第１光ファイバと、
    前記レーザ加工ヘッドに前記第１光を伝播させ且つ前記加工対象物において前記第１光が照射された部分で発せられた測定光を前記レーザ加工ヘッドから伝播させる第２光ファイバと、
    請求項１〜１１のいずれか一項記載のレーザ加工モニタと、を備える、レーザ加工装置。

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