JP2016087676A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資するレーザ加工装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を透過・偏向する音響光学素子と、パルス状の動作指令信号を入力とし、高周波ドライブ電力を前記音響光学素子に供給する音響光学素子ドライバと、前記音響光学素子ドライバと前記音響光学素子を結ぶ伝送路に設けられた伝達波検出部と、前記伝達波検出部の出力を検波する検波部と、前記検波部の検波出力情報と基準情報を比較し比較情報を出力する検波情報比較部と、前記比較情報に基づいて異常の有無を判断する判断部を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、音響光学素子を備えたレーザ加工装置に関し、特に、当該音響光学素子の駆動における信頼性向上に関するものである。

レーザによる薄板基材の穴あけ加工において、近年、電子機器の小型化・高集積化に伴い、加工径が微細になり要求される精度も非常に高くなってきた。その要望に対して、音響光学素子を用いて、加工面に照射されるレーザエネルギの立上りと立下りを急激にして加工品質を向上させたり、パルス幅を短くして微細な加工を行なったりする技術がある。

かかる技術において、音響光学素子を通して加工面に照射されるレーザ光の強度や品質等の信頼性確保が重要である。そのような課題に対する従来技術の一例を図を用いて説明する。

図１４は従来技術に係るレーザ加工装置の全体構成を示したブロック図である。

本図において、レーザ発振器２０と、該レーザ発振器２０から出力されるレーザ光の最初の部分の少なくとも一部のエネルギを検知するための検知器２２と、該検知器２２で検知されたエネルギが設定範囲にあるか否か判定するための判定装置３０と、レーザ光の光路を変更するための光路偏向手段（音響光学素子）３２と、加工面に照射されないレーザ光を吸収するためのダンパ４０と、加工面を含む加工部４２と、前記判定装置３０の出力に応じて前記光路偏向手段３２及びレーザ発振器２０を制御すると共に、必要に応じて警報装置５２を駆動するための制御装置５０とを備えている。

レーザ発振器２０から出たレーザ光の最初の部分について、検知器２２を用いてエネルギを検知し、所定のエネルギ範囲にあるかどうかを判定装置３０で判定する。このときは光路偏向手段３２が働かず、レーザ光はダンパ４０にスルーして加工面には照射されない。判定後、所定のエネルギの範囲内にある場合は、光路偏向手段３２が作動して、レーザ光を加工部４２に照射する。

一方、所定のエネルギの範囲内にない場合は、光路偏向手段３２が動作せず、レーザ光は加工部４２には照射されないで、ダンパ４２にスルーする。設定された回数、所定のエネルギに達していない場合には、自動的に加工機を停止し、レーザ発振を停止し、警報装置５２を駆動して、視覚的又は聴覚的な手段により、オペレータに警報を出力する（例えば、特許文献１を参照）。

この従来技術の一例では、図１５に示すように、検知器２２を光路偏向手段３２の出側に設けることで、光路偏向手段３２の劣化や故障を検知可能にしようとしている。さらに、光路偏向手段３２出側の加工部４２非照射側だけでなく、加工部４２の照射側にも検知器２２を設けることで、加工部４２に照射したエネルギの良不良確認判定も可能にしようとしている（特許文献１、図１２、図１３引用）。

特開２００４−０２５２９２号公報

しかしながら、通常、音響光学素子の回折効率は加工条件の出力指令で大きく変化する。実際のレーザ加工では、パルスの強度は自由に選択されため、回折されて加工側に照射される１次光に弱い出力指令を与えた場合、結果として、非加工側の解説されていない０次光はほとんど変化なく、検出限界以下の変化に留まることがある。

一方、光量変化の検出限界は、センサのＳ／Ｎ比で決定される。センサの雑音は、周囲温度の輻射など設置環境要因や回路のノイズなどで支配され、出力指令が小さい微小パルスに対しては十分な検出信号強度が得られず、結果として音響光学素子の動作診断ができなくなるという課題があった。

また、従来技術として示した一例では、音響光学素子の劣化および故障の検知や、音響光学素子を作動させて加工部に照射したエネルギの良不良確認判定には、実際にレーザ光を照射する必要もある。

音響光学素子の動作は直接加工品質に影響し、音響光学素子の動作診断機能を伴った加工方法は品質確保の上で大変重要な位置づけにある。

そこで本発明は、以上の問題を解決し、音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を透過・偏向する音響光学素子と、パルス状の動作指令信号を入力とし、高周波ドライブ電力を前記音響光学素子に供給する音響光学素子ドライバと、前記音響光学素子ドライバと前記音響光学素子を結ぶ伝送路に設けられた伝達波検出部と、前記伝達波検出部の出力を検波する検波部と、前記検波部の検波出力情報と基準情報を比較し比較情報を出力する検波情報比較部と、前記比較情報に基づいて異常の有無を判断する判断部を備えたものである。

また本発明は、前記レーザ加工装置による加工方法であって、前記基準情報を設定する工程と、前記音響光学素子ドライバに対する動作指令信号を一定時間オン期間とする工程と、前記オン期間に、前記検波出力情報と前記基準情報を比較する工程と、前記比較結果によって異常発生の有無を判断する工程を備えたレーザ加工方法である。

上記の構成により、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、音響光学素子を駆動する度に、伝送路内の伝達波を検出し検波した信号と、所定の基準情報とを比較することで、音響光学素子のドライブ電力信号の強度や、伝送路の異常の有無、更には音響光学素子の異常も判断できるので、音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資することができる。

本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の第１例目の構成を示した概念図 本発明の実施の形態１の制御について、各種信号の時間変化、及び出力ビームが正常であるときの信号やエネルギーの変化を示したタイムチャート 本発明の実施形態に係る音響光学素子のドライブ電力と回折光の関係を示すグラフ 本発明の実施形態に係る検波情報比較部に電圧の比較器を設置した一例を示す概略構成図 本発明の実施の形態１に係る進行波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の第２例目の構成を示した概念図 本発明の実施の形態１の制御について、各種信号の時間変化、及び出力ビームが正常であるときの信号やエネルギーの変化を示した第２例目のタイムチャート 本発明の実施の形態１に係る反射波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示した概念図 本発明の実施の形態２に係る音響光学素子が正常にドライブされ配線も含め正常に動作している場合の信号の状態を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態２に係る進行波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態２に係る反射波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の変形例の構成を示した概念図 従来技術に係るレーザ加工装置の全体構成を示したブロック図 従来技術に係るレーザ加工装置の構成の一部を示した概念図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
＜第１例目のレーザ加工装置の主要構成＞
図１は本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の第１例目の構成を示した概念図である。

レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１１０と、光学調整部１１１と、ビームダンパ１１２と、ミラー１１３と、ガルバノスキャナ１１４と、ｆθレンズ１１５と、被加工物１１６が載せられる加工テーブル１１７と、音響光学素子ドライバ２００と、音響光学素子２０１と、伝送路２０２と、伝送波検出部２１０と、検波部２１１と、検波情報比較部２１２と、警報機１５０と、制御装置３００とを備える。

レーザ発振器１１０は、レーザ出力指令信号５０１を受けてレーザ光１２０を射出する。レーザ発振器１１０には、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の発振を可能にする種々のレーザ媒質を用いることができる。レーザ発振器１１０から出力されたレーザ光１２０は、光学調整部１１１を介して、音響光学素子２０１に入射される。

光学調整部１１１は、コリメータと、開口部を有するマスクとを含んでおり、コリメータ及びマスクは、この順にレーザ光が通過する様に配置されている。コリメータは、ビーム径が適正値になる様にレーザ光１２０に対して光学調整を行う。マスクは、開口部の大きさによって加工径に対応したビームに整形する。

音響光学素子２０１は、音響光学素子ドライバ２００から出力される高周波ドライブ電力信号５０４の指令に基づいて、入射されたレーザ光１２０を回折するオン状態と、入射されたレーザ光１２０を回折せずに通過させるオフ状態とに選択的に設定される。

高周波ドライブ電力信号５０４が供給され音響光学素子２０１がオン状態に設定されている場合、レーザ光１２０は音響光学素子２０１によって回折された１次光１２２が得られる。一方、音響光学素子２０１がオフ状態に設定されている場合、レーザ光１２０は、音響光学素子２０１によって回折されずに音響光学素子２０１を通過する。これを０次光１２１とする。

更に詳細に説明すると、音響光学素子２０１は、内蔵するゲルマニウムの単結晶などの音響光学媒体に、超音波の進行波を発生させることで回折格子を形成し、入力されたレーザ光を回折する。この状態がオン状態である。音響光学素子２０１は内部に圧電素子等の電圧を超音波振動に変換するトランスジューサを備えている。超音波の発生には、コンデンサとコイルでインピーダンス整合（マッチング）した後、高周波ドライブ電力信号５０４を当該トランスジューサに供給する。発生した超音波は内部対面の吸音材で吸収される。

音響光学素子２０１がオン状態で正常に動作している場合には、供給された高周波ドライブ電力信号５０４は内部で消費されて入力端子に戻ることはない。従って、正常時にはほとんど反射波が発生せず、高周波ドライブ電力信号５０４に対する反射波の割合は通常２０％を越えない。

音響光学素子ドライバ２００は、水晶発振子を備えて内部で高周波信号を発振している。発振周波数は数１０ＭＨｚのオーダであり、ドライブする音響光学素子の特性と回折角度から決定される。例えば４０ＭＨｚや６０ＭＨｚの周波数が用いられる。

入力には、ＡＯＭ動作指令信号５０２を入力するデジタル入力と、強度指令信号５０３を入力するアナログ入力がある。内部で発振した連続の高周波信号とＡＯＭ動作指令信号５０２の変調パルスを周波数結合器で合成し、ＦＥＴやＲＦトランジスタで強度指令信号５０３に基づいた増幅率にて増幅した後、音響光学素子２０１に向けてパルス状に変調された高周波ドライブ電力信号５０４を出力する。

音響光学素子ドライバ２００の出力端子と音響光学素子２０１入力端子を結ぶ伝送路２０２には、超短波帯の高周波信号が伝送されるため、同軸ケーブルを用い、終端のインピーダンスもマッチングさせている。マッチングインピーダンスは本実施形態では５０Ωに設定している。入力端子や出力端子にはＢＮＣ接栓を用いている。伝送路２０２に異常がなくインピーダンスマッチングも十分にとれていれば、音響光学素子ドライバ２００から出力された高周波ドライブ電力信号５０４は、ほとんどロスなく進行波として伝送され音響光学素子２０１に入力されて、不要な反射波もほとんど生じない。

音響光学素子２０１に入射したレーザ光１２０のうち、本実施形態においては、回折された１次光１２２がレーザ加工に用いられる。１次光１２２は適宜設置されたミラー１１３によって加工ヘッドに導かれる。加工ヘッドには、ガルバノスキャナ１１４、及びｆθレンズ１１５が備えられている。ガルバノスキャナ１１４は直交する２方向にスキャンするミラーを有し１次光１２２の照射位置を制御する。ｆθレンズ１１５は、これに入射した１次光１２２を被加工物１１６上の照射位置に集光させる。

一方、０次光１２１はビームダンパ１１２で吸収し冷却水により排熱される。

伝送波検出部２１０は、音響光学素子ドライバ２００の出力端子と音響光学素子２０１入力端子を結ぶ伝送路２０２の途中に設置される。伝送路２０２で伝送される進行波または反射波を検出して出力する。図１に示す例では、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に向かって伝送される進行波を検出するように設定されている。

伝送路で一方向に向かう高周波の一部を検出する素子としては方向性結合器またはＲＦサンプラーを用いるとよい。結合比は２０ｄＢ程度で、経験上１０ｄＢ〜４０ｄＢであれば十分なＳ／Ｎ比を持った検出信号を得ることができる。なお、本実施形態では方向性結合器を用いた例で説明を行う。

検波部２１１は、伝送波検出部２１０で検出された高周波信号を検波する。音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に伝送される高周波ドライブ電力信号５０４は、パルス状に強度変調された高周波であるので、検出された進行波Ｐｆもパルス状に強度変調された高周波である。これを検波（例えば、全波整流によるＡＭ検波）し、直流成分を抽出すればパルス信号を得ることができる。

検波情報比較部２１２は、検波部２１１が出力する検波出力情報５１１を別途与えられる基準情報５１２と比較し、基準情報５１２の示す基準値に対して大小比較した結果を、例えば２値の信号で出力する。検波出力情報５１１として検波されたアナログ電圧信号が供給される場合、基準情報５１２も一定の電圧値を与え、その大小を比較する。また、検波出力情報５１１を検波された信号をＡＤ変換したデジタル値としてもよい。係る場合は基準情報５１２もデジタル値で供給し、デジタルコンパレータを用いる。

制御装置３００は、一定のプログラムに従って装置の制御を行うものであり、その制御機能として、レーザ発振器１１０に対してはレーザ出力指令信号５０１を、音響光学素子ドライバ２００に対してはＡＯＭ動作指令信号５０２を出力するパルス制御部３０１と、音響光学素子ドライバ２００に対して強度指令信号５０３を出力する強度指示部３０２と、検波情報比較部２１２の比較情報５１３を受けて音響光学素子２０１や伝送路２０２などの異常を判断する判断部３１０と、検波情報比較部に対して基準情報５１２を与える基準情報設定部３１１と、ガルバノスキャナ１１４の位置情報を監視しながら制御を行うガルバノ制御部３０３と、判断部３１０で異常があると判断された場合に警報機１５０に対して警報信号５０６を出力する警報部３０４とを備える。

警報機１５０は、警報信号５０６を受けてユーザに異常の有無を報知する。報知する手段は、警報音や警報ランプという一般的な手段に限定されず、操作画面上への表示など異常発生を知らせるものであればよい。あるいは、それらを組み合わせることもできる。

＜第１例目のレーザ加工装置の動作＞
以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について、図１に加え、タイミングチャートを示して説明を行う。

図２は本発明の実施の形態１の制御について、各種信号の時間変化、及び出力ビームが正常であるときの信号やエネルギーの変化を示したタイムチャートである。図２において、横軸は時刻の経過を示し、縦軸はそれぞれの信号の変化を示している。時刻の範囲は、レーザ光を１パルス照射する期間を示している。

ガルバノ制御部３０３からの指令によってガルバノスキャナ１１４はレーザ光の照射点に位置決めされる。ガルバノスキャナ１１４が位置決めされた後、パルス制御部３０１よりレーザ発振器１１０に対してレーザ出力指令信号５０１が発せられる。レーザ発振器１１０にレーザ出力指令信号５０１のパルス信号が入力されると、レーザ発振器１１０の特性で決定される一定の遅延時間の後、レーザパルスがレーザ発振器１１０から出力される。

パルス制御部３０１は、音響光学素子ドライバ２００にも一定のタイミングでＡＯＭ動作指令信号５０２を出力する。ＡＯＭ動作指令信号５０２の出力タイミングは、レーザパルス出力の立ち上がりに必要な時間、例えば数十μ秒程度、レーザ出力指令信号５０１から遅延させる。音響光学素子ドライバ２００は、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間だけ高周波ドライブ電力信号５０４を出力する。

高周波ドライブ電力信号５０４は音響光学素子２０１に回折格子を形成する数１０ＭＨｚの高周波信号であり、その出力レベルは、制御装置３００の強度指示部３０２より予め設定しており、音響光学素子ドライバ２００にはアナログ電圧の強度指令信号５０３として入力している。

なお、本実施の形態で示す構成では、音響光学素子ドライバ２００に対し、出力指令と強度指令を別に制御している例を示しているが、音響光学素子ドライバ２００の出力イネーブル入力を常にオン状態にし、出力強度を制御するアナログ入力に、強度指示電圧をオン電圧とするパルス信号を入力することで、出力指令と強度指令を同時に制御するようにしてもよい。

音響光学素子２０１は、高周波ドライブ電力信号５０４が入力されると回折格子を形成し、１次光１２２が発生する。１次光１２２が発生するまでのレーザ光１２０は全て回折されずに０次光１２１として音響光学素子２０１を通過する。その状態を、図２の「０次光出力」と「１次光出力」に示している。

０次光出力は、回折格子が形成されるまではレーザパルス出力を一定の透過率を持ってそのまま通過させている。音響光学素子２０１が動作し回折格子が形成されると、高周波ドライブ電力信号５０４の強度に応じた回折効率で、入射したレーザ光１２０が回折され１次光出力が発生する。回折されなかったレーザ光は、そのまま０次光として出力されている。

本実施の形態では、この１次光１２２が加工に用いられる。１次光１２２は、適宜設置されたミラー１１３によって加工ヘッドに導かれ、加工ヘッド内のガルバノスキャナ１１４によって照射位置が決められ、ｆθレンズ１１５によって被加工物１１６上の照射位置に集光させられる。

制御装置３００は、加工に必要な一定期間経過後、ＡＯＭ動作指令信号５０２をオフにする。これにより、高周波ドライブ電力信号５０４の出力も止まり、１次光１２２の出力も停止する。ほぼ同時にレーザ出力指令信号５０１もオフにする。これにより、レーザ発振器１１０も一定の立ち下がりの過渡出力後にレーザパルス出力を停止する。レーザパルスの立ち下がりの過渡出力の間は、音響光学素子２０１はオフとなっているので、その出力は全て０次光として出力される。

以上、図２に示すように、レーザ発振器１１０のレーザパルス出力は、一定の立ち上がり・立ち下がりの特性を有しているが、音響光学素子２０１の１次光１２２を加工に用いることで、シャープなパルス特性を持ったレーザ光で加工することができる。

＜進行波の検出と音響光学素子のドライブ電力について＞
更に、音響光学素子の動作とその駆動について詳細に説明する。

音響光学素子２０１の回折効率は、音響光学素子２０１に供給した高周波信号の強度に深く関係している。

図３は本発明の実施形態に係る音響光学素子のドライブ電力と回折光の関係を示すグラフである。本図において、縦軸は、回折された１次光出力強度の、出力されるレーザ光全体の強度に対する割合（出力比率）であり、概ね、回折効率に相当する。横軸は、出力比率が最大となる高周波ドライブ電力信号５０４の強度を１００としたときの音響光学素子２０１に供給する高周波電力の割合を示す。

なお一般的に、最大の出力比率（回折効率）は概ね９０％前後であり、個体差がある。実機で使用する場合は本図のように特性を予め測定しておき、所望する出力に対して強度指令信号５０３の値を決定している。

また、極端に高周波電力が小さい場合は、回折格子が形成されず１次光１２２は出力されない特性を有している。つまり、１次光１２２が出力される「高周波電力のしきい値」が音響光学素子２０１に依存して存在し、微小なレーザ出力を得る強度指令値を設定する場合でも相当の高周波電力が必要である。また、一定の１次光の出力を得るには一定の高周波電力を保証する必要がある。

伝送路２０２の途中に設置され、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に向かって伝送される進行波を検出するように設定された伝送波検出部２１０は、伝送路２０２に高周波ドライブ電力信号５０４が出力されると、その信号強度に対応した高周波を検出する。結合比が一定であるか、高周波の周波数が一定であれば、検出された進行波Ｐｆの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に概比例する。図２に示す例では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間だけ高周波ドライブ電力信号５０４が出力されるので、同期間、伝送波検出部２１０は進行波を検出する。

なお、音響光学素子ドライバ２００の出力は５０Ω系の伝送路２０２で伝送されるので、電力を５０Ωで除算した値の平方根の電圧が出力されている。従って、「高周波電力のしきい値」の電圧が検出可能であれば十分なＳ／Ｎ比を持った検出信号を得ることができる。これまでの経験上１０〜４０ｄＢ程度の結合比である方向性結合器を設置することで、容易に検出できる信号強度を得ることができる。

検出された進行波Ｐｆの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に概比例している。高周波ドライブ電力信号５０４の強度は、音響光学素子ドライバ２００に与えられた強度指令信号５０３に概比例している。よって、検波部２１１で検出された進行波Ｐｆを検波すれば、強度指令信号５０３の指令値に概比例したオン電圧を有するＡＯＭ動作指令信号５０２と相似なパルス状の信号を得ることができる。この信号を「進行波の検波情報信号」として図２に示している。

検波情報比較部２１２では、この進行波の検波情報と予め設定した基準値を比較する。基準値は、最低保証すべき高周波ドライブ電力信号５０４の強度、ひいては、強度指令信号５０３に応じて定める。具体値の導出には、音響光学素子ドライバ２００の強度指令値と出力電力の関係式や、伝送路のインピーダンス、そして、伝送波検出部２１０の結合比を用いて計算してもよいし、実際の装置で、数種の強度指令値を与えて動作させることで検波情報を得て実験的に求めてもよい。

検波情報比較部２１２の構成の一例を図に示す。図４は本発明の実施形態に係る検波情報比較部に電圧の比較器を設置した一例を示す概略構成図である。

本図において、比較器２１３の一方の比較情報である検波出力電圧は、検波部２１１から出力される。他方の比較情報である基準電圧は、制御装置３００の基準情報設定部３１１から与えられる。比較器２１３は２つの入力の電圧値を比較して比較情報５１３を出力する。

なお本構成において、比較器２１３にゲート制御を設けてもよい。ゲート制御端子は、オンした場合のみ比較情報を出力する。こうすれば、不要なタイミングでノイズ等による信号出力を防止することができる。また、比較器２１３の出力を、一旦、整形器を通してから出力するようにしてもよい。整形器の出力はＴＴＬレベルのデジタル信号とすれば扱いやすい。

また、検波情報比較部２１２は、図４に示すようなアナログ電圧の比較を行う構成には限定されず、検波情報をＡＤ変換すればデジタル値として扱える。この場合、基準情報もデジタル値で与えることになる。

＜比較情報による音響光学素子へのドライブ異常の検出＞
比較情報５１３はレーザ加工装置１００において、音響光学素子２０１、音響光学素子ドライバ２００、及び伝送路２０２の健全性、異常の有無の判断に用いる。

図５は本発明の実施の形態１に係る進行波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャートである。本図において、図２に示す場合と異なっているのは、検出された進行波Ｐｆのレベルが低いことである。そのため、その検波情報信号も、設定した基準値を下回っている。

検出された進行波Ｐｆのレベルが低くなる、即ち、高周波ドライブ電力信号５０４のレベルが低くなる原因としては、音響光学素子ドライバ２００自体の出力異常、伝送路２０２のインピーダンス不整合、高周波電力の途中漏洩等が考えられる。結果として、音響光学素子２０１に供給される高周波電力が低下しているため、回折効率も低くなり、図５に示すように、１次光出力も低下してしまう。本来、強度指令信号５０３で保証すべき１次光の出力レベルを下回ることになる。

１次光出力が正常に保証値を上回っている図２の場合と、逆に、何らかの異常によって１次光出力が保証値を下回っている図５の場合を見れば、進行波の検波情報信号を基準値と比較することにより、０次光や１次光の出力強度を測定することなしに、異常の有無を判断できることが分かる。

本実施形態では、検波情報比較部２１２から出力された検波出力情報５１１は判断部３１０で異常の有無を判断する。正常か異常かの判断は、検波出力情報５１１の値が基準情報５１２の値に対して「大」であるかチェックすることで行う。検波出力情報５１１の値の方が大きい場合は正常である。検波出力情報５１１の値の方が小さい場合は異常が発生したと判断する。

＜第２例目のレーザ加工装置の主要構成＞
次に、上述の構成と一部異なる構成を有したレーザ加工装置について説明する。

図６は本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の第２例目の構成を示した概念図である。図１と異なる点は、伝送波検出部が、伝送路２０２で音響光学素子２０１から音響光学素子ドライバ２００に向かって伝送される反射波を検出することにある。それに伴い、正常か異常かの判断も異なる。なお、図１と構成が同じ要素には同一の符号を付している。同一の構成要素では、その説明を省略することもある。

レーザ発振器１１０、光学調整部１１１、音響光学素子２０１、音響光学素子ドライバ２００、伝送路２０２、音響光学素子２０１のオン・オフによって生じる１次光１２２と０次光１２１、１次光１２２が加工に用いられること、０次光１２１はビームダンパ１１２に吸収されること、ミラー１１３、ガルバノスキャナ１１４、ｆθレンズ１１５、被加工物１１６、加工テーブル１１７、警報機１５０については、上述の第１の例と同じであるので、説明を省略する。

図６に示す例では、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に向かって伝送される反射波を検出するように設定されている。この例でも、反射波を検出する素子としては、図１の検出方向を逆にすればよく、結線を変更することで同じ方向性結合器を用いることができる。結合比も２０ｄＢ程度で、経験上１０ｄＢ〜４０ｄＢであれば十分にＳ／Ｎ比を持った検出信号を得ることができる。

検波部２１１は、伝送波検出部２１０で検出された反射波Ｐｒを検波する点で異なるが、構成としては進行波を検波する場合と同じである。反射波が発生するならば、高周波ドライブ電力信号５０４によって生じるので、検出された反射波Ｐｒも高周波ドライブ電力信号５０４同様のパルス状の高周波である。これを検波する（ＡＭ検波に相当）。反射波が伝送路２０２中に存在するなら、直流成分を抽出できてパルス信号を得ることができる。

検波情報比較部２１２についても、基本的構成と動作は第１例目と同じである。検波部２１１が出力する検波情報を別途与えられる基準情報５１２と比較し、基準情報５１２の示す基準値に対して大小比較した結果を、例えば２値の信号で出力する。検波出力情報５１１として検波されたアナログ電圧信号が供給される場合、基準情報５１２も一定の電圧値を与え、その大小を比較する。また、検波出力情報５１１を検波された信号をＡＤ変換したデジタル値としてもよい。係る場合は基準情報５１２もデジタル値で供給し、デジタルコンパレータを用いる。

制御装置３００も、一定のプログラムに従って装置の制御を行うものであり、その制御機能として、パルス制御部３０１や、強度指示部３０２、検波情報比較部２１２の比較情報５１３を受けて音響光学素子２０１や伝送路２０２などの異常を判断する判断部３１０、検波情報比較部に対して基準情報５１２を与える基準情報設定部３１１、ガルバノ制御部３０３、警報部３０４を備える。構成については第１例目と同じである。

＜第２例目のレーザ加工装置の動作＞
以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について、図６に加え、タイミングチャートを示して説明を行う。なお、説明を省略している箇所は、第１例目と同じであるので省略している。

図７は本発明の実施の形態１の制御について、各種信号の時間変化、及び出力ビームが正常であるときの信号やエネルギーの変化を示した第２例目のタイムチャートである。図７において、横軸は時刻の経過を示し、縦軸はそれぞれの信号の変化を示している。時刻の範囲は、レーザ光を１パルス照射する期間を示している。

パルス制御部３０１よりレーザ発振器１１０に対してレーザ出力指令信号５０１が発せられる。レーザ発振器１１０にレーザ出力指令信号５０１のパルス信号が入力されると、レーザ発振器１１０の特性で決定される一定の遅延時間の後、レーザパルスがレーザ発振器１１０から出力される。

パルス制御部３０１は、音響光学素子ドライバ２００にも一定のタイミングでＡＯＭ動作指令信号５０２を出力する。音響光学素子ドライバ２００は、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間だけ高周波ドライブ電力信号５０４を出力する。高周波ドライブ電力信号５０４は音響光学素子２０１に回折格子を形成する数１０ＭＨｚの高周波信号であり、その出力レベルは、制御装置３００の強度指示部３０２より予め設定しており、音響光学素子ドライバ２００にはアナログ電圧の強度指令信号５０３として入力している。

音響光学素子２０１は、高周波ドライブ電力信号５０４が入力されると回折格子を形成し、１次光１２２が発生する。１次光１２２が発生するまでのレーザ光１２０は全て回折されずに０次光１２１として音響光学素子２０１を通過する。その状態を、図７の「０次光出力」と「１次光出力」に示している。

制御装置３００は、加工に必要な一定期間経過後、ＡＯＭ動作指令信号５０２をオフにする。これにより、高周波ドライブ電力信号５０４の出力も止まり、１次光１２２の出力も停止する。ほぼ同時にレーザ出力指令信号５０１もオフにする。これにより、レーザ発振器１１０も一定の立ち下がりの過渡出力後にレーザパルス出力を停止する。レーザパルスの立ち下がりの過渡出力の間は、音響光学素子２０１はオフとなっているので、その出力は全て０次光として出力される。

＜反射波の検出と音響光学素子のドライブ電力について＞
更に、音響光学素子の動作とその駆動について詳細に説明する。

異常が無いと判断できる場合、例えば、終端及び伝送路のインピーダンスが完全にマッチングが取られており、伝送路途中にインピーダンスの不連続や漏えい等の異常もなく、音響光学素子２０１も供給された高周波電力を正常に変換・吸収しているならば、反射波はほとんど生じない。図７に示す例では、そのような異常のない状態の一例を示している。ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間だけ高周波ドライブ電力信号５０４が出力されて伝送路２０２には進行波は存在するが、反射波は高周波ドライブ電力信号５０４の立上りでわずかに存在するが、以降ほとんど生じることがない。

よって、反射波の検波情報信号もほとんど基底値（０値）であり、高周波電力も音響光学素子２０１に損失がほとんどなく供給されるので、所定の回折効率で１次光出力が得られる。

しかしながら、何らかの異常がある場合、例えば、終端インピーダンスの不整合、伝送路のインピーダンスと終端とのミスマッチング、伝送路途中のインピーダンスの不連続や電力漏洩漏えい、そもそもの音響光学素子２０１の故障といった要因がある場合は、伝送路２０２に反射波が観測され、伝送電力のロスや回折格子の形成不全を生じ、必要なレベルの１次光１２２を得ることができなくなる。

そのような状態の１例を図８に示す。図８は本発明の実施の形態１に係る反射波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャートである。この例では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間は高周波ドライブ電力信号５０４が出力されて伝送路２０２には進行波を生じ、上述の異常によって同時に反射波も生じている。

検出された反射波Ｐｒの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に対応して増減する。高周波ドライブ電力信号５０４の強度は、音響光学素子ドライバ２００に与えられた強度指令信号５０３に概比例している。よって、検波部２１１で検出された反射波Ｐｒの検波情報信号を強度指令信号５０３に応じて定めた基準値と比較すれば、反射波が異常なレベルで発生しているか否かを判断できる。

検波情報比較部２１２では、この反射波の検波情報と予め設定した基準値を比較する。基準値は、進行波に対して最低保証すべき反射波比率から定める。具体的には、進行波の強度と比例関係にある強度指令信号５０３に応じて定めればよい。導出方法としては、音響光学素子ドライバ２００の強度指令値と出力電力の関係式や、伝送路のインピーダンス、そして、許容される反射波比率（例えば最大２０％や１０％）と伝送波検出部２１０の結合比を用いて計算してもよいし、実際の装置で、数種の強度指令値を与えて動作させることで検波情報を得て実験的に求めてもよい。

なお、異常ではなくても、インピーダンスの多少の不整合はあり得ることであり、伝送路内でのインピーダンスの不均一もあって、多少の反射波の発生や定在波の存在はある。しかし、上述の異常が発生した場合は基準値から大きく解離するため、発生した反射波を基準値と比較することで異常の有無の判断に資するといえる。

また、アナログ電圧で比較する場合、検波情報比較部２１２は、上述のように図４に示すような構成とすればよい。あるいは、検波情報をＡＤ変換すればデジタル値として扱ってもよく、この場合、基準情報もデジタル値で与えることになる。

＜比較情報による音響光学素子と伝送路の異常の検出＞
比較情報５１３はレーザ加工装置１００において、音響光学素子２０１、音響光学素子ドライバ２００、及び伝送路２０２の健全性、異常の有無の判断に用いる。

図８おいて、検出された反射波Ｐｒのレベルが高く、そのため、反射波の検波情報信号も設定した基準値を上回っている。

その原因が、伝送路２０２のインピーダンス不整合のように電力の伝送ロスを生じるものであれば、音響光学素子２０１に供給される高周波電力が低下しているため、回折効率も低くなり、図８に示すように、１次光出力も低下してしまう。本来、強度指令信号５０３で保証すべき１次光の出力レベルを下回ることになる。

あるいは、音響光学素子２０１自体が故障してしまった場合は、回折格子の形成そのものが保証できず、１次光出力が得られるかどうかの保証もない。

以上、反射波の検波情報信号を基準値と比較することにより、０次光や１次光の出力強度を測定することなしに、音響光学素子２０１や高周波ドライブ電力信号５０４を供給する伝送路の異常の有無を判断できることが分かる。本実施形態では、検波情報比較部２１２から出力された検波出力情報５１１は判断部３１０で異常の有無を判断する。正常か異常かの判断は、検波出力情報５１１の値が基準情報５１２の値に対して「小」であるかチェックすることで行う。検波出力情報５１１の値の方が小さい場合は正常である。検波出力情報５１１の値の方が大きい場合は異常が発生したと判断する。

＜第１例目と第２例目共通の異常判断工程を含むレーザ加工方法の例示＞
本実施形態の構成では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間は何時でも伝送路２０２で伝送される進行波の異常診断が可能である。あるいは、本実施形態の構成では、当該期間に異常診断を反射波を検出することで行う構成とすることもできる。よって、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間の全部、またはその内の所定の割合の期間、または、当該期間内の特定の時刻に、比較情報５１３を取得することで異常の有無を判断する。

なお、異常の有無を判断する期間を明確にし外乱を除去するように、ＡＯＭ動作指令信号５０２に同期したパルスタイマを設け、パルスタイマがオンの期間だけ比較器のゲートをイネーブルにするようにしても良い。

以下、上述の異常判断を工程として含むレーザ加工方法を幾つか列挙する。これらは、第１例目の構成と第２例目の構成のレーザ加工方法で共通である。

（１）レーザ出力指令のオン時に判断、即、対応
本実施形態の構成では、レーザ加工用にレーザ光を照射するたびにＡＯＭ動作指令信号５０２をオンにする期間が存在する。この加工方法では、そのたびに異常の有無を判断する。つまり、レーザ加工中のレーザ光の照射全てに異常診断を行うことになる。比較情報５１３から正常と判断されれば、通常のレーザ加工動作を続行する。

逆に、異常を検出すると、制御装置３００は警報部３０４より警報信号５０６を出力し、警報機１５０によって異常発生を操作者に伝える。同時に、レーザ加工装置１００を停止することで不良を流出させるリスクを避けることができる。

また、レーザ加工装置１００の停止は１回の異常検出で行うのではなく、所定の回数を超えてから行ってもよい。

（２）レーザ出力指令のオン時に判断、加工終了後に異常箇所提示
レーザ照射時の全てのＡＯＭ動作指令信号５０２がオンの期間に、正常か異常かを判断するが、その回数をカウントしておき、ＡＯＭ動作指令信号５０２のパルス数と比較して、レーザ加工終了時に異常の有無を報知するようにする。全く異常がなければ、ＡＯＭ動作指令信号５０２のパルス数と、正常と判断した回数は一致する。

逆に、一致しない場合は１または複数の箇所で異常が発生しているので、何回目のＡＯＭ動作指令信号５０２で異常と判断されたかを警報機１５０を通じて作業者に報知する。この場合、加工終了後に被加工物の異常箇所の検査を行え、多面取り加工の場合、一部は不良として廃棄しても、正常に加工された部分は良品として用いることができる。

（３）レーザ照射開始前に判断、異常の提示
そもそも本発明は、レーザ光の照射とは無関係に、音響光学素子２０１や音響光学素子ドライバ２００や伝送路２０２の健全性、異常の有無を診断できるものである。このレーザ加工方法では、レーザ加工を開始する前、あるいは、被加工物を搬送中、レーザ発振器のアイドリング中など、レーザ照射開始前に、１または複数回、ＡＯＭ動作指令信号５０２をテスト的に出力し、比較情報５１３から異常診断を行う。

かかるテストで正常と判断されれば、通常通りにレーザ加工を行う。逆に、異常を検出すると、制御装置３００は警報部３０４より警報信号５０６を出力し、警報機１５０によって異常発生を操作者に伝える。同時に、レーザ加工装置１００をレーザ照射前に停止することで不良を発生させるリスクを避けることができる。

なお、（１）〜（３）の工程を独立で記載したが、当然、それぞれを組み合わせて一連のレーザ加工方法の工程に含めることができる。

以上に述べたように、本実施の形態のレーザ加工装置によれば、伝達波検出部で進行波を検出し検波した信号と、所定通りのドライブ状態か判定するための基準情報とを比較することで、十分な強度のドライブ信号が異常なく伝送路から供給されているか否かが分かり、伝達波検出部で反射波を検出し検波した信号と、所定以下のレベルであるか判定するための基準情報とを比較することで、音響光学素子や伝送路の異常がわかるので、音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資することができる。

なお、検波情報比較部２１２を独立した構成要素として説明したが、当該構成の全て、あるいは一部を制御装置３００の機能構成としてもよい。また、基準情報設定・比較・判断などの機能をハードウエアとして構成してもよく、一連の制御アルゴリズムに組み込んでソフトウエアで構成してもよい。

（実施の形態２）
本発明のレーザ加工装置の第２の実施形態について、図を用いて説明する。第１の実施形態と説明が重複する点については簡略化、あるいは省略し、異なる箇所について説明するものとする。また、符号については同一構成については同一の番号を付している。

図９は本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成を示した概念図である。実施の形態１と異なる点は、伝送路２０２に、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に伝送される進行波を検出する進行波検出部２４０と、音響光学素子２０１から音響光学素子ドライバ２００に向かう反射波を検出する反射波検出部２５０の双方を備えていることにある。それに伴い、検波部、検波情報比較部なども２系統具備する点でも異なる。

なお、実施の形態１で示した図１及び図６と構成が同じ要素には同一の符号を付している。なお、同一の構成要素では、その説明を省略することもある。

図９において、レーザ発振器１１０、光学調整部１１１、音響光学素子２０１、音響光学素子ドライバ２００、伝送路２０２、音響光学素子２０１のオン・オフによって生じる１次光１２２と０次光１２１、１次光１２２が加工に用いられること、０次光１２１はビームダンパ１１２に吸収されること、ミラー１１３、ガルバノスキャナ１１４、ｆθレンズ１１５、被加工物１１６、加工テーブル１１７、警報機１５０については、上述の実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。

進行波検出部２４０は、伝送路２０２の途中に設置され、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に向かって伝送される進行波を検出するように設定されている。反射波検出部２５０は、逆に、音響光学素子ドライバ２００から音響光学素子２０１に向かう反射波を検出するように設定されている。ともに、方向性結合器を用いるとよく、結合比は２０ｄＢ程度で、経験上１０ｄＢ〜４０ｄＢであれば十分にＳ／Ｎ比を持った検出信号を得ることができる。

なお、進行波検出部２４０と反射波検出部２５０を一体の方向性結合器で構成することが好ましい。この場合は、双方の結合比を揃えやすく、レベルを比較する場合の精度向上が見込める。

検波部も２系統備えている。第１の検波部２４１は検出された進行波Ｐｆを検波して第１の検波出力情報５４１を出力する。第２の検波部２５１は検出された反射波Ｐｒを検波して第２の検波出力情報５５１を出力する。それぞれの構成・機能については、実施の形態１と同じである。

検波情報比較部も同様に２系統備えている。第１の検波情報比較部２４２は、第１の検波部２４１が出力する第１の検波出力情報５４１を別途与えられる第１の基準情報５４２と比較して第１の比較情報５４３を出力する。第２の検波情報比較部２５２は、第２の検波部２５１が出力する第２の検波出力情報５５１を別途与えられる第２の基準情報５５２と比較して第２の比較情報５５３を出力する。それぞれの構成・機能については、実施の形態１と同じであり、比較する信号がアナログ電圧はデジタル値か限定はされない。

制御装置３００も、一定のプログラムに従って装置の制御を行うものであり、その制御機能として、パルス制御部３０１や、強度指示部３０２、検波情報比較部２１２の比較情報５１３を受けて音響光学素子２０１や伝送路２０２などの異常を判断する判断部３１０、検波情報比較部に対して基準情報５１２を与える基準情報設定部３１１、ガルバノ制御部３０３、警報部３０４を備える。構成については実施の形態１と同じである。

異なる点は、判断部と基準情報設定部も２系統備えていることにある。第１の判断部３４０は第１の比較情報５４３より音響光学素子２０１や伝送路２０２などの異常を判断する。比較のための第１の基準情報５４２は第１の基準情報設定部３５１より出力する。第２の判断部３５０は第２の比較情報５５３より音響光学素子２０１や伝送路２０２などの異常を判断する。比較のための第２の基準情報５５２は第２の基準情報設定部３５２より出力する。それぞれの構成・機能については、実施の形態１と同じである。

＜レーザ加工装置の動作＞
以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について、図９に加え、タイミングチャートを示して説明を行う。なお、説明を省略している箇所は、実施の形態１と同じであるので省略している。

図１０は本発明の実施の形態２に係る音響光学素子が正常にドライブされ配線も含め正常に動作している場合の信号の状態を示すタイミングチャートである。図１０において、横軸は時刻の経過を示し、縦軸はそれぞれの信号の変化を示している。時刻の範囲は、レーザ光を１パルス照射する期間を示している。

パルス制御部３０１よりレーザ発振器１１０に対してレーザ出力指令信号５０１が発せられる。レーザ発振器１１０にレーザ出力指令信号５０１のパルス信号が入力されると、レーザ発振器１１０の特性で決定される一定の遅延時間の後、レーザパルスがレーザ発振器１１０から出力される。

パルス制御部３０１は、音響光学素子ドライバ２００にも一定のタイミングでＡＯＭ動作指令信号５０２を出力する。音響光学素子ドライバ２００は、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間だけ高周波ドライブ電力信号５０４を出力する。高周波ドライブ電力信号５０４は音響光学素子２０１に回折格子を形成する数１０ＭＨｚの高周波信号であり、その出力レベルは、制御装置３００の強度指示部３０２より予め設定しており、音響光学素子ドライバ２００にはアナログ電圧の強度指令信号５０３として入力している。

なお、本実施の形態で示す構成でも、音響光学素子ドライバ２００に対し、出力指令と強度指令を別に制御している例を示しているが、音響光学素子ドライバ２００の出力イネーブル入力を常にオン状態にし、出力強度を制御するアナログ入力に、強度指示電圧をオン電圧とするパルス信号を入力することで、出力指令と強度指令を同時に制御するようにしてもよい。

音響光学素子２０１は、高周波ドライブ電力信号５０４が入力されると回折格子を形成し、１次光１２２が発生する。１次光１２２が発生するまでのレーザ光１２０は全て回折されずに０次光１２１として音響光学素子２０１を通過する。その状態を、図１０の「０次光出力」と「１次光出力」に示している。

制御装置３００は、加工に必要な一定期間経過後、ＡＯＭ動作指令信号５０２をオフにする。これにより、高周波ドライブ電力信号５０４の出力も止まり、１次光１２２の出力も停止する。ほぼ同時にレーザ出力指令信号５０１もオフにする。これにより、レーザ発振器１１０も一定の立ち下がりの過渡出力後にレーザパルス出力を停止する。レーザパルスの立ち下がりの過渡出力の間は、音響光学素子２０１はオフとなっているので、その出力は全て０次光として出力される。

以上、図１０に示すように、レーザ発振器１１０のレーザパルス出力は、一定の立ち上がり・立ち下がりの特性を有しているが、音響光学素子２０１の１次光１２２を加工に用いることで、シャープなパルス特性を持ったレーザ光で加工することができる。

＜進行波及び反射波の検出と音響光学素子のドライブについて＞
更に、音響光学素子の駆動について詳細に説明する。

伝送路２０２の途中に設置された進行波検出部２４０は、伝送路２０２に高周波ドライブ電力信号５０４が出力されると、その信号強度に対応した進行波を検出する。結合比が一定であるか、高周波の周波数が一定であれば、検出された進行波Ｐｆの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に概比例する。図１０に示す例では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間だけ高周波ドライブ電力信号５０４が出力されるので、同期間、進行波検出部２４０は進行波を検出する。

なお、音響光学素子ドライバ２００の出力は５０Ω系の伝送路２０２で伝送されるので、電力を５０Ωで除算した値の平方根の電圧が出力されている。従って、「高周波電力のしきい値」の電圧が検出可能であれば十分なＳ／Ｎ比を持った検出信号を得ることができる。これまでの経験上１０〜４０ｄＢ程度の結合比である方向性結合器を設置することで、容易に検出できる信号強度を得ることができる。

検出された進行波Ｐｆの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に概比例している。高周波ドライブ電力信号５０４の強度は、音響光学素子ドライバ２００に与えられた強度指令信号５０３に概比例している。よって、検波部２１１で検出された進行波Ｐｆを検波すれば、強度指令信号５０３の指令値に概比例したオン電圧を有するＡＯＭ動作指令信号５０２と相似なパルス状の信号を得ることができる。この信号を「進行波の検波情報信号」として図１０に示している。

反射波に関しては、異常が無いと判断できる場合、例えば、終端及び伝送路のインピーダンスが完全にマッチングが取られており、伝送路途中にインピーダンスの不連続や漏えい等の異常もなく、音響光学素子２０１も供給された高周波電力を正常に変換・吸収しているならば、反射波はほとんど生じない。図１０に示す例では、そのような異常のない状態の一例を示している。ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間、反射波は高周波ドライブ電力信号５０４の立上りでわずかに存在するが、以降ほとんど生じることがない。

よって、反射波の検波情報信号もほとんど基底値（０値）であり、高周波電力も音響光学素子２０１に損失がほとんどなく供給されるので、所定の回折効率で１次光出力が得られる。

＜比較情報による音響光学素子へのドライブ異常の検出＞
第１の検波情報比較部２４２では、進行波の検波情報と予め設定した基準値を比較する。基準値は、最低保証すべき高周波ドライブ電力信号５０４の強度、ひいては、強度指令信号５０３に応じて定める。具体値の導出には、音響光学素子ドライバ２００の強度指令値と出力電力の関係式や、伝送路のインピーダンス、そして、伝送波検出部２１０の結合比を用いて計算してもよいし、実際の装置で、数種の強度指令値を与えて動作させることで検波情報を得て実験的に求めてもよい。

第１の比較情報５４３はレーザ加工装置１００において、音響光学素子２０１、音響光学素子ドライバ２００、及び伝送路２０２の健全性、異常の有無の判断に用いる。

図１１は本発明の実施の形態２に係る進行波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャートである。本図において、図１０に示す場合と異なっているのは、検出された進行波Ｐｆのレベルが低いことである。そのため、その検波情報信号も、設定した基準値を下回っている。

検出された進行波Ｐｆのレベルが低くなる、即ち、高周波ドライブ電力信号５０４のレベルが低くなる原因としては、音響光学素子ドライバ２００自体の出力異常、伝送路２０２のインピーダンス不整合、高周波電力の途中漏洩等が考えられる。結果として、音響光学素子２０１に供給される高周波電力が低下しているため、回折効率も低くなり、図１１に示すように、１次光出力も低下してしまう。本来、強度指令信号５０３で保証すべき１次光の出力レベルを下回ることになる。

以上、１次光出力が正常に保証値を上回っている図１０の場合と、逆に、何らかの異常によって１次光出力が保証値を下回っている図１１の場合を見れば、進行波の検波情報信号を基準値と比較することにより、０次光や１次光の出力強度を測定することなしに、異常の有無を判断できることが分かる。本実施形態では、第１の検波情報比較部２４２から出力された第１の検波出力情報５４１は第１の判断部３４０で異常の有無を判断する。

本実施形態の構成では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間は何時でも伝送路２０２で伝送される進行波の異常診断が可能である。よって、当該期間の全部、または所定の割合の期間、または、当該期間内の特定の時刻に、第１の検波出力情報５４１の値が第１の基準情報５４２の値に対して「大」であるかチェックする。第１の検波出力情報５４１の値の方が大きい場合は正常である。第１の検波出力情報５４１の値の方が小さい場合は異常が発生したと判断する。

次に反射波の検出によって異常と判断される状態の１例を図１２に示す。図１２は本発明の実施の形態２に係る反射波により異常と判断される場合の信号の一例を示すタイミングチャートである。この例では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている間は高周波ドライブ電力信号５０４が出力されて伝送路２０２には進行波を生じ、伝送路２０２や音響光学素子２０１の異常によって同時に反射波も生じている。

反射波に関し、何らかの異常がある場合、例えば、終端インピーダンスの不整合、伝送路のインピーダンスと終端とのミスマッチング、伝送路途中のインピーダンスの不連続や電力漏洩漏えい、そもそもの音響光学素子２０１の故障といった要因がある場合は、伝送路２０２に一定以上の反射波が観測され、伝送電力のロスや回折格子の形成不全を生じ、必要なレベルの１次光１２２を得ることができなくなる。

検出された反射波Ｐｒの強度は高周波ドライブ電力信号５０４の強度に対応して増減する。高周波ドライブ電力信号５０４の強度は、音響光学素子ドライバ２００に与えられた強度指令信号５０３に概比例している。よって、第２の検波部２５１で検出された反射波Ｐｒの検波情報信号を強度指令信号５０３に応じて定めた基準値と比較すれば、反射波が異常なレベルで発生しているか否かを判断できる。

第２の検波情報比較部２５２では、この反射波の検波情報と予め設定した基準値を比較する。基準値は、進行波に対して最低保証すべき反射波比率から定める。具体的には、進行波の強度と比例関係にある強度指令信号５０３に応じて定めればよい。導出方法としては、音響光学素子ドライバ２００の強度指令値と出力電力の関係式や、伝送路のインピーダンス、そして、許容される反射波比率（例えば最大２０％や１０％）と伝送波検出部２１０の結合比を用いて計算してもよいし、実際の装置で、数種の強度指令値を与えて動作させることで検波情報を得て実験的に求めてもよい。

なお、異常ではなくても、インピーダンスの多少の不整合はあり得ることであり、伝送路内でのインピーダンスの不均一もあって、多少の反射波の発生や定在波の存在はある。しかし、上述の異常が発生した場合は基準値から大きく解離するため、発生した反射波を基準値と比較することで異常の有無の判断に資するといえる。

図１２に示す１例では、検出された反射波Ｐｒのレベルが高く、そのため、反射波の検波情報信号も設定した基準値を上回っている。

その原因が、伝送路２０２のインピーダンス不整合のように電力の伝送ロスを生じるものであれば、音響光学素子２０１に供給される高周波電力が低下しているため、回折効率も低くなり、図１２に示すように、１次光出力も低下してしまう。本来、強度指令信号５０３で保証すべき１次光の出力レベルを下回ることになる。

あるいは、音響光学素子２０１自体が故障してしまった場合は、回折格子の形成そのものが保証できず、１次光出力が得られるかどうかの保証もない。

以上、反射波の検波情報信号を基準値と比較することにより、０次光や１次光の出力強度を測定することなしに、音響光学素子２０１や高周波ドライブ電力信号５０４を供給する伝送路の異常の有無を判断できることが分かる。本実施形態では、第２の検波情報比較部２５２から出力された第２の検波出力情報５５１は第２の判断部３５０で異常の有無を判断する。

本実施形態の構成では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間は何時でも伝送路２０２で伝送される反射波による異常診断が可能である。よって、当該期間の全部、または所定の割合の期間、または、当該期間内の特定の時刻に、第２の検波出力情報５５１の値が第２の基準情報５５２の値に対して「小」であるかチェックする。第２の検波出力情報５５１の値の方が小さい場合は正常である。第２の検波出力情報５５１の値の方が大きい場合は異常が発生したと判断する。

なお、アナログ電圧で比較する場合、第１の検波情報比較部２４２や第２の検波情報比較部２５２は、実施の形態１で説明した図４に示すような構成とすればよい。あるいは、検波情報をＡＤ変換すればデジタル値として扱ってもよく、この場合、基準情報もデジタル値で与えることになる。

＜異常判断工程を含むレーザ加工方法の例示＞
本実施形態の構成では、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間は何時でも伝送路２０２で伝送される進行波による異常診断が可能である。さらに、当該期間に反射波を検出することによる異常診断を同時に行うこともできる。よって、ＡＯＭ動作指令信号５０２がオンになっている期間の全部、またはその内の所定の割合の期間、または、当該期間内の特定の時刻に、第１の比較情報５４３と第２の比較情報５５３を取得することで異常の有無を判断する。

なお、異常の有無を判断する期間を明確にし外乱を除去するように、ＡＯＭ動作指令信号５０２に同期したパルスタイマを設け、パルスタイマがオンの期間だけ比較器のゲートをイネーブルにするようにしても良い。

以下、上述の異常判断を工程として含むレーザ加工方法を幾つか列挙する。これらは、実施の形態１の構成におけるレーザ加工方法と同じである。

（１）レーザ出力指令のオン時に判断、即、対応
本実施形態の構成では、レーザ加工用にレーザ光を照射するたびにＡＯＭ動作指令信号５０２をオンにする期間が存在する。この加工方法では、そのたびに異常の有無を判断する。つまり、レーザ加工中のレーザ光の照射全てに異常診断を行うことになる。第１の比較情報５４３と第２の比較情報５５３から共に正常と判断されれば、通常のレーザ加工動作を続行する。

逆に、異常を検出すると、制御装置３００は警報部３０４より警報信号５０６を出力し、警報機１５０によって異常発生を操作者に伝える。同時に、レーザ加工装置１００を停止することで不良を流出させるリスクを避けることができる。

なお、レーザ加工装置１００の停止は１回の異常検出で行うのではなく、所定の回数を超えてから行ってもよい。

（２）レーザ出力指令のオン時に判断、加工終了後に異常箇所提示
レーザ照射時の全てのＡＯＭ動作指令信号５０２がオンの期間に、正常か異常かを判断するが、その回数をカウントしておき、ＡＯＭ動作指令信号５０２のパルス数と比較して、レーザ加工終了時に異常の有無を報知するようにする。全く異常がなければ、ＡＯＭ動作指令信号５０２のパルス数と、正常と判断した回数は一致する。

逆に、一致しない場合は１または複数の箇所で異常が発生しているので、何回目のＡＯＭ動作指令信号５０２で異常と判断されたかを警報機１５０を通じて作業者に報知する。この場合、加工終了後に被加工物の異常箇所の検査を行え、多面取り加工の場合、一部は不良として廃棄しても、正常に加工された部分は良品として用いることができる。

（３）レーザ照射開始前に判断、異常の提示
そもそも本発明は、レーザ光の照射とは無関係に、音響光学素子２０１や音響光学素子ドライバ２００や伝送路２０２の健全性、異常の有無を診断できるものである。このレーザ加工方法では、レーザ加工を開始する前、あるいは、被加工物を搬送中、レーザ発振器のアイドリング中など、レーザ照射開始前に、１または複数回、ＡＯＭ動作指令信号５０２をテスト的に出力し、第１の比較情報５４３と第２の比較情報５５３を取得することで異常診断を行う。

かかるテストで正常と判断されれば、通常通りにレーザ加工を行う。逆に、異常を検出すると、制御装置３００は警報部３０４より警報信号５０６を出力し、警報機１５０によって異常発生を操作者に伝える。同時に、レーザ加工装置１００をレーザ照射前に停止することで不良を発生させるリスクを避けることができる。

なお、（１）〜（３）の工程を独立で記載したが、当然、それぞれを組み合わせて一連のレーザ加工方法の工程に含めることができる。

以上に述べたように、本実施の形態のレーザ加工装置によれば、伝達波検出部で進行波を検出し検波した信号と、所定通りのドライブ状態か判定するための基準情報とを比較することで、十分な強度のドライブ信号が異常なく伝送路から供給されているか否かが分かり、同時に、伝達波検出部で反射波を検出し検波した信号と、所定以下のレベルであるか判定するための基準情報とを比較することで、音響光学素子や伝送路の異常がわかるので、音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資することができる。

＜レーザ加工装置の変形例＞
本実施の形態において、構成の一部が異なる変形例を図面でもって説明する。

図１３は本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の変形例の構成を示した概念図である。図９と異なる点は、反射波による異常判断に関し、比較に用いる第２の基準情報５５２を第１の検波部２４１の検波出力電圧に一定の比率をかけて定めている点である。なお、図９と構成が同じ要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述のように、第２の検波情報比較部２５２では、検出された反射波Ｐｒの検波情報と第２の基準情報５５２を比較している。第２の基準情報５５２の値は、進行波に対して最低保証すべき反射波比率から定める。ゆえに、検出された進行波Ｐｆの検波情報に許容される反射波比率（例えば最大２０％や１０％）を乗じて基準値とし、これと検出された反射波Ｐｒの検波情報の値を比較すれば、直接的に、伝送路２０２内の反射波が進行波に対して所定の割合以下かどうかを判定できる。

なお、第１の検波出力情報５４１がアナログ電圧であれば、所定の比率に乗算する乗算器２５３（分圧器でも可）を用いればよい。

また、進行波検出部２４０と反射波検出部２５０を一体の方向性結合器で構成することが好ましい。この場合は、双方の結合比を揃えやすく、レベルを比較する場合の精度向上が見込める。

なお、検波情報比較部２１２を独立した構成要素として説明したが、当該構成の全て、あるいは一部を制御装置３００の機能構成としてもよい。また、基準情報設定・比較・判断などの機能をハードウエアとして構成してもよく、一連の制御アルゴリズムに組み込んでソフトウエアで構成してもよい。

本発明にかかるレーザ加工装置は、音響光学素子の動作とドライブが常時適正に行われているか診断することを可能とし、ひいては、レーザ加工の品質の向上に資することができるものであり、音響光学素子を備えたレーザ加工装置等において有用である。

１００ レーザ加工装置
１１０ レーザ発振器
１１１ 光学調整部
１１２ ビームダンパ
１１３ ミラー
１１４ ガルバノスキャナ
１１５ ｆθレンズ
１１６ 被加工物
１１７ 加工テーブル
１２０ レーザ光
１２１ ０次光
１２２ １次光
１５０ 警報機
２００ 音響光学素子ドライバ
２０１ 音響光学素子
２０２ 伝送路
２１０ 伝送波検出部
２１１ 検波部
２１２ 検波情報比較部
２１３ 比較器
２４０ 進行波検出部
２４１ 第１の検波部
２４２ 第１の検波情報比較部
２５０ 反射波検出部
２５１ 第２の検波部
２５２ 第２の検波情報比較部
２５３ 乗算器
３００ 制御装置
３０１ パルス制御部
３０２ 強度指示部
３１０ 判断部
３４０ 第１の判断部
３５０ 第２の判断部
３１１ 基準情報設定部
３５１ 第１の基準情報設定部
３５２ 第２の基準情報設定部
３０３ ガルバノ制御部
３０４ 警報部
５０１ レーザ出力指令信号
５０２ ＡＯＭ動作指令信号
５０３ 強度指令信号
５０４ 高周波ドライブ電力信号
５０５ ガルバノ制御信号
５０６ 警報信号
５１１ 検波出力情報
５１２ 基準情報
５１３ 比較情報
５４１ 第１の検波出力情報
５５１ 第２の検波出力情報
５４２ 第１の基準情報
５５２ 第２の基準情報
５４３ 第１の比較情報
５５３ 第２の比較情報
５６１ 検波出力電圧
５６２ 基準電圧
Ｐｆ 検出された進行波
Ｐｒ 検出された反射波

Claims (13)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を透過・偏向する音響光学素子と、
   パルス状の動作指令信号を入力とし、高周波ドライブ電力を前記音響光学素子に供給する音響光学素子ドライバと、
   前記音響光学素子ドライバと前記音響光学素子を結ぶ伝送路に設けられた伝達波検出部と、
   前記伝達波検出部の出力を検波する検波部と、
   前記検波部の検波出力情報と基準情報を比較し比較情報を出力する検波情報比較部と、
   前記比較情報に基づいて異常の有無を判断する判断部を備えたレーザ加工装置。
2. 前記伝達波検出部が、前記音響光学素子ドライバから前記音響光学素子に向かって伝送される進行波を検出するように設定され、
   前記検波情報比較部が、前記検波部の検波出力電圧と、予め定めた基準電圧を比較する比較器を備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記伝達波検出部が、前記音響光学素子から前記音響光学素子ドライバに向かって伝送される反射波を検出するように設定され、
   前記検波情報比較部が、前記検波部の検波出力電圧と、予め定めた基準電圧を比較する比較器を備えた請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記基準電圧が、前記高周波ドライブ電力の強度を規定する強度指令信号に基づいて定められた請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
5. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を透過・偏向する音響光学素子と、
   パルス状の動作指令信号を入力とし、高周波ドライブ電力を前記音響光学素子に供給する音響光学素子ドライバと、
   前記音響光学素子ドライバと前記音響光学素子を結ぶ伝送路に設置され、前記音響光学素子ドライバから前記音響光学素子に向かって伝送される進行波を検出する進行波検出部と、
   前記進行波検出部の出力を検波する第１の検波部と、
   前記第１の検波部の検波出力情報と第１の基準情報を比較し、第１の比較情報を出力する第１の検波情報比較部と、
   前記第１の比較情報に基づいて異常の有無を判断する第１の判断部と、
   前記音響光学素子ドライバと前記音響光学素子を結ぶ伝送路に設置され、前記音響光学素子から前記音響光学素子ドライバに向かって伝送される反射波を検出する反射波検出部と、
   前記反射波検出部の出力を検波する第２の検波部と、
   前記第２の検波部の検波出力情報と第２の基準情報を比較し第２の比較情報を出力する第２の検波情報比較部を
   前記第２の比較情報に基づいて異常の有無を判断する第２の判断部を備えたレーザ加工装置。
6. 前記第１の検波情報比較部が、前記第１の検波部の検波出力電圧と、予め定めた第１の基準電圧を比較する第１の比較器を備えた
   前記第２の検波情報比較部が、前記第２の検波部の検波出力電圧と、予め定めた第２の基準電圧を比較する第２の比較器を備えた請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記第１の基準電圧と前記第２の基準電圧が、前記高周波ドライブ電力の強度を規定する強度指令信号に基づいて定められた請求項５に記載のレーザ加工装置。
8. 前記第２の基準電圧が、前記第１の検波部の検波出力電圧に一定の比率をかけて定められた請求項５に記載のレーザ加工装置。
9. 前記進行波検出部と前記反射波検出部を一体の方向性結合器で構成した請求項５から８のいずれかに記載のレーザ加工装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のレーザ加工装置による加工方法であって、
    前記基準情報を設定する工程と、
    前記音響光学素子ドライバに対する動作指令信号を一定時間オン期間とする工程と、
    前記オン期間に、前記検波出力情報と前記基準情報を比較する工程と、
    前記比較結果によって異常発生の有無を判断する工程を備えたレーザ加工方法。
11. 前記異常発生の有無の判断をレーザ光を出射するたびに行い、１回または所定の回数だけ異常と判断された場合は装置の動作を停止する請求項１０に記載のレーザ加工方法。
12. 前記異常発生の有無の判断をレーザ光を出射するたびに行い、正常と異常の回数をカウントしておき、前記音響光学素子ドライバへの動作指令信号のパルス数と比較して、レーザ加工終了時に異常の有無を報知する請求項１０に記載のレーザ加工方法。
13. レーザ照射開始前に前記音響光学素子ドライバへの動作指令信号を出力して前記異常発生の有無の判断を行い、異常と判断された場合は装置の動作を停止する請求項１０に記載のレーザ加工方法。
    

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