JP2016196029A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】保護ガラスや反射ミラーの損傷等を監視できるレーザ加工ヘッドを提供する。
【解決手段】プローブ光２を加工用レーザ３の入射方向とは異なる方向から保護ガラス５に入射させ、保護ガラス５を透過した透過光９の光強度を光検出素子１２で検出する。これにより、保護ガラス５に付着したヒューム等によって生じた透過率の減少を検知でき、保護ガラス５の損傷や汚れ等を検知できる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、レーザ加工ヘッドに具備された保護ガラスや反射ミラー等の汚れや損傷等をモニタリングする機能を備えたレーザ加工ヘッドに関する。

３ｋＷを超えるような高出力の加工用レーザを出射して行うレーザ加工作業では、加工用レーザが出射された被加工物の表面に生じた溶融池からヒュームやスパッタが発生して、それらが、加工用レーザの出射方向とは逆方向に向かって飛散する。また、レーザ加工ヘッドにおける加工用レーザの出射端には、集光レンズが設けられており、集光レンズによって焦点を結ばれた加工用レーザは、被加工物の表面の加工点に集光して結ばれるように構成されている。

高出力レーザに用いられている反射ミラー、集光レンズ等のレーザ光を反射させたり、屈折させたりするための光学系部品は高価である。そのため、反射ミラーや集光レンズをヒュームやスパッタ等の飛散物から保護するため、レーザ光の出射口における最終段に保護ガラスを配置した構成が一般的に採用されている。

保護ガラスは消耗品として用いられており、それ自体は高価なものではないが、保護ガラスにヒュームやスパッタ等が付着した場合には、保護ガラスの透過率が減少する。
飛散したスパッタやヒューム等によって保護ガラスが汚染された場合には、保護ガラスに局所的な熱膨張が生じて、保護ガラスに割れや焼損が生じる。保護ガラスに割れや焼損が生じると、保護ガラスにおける透過率は著しく減少することになり、被加工物に作用する加工用レーザからの入熱が減少することになり、レーザ加工における加工品質の低下や、加工品が劣化したりする問題が生じる。

ヒュームやスパッタ等の飛散物が、レーザ加工ヘッド内に配設した光学系部品を汚染するのを防止するため、集光レンズの下流側に保護ガラスを配置する構成に加えて集光レンズと被加工物の間にスリット状のガス出射口を配設した構成が採用されている。ガス出射口から大量のガスをレーザ光軸とほぼ直行する向きに噴出させることで、飛散物をレーザ加工ヘッド内に飛び込ませないで外部に吹き飛ばすことができる。

保護ガラスの汚染状態を検出するための検出方法としては、様々な検出方法が提案されている。特許文献１に記載された発明では、２枚の保護ガラスを備えた構成になっており、２枚の保護ガラス間を気密状態に構成している。そして、２枚の保護ガラス間に与圧を加えておき、圧力センサによってこの与圧を測定している。保護ガラス間における与圧の低下を検出した場合には、保護ガラスに割れが生じていることを検知できる。

特許文献２に記載された発明では、技術的内容は特許文献１とほぼ同様の内容になっており、２枚の保護ガラスを用いる代わりに、保護ガラスと集光レンズ間を気密状態に構成している。この気密状態にした保護ガラスと集光レンズ間に与圧を加えておき、圧力センサで与圧を測定することで、保護ガラスの破損を検知する構成になっている。

特許文献３に記載された発明では、保護ガラスの温度を測定しておき、測定した保護ガラスの温度上昇の割合を時間微分することにより、保護ガラスの損傷を予測する構成になっている。

特開２００１−３３４３８１号公報 特開２００４−２０２５３７号公報 特開２００６−０５５８７９号公報

特許文献１〜３に記載されたいずれの検出方法も、与圧の圧力変化を測定することで保護ガラスの割れを検出するものであったり、また、温度上昇の時間的変化を検出することで保護ガラスの損傷を予測するものである。そのため、これらの検出方法では、保護ガラスの光学的な特性とは直接関係ない、間接的に変化する物理量を測定することによって、保護ガラスの破損を検出したり、予測したりしている。

また、これらの検出方法では、加工用レーザが被加工物に対して出射されている状態でなければ、これらの物理量の変化を測定することはできない。例えば、レーザ加工ヘッドには、加工用レーザの向きを変える反射ミラーや、透過させて焦点を結ばせるレンズ群が存在しており、加工用レーザにおける高いレーザパワーからこれらの光学系部品を守るため、水冷構造が採用されている場合がある。

そして、外気の湿度が高い季節や雨天の日には、水冷によるレーザ加工ヘッドの温度低下によって、加工ヘッド内に結露が生じる可能性がある。結露が生じたことによって、光学系部品の透過率低下が発生する。

このように、特許文献１〜３に記載されたいずれの検出方法でも、保護ガラスの汚れや結露といった保護ガラスの状態を検出することは困難であり、保護ガラスの状態を検出する検出方法としては、十分な検出方法とは言えない。

また、特許文献３に記載された方法でも、加工用レーザを出射することによって、初めて温度変化の異常を検出することができるものであり、加工用レーザが出射されていないときには、保護ガラスの損傷を検出することはできない。
しかも、特許文献１〜３に記載されたいずれの検出方法でも、反射ミラーの汚れによって生じる反射率の低下を検出することはできない。

本発明に係る実施形態では、上述した問題を解決することができ、保護ガラスや反射ミラーの透過率や反射率を直接測定することによって、保護ガラスや反射ミラーの状態をモニタリングすることができ、保護ガラスや反射ミラーの損傷や汚れ等を検知できるレーザ加工ヘッドの提供を目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、集光レンズ及び保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、加工用レーザの入射方向とは異なる方向から前記保護ガラスに入射する第１プローブ光と、前記保護ガラスを透過した透過光の光強度を検出する第１光検出素子と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、前記反射ミラーの裏面に対して直交する方向から入射する第２プローブ光と、前記反射ミラーを透過した透過光の光強度を検出する第２光検出素子と、を備えたことを特徴とする。

更に、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、加工用レーザの入射方向とは異なる方向から前記保護ガラスに入射する第１プローブ光と、前記保護ガラスを透過した前記第１プローブ光の透過光の光強度を検出する第１光検出素子と、前記反射ミラーの裏面に対して直交する方向から入射する第２プローブ光と、前記反射ミラーを透過した前記第２プローブ光の透過光の光強度を検出する第２光検出素子と、を備えたことを特徴とする。

更にまた、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドは、反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、加工用レーザ光を発振するレーザ発振器に具備したガイド光からなる第３プローブ光と、前記保護ガラスの下流側に、反射位置と退避位置とに切り替え可能に配設した第２反射ミラーと、前記反射位置の前記第２反射ミラーで反射された前記第３プローブ光の反射光の光強度を検出する第３光検出素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドでは、保護ガラスや反射ミラーの透過率や反射率を直接測定することができ、保護ガラスや反射ミラーの状態をモニタリングすることによって保護ガラスや反射ミラー等の損傷や汚れ等などを検知することができる。

（ａ）、（ｂ）はレーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態１） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態２） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態３） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態４） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態５） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態６） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態７） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態８） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態９） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態１０） レーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態１１） 第２反射ミラーを反射位置にしたときのレーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態１２） 第２反射ミラーを退避位置にしたときのレーザ加工ヘッドの概略構成図である。（実施形態１２）

以下、本発明に係るレーザ加工ヘッドの実施形態の実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、共通する部材には同一の部材符号を付与して、重複する説明は適宜省略する。

［実施形態１］
（構成）
図１（ａ）、（ｂ）には、本実施形態における基本的な構成を示している。レーザ加工ヘッド１は、レーザ加工ヘッド１内に収容された集光レンズ４と保護ガラス５とを具備している。また、レーザ加工ヘッド１には、プローブ光２を発生させるプローブ光発生器６と、発生したプローブ光２をファイバコリメータ８に導く光ファイバ７と、ファイバコリメータ８から照射され、保護ガラス５を透過した透過光９の光強度を検出する第１光検出素子としての光検出素子１２が配設されている。

保護ガラス５を透過したプローブ光２の透過光９を、光検出素子１２に入射させる構成としては、図１（ａ）に示すようにレーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通って光検出素子１２に入射するように構成しておくことも、図１（ｂ）に示すように、第１光検出素子である光検出素子１２の受光部をレーザ加工ヘッド１内に露出させておく構成にしておくこともできる。

プローブ光発生器６としては、発光ダイオードや半導体レーザ発信器等を用いることができ、プローブ光発生器６で発生したプローブ光２は、加工用レーザ３の入射方向とは異なる方向から保護ガラス５に入射させることができる。また、プローブ光２の発光波長としては、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を持たせておくこともできる。

加工用レーザ３は、不図示のＹＡＧレーザ等のレーザ発振器から高出力のレーザとして出力される。この加工用レーザ３は、被加工物３０に対する切断加工、穿孔加工、溶接加工等を行うことができる。

図示は省略しているが、加工用レーザ３によって被加工物３０に生じた溶融部から発生したプルームやヒューム、スパッタ等を飛ばし、加工箇所をシールドするシールドガスを用いることができる。シールドガスは、保護ガラス５の下流側から供給する構成にすることも、集光レンズ４の上流側から供給する構成にすることもできる。

なお、集光レンズ４の上流側からシールドガスを供給する構成の場合には、集光レンズ４の保持部や保護ガラス５の保持部にシールドガスが通過できるスリット等を形成しておくことができる。

（作用、効果）
加工用レーザ３は、集光レンズ４によって被加工物３０上で集光するように構成されているため、集光レンズ４の下流側に配設した保護ガラス５を透過する加工用レーザ３の透過領域としては、小さな領域になっている。なお、図１では、実施形態に係る構成を分かり易く示すため、透過領域を誇張して示している。この小さな領域内を透過したプローブ光２の光強度を検出することで、この領域における保護ガラス５の透過率を検出することができ、保護ガラスの透過率を常時監視してモニタリングすることができる。そして、透過率の減少を検知することで、保護ガラスの損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、保護ガラス５における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での透過率の減少を高精度で検知することができる。そして、保護ガラス５の透過率を高精度で常時監視してモニタリングすることにより、保護ガラス５の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態２］
図２を用いて、実施形態２に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１では、ファイバコリメータ８をレーザ加工ヘッド１に固定した構成について説明を行ったが、実施形態２では、ファイバコリメータ８がレーザ加工ヘッド１に対して可動に構成されている。

また、保護ガラス５を透過したプローブ光２の光強度を検出するのに、実施形態１では第１光検出素子として光検出素子１２を用いていたが、実施形態２では第１光検出素子として光検出アレイ素子１３を用いている。この点で、実施形態１における構成とは異なった構成になっているが、他の構成は、実施形態１と同様の構成になっている。そこで、実施形態１で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図２に示すように、ファイバコリメータ８はオシレータ１５に取り付けられており、オシレータ１５を作動させることで、ファイバコリメータ８は往復直線運動や往復揺動運動を行うことができる。ファイバコリメータ８を往復直線運動させることにより、図２に示すプローブ光２を往復平行移動させることができる。また、往復揺動運動を行わせることにより、ファイバコリメータ８の先端部側を首振り運動させることができる。そして、プローブ光２で走査できる保護ガラス５の領域を広げることができる。

ファイバコリメータ８にこのような往復運動を行わせるため、レーザ加工ヘッド１にはファイバコリメータ８の往復運動を許容する従来から公知の取付構造、例えば、蛇腹や可撓性ゴム等を用いた取付構造を採用することができる。図示例では、この取付構造の図示は省略している。

保護ガラス５を透過した透過光９が、往復運動した透過光９になるため、透過光の光強度を画像として検出するために光検出アレイ素子１３を用いている。光検出アレイ素子１３で検出された信号は、画像処理装置１４に送って、画像のパターン解析を行う。画像処理装置１４としては、従来から公知の画像処理装置を用いることができる。

なお、図２では、レーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９を光検出アレイ素子１３で検出する構成になっているが、実施形態１の図１（ｂ）に示すように、光検出アレイ素子１３の受光部をレーザ加工ヘッド１内に露出させた構成にしておくこともできる。

（作用、効果）
画像処理装置１４における画像のパターン解析としては、オシレータ１５における１周期の往復運動を画像解析における１周期として解析を行い、前周期で解析を行った画像パターンと現在の周期で解析を行った画像パターンを比較し、両者の差異を検出する。これによって、保護ガラス５の透過率の減少を検知することができ、保護ガラス５の透過率を広い走査領域に亘って常時監視してモニタリングすることができる。そして、保護ガラス５の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、保護ガラス５における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での透過率の減少を検知することができる。そして、保護ガラス５の透過率を高精度で常時監視してモニタリングすることにより、保護ガラス５の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態３］
図３を用いて、実施形態３に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１では、保護ガラス５を透過した透過光９を光検出素子１２で検出する構成について説明を行ったが、実施形態３では、光検出素子１２の前面にバンドパスフィルター１７を設け、バンドパスフィルター１７の前面にコリメータ１６を設けた構成になっている。この点で、実施形態１における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態１と同様の構成になっている。そして、実施形態１で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図３に示すように、光検出素子１２の前面には、バンドパスフィルター１７が設けられており、バンドパスフィルター１７の前面にはコリメータ１６が配設されている。
なお、図３では、コリメータ１６の一部がレーザ加工ヘッド１の内部に露出した構成になっているが、実施形態１の図１（ａ）に示すようにレーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９がコリメータ１６に入射するように構成しておくこともできる。

（作用、効果）
コリメータ１６を設けたことにより、保護ガラス５を透過したプローブ光２の迷光を防ぐことができる。また、バンドパスフィルター１７を設けたことにより、コリメータ１６で平行光線となったプローブ光２の波長帯のみを透過させることができる。これにより、迷光していない透過光９の光強度を検出することができ、保護ガラス５の透過率を常時監視してモニタリングすることができる。そして、保護ガラス５の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、保護ガラス５における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での透過率の減少を検知することができる。そして、保護ガラス５の透過率を高精度で常時監視してモニタリングすることにより、保護ガラス５の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態４］
図４を用いて、実施形態４に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１では、ファイバコリメータ８によって平行光線になったプローブ光２を用いた構成について説明を行ったが、実施形態４では、光ファイバ７の出射端からプローブ光２が広がるように構成している。また、保護ガラス５を透過した透過光９の光強度を検出するため第１光検出素子としての光検出アレイ素子１３を設けた構成になっている。

この点で、実施形態１における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態１と同様の構成になっている。そして、実施形態１で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図４に示すように、プローブ光発生器６に接続した光ファイバ７は、レーザ加工ヘッド１内に挿入されている。レーザ加工ヘッド１には、保護ガラス５を透過した透過光９を通過させるための透過窓１０が配設されている。透過光９の光強度を検出する光検出アレイ素子１３の前面には、偏光フィルター１８が配設されている。

なお、図４では、レーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９が透過窓１０を通過できる構成になっているが、実施形態１の図１（ｂ）に示すように、偏光フィルター１８の一部をレーザ加工ヘッド１の内部に露出した構成にしておくこともできる。

（作用、効果）
プローブ光２が光ファイバ７の出射端から広がるように構成されているので、プローブ光２は保護ガラス５の広い領域を透過することができる。保護ガラス５にスパッタやヒューム等が付着した場合には、付着した物体によって画像パターンに影が生じる、あるいは、付着した物体の旋光性によって、偏光フィルター１８透過時の画像パターンが変化する。この画像パターンに生じた影や変化を光検出アレイ素子１３で検出し、画像処理装置１４で画像のパターン解析を行うことで、保護ガラス５の状態を常時監視してモニタリングすることができる。そして、保護ガラス５の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、保護ガラス５における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での透過率の減少を検知することができる。そして、保護ガラス５の透過率を高精度で常時監視してモニタリングすることにより、保護ガラス５の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態５］
図５を用いて、実施形態５に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１〜４では、保護ガラス５をレーザ加工ヘッド１内に配設した構成について説明を行ったが、実施形態５では、保護ガラス５を複数設けておき、各保護ガラス５をレーザ加工ヘッド１内の設置位置にオートチェンジさせることができる構成になっている。

この点で、実施形態１〜４における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態１〜４における構成と同様の構成になっている。そして、実施形態１〜４で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
複数の保護ガラス５が、保護ガラス自動交換器としてのリボルバー２１上に配設されており、リボルバー２１を間欠回転させて位置決めを行う駆動モータ２２が配設されている。リボルバー２１をレーザ加工ヘッド１内に挿入させた開口部には、リボルバー２１との間を気密状態にシールするシール部材２５が配設されている。

（作用、効果）
保護ガラス５は、リボルバー２１上に複数枚以上用意されており、光検出素子１２によって、透過光９の光強度の減少が検知された場合には、保護ガラス５の透過率が減少したものとして、駆動モータ２２を間欠駆動させてリボルバー２１を所定の回転角度だけ回転させる。これにより、レーザ加工ヘッド１内に配設する保護ガラス５を新たな保護ガラス５に交換することができる。これによって、保護ガラス５の状態を常に汚れや損傷のない良好な状態に保つことができる。

［実施形態６］
図６を用いて、実施形態６に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１〜５では、保護ガラス５の透過率を保護ガラス５に入射したプローブ光２で検出する構成になっていた。以下で説明する実施形態６〜１０では、加工用レーザ３を被加工物３０側に反射させる反射ミラー１１の汚れを検出する構成になっている。この点で、実施形態１〜５における構成と、実施形態６〜１０における構成とは異なっている。

他の構成は、実施形態１〜５における構成と同様の構成になっている。そして、実施形態１〜５で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図６に示すように、レーザ加工ヘッド１には、加工用レーザ３を被加工物３０側に反射させる反射ミラー１１が配設されており、反射ミラー１１の汚れを検出するため、第２プローブ光としてプローブ光２を用いている。また、プローブ光２を発生させるプローブ光発生器６と、発生したプローブ光２をファイバコリメータ８に導く光ファイバ７と、ファイバコリメータ８から反射ミラー１１の裏面側に入射して透過した透過光９の光強度を検出する第２光検出素子としての光検出素子１２が配設されている。そして、反射ミラー１１を透過した透過光９を光検出素子１２に導くため、光検出素子１２には、透過窓１０が配設されている。

なお、図６では、レーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９を光検出素子１２で検出する構成になっているが、実施形態１の図１（ｂ）に示すように、光検出素子１２の受光部をレーザ加工ヘッド１内に露出させた構成にしておくこともできる。

プローブ光２は、反射ミラー１１の裏面に対して直交する方向から、反射ミラー１１を透過するように入射される。反射ミラー１１を透過した透過光９は、透過窓１０を通って光検出素子１２に入力される。反射ミラー１１としては、鏡面の垂直軸と平行に入射した光を透過させ、鏡面の垂直軸に対して鋭角で入射した光を、垂直軸を線対称にして反射させることができる構成になっている。

（作用、効果）
反射ミラー１１を透過した透過光９の光強度を光検出素子１２で検出することにより、光強度が減少した状態を検知することができ、反射ミラー１１の汚れの有無を常時監視してモニタリングすることができる。そして、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、反射ミラー１１における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での反射率の減少を高精度で検知することができる。そして、反射ミラー１１の反射率を高精度で常時監視してモニタリングすることにより、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態７］
図７を用いて、実施形態７に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態６では、ファイバコリメータ８をレーザ加工ヘッド１に固定した構成について説明を行ったが、実施形態７では、ファイバコリメータ８がレーザ加工ヘッド１に対して可動に構成されている。また、反射ミラー１１を透過したプローブ光２の光強度を検出するのに、実施形態６では第２光検出素子として光検出素子１２を用いていたが、実施形態７では第２光検出素子として光検出アレイ素子１３を用いている。

この点で、実施形態６における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態６における構成と同様の構成になっている。そして、実施形態６で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図７に示すように、ファイバコリメータ８はオシレータ１５に取り付けられており、オシレータ１５を作動させることで、ファイバコリメータ８は往復直線運動や往復揺動運動を行うことができる。ファイバコリメータ８を往復直線運動させることにより、図７に示すプローブ光２を往復平行移動させることができる。また、往復揺動運動を行わせることにより、ファイバコリメータ８の先端部側を首振り運動させることができる。

ファイバコリメータ８をこのような往復運動を行わせるため、レーザ加工ヘッド１にはファイバコリメータ８の往復運動を許容する従来から公知の取付構造、例えば、蛇腹や可撓性ゴム等を用いた取付構造を採用することができる。この取付構造の図示は省略している。

反射ミラー１１を透過した透過光９が、往復運動した透過光９になるため、透過光の光強度を画像として検出する光検出アレイ素子１３を用いている。光検出アレイ素子１３で検出した信号は、画像処理装置１４に送って、画像のパターン解析を行う。画像処理装置１４としては、従来から公知の画像処理装置を用いることができる。

なお、図７では、レーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９を光検出アレイ素子１３で検出する構成になっているが、実施形態１の図１（ｂ）に示すように、光検出アレイ素子１３の受光部をレーザ加工ヘッド１内に露出させた構成にしておくこともできる。

（作用、効果）
画像処理装置１４における画像のパターン解析としては、オシレータ１５における１周期の往復運動を画像解析における１周期として解析を行い、前周期で解析を行った画像パターンと現在の周期で解析を行った画像パターンを比較し、両者の差異を検出する。これによって、反射ミラー１１の反射率の減少を検知することができ、反射ミラー１１の汚れの有無を広い範囲に亘って常時監視してモニタリングすることができる。そして、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、反射ミラー１１における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での反射率の減少を高精度で検知することができ、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態８］
図８を用いて、実施形態３に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態６では、反射ミラー１１を透過した透過光９を光検出素子１２で検出する構成について説明を行ったが、実施形態８では、光検出素子１２の前面にバンドパスフィルター１７を設け、バンドパスフィルター１７の前面にコリメータ１６を設けた構成になっている。

この点で、実施形態６における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態６と同様の構成になっている。そして、実施形態６で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図８に示すように、光検出素子１２に前面には、バンドパスフィルター１７が設けられており、バンドパスフィルター１７の前面にはコリメータ１６が配設されている。
なお、図８では、コリメータ１６の一部がレーザ加工ヘッド１の内部に露出した構成になっているが、実施形態１の図１（ａ）に示すようにレーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９がコリメータ１６に入射するように構成しておくこともできる。

（作用、効果）
コリメータ１６を設けたことにより、反射ミラー１１を透過したプローブ光２の迷光を防ぐことができる。また、バンドパスフィルター１７を設けたことにより、コリメータ１６で平行光線となったプローブ光２の波長帯のみを透過させることができる。これにより、迷光していない透過光９の光強度の変化を検出することができるようになり、反射ミラー１１の汚れの有無を常時監視してモニタリングすることができる。そして、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、反射ミラー１１における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での反射率の減少を高精度で検知することができ、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態９］
図９を用いて、実施形態９に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態６では、ファイバコリメータ８によって平行光線になったプローブ光２を用いた構成について説明を行ったが、実施形態９では、光ファイバ７の出射端からプローブ光２が広がるように構成している。また、反射ミラー１１を透過した透過光９の光強度を検出するため第２光検出素子としての光検出アレイ素子１３を設けた構成になっている。

この点で、実施形態６における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態６と同様の構成になっている。そして、実施形態６で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
図９に示すように、プローブ光発生器６に接続した光ファイバ７は、レーザ加工ヘッド１内に挿入されている。レーザ加工ヘッド１には、反射ミラー１１を透過した透過光９を通過させるための透過窓１０が配設されている。透過光９の光強度を検出する光検出アレイ素子１３の前面には、偏光フィルター１８が配設されている。

なお、図４では、レーザ加工ヘッド１に透過窓１０を形成しておき、透過窓１０を通った透過光９が透過窓１０を通過できる構成になっているが、実施形態１の図１（ｂ）に示すように、偏光フィルター１８の一部をレーザ加工ヘッド１の内部に露出した構成にしておくこともできる。

（作用、効果）
プローブ光２が光ファイバ７の出射端から広がるように構成されているので、プローブ光２は反射ミラー１１の広い領域を透過することができる。反射ミラー１１にスパッタやヒューム等が付着した場合には、付着した物体によって画像パターンに影が生じる、あるいは、付着した物体の旋光性によって、偏光フィルター１８透過時の画像パターンが変化する。この画像パターンに生じた影や変化を光検出アレイ素子１３で検出し、画像処理装置１４で画像のパターン解析を行うことで、反射ミラー１１の汚れの状態を常時監視してモニタリングすることができる。そして、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、反射ミラー１１における加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での反射率の減少を高精度で検知することができ、反射ミラー１１の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態１０］
図１０を用いて、実施形態１０に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態６〜９では、反射ミラー１１をレーザ加工ヘッド１内に配設した構成について説明を行ったが、実施形態１０では、反射ミラー１１を複数設けておき、各反射ミラー１１をレーザ加工ヘッド１内の設置位置にオートチェンジさせることができる構成になっている。

この点で、実施形態６〜９における構成とは異なっているが、他の構成は、実施形態６〜９における構成と同様の構成になっている。そして、実施形態６〜９で用いた構成と同様の構成については、同じ部材符号を用いることで、重複する説明を省略する。

（構成）
複数の反射ミラー１１が、反射ミラー自動交換器としてのリボルバー２３上に配設されており、リボルバー２３を間欠回転させて位置決めを行う駆動モータ２４が配設されている。リボルバー２３をレーザ加工ヘッド１内に挿入させた開口部には、リボルバー２３との間をシールするシール部材２５が配設されている。

（作用、効果）
反射ミラー１１は、リボルバー２３上に複数枚以上用意されており、光検出素子１２によって、透過光９の光強度の減少が検知された場合には、反射ミラー１１に汚れが生じたものとして、駆動モータ２４を間欠駆動させてリボルバー２３を所定の回転角度だけ回転させる。これにより、レーザ加工ヘッド１内に配設する反射ミラー１１を新たな反射ミラー１１に交換することができる。これによって、反射ミラー１１の状態を常に汚れや損傷等のない良好な状態に保つことができる。

［実施形態１１］
図１１を用いて、実施形態１１に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１〜５では、保護ガラス５の透過率を保護ガラス５に入射したプローブ光２で検出する構成になっており、実施形態６〜１０では、加工用レーザ３を被加工物３０側に反射させる反射ミラー１１の汚れを検出する構成になっている。

これに対して、実施形態１１では、保護ガラス５の透過率を検出する構成と、反射ミラー１１の汚れ等を検出する構成を共に備えた構成になっている。この点で、実施形態１１は、実施形態１〜１０における構成とは異なった構成になっている。

（構成）
保護ガラス５の透過率を検出する構成としては、実施形態１〜５におけるいずれかの構成を用いることができ、反射ミラー１１の汚れ等を検出する構成としては、実施形態６〜１０におけるいずれかの構成を用いることができる。そのため、保護ガラス５の透過率を検出する構成と反射ミラー１１の汚れ等を検出する構成の両方を備えた構成以外は、実施形態１〜１０における構成と同様の構成になっている。

また、保護ガラス５の透過率を検出する構成と反射ミラー１１の汚れ等を検出する構成とを区別するため、実施形態１〜５における構成と同様の構成については、部材符号の最後に「ａ」の符号を付与し、実施形態６〜１０における構成と同様の構成については、部材符号の最後に「ｂ」の符号を付与している。部材符号の最後に「ａ」、「ｂ」の符号を付与しているが、部材の構成としては実施形態１〜１０における構成と同様の構成になっている。そのため、構成部材に関する重複した説明は省略する。

（作用、効果）
実施形態１１のように構成することにより、保護ガラス５の状態と反射ミラー１１の状態とを同時に検出することができ、レーザ加工ヘッド１における加工用レーザ３の透過率における異常を常時監視してモニタリングすることができる。そして、保護ガラス５や反射ミラー１１の損傷や汚れ等を検知できる。

また、プローブ光２の発光波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長での保護ガラス５の透過率及び反射ミラー１１の反射率の減少を高精度で検知することができ、保護ガラス５及び反射ミラー１１の損傷や汚れ等を高精度で検知できる。

［実施形態１２］
図１２、図１３を用いて、実施形態１２に係るレーザ加工ヘッド１の構成を説明する。実施形態１〜１０では、保護ガラス５の透過率と反射ミラー１１の汚れ等をそれぞれ独立して検出する構成になっている。これに対して、実施形態１２では、反射ミラー１１の汚れ等と保護ガラス５の透過率とを一度に検出する構成になっている。

この点で、実施形態１〜１０における構成とは異なった構成になっているが、他の構成は同様の構成になっている。そのため、実施形態１〜１０における構成と同様の構成については、同一の部材符号を用いることで重複した説明を省略する。

（構成）
図１２、図１３には不図示のＹＡＧレーザ等のレーザ発振器からは、高出力の加工用レーザ３を出力させる他に、加工用レーザ３の被加工物３０上での焦点位置を確認するため等に用いられるガイド光２０を出力させることができる。ガイド光２０は、第３プローブ光として用いられており、加工用レーザ３の光路と同一の光路を取ることができる。

反射ミラー１１で反射され、保護ガラス５を透過したガイド光２０の光路を変更するため、保護ガラス５の下流側には第２反射ミラー２６が設けられている。第２反射ミラー２６は、図１２に示すように枢軸２７を中心として、反射によりガイド光２０の光路を変更する反射位置と、図１３に示すように、反射位置から退避した退避位置との間を回動することができる。

また、レーザ加工ヘッド１には、透光窓１０が形成されており、透光窓１０を通ったガイド光２０を入力する第３光検出素子としての光検出素子１２ｃが、レーザ加工ヘッド１の外部に配設されている。光検出素子１２ｃの配置構成としては、実施形態１の図１（ｂ）に示したように、光検出素子１２ｃにおける受光部の一部をレーザ加工ヘッド１内に露出させた構成にしておくこともできる。

（作用、効果）
図１２に示すように、加工用レーザ３が出力されていないときに、第２反射ミラー２６を反射位置に設定して、ガイド光２０を出力する。ガイド光２０は、反射ミラー１１で反射され、保護ガラス５を透過してから第２反射ミラー２６によって、その光路が変更されて、光検出素子１２ｃに入力する。

光検出素子１２ｃでは、反射ミラー１１及び保護ガラス５並びに集光レンズ４における汚れ等によるレーザ加工ヘッド１全体としての透過率の低下を検出することができる。また、図１３に示すように、第２反射ミラー２６を退避位置に戻しておくことにより、ガイド光２０によって、加工用レーザ３で狙う加工位置の位置調整を行うことができる。そして、加工用レーザ３をレーザ加工ヘッド１の出射口から被加工物３０に対して照射させることができる。

これにより、反射ミラー１１及び保護ガラス５並びに集光レンズ４に関して、レーザ加工ヘッド１全体としての透過率の低下を検知することができる。そして、レーザ加工ヘッド１全体としての透過率を常時監視してモニタリングすることで、反射ミラー１１及び保護ガラス５並びに集光レンズ４における損傷や汚れ等を検知できる。

また、ガイド光２０の波長として、加工用レーザ３の波長と同一の波長、または加工用レーザ３の波長に近い波長を用いることにより、加工用レーザ３の波長や加工用レーザ３の波長に近い波長でのレーザ加工ヘッド１全体としての透過率の減少を高精度で検出することができ、レーザ加工ヘッド１全体としての透過率の低下を高精度で監視してモニタリングすることができる。そして、反射ミラー１１及び保護ガラス５並びに集光レンズ４に関する汚れや損傷等を高精度で検知できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…レーザ加工ヘッド、２、２ａ、２ｂ…プローブ光、３…加工用レーザ、４…集光レンズ、５…保護ガラス、９、９ａ、９ｂ…透過光、１１…反射ミラー、１２、１２ａ〜１２ｃ…光検出素子、１３…光検出アレイ素子、１４…画像処理装置、１５…オシレータ、１６、１６ａ、１６ｂ…コリメータ、１７、１７ａ、１７ｂ…バンドパスフィルター、１８…偏光フィルター、２０…ガイド光、２１…リボルバー、２３…リボルバー、２６…第２反射ミラー

Claims (12)

1. 集光レンズ及び保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、
   加工用レーザの入射方向とは異なる方向から前記保護ガラスに入射する第１プローブ光と、
   前記保護ガラスを透過した前記第１プローブ光の透過光の光強度を検出する第１光検出素子と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
2. 反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、
   前記反射ミラーの裏面に対して直交する方向から入射する第２プローブ光と、
   前記反射ミラーを透過した前記第２プローブ光の透過光の光強度を検出する第２光検出素子と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、
   加工用レーザの入射方向とは異なる方向から前記保護ガラスに入射する第１プローブ光と、
   前記保護ガラスを透過した前記第１プローブ光の透過光の光強度を検出する第１光検出素子と、
   前記反射ミラーの裏面に対して直交する方向から入射する第２プローブ光と、
   前記反射ミラーを透過した前記第２プローブ光の透過光の光強度を検出する第２光検出素子と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
4. 前記第１プローブ光として、前記加工用レーザの波長と略同一の波長を持つプローブ光を用いることを特徴とする請求項１または３に記載のレーザ加工ヘッド。
5. 前記第１プローブ光で前記保護ガラスの走査を行い、前記第１光検出素子として光検出アレイ素子を用いたことを特徴とする請求項１、３または４のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
6. 前記第１光検出素子の前面にコリメータ及びバンドパスフィルター又は偏光フィルターを配設したことを特徴とする請求項１または３乃至５のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
7. 複数の前記保護ガラスを保持し、前記各保護ガラスを順次前記レーザ加工ヘッド内の設置位置に切り替え可能な保護ガラス自動交換器を備え、
   前記レーザ加工ヘッド内に設置した前記保護ガラスを透過した前記透過光の光強度が低下したときには、前記保護ガラス自動交換器を作動させることを特徴とする請求項１または３乃至６のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
8. 前記第２プローブ光として、前記加工用レーザの波長と略同一の波長を持つプローブ光を用いることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工ヘッド。
9. 前記第２プローブ光で前記反射ミラーの走査を行い、前記第２光検出素子として光検出アレイ素子を用いたことを特徴とする請求項２、３または８のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
10. 前記第２光検出素子の前面にコリメータ及びバンドパスフィルター又は偏光フィルターを配設したことを特徴とする請求項２、３または８乃至９のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
11. 複数の前記反射ミラーを保持し、前記各反射ミラーを順次前記レーザ加工ヘッド内の設置位置に切り替え可能な反射ミラー自動交換器を備え、
    前記レーザ加工ヘッド内に設置した前記反射ミラーを透過した前記透過光の光強度が低下したときには、前記反射ミラー自動交換器を作動させることを特徴とする請求項２、３または８乃至１０のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッド。
12. 反射ミラー及び集光レンズ並びに保護ガラスを具備するレーザ加工ヘッドであって、
    加工用レーザ光を発振するレーザ発振器に具備したガイド光からなる第３プローブ光と、
    前記保護ガラスの下流側に、反射位置と退避位置とに切り替え可能に配設した第２反射ミラーと、
    前記反射位置の前記第２反射ミラーで反射された前記第３プローブ光の反射光の光強度を検出する第３光検出素子と、
    を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
    
    

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