JP2017056481A - レーザ光路の清浄化機能を有するレーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光路内にレーザ光の伝播に影響を及ぼす不純ガスが混入した場合、当該ガスを早急にレーザ光路から排出することができるレーザ加工システムを提供する。【解決手段】このレーザ加工システムは、レーザ発振器１２と、レーザ発振器１２のレーザ光出射口１２ａからレーザ光１１をワーク１３まで導くレーザ光路１５と、レーザ光１１の伝播に影響を及ぼす不純ガスを吸着する不純ガス吸着剤４６と、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露するシャッタ４７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に導くレーザ光路を備えたレーザ加工システムに関する。

レーザ光を散乱または吸収するような不純ガスがレーザ発振器の周辺に存在していると、レーザ光の伝播に大きな影響が生じる。そのため、レーザ発振器を搭載した従来のレーザ加工システムにおいては、レーザ発振器の光出射口から加工点までレーザ光を導く光学系を有するレーザ光路が設けられている。そして、そのようなレーザ光路内に、レーザ光の伝播に影響を与えない清浄なパージガスを充満させることにより、レーザ加工を安定させている。

さらに、特許文献１は、上述した従来のレーザ加工システムにおいて、レーザ光路内に不純ガスを検知するガスセンサを設置して、レーザ光路内に不純ガスが混入したか否かを判定する発明を開示している。

そして、特許文献１に開示された発明においては、前述したような不純ガスがレーザ光路内に混入した場合、窒素を主成分とする富窒素ガス、窒素ガス、などの清浄なパージガスをレーザ光路内に流してレーザ光路内から排出している。また、特許文献１は、前述したような不純ガスとして、二酸化炭素や、エタノールもしくはアンモニアなどの有機溶剤系のガスを開示している。

特許第４３３５１５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明によると、パージガスによりエタノールなどの有機溶剤系の不純ガスの濃度をレーザ加工が可能になる濃度まで低下させるのに必要な時間は、不純ガスが二酸化炭素である場合と比べて長くなっている。この要因は前述した有機溶剤系の不純ガスがレーザ光路内の壁面と疑似的に化学結合しているためであると推測される。言い換えれば、特許文献１に開示された発明は、レーザ光路内にエタノールなどの有機溶剤系の不純ガスが混入した場合、当該不純ガスを早急にレーザ光路から排出することが困難であるという課題を有する。

そこで本発明は、上述したような課題に鑑み、レーザ光路内にレーザ光の伝播に影響を及ぼすガスが混入した場合、当該ガスを早急にレーザ光路から排出することができるレーザ加工システムを提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、
レーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器からレーザ光を被加工物まで導くレーザ光路と、
レーザ光の伝播に影響を及ぼす不純ガスを吸着する不純ガス吸着剤と、
不純ガス吸着剤をレーザ光路内に曝露する曝露機能部と、
を備えたレーザ加工システムが提供される。
この第一態様により上述の課題が解決される。しかし、本発明は、第一態様に限られず、以下の第二態様ないし第八態様のいずれかのレーザ加工システムを提供することもできる。

本発明の第二態様によれば、第一態様のレーザ加工システムであって、
レーザ光路内にパージガスを供給するパージガス供給ラインをさらに備えた、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第三態様によれば、第一態様または第二態様のレーザ加工システムであって、
レーザ光路内に不純ガスが混入したことを検知する不純ガス混入検知装置をさらに備えた、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第四態様によれば、第三態様のレーザ加工システムであって、
不純ガス混入検知装置によってレーザ光路内に不純ガスが混入したことが検知されたとき、曝露機能部により不純ガス吸着剤をレーザ光路内に曝露するようにした、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第五態様によれば、第三態様または第四態様のレーザ加工システムであって、
不純ガス混入検知装置は、不純ガスを検知する少なくとも一つのガスセンサを有する、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第六態様によれば、第三態様または第四態様のレーザ加工システムであって、
不純ガス混入検知装置は、レーザ光路にレーザ光が伝播するときの音を収集してレーザ光路内に不純ガスが混入したことを検知するマイクロホンを有する、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第七態様によれば、第三態様または第四態様のレーザ加工システムであって、
不純ガス混入検知装置は、レーザ光路におけるレーザ光の広がりを検知してレーザ光路内に不純ガスが混入したことを検知する開口部付きプレートとレーザ光検知器を有する、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第八態様によれば、第三態様または第四態様のレーザ加工システムであって、
不純ガス混入検知装置は、レーザ光路においてレーザ光のパワーの減衰を検知してレーザ光路内に不純ガスが混入したことを検知する光パワー計測器を有する、レーザ加工システムが提供される。

本発明の第一態様によれば、レーザ光の伝播に影響を及ぼす不純ガスを吸着する不純ガス吸着剤をレーザ光路内に曝露させることにより、不純ガス濃度をレーザ光路内から早急に低下させることができる。

本発明の第二態様によれば、パージガス供給ラインからレーザ光路内に、レーザ光の伝播に影響を及ぼさないパージガスを供給することができる。

本発明の第三態様および第四態様によれば、レーザ光路内に不純ガスが混入した時に不純ガス吸着剤をレーザ光路内に曝露して、レーザ光路内の不純ガス濃度を低下させることができる。

本発明の第五態様、第六態様、第七態様および第八態様によれば、レーザ光路内の不純ガスの混入を精度よく検知することができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

第一実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。 図１に示されたレーザ加工システムの不純ガス吸着剤およびシャッタの構成例を示す斜視図である。 第二実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。 図３に示されたレーザ加工システムの不純ガス吸着剤およびシャッタの構成例を示す斜視図である。 図３に示された数値演算器の構成例を示すブロック図である。 第二実施形態のレーザ加工システムの動作の一例を示すフローチャートである。 第二実施形態における、不純ガス吸着剤をレーザ光路内に曝露する機能の効果を示したグラフである。 第三実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。 第三実施形態のレーザ加工システムの動作フローの一部を示すフローチャートである。 第三実施形態のレーザ加工システムの動作フローの残りの部分を示すフローチャートである。 マイクロホン以外の装置を用いてレーザ光の伝播の異常を検知する方法の第１の例を示した図である。 マイクロホン以外の装置を用いてレーザ光の伝播の異常を検知する方法の第２の例を示した図である。 マイクロホンを用いてレーザ光の伝播の異常を検知する方法を示した図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同じ部材には同じ参照符号が付けられている。そして、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。

（第一実施形態）
図１は第一実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。
図１に示されるように、第一実施形態のレーザ加工システム１０Ａは、レーザ光１１を発振するレーザ発振器１２と、レーザ光１１を被加工物であるワーク１３に照射する加工ヘッド部１４と、レーザ発振器１２のレーザ光出射口１２ａからレーザ光１１をその光軸を保ちながらワーク１３まで導くレーザ光路１５と、を備えている。さらに、レーザ加工システム１０Ａは、レーザ発振器１２の動作や加工ヘッド部１４の移動を制御する制御装置として数値演算器３７を備えている。

レーザ発振器１２は、工場において金属または非金属をレーザによって加工する炭酸ガスレーザである。しかし、本発明に適用されるレーザ発振器はそれに限定されず、他のガスレーザ、あるいは固体レーザ、半導体レーザなどであってもよい。

加工ヘッド部１４には、レーザ光１１をワーク１３に集光する集光レンズ１６が設置されている。さらに、図１に示されるように、レーザ発振器１２から出射されたレーザ光１１をレーザ光路１５の屈曲方向に曲げつつ加工ヘッド部１４の集光レンズ１６に導くミラー１７などの光学系がレーザ光路１５内に備えられている。また、加工ヘッド部１４は、図示しないガイド部材と駆動機構によって、ワーク１３に対して相対的に移動できるようになっている。このため、レーザ光路１５は、例えばゴム製もしくは金属製の伸縮可能なベローズによって構成されている。勿論、レーザ光路１５はそのようなベローズから成るものに限られない。レーザ光路１５は、例えばレーザ光路１５の屈曲部のみがベローズから成っていて、他の部分は金属製パイプから成るものでもよい。

なお、上述したレーザ加工システム１０Ａの近傍においてシンナやペンキなどを使用した場合、エタノールもしくはアンモニアなどの有機溶剤系ガスがレーザ光路１５内に混入するおそれがある。そのような有機溶剤系ガスは、レーザ光の吸収や散乱を引き起こし、その結果、レーザ光の伝播を妨害し、レーザ加工機の加工能力を落としてしまう。このため、図１に示されるように、レーザ光路１５にはパージガス供給チューブ１８が接続されている。さらに、パージガス供給チューブ１８から、レーザ光１１の伝播に影響を及ぼさないパージガス、例えば富窒素ガスや窒素ガスがレーザ光路１５内に供給されるようになっている。

さらに、本実施形態においては、図１に示されるように、レーザ加工システム１０Ａは、レーザ光１１の伝播に影響を及ぼす有機溶剤系ガスを含むガス（以下、不純ガスと呼ぶ。）を吸着する不純ガス吸着剤４６と、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露させる曝露機能部であるシャッタ４７と、を備えている。より具体的には、シャッタ４７は、レーザ光路１５の一部の壁部として構成されている。さらに、シャッタ４７はレーザ光路１５と不純ガス吸着剤４６の間に設置されている。

第一実施形態においては、レーザ加工の不具合が発生した場合、オペレータが、ワーク１３上の加工点におけるレーザ光１１の位置ずれや伝播特性を確認し、レーザ加工の不具合の原因を調査する。レーザ光１１の位置ずれが無いものの、レーザ光１１の伝搬特性に異常がある場合、レーザ光路１５内に不純ガスが混入した可能性がある。この場合、オペレータは、不純ガスの混入原因を特定して取除いた後、レーザ光路１５の壁部に在るシャッタ４７を開き、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露する。その後、オペレータは、ワーク１３上の加工点におけるレーザ光１１の伝搬特性に異常が無いことを確認したら、レーザ加工を開始する。

図２は、図１に示されたレーザ加工システム１０Ａの不純ガス吸着剤４６およびシャッタ４７の構成例を示す斜視図である。図２に示されるように、不純ガス吸着剤４６としては、ゼオライトを含有するシートを折重ねた折重ね体が使用されている。しかし、不純ガス吸着剤４６は、ゼオライトのシートに限られず、不純ガス吸着剤を含有したシートをハニカム状に成形したハニカム成形体や、粒の集合体もしくはゲル状体であってもよい。また、第一実施形態のシャッタ４７としては、不純ガス吸着剤４６を被覆するように設けられた可撓性フィルムが使用されている。不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露させるとき、オペレータは、図２に示されるように可撓性フィルムのシャッタ４７を変位させて不純ガス吸着剤４６を露出させることが好ましい。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について説明する。但し、以下では、上述した第一実施形態とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施形態と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってその説明を割愛する。

図３は、第二実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。
第二実施形態のレーザ加工システム１０Ｂは、第一実施形態のレーザ加工システム１０Ａに対し、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したことを検知する不純ガス混入検知装置をさらに備えている。具体的には、図３に示されるように、複数の不純ガスをそれぞれ検出する複数の不純ガスセンサ３４、３５がレーザ光路１５内に設置されている。

さらに、不純ガスセンサ３４、３５はそれぞれ、数値演算器３７に電気的に接続されている。数値演算器３７は、不純ガスセンサ３４、３５の各々から出力される出力値に基づいて、レーザ光路１５内に混入したガスがレーザ光１１の伝播に影響を及ぼすかどうかを判定する機能を備えている。そして、数値演算器３７は、レーザ光路１５内に混入したガスがレーザ光１１の伝播に影響を及ぼすと判断した場合、シャッタ４７を動作させて、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露するようになされている。

図４は、図３に示されたレーザ加工システム１０Ｂの不純ガス吸着剤４６およびシャッタ４７の構成例を示す斜視図である。図４に示される不純ガス吸着剤４６は、上述した第一実施形態と同じように、ゼオライトを含有するシートを折重ねた折重ね体である。なお、上述した第一実施形態において説明したように、不純ガス吸着剤４６は、不純ガス吸着剤を含有したシートをハニカム状に成形したハニカム成形体や、粒の集合体もしくはゲル状体であってもよい。一方、第二実施形態のシャッタ４７には、図４に示されるようにスライド駆動装置４８が備えられている。そして、第二実施形態の数値演算器３７は、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露させるとき、スライド駆動装置４８を駆動してシャッタ４７をスライドさせるようにする。

また、本実施形態の不純ガスセンサ３４、３５はそれぞれ、例えば、エタノールを検知する接触燃焼式ガスセンサである。勿論、不純ガスセンサ３４、３５には、接触燃焼式ガスセンサ以外のガスセンサを使用してもよい。したがって、不純ガスセンサ３４、３５に使用されるガスセンサとしては、定電位電解式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ、気体熱電動式ガスセンサ、半導体式ガスセンサ、および電気化学式ガスセンサのうちのいずれかであってもよい。

さらに、レーザ光１１の伝播に影響を及ぼすガス、すなわち不純ガスとしては、六フッ化硫黄、エチレン、ハロゲン化炭化水素、アンモニア、アセトン、アルコール、炭酸ガスなどがあるため、検出すべき不純ガスはエタノールに限定されない。したがって、本実施形態においては、エタノールを検知する二つの不純ガスセンサ３４、３５の他に、エタノールとは異なる不純ガスを検知するガスセンサがレーザ光路１５内に設置されていてもよい。あるいは、二つの不純ガスセンサ３４、３５のうちの一方が、エタノールとは異なる不純ガスを検知するガスセンサであってもよい。
但し、これ以降においては、不純ガスセンサ３４、３５をエタノールセンサと記載して説明することとする。

本実施形態においては、レーザ光路内１５にエタノールの検知濃度範囲の異なる二つのエタノールセンサ３４、３５が設置されている。例えば、一方のエタノールセンサ３４は１０ｐｐｍから３００ｐｐｍ（０．００１％から０．０３％）のエタノール濃度を検知するものである。他方のエタノールセンサ３５は２００ｐｐｍから１０００ｐｐｍ（０．０２％から０．１％）のエタノール濃度を検知するものである。このように本実施形態においては、他方のエタノールセンサ３５には、一方のエタノールセンサ３４よりも高い濃度のエタノールを検知するガスセンサ、言い換えれば、一方のエタノールセンサ３４よりも感度の低いガスセンサが使用されている。接触燃焼式のエタノールセンサ３４、３５はそれぞれエタノール以外のガス、例えば酸素に反応して出力値がシフトする場合がある。この場合、感度の良いエタノールセンサ３４の出力値が最大値を超えて飽和してしまい、エタノールを検知できなくなるおそれがある。これを防止するため、本実施形態においては、感度の異なる二つのエタノールセンサ３４、３５をレーザ光路１５内に配置している。

また、本実施形態のエタノールセンサ３４、３５には、次のような構成からなる接触燃焼式エタノールセンサを採用することが好ましい。例えば、接触燃焼式エタノールセンサは、可燃性ガスであるエタノールに対して反応するセンサ素子と、該エタノールに対して反応しないリファレンス素子とから構成されている。センサ素子は、白金などの貴金属からなるヒータコイルと、ヒータコイルの外周に形成された燃焼触媒層とを備えている。燃焼触媒層は、例えばアルミナに白金、パラジウムなどの燃焼触媒を分散させてなる。一方、リファレンス素子は、センサ素子の構成部分のうちの燃焼触媒層を、燃焼触媒を添加していないアルミナだけによって構成したものである。

上記エタノールセンサのセンサ素子の表面に可燃性ガスであるエタノールが接触すると、燃焼触媒層の貴金属の触媒作用により燃焼が起こり、ヒータコイルの温度が上昇し電気抵抗が増大する。一方、リファレンス素子においては、エタノールが接触されても燃焼が起こらないため、電気抵抗は変化しない。このようなセンサ素子とリファレンス素子とから構成されたエタノールセンサがエタノールに曝されると、センサ素子の電気抵抗だけが上昇する。このとき、センサ素子とリファレンス素子との間の電気抵抗の差をホイーストンブリッジ回路によって電圧値として測定することにより、エタノール濃度が算出される。つまり、当該電圧値とエタノール濃度との間に比例関係が在るので、測定された電圧値を基にエタノール濃度を算出することができる。このため、本実施形態のレーザ加工システム１０Ｂは、不純ガスセンサ（エタノールセンサ３４、３５の各々）の出力値を基にエタノール濃度を算出することもできる。しかし、本願発明においては、図３に示されるレーザ光路１５内に不純ガスが混入したか否かを判定できればよいので、エタノールセンサ３４、３５の各々の出力値を監視するだけでよく、エタノール濃度を算出しなくてもよい。なお、本実施形態の不純ガスセンサ３４、３５のように、測定できるエタノール濃度の濃度範囲を変更するには、上記センサ素子の燃焼触媒層の組成や表面積などを変更して、エタノールが燃焼触媒層に接触した時の電気抵抗や燃焼熱の上昇率を変えればよい。

次に、第二実施形態による数値演算器３７の構成について説明する。
図５は図３に示された数値演算器３７の構成例を示すブロック図である。
数値演算器３７は、図５に示されるように、記憶部４１と、不純ガス混入判定部４２とを備えている。

さらに、記憶部４１には、エタノールセンサ３４、３５ごとに、予め設定された判定閾値が記憶されている。不純ガス混入判定部４２は、各エタノールセンサ３４、３５の出力値と、エタノールセンサ３４、３５のそれぞれに対して設定された判定閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、所定の濃度のエタノールがレーザ光路１５内に混入したか否かを判定する。このように判定閾値を使用することにより、不純ガスの種類や濃度を正確に検出することなく、不純ガスがレーザ光路１５内に混入したか否かを判定することができる。そのため、不純ガス混入判定部４２が安価でかつ簡単な構成となる。

さらに、数値演算器３７には、不純ガス混入判定部４２の判定結果を表示する表示装置３８が接続されていることが好ましい。この表示装置３８は、不純ガス混入判定部４２の判定結果とともに、エタノールセンサ３４、３５の各々の出力値の経時変化をそれぞれ色分けして表示するとよい。これにより、不純ガスの混入時期が明確となって、不純ガスの混入の原因を特定するのが容易となる。さらに、不純ガス混入判定部４２は、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５に対して設定された判定閾値よりも大きい場合、警告メッセージを表示装置３８に表示させることが好ましい。

なお、表示装置３８は、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）や液晶ディスプレイなどによって構成されることが好ましい。

さらに、数値演算器３７は、図５に示されるように、不純ガス混入判定部４２の判定結果をレーザ加工システム外部に報知する報知装置３９を備えていることが好ましい。報知装置３９は、例えば音、光、またはこれらの組合せによって、レーザ光路１５内に不純ガスが混入していることを報知することが好ましい。これにより、レーザ加工システム１０Ｂのオペレータは、レーザ光路１５内への不純ガスの混入を迅速に認識することができる。さらに、レーザ加工時の不具合を未然に防止する、または、早期にレーザ加工を停止させることができるため、加工不良による損害が最小限に抑えられる。また、レーザ加工時の不具合の原因を迅速に特定および除去できるので、生産性も向上する。

さらに、数値演算器３７の記憶部４１は、一定時間ごとにエタノールセンサ３４、３５の各々の出力値を日時とともに記憶することが好ましい。つまり、レーザ光路１５内に不純ガスが混入する原因は、レーザ光路１５の密閉度といったレーザ加工システム１０Ｂ自体の不具合であることが多い。このため、一定時間ごとにガスセンサの出力値を日時とともに記憶しておくと、異常が発生した時、その記憶された情報を利用して異常原因を容易に特定することができる。

なお、以上に説明した構成を除いて、第二実施形態のレーザ加工システム１０Ｂの構成は、第一実施形態のレーザ加工システム１０Ａと同じである。

次に、図３、図５および図６を参照しながら、上述した第二実施形態のレーザ加工システム１０Ｂの動作の一例を説明する。図６は第二実施形態のレーザ加工システム１０Ｂの動作の一例を示すフローチャートである。

まず、レーザ加工システム１０Ｂを起動させてレーザ加工を開始する（図６のステップＳ１１)。そして、レーザ光路１５のパージを開始する（図６のステップＳ１２）。このとき、パージガスとして富窒素ガスまたは窒素ガスをレーザ光路１５に供給する。

続いて、数値演算器３７は、エタノールセンサ３４、３５の各々から出力される出力値を表示装置３８に表示する。さらに、数値演算器３７の不純ガス混入判定部４２は、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きいか否かを判定する（図６のステップＳ１３）。

上記のステップＳ１３において、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、上記のステップＳ１３を継続する。一方、上記のステップＳ１３において、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きい場合には、不純ガス混入判定部４２は、レーザ光路１５内にエタノールが混入したと判断し、警告を発生、例えば警告を表示装置３８に表示する（図６のステップＳ１４）。この警告については、例えば「レーザ光路内のガスに異常あり」のような警告メッセージが表示装置３８に表示される。

さらに、前述した警告の発生後、数値演算器３７は、シャッタ４７を開動作させて、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露する（図６のステップＳ１５）。その一方で、レーザ加工システム１０Ｂのオペレータは、前述した警告に応じてレーザ加工システム１０Ｂの周囲を調査し、不純ガスの発生原因を除去する。このような不純ガスの発生原因の除去作業には時間がかかる。このため、本実施形態においては、不純ガス吸着剤４６の曝露後、不純ガスの発生原因を除去するための時間を置いてから、レーザ光路１５内に不純ガス濃度が閾値を超えているか否かを判定するようにしている。したがって、本実施形態の数値演算器３７は、不純ガス吸着剤４６の曝露から所定の時間が経過したか否かを判定する（図６のステップＳ１６）。そして、所定の時間が経過していれば、数値演算器３７は、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きいか否かを再判定する（図６のステップＳ１７）。

上記ステップＳ１７において、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きくない場合には、レーザ加工を停止する必要はない。そのため、数値演算器３７は各エタノールセンサ３４、３５の出力値の監視を続ける。

一方、上記ステップＳ１７において、各エタノールセンサ３４、３５の出力値がそれぞれ各エタノールセンサ３４、３５の判定閾値よりも大きい場合には、不純ガス吸着剤４６が吸着できないほどの多量の不純ガスがレーザ光路１５内に混入していると推測される。あるいは、前述した不純ガスの発生原因が未だ除去されておらずレーザ光路１５内に不純ガスが残留していると推測される。このため、数値演算器３７は、報知装置３９によって音、光、またはこれらの組合せからなるアラームを発生し（図６のステップＳ１８）、レーザ加工を停止する（図６のステップＳ１９）。なお、レーザ加工の停止中にガス吸着剤４６を新品に交換しておくことが好ましい。

次に、上述したレーザ加工システム１０Ｂにおいて不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露させる機能を備える場合の効果を説明する。

例えば炭酸ガスレーザの散乱の要因となるエタノールを含むガスがレーザ光路１５内に混入した場合、窒素ガスなどのパージガスをレーザ光路１５内に供給しても、レーザ光路１５内のエタノール濃度を、レーザ加工が可能になる濃度まで下げるには時間がかかる。この場合、窒素ガスなどのパージガスをレーザ光路１５内に供給するとともに、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露すると、レーザ光路１５内のエタノール濃度を短時間に低下させることができる。この事は、図７により理解することができる。

図７は、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露する機能の効果を示したグラフである。特に、図７に示されるグラフは、次のような手順により取得されている。まず、図３に示されたレーザ加工システム１０Ｂにおいて、上述した接触燃焼式のエタノールセンサ３４のみをレーザ光路１５内に設置し、窒素ガスをレーザ光路１５内に約３０分間供給する。それから、２０ｐｐｍのエタノールガスを含む空気をレーザ光路１５内に約４５分間供給する。その後、再び窒素ガスをレーザ光路１５内に供給する。つまり、このようにレーザ光路１５内に供給されるガスを順次切替えたときのエタノール濃度の経時変化をエタノールセンサ３４によって測定したグラフが図７である。

図７中の実線Ｐから分かるように、２０ｐｐｍのエタノールガスを含む空気に替えて窒素ガスをレーザ光路１５内に供給している間、エタノール濃度は時間とともに低下するものの、エタノール濃度の低下速度は比較的遅い。これは、レーザ光路１５内の壁面とエタノールとの疑似的な化学結合が発生しているためと考えられる。このような疑似的な化学結合が発生した場合には、レーザ光路１５内のエタノール濃度を、安定したレーザ加工を実施できる濃度まで低下させるために、窒素ガスをレーザ光路１５に長時間供給する必要がある。ところが、エタノールガスを含む空気に替えて窒素ガスをレーザ光路１５内に供給し、さらに、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露すると、図７中の破線Ｑに示されるように、エタノール濃度の低下速度が大幅に上がる。

そこで、第二実施形態においては、前述したように不純ガス混入判定部４２によってレーザ光路１５内に不純ガスが混入されていると判定した場合、表示装置３８に警告が表示される。それにより、オペレータは、レーザ加工システム１０Ｂの周囲を調査し、不純ガスの発生原因の除去作業を行う。また、不純ガス混入判定部４２は、警告を表示装置３８に表示させたら、シャッタ４７を開き、不純ガス吸着剤４６をレーザ光路１５内に曝露するようにしている。これにより、図７に示されるように、レーザ光路１５内の不純ガスの濃度を短時間に低下させることができる。なお、この効果は、上述した第一実施形態においても同様に得られる。

（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。但し、以下では、上述した第一実施形態および第二実施形態とは異なる点を主に説明することとし、上述した第一実施形態および第二実施形態と同じ構成要素には同一の符号を用いることによってその説明を割愛する。

図８は、第三実施形態のレーザ加工システムの構成を模式的に示したブロック図である。
上述した第一実施形態および第二実施形態においては、レーザ光路１５内に不純ガス吸着剤を曝露させる構成として、一組の不純ガス吸着剤４６とシャッタ４７が例示されている。しかし、本発明においては、不純ガス吸着剤４６とシャッタ４７の組数は一つに限定されず、二組以上あってもよい。このため、図８に示される第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃにおいては、レーザ光路１５の壁部の二箇所に、それぞれ、不純ガス吸着剤４６Ａとシャッタ４７Ａの組、および不純ガス吸着剤４６Ｂとシャッタ４７Ｂの組が設置されている。

また、上述した第二実施形態においては、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したことを検知する不純ガス混入検知装置として、ガスセンサが用いられている。しかし、本発明においては、レーザ光路１５内のガスを直接検知せずに、レーザ光１１の伝播の異常を検知することにより、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したと判断してもよい。このため、前述の不純ガス混入検知装置はガスセンサに限定されない。そこで、図８に示される第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃにおいては、上述した第二実施形態におけるエタノールセンサ３４、３５に替えて、マイクロホン５１が用いられている。

つまり、炭酸ガスレーザなどのレーザ光１１はレーザ光路１５内を伝播する際に音響波を誘起する（いわゆる光音響効果）。このため、マイクロホン５１によってレーザ光１１の音を収集して解析することにより、レーザ光１１の伝播に異常が生じているか否かが分かる。よって、第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃは、レーザ光１１の伝播に異常が有れば、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したと判断するようにしている。なお、レーザ光１１の伝播に異常が有る場合、マイクロホン５１から出力される出力値は、レーザ光１１の伝播が正常である場合と比べて大きくなる。

なお、本実施形態においても、上述した第二実施形態と同じ数値演算器３７、表示装置３８、および報知装置３９（図５参照）が用いられている。

また、上述した第一実施形態および第二実施形態においては、レーザ光１１の伝播に影響を及ぼさない窒素ガスなどのパージガスをパージガス供給チューブ１８によりレーザ光路１５内に供給する構成が例示されている。しかし、本発明においては、レーザ光路１５内に供給するパージガスの種類を切替えられることが好ましい。そのため、図８に示される第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃにおいては、窒素ガス、および、清浄な乾燥空気といった２種類のパージガスのうちの一方を選択してレーザ光路１５内に供給できるようになっている。

具体的には、図８に示されるように、パージガス供給チューブ１８には流量調整バルブ１９が設置されている。そして、流量調整バルブ１９により、レーザ光路１５へのパージガスの供給量が調整されるようになっている。さらに、パージガス供給チューブ１８の、流量調整バルブ１９よりも上流側の部分には、窒素ガスの供給ライン２１、および、清浄な乾燥空気の供給ライン２２がそれぞれ接続されている。各々の供給ライン２１、２２には開閉バルブ２３が設置されている。そして、二つの開閉バルブ２３のうちの一方を開くことにより、レーザ光路１５内に供給するパージガスが選択されることとなる。

そして、窒素ガスの供給ライン２１には、窒素ガスボンベ２４および開閉バルブ２３が窒素ガスの流れ方向に沿って順番に直列接続されている。開閉バルブ２３は流量制御バルブであってもよい。窒素ガスをレーザ光路１５内に供給するには、供給ライン２１の開閉バルブ２３のみを開き、供給ライン２２の開閉バルブ２３を閉じる。それにより、窒素ガスボンベ２４に充填されている窒素ガスが、パージガス供給チューブ１８を経由してレーザ光路１５内に供給される。

さらに、清浄な乾燥空気の供給ライン２２には、コンプレッサ２５、集塵用フィルタ２６、オイルミストフィルタ２７、活性炭フィルタ２８、および開閉バルブ２３が空気の流れ方向に沿って順番に直列接続されている。さらに、コンプレッサ２５には、工場の圧縮空気ライン２９が接続されている。清浄な乾燥空気をレーザ光路１５内に供給するには、供給ライン２２の開閉バルブ２３のみを開き、供給ライン２１の開閉バルブ２３を閉じる。それにより、工場の圧縮空気ライン２９を流れる空気をコンプレッサ２５、集塵用フィルタ２６、オイルミストフィルタ２７、および活性炭フィルタ２８に順次通過させる。その結果、工場の圧縮空気中の不純物、油分、水分、有機成分などが取除かれる。つまり、清浄な乾燥空気が、パージガス供給チューブ１８を経由してレーザ光路１５内に供給される。

なお、以上に説明した構成を除いて、第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃの構成は、第二実施形態のレーザ加工システム１０Ｂと同じである。

次に、図８、図９Ａおよび図９Ｂを参照しながら、上述した第三実施形態のレーザ加工システム１０Ｃの動作の一例を説明する。なお、本実施形態においても、上述した第二実施形態と同じ数値演算器３７、表示装置３８、および報知装置３９（図５参照）が用いられてレーザ加工が実施されるものとする。

図９Ａおよび図９Ｂは、第三実施形態のレーザ加工システムの動作の一例を示すフローチャートである。但し、第三実施形態のレーザ加工システムの動作フローを図９Ａおよび図９Ｂに分割して示している。そして、両図間で同じ番号が付された結合子は、図９Ａおよび図９Ｂに示した動作フローが結合する箇所を意味している。

まず、レーザ加工システム１０Ｃを起動させてレーザ加工を開始する（図９ＡのステップＳ２１)。そして、レーザ光路１５のパージを開始する（図９ＡのステップＳ２２）。このとき、数値演算器３７は、図８に示された供給ライン２２の開閉バルブ２３を開き、清浄な乾燥空気をパージガスとしてレーザ光路１５内に供給する。さらに、レーザ光路１５内に供給するパージガスの流量は流量調整バルブ１９によって初期値、例えば３０Ｌ／ｍｉｎに設定される。

続いて、数値演算器３７の不純ガス混入判定部４２は、マイクロホン５１の出力値が、記憶部４１に記憶されている第一判定閾値ａ１より大きいか否かを判定する（図９ＡのステップＳ２３）。

上記のステップＳ２３において、マイクロホン５１の出力値が第一判定閾値ａ１よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、上記のステップＳ２３を継続する。一方、上記のステップＳ２３において、マイクロホン５１の出力値が第一判定閾値ａ１よりも大きい場合には、不純ガス混入判定部４２は、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したと判断し、警告Ａを発生、例えば警告メッセージを表示装置３８に表示する（図９ＡのステップＳ２４）。

さらに、前述した警告Ａの発生後、数値演算器３７は、流量調整バルブ１９を制御して、前述したパージガス流量を初期値から所定値、例えば６０Ｌ／ｍｉｎに増加させる（図９ＡのステップＳ２５）。

続いて、不純ガス混入判定部４２は、マイクロホン５１の出力値が、記憶部４１に記憶されている第二判定閾値ａ２より大きいか否かを判定する（図９ＡのステップＳ２６）。なお、第二判定閾値ａ２は、第一判定閾値ａ１よりも低い値である。

上記のステップＳ２６において、マイクロホン５１の出力値が第二判定閾値ａ２よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、ステップＳ２６を継続する。一方、上記のステップＳ２６において、マイクロホン５１の出力値が第二判定閾値ａ２よりも大きい場合には、不純ガス混入判定部４２は、レーザ光路１５内に不純ガス濃度が閾値を超えていると判断し、警告Ｂを発生、例えば警告Ｂを表示装置３８に表示する（図９ＡのステップＳ２７）。なお、この警告Ｂは前述した警告Ａの内容とは異なるものであることが好ましい。また、前述したステップＳ２６での第二判定閾値ａ２は、前述したステップＳ２３での第一判定閾値ａ１よりも低い値となっている。つまり、前述のステップＳ２５によりパージガス流量を増加したことによりレーザ光路１５内の不純ガス濃度が低下した可能性がある。そこで、本実施形態においては、ステップＳ２６での判定精度を高くするために、前述のように第二判定閾値ａ２を第一判定閾値ａ１よりも低くしている。

そして、前述した警告Ｂの発生後、数値演算器３７は、図８に示された供給ライン２２の開閉バルブ２３を閉じて、供給ライン２１の開閉バルブを開く。これにより、数値演算器３７は、パージガスとして使用されている清浄な乾燥空気を窒素ガスに切替える（図９ＡのステップＳ２８）。

パージガスを切替えてから所定の時間が経過しないと、マイクロホン５１の出力値が安定しないおそれがある。このため、本実施形態の数値演算器３７は、前述したようにパージガスを切替えてから所定の時間が経過したか否かを判定する（図９ＡのステップＳ２９）。そして、所定の時間が経過していれば、数値演算器３７は、マイクロホン５１の出力値が、記憶部４１に記憶されている第三判定閾値ａ３よりも大きいか否かを判定する（図９ＢのステップＳ３０）。なお、ステップＳ３０での第三判定閾値ａ３は、前述したステップＳ２６での第二判定閾値ａ２よりもさらに低い値となっている。つまり、前述のステップＳ２８においてパージガスを窒素ガスに切替えたことによりレーザ光路１５内の不純ガス濃度は一層低下した可能性がある。そこで、本実施形態においては、ステップＳ３０での判定精度を高くするために、前述のように第三判定閾値ａ３を第二判定閾値ａ２よりもさらに低くしている。

そして、上記のステップＳ３０において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、上記のステップＳ３０を継続する。一方、上記のステップＳ３０において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きい場合には、不純ガス混入判定部４２は、レーザ光路１５内に不純ガスが未だ残留していると判断し、シャッタ４７Ａを開動作させて、不純ガス吸着剤４６Ａをレーザ光路１５内に曝露する（図９ＢのステップＳ３１）。

なお、不純ガスを不純ガス吸着剤４６Ａに吸着させるために多少の時間がかかる。このため、本実施形態の数値演算器３７は、不純ガス吸着剤４６Ａの曝露から所定の時間が経過したか否かを判定する（図９ＢのステップＳ３２）。そして、所定の時間が経過していれば、数値演算器３７は、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きいか否かを再判定する（図９ＢのステップＳ３３）。

さらに、上記のステップＳ３３において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、上記のステップＳ３３を継続する。一方、上記のステップＳ３３において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きい場合には、不純ガス混入判定部４２は、レーザ光路１５内に不純ガスが未だ混入していると判断し、シャッタ４７Ｂを開動作させて、不純ガス吸着剤４６Ｂをレーザ光路１５内に曝露する（図９ＢのステップＳ３４）。なお、このステップＳ３４の実施中、シャッタ４７Ａを閉じ、ガス吸着剤４６Ａを新品に交換しておくことが好ましい。

そして、数値演算器３７は、不純ガス吸着剤４６Ｂの曝露から所定の時間が経過したか否かを判定する（図９ＢのステップＳ３５）。そして、所定の時間が経過していれば、数値演算器３７は、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きいか否かを再判定する（図９ＢのステップＳ３６）。

さらに、上記のステップＳ３６において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きくない場合には、不純ガス混入判定部４２は、上記のステップＳ３６を継続する。一方、上記のステップＳ３６において、マイクロホン５１の出力値が第三判定閾値ａ３よりも大きい場合には、二つの不純ガス吸着剤４６Ａ、４６Ｂが吸着できないほどの多量の不純ガスがレーザ光路１５内に混入していると推測される。このため、数値演算器３７は、報知装置３９によって音、光、またはこれらの組合せからなるアラームを発生し（図９ＢのステップＳ３７）、レーザ加工を停止する（図９ＢのステップＳ３８）。

なお、上述した第三実施形態においては、マイクロホン５１のような音収集装置を用いてレーザ光１１の伝播の異常を検知することにより、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したことを検知している。しかし、レーザ光１１の伝播の異常を検知する方法としては、マイクロホン５１を使用する方法以外にも、図１０Ａおよび図１０Ｂに示される方法が考えられる。

図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ、マイクロホン５１以外の装置を用いてレーザ光１１の伝播の異常を検知する方法例を示した図である。また、図１０Ｃは、既に説明したマイクロホン５１によってレーザ光１１の伝播の異常を検知する方法を示した図である。

図１０Ａに示された方法例は、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したときにレーザ光路１５内のレーザ光１１が広がる作用を利用して、レーザ光１１の伝播の異常を検知する方法である。この方法例においては、図１０Ａに示されるようにレーザ光１１が通過する開口部５２ａを有するプレート５２がレーザ光路１５内に設置される。さらに、プレート５２の開口部５２ａの周縁部にレーザ光検知器５３が配置される。そして、プレート５２の開口部５２ａを通過しているレーザ光１１が前述した不純ガスによって広がると、広がったレーザ光１１はレーザ光検知器５３に照射されて検知される。そのようなレーザ光１１の広がりを検知することにより、レーザ光１１の伝播の異常を検知することができる。

また、図１０Ｂに示された方法例は、レーザ光路１５内に不純ガスが混入したときにレーザ光路１５内のレーザ光１１のパワーが減衰する作用を利用して、レーザ光１１の伝播の異常を検知する方法である。この方法例においては、図１０Ｂに示されるようにハーフミラー５４がレーザ光路１５内のレーザ光１１の光軸上に設置される。さらに、ハーフミラー５４によって部分的に反射されたレーザ光１１ａのパワーを測定する光パワー計測器５５がレーザ光路１５内に配置される。そして、レーザ光１１のパワーが前述した不純ガスによって減衰すると、ハーフミラー５４によって部分的に反射されたレーザ光１１ａのパワーも減衰して、光パワー計測器５５の出力値が低下する。そのような光パワー計測器５５の出力値を監視することにより、レーザ光１１の伝播の異常を検知することができる。

なお、以上に説明したような各実施形態によれば、レーザ光路１５内に不純ガス、すなわちレーザ光１１の伝播に影響を及ぼすガスが混入した場合に不純ガス吸着剤４６、４６Ａ、４６Ｂをレーザ光路１５内に曝露するので、上記の不純ガスを早急にレーザ光路１５から排出することができる。

また、以上では典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。また、上述の各実施形態を適宜組み合わせることは本発明の範囲に含まれる。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ レーザ加工システム
１１、１１ａ レーザ光
１２ レーザ発振器
１２ａ レーザ光出射口
１３ ワーク
１４ 加工ヘッド部
１５ レーザ光路
１６ 集光レンズ
１７ ミラー
１８ パージガス供給チューブ
１９ 流量調整バルブ
２１ 窒素ガスの供給ライン
２２ 清浄な乾燥空気の供給ライン
２３ 開閉バルブ
２４ 窒素ガスボンベ
２５ コンプレッサ
２６ 集塵用フィルタ
２７ オイルミストフィルタ
２８ 活性炭フィルタ
２９ 工場の圧縮空気ライン
３４、３５ エタノールセンサ
３７ 数値演算器
３８ 表示装置
３９ 報知装置
４１ 記憶部
４２ 不純ガス混入判定部
４６、４６Ａ、４６Ｂ 不純ガス吸着剤
４７、４７Ａ、４７Ｂ シャッタ
４８ スライド駆動装置
５１ マイクロホン
５２ プレート
５２ａ 開口部
５３ レーザ光検知器
５４ ハーフミラー
５５ 光パワー計測器

Claims (8)

1. レーザ光（１１）を発振するレーザ発振器（１２）と、
   前記レーザ発振器（１２）から前記レーザ光（１１）を被加工物（１３）まで導くレーザ光路（１５）と、
   前記レーザ光（１１）の伝播に影響を及ぼす不純ガスを吸着する不純ガス吸着剤（４６）と、
   前記不純ガス吸着剤（４６）を前記レーザ光路（１５）内に曝露する曝露機能部（４７）と、
   を備えたレーザ加工システム。
2. 前記レーザ光路（１５）内にパージガスを供給するパージガス供給ライン（１８）をさらに備えた、請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記レーザ光路（１５）内に前記不純ガスが混入したことを検知する不純ガス混入検知装置をさらに備えた、請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
4. 前記不純ガス混入検知装置によって前記レーザ光路（１５）内に前記不純ガスが混入したことが検知されたとき、前記曝露機能部（４７）により前記不純ガス吸着剤（４６）を前記レーザ光路（１５）内に曝露するようにした、請求項３に記載のレーザ加工システム。
5. 前記不純ガス混入検知装置は、前記不純ガスを検知する少なくとも一つのガスセンサ（３４、３５）を有する、請求項３または４に記載のレーザ加工システム。
6. 前記不純ガス混入検知装置は、前記レーザ光路（１５）に前記レーザ光（１１）が伝播するときの音を収集して前記レーザ光路（１５）内に前記不純ガスが混入したことを検知するマイクロホン（５１）を有する、請求項３または４に記載のレーザ加工システム。
7. 前記不純ガス混入検知装置は、前記レーザ光路（１５）における前記レーザ光（１１）の広がりを検知して前記レーザ光路（１５）内に前記不純ガスが混入したことを検知する開口部付きプレート（５２）とレーザ光検知器（５３）を有する、請求項３または４に記載のレーザ加工システム。
8. 前記不純ガス混入検知装置は、前記レーザ光路（１５）において前記レーザ光（１１）のパワーの減衰を検知して前記レーザ光路（１５）内に前記不純ガスが混入したことを検知する光パワー計測器（５５）を有する、請求項３または４に記載のレーザ加工システム。