JP2018047485A - レーザ加工機におけるレーザ戻り光検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振器などのコンポーネントの構造上熱または光に弱い部分の損傷を確実に防ぎながら、レーザ加工の頻繁な中断を回避する。【解決手段】ワークにレーザ光を照射して加工を行う加工機でワークよりの戻り光を検出する戻り光検出装置であって、ワークからの戻り光を反射または透過させるベンドミラーと、ベンドミラーを反射または透過した戻り光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された戻り光の一部を検出する戻り光検出センサとを有し、少なくともベンドミラーと戻り光検出センサとの間に、レーザ発振器や光学部材に対する戻り光による危険度が高いほど透過率が高くなるようファイバ断面に応じた透過率の分布を持つフィルタを設ける。【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工機において、レーザ発振器よりワークに照射したレーザ光の戻り光を検出するレーザ戻り光検出装置に関し、特に、レーザ発振器や光学部材に対して悪影響を及ぼすレーザ戻り光を検出することができるレーザ戻り光検出装置および方法に関する。

一般に、レーザ加工機におけるレーザ発振器よりレーザ光をワークに照射した時に、ワークよりのレーザ光の戻り光が発生し、その戻り光により、レーザ発振器などのコンポーネントに損傷が発生することがあった。

例えば、戻り光がファイバコア内を逆送すると、ファイバレーザの場合に励起ファイバで戻り光が増幅されるので、励起用のＬＤに増幅された戻り光が入射されて半導体が壊れる場合がある。

また、別の例では、戻り光がファイバクラッドを逆送し、ファイバの曲がり具合によってファイバクラッド外側との屈折で熱が発生してクラッド自体を壊し、それに起因してファイバが壊れ、これが原因して発振器内部が損傷する場合がある。

その戻り光によるコンポーネントの損傷の危険を未然に防ぐため、従来では、戻り光を検出し、その検出した戻り光の光強度が一定の閾値を越えると、レーザ光のワークに照射を停止するようにしていた。

特開２０１２−１７９６２７号公報 特開２０１６−０９７４０７号公報 特開２００６−２４７６８１号公報

しかしながら、従来のような検出した戻り光の光強度が一定の閾値を越えるとレーザ光の照射を停止する方法では、レーザ発振器や光学部材などのコンポーネントの損傷の危険を未然に防ぐためには、弱い部材の閾値が基準となるために、その閾値を低めに設定しなければならなかった。

すなわち、レーザ発振器や光学部材などのコンポーネントの構造上熱または光に弱い部分の損傷を防ぐために、その最も弱い部分に合わせて、コンポーネントの損傷を判定する閾値を低めに設定しなければならなかった。

そのため、コンポーネントの構造上熱または光に最も弱い部分に対応してレーザ光の照射を停止するような制御となっていた。

従って、戻り光の多い、言い換えれば吸収率の低い、例えば、銅などの高反射材料を加工する場合や、キーホールを生じない熱伝導溶接等においては、頻繁にレーザ発振器が停止し、レーザ加工が頻繁に中断してしまう問題があった。

また、ファイバコアに対するレーザ光の戻り光の入射角度が非常に小さい場合と非常に大きい場合とで危険度が高まることが知られている。

つまり、図７に示す如く、ファイバコア１０１とクラッド１０３とその外側の夫々の境界１０５ａ、１０５ｂにおける屈折率によって、レーザ光の戻り光の入射角度が非常に小さい（実線ＢＲＬＡ）とコア１０１とクラッド１０３の境界１０５ａで反射してコア内部を伝播し発振器内部にまで逆送するから、ＬＤを破壊してしまうような損傷を引き起こすことがあり、危険度が大となる。

また、そのレーザ光の戻り光の入射角度が非常大きい（点線ＢＲＬＢ）とコア１０１とクラッド１０３の境界１０５ａで反射せずに突き抜け、更にクラッド１０３とその外側との境界１０５ｂをも突き抜けてリークしてしまい、このリークした光エネルギーが熱に置換されてファイバの損傷を招き、連鎖的にファイバ全体の損傷および発振器そのものの損傷を招くことになり、危険度が中となる。

また、そのレーザ光の戻り光の入射角度が中間である（一点鎖線ＢＲＬＣ）とコア１０１とクラッド１０３の境界１０５ａで反射せずに突き抜けるが、クラッド１０３とその外側との境界１０５ｂで反射したり突き抜けたりして、少しずつリークするので、危険度が小となる。

従って危険な角度で以って入射するレーザ光の戻り光の防止は大変重要である。

本発明は、上記した事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、レーザ発振器や光学部材などのコンポーネントの構造上熱または光に弱い部分の損傷を確実に防ぎながら、レーザ加工の頻繁な中断を回避することができるレーザ戻り光検出装置および方法を提供することにある。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、本発明の特徴は、ワークへレーザ発振器からのレーザ光を照射して加工を行う加工機において、前記レーザ光が前記ワークに反射する戻り光を検出する戻り光検出装置であって、前記ワークからの戻り光の一部を反射または透過させるミラーと、前記ミラーを反射または透過した戻り光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された戻り光の光強度を検出する戻り光検出センサとを有し、少なくとも前記ミラーと前記戻り光検出センサとの間に、前記レーザ発振器や光学部材に対する前記ワークからの戻り光による危険度が高いほど透過率が高くなるようファイバ断面に応じた透過率の分布を持つフィルタを設け、前記フィルタを透過した戻り光を検出することである。

前記フィルタが、前記集光レンズの集光部に設けられていることが好ましい。

前記フィルタが、前記集光レンズと前記戻り光検出センサとの間における前記戻り光検出センサの近傍に設けられていることが好ましい。

前記フィルタが、前記集光レンズの近傍に設けられていることが好ましい。

前記戻り光検出装置は、前記フィルタを通過した前記戻り光検出センサの検出した値が一定の閾値を越えたことを検知して異常を検出することが好ましい。

前記フィルタが、前記集光レンズの集光点近傍に設けられた第１の透過率分布を持つ第１の透過率フィルタと、前記集光レンズの近傍に設けられた第２の透過率分布を持つ第２の透過率フィルタからなることが好ましい。

前記第１の透過率フィルタと前記第２の透過率フィルタとを透過する戻り光は、ファイバ断面におけるファイバコアを伝播することを検出できるファイバ断面に応じた透過率の分布を持つ組み合わせフィルタであることが好ましい。

前記第１の透過率フィルタと前記第２の透過率フィルタとを透過する戻り光は、ファイバ断面におけるファイバクラッド若しくはジャケットを突き抜けて伝播することを検出できるファイバ断面に応じた透過率の分布を持つ組み合わせフィルタであることが好ましい。

前記組み合わせフィルタが、前記集光レンズと前記戻り光検出センサとの間における前記戻り光検出センサの近傍に設けられていることが好ましい。

本発明の他の特徴は、ワークへレーザ発振器からのレーザ光を照射して加工を行う加工機において、前記レーザ光が前記ワークに反射する戻り光を検出する戻り光検出方法であって、前記ワークからの戻り光の一部をミラーにより反射または透過させ、前記ミラーを反射または透過した戻り光を集光レンズにより集光させ、前記集光レンズにより集光された戻り光の光強度を戻り光検出センサにより検出するにあたり、前記ミラーから前記戻り光検出センサへの間の戻り光が、前記レーザ発振器や光学部材に対する前記ワークからの戻り光による危険度が高いほど透過率が高くなるようファイバ断面に応じた透過率の分布を持つフィルタを通過し、前記フィルタを通過した戻り光検出センサの検出した値が一定の閾値を越えたことを検知して異常を検出することである。

本発明によれば、レーザ発振器や光学部材などのコンポーネントの構造上熱または光に弱い部分の損傷を確実に防ぎながら、レーザ加工の頻繁な中断を回避することができる。

本発明を実施したレーザ加工装置の第１実施形態の概略構成図である。 図１に示したファイバレーザ発振器３のプロセスファイバ５を、その出射端部５ａ側から見た概略図である。 図１に示した第１のフィルタ２１の透過率の分布の概略図である。 本発明を実施したレーザ加工装置の第２実施形態の概略構成図である。 本発明を実施したレーザ加工装置の第３実施形態の概略構成図である。 図５に示した第２のフィルタ２３の透過率の分布の概略図である。 ファイバコアに対するレーザ光の戻り光の入射角度による危険度を示す説明図である。

図１は、本発明を実施したレーザ加工装置の第１実施形態の概略構成図である。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光を照射するファイバレーザ発振器３を有しており、ファイバレーザ発振器３から出力されたレーザ光はプロセスファイバ５を伝播し、その出射端部５ａより出射されたレーザ光ＬＢは、レーザ加工ヘッド７のコリメートレンズ９に入射される。

ファイバレーザ発振器３は、高密度ファイバ結合型ＬＤ光源として複数のレーザダイオード３ａと、複数のレーザダイオード３ａよりの励起光を結合する励起コンバイナ３ｂと、励起コンバイナ３ｂよりの光をドープファイバ（励起ファイバ）３ｄへ供給する第１のファイバブラッドグレーティング３ｃと、第１のファイバブラッドグレーティング３ｃよりのレーザ光で、加工に使用する波長のビームを励起するドープファイバ３ｄと、ドープファイバ３ｄよりの光を取り出す第２のファイバブラッドグレーティング３ｅと、を有している。

また、図示はしないが、ファイバレーザ発振器３は、レーザダイオード３ａからファイバブラッドグレーティング３ｅまでの構成を複数有して、それらの結合するコンバイナを介してフィーディングファイバへ入射し、更にフィーディングファイバとプロセスファイバ５との間を結合し、散乱光や戻り光を検出する機能なども有すことができるカプラを設定することもできる。

なお、この実施形態では、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器３を挙げているが、他の種類のレーザ発振器にも適用される。

コリメートレンズ９に入射されたレーザ光ＬＢは、平行光線Ｌｉとなり、入射する平行光線Ｌｉに対して反射面を、ほぼ４５度傾斜させて設けられたベンドミラー１１で反射され、入射光Ｌｈとして第１の集光レンズ１３に入射され、ワークＷに集光照射され、ワークＷの加工が行われる。

ここで、ベンドミラー１１は、平行光線ＬｉおよびワークＷからの戻り光Ｌｍの約９９％を反射し、残余を透過させる特性を有している。

なお、図示はしないが、レーザ光がプロセスファイバ５を伝播してレーザ加工ヘッド７を通りワークに照射されるにあたり、ワークを載置するワークテーブルがＸＹ平面上にあって、そのＸＹ平面に平行するＸ軸とＹ軸で以ってレーザ加工ヘッド７がＸＹ平面上を移動運動するものであっても、そのＸＹ平面に平行するＸ軸とＹ軸で以ってワークがＸＹ平面上を移動運動するものであっても良い。

そして、このレーザ加工装置１は、レーザ戻り光検出装置として、第１の集光レンズ１３の光軸１３ａの延長線上に、ベンドミラー１１を透過したワークＷに反射した戻り光Ｌｍ２を集光する第２の集光レンズ１５と、第２の集光レンズ１５よりの集光された戻り光Ｌｍ２の光量を検知する戻り光検出センサ（ディテクタ）１７とを有する。第１の集光レンズ１３の光軸１３ａの延長線上における第２の集光レンズ１５と戻り光検出センサ１７との間に、第１の透過率フィルタ２１が設けられる。

なお、図示はしないが、プロセスファイバの出射端５ａをワークに対して垂直にして、ベンドミラー１１では９９％の進行光を透過させ、戻り光Ｌｍの約１％をベンドミラーで反射させて、ワークＷからの戻り光Ｌｍ２を集光することもできる。

そして、戻り光検出センサ１７により検知された戻り光の光量（光強度）は、レーザ加工装置１の制御部２５へ検知情報として送られる。検知情報を入力した制御部２５は、その戻り光の光量が、戻り光による危険度を判定するための一定の閾値を越えると、レーザ光のワークへの照射を停止するようにファイバレーザ発振器３を制御している。

なお、この制御部２５は、レーザ加工装置１全体の制御も行っている。

第１の透過率フィルタ２１は、第２の集光レンズ１５の集光部、すなわち、第２の集光レンズ１５と戻り光検出センサ１７との間における戻り光検出センサ１７の近傍に設けられ、ファイバレーザ発振器３などのコンポーネントの構造上熱または光に弱い部分や強い部分の場所に対応して、戻り光の透過率が異なるようになっている。例えば、透過率フィルタはフィルムのような薄膜で構成されており、透過率はそのフィルムに転写された素材の密度による濃淡で任意に設定できるものである。

すなわち、第１の透過率フィルタ２１では、ファイバレーザ発振器３などのコンポーネントの構造の内、熱または光に弱く、戻り光による危険度が高くなる部分に達する戻り光Ｌｍ１と対応する戻り光Ｌｍ２が通過する場所の透過率を高くするように、フィルタの濃淡を淡くする。ファイバレーザ発振器３や光学部材などのコンポーネントの構造上熱または光に強く、戻り光による危険度が低い部分に達する戻り光と対応する戻り光が通過する場所の透過率を低くするようにフィルタの濃淡を濃くする。

図２は、図１に示したファイバレーザ発振器３のプロセスファイバ５を、その出射端部５ａ側から見た概略図であり、図３は、図１に示した第１のフィルタ２１の透過率の分布の概略図である。なお、透過率の設定のフィルムの濃淡は白黒の二値化でもよいが、複数の（１６階調、２５６階調などの）階調を任意に設定してあっても良い。

図２に示すように、ファイバレーザ発振器３のプロセスファイバ５は、外被部５ｂの内側に、支持部材５ｃを介してクラッド部５ｄが設けられ、クラッド部５ｄの中心にコア部５ｅが設けられる構造となっている。

そして、図２に示すように、戻り光による危険度が一番高い部分は、プロセスファイバ５の中心部５ｆにあるコア部５ｅとなる。次に戻り光による危険度が高い部分は、例えば、より中心部５ｆに近いクラッド部５ｄ又は、支持部材５ｃであり、戻り光による危険度が低い部分は、その他の部分５ｂである。

すなわち、戻り光によるレーザ発振器や光学部材へのダメージの度合いにおいて、コア部５ｅが構造上熱または主に光に一番弱くなっており、ここに戻り光があると、その戻り光は、コア部５ｅを介してファイバレーザ発振器３に達し、ファイバレーザ発振器３を損傷する危険性が一番高い。次にクラッド部５ｄが構造上熱に弱く、ここに戻り光があると、先にファイバが損傷し、結果的にファイバレーザ発振器３が損傷する。また、支持部材５ｃに戻り光があると、当該部分が損傷し、ファイバの支持が不安定となる場合がある。

そこで、図３に示すように、第１の透過率フィルタ２１の透過率の分布は、戻り光による危険度に対応して、コア部５ｅに対応する中心部２１ｅの透過率を最も高くしている。また、例えば、クラッド部５ｄに対応する周辺部２１ｄおよび支持部材５ｃの位置に対応する部位２１ｃの透過率を次に高くしてある。そして、前記以外の部分５ｂ及び、５ｂ内部の５ｃ、５ｄの存在しない部分に対応する外側部２１ｂの透過率を最も低い透過率としている。

すなわち、第１の透過率フィルタ２１においては、前記以外の部分５ｂに対応する中心部２１ｂを通過する戻り光を最も減衰し、クラッド部５ｄに対応する周辺部２１ｄおよび支持部材５ｃの位置に対応する部位２１ｃを通過する戻り光を中間の大きさに減衰し、コア部５ｅに対応する中心部２１ｅを通過する戻り光を最も減衰しないようにしている。

なお、戻り光検出センサは、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やフォトディテクタの如き検出器である。透過率フィルタを用いずにＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサの如きエリアセンサを用いる従来の考え方もあるが、この戻り光検出センサは、コスト面や設置容積を考慮し、更に危険光の位置、サイズ、光強度を容易に計測できるように、透過率フィルタを併用することでフォトダイオードの如き検出器であっても、エリアセンサのような機能を実現できるものである。

そして、制御部２５は、第１の透過率フィルタ２１の通過後、戻り光検出センサ１７へ入射するモニターレーザ光の全光量（または平均光量）が設定値以上となる場合に、複数のレーザダイオード３ａの駆動を停止する。

上記構成により、戻り光検出センサ１７を、例えばコアに対する戻り光に対しては敏感に反応させ、部位５e、５ｄ、５ｃに対する戻り光に対しては鈍感に反応させることができる。

すなわち、戻り光による危険度を判定するための閾値は、一定となっており、戻り光の光量がその閾値を越えた場合に、制御部２５は、危険と判定し、レーザ光のワークへの照射を停止するようにファイバレーザ発振器３を制御している。

従って、上記実施形態によれば、戻り光の危険度を的確に判断し、戻り光によるファイバレーザダイオード３ａなどのコンポーネントの破壊を防ぐと共に、危険の小さい戻り光を許容してレーザ加工を停止させないようにできる。また、ファイバレーザ発振器３への戻り光対策として光アイソレータが不要（または性能の低いものを使用できる）となりコストが低減できる。

また、ファイバレーザ発振器の設計において、従来は戻り光に対しては不利であった設計が、本発明の戻り光対策を講ずることで、コストや性能面で有利な構成を採用する自由度が増大する。

なお、上記において、以下のような構成を採用することもできる。

例えば、第１の透過率フィルタ２１において、コア部５ｅに対応する中心部２１ｅの透過率は、コア部５ｅや発振器内部のレーザダイオードを損傷する危険の有る戻り光がコア部５ｅへ入射する場合に、その透過率フィルタを通過する戻り光の光強度が一定の閾値を越えると危険光である値となるように設定される。また、クラッド部５ｄに対応する周辺部２１ｄおよび支持部材５ｃの位置に対応する部位２１ｃの透過率は、クラッド部５ｄおよび支持部材５ｃを損傷する危険の有る戻り光がクラッド部５ｄおよび支持部材５ｃに入射する場合に、その透過率フィルタを通過する戻り光の光強度が一定の閾値を越えると危険光である値となるように設定される。さらに、前記以外の部分５ｂに対応する外側部２１ｂの透過率は、前記以外の部分５ｂを損傷する危険の有る戻り光が前記以外の部分５ｂに入射する場合に、その透過率フィルタを通過する戻り光が一定の閾値を越えると危険光である値となるように設定されている。

従って、このように第１の透過率フィルタ２１の透過率の分布をその危険の種類毎に個別に設定することにより、戻り光による危険度が一番高いコア部５ｅおよび次に戻り光による危険度が高いクラッド部５ｄ、支持部材５ｃおよび戻り光による危険度が低いその他の部分５ｂのそれぞれに対応した危険度を１つの戻り光検出センサ１７で以って感知し、その情報から制御部２５が危険と判定することができる。

これにより、それぞれの部分５ｅ、５ｄ、５ｃ、５ｂへの戻り光の危険を確実に検知して、プロセスファイバ５が損傷しないようにレーザ光のワークへの照射を停止することができる。

それと共に、例えば、コア部５ｅに対しては危険な戻り光が、その他の部分５ｃのみに入射される場合には、その他の部分５ｃに対応する第１の透過率フィルタ２１の外側部２１ｃの透過率が低くなっているので、戻り光検出センサの光強度が閾値を越えることは無く、レーザ光のワークへの照射が停止することは無い。

従って、従来の問題点を解決し、第１の透過率フィルタ２１の構造上熱または光に弱い部分の損傷を確実に防ぎながら、レーザ加工の頻繁な中断を回避することができる。

なお、レーザ加工装置１の種類や構造により、戻り光の場所に応じた危険個所は異なる。
従って、支持部材５ｃが熱または光に強い場合、第１の透過率フィルタ２１の透過率の分布を、中心部２１ｅの透過率が最も高くなり、周辺部２１ｄの透過率が次に高くなり、周辺部２１ｄの外側部の透過率が次に高くなるように設定することもできる。すなわち、レーザ加工装置１の種類や構造により、戻り光の場所に応じた危険個所に基づいて透過率の分布を自由に設定することができる。

次に、本発明を実施したレーザ加工装置の第２実施形態について説明する。

図４は、本発明を実施したレーザ加工装置の第２実施形態の概略構成図である。

図４に示すように、このレーザ加工装置１の第２実施形態は、レーザ戻り光検出装置として、第１の集光レンズ１３の光軸１３ａの延長線上に、ベンドミラー１１を透過したワークＷからの戻り光Ｌｍ２を集光する第２の集光レンズ１５と、第２の集光レンズ１５よりの集光された戻り光Ｌｍ２の光量を検知する戻り光検出センサ（ディテクタ）１７とを有し、第１実施形態における第１の透過率フィルタ２１の替りに、第１の集光レンズ１３の光軸１３ａの延長線上におけるベンドミラー１１と第２の集光レンズ１５との間に、第２の透過率フィルタ２３が設けられる構成となっている。

なお、図示はしないが、第２の透過率フィルタ２３は第２の集光レンズ１５の近傍にあって、戻り光検出センサ（ディテクタ）１７と第２の集光レンズ１５との間にあっても構わない。他の構成と作用効果は、第１実施形態と同様である。

なお、戻り光がワーク表面近傍の焦点位置から出射されるので、出射角度が一定以上大きいとするならば、第1の焦点レンズ１３を通過してもなお発散するものであるから、第２の透過率フィルタ２３が第２の集光レンズ１５の近傍にあることで、その発散の度合いを第１の透過率フィルタ２１よりも拡大して捕らえることができるものである。したがって、第２の透過率フィルタ２３は戻り光の出射角度を捕らえることができるものである。

次に、本発明を実施したレーザ加工装置の第３実施形態について説明する。

図５に示すように、このレーザ加工装置の第３実施形態においては、第１の透過率フィルタ２１は、第２の集光レンズ１５の集光部、すなわち、第２の集光レンズ１５と戻り光検出センサ１７との間における戻り光検出センサ１７の近傍に設けられ、第２の透過率フィルタ２３は、第１の集光レンズ１３の光軸１３ａの延長線上でベンドミラー１１と第２の集光レンズ１５との間に設けられ、ファイバレーザ発振器３などのコンポーネントにおいて、戻り光のファイバコアに対する入射角度を検出すべく、その危険度に対して大きい角度や小さい角度に対応して、その戻り光の透過率の組み合わせが異なるようになっている。

すなわち、第１の透過率フィルタ２１では、ファイバレーザ発振器３などのコンポーネントの構造の内、熱または光に弱く、戻り光による危険度が高くなる部分に達する戻り光Ｌｍ１と対応する戻り光Ｌｍ２が通過する場所の透過率を高くするように、フィルタの濃淡を淡くする。ファイバレーザ発振器３や光学部材などのコンポーネントの構造上熱または光に強く、戻り光による危険度が低い部分に達する戻り光と対応する戻り光が通過する場所の透過率を低くするようにフィルタの濃淡を濃くする。

第２の透過率フィルタ２３は、ファイバレーザ発振器３のコンポーネントにおいて戻り光のファイバコアに対する入射角度による危険度が高くなる部分に達する角度の戻り光Ｌｍ１と対応する戻り光Ｌｍ２が第１の透過率フィルタ２１の透過率の高いエリアを通過すべく、第２の透過率フィルタ２３を通過する場所の透過率を角度と距離に応じて高くし、ファイバレーザ発振器３や光学部材などのコンポーネントにおいて戻り光のファイバコアに対する入射角度による危険度が低い部分に達する角度の戻り光Ｌｍ１と対応する戻り光Ｌｍ２が第１の透過率フィルタ２１の透過率の高いエリアを通過すべく、第２の透過率フィルタ２３を通過する場所の透過率を角度と距離に応じて低くしている。

図５に示すようなファイバレーザ発振器３のプロセスファイバ５では、戻り光Ｌｍ１のファイバコアに対する入射角度が深い場合および戻り光Ｌｍ１の角度が浅い場合には、ファイバレーザ発振器３を損傷する可能性が高く、戻り光Ｌｍ１の角度が深くもなく浅くもない中間の場合には、ファイバレーザ発振器３を損傷する可能性が低くなっている。

図６は、図５に示した第２の透過率フィルタ２３の透過率の分布の概略図である。

図６に示すように、第２の透過率フィルタ２３の透過率の分布は、戻り光のファイバコアに対する入射角度による危険度に対応して、戻り光のファイバコアに対する入射角度が深くなり危険度が高くなる中心部２３ｅおよび戻り光の角度が浅くなり危険度が高くなる外側部２３ｃの透過率を高くし、戻り光の角度が、深くもなく浅くもない中間で危険度が低くなる中間部２３ｄの透過率を低く設定している。

すなわち、第２の透過率フィルタ２３においては、第１の透過率フィルタ２１との組み合わせで以って、戻り光のファイバコアに対する入射角度が浅くなり危険度が高くなることを検出すべく、または、戻り光のファイバコアに対する入射角度が深くなり危険度が高くなることを検出すべく、中間部２３ｄを通過する戻り光を減衰し、中心部２３ｅおよび外側部２３ｃを通過する戻り光を減衰しないようにしている。

そして、制御部２５は、第２の透過率フィルタ２３と第１の透過率フィルタ２１の通過後、戻り光検出センサ１７へ入射する検出センサ光の全光量（または平均光量）が設定値以上となる場合に、複数のレーザダイオード３ａの駆動を停止する。

すなわち、戻り光ファイバコアに対する入射角度による危険度を判定するための閾値は、一定となっており、戻り光の光量がその閾値を越えた場合に、制御部２５は、危険と判定し、レーザ光のワークへの照射を停止するようにファイバレーザ発振器３を制御している。

従って、第３実施形態によれば、戻り光のファイバコアに対する入射角度による危険度を的確に判断し、戻り光によるファイバやレーザダイオード３ａなどのコンポーネントを破壊を防ぐと共に、危険の小さい戻り光を許容してレーザが停止しないようにできる。また、戻り光対策として光アイソレータが不要（または性能の低いものを使用できる）となりコストが低減できる。

なお、第３実施形態は、戻り光のファイバコアに対する入射角度による危険度を的確に判断したが、そのフィルタの設定は任意に変更できるものであって、戻り光のファイバクラッドに対する入射角度による危険度あるいは戻り光のジャケットを突き抜けて伝播する危険度も的確に判断できるものである。

また、レーザ発振器の設計において、従来は、戻り光に対しては不利であった設計が、本発明の戻り光対策を講ずることで、コストや性能面で有利な構成を採用する自由度が増大する。

なお、上記において、以下のような構成を採用することもできる。

例えば、第２の透過率フィルタ２３においては、中心部２３ｅおよび外側部２３ｃの透過率は、レーザ加工装置１を損傷する危険が有る角度の戻り光が入射する場合に、通過する戻り光が一定の閾値を越えるように設定される。また、中間部２３ｄの透過率は、レーザ加工装置１を損傷する危険が有る角度の戻り光が入射する場合に、通過する戻り光が一定の閾値を越えるように設定されている。

従って、このように第２の透過率フィルタ２３の透過率の分布を設定することにより、戻り光の角度に応じて、戻り光による危険度が高い部分および戻り光による危険度が低い部分のそれぞれに対応した危険度を判定することができる。

これにより、レーザ加工装置１への戻り光の危険を確実に検知して、プロセスファイバ５が損傷しないようにレーザ光のワークへの照射を停止することができる。

従って、従来の問題点を解決し、レーザ加工装置１の損傷を確実に防ぎながら、レーザ加工の頻繁な中断を回避することができる。

また、第１実施形態は、戻り光の場所を見る第１の透過率フィルタ２１のみを有し、第２実施形態は、戻り光の場所を見る第２の透過率フィルタ２３のみを有する構成としたが、第３実施形態は、戻り光の角度を見る第１の透過率フィルタ２１と第２の透過率フィルタ２３の組み合わせを有する構成としたが、透過率フィルタを複数使うことで、更に特定の戻り光角度を検出する構成としても良い。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

１ レーザ加工装置
３ ファイバレーザ発振器
５ プロセスファイバ
７ レーザ加工ヘッド
９ コリメートレンズ
１１ ベンドミラー
１３ 第１の集光レンズ
１５ 第２の集光レンズ
１７ 戻り光検出センサ
２１ 第１のフィルタ
２３ 第２のフィルタ

Claims (11)

1. ワークへレーザ発振器からのレーザ光を照射して加工を行う加工機において、前記レーザ光が前記ワークに反射する戻り光を検出する戻り光検出装置であって、
   前記ワークからの戻り光の一部を反射または透過させるミラーと、前記ミラーを反射または透過した戻り光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光された戻り光の光強度を検出する戻り光検出センサとを有し、
   少なくとも前記ミラーと前記戻り光検出センサとの間に、前記レーザ発振器や光学部材に対する前記ワークからの戻り光による危険度が高いほど透過率が高くなるようファイバ断面に応じた透過率の分布を持つフィルタを設けたことを特徴とする戻り光検出装置。
2. 前記フィルタが、前記集光レンズの集光部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の戻り光検出装置。
3. 前記フィルタが、前記集光レンズと前記戻り光検出センサとの間における前記戻り光検出センサの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の戻り光検出装置。
4. 前記フィルタが、前記集光レンズの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の戻り光検出装置。
5. 前記フィルタを通過した戻り光検出センサの検出した値が、戻り光の反射角度を検知することを特徴とする請求項４に記載の戻り光検出装置。
6. 前記戻り光検出装置は、前記フィルタを通過した戻り光検出センサの検出した値が一定の閾値を越えたことを検知して異常を検出することを特徴とする請求項２および４のいずれかに記載の戻り光検出装置。
7. 前記フィルタは、前記集光レンズの集光点近傍に第１の透過率分布を持つ第１の透過率フィルタを設け、前記集光レンズの近傍に第２の透過率分布を持つ第２の透過率フィルタを設けたことを特徴とする請求項１に記載の戻り光検出装置。
8. 前記第１の透過率フィルタと前記第２の透過率フィルタとを透過する戻り光は、ファイバ断面におけるファイバコアを伝播することを検出できるファイバ断面に応じた透過率の分布を持つ組み合わせフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の戻り光検出装置。
9. 前記第１の透過率フィルタと前記第２の透過率フィルタとを透過する戻り光は、ファイバ断面におけるファイバクラッド若しくはジャケットを突き抜けて伝播することを検出できるファイバ断面に応じた透過率の分布を持つ組み合わせフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の戻り光検出装置。
10. 前記組み合わせフィルタが、前記集光レンズと前記戻り光検出センサとの間における前記戻り光検出センサの近傍に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の戻り光検出装置。
11. ワークへレーザ発振器からのレーザ光を照射して加工を行う加工機において、前記レーザ光が前記ワークに反射する戻り光を検出する戻り光検出方法であって、
    前記ワークからの戻り光の一部をミラーにより反射または透過させ、前記ミラーを反射または透過した戻り光を集光レンズにより集光させ、前記集光レンズにより集光された戻り光の光強度を戻り光検出センサにより検出するにあたり、
    前記ミラーから前記戻り光検出センサへの間の戻り光が、前記レーザ発振器や光学部材に対する前記ワークからの戻り光による危険度が高いほど透過率が高くなるようファイバ断面に応じた透過率の分布を持つフィルタを通過し、前記フィルタを通過した戻り光検出センサの検出した値が一定の閾値を越えたことを検知して異常を検出することを特徴とする戻り光検出方法。