JP2019058912A - レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工ヘッドにおける光学アライメントを簡素化する。【解決手段】レーザ加工ヘッド５０は、上部にレーザ光ＬＢを導波する光ファイバ９０のコネクタ２０２と、側壁にワークＷの加工点を観測する観測光４００を透過させる光ファイバポート２０２とを有する筐体２００と、ビームスプリッタ２１０とを備えている。ビームスプリッタ２１０は、上面にレーザ光ＬＢのコリメータレンズとして機能する第１凸部２１１と、側面に観測光４００のコリメータレンズとして機能する第２凸部２１２と、下面にレーザ光ＬＢ及び観測光４００の集光レンズとして機能する第３凸部２１３と、内部にレーザ光ＬＢを透過する一方、観測光４００をワークＷに向けて反射し、かつ加工点で反射された戻り光４０１を筐体２００の外に導く波長選択ミラー２１４とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置に関する。

近年、焦点距離が長いレーザ光を用いて、加工点から離れた位置からレーザ光を加工点に照射してレーザ溶接を行うリモートレーザ加工と呼ばれる加工法が注目されている。

特に、小型かつ軽量でさらに加工点からの光をモニタリングし、リアルタイムで加工情報を取得できるレーザ加工ヘッドへの関心が高まっており、例えば、特許文献１には、ベントミラーを搭載することでレーザ出力光と加工点からの反射光をモニタリングし、レーザ加工の生産管理、品質管理を向上させるレーザ加工ヘッドが開示されている。

特開２００７−３００３２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたレーザ加工ヘッドには、ファイバ端から出射した加工用レーザ光を平行光化するコリメーションレンズと加工用レーザ光を分岐するベンドミラー、加工点へ集光するための集光レンズ等の多数の光学部材が設けられている。このように光学部材点数が多いため、調整軸が多くアライメント精度が求められる、レーザ加工ヘッドが大きくなるといった課題がある。また、光コヒーレントトモグラフィ（Optical Coherent Tomography；以下、ＯＣＴという）等の観測装置を利用して加工点の状態を観測する場合、加工用のレーザ光と観測用のレーザ光を同じ光軸に合わせる必要があるが、複数の光学部材を含む光軸調整が必要であり、アライメント作業が複雑で精度が求められる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、小型でかつ加工用のレーザ光及び観測光の光学アライメントが簡素化されたレーザ加工ヘッドを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工ヘッドは、３面が凸形状に加工され、内部に波長選択ミラーが設けられたビームスプリッタを備え、各面をそれぞれコリメータレンズや集光レンズとして機能させるようにした。

具体的には、本発明に係るレーザ加工ヘッドは、ワークに向けて加工用のレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドであって、上部にレーザ光入射部と、側壁に前記ワークの加工点を観測するための観測光を通過させる観測光通過部とを有する筐体と、該筐体の内部に配設されたビームスプリッタと、を備え、該ビームスプリッタは、前記筐体の内部に入射した前記レーザ光を平行光線に変換するコリメータレンズと、前記観測光通過部を通して前記筐体の内部に入射した前記観測光を平行光線に変換する別のコリメータレンズと、平行光線に変換された前記レーザ光及び前記観測光を前記加工点に向けて集光する集光レンズと、前記筐体の内部に入射した前記観測光を前記加工点に向けて反射する一方、前記加工点で反射された戻り光を前記観測光通過部から前記筐体の外部に導くミラーとが一体化されてなることを特徴とする。

この構成によれば、レーザ加工ヘッドから直接にワークの加工点を観測することが可能となる。また、光学部材の実装点数を削減でき、レーザ加工ヘッドを小型化できる。

前記ビームスプリッタは、前記レーザ光入射部に対向する面に第１凸部が、前記観測光通過部に対向する面に第２凸部が、前記ワークに対向する面に第３凸部が形成されてなり、前記第１凸部が前記コリメータレンズとして、前記第２凸部が前記別のコリメータレンズとして、前記第３凸部が前記集光レンズとしてそれぞれ機能し、前記ミラーは、前記ビームスプリッタの内部に設けられ、前記レーザ光を透過させる一方、前記観測光を反射する波長選択ミラーであるのが好ましい。

この構成によれば、コリメータレンズや集光レンズや波長選択ミラー等の光学部材の集積化が容易となる。

前記ビームスプリッタの前記第１〜第３凸部と前記波長選択ミラーとは、前記レーザ光の光軸と前記波長選択ミラーで反射され前記加工点に向かう前記観測光の光軸とを一致させるように配置されているのが好ましい。

この構成によれば、複雑かつ高精度な調整が必要であった光学部材のアライメントを簡素化することができる。さらに、加工用のレーザ光と観測光とをワークの同じ加工点に照射することができ、レーザ加工中のワークの加工点の状態を確実に観察できる。

本発明に係るレーザ加工装置は、加工用のレーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークの加工点に向けて出射する上記のレーザ加工ヘッドと、該レーザ加工ヘッドに接続され、前記加工点に向けて観測光を出射する一方、前記加工点で反射された戻り光を受光して前記加工点の状態を観測する加工点観測装置と、を少なくとも備えることを特徴とする。

この構成によれば、レーザ加工中に同時にワークの加工点の状態を観測できるため、ワークの加工品質を高められる。

以上説明したように、本発明によれば、加工用レーザ光及び観測光のアライメントが簡単でかつ、小型のレーザ加工ヘッドを実現できる。

実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 実施形態１に係るレーザ加工ヘッドの要部を示す模式図である。 上側から見たビームスプリッタの斜視図である。 下側から見たビームスプリッタの斜視図である。 実施形態２に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す図である。 実施形態２に係るレーザ加工ヘッドの要部を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［レーザ加工装置の構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示し、レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド５０と、マニピュレータ６０と、ロボット制御装置７０と、レーザ発振器８０と、光ファイバ９０とを備えている。

レーザ加工ヘッド５０は、光ファイバ９０から受け取ったレーザ光ＬＢをワークＷに照射する。マニピュレータ６０は、先端にレーザ加工ヘッド５０が取り付けられ、レーザ加工ヘッド５０を移動させる。ロボット制御装置７０は、レーザ加工ヘッド５０の動作とマニピュレータ６０の動作と、レーザ発振器８０のレーザ発振を制御する。レーザ発振器８０は、レーザ光ＬＢを発振し、光ファイバ９０に出力する。光ファイバ９０は、レーザ発振器８０から出力されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド５０まで伝送する。このような構成により、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器８０から出力され、光ファイバ９０で伝送されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド５０で受け取って、レーザ加工ヘッド５０及びマニピュレータ６０を動作させてワークＷに所望の軌跡でレーザ光ＬＢを照射し、ワークＷの切断や溶接、穴あけ加工等を行うのに使用される。また、レーザ加工ヘッド５０に加工点観測装置３００が取り付けられる（図２参照）。

［レーザ加工ヘッドの要部の構成］
図２は、光ファイバ９０と加工点観測装置３００とが取り付けられたレーザ加工ヘッド５０の要部を示し、図３Ａ，３Ｂは、ビームスプリッタ２１０をそれぞれ上側、下側から見た斜視図を示す。なお、説明の便宜上、本発明に直接関係しない構成部材については、図示及びその説明を省略する。また、図３Ａ，３Ｂは模式図であり、ビームスプリッタ２１０の縦横比や表面の曲率は実際の形状と異なっている。また、以降の説明において、レーザ加工ヘッド５０におけるレーザ光ＬＢの入射側を「上」、出射側を「下」と呼ぶことがある。

図２に示すように、レーザ加工ヘッド５０は、筐体２００とコネクタ２０３とビームスプリッタ２１０とを備えている。また、加工点観測装置３００は、レーザ加工ヘッド５０に取り付けられ、観測光４００をレーザ加工ヘッド５０の内部に入射させて、ワークＷの加工点で反射した戻り光４０１を観測するように構成されている。加工点観測装置３００の詳細は後述する。

筐体２００は上部にコネクタ２０３が取り付けられ、側壁に光ファイバポート２０２（観測光通過部）を有している。コネクタ２０３には光ファイバ９０が取り付けられており、光ファイバ９０内を伝送したレーザ光ＬＢが筐体２００の上部に設けられたレーザ光入射部２００ａから筐体２００の内部に入射される。また、筐体２００の側壁内面には、光ファイバポート２０２に接して波長選択フィルタ２０４が設けられている。波長選択フィルタ２０４は、レーザ光ＬＢをカットする一方、観測光４００や戻り光４０１を透過するように構成されている。

図２，３Ａ，３Ｂに示すように、ビームスプリッタ２１０は、上面と下面と光ファイバポート２０２に対向する側面との計３面がビームスプリッタ２１０の外部に向かって凸形状である略直方体の光学部材であり、内部に波長選択ミラー２１４を有している。なお、ここで「略直方体」とは、上記の３面が第１〜第３凸部２１１〜２１３を有しておらず、フラットな平面である場合に直方体であるということである。

上面に位置する第１凸部２１１は、光ファイバ９０から出射され、レーザ光入射部２００ａを介して筐体２００の内部に入射されたレーザ光ＬＢを平行光線に変換するコリメータレンズとして機能し、側面に位置する第２凸部２１２は、加工点観測装置３００から出射され、光ファイバポート２０２を通過し、波長選択フィルタ２０４を透過して筐体２００の内部に入射する観測光４００を平行光線に変換する別のコリメータレンズとして機能する。また、下面に位置する第３凸部２１３は、第１凸部２１１で平行光線に変換されたレーザ光ＬＢと第２凸部２１２で平行光線に変換された観測光４００とをそれぞれワークＷの所定の加工点に向けて集光する集光レンズとして機能する。波長選択ミラー２１４は、第１凸部２１１で平行光線に変換されたレーザ光ＬＢを透過する一方、第２凸部２１２で平行光線に変換された観測光４００をワークＷの加工点に向けて反射するように構成されている。また、ビームスプリッタ２１０において、第１及び第２凸部２１１，２１２を経由してワークＷに向かうレーザ光ＬＢと、波長選択ミラー２１４でワークＷに向けて下方に反射された観測光４００とが同じ光軸を有するように構成されており、具体的には、第１〜第３凸部２１１〜２１３の曲率や波長選択ミラー２１４の角度が、レーザ光ＬＢと下方に反射された観測光４００とが同じ光軸を有するように設定されている。

本実施形態において、レーザ光ＬＢの光軸と、筐体２００の内部に入射する観測光４００の光軸とが直交し、波長選択ミラー２１４の表面がこれらの光軸に対して４５度の角度をなすように、ビームスプリッタ２１０が配置されている。また、ビームスプリッタ２１０は、第１凸部２１１を有し、下面が４５度の傾斜を有する透明部材２１５と、第２及び第３凸部２１２，２１３を有し、上面が４５度の傾斜を有する透明部材２１６とが、波長選択性を有する薄膜を挟んで貼り合わされて、あるいは接合されて構成されている。この薄膜が波長選択ミラー２１４として機能する。ただし、ビームスプリッタ２１０の構成やレーザ光ＬＢの光軸と筐体２００の内部に入射する観測光４００の光軸との関係は、特に上記に限定されない。第１及び第２凸部２１１，２１２を経由してワークＷに向かうレーザ光ＬＢと、波長選択ミラー２１４で下方に反射された観測光４００とが同じ光軸を有していればよい。

なお、ビームスプリッタ２１０を構成する透明部材２１５，２１６は、レーザ光ＬＢと観測光４００に対して透明であればよい。また、第１〜第３凸部２１１〜２１３はビームスプリッタ２１０の表面を機械加工することにより形成される。ただし、ビームスプリッタ２１０の各面に凸レンズを貼り合わせることで第１〜第３凸部２１１〜２１３を設けるようにしてもよい。この場合に、ビームスプリッタ２１０と第１〜第３凸部２１１〜２１３とを貼り合わせる接着材として、レーザ光ＬＢと観測光４００に対して透明な材料を選択することは言うまでもない。

加工点観測装置３００は、光ファイバ３０３を介して筐体２００に設けられた光ファイバポート２０２に接続されている。加工点観測装置３００は、観測光４００を出射する光源３０１と、光学観測装置３０２とを有している。光源３０１はレーザ素子であり、観測光４００はレーザ光ＬＢとは異なる所定の波長を有するレーザ光である。

光学観測装置３０２は、観測光４００がワークＷの加工点で反射されて、戻ってきた戻り光４０１、つまり、ワークＷの加工点で反射された観測光４００を光学的に観測する。また、光ファイバ３０３の途中には、観測光４００と戻り光４０１とを分岐するための光分岐ミラー３０４が設けられている。光分岐ミラー３０４は光源３０１側に面する表面と光ファイバポート２０２側に面する表面とで光学特性が異なっており、前者の表面では観測光４００を透過する一方、後者の表面では戻り光４０１を反射するように構成されている。

ここで、加工点観測装置３００の動作について説明する。光源３０１から出射された観測光４００は、光ファイバ３０３で導波され、光ファイバポート２０２を通過してビームスプリッタ２１０の波長選択ミラー２１４に入射する。観測光４００は、波長選択ミラー２１４で反射され、レーザビームＬＢが照射されているワークＷの加工点に照射する。さらに、観測光４００は、加工点で反射されて戻り光４０１として、観測光４００の入射光路と同じ光路を戻って光ファイバポート２０２を通過して光ファイバ３０３に入射する。戻り光４０１は、光分岐ミラー３０４で反射されて、光学観測装置３０２で受光され、加工点の状態が観測される。なお、加工点で反射された戻り光４０１が光学観測装置８２に受光されるように、各部材が配置されている。また、光源３０１と光学観測装置３０２とは、例えば一つの装置としてまとめられていてもよいし、個別に配置されていてもよい。

また、光源３０１としてレーザ素子の代わりに、例えば、スーパールミネッセントダイオードやＬＥＤ等を用いてもよい。なお、光源３０１として波長掃引タイプのレーザ素子を、光学観測装置３０２としてＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source Optical Coherence Tomography）装置を用いると、ワークＷの加工点における溶け込み状態を評価できる。例えば、ワークＷの溶接時に加工点における溶け込み深さを測定できる。なお、波長選択フィルタ２０４や波長選択ミラー２１４において、十分な波長選択性を得るために、レーザ光ＬＢの波長と観測光４００の波長とは所定の値以上に離れているのが好ましい。例えば、レーザ発振器８０が複数の半導体レーザ素子からのレーザ光を波長合成するダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）でその中心波長が９７５ｎｍであり、光学観測装置３０２としてＳＳ−ＯＣＴ装置を用いる場合は、観測光４００の中心波長を８１０ｎｍ−８７０ｎｍに設定するのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、加工用のレーザ光ＬＢに対するコリメートレンズとして機能する第１凸部２１１と、観測光４００に対するコリメートレンズとして機能する第２凸部２１２と、レーザ光ＬＢ及び観測光４００をワークＷの所定の加工点に向けて集光する集光レンズとして機能する第３凸部２１３と、さらにレーザ光ＬＢを透過する一方、観測光４００をワークＷの加工点に向けて反射する波長選択ミラー２１４とを一体化したビームスプリッタ２１０をレーザ加工ヘッド５０に設けることで、レーザ加工ヘッド５０から直接にワークＷの加工点を観測することが可能となる。また、光学部材の実装点数を削減でき、レーザ加工ヘッド５０を小型化できる。さらに、加工用のレーザ光ＬＢの光軸を所望の方向に合わせるとともに、レーザ光ＬＢの光軸と波長選択ミラー２１４で反射されて下方に向かう観測光４００との光軸を一致させるように、ビームスプリッタ２１０の各部２１１〜２１４の配置関係を予め設定することで、従来、複雑かつ高精度な調整が必要であった光学部材のアライメントを簡素化することができる。また、直方体の光学部材であるビームスプリッタ２１０の表面に対して第１〜第３凸部２１１〜２１３を、内部に波長選択ミラー２１４をそれぞれ設けるようにしたので、コリメータレンズや集光レンズとして機能する第１〜第３凸部２１１〜２１３及び波長選択ミラー２１４の集積化が容易となる。

また、図２に示すレーザヘッド５０を図１に示すレーザ加工装置１００に適用することで、ワークＷのレーザ加工と同時にワークＷの加工点の状態を観測できるため、加工中の不具合等を早期に検出でき、ワークＷの加工品質を高めることができる。

（実施形態２）
実施形態１に示すレーザ加工ヘッドの構成は、本実施形態に示す光学部材の回転機構を備えたレーザ加工ヘッドにも適用可能である。

図４は、本実施形態に係るレーザ加工ヘッド５０の構成を示し、レーザ加工ヘッド５０は、コネクタ１２と、レンズボディ１と、ボディケース６（第１のケース）と、シールドホルダ８と、ノズルユニット４３（第２のケース）と、サーボモータ１４，２１とを有する。なお、シールドホルダ８は、ノズルユニット４３に対して着脱可能であるが、その他の構成については、複数が一体化されていても構わない。

レーザ加工ヘッド５０は、コネクタ１２を有し、コネクタ１２を介して光ファイバ９０と接続されている。加工用レーザ光ＬＢは、一定の角度で広がりながら、光ファイバ９０の端部からレーザ加工ヘッド５０内に出射される。レンズボディ１は、ビームスプリッタ２１０が固定されたビームスプリッタホルダ３を保持している。ビームスプリッタ２１０により、ワークＷの加工点で焦点を結ぶように集光される。また、ボディ１やビームスプリッタホルダ３は、光ファイバ９０の出射端面とビームスプリッタ２１０との光学的な位置関係を規定するように配置されている。

ボディケース６には、回転機構３１（第１の回転機構）と、平行板１７（第１の平行板）と、ホルダ１８（第１のホルダ）とが設けられ、これらにより光学ユニット４１（第１の光学ユニット）が構成される。回転機構３１は、サーボモータ１４（第１の駆動部）と、タイミングベルト１５（第１の伝達部材）と、タイミングベルトプーリー１６（第１の回転部材）と、で構成される。平行板１７は、両端がベアリングで保持された円筒状のホルダ１８内に固定されている。ホルダ１８の外周面にはタイミングベルトプーリー１６が設けられ、ホルダ１８はタイミングベルト１５を介してサーボモータ１４によって回転される。具体的には、ホルダ１８は、第１の回転軸を中心に回転され、第１の回転軸の方向は、レーザ加工ヘッド５０から出力される加工用レーザ光ＬＢの光軸の方向と同じである。

なお、図４では、第１の回転軸の方向をＺ軸方向とし、これと直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向としている。また、Ｚ軸のプラス方向を「上方」、Ｚ軸のマイナス方向を「下方」と呼ぶことがある。

さらに、ボディケース６には、回転機構３２（第２の回転機構）と、平行板１９（第２の平行板）と、ホルダ７（第２のホルダ）とが設けられ、これらにより光学ユニット４２（第２の光学ユニット）が構成される。回転機構３２は、サーボモータ２１（第２の駆動部）と、タイミングベルト２２（第２の伝達部材）と、タイミングベルトプーリー２０（第２の回転部材）と、で構成される。平行板１９は、両端がベアリングで保持された円筒状のホルダ７内に固定されている。ホルダ７の外周面にはタイミングベルトプーリー２０が設けられ、ホルダ７はタイミングベルト２２を介してサーボモータ２１によって回転される。具体的には、ホルダ７は、第２の回転軸を中心に回転され、第２の回転軸の方向は、レーザ加工ヘッド５０から出力される加工用レーザ光ＬＢの光軸の方向と同じであり、かつＺ軸方向と同じ方向である。

そして、光学ユニット４１と光学ユニット４２とは、第１の回転軸の方向と第２の回転軸の方向とが同じであり、かつ、ボディケース６内において、対称に配置されている。すなわち、第１の回転軸および第２の回転軸に鉛直な面に対して対称に配置されている。図２では、光学ユニット４１と光学ユニット４２とは、上下に対称に配置されている。このように配置すると、サーボモータ１４とサーボモータ２１とが同じ方向に回転した場合、平行板１７の回転方向と平行板１９の回転方向とは逆になる。また、平行板１７を駆動するサーボモータ１４の回転方向を逆転させることにより、平行板１７の回転方向と平行板１９の回転方向とを同じ方向に回転させることも可能である。

なお、レーザ加工ヘッド５０の小型化と、レーザ加工ヘッド５０のレーザ照射範囲を広くする点から、光学ユニット４１と光学ユニット４２とは、第１の回転軸と第２の回転軸とが一致するように配置することが望ましい。また、第１の回転軸および第２の回転軸の方向は、光ファイバ９０から入射された時のレーザ光ＬＢの光軸の方向と同じであることが好ましい。さらには、第１の回転軸および第２の回転軸は、光ファイバ９０から入射された時のレーザ光ＬＢの光軸と一致することがさらに好ましい。

また、第１の回転軸と第２の回転軸と光ファイバ９０から入射された時のレーザ光ＬＢの光軸とは一致しており、レーザ光ＬＢの光軸は、平行板１７に入射するレーザ光の光軸（以下、第１の光軸という）と一致している。第１、第２の回転軸は、レーザ加工ヘッド５０のＺ軸方向の中心軸でもある。

また、ビームスプリッタ２１０を通過したレーザ光ＬＢは、平行板１７を透過する際に２度（平行板１７への入射時と平行板１７からの出射時）屈折する。これにより、平行板１７の板厚と、第１の回転軸に対する平行板１７の取り付け角度である平行板１７の傾斜角度と、平行板１７の屈折率によって定まる量だけ、レーザ光は平行にシフトする。すなわち、平行板１７に入射するレーザ光の光軸（第１の光軸）と、平行板１７を出射したレーザ光の光軸（第２の光軸）とは、方向が同じであり、位置がずれている。これは、同様の構成である平行板１９においても同様である。すなわち、平行板１９に入射するレーザ光の光軸（第２の光軸）と、平行板１９を出射したレーザ光の光軸（第３の光軸）とは、方向が同じであり、位置がずれている。本実施形態の平行板１７と平行板１９は、合成石英製であって、板厚ｔ＝１３ｍｍ、第１の回転軸（第２の回転軸）に対する傾斜角４５°、屈折率は１．４４９６３である。この場合、平行板１７を透過したレーザ光の光軸（第２の光軸）は、４．１ｍｍだけシフトする。その後、レーザ光が平行板１９を透過する際にも同様に、レーザ光の光軸（第３の光軸）は４．１ｍｍだけシフトする。従って、本実施形態におけるレーザ光ＬＢの動作範囲は、半径が８．２ｍｍの円内である。

なお、平行板１７，１９の板厚及び屈折率は、レーザ発振器８０の発振波長や、必要とされる加工条件等によって適宜変更することができ、その場合は、レーザ光ＬＢの動作範囲も変更されうる。また、ワークＷにおけるレーザ光ＬＢの照射軌跡と観測光４００の照射軌跡とが一致するように、また、戻り光４０１がレーザ光ＬＢや観測光４０と同じ光軸を通ってビームスプリッタ２１０の波長選択ミラー２１４に入射するように、平行板１７，１９の板厚及び屈折率やその他の光学部材の配置関係や光学特性を選択する必要がある。

本実施形態によれば、レーザ光ＬＢの光軸を、もとの光軸の周りに所定の半径で回転させることができ、ワークＷに対して色々な形状、例えば、円弧状やらせん状や直線状にレーザ光ＬＢを照射することができ、トレパニング加工等を容易に行うことができる。

図５は、本実施形態に係るレーザ加工ヘッド５０の要部を示す。本実施形態に係る構成と、図１に示す実施形態１に係る構成との相違点は、図４に示すレーザ加工ヘッドの構造に対応させて筐体が２重構造になっている点にある。

図５に示すように、レーザ加工ヘッド５０は、第１筐体２０１とコネクタ２０２と第２筐体２０５とビームスプリッタ２１０とを備えている。なお、実施形態１に示す部材と同じ構造、機能を有する部材については説明を省略する。

第１筐体２０１は上部にコネクタ２０３が取り付けられ、側壁に光ファイバポート２０２（観測光通過部）を有している。コネクタ２０３には光ファイバ９０が取り付けられており、光ファイバ９０内を伝送したレーザ光ＬＢが第１筐体２０１の上部に設けられたレーザ光入射部２０１ａに入射される。また、第１筐体２０１の内部には第２筐体２０５とビームスプリッタ２１０とが収容されている。第２筐体２０５は、側壁に保護ガラスが嵌め込まれた窓２０６（観測光通過部）を有しており、第１筐体２０１に設けられた光ファイバポート２０２と第２筐体２０５に設けられた窓２０６とはコネクタ２０３から見て、ほぼ同じ高さに位置する。また、第２筐体２０５の内部にはビームスプリッタ２１０が収容されており、第１筐体２０１のレーザ光入射部２０１ａから第２筐体２０５の上部に設けられたレーザ光入射部２０２ａに入射されたレーザ光ＬＢがビームスプリッタ２１０に入射される。なお、窓２０６の内面には実施形態１に示す構成と同様の波長選択フィルタ（図示せず）が設けられている。

本実施形態によれば、実施形態１に示す効果と同様の効果を得ることができる。また、ワークＷにおけるレーザ光ＬＢの照射軌跡と観測光４００の照射軌跡とが一致するように、レーザ加工ヘッド５０内の各光学部材の配置関係や光学特性が調整されているため、レーザ光ＬＢがワークＷに対して、円弧状やらせん状や直線状に照射される場合も、ワークＷの加工点の状態を観測できる。

なお、実施形態１，２において、光ファイバ３０３を介して加工点観測装置３００から観測光４００をレーザ加工ヘッド５０内に導入し、また、ワークＷの加工点で反射された戻り光４０１を加工点観測装置３００で受け取る例を示したが、光ファイバ３０３を用いなくてもよい。その場合は、光ファイバポート２０２の代わりに実施形態２に示す窓２０６を筐体２００の側壁の所定の位置に設けるようにしてもよい。

本発明に係るレーザ加工ヘッドは、レーザ加工ヘッドから直接にワークの加工点を観測できまた、光学部材の実装点数を削減して小型化が図れるため、レーザ加工装置に適用する上で有用である。

５０ レーザ加工ヘッド
６０ マニピュレータ
７０ ロボット制御装置
８０ レーザ発振器
９０ 光ファイバ
１００ レーザ加工ヘッド
２００ 筐体
２００ａ レーザ光入射部
２０１ 第１筐体
２０１ａ レーザ光入射部
２０２ 光ファイバポート（観測光通過部）
２０３ コネクタ
２０４ 波長選択フィルタ
２０５ 第１筐体
２０５ａ レーザ光入射部
２０６ 窓（観測光通過部）
２１０ ビームスプリッタ
２１１ 第１凸部
２１２ 第２凸部
２１３ 第３凸部
２１４ 波長選択ミラー
３００ 加工点観測装置
３０１ 光源
３０２ 光学観測装置
３０３ 光ファイバ
３０４ 光分岐ミラー
４００ 観測光
４０１ 戻り光
ＬＢ 加工用レーザ光
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークに向けて加工用のレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドであって、
   上部にレーザ光入射部と、側壁に前記ワークの加工点を観測するための観測光を通過させる観測光通過部とを有する筐体と、
   該筐体の内部に配設されたビームスプリッタと、を備え、
   該ビームスプリッタは、前記筐体の内部に入射した前記レーザ光を平行光線に変換するコリメータレンズと、前記観測光通過部を通して前記筐体の内部に入射した前記観測光を平行光線に変換する別のコリメータレンズと、平行光線に変換された前記レーザ光及び前記観測光を前記加工点に向けて集光する集光レンズと、前記筐体の内部に入射した前記観測光を前記加工点に向けて反射する一方、前記加工点で反射された戻り光を前記観測光通過部から前記筐体の外部に導くミラーとが一体化されてなることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
2. 請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記ビームスプリッタは、前記レーザ光入射部に対向する面に第１凸部が、前記観測光通過部に対向する面に第２凸部が、前記ワークに対向する面に第３凸部が形成されてなり、
   前記第１凸部が前記コリメータレンズとして、前記第２凸部が前記別のコリメータレンズとして、前記第３凸部が前記集光レンズとしてそれぞれ機能し、
   前記ミラーは、前記ビームスプリッタの内部に設けられ、前記レーザ光を透過させる一方、前記観測光を反射する波長選択ミラーであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
3. 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記ビームスプリッタの前記第１〜第３凸部と前記波長選択ミラーとは、前記レーザ光の光軸と前記波長選択ミラーで反射され前記加工点に向かう前記観測光の光軸とを一致させるように配置されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
4. 加工用のレーザ光を出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ光を受け取ってワークの加工点に向けて出射する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ加工ヘッドに接続され、前記加工点に向けて観測光を出射する一方、前記加工点で反射された戻り光を受光して前記加工点の状態を観測する加工点観測装置と、を少なくとも備えるレーザ加工装置。

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