JP2020028916A - レーザ加工システム、噴流観測装置、レーザ加工方法、及び噴流観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、ノズルから出射されたアシストガスを有効利用して、レーザ光によって溶融したワークの材料を効果的に吹き飛ばすことができるレーザ加工システムが求められている。【解決手段】レーザ光の光軸Ｏに沿ってアシストガスの噴流を出射する出射口２８を有するノズル２４であって、噴流の速度の極大点を出射口から離れた位置に形成するノズル２４と、噴流の速度を測定する測定器７６と、測定器７６の出力データに基づいて極大点の位置を表す情報を取得する位置取得部とを備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、レーザ加工システム、噴流観測装置、レーザ加工方法、及び噴流観測方法に関する。

レーザ光でワークを加工するときに該レーザ光によって溶融したワークの材料を吹き飛ばすためのアシストガスを出射するノズルを備えたレーザ加工システムが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−０５１９６５号公報

従来、ノズルから出射されたアシストガスを有効利用して、レーザ光によって溶融したワークの材料を効果的に吹き飛ばすことができるレーザ加工システムが求められている。

本開示の一態様において、レーザ光の光軸に沿ってアシストガスの噴流を出射する出射口を有するノズルであって、噴流の速度の極大点を出射口から離れた位置に形成するノズルと、噴流の速度を測定する測定器と、測定器の出力データに基づいて極大点の位置を表す情報を取得する位置取得部とを備える。

本開示の他の態様において、噴流観測装置は、ノズルの出射口から出射されたガスの噴流の速度を、噴流に沿って連続的に測定する測定器と、測定器が出力する連続した出力データのピーク値を、出射口から離れた位置に形成される噴流の速度の極大点の位置を表す情報として取得する位置取得部とを備える。

本開示のさらに他の態様において、上記のレーザ加工システムを用いてワークをレーザ加工する方法は、ワークの加工部位に対してノズルを、情報に基づいて定められる目標位置に配置した状態で、ノズルの出射口から噴流を出射するとともに、レーザ光によりワークを加工する。

本開示のさらに他の態様において、噴流観測方法は、ノズルの出射口から出射されたガスの噴流の速度を、噴流に沿って連続的に測定し、連続的に測定して得たデータのピーク値を、出射口から離れた位置に形成される噴流の速度の極大点の位置を表す情報として取得する。

ワークの加工時にノズルから出射されたアシストガスを、十分に大きな速度で該ワークに吹き付けることができるので、アシストガスを有効利用して、レーザ光によって溶融したワークの材料を効果的に吹き飛ばすことができる。

レーザ加工システムの図である。 ノズルから出射されたアシストガスの噴流を高速度カメラで撮影した画像である。 噴流の速度の極大点を説明するための図であって、上側のグラフは、噴流の速度と出射口からの位置ｘとの関係を概略的に示し、該グラフの下側に、図２の画像を示している。 噴流観測装置の図である。 図４に示す噴流観測装置のブロック図である。 他の噴流観測装置の図である。 図６に示す噴流観測装置のブロック図である。 さらに他の噴流観測装置の図である。 図８に示す噴流観測装置のブロック図である。 他のレーザ加工システムの図である。 図１０に示すレーザ加工システムのブロック図である。 さらに他のレーザ加工システムの図である。 図１２に示すレーザ加工システムのブロック図である。 図１２に示すレーザ加工システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 図１４中のステップＳ１４のフローの一例を示すフローチャートである。 図１２に示す測定器の出力データと、出射口からの距離との関係を概略的に示すグラフである。 さらに他のレーザ加工システムの図である。 図１７に示すレーザ加工システムのブロック図である。 さらに他のレーザ加工システムの図である。 図１９に示すレーザ加工システムのブロック図である。 図１９に示すレーザ加工システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 噴流調整装置の図である。 図２２に示す機構部の一例を示す。 図２２に示す機構部の他の例を示す。 さらに他のレーザ加工システムの図である。 図２５に示すレーザ加工システムのブロック図である。 図２５に示すレーザ加工システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 測定器の一例を示す。 測定器の他の例を示す。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１を参照して、レーザ加工システム１０について説明する。

レーザ加工システム１０は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、及び配置装置１８を備える。レーザ発振器１２は、内部でレーザ発振し、レーザ光を外部へ出射する。レーザ発振器１２は、ＣＯ_２レーザ発振器、固体レーザ（ＹＡＧレーザ）発振器、又はファイバレーザ発振器等、如何なるタイプのものであってもよい。

レーザ加工ヘッド１４は、ヘッド本体２０、光学レンズ２２、レンズ駆動部２３、及びノズル２４を有する。ヘッド本体２０は、中空であって、その基端部に光ファイバ２６が接続されている。レーザ発振器１２から出射されたレーザ光は、光ファイバ２６内を伝搬して、ヘッド本体２０の内部に入射する。

光学レンズ２２は、コリメートレンズ及びフォーカスレンズ等を有し、ヘッド本体２０の内部に入射したレーザ光をコリメート及び集光してワークＷへ照射する。光学レンズ２２は、光軸Ｏの方向へ移動可能となるように、ヘッド本体２０の内部に収容されている。

レンズ駆動部２３は、各々の光学レンズ２２を、光軸Ｏの方向へ移動させる。レンズ駆動部２３が光学レンズ２２の光軸Ｏの方向の位置を調整することによって、ノズル２４から出射されたレーザ光の焦点の光軸Ｏの方向の位置を制御できる。

ノズル２４は、中空であって、ヘッド本体２０の先端部に設けられている。ノズル２４は、その基端部から先端部へ向かうにつれて、光軸Ｏと直交する断面積が小さくなるような円錐台状の外形を有し、その先端部に円形の出射口２８を有する。ノズル２４及びヘッド本体２０の内部には、空洞のチャンバ２９が形成されている。光学レンズ２２から伝搬したレーザ光は、出射口２８から出射される。

アシストガス供給装置１６は、ガス供給管３０を介して、ノズル２４及びヘッド本体２０の内部に形成されたチャンバ２９にアシストガスを供給する。アシストガスは、例えば、窒素又は空気である。チャンバ２９に供給されたアシストガスは、レーザ光の光軸Ｏに沿って、レーザ光とともに出射口２８から噴流として出射される。ノズル２４は、出射口２８から離れた位置に、噴流の速度の極大点を形成する。

以下、図２及び図３を参照して、ノズル２４から出射されるアシストガスの噴流について説明する。図２は、ノズル２４の出射口２８から出射された噴流を、高速度カメラで撮影した画像である。図３は、図２に示す噴流の画像、及び、噴流の速度Ｖと、光軸Ｏに沿って出射口２８から離反する方向の位置ｘとの関係を概略的に示すグラフを示している。

本稿において、噴流の「速度」とは、アシストガスの流速（単位：ｍ／ｓｅｃ）と流量（単位：ｍ^３／ｓｅｃ）とを含むパラメータとして定義する。図２及び図３に示す噴流は、チャンバ２９への供給圧力が１ＭＰａ、出射口２８の開口寸法（直径）が２ｍｍの条件で形成されたものである。

図２及び図３に示すように、ノズル２４から出射されたアシストガスの噴流においては、出射口２８から光軸Ｏの方向へ離れた位置に、その速度Ｖが極大となる第１のマッハディスク領域３３及び第２のマッハディスク領域３５が形成される。第１のマッハディスク領域３３に、速度Ｖの第１の極大点３２の位置ｘ_１が含まれており、第２のマッハディスク領域３５に、速度Ｖの第２の極大点３４の位置ｘ_２が含まれている。

より具体的には、図３のグラフに示すように、噴流の速度Ｖは、出射口２８の位置（すなわち、ｘ＝０）から光軸Ｏに沿って離れるにつれて徐々に増加し、位置ｘ_１で第１の極大点３２となる。なお、図３に示す画像の噴流では、ｘ_１≒４ｍｍである。位置ｘ_１を含む第１のマッハディスク領域３３では、噴流と該噴流の外側の大気との境界で反射したアシストガスの反射波が互いに干渉し合って強め合う、いわゆるマッハディスクが形成されている。

位置ｘ_１から光軸Ｏに沿って出射口２８からさらに離れるにつれて、速度Ｖは、急激に減少し、次いで増加に転じて、位置ｘ_２で第２の極大点３４となる。位置ｘ_２を含む第２のマッハディスク領域３５では、第２のマッハディスクが形成されている。

このように、ノズル２４から出射された噴流においては、光軸Ｏの方向に複数のマッハディスクが形成され、これにより、噴流の速度Ｖは、光軸Ｏの方向に複数の極大点３２、３４を有することになる。形成されるマッハディスク（すなわち、極大点）の数は、出射される噴流の速度Ｖに応じて増加する。

本願発明においては、レーザ加工システム１０でワークＷをレーザ加工するときに、該ワークＷ（具体的には、ワークＷの加工部位Ｓ）をマッハディスク領域３３及び３５のうちの１つに配置するように、ワークＷの加工部位Ｓに対してノズル２４を、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２に基づいて定めた目標位置に配置する。

従来は、ワークＷのレーザ加工中にワークＷに吹き付けるアシストガスの圧力が、可能な限り大きいことが望ましいとされてきた。アシストガスの圧力は、出射口２８の位置で最大となる。そこで、従来、ワークＷをレーザ加工するときに、該ワークＷを、圧力が最大となる出射口２８に、可能な限り近接させていた。具体的には、従来は、ワークＷを、図３中の近接領域３６に配置させていた。この近接領域３６は、第１の極大点３２よりも出射口２８に近く、アシストガスの圧力が最大値に近い値となっている領域である。

このようにノズル２４とワークＷとを近接させると、ワークＷに対してノズル２４を高速移動させつつレーザ加工を行った場合に、ノズル２４とワークＷとの間でプラズマが発生し易くなる。プラズマが発生すると、ワークＷの仕上がり面が粗くなり得る。また、ノズル２４とワークＷとを近接させると、レーザ加工によって溶融して飛び散ったワークＷの粒子が出射口２８からノズル２４の内部へ進入し、レーザ加工ヘッド１４の構成要素（例えば、保護ガラス）を汚染してしまう可能性も増大する。

本発明者は、鋭意検討の結果、ワークＷのレーザ加工中に該ワークＷに吹き付けるアシストガスの速度Ｖが大きい程、レーザ光によって溶融したワークＷの材料を、該アシストガスによって効果的に吹き飛ばすことができるという知見を得た。

この知見を基に、本発明者は、ノズル２４の出射口２８からアシストガスの噴流を出射した場合に、上述した極大点３２、３４が形成されることに着目し、ワークＷをレーザ加工するときに該ワークＷを１つのマッハディスク領域３３又は３５に配置すれば、アシストガスを、出射口２８の近接領域３６よりも大きな速度ＶでワークＷに吹き付けることができることを見出した。

再度、図１を参照して、配置装置１８は、ワークＷ（例えば、加工部位Ｓ）をマッハディスク領域３３又は３５に配置するために、ノズル２４を加工部位Ｓに対して、極大点３２又は３４の位置ｘ_１又はｘ_２に基づいて定めた目標位置に配置する。具体的には、配置装置１８は、ワークテーブル３８、ｙ軸移動機構４０、ｘ軸移動機構４２、及びｚ軸移動機構４４を有する。

ワークテーブル３８は、作業セルの床の上に固定されている。例えば、ワークテーブル３８は、図１中のｚ軸方向へ延びる複数の針を有し、ワークＷは、該複数の針の先端によって形成される設置面に設置される。ｚ軸方向は、例えば、鉛直方向と実質平行である。

ｙ軸移動機構４０は、一対のレール機構４６及び４８と、一対のコラム５０及び５２とを有する。レール機構４６及び４８は、例えばサーボモータ及びボールねじ機構（ともに図示せず）を内蔵し、ｙ軸方向へ延在する。レール機構４６及び４８は、コラム５０及び５２を、ｙ軸方向へそれぞれ移動させる。

ｘ軸移動機構４２は、例えばサーボモータ及びボールねじ機構（ともに図示せず）を内蔵し、コラム５０及び５２に固定され、該コラム５０及び５２の間で延在する。ｘ軸移動機構４２は、ｚ軸移動機構４４をｘ軸方向へ移動させる。ｚ軸移動機構４４は、例えば、サーボモータ及びボールねじ機構（ともに図示せず）を内蔵し、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸方向へ移動させる。レーザ加工ヘッド１４は、出射するレーザ光の光軸Ｏがｚ軸と平行となるように、ｚ軸移動機構４４に設けられている。

ワークＷを加工するとき、配置装置１８は、ノズル２４を加工部位Ｓに対して目標位置に配置する。例えば、レーザ加工システム１０に設けられた後述する制御部（図示せず）が配置装置１８を制御し、ノズル２４とワークＷとを目標位置に自動で配置する。又は、オペレータが、手動で配置装置１８を動作させて、ノズル２４を加工部位Ｓに対して目標位置に配置してもよい。

次いで、アシストガス供給装置１６は、チャンバ２９にアシストガスを供給し、出射口２８から、マッハディスク領域３３及び３５を有するアシストガスの噴流を出射する。そして、レーザ発振器１２は、レーザ加工ヘッド１４にレーザ光を出射し、レーザ加工ヘッド１４は、出射口２８からレーザ光を出射してワークＷに照射する。このとき、レンズ駆動部２３は、出射口２８から出射されたレーザ光の焦点が加工部位Ｓに配置されるように、光学レンズ２２の光軸Ｏの方向の位置を調整する。

こうして、噴流のマッハディスク領域３３又は３５にワークＷを配置した状態で、該ワークＷをレーザ加工する。この構成によれば、ワークＷの加工時に、ノズル２４から出射されたアシストガスを、出射口２８の近接領域３６よりも大きな速度Ｖで該ワークＷに吹き付けることができるので、アシストガスを有効利用して、レーザ光によって溶融したワークＷの材料を効果的に吹き飛ばすことができる。

また、ワークＷを、出射口２８の近接領域３６に配置する場合と比べて、上述したプラズマの発生を抑えることができるので、ワークＷの仕上がり品質を向上させることができる。また、ワークＷを近接領域３６に配置する場合と比べて、レーザ加工中に発生したワークＷの飛散粒子がノズル２４の内部へ進入することを抑制できるので、レーザ加工ヘッド１４の構成要素の汚染を抑制できる。

次に、図４及び図５を参照して、噴流観測装置６０について説明する。噴流観測装置６０は、上述した極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を表す情報を取得する。噴流観測装置６０は、制御部６２、ダミーワーク６４、測定器６６、及び、上述の配置装置１８を備える。制御部６２は、プロセッサ（ＣＰＵ、ＧＰＵ等）及び記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等を有し、測定器６６及び配置装置１８を制御する。

ダミーワーク６４は、ワークテーブル３８の設置面に設置される。ダミーワーク６４は、ワークＷと同じ外形（寸法）を有し、加工部位Ｓに対応するダミー加工部位６４ａを有する。図４に示す例では、ダミーワーク６４は、レーザ加工時のワークＷの設置位置とは別の位置に配置される。

測定器６６は、ダミー加工部位６４ａの位置（又は、ダミー加工部位６４ａから僅かに出射口２８の方向へずれた位置）で、出射口２８から出射された噴流の速度Ｖを測定する。例えば、測定器６６は、該速度Ｖを接触式に測定する熱線流速計を有し、該熱線流速計は、噴流内に配置され、該速度Ｖに応じて抵抗値が変化する熱線を含む。又は、測定器６６は、該速度Ｖを非接触式に測定するレーザ流速計を有し、該レーザ流速計は、噴流に光を照射して速度Ｖを測定する光学センサを含む。

測定器６６は、噴流の速度Ｖを測定し、出力データ（測定値）αとして、制御部６２へ出力する。測定器６６は、ダミーワーク６４の上に配置されてもよいし、又は、ダミーワーク６４から離隔して配置されてもよい。ダミーワーク６４は、噴流の流れ方向の前方（すなわち、下流）に配置され、測定器６６は、出射口２８とダミーワーク６４との間の位置で速度Ｖを測定する。

配置装置１８は、ワークテーブル３８、ｙ軸移動機構４０、ｘ軸移動機構４２、及びｚ軸移動機構４４を有し、レーザ加工ヘッド１４を、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の方向へ移動させて、これにより、レーザ加工ヘッド１４を、ダミーワーク６４及び測定器６６に対して移動させる。

次に、噴流観測装置６０を用いて極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を取得する方法について、説明する。まず、制御部６２は、配置装置１８を動作させて、レーザ加工ヘッド１４を測定初期位置に配置する。レーザ加工ヘッド１４が測定初期位置に配置されたとき、図４に示すように、レーザ加工ヘッド１４の光軸Ｏがダミーワーク６４のダミー加工部位６４ａと交差するように、レーザ加工ヘッド１４がダミーワーク６４及び測定器６６に対して位置決めされる。

また、出射口２８と測定器６６の測定位置（すなわち、ダミー加工部位６４ａの位置）との距離ｄ_ａは、初期値ｄ_ａ０となる。一例として、初期値ｄ_ａ０は、測定器６６の測定位置が、図３中の近接領域３６のような、出射口２８の近接位置に配置されるように、設定される。

他の例として、初期値ｄ_ａ０は、測定器６６の測定位置が、出射口２８から最も離れた極大点（図３の例では、第２の極大点３４）があると推定される位置から噴流の下流側へ十分に離れた位置に配置されるように、設定される。初期値ｄ_ａ０は、オペレータによって予め定められる。

次いで、制御部６２は、アシストガス供給装置１６に指令を送り、該指令を受けて、アシストガス供給装置１６は、チャンバ２９に供給圧力Ｐ_Ｓでアシストガスを供給する。ノズル２４は、図２及び図３に示すような、速度Ｖの極大点３２及び３４を有するアシストガスの噴流を出射する。

次いで、制御部６２は、配置装置１８を動作させて、測定器６６の測定位置と出射口２８との距離ｄ_ａを変化させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸方向へ移動させる。一例として、上記の初期値ｄ_ａ０が、測定器６６の測定位置を出射口２８の近接位置に配置するように設定された場合、制御部６２は、配置装置１８を動作させて、距離ｄ_ａを増大させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸プラス方向へ移動させる。

他の例として、上記の初期値ｄ_ａ０が、測定器６６の測定位置を出射口２８から最も離れた極大点の下流側に配置するように設定された場合、制御部６２は、配置装置１８を動作させて、距離ｄ_ａを減少させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸マイナス方向へ移動させる。

配置装置１８がレーザ加工ヘッド１４をｚ軸方向へ移動させる間、制御部６２は、測定器６６に指令を送り、該測定器６６に速度Ｖを連続的に測定させる。例えば、測定器６６は、配置装置１８がレーザ加工ヘッド１４を移動させる間、所定の周期（例えば０．５秒）で、速度Ｖを連続的に測定する。こうして、測定器６６の測定位置は、噴流に沿って相対的に移動され、測定器６６は、該噴流に沿って速度Ｖを連続的に測定する。

測定器６６は、測定した速度Ｖを、出力データα（＝Ｖ）として、制御部６２へ出力する。このようにして測定器６６が出力した出力データαと距離ｄ_ａとの関係は、図３に示す速度Ｖと位置ｘとの関係に対応することになる。すなわち、測定器６６が取得した出力データαは、距離ｄ_ａに応じて変化して、第１の極大点３２に対応する位置に第１のピーク値α_ｍａｘ１を有し、第２の極大点３４に対応する位置に第２のピーク値α_ｍａｘ２を有することになる。

制御部６２は、測定器６６が出力する連続した出力データαの第１のピーク値α_ｍａｘ１を、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す情報として取得し、第２のピーク値α_ｍａｘ２を、第２の極大点３４の位置ｘ_２を表す情報として取得する。このように、制御部６２は、出力データαに基づいて極大点３２、３４の位置を表す情報を取得する位置取得部６８として機能する。

そして、制御部６２は、第１のピーク値α_ｍａｘ１を測定したときの測定器６６の測定位置（すなわち、ダミー加工部位６４ａの位置）と出射口２８との距離ｄ_ａを、目標距離ｄ_Ｔとして取得する。この目標距離ｄ_Ｔは、出射口２８に対する第１の極大点３２の位置を表し、例えば、公知のギャップセンサ又は変位計等を用いて取得することができる。

そして、制御部６２は、速度Ｖを測定したときの出射口２８の開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓとに関連付けて目標距離ｄ_Ｔをデータベース化し、記憶部に記憶する。オペレータは、ノズル２４の開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓとを様々に変更し、制御部６２は、開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓを変更する毎に、上述の方法で目標距離ｄ_Ｔを取得して、データベース化する。なお、出射口２８が円形である場合、開口寸法は、径である。

以下の表１に、開口寸法φ、供給圧力Ｐ_Ｓ、及び目標距離ｄ_Ｔのデータベースの例を示す。

表１に示すデータベースにおいては、ノズル２４の開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓとに関連付けられて、複数の目標距離ｄ_Ｔが設定されている。なお、制御部６２は、第２のピーク値α_ｍａｘ２を測定したときの出射口２８と測定器６６の測定位置との距離ｄ_{ａ_２}を、第２の目標距離ｄ_{Ｔ_２}として取得し、該第２の目標距離ｄ_{Ｔ_２}のデータベースを同様に作成してもよい。また、アシストガスの種類（窒素、空気等）毎に、データベースをそれぞれ作成してもよい。

このように作成された目標距離ｄ_Ｔのデータベースは、後述するように、レーザ加工システムでワークＷをレーザ加工するときにノズル２４を配置すべき目標位置を定めるために、用いられる。例えば、レーザ加工時に用いるノズル２４の出射口２８の開口寸法φが４ｍｍであり、チャンバ２９への供給圧力Ｐ_Ｓが２．０ＭＰａである場合、ｄ_Ｔ＝１０ｍｍというデータが、目標位置を定めるために用いられる。

このように、アシストガスの噴流の速度Ｖを測定することで、極大点３２、３４の位置を表す情報を取得することができる。この構成によれば、極大点３２、３４の位置を測定によって高精度に求めることができる。

また、噴流観測装置６０は、ダミーワーク６４を備えている。ここで、実際にレーザ加工するときは、ワークＷにアシストガスを吹き付けている。噴流観測装置６０においては、ワークＷの代わりにダミーワーク６４にアシストガスを吹き付けて、そのダミー加工部位６４ａの位置で測定した速度Ｖから、極大点３２、３４の位置を測定している。この構成によれば、実際のレーザ加工に近い状態で極大点３２、３４の位置を測定できるので、該極大点３２、３４の位置をより高精度に測定できる。

また、ダミーワーク６４は、ワークＷと同じ外形（寸法）を有している。この構成によれば、実際のレーザ加工により近い状態で極大点３２、３４の位置を測定できるので、該極大点３２、３４の位置をさらに高精度に測定できる。なお、ダミーワーク６４は、ワークＷと異なる外形（寸法）を有してもよい。この場合において、ダミーワーク６４は、ワークＷと同じｚ軸方向の厚みと、加工部位Ｓに対応する部位６４ａを有してもよい。また、ダミーワーク６４を用いることなく、極大点３２、３４の位置を取得することができる。

次に、図６及び図７を参照して、噴流観測装置７０について説明する。噴流観測装置７０は、上述した極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を表す情報を取得する。噴流観測装置７０は、制御部７２、測定器７６、及び配置装置１８を備える。制御部７２は、プロセッサ及び記憶部（図示せず）を有し、測定器７６及び配置装置１８を制御する。

配置装置１８は、ワークテーブル３８、ｙ軸移動機構４０、ｘ軸移動機構４２、及びｚ軸移動機構４４を有し、該ワークテーブル３８の上には、物体７４が設置されている。配置装置１８は、レーザ加工ヘッド１４を、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の方向へ移動させて、これにより、ノズル２４を物体７４に対して移動させる。

物体７４には、円形の貫通孔７４ａが形成されている。この貫通孔７４ａの開口寸法は、ノズル２４から出射されるレーザ光によってワークＷを穿孔したときに形成されると推定される貫通孔の開口寸法と、略同じに設定される。物体７４は、ワークＷと同じ外形(寸法)を有してもよいし、又は、ワークＷと異なる外形（寸法）を有してもよい。また、物体７４は、ワークＷと同じｚ軸方向の厚みと、加工部位Ｓに対応する部位とを有してもよい。

測定器７６は、貫通孔７４ａに隣接して配置され、ノズル２４の出射口２８から出射された噴流が貫通孔７４ａを通過するときに物体７４に衝突することによって発生する音の音圧ＳＰ又は周波数ｆを測定する。なお、本稿において、音の「音圧」とは、音圧（単位：Ｐａ）のみならず、音圧レベル（単位：ｄＢ）、音のインテンシティー（単位：Ｗ／ｍ^２）等を含む。

また、音の「周波数」とは、音の周波数のみならず、音の周波数特性（すなわち、周波数スペクトラム）を含む。この周波数特性には、少なくとも１つの周波数成分（例えば、１Ｈｚ）の音圧レベル、又は、所定の周波数帯域（例えば、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ）の平均音圧レベル等の情報が含まれる。測定器７６は、音を電気信号に変換するマイクロフォン７６ａと、該電気信号から音の周波数特性を取得する周波数取得部７６ｂとを有する。

次に、噴流観測装置７０を用いて極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を取得する方法について、説明する。まず、制御部７２は、配置装置１８を動作させて、レーザ加工ヘッド１４を測定初期位置に配置する。レーザ加工ヘッド１４が測定初期位置に配置されたとき、図６に示すように、レーザ加工ヘッド１４の光軸Ｏが貫通孔７４ａを通過するように、レーザ加工ヘッド１４が物体７４に対して位置決めされる。また、出射口２８と物体７４との距離ｄ_ｂは、初期値ｄ_ｂ０となる。

一例として、初期値ｄ_ｂ０は、物体７４が、図３中の近接領域３６のような出射口２８の近接位置に配置されるように、設定される。他の例として、初期値ｄ_ｂ０は、物体７４が、出射口２８から最も離れた極大点（図３の例では、第２の極大点３４）があると推定される位置から噴流の下流側へ十分に離れた位置に配置されるように、設定される。

次いで、制御部７２は、アシストガス供給装置１６に指令を送り、該指令を受けて、アシストガス供給装置１６は、チャンバ２９に、供給圧力Ｐ_Ｓでアシストガスを供給する。ノズル２４は、極大点３２及び３４を有するアシストガスの噴流を出射する。次いで、制御部７２は、配置装置１８を動作させて、物体７４と出射口２８との距離ｄ_ｂを変化させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸方向へ移動させる。

一例として、上記の初期値ｄ_ｂ０が、物体７４を出射口２８の近接位置に配置するように設定された場合、制御部７２は、配置装置１８を動作させて、距離ｄ_ｂを増大させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸プラス方向へ移動させる。

他の例として、上記の初期値ｄ_ｂ０が、物体７４を出射口２８から最も離れた極大点の下流側に配置するように設定された場合、制御部７２は、配置装置１８を動作させて、距離ｄ_ｂを減少させるように、レーザ加工ヘッド１４をｚ軸マイナス方向へ移動させる。

配置装置１８がレーザ加工ヘッド１４をｚ軸方向へ移動させて、ノズル２４を物体７４に対して接近又は離反させる間、制御部７２は、測定器７６に指令を送り、該測定器７６に音圧ＳＰ又は周波数ｆを連続的に測定させる。例えば、測定器７６は、配置装置１８がレーザ加工ヘッド１４を移動させる間、所定の周期（例えば０．５秒）で、音圧ＳＰ又は周波数ｆを連続的に測定する。測定器６６は、測定した音圧ＳＰ又は周波数ｆを、出力データβ（＝ＳＰ又はｆ）として、制御部７２へ順次出力する。

ここで、噴流が貫通孔７４ａの通過時に物体７４に衝突することによって発生する音の音圧ＳＰ及び周波数ｆは、アシストガスの流速Ｖ_Ｓと高度に相関する。具体的には、噴流が物体７４に衝突することによって発生する音の音圧（ピーク値、実効値等）、及び音の周波数特性（例えば、少なくとも１つの周波数成分の音圧レベル）は、アシストガスの流速Ｖ_Ｓと高度に相関する。

よって、取得した出力データβと距離ｄ_ｂとの関係は、図３に示すグラフに対応することになる。すなわち、測定器７６からの出力データβは、距離ｄ_ｂに応じて変化し、第１の極大点３２に対応する位置に第１のピーク値β_ｍａｘ１を有し、第２の極大点３４に対応する位置に第２のピーク値β_ｍａｘ２を有することになる。

制御部７２は、測定器７６が出力する連続した出力データβの第１のピーク値β_ｍａｘ１を、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す情報として取得し、第２のピーク値β_ｍａｘ２を、第２の極大点３４の位置ｘ_２を表す情報として取得する。このように、制御部７２は、出力データβに基づいて極大点３２、３４の位置を表す情報を取得する位置取得部７８として機能する。

そして、制御部７２は、第１のピーク値β_ｍａｘ１を測定したときの物体７４と出射口２８との距離ｄ_ｂを、目標距離ｄ_Ｔとして取得する。この目標距離ｄ_Ｔは、出射口２８に対する第１の極大点３２の位置を示し、例えば、公知のギャップセンサ等を用いて取得することができる。

そして、制御部７２は、音圧ＳＰ及び周波数ｆを測定したときの出射口２８の開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓとに関連付けて、目標距離ｄ_Ｔ及び第１のピーク値β_ｍａｘ１を、データベース化する。以下の表２に、開口寸法φ、供給圧力Ｐ_Ｓ、第１のピーク値β_ｍａｘ１、及び目標距離ｄ_Ｔのデータベースの例を示す。

表２に示すデータベースにおいては、ノズル２４の開口寸法φと供給圧力Ｐ_Ｓとに関連付けられて、第１のピーク値β_ｍａｘ１（音圧レベル）及び目標距離ｄ_Ｔが、設定されている。なお、制御部７２は、第２のピーク値β_ｍａｘ２を測定したときの出射口２８と物体７４との距離ｄ_{ｂ_２}を、第２の目標距離ｄ_{Ｔ_２}として取得し、該第２の目標距離ｄ_{Ｔ_２}のデータベースを同様に作成してもよい。

また、アシストガスの種類（窒素、空気等）毎に、データベースをそれぞれ作成してもよい。このように作成された目標距離ｄ_Ｔのデータベースは、後述するように、レーザ加工システムでワークＷをレーザ加工するときにノズル２４を配置すべき目標位置を定めるために、用いられる。

以上のように、噴流観測装置７０によれば、アシストガスの噴流が物体７４に衝突する音に基づいて、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を表す情報を取得することができる。この構成によれば、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を測定によって高精度に求めることができる。また、噴流観測装置７０は、後述するように、レーザ加工中に、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を表す情報を取得できる。

次に、図８及び図９を参照して、噴流観測装置８０について説明する。噴流観測装置８０は、上述の第１の極大点３２の位置ｘ_１を、所定の演算により取得する。噴流観測装置８０は、制御部８２及び測定器８４を備える。制御部８２は、プロセッサ及び記憶部（図示せず）を有し、測定器８４を制御する。

測定器８４は、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９に供給されているアシストガスの供給流量Ｖ_Ｖを測定する。測定器８４は、ガス供給管３０に設置されており、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９へ向かってガス供給管３０内を流動するアシストガスの流量Ｖ_Ｖを測定する。

次に、噴流観測装置８０によって第１の極大点３２の位置ｘ_１を取得する方法について説明する。まず、制御部８２は、アシストガス供給装置１６に指令を送り、該指令を受けて、アシストガス供給装置１６は、チャンバ２９にアシストガスを供給する。ノズル２４は、極大点３２及び３４を有するアシストガスの噴流を出射する。

次いで、制御部８２は、測定器８４に指令を送り、該指令を受けて測定器８４は、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９への供給流量Ｖ_Ｖを測定する。測定器８４は、供給流量Ｖ_Ｖの出力データ（測定値）を、制御部８２へ出力する。次いで、制御部８２は、測定器８４からの出力データＶ_Ｖと、以下の式１とを用いて、第１の極大点３２の位置ｘ_１の情報として、出射口２８から第１の極大点３２までの距離ｄ_ｃを算出する。

ｄ_ｃ＝０．６７×φ×（ρＶ_Ｓ ^２／２）^１／２・・・（式１）
ここで、φは、出射口２８の開口寸法を示し、ρは、アシストガスの粘性係数を示し、Ｖ_Ｓは、出力データＶ_Ｖと開口寸法φから求められるアシストガスの流速Ｖ_Ｓを示す。このように、制御部８２は、測定器８４の出力データＶ_Ｖから、演算によって、第１の極大点３２の位置ｘ_１を取得する位置取得部８６として機能する。

噴流観測装置８０によれば、第１の極大点３２の位置ｘ_１を、演算によって、高精度且つ迅速に取得できる。また、噴流観測装置８０は、後述するように、レーザ加工中に、第１の極大点３２の位置ｘ_１をリアルタイムで取得できる。

次に、図１０及び図１１を参照して、レーザ加工システム１００について説明する。レーザ加工システム１００は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、及び制御部１０２を備える。制御部１０２は、プロセッサ（図示せず）及び記憶部１０４を有し、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、及び配置装置１８を制御する。記憶部１０４は、データベース１０６を記憶する。データベース１０６は、例えば、上記の表１又は表２に示すようなデータベースである。

次に、レーザ加工システム１００の動作について説明する。まず、制御部１０２は、使用されるノズル２４の出射口２８の開口寸法φと、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９へのアシストガスの供給圧力Ｐ_Ｓの設定値を取得し、開口寸法φ及び供給圧力Ｐ_Ｓの設定値から、データベース１０６内の該当する目標距離ｄ_Ｔを記憶部１０４から読み出して取得する。

次いで、制御部１０２は、配置装置１８を動作させてレーザ加工ヘッド１４をワークＷに対して移動し、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが目標距離ｄ_Ｔに一致する目標位置に、ノズル２４を配置する。このように、目標位置は、データベース１０６を用いて定められ、制御部１０２は、配置装置１８（すなわち、移動機構４０、４２、４４）を制御して、ノズル２４を該目標位置に配置する移動制御部１０８として機能する。

次いで、制御部１０２は、アシストガス供給装置１６を動作させて、チャンバ２９に供給圧力Ｐ_Ｓでアシストガスを供給し、ノズル２４は、速度Ｖの極大点３２、３４を有するアシストガスの噴流を出射する。次いで、制御部１０２は、レーザ発振器１２を動作させて、出射口２８からレーザ光を出射し、レンズ駆動部２３を動作させて、出射されたレーザ光の焦点が加工部位Ｓに配置されるように、光学レンズ２２の光軸Ｏの方向の位置を調整する。

その結果、レーザ光によってワークＷの加工部位Ｓに貫通孔が形成され、制御部１０２は、記憶部１０４に記憶された加工プログラムに従って配置装置１８を動作させて、ノズル２４をワークＷに対して移動させつつ、ワークＷをレーザ加工（具体的には、レーザ切断）する。このとき、ワークＷの加工部位Ｓは、アシストガスの噴流の第１のマッハディスク領域３３（具体的には、第１の極大点３２の位置）に配置されることになる。

レーザ加工システム１００によれば、アシストガスを有効利用して、レーザ光によって溶融したワークＷの材料を効果的に吹き飛ばすことができる。また、上述したプラズマの発生を抑えることができるので、ワークＷの加工部位Ｓの仕上がり品質を向上させることができるとともに、レーザ加工ヘッド１４の構成要素の汚染を抑制できる。

また、レーザ加工システム１００においては、ワークＷの加工時にノズル２４を配置すべき目標位置を、第１の極大点３２の位置のデータベース１０６を用いて定めている。この構成によれば、ノズル２４とワークＷとを目標位置に、より迅速且つ容易に位置決めし、レーザ加工を開始することができる。

なお、レーザ加工システム１００において、記憶部１０４は、制御部１０２とは別の要素として設けられてもよい。この場合において、記憶部１０４は、制御部１０２と通信可能に接続された外部装置（サーバ等）に内蔵されてもよいし、制御部１０２に外付け可能な記憶媒体（ハードディスク又はフラッシュメモリ等）であってもよい。また、制御部１０２は、ワークＷをレーザ加工しているときに、出射口２８とワークＷとの距離を固定してもよい。

次に、図１２及び図１３を参照して、レーザ加工システム１１０について説明する。レーザ加工システム１１０は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、測定器７６、及び制御部１１２を備える。

制御部１１２は、プロセッサ及び記憶部１０４を有し、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、測定器７６を制御する。記憶部１０４には、上記の表２に示すデータベース１０６が記憶されている。制御部１１２は、上述の位置取得部７８として機能する。すなわち、このレーザ加工システム１１０においては、配置装置１８、測定器７６、及び制御部１１２は、上述の噴流観測装置７０を構成する。

次に、図１４を参照して、レーザ加工システム１１０の動作について説明する。図１４に示すフローは、制御部１１２が、オペレータ、上位コントローラ、又は加工プログラムから、加工開始指令を受け付けたときに、開始される。

ステップＳ１において、制御部１１２は、ノズル２４を加工部位Ｓに対して初期目標位置に配置する。具体的には、制御部１１２は、使用されるノズル２４の出射口２８の開口寸法φと、チャンバ２９へのアシストガスの供給圧力Ｐ_Ｓの設定値を取得し、開口寸法φ及び供給圧力Ｐ_Ｓの設定値から、データベース１０６内の該当する目標距離ｄ_Ｔを読み出して取得する。次いで、制御部１１２は、移動制御部１０８として機能して、配置装置１８を動作させてレーザ加工ヘッド１４をワークＷに対して移動し、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが目標距離ｄ_Ｔに一致する初期目標位置に、ノズル２４を配置する。

ステップＳ２において、制御部１１２は、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９に供給圧力Ｐ_Ｓでアシストガスを供給し、出射口２８からアシストガスの噴流を出射する。また、制御部１１２は、レーザ発振器１２を動作させて出射口２８からレーザ光を出射し、レンズ駆動部２３を動作させて、出射されたレーザ光の焦点が加工部位Ｓに配置されるように、光学レンズ２２の光軸Ｏの方向の位置を調整する。その結果、ワークＷには、貫通孔Ｈ（図１２）が形成され、噴流は、該貫通孔Ｈを通過する。この貫通孔Ｈは、上述の貫通孔７４ａに対応する。

ステップＳ３において、制御部１１２は、測定器７６による測定を開始する。具体的には、制御部１１２は、測定器７６に指令を送り、該指令を受けて、測定器７６は、ノズル２４の出射口２８から出射された噴流が貫通孔Ｈを通過するときにワークＷに衝突することによって発生する音の音圧ＳＰ又は周波数ｆを、連続的に（例えば、所定の周期で）測定する。

制御部１１２は、位置取得部７８として機能して、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す情報として、測定器７６から音圧ＳＰ又は周波数ｆの出力データβを順次取得し、記憶部１０４に記憶する。上述の噴流観測装置７０に関連して説明したように、第１のピーク値β_ｍａｘ１を含む出力データβは、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す情報に相当する。

ステップＳ４において、制御部１１２は、レーザ加工を開始する。具体的には、制御部１１２は、加工プログラムに従って配置装置１８を動作させて、ノズル２４をワークＷに対して移動させつつ、出射口２８から出射されるレーザ光によってワークＷをレーザ加工（レーザ切断）する。

ステップＳ５において、制御部１１２は、直近に測定器６６が取得した出力データβが、予め定められた下限値β_ｍｉｎよりも小さいか否かを判定する。この下限値β_ｍｉｎは、ノズル２４から出射されている噴流の速度Ｖが異常に小さくなっているか否かの境界を規定するものであって、オペレータによって予め定められる。

ここで、仮に、出射口２８の目詰まり、又はアシストガス供給装置１６の動作異常（例えば、ガス欠）が生じていた場合、噴流の速度Ｖが、基準値よりも大幅に低減し得る。この場合、測定器６６によって取得された出力データβは、ノズル２４から噴流が正常に出射されているときに測定器６６によって測定される基準データと異なる（具体的には、小さくなる）。

制御部１１２は、出力データβが下限値β_ｍｉｎよりも小さいか否かを判定することで、出力データβが基準データと異なっているか否かを判定する。このように、制御部１１２は、出力データβが基準データと異なっているか否かを判定する異常判定部１１３として機能する。

制御部１１２は、出力データβが下限値β_ｍｉｎよりも小さい（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ６へ進む。一方、制御部１１２は、出力データβが下限値β_ｍｉｎ以上である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ８へ進む。ステップＳ６において、制御部１１２は、レーザ発振器１２に指令を送り、レーザ発振動作を停止し、以って、ワークＷのレーザ加工を停止する。

ステップＳ７において、制御部１１２は、警告を出力する。例えば、制御部１１２は、「アシストガスの出射に異常があります。ノズルの開口寸法又はアシストガスの供給圧力をチェックしてください」という音声又は画像の形態の警告信号を生成する。そして、制御部１１２は、スピーカ又は表示部（図示せず）を通して、該警告を出力する。このように、制御部１１２は、警告を生成する警告生成部１１８として機能する。

スピーカ又は表示部は、制御部１１２に設けられてもよいし、又は、制御部１１２の外部に設けられてもよい。オペレータは、該警告によって、ノズル２４又はアシストガス供給に異常があることを直感的に認識し、ノズル２４の交換、又はアシストガス供給装置１６の動作異常（例えば、ガス欠）の対策を講じることができる。このステップＳ７を実行した後、制御部１１２は、図１４に示すフローを終了する。

ステップＳ８において、制御部１１２は、直近に測定器７６が取得した出力データβが、予め定められた閾値β_ｔｈよりも小さいか否かを判定する。この閾値β_ｔｈは、上述の下限値β_ｍｉｎよりも大きい値である。一例として、この閾値β_ｔｈは、データベース１０６に格納されている第１のピーク値β_ｍａｘ１に所定の係数ａ（０＜ａ＜１）を乗算した値として、設定され得る。

例えば、上記の表２に示すデータベース１０６を用い、開口寸法φ＝１．０ｍｍ、供給圧力Ｐ_Ｓ＝２．０ＭＰａ、且つ、ａ＝０．９５に設定した場合、閾値β_ｔｈ＝１２０ｄＢ×０．９５＝１１４ｄＢとなる。出力データβと、出射口２８に対するワークＷの加工部位Ｓの位置ｘとの関係を、図１６に概略的に示す。出力データβと位置ｘとの関係は、図３に示すグラフに対応するものとなる。

閾値β_ｔｈから第１のピーク値β_ｍａｘ１までの範囲１１６は、位置ｘ_３と位置ｘ_４との間の位置範囲１１４に対応する。この位置範囲１１４には、第１の極大点３２の位置ｘ_１が含まれることになる。ここで、上述のステップＳ１において、ノズル２４は、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが目標距離ｄ_Ｔに一致する初期目標位置に、配置されている。したがって、ステップＳ１の終了後は、加工部位Ｓは、第１の極大点３２の位置ｘ_１又はその近傍に配置されていると解される。

しかしながら、ワークＷのレーザ加工を実行しているときに、何らかの要因で、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが変化する場合がある。この要因としては、例えば、ワークＷの加工部位に段差部が形成され、これにより、距離ｄが変化する場合がある。このように距離ｄが変化した場合、測定器７６の出力データβが閾値β_ｔｈを下回り得る。

制御部１１２は、このステップＳ８において、出力データβが閾値β_ｔｈよりも小さい（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ９へ進む。一方、制御部１１２は、出力データβが閾値β_ｔｈ以上である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ９において、制御部１１２は、ノズル２４の目標位置を変更する。具体的には、制御部１１２は、このステップＳ９の開始時点でのノズル２４の目標位置を、ｚ軸マイナス方向又はｚ軸プラス方向へ移動させた新たな目標位置へ変更する。そして、制御部１１２は、移動制御部１０８として機能して配置装置１８を動作させて、ノズル２４を、該新たな目標位置へ配置させるべく、ｚ軸マイナス方向又はｚ軸プラス方向へ移動させる。その結果、ノズル２４は、ワークＷに対して接近又は離反する。

ステップＳ１０において、制御部１１２は、ステップＳ９の直前に測定器６６が取得した出力データβが、ステップＳ９の終了後に測定器６６が取得した出力データβよりも増加したか否かを判定する。ここで、仮に、ステップＳ９でノズル２４を移動させた結果、出力データβが減少した場合、図１６に示すグラフにおいて、ワークＷ（具体的には、加工部位Ｓ）の位置が、位置範囲１１４から離れたことになる。したがって、この場合、ワークＷの位置を位置範囲１１４に収めるためには、ステップＳ９でノズル２４を移動させる方向を反転させる必要がある。

一方、仮に、ステップＳ９でノズル２４を移動させた結果、出力データβが増大した場合、図１６に示すグラフにおいて、ワークＷの位置が、位置ｘ_１に接近したことになる。したがって、この場合、ステップＳ９でノズル２４を移動させる方向を変える必要がない。

このステップＳ１０において、制御部１１２は、ステップＳ９の直前に測定器６６が取得した出力データβが、ステップＳ９の終了後に測定器６６が取得した出力データβよりも増加した（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ１２へ進む。一方、制御部１１２は、ステップＳ９の直前に測定器６６が取得した出力データβが、ステップＳ９の終了後に測定器６６が取得した出力データβよりも減少した（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１において、制御部１１２は、ノズル２４を移動させる方向を反転させる。例えば、直前のステップＳ９でノズル２４をｚ軸マイナス方向へ移動させた場合、制御部１１２は、直後に実行するステップＳ９でノズル２４を移動する方向を、ｚ軸プラス方向に反転する。そして、制御部１１２は、ステップＳ９へ戻る。

ステップＳ１２において、制御部１１２は、直近に測定器７６が取得した出力データβが閾値β_ｔｈ以上となったか否かを判定する。制御部１１２は、出力データβが閾値β_ｔｈ以上となった（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ１５へ進む。一方、制御部１１２は、出力データβが依然として閾値β_ｔｈよりも小さい（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３において、制御部１１２は、上述のステップＳ１２でＮＯと判定した回数ｎが、予め定められた最大回数ｎ_ｍａｘを超えたか否かを判定する。この最大回数ｎ_ｍａｘは、２以上の整数（例えば、ｎ_ｍａｘ＝１０）としてオペレータによって定められる。制御部１１２は、回数ｎが最大回数ｎ_ｍａｘを超えた（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ１４へ進む。一方、制御部１１２は、回数ｎが最大回数ｎ_ｍａｘを超えていない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ９へ戻る。

このように、制御部１１２は、図１４中のステップＳ９〜Ｓ１３のループを実行することによって、ワークＷの加工中に、測定器７６の出力データβが、位置範囲１１４を表す出力データの範囲１１６内に収まるように、ノズル２４の目標位置を変更し、変更した目標位置に従って配置装置１８をフィードバック制御して、該ノズル２４を移動させている。

すなわち、ノズル２４の目標位置は、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す出力データβの第１のピーク値β_ｍａｘ１に基づいて、所定の範囲として定められる。このフィードバック制御により、ワークＷの加工中に加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に継続して配置させることができる。つまり、レーザ加工システム１１０における第１のマッハディスク領域３３とは、閾値β_ｔｈによって画定される位置範囲１１４の領域として定義することができる。

一方、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合、制御部１１２は、ステップＳ１４において、異常処理プロセスを実行する。ステップＳ９〜Ｓ１３のフィードバック制御を回数ｎ_ｍａｘだけ繰り返し実行したにも関わらず、β≧β_ｔｈとならない場合、上述した目詰まり又はガス欠等の異常が発生している可能性がある。

ここで、図１６に示す特性は、異常が発生していない状態で、出射口２８から噴流が正常に出射されているときに測定器７６によって測定される基準データであって、第１のピーク値β_ｍａｘ１は、基準データを構成し、閾値β_ｔｈは、該基準データに対して設定される。よって、図１６中の範囲１１６は、基準データに基づいて定められた、位置範囲１１４を表す出力データの範囲である。

制御部１１２は、異常判定部１１３として機能して、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合に、測定器７６の出力データβが基準データと異なっている判定し、ステップＳ１４の異常処理プロセスを実行する。このステップＳ１４について、図１５を参照して説明する。なお、図１５に示すフローにおいて、図１４に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、重複する説明を省略する。

ステップＳ２１において、制御部１１２は、アシストガス供給装置１６に指令を送り、チャンバ２９へのアシストガスの供給圧力Ｐ_Ｓを変更する。制御部１１２は、このステップＳ２１を実行する毎に、供給圧力Ｐ_Ｓを、所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）だけ、段階的に増加する。このように、制御部１１２は、供給圧力Ｐ_Ｓを変更する圧力調整部１１５として機能する。

次いで、制御部１１２は、上述のステップＳ１２を実行し、直近に測定器７６が取得した出力データβが閾値β_ｔｈ以上となったか否かを判定する。制御部１１２は、ＹＥＳと判定した場合、図１４中のステップＳ１５へ進む一方、ＮＯと判定した場合、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２において、制御部１１２は、図１５中のステップＳ１２でＮＯと判定した回数ｍが、予め定められた最大回数ｍ_ｍａｘを超えたか否かを判定する。この最大回数ｍ_ｍａｘは、２以上の整数（例えば、ｍ_ｍａｘ＝５）としてオペレータによって定められる。制御部１１２は、回数ｍが最大回数ｍ_ｍａｘを超えた（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、図１４中のステップＳ６へ進む。一方、制御部１１２は、回数ｍが最大回数ｍ_ｍａｘを超えていない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ２１へ戻る。

再度、図１４を参照して、ステップＳ１５において、制御部１１２は、例えば加工プログラムに基づいて、ワークＷのレーザ加工が完了したか否かを判定する。制御部１１２は、レーザ加工が完了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、レーザ発振器１２に指令を送りレーザ発振動作を停止し、図１４に示すフローを終了する。一方、制御部１１２は、レーザ加工が完了していない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ８へ戻る。

以上のように、制御部１１２は、ワークＷの加工中に測定器７６が取得した出力データβに基づいて、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に継続して配置させるように、ノズル２４の位置をフィードバック制御している。この構成によれば、何らかの要因で出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが変化したとしても、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に配置させた状態で、ワークＷをレーザ加工できる。したがって、アシストガスを有効利用できる。

また、制御部１１２は、ステップＳ１４を実行することによって、出射される噴流の異常を判定している。仮に、目詰まり又はガス欠等の異常が生じていた場合、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９への供給圧力Ｐ_ｓを変更したとしても、出射口２８から出射される噴流の速度Ｖは殆ど変化しない。

すなわち、この場合は、測定器７６の出力データβも殆ど変化せず、図１５中のステップＳ２１〜Ｓ２２のループを繰り返し実行しても、β≧β_ｔｈ（すなわち、図１５中のステップＳ１２でＹＥＳ）にならないことになる。

制御部１１２は、異常判定部１１３として機能し、ステップＳ２１〜Ｓ２２のループを、所定の回数ｍ_ｍａｘだけ繰り返し実行したにも関わらずβ≧β_ｔｈにならなかった場合、出力データβが基準データと異なっていると判定し、図１４中のステップＳ７で警告を出力している。この構成によれば、オペレータは、ノズル２４又はアシストガス供給に異常があることを直感的に認識し、ノズル２４の交換、又はアシストガス供給装置１６の動作異常（ガス欠）の対策を講じることができる。

その一方で、出射口２８の開口寸法若しくはｚ軸方向の長さの誤差、出射口２８のｚ軸に対する傾き、又は、ノズル２４の内部空間（チャンバ２９）の設計寸法の誤差等の軽微な異常に起因して、出射口２８から出射される噴流の速度Ｖが基準値よりも僅かに減少してしまう場合がある。このような軽微な異常の場合は、供給圧力Ｐ_ｓを変更するのに応じて、噴流の速度が変化するが、ステップＳ９〜Ｓ１５のフィードバック制御を繰り返し実行したとしても、β≧β_ｔｈとならずに、ステップＳ１３でＹＥＳと判定される場合がある。

レーザ加工システム１１０においては、ステップＳ１４において、ステップＳ２１を実行することによってβ≧β_ｔｈとなったときは、制御部１１２は、ワークＷの加工を継続する。この構成によれば、寸法誤差等の軽微な異常によって噴流の速度Ｖが基準値よりも減少してしまった場合でも、供給圧力Ｐ_ｓを変更する（具体的には、増加する）ことで、十分に大きな速度Ｖで噴流を加工部位Ｓに吹き付けている状態で、ワークＷの加工を継続できる。

なお、制御部１１２は、第１のレーザ加工工程においてステップＳ１２でＹＥＳと判定する毎に、この時点での出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄを順次記憶してもよい。そして、制御部１１２は、第１のレーザ加工工程の次に実行する第２のレーザ加工工程のステップＳ１の初期目標位置を、第１のレーザ加工工程で記憶した距離ｄに基づいて設定してもよい。例えば、制御部１１２は、第１のレーザ加工工程で記憶した距離ｄの平均値、又は、最後に記憶した距離ｄを、第２のレーザ加工工程の初期目標位置として設定してもよい。

なお、レーザ加工システム１１０の変形例として、測定器７６の代わりに、上述の測定器６６を適用してもよい。この場合、測定器６６は、加工部位Ｓの位置（又は、加工部位Ｓか出射口２８の方向へ僅かにずれた位置）で、噴流の速度Ｖを非接触式に測定するように構成される。レーザ加工システム１１０に適用された測定器６６と、配置装置１８及び制御部１１２とは、上述の噴流観測装置６０を構成する。

本変形例においては、制御部１１２は、出力データβの代わりに、測定器６６の出力データαに基づいて、図１４及び図１５に示すフローを実行し、ワークＷを第１のマッハディスク領域３３に配置した状態でワークＷをレーザ加工することができる。

次に、図１７及び図１８を参照して、レーザ加工システム１２０について説明する。レーザ加工システム１２０は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、ダミーワーク６４、測定器６６、及び制御部１２２を備える。

制御部１２２は、プロセッサ及び記憶部（図示せず）を有し、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、及び測定器６６を制御する。制御部１２２は、上述の位置取得部６８として機能する。すなわち、配置装置１８、ダミーワーク６４、測定器６６、及び制御部１２２は、上述の噴流観測装置６０を構成する。

次に、レーザ加工システム１２０の動作について説明する。まず、制御部１２２は、第１の極大点３２の位置ｘ_１を表す情報を取得する。具体的には、制御部１２２は、位置取得部６８として機能して、上述の噴流観測装置６０に関連して説明した方法で、測定器６６の出力データαの第１のピーク値α_ｍａｘ１から、目標距離ｄ_Ｔを取得する。

次いで、制御部１２２は、ノズル２４を目標位置に配置する。具体的には、制御部１２２は、移動制御部１０８として機能して、配置装置１８を動作させてレーザ加工ヘッド１４をワークＷに対して移動し、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが目標距離ｄ_Ｔに一致する目標位置に、ノズル２４を配置する。

次いで、制御部１２２は、アシストガス供給装置１６を動作させて、チャンバ２９にアシストガスを供給圧力Ｐ_Ｓで供給し、出射口２８からアシストガスの噴流を出射する。また、制御部１２２は、レーザ発振器１２を動作させて、出射口２８からレーザ光を出射し、レンズ駆動部２３を動作させて、出射されたレーザ光の焦点が加工部位Ｓに配置されるように、光学レンズ２２の光軸Ｏの方向の位置を調整する。

この状態で、制御部１２２は、加工プログラムに従って配置装置１８を動作させて、ノズル２４をワークＷに対して移動させつつ、ワークＷをレーザ加工（レーザ切断）する。このとき、ワークＷの加工部位Ｓは、アシストガスの噴流の第１のマッハディスク領域３３に配置されることになる。

上述したように、制御部１２２は、ワークＷの加工前に、噴流観測装置６０によって第１の極大点３２の位置ｘ_１を取得し、取得した第１の極大点３２の位置ｘ_１に基づいて定めた目標位置にノズル２４を配置した状態で、ワークＷをレーザ加工している。この構成によれば、ワークＷの加工中に加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に配置できるので、アシストガスを有効利用できる。

また、レーザ加工システム１２０によれば、出射口２８の開口寸法φ、及びアシストガスの供給圧力Ｐ_Ｓが未知である場合においても、ワークＷの加工前に噴流観測装置６０によって第１の極大点３２の位置ｘ_１を取得し、該第１の極大点３２の位置ｘ_１に基づいてノズル２４の目標位置を定めることができる。

次に、図１９及び図２０を参照して、レーザ加工システム１３０について説明する。レーザ加工システム１３０は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、測定器８４、及び制御部１３２を備える。

制御部１３２は、プロセッサ及び記憶部１０４を有し、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、及び測定器８４を制御する。記憶部１０４には、上記の表１に示すデータベース１０６が記憶されている。制御部１３２は、上述の位置取得部８６として機能する。すなわち、測定器８４及び制御部１３２は、上述の噴流観測装置８０を構成する。

次に、図２１を参照して、レーザ加工システム１３０の動作について説明する。図２１に示すフローは、制御部１３２が、オペレータ、上位コントローラ、又は加工プログラムから、加工開始指令を受け付けたときに、開始する。なお、図２１に示すフローにおいて、図１４に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、重複する説明を省略する。

ステップＳ１及びＳ２を実行した後、ステップＳ３１において、制御部１３２は、アシストガス供給装置１６からチャンバ２９へ供給されるアシストガスの供給流量Ｖ_Ｖの測定を開始する。具体的には、制御部１３２は、測定器８４に指令を送り、測定器８４に供給流量Ｖ_Ｖを連続的に（例えば、所定の周期で）測定させる。また、制御部１３２は、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄの測定を開始する。上述したように、距離ｄは、公知のギャップセンサ等を用いて取得することができる。

ステップＳ４の後、ステップＳ３２において、制御部１３２は、第１の極大点３２の位置ｘ_１を取得する。具体的には、制御部１３２は、位置取得部８６として機能して、直近に測定器８４が取得した出力データＶ_Ｖと、上記の式１とを用いて、第１の極大点３２の位置ｘ_１の情報として、出射口２８から第１の極大点３２までの距離ｄ_ｃを算出する。

ステップＳ３３において、制御部１３２は、距離ｄと距離ｄ_ｃとの差δが、予め定められた閾値δ_ｔｈよりも大きいか否かを判定する。具体的には、制御部１３２は、直近に測定された出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄと、直近のステップＳ３２で取得された距離ｄ_ｃとの差δ（＝ｄ−ｄ_ｃ）を算出する。

制御部１３２は、差δの絶対値（｜ｄ−ｄ_ｃ｜）が閾値δ_ｔｈよりも大きい（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合、ステップＳ３４に進む。一方、制御部１３２は、差δの絶対値が閾値δ_ｔｈ以下である（すなわち、ＮＯ）と判定した場合、ステップＳ１５に進む。この閾値δ_ｔｈは、オペレータによって定められる。

ステップＳ３４において、制御部１３２は、ノズル２４の目標位置を変更する。具体的には、直前のステップＳ３３で算出した差δが正の値である場合、制御部１３２は、このステップＳ３４の開始時点でのノズル２４の目標位置を、ｚ軸マイナス方向へ移動させた新たな目標位置へ変更する。

そして、制御部１３２は、移動制御部１０８として機能して、配置装置１８を動作させて、ノズル２４を、該新たな目標位置へ配置させるべく、ｚ軸マイナス方向へ移動させる。その結果、ノズル２４は、ワークＷに対して接近し、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが減少する。

一方、ステップＳ３３で算出した差δが負の値である場合、制御部１３２は、このステップＳ３４の開始時点でのノズル２４の目標位置を、ｚ軸プラス方向へ移動させた新たな目標位置へ変更する。そして、制御部１３２は、配置装置１８を動作させて、ノズル２４を、該新たな目標位置へ配置させるべく、ｚ軸プラス方向へ移動させる。その結果、ノズル２４は、ワークＷから離反し、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが増大する。ステップＳ３４を実行した後、制御部１３２は、ステップＳ３２へ戻る。

一方、ステップＳ３３でＮＯと判定した場合、制御部１３２は、上述のステップＳ１５を実行し、ＹＥＳと判定した場合は、レーザ発振器１２に指令を送り、レーザ発振動作を停止して、図２１に示すフローを終了する一方、ＮＯと判定した場合は、ステップＳ３２へ戻る。

このように、レーザ加工システム１３０においては、レーザ加工中に噴流観測装置８０によって取得した第１の極大点３２の位置ｘ_１に基づいてノズル２４の目標位置を変更し、変更した目標位置に従って配置装置１８をフィードバック制御して、該ノズル２４を移動させている。

すなわち、ノズル２４の目標位置は、第１の極大点３２の位置ｘ_１に基づいて、所定の範囲（０≦δ≦δ_ｔｈを満たす範囲）として定められる。このフィードバック制御により、ワークＷの加工中に加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に継続して配置させることができる。つまり、レーザ加工システム１３０における第１のマッハディスク領域３３とは、第１の極大点３２の位置ｘ_１からの距離δが、０≦δ≦δ_ｔｈを満たす範囲の領域として、定義することができる。

レーザ加工システム１３０によれば、何らかの要因で出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが変化したとしても、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に配置させた状態で、ワークＷをレーザ加工できる。したがって、アシストガスを有効利用できる。

次に、図２２を参照して、噴流調整装置１４０について、説明する。噴流調整装置１４０は、ノズル２４の出射口２８から出射された噴流の極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を調整するものであって、囲い１４２、及び囲い駆動部１４４を備える。囲い１４２は、径方向の内寸を有する筒状の部材である。

囲い１４２は、径方向の内寸としての半径Ｒを有する可撓性の円筒部材から構成されている。該円筒部材は、例えば、毛材、樹脂材、又はゴム材である。囲い１４２は、光軸Ｏに関して出射口２８と略同心に配置され、ｚ軸マイナス方向の端部１４２ａと、該端部１４２ａとは反対側の端部１４２ｂとを有する。

端部１４２ａは、ワークテーブル３８の設置面に載置される。端部１４２ｂは、出射口２８よりもｚ軸プラス方向へ離隔した位置に、配置されている。換言すれば、囲い１４２は、ワーク加工中に端部１４２ｂが常に出射口２８よりもｚ軸プラス方向へ離隔して配置されるのに十分なｚ軸方向の長さを有する。

囲い駆動部１４４は、囲い１４２の半径Ｒを変更するように該囲い１４２を変形させる機構部１４６と、該機構部１４６を駆動する動力を発生させる動力部１４８とを有する。半径Ｒを変更可能な囲い１４２及び機構部１４６としては、種々の形態が考えられる。以下、図２３及び図２４を参照して、囲い１４２及び機構部１４６の例について説明する。なお、図２３及び図２４においては、理解の容易の観点から、囲い１４２を点線表示している。

図２３に示す機構部１４６Ａは、いわゆる、カメラ等に用いられる虹彩絞り機構である。具体的には、機構部１４６Ａは、複数の羽根１５０を有し、これら羽根１５０は、周方向に回転しつつ、径方向内側に向かって移動するように動作される。囲い１４２は、複数の羽根１５０の内縁に連結され、該羽根１５０の動作に伴って、縮径及び拡径するように変形される。動力部１４８は、例えばサーボモータを有し、機構部１４６Ａを駆動して、囲い１４２を縮径及び拡径させる。

一方、図２４に示す機構部１４６Ｂは、光軸Ｏ周りの周方向へ延びるアーム部１５２と、該アーム部１５２の重複領域１５４に設けられたギア１５６とを有する。重複領域１５４において互いに対向するアーム部１５２の周面には、歯部が形成され、ギア１５６は、該歯部と噛合する。囲い１４２は、重複領域１５４以外の、アーム部１５２の内周に連結されている。

図２４（ａ）に示す状態においては、アーム部１５２の重複領域１５４の周方向の長さが大きく、囲い１４２に弛み１５８が形成されている。図２４（ａ）に示す状態から、ギア１５６が一方へ回転するにつれて、アーム部１５２の重複領域１５４が縮小し、これに伴って、囲い１４２の弛み１５８が徐々に周方向へ引き延ばされ、図２４（ｂ）に示す状態へ囲い１４２が拡径される。

反対に、図２４（ｂ）に示す状態から、ギア１５６が他方へ回転するにつれて、アーム部１５２の重複領域１５４が拡大し、これに伴って、囲い１４２の弛み１５８が徐々に拡大して、図２４（ａ）に示す状態へ囲い１４２が縮径される。動力部１４８は、例えばサーボモータを有し、ギア１５６を回転駆動して、囲い１４２を縮径及び拡径させる。

再度、図２２を参照して、噴流調整装置１４０は、囲い１４２の半径Ｒを変更することによって、第１の極大点３２の位置ｘ_１、及び第２の極大点３４の位置ｘ_２の調整できる。このように極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を調整できる原理について、以下に説明する。

上述したように、出射口２８から出射されたアシストガスは、外側の大気との境界で反射し、噴流内にマッハディスクが形成される。囲い１４２を設置した場合、噴流と囲い１４２との間に存在する大気層が該噴流によって押圧され、該大気層の粒子密度が増大する。

このように押圧された大気層との境界でアシストガスが反射されると、アシストガスの反射角度及び反射位置が変化し、その結果、囲い１４２がない場合と比べて、噴流内に形成されるマッハディスクの位置（すなわち、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２）が変化することになる。

囲い１４２の内寸を変化させると、噴流と囲い１４２との間に存在する大気層の体積及び粒子密度が変化し、これにより、噴流内に形成されるマッハディスクの位置を変化させることができる。以上のような原理を利用して、噴流調整装置１４０は、光軸Ｏの方向における極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を調整する。

具体的には、噴流調整装置１４０は、囲い１４２を縮径することによって、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を、噴流の下流側（すなわち、光軸Ｏに沿って出射口２８から離れる方向）へ、変位させる。一方、噴流調整装置１４０は、囲い１４２を拡径することによって、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を、噴流の上流側へ変位させる。

噴流調整装置１４０によれば、囲い１４２の内寸（半径Ｒ）を変更することにより、ワーク加工中に、出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄの変動に応じて、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に配置させるように極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を調整できる。

また、所定の開口寸法φのノズル２４の内部に形成されたチャンバ２９への供給圧力Ｐ_ｓを一定にした状態で、囲い１４２を縮径した場合、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２が噴流の下流側へ変位するとともに、該位置ｘ_１、ｘ_２における噴流の速度Ｖが増大する。すなわち、供給圧力Ｐ_ｓを変えずに、ワークＷを配置するマッハディスク領域３３、３５での噴流の速度Ｖを増大させることができる。

換言すれば、供給圧力Ｐ_ｓを低減させても、囲い１４２を縮径させることで、マッハディスク領域３３、３５での噴流の速度Ｖを維持することができる。この構成によれば、アシストガスの消費量を削減することができるので、コストを抑えることができる。なお、囲い駆動部１４４を省略し、囲い１４２の内寸を手動で変更してもよい。

次に、図２５及び図２６を参照して、レーザ加工システム１６０について説明する。レーザ加工システム１６０は、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、測定器８４、噴流調整装置１４０、及び制御部１６２を備える。

制御部１６２は、プロセッサ及び記憶部１０４を有し、レーザ発振器１２、レーザ加工ヘッド１４、アシストガス供給装置１６、配置装置１８、測定器８４、及び噴流調整装置１４０（具体的には、動力部１４８）を制御する。記憶部１０４には、上記の表１に示すデータベース１０６が記憶されている。制御部１６２は、上述の位置取得部８６として機能する。すなわち、測定器８４及び制御部１６２は、上述の噴流観測装置８０を構成する。

次に、図２７を参照して、レーザ加工システム１６０の動作について説明する。図２７に示すフローは、制御部１６２が、オペレータ、上位コントローラ、又は加工プログラムから、加工開始指令を受け付けたときに、開始する。なお、図２７に示すフローにおいて、図２１に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、重複する説明を省略する。

図２７に示すフローを開始後、制御部１６２は、図２１に示すフローと同様のステップＳ１〜Ｓ３３を実行する。ステップＳ３３でＹＥＳと判定した場合、ステップＳ４１において、制御部１６２は、第１の極大点３２の位置ｘ_１を制御する。具体的には、直前のステップＳ３３で算出した差δ（＝ｄ−ｄ_ｃ）が正の値である場合、制御部１６２は、囲い駆動部１４４の動力部１４８に指令を送り、囲い１４２の内寸（半径Ｒ）を減少させる。これにより、第１の極大点３２の位置ｘ_１は、噴流の下流側へ変位する。

一方、直前のステップＳ３３で算出した差δが負の値である場合、制御部１６２は、囲い駆動部１４４を動作させて、囲い１４２の内寸（半径Ｒ）を増大させる。これにより、第１の極大点３２の位置ｘ_１は、噴流の上流側へ変位する。

このように、制御部１６２は、位置取得部８６がステップＳ３２で取得した第１の極大点３２の位置ｘ_１の情報に基づいて囲い１４２の内寸を変更することにより第１の極大点３２の位置ｘ_１を制御する極大点制御部１６４として機能する。ステップＳ４１を実行した後、制御部１６２は、ステップＳ３２へ戻る。

レーザ加工システム１６０によれば、ノズル２４を移動させることなく、囲い１４２の内寸を変化させることによって、ワークＷの加工中に加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に継続して配置させることができる。この構成によれば、何らかの要因で出射口２８と加工部位Ｓとの距離ｄが変化したとしても、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に配置させた状態で、ワークＷをレーザ加工できる。したがって、アシストガスを有効利用できる。

なお、レーザ加工システム１６０において、記憶部１０４は、ノズル２４の開口寸法φと、供給圧力Ｐ_Ｓと、囲い１４２の内寸（半径Ｒ）とに関連付けて複数の目標距離ｄ_Ｔを記憶したデータベースを記憶してもよい。この場合において、制御部１６２は、上述のステップＳ４１において、開口寸法φ及び供給圧力Ｐ_Ｓと、ステップＳ３２で算出した距離ｄ_ｃを目標位置距離ｄ_Ｔとして該データベースに当て嵌めれば、囲い１４２の目標内寸を求めることができる。

そして、制御部１６２は、ステップＳ４１において、囲い駆動部１４４を動作させて、囲い１４２の内寸を、データベースから求めた目標内寸へ変更する。これにより、加工部位Ｓを第１のマッハディスク領域３３に高精度に配置させることができる。

また、上述のレーザ加工システム１３０に図２７に示すフローを実行させることもできる。この場合、ステップＳ４１において、制御部１３２は、チャンバ２９への供給圧力Ｐ_ｓを変更することによって、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を制御してもよい。ここで、チャンバ２９への供給圧力Ｐ_ｓを増大させると、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２は、噴流の下流側（すなわち、光軸Ｏに沿って出射口２８から離れる方向）へ変位する。

一方、チャンバ２９への供給圧力Ｐ_ｓを減少させると、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２は、噴流の上流側（すなわち、光軸Ｏに沿って出射口２８へ接近する方向）へ変位する。ステップＳ４１において、制御部１３２は、直前のステップＳ３３で算出した差δ（＝ｄ−ｄ_ｃ）が正の値である場合、アシストガス供給装置１６に指令を送り、供給圧力Ｐ_ｓを増大させる。これにより、第１の極大点３２の位置ｘ_１は、噴流の下流側へ変位する。

一方、直前のステップＳ３３で算出した差δが負の値である場合、制御部１３２は、アシストガス供給装置１６に指令を送り、供給圧力Ｐ_ｓを減少させる。これにより、第１の極大点３２の位置ｘ_１は、噴流の上流側へ変位する。このように、制御部１３２は、位置取得部８６がステップＳ３２で取得した第１の極大点３２の位置ｘ_１の情報に基づいて供給圧力Ｐ_ｓを変更することによって第１の極大点３２の位置ｘ_１を制御する極大点制御部として機能する。

なお、配置装置１８は、上記の構造に限らず、例えば、ｘ−ｙ平面に沿って移動可能なワークテーブルと、ノズル２４をｚ軸に沿って移動させるｚ軸移動機構とを有してもよい。又は、配置装置は、移動機構を有することなく、単に、ノズル２４をワークＷに対して、手動で任意の位置に固定するだけのものであってもよい。

また、図４に示す噴流観測装置６０のダミーワーク６４及び測定器６６として、種々の形態がある。以下、図２８及び図２９を参照して、ダミーワーク６４及び測定器６６の例について説明する。図２８に示す例においては、ダミーワーク６４は、上述のダミー加工部位６４ａに相当する位置に形成された円形の貫通孔６４ｂを有する。この貫通孔６４ｂａの開口寸法は、ノズル２４から出射されるレーザ光によってワークＷを穿孔したときに形成されると推定される貫通孔の開口寸法と、略同じに設定される。

測定器６６は、一対の柱部１７０、及び熱線１７２を有する。一対の柱部１７０はダミーワーク６４の表面６４ｃからｚ軸プラス方向へ延出し、互いに対向して配置されている。熱線１７２は、一対の柱部１７０の間に直線状に張り渡されており、出射口２８から出射される噴流の速度Ｖに応じて、その抵抗値が変化する。

ここで、一対の柱部１７０の間で延在する熱線１７２の長さＬ（すなわち、一対の柱部１７０の間の距離）は、例えば、出射口２８の開口寸法φ以下、又は、貫通孔６４ｂａの開口寸法以下となるように、設定されてもよい。又は、熱線１７２は、高剛性を有する材料から構成されてもよい。このように長さＬを小さく設定するか、又は熱線１７２を高剛性の材料から構成することによって、熱線１７２を噴流内に配置したときに、該熱線１７２が撓んでしまうのを防止できる。

また、ダミーワーク６４の表面６４ｃから熱線１７２までの距離は、例えば、０．５ｍｍ以下に設定されてもよい。このように表面６４ｃから熱線１７２までの距離を小さくすることによって、レーザ加工時のワークＷの加工部位Ｓに近い位置で、噴流の速度Ｖを測定できる。

図２９に示す例においては、測定器６６は、貫通孔６４ｂに張り渡された熱線１７４を有する。熱線１７４の長さＬは、貫通孔６４ｂの開口寸法に一致する。熱線１７４は、ダミーワーク６４の表面６４ｃの位置に配置されている。このような熱線１７４の配置によれば、レーザ加工時のワークＷの加工部位Ｓに近い位置で、噴流の速度Ｖを測定できる。以上のように、図２８及び図２９の測定器６６は、熱線流速計を構成する。

なお、上述の実施形態において、ワークＷを加工するときに、該ワークＷを、第２のマッハディスク領域３５（第２の極大点３４）、又は第ｎのマッハディスク領域（ｎは、３以上の整数）に配置してもよい。また、上述の噴流観測装置６０、７０、８０の代わりに、例えば高速度カメラで図２のような画像を撮影し、該画像に基づいて、極大点３２、３４の位置ｘ_１、ｘ_２を測定してもよい。

また、出射口２８は、円形に限らず、多角形、楕円形等、如何なる形状でもよい。また、上述した種々の実施形態の特徴を互いに組み合わせることもできる。例えば、噴流観測装置８０を、レーザ加工システム１１０又は１２０に組み合わせてもよいし、噴流調整装置１４０を、レーザ加工システム１１０又は１２０に組み合わせてもよい。

以上、実施形態を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。

１０，１００，１１０，１２０，１３０，１６０ レーザ加工システム
１２ レーザ発振器
１４ レーザ加工ヘッド
１６ アシストガス供給装置
１８ 配置装置
２４ ノズル
６０，７０，８０ 噴流観測装置
６２，７２，８２，１０２，１１２，１２２，１３２，１６２ 制御部
６６，７６，８４ 測定器
１４０ 噴流調整装置
１４２ 囲い

Claims (8)

1. レーザ光の光軸に沿ってアシストガスの噴流を出射する出射口を有するノズルであって、前記噴流の速度の極大点を前記出射口から離れた位置に形成するノズルと、
   前記噴流の前記速度を測定する測定器と、
   前記測定器の出力データに基づいて前記極大点の位置を表す情報を取得する位置取得部と、を備える、レーザ加工システム。
2. 前記測定器は、前記噴流に沿って連続的に前記速度を測定し、
   前記位置取得部は、前記測定器が出力する連続した前記出力データのピーク値を前記情報として取得する、請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記噴流の流れ方向の前方に配置されるダミーワークをさらに備え、
   前記測定器は、前記出射口と前記ダミーワークとの間で前記速度を測定する、請求項１又は２に記載のレーザ加工システム。
4. 前記測定器は、
   前記噴流の前記速度を接触式に測定する熱線流速計、又は、
   前記噴流の前記速度を非接触式に測定するレーザ流速計を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
5. 前記ノズルとワークとを相対的に移動させる移動機構と、
   前記移動機構を制御して、前記ノズルを前記ワークに対し、前記情報に基づいて定められる目標位置に配置する移動制御部と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
6. ノズルの出射口から出射されたガスの噴流の速度を、前記噴流に沿って連続的に測定する測定器と、
   前記測定器が出力する連続した出力データのピーク値を、前記出射口から離れた位置に形成される前記噴流の前記速度の極大点の位置を表す情報として取得する位置取得部と、を備える、噴流観測装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工システムを用いてワークをレーザ加工する方法であって、
   ワークの加工部位に対して前記ノズルを、前記情報に基づいて定められる目標位置に配置した状態で、前記ノズルの前記出射口から前記噴流を出射するとともに、前記レーザ光により前記ワークを加工する、方法。
8. ノズルの出射口から出射されたガスの噴流の速度を、前記噴流に沿って連続的に測定し、
   連続的に測定して得たデータのピーク値を、前記出射口から離れた位置に形成される前記噴流の前記速度の極大点の位置を表す情報として取得する、噴流観測方法。