JP2021097073A - レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】折り返しミラーの反射面の傾斜角の変化を検出する。【解決手段】折り返しミラー（200）は、レーザ光源（101）から出射されるレーザ光（LB）を進行方向とは異なる方向に反射することでレーザ光（LB）を被照射物へ導く第１反射面（200a）と、参照光源（102）から出射される参照光（RL）を進行方向とは異なる方向に反射する第２反射面（200b）とを有する。第１反射面（200a）に入射するレーザ光（LB）の光路に対する第１反射面（200a）の傾斜角が変化すると第２反射面（200b）に入射する参照光（RL）の光路に対する第２反射面（200b）の傾斜角が変化する。参照受光器（300）は、第２反射面（200b）で反射された参照光（RL）を受光する。【選択図】図２

Description

ここに開示する技術は、レーザ発振器に関する。

特許文献１には、レーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、ワークを保持する保持手段と、ワークにレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、レーザ光を反射させてレーザ光照射手段まで導入するミラー手段と、レーザ光の光路中にレーザ光の一部を分岐抽出する抽出手段と、抽出手段によって抽出されたレーザ光を受光する受光手段と、受光手段からの信号に基づいてレーザ光の光軸のずれを検出する検出手段と、検出手段の検出結果に応じて抽出手段よりも前に位置するミラー手段のレーザ光の反射方向を制御する制御手段とを備える。

特開２０１０−２６４４６１号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、ミラー手段の反射面の傾斜角（反射面に入射するレーザ光の光路に対する傾斜角）の変化を検出することが困難である。

そこで、ここに開示する技術は、ミラーの反射面の傾斜角（反射面に入射するレーザ光の光路に対する反射面の傾斜角）の変化を検出することが可能なレーザ発振器を提供することを目的とする。

ここに開示する技術は、被照射物にレーザ光を照射するレーザ発振器に関し、このレーザ発振器は、前記レーザ光を出射するレーザ光源と、参照光を出射する参照光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を進行方向とは異なる方向に反射することで前記レーザ光を前記被照射物へ導く第１反射面と、前記参照光源から出射される参照光を進行方向とは異なる方向に反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に入射するレーザ光の光路に対する前記第１反射面の傾斜角が変化すると前記第２反射面に入射する参照光の光路に対する前記第２反射面の傾斜角が変化する折り返しミラーと、前記折り返しミラーの第２反射面で反射された参照光を受光する参照受光器とを備える。

ここに開示する技術によれば、参照受光器における参照光の受光状態に基づいて、折り返しミラーの第１反射面の傾斜角（第１反射面に入射するレーザ光の光路に対する傾斜角）の変化を検出することができる。

実施形態によるレーザ加工システムの構成を例示する概略図である。 レーザ装置の構成を例示する概略図である。 参照受光器の構成を例示する概略平面図である。 折り返しミラーの位置の変化に伴う光路の変化を例示する概略図である。 参照光の受光位置と参照受光器の出力とレーザスポットの位置との関係を例示する図である。 対応関係情報を例示する図である。 基本処理について説明するためのタイミングチャートである。 異常検出処理について説明するためのフローチャートである。 レーザスポットの異常判定について説明するための図である。 キャリブレーション処理について説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態を詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

（レーザ加工システム）
図１は、実施形態によるレーザ加工システム１の構成を例示する。レーザ加工システム１は、レーザ光ＬＢを用いてワーク（図示省略）の加工を行う。具体的には、レーザ加工システム１は、レーザ光ＬＢをワークに照射することでワークを切断する。この例では、レーザ加工システム１は、レーザ装置１０と、光ファイバ２０と、出射ヘッド２５とを備える。レーザ装置１０は、光ファイバ２０の端部（端面）にレーザ光ＬＢを照射する。なお、光ファイバ２０の端部は、被照射物の一例である。

〔光ファイバ〕
光ファイバ２０の一端部は、レーザ装置１０に接続され、光ファイバ２０の他端部は、出射ヘッド２５に接続される。光ファイバ２０は、レーザ装置１０から出射されたレーザ光ＬＢを出射ヘッド２５に導く。

図２に示すように、この例では、光ファイバ２０は、第１コア２０ａと、第１コア２０ａの周囲を囲う第２コア２０ｂと、第２コア２０ｂの周囲を囲う皮膜２０ｃとを有する。第１コア２０ａの断面形状は、円形状である。第２コア２０ｂの断面形状は、円環状である。第２コア２０ｂと皮膜２０ｃとの間には、第１クラッドが設けられ、第１コア２０ａと第２コア２０ｂとの間には、第２クラッドが設けられる。第１クラッドおよび第２クラッドの屈折率は、第１コア２０ａおよび第２コア２０ｂの屈折率よりも低い。なお、第２クラッドを省略し、第１コア２０ａの屈折率を第２コア２０ｂの屈折率よりも高くしてもよい。

〔出射ヘッド〕
出射ヘッド２５は、光ファイバ２０により導かれたレーザ光ＬＢをワーク（図示省略）に照射する。

〔レーザ装置〕
この例では、レーザ装置１０は、レーザ発振器１１と、操作部１２と、表示部１３と、制御部１４とを備える。

〔レーザ発振器〕
レーザ発振器１１は、光ファイバ２０の端部にレーザ光ＬＢを照射する。レーザ発振器１１は、筐体１５と、複数のレーザモジュール１６と、結合ユニット１７と、集光ユニット１８とを備える。この例では、レーザ発振器１１は、ＤＤＬ（Direct Diode Laser）発振器である。

筐体１５は、複数のレーザモジュール１６と、結合ユニット１７と、集光ユニット１８とを収納する。複数のレーザモジュール１６の各々は、レーザ光を出射する。例えば、レーザモジュール１６は、それぞれが異なる波長のレーザビームを出射する複数のレーザダイオードにより構成されたレーザアレイを有する。そして、レーザモジュール１６は、複数のレーザダイオードから出射されたレーザビームを波長合成し、波長合成されたレーザビームをレーザ光として出射する。なお、レーザモジュール１６の出力は、可変であってもよい。レーザモジュール１６の出力制御は、制御部１４により行われてもよい。

図２に示すように、結合ユニット１７は、レーザ光源１０１と、参照光源１０２と、第１折り返しミラー２０１と、第２折り返しミラー２０２と、参照受光器３００とを有し、集光ユニット１８は、集光レンズ４００と、部分反射ミラー５００と、部分受光器６００と、シャッタ７００と、ビームダンパ８００と、検出器９００とを有する。

〈レーザ光源〉
レーザ光源１０１は、レーザ光ＬＢを出射する。この例では、レーザ光源１０１は、複数のレーザモジュール１６から出射されたレーザ光を結合する結合器である。結合器は、結合されたレーザ光をレーザ光ＬＢとして出射する。例えば、結合器は、ミラーやレンズやビームスプリッタなどの複数の光学部品により構成される。なお、レーザ光源１０１の出力は、可変であってもよい。レーザ光源１０１の出力制御は、制御部１４により行われてもよい。

〈参照光源〉
参照光源１０２は、参照光ＲＬを出射する。この例では、図５に示すように、参照光源１０２は、参照光ＲＬが所定の拡散角で拡散するように参照光ＲＬを出射する。言い換えると、参照光源１０２は、参照光ＲＬが進行方向へ向けて次第に広がるように参照光ＲＬを出射する。

〈折り返しミラー〉
第１折り返しミラー２０１は、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光ＬＢを進行方向とは異なる方向に反射することでレーザ光ＬＢを第２折り返しミラー２０２へ導く。第２折り返しミラー２０２は、第１折り返しミラー２０１で反射されたレーザ光ＬＢを進行方向とは異なる方向に反射することでレーザ光ＬＢを光ファイバ２０の端部へ導く。

この例では、第２折り返しミラー２０２は、第１反射面２００ａおよび第２反射面２００ｂを有する折り返しミラー２００により構成される。

折り返しミラー２００の第１反射面２００ａは、レーザ光源１０１から出射されるレーザ光ＬＢ（この例では第１折り返しミラー２０１で反射されたレーザ光ＬＢ）を進行方向とは異なる方向に反射することでレーザ光ＬＢを光ファイバ２０の端部へ導く。折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂは、参照光源１０２から出射される参照光ＲＬを進行方向とは異なる方向に反射する。

また、折り返しミラー２００は、第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する第１反射面２００ａの傾斜角が変化すると、第２反射面２００ｂに入射する参照光ＲＬの光路に対する第２反射面２００ｂの傾斜角が変化するように構成されている。この例では、折り返しミラー２００は、板状に形成され、折り返しミラー２００の一方面が第１反射面２００ａとなり、折り返しミラー２００の他方面が第２反射面２００ｂとなる。

また、この例では、折り返しミラー２００は、第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する第１反射面２００ａの傾斜角が変化するように、揺動可能である。具体的には、結合ユニット１７は、ミラー駆動機構２５０を有する。ミラー駆動機構２５０は、予め定められた揺動軸線を中心として折り返しミラー２００を揺動させる。この例では、揺動軸線は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの進行方向と直交する方向（図２の例では紙面と直交する方向）に延びる。なお、折り返しミラー２００の揺動制御（具体的にはミラー駆動機構２５０の制御）は、制御部１４により行われる。

また、この例では、ミラー駆動機構２５０は、揺動モータ２５１と、エンコーダ２５２とを有する。揺動モータ２５１の回転軸には、折り返しミラー２００が固定される。揺動モータ２５１の回転軸線は、折り返しミラー２００の揺動軸線を構成する。このような構成により、揺動モータ２５１が駆動すると、揺動モータ２５１の回転角の変化に応じて折り返しミラー２００の揺動角が変化し、その結果、折り返しミラー２００に入射するレーザ光ＬＢの光路に対する第１反射面２００ａの傾斜角が変化する。エンコーダ２５２は、揺動モータ２５１の回転角を検出する。エンコーダ２５２の出力は、制御部１４に送信される。

〈参照受光器〉
参照受光器３００は、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂで反射された参照光ＲＬを受光する。そして、参照受光器３００は、参照光ＲＬの受光状態（受光位置および受光強度）に応じた電気信号を出力する。参照受光器３００の出力は、制御部１４に送信される。

この例では、参照受光器３００は、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂで反射された参照光ＲＬを受光する受光面３０１を有する。受光面３０１は、マトリクス状に配置される複数の単位領域に区分される。そして、参照受光器３００は、受光面３０１の単位領域毎の参照光ＲＬの受光強度に応じた電気信号を出力する。この例では、受光面３０１の単位領域における参照光ＲＬの受光強度が高くなるほど、その単位領域に対応する電気信号のレベルが高くなる。

具体的には、図３に示すように、参照受光器３００は、受光面３０１と、複数の受光素子３０２とを有する。複数の受光素子３０２は、受光面３０１においてマトリクス状に配置される。言い換えると、複数の受光素子３０２は、受光面３０１のマトリクス状に配置される複数の単位領域にそれぞれ設けられる。図３の例では、参照受光器３００の受光面３０１に、５行５列のマトリクス状に配置された２５個の受光素子３０２が設けられている。また、受光素子３０２は、参照光ＲＬの受光強度に応じた電気信号を出力する。この例では、受光素子３０２で受光される参照光ＲＬの強度が高くなるほど、その受光素子３０２から出力される電気信号のレベルが高くなる。例えば、受光素子３０２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）であってもよいし、フォトダイオードであってもよい。複数の受光素子３０２の出力は、制御部１４に送信される。

なお、この例では、参照受光器３００の受光素子３０２の行方向および列方向の一方（具体的にはＡ〜Ｅのアルファベッドが並ぶ方向）は、折り返しミラー２００の揺動角の変化に応じて参照受光器３００における参照光ＲＬの受光位置が変化する方向に沿う方向である。

〈集光レンズ〉
集光レンズ４００は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの光路に配置されてレーザ光ＬＢを集光する。この例では、集光レンズ４００は、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの径が光ファイバ２０の第１コア２０ａの径よりも小さくなるように、レーザ光ＬＢを集光する。

また、この例では、集光レンズ４００は、折り返しミラー２００から光ファイバ２０の端部へ向かう方向（以下「第１方向」と記載）において移動可能である。具体的には、集光ユニット１８は、レンズ駆動機構４５０を有する。レンズ駆動機構４５０は、集光レンズ４００を支持し、集光レンズ４００を第１方向に移動させる。例えば、レンズ駆動機構４５０は、第１方向にスライド可能であり集光レンズ４００を支持する支持台と、第１方向に延伸し支持台と螺合するボールネジと、ボールネジを回転させることで支持台を第１方向に移動させるモータとにより構成される。なお、集光レンズ４００の位置制御（具体的にはレンズ駆動機構４５０の制御）は、制御部１４により行われる。

〈部分反射ミラー〉
部分反射ミラー５００は、集光レンズ４００から光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの一部を反射する。なお、集光レンズ４００から光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの残部は、部分反射ミラー５００を透過する。例えば、集光レンズ４００から光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの０．０１％が部分反射ミラー５００で反射され、集光レンズ４００から光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの９９．９９％が部分反射ミラー５００を透過する。

〈部分受光器〉
部分受光器６００は、部分反射ミラー５００で反射されたレーザ光ＬＢの一部（以下では「部分光ＬＢａ」と記載）を受光する。そして、部分受光器６００は、部分光ＬＢａの受光状態（受光位置および受光強度）に応じた電気信号を出力する。部分受光器６００の出力は、制御部１４に送信される。

この例では、部分受光器６００は、部分光ＬＢａを受光する受光面６０１を有する。受光面６０１は、マトリクス状に配置される複数の単位領域に区分される。そして、部分受光器６００は、受光面６０１の単位領域毎の部分光ＬＢａの受光強度に応じた電気信号を出力する。

具体的には、参照受光器３００と同様に、部分受光器６００は、受光面６０１と、複数の受光素子（図示省略）とを有する。複数の受光素子は、受光面６０１においてマトリクス状に配置される。言い換えると、部分受光器６００の複数の受光素子は、受光面６０１の複数の単位領域にそれぞれ設けられる。部分受光器６００の複数の受光素子の出力は、制御部１４に送信される。

〈シャッタ〉
シャッタ７００は、開状態と閉状態とに切り換え可能である。開状態では、シャッタ７００は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢ（この例では折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから集光レンズ４００と部分反射ミラー５００とを経由して光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢ）の光ファイバ２０の端部への入射を許容する。閉状態では、シャッタ７００は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの光ファイバ２０の端部への入射を禁止する。

この例では、シャッタ７００は、光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの光路と交差する方向（以下では「第２方向」と記載）に移動可能であり、開位置（図２の実線で示す位置）と閉位置（図２の二点鎖線で示す位置）とに配置可能である。開位置は、光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの光路から離れた位置である。閉位置は、光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの光路に存在する位置である。シャッタ７００が開位置に配置されると、光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢが光ファイバ２０の端部に入射する。シャッタ７００が閉位置に配置されると、シャッタ７００が光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢをビームダンパ８００へ向けて反射する。具体的には、集光ユニット１８は、シャッタ駆動機構７５０を有する。シャッタ駆動機構７５０は、シャッタ７００を支持し、シャッタ７００を第２方向に移動させる。例えば、シャッタ７００は、第２方向にスライド可能でありシャッタ７００を支持する支持台と、第２方向に延伸し支持台と螺合するボールネジと、ボールネジを回転させることで支持台を第２方向に移動させるモータとにより構成される。なお、シャッタ７００の開閉制御（具体的にはシャッタ駆動機構７５０の制御）は、制御部１４により行われる。

〈ビームダンパ〉
ビームダンパ８００は、閉状態のシャッタ７００で反射されたレーザ光ＬＢを受光し、レーザ光ＬＢを熱に変換することでレーザ光ＬＢを消費する。

〈検出器〉
検出器９００は、レーザ光ＬＢの強度を検出する。この例では、検出器９００は、光ファイバ２０の端部（入射端）の近傍に設けられ、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢの強度を検出する。例えば、検出器９００は、パワーメータであってもよい。なお、検出器９００は、出射ヘッド２５に設けられてもよい。検出器９００の出力は、制御部１４に送信される。

〈レーザ発振器の構成部品の配置〉
この例では、図２の紙面における上下方向を「Ｘ軸方向」とし、図２の紙面における左右方向をＸ軸方向と直交する「Ｙ軸方向」とし、図２の紙面と直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向の両方と直交する「Ｚ軸方向」とすると、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの進行方向は、Ｘ軸方向である。折り返しミラー２００から光ファイバ２０の端部へ向かう方向は、Ｙ軸方向である。集光レンズ４００と部分反射ミラー５００と閉状態のシャッタ７００は、折り返しミラー２００と光ファイバ２０の端部との間においてＹ軸方向に一直線に並ぶ。折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂに入射する参照光ＲＬの進行方向は、Ｙ軸方向である。折り返しミラー２００から参照受光器３００へ向かう方向は、Ｘ軸方向である。折り返しミラー２００の揺動軸線の方向は、Ｚ軸方向である。

〔操作部と表示部〕
操作部１２は、操作者による操作が与えられ、操作者により与えられた操作に応じた信号を出力する。このような構成により、操作者は、操作部１２を操作して情報を入力することができる。操作部１２の出力は、制御部１４に送信される。例えば、操作部１２は、操作者により押下される操作ボタンであってもよいし、タッチパネルの操作部であってもよい。表示部１３は、情報を表示する。例えば、表示部１３は、タッチパネルの表示部であってもよい。

〔制御部〕
制御部１４は、レーザ装置１０の各部と電気的に接続され、レーザ装置１０の各部との間において信号を伝送可能である。この例では、制御部１４は、レーザ発振器１１の各部（例えばレーザ光源１０１など）、操作部１２、表示部１３と電気的に接続される。そして、制御部１４は、レーザ装置１０の各部を制御する。例えば、制御部１４は、折り返しミラー２００の揺動制御、集光レンズ４００の位置制御、シャッタ７００の開閉制御などを行う。なお、この例では、制御部１４は、レーザ加工システム１の各部（例えば出射ヘッド２５など）と電気的に接続され、レーザ加工システム１の各部を制御する。例えば、制御部１４は、プロセッサと、プロセッサを動作させるためのプログラムや情報を記憶するメモリとにより構成される。制御部１４の動作については、後で詳しく説明する。

〔折り返しミラーの位置の変化に伴う光路の変化〕
次に、図４を参照して、折り返しミラー２００の位置（具体的には揺動角）の変化に伴う光路の変化について説明する。以下では、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの傾斜角を「折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角」と記載し、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂに入射する参照光ＲＬの光路に対する折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂの傾斜角を「折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂの主傾斜角」と記載し、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットを「レーザスポット」と記載する。

図４に示すように、折り返しミラー２００の位置が第１位置（図４の実線で示す位置）から第２位置（図４の破線で示す位置）に変化すると、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角が変化し、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａにおけるレーザ光ＬＢの反射方向が変化する。これにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから集光レンズ４００と部分反射ミラー５００（図４では図示省略）とを順に経由して光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの進行方向が変化し、レーザスポットの位置（入射位置）が変化する。

このように、レーザスポットの位置を変化させることにより、光ファイバ２０を経由して出射ヘッド２５に導かれて出射ヘッド２５から出射されるレーザ光ＬＢのプロファイルを変化させることができる。具体的には、レーザスポットの位置を第１コア２０ａの位置にすることにより、レーザ光ＬＢのプロファイルを薄板（例えば１〜３mmの厚みを有する板）の切断に適したプロファイルにすることができる。また、レーザスポットの位置を第１コア２０ａの端面と第２コア２０ｂの端面の両方に跨がる位置にすることにより、レーザ光ＬＢのプロファイルを中厚板（例えば４〜１６mmの厚みを有する板）の切断に適したプロファイルにすることができる。また、レーザスポットの位置を第２コア２０ｂの位置にすることにより、レーザ光ＬＢのプロファイルを厚板（例えば１８〜２５mmの厚みを有する板）の切断に適したプロファイルにすることができる。

また、図４に示すように、折り返しミラー２００の位置が第１位置から第２位置に変化すると、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂの主傾斜角が変化し、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂにおける参照光ＲＬの反射方向が変化する。これにより、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂから参照受光器３００の受光面６０１へ向かう参照光ＲＬの進行方向が変化し、参照受光器３００の受光面３０１における参照光ＲＬの受光位置が変化する。

〔参照光の受光位置と参照受光器の出力とレーザスポットの位置との関係〕
次に、図５を参照して、参照受光器３００の受光面３０１における参照光ＲＬの受光位置と、参照受光器３００の出力と、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の位置との関係について説明する。なお、この例では、参照受光器３００の受光素子３０２の行方向および列方向の一方（具体的にはＡ〜Ｅのアルファベッドが並ぶ方向）は、折り返しミラー２００の揺動角の変化に応じて参照受光器３００における参照光ＲＬの受光位置が変化する方向に沿う方向である。

図５の上欄は、参照受光器３００の受光面３０１における参照光ＲＬの受光位置を例示する。図５の中欄は、参照受光器３００の出力を例示する。例えば、図５の中欄における「Ａ」の長方形は、参照受光器３００の複数の受光素子３０２のうち「Ａ」の列に属する受光素子３０２（例えば「Ａ」の列に属する５つの受光素子３０２のうち中央に位置する３行目の受光素子３０２）の出力を示す。言い換えると、図５の中欄における「Ａ」の長方形は、「Ａ」の列に属する受光素子３０２が配置された単位領域における参照光ＲＬの受光強度を示す。図５の下欄は、レーザスポット位置を例示する。

図５に示すように、折り返しミラー２００が正回転方向（図５の上欄では時計回り方向）に揺動すると、レーザスポットの位置がＸ軸方向の一端側から他端側（図５の下欄では上側から下側）へ向けて移動する一方で、参照受光器３００の受光面３０１における参照光ＲＬの受光位置がＹ軸方向の一端側から他端側（図５の上欄では左側から右側）へ向けて移動する。参照受光器３００の出力は、「Ａ」の受光素子３０２の出力が最大となる第１状態、「Ｂ」の受光素子３０２の出力が最大となる第２状態、「Ｃ」の受光素子３０２の出力が最大となる第３状態、「Ｄ」の受光素子３０２の出力が最大となる第４状態、「Ｅ」の受光素子３０２の出力が最大となる第５状態の順で変化する。

〔レーザ光のスポットの状態と部分受光器の出力との関係〕
次に、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの状態（位置および形状）と部分受光器の出力との関係について説明する。

上述のとおり、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角が変化すると、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから集光レンズ４００と部分反射ミラー５００とを順に経由して光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの進行方向が変化し、レーザスポットの位置が変化する。このとき、部分反射ミラー５００に入射するレーザ光ＬＢの進行方向の変化により、部分反射ミラー５００における部分光ＬＢａ（レーザ光ＬＢの一部）の反射方向が変化する。これにより、部分反射ミラー５００から部分受光器６００の受光面６０１へ向かう部分光ＬＢａの進行方向が変化し、部分受光器６００の受光面６０１における部分光ＬＢａの受光位置が変化する。

また、集光レンズ４００の位置が変化すると、集光レンズ４００から部分反射ミラー５００を経由して光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢの焦点距離が変化し、レーザスポットの形状が変化する。このとき、部分反射ミラー５００に入射するレーザ光ＬＢの焦点距離の変化により、部分反射ミラー５００から部分受光器６００へ向かう部分光ＬＢａの焦点距離が変化する。これにより、部分受光器６００の受光面６０１における部分光ＬＢａのスポットの形状が変化する。

この例では、制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいて、部分受光器６００の受光面６０１における部分光ＬＢａのスポットを示すスポット画像（画像データ）を生成する。図６に示すように、スポット画像には、部分受光器６００の受光面６０１に形成される部分光ＬＢａのスポットが含まれる。スポット画像における受光面６０１の第１領域６１１は、光ファイバ２０の第１コア２０ａに対応し、スポット画像における受光面６０１の第２領域６１２は、光ファイバ２０の第２コア２０ｂに対応する。スポット画像における部分光ＬＢａのスポットの状態（位置および形状）は、レーザスポットの状態に対応している。例えば、スポット画像において部分光ＬＢａのスポットが第１領域６１１に位置する場合、レーザスポットが第１コア２０ａに位置する。

〔対応関係情報〕
次に、図６を参照して、対応関係情報について説明する。制御部１４は、対応関係情報を記憶する。この例では、対応関係情報は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態と、参照受光器３００の目標出力と、部分受光器６００の目標出力との対応関係を示す。

以下では、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態を単に「目標状態」と記載し、参照受光器３００の目標出力を「目標参照出力」と記載し、部分受光器６００の目標出力を「目標部分出力」と記載する。

図６の左欄に示すように、対応関係情報には、５つの目標状態が登録されている。第１番目の目標状態は、レーザスポットが第２コア２０ｂの第１領域に位置する状態に対応する。第２コア２０ｂの第１領域は、第１コア２０ａのＸ軸方向における一端側（図６の例では上側）に位置する第２コア２０ｂの領域である。第２番目の目標状態は、レーザスポットが第１コア２０ａと第２コア２０ｂの第１領域とに跨がる状態に対応する。第３番目の目標状態は、レーザスポットが第１コア２０ａに位置する状態に対応する。第４番目の目標状態は、レーザスポットが第１コア２０ａと第２コア２０ｂの第２領域とに跨がる状態に対応する。第２コア２０ｂの第２領域は、第１コア２０ａのＸ軸方向における他端側（図６の例では下側）に位置する第２コア２０ｂの領域である。第５番目の目標状態は、レーザスポットが第２コア２０ｂの第２領域に位置する状態に対応する。

また、図６の中欄に示すように、対応関係情報には、５つの目標状態にそれぞれ対応する５つの目標参照出力が登録されている。第１番目の目標状態に対応する第１番目の目標参照出力は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢが第１番目の目標状態であるときの参照受光器３００の出力に設定される。これと同様に、第２〜第５番目の目標状態に対応する第２〜第５番目の目標参照出力は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢが第２〜第５番目の目標状態であるときの参照受光器３００の出力にそれぞれ設定される。なお、目標参照出力の設定は、実験またはシミュレーションに基づいて行われてもよいし、後述するキャリブレーション処理と同様の処理により行われてもよい。

また、図６の右欄に示すように、対応関係情報には、５つの目標状態にそれぞれ対応する５つの目標参照出力が登録されている。第１番目の目標状態に対応する第１番目の目標部分出力は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢが第１番目の目標状態であるときの部分受光器６００の出力（この例では部分受光器６００の出力に基づいて生成されるスポット画像）に設定される。これと同様に、第２〜第５番目の目標状態に対応する第２〜第５番目の目標部分出力は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢが第２〜第５番目の目標状態であるときの部分受光器６００の出力にそれぞれ設定される。なお、目標部分出力の設定は、実験またはシミュレーションに基づいて行われてもよい。

〔基本処理〕
次に、制御部１４の動作について説明する。制御部１４は、基本処理を行う。基本処理は、光ファイバ２０の端部にレーザ光ＬＢを照射するために行われる処理である。なお、基本処理は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を対応関係情報に示された目標状態にする場合の一例である。例えば、制御部１４は、レーザ装置１０の運転開始前に基本処理を行う。

基本処理において、制御部１４は、目標設定動作と、調節動作と、シャッタ制御動作とを行う。

〈目標設定動作〉
目標設定動作において、制御部１４は、対応関係情報の中から１つの目標状態を選出する。例えば、制御部１４は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態を指定するための目標指定操作が操作部１２に与えられると、その目標指定操作に応答して目標設定動作を行う。これにより、対応関係情報の中から操作者により指定された目標状態が選出される。なお、制御部１４は、レーザ加工システム１における加工条件に関する情報（例えばワークの厚みを示す情報）などの他の情報に基づいて目標設定動作を自動的に行うように構成されてもよい。

〈調節動作〉
調節動作において、制御部１４は、レーザ光源１０１および参照光源１０２を起動させる。なお、調節動作において、シャッタ７００は、閉状態に維持される。そして、調節動作において、制御部１４は、参照受光器３００の出力が予め定められた目標参照出力（参照受光器３００の目標出力）に近づくように、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を調節する。この例では、調節動作において、制御部１４は、参照受光器３００の出力が予め定められた目標参照出力に近づき、且つ、部分受光器６００の出力が予め定められた目標部分出力（部分受光器６００の目標出力）に近づくように、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角を調節し、且つ、集光レンズの位置を調節する。

なお、この例では、調節動作における目標参照出力は、対応関係情報に示された目標参照出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態に対応する目標参照出力である。また、調節動作における目標部分出力は、対応関係情報に示された目標部分出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態に対応する目標部分出力である。

〈シャッタ制御動作〉
シャッタ制御動作において、制御部１４は、参照受光器３００の出力が予め定められた目標参照出力（参照受光器３００の目標出力）となり、部分受光器６００の出力が予め定められた目標部分出力（部分受光器６００の目標出力）となり、レーザ出力（すなわち光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）が予め定められた目標出力となることを条件として、シャッタ７００を閉状態から開状態にする。

なお、この例では、シャッタ制御動作における目標参照出力は、対応関係情報に示された目標参照出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態）に対応する目標参照出力である。また、シャッタ制御動作における目標部分出力は、対応関係情報に示された目標部分出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態に対応する目標部分出力である。

また、上記の「参照受光器３００の出力が目標参照出力となる」という状態には、参照受光器３００の出力と目標参照出力とが完全に一致する状態だけでなく、参照受光器３００の出力と目標参照出力とが一致するとみなされる状態も含まれる。この例では、制御部１４は、参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度が予め定められた閾値を上回る状態の継続時間が予め定められた基準時間を上回る場合に、参照受光器３００の出力が目標参照出力になったとみなす。

また、上記の「部分受光器６００の出力が目標部分出力となる」という状態には、部分受光器６００の出力と目標部分出力とが完全に一致する状態だけでなく、部分受光器６００の出力と目標部分出力とが一致するとみなされる状態も含まれる。この例では、制御部１４は、部分受光器６００の出力と目標部分出力との一致度が予め定められた閾値を上回る場合に、部分受光器６００の出力が目標部分出力になったとみなす。なお、制御部１４は、部分受光器６００の出力と目標部分出力との一致度が閾値を上回る状態の継続時間が予め定められた基準時間を上回る場合に、参照受光器３００の出力が目標参照出力になったとみなすように構成されてもよい。

また、上記の「レーザ出力が目標出力となる」という状態には、レーザ出力と目標出力とが完全に一致する状態だけでなく、レーザ出力と目標出力とが一致するとみなされる状態も含まれる。この例では、制御部１４は、検出器９００により検出されたレーザ光ＬＢの強度が予め定められた許容範囲内に収まる場合に、レーザ出力が目標出力となったとみなす。なお、制御部１４は、検出器９００により検出されたレーザ光ＬＢの強度が許容範囲内に収まる状態の継続時間が予め定められた基準時間を上回る場合に、レーザ出力が目標出力となったとみなすように構成されてもよい。

〔基本処理における動作〕
次に、図７を参照して、基本処理における制御部１４の動作について説明する。なお、以下では、参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度の変化を説明するために、参照受光器３００の出力から推定される折り返しミラー２００の位置（揺動角）と目標参照出力から推定される折り返しミラー２００の目標位置（目標揺動角）との差である折り返しミラー２００の位置ずれの変化を例に挙げている。参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度が高くなるほど、折り返しミラー２００の位置ずれの量（絶対値）が小さくなる。

時刻ｔ０になると、目標参照出力と目標部分出力とが設定される。例えば、対応関係情報の中から目標状態が選出される。時刻ｔ０以降、制御部１４は、参照受光器３００の出力が目標参照出力に近づくように、折り返しミラー２００の位置（具体的には揺動角）を調節する。これにより、折り返しミラー２００の位置ずれの量が次第に小さくなる。

時刻ｔ１になると、レーザ出力が目標出力になったとみなされる。例えば、検出器９００により検出されるレーザ光ＬＢの強度が許容範囲内に収まる。

時刻ｔ２になると、折り返しミラー２００の位置ずれの量が許容範囲ＲＲ内になる。言い換えると、参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度が閾値を上回る。

時刻ｔ３になると、折り返しミラー２００の位置ずれの量が許容範囲ＲＲ内に収まる状態の継続時間が基準時間ＴＴを上回る。言い換えると、参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度が閾値を上回る状態の継続時間が基準時間を上回る。これにより、参照受光器３００の出力が目標参照出力になったとみなされる。そして、折り返しミラー２００の位置の位置決めが完了したとみなされる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間では、制御部１４は、部分受光器６００の出力が目標部分出力に近づくように、集光レンズ４００の位置を調節する。これにより、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態（スポットの形状および位置）が目標状態に次第に近づく。なお、集光レンズ４００の位置制御は、参照受光器３００の出力が目標参照出力になったとみなされる前（図７の例では時刻ｔ３よりも前）に行われてもよい。

時刻ｔ４になると、部分受光器６００の出力が目標部分出力になったとみなされる。例えば、部分受光器６００の出力（具体的にはスポット画像）と目標部分出力との一致度が閾値を上回る。これにより、シャッタ７００を閉状態から開状態にするための条件が成立し、制御部１４は、シャッタ７００を閉状態から開状態にする。その結果、光ファイバ２０の端部へ向かうレーザ光ＬＢは、光ファイバ２０の端部に入射し、光ファイバ２０を経由して出射ヘッド２５に導かれ、出射ヘッド２５からワーク（図示省略）に出射される。

時刻ｔ５以降では、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間における動作と同様の動作が行われる。

〔実施形態の効果〕
以上のように、実施形態のレーザ装置１０では、第１反射面２００ａと第２反射面２００ｂとを有する折り返しミラー２００と、折り返しミラー２００の第２反射面２００ｂで反射した参照光ＲＬを受光する参照受光器３００とが設けられる。参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態（受光位置および受光強度）と、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）との間には、相関がある。したがって、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の変化を検出することができる。これにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常を検出することができる。

なお、エンコーダ２５２の出力（すなわち揺動モータ２５１の回転角）に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を検出することが考えられる。しかしながら、エンコーダ２５２の出力には、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角（基準となる姿勢における傾斜角）のずれが反映されない。そのため、エンコーダ２５２の出力に基づく第１反射面２００ａの主傾斜角の検出では、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれに起因する第１反射面２００ａの主傾斜角の変化を検出することができない。なお、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれは、折り返しミラー２００の設置ずれ、折り返しミラー２００の歪みなどにより発生する。

一方、実施形態のレーザ装置１０では、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態（受光位置および受光強度）に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を検出することができる。参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態には、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれが反映される。したがって、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態に基づく第１反射面２００ａの主傾斜角の検出では、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれに起因する第１反射面２００ａの主傾斜角の変化を検出することができる。これにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれを検出することが可能である。

なお、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれは、折り返しミラー２００の揺動方向における第１反射面２００ａの傾斜角の変化（すなわち主傾斜角の変化）だけでなく、折り返しミラー２００の揺動方向とは異なる方向における第１反射面２００ａの傾斜角の変化を引き起こす可能性がある。

実施形態のレーザ装置１０では、参照受光器３００の受光面３０１に、複数の受光素子３０２がマトリクス状に配置される。すなわち、参照受光器３００の受光面３０１は、マトリクス状に配置される複数の単位領域に区分され、参照受光器３００は、受光面３０１の単位領域毎の受光強度を検出する。このような構成により、参照受光器３００の受光面３０１に入射する参照光ＲＬの受光状態の変化を二次元的に検出することができる。これにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの傾斜角の変化を二次元的に検出することができるので、参照受光器３００の出力に基づいて検出することができる第１反射面２００ａの傾斜角の変化の方向の数を増加させることができる。例えば、折り返しミラー２００の揺動方向における第１反射面２００ａの傾斜角の変化（すなわち主傾斜角の変化）だけでなく、折り返しミラー２００の揺動方向とは異なる方向における第１反射面２００ａの傾斜角の変化（例えば第１反射面２００ａの基準角のずれに起因する変化）も検出することができる。このように、参照受光器３００の出力に基づいて検出することができる第１反射面２００ａの傾斜角の変化の方向の数を増加させることができるので、参照受光器３００の出力に基づいて検出することができる第１反射面２００ａの傾斜角の異常の種類を増加させることができる。例えば、参照受光器３００の出力に基づいて、折り返しミラー２００の揺動方向とは異なる方向における第１反射面２００ａの傾斜角の異常（第１反射面２００ａの基準角のずれに起因する異常）を検出することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、折り返しミラー２００が揺動可能である。折り返しミラー２００を揺動させることにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を調節することができる。また、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角を適切に調節することができる。これにより、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの位置（入射位置）を適切に調節することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、集光レンズ４００と部分反射ミラー５００とが設けられ、部分反射ミラー５００で反射された部分光ＬＢａ（レーザ光ＬＢの一部）を受光する部分受光器６００が設けられる。部分受光器６００における部分光ＬＢａの受光状態（受光位置および受光強度）と、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの状態との間には、相関がある。したがって、部分受光器６００における部分光ＬＢａの受光状態に基づいて、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの状態を検出することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を検出することができ、部分受光器６００における部分光ＬＢａの受光状態に基づいて、光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの異常を検出することができる。そして、参照受光器３００における参照光ＲＬの受光状態に基づく異常検出の結果と、部分受光器６００における部分光ＬＢａの受光状態に基づく異常検出の結果とに基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの異常の原因を判別することができる。これにより、レーザ光ＬＢの異常の原因となる箇所の特定を容易にすることができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、レーザ光ＬＢの強度を検出する検出器９００が設けられる。このような構成により、検出器９００の出力に基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度を検出することができる。これにより、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度の異常を検出することができる。

なお、参照受光器３００の出力を用いずにエンコーダ２５２の出力（揺動モータ２５１の回転角）に基づいて折り返しミラー２００の位置（揺動角）の制御を行う場合、折り返しミラー２００の位置の制御の開始から予め定められた待機時間が経過すると、折り返しミラー２００の位置決めが完了したとみなされる。この待機時間は、折り返しミラー２００の位置を確実に目標位置にするために要する時間に設定される。そのため、折り返しミラー２００の位置の制御の開始から折り返しミラー２００の位置決めが完了したとみなされるまでの時間（整定時間）を短縮することが困難である。

一方、実施形態のレーザ装置１０では、参照受光器３００の出力に基づいて折り返しミラー２００の位置をリアルタイムで確認することができるので、折り返しミラー２００の位置決めを素早く完了させることができる。これにより、整定時間を短縮することができる。

〔異常検出処理〕
次に、制御部１４の別の動作について説明する。制御部１４は、異常検出処理を行う。異常検出処理は、レーザ光ＬＢの異常を検出するために行われる処理である。例えば、制御部１４は、レーザ装置１０の運転中に異常検出処理を行う。なお、制御部１４は、異常検出処理の実行が指示された場合（例えば異常検出処理の実行を指示するための操作が操作部１２に与えられた場合）に異常検出処理を行うように構成されてもよい。また、異常検出処理は、工場出荷前、設置時、保守点検時、設置後（または保守点検後）のレーザ装置１０の累積稼働時間が所定時間（例えば１０００時間）に到達した場合などに行われてもよい。

なお、レーザ装置１０が運転中ではない場合、制御部１４は、レーザ装置１０を起動させた後に異常検出処理を行う。このとき、シャッタ７００が閉状態に維持された状態でレーザ装置１０を起動させることが望ましい。具体的には、制御部１４は、レーザ光源１０１および参照光源１０２を起動させ、折り返しミラー２００の位置と集光レンズ４００の位置を適宜調節した後に、異常検出処理を開始する。例えば、制御部１４は、異常検出処理の前に基本処理の目標設定動作と調節動作を行うように構成されてもよい。

異常検出処理において、制御部１４は、参照受光器３００の出力に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を検出する。この例では、制御部１４は、参照受光器３００の出力に基づいて、折り返しミラー２００の位置（具体的には揺動角）の異常を検出する。なお、折り返しミラー２００の位置の異常は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常に対応している。したがって、折り返しミラー２００の位置の異常を検出することにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常を検出することができる。

また、異常検出処理において、制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいて、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の異常を検出する。

また、異常検出処理において、制御部１４は、検出器９００の出力に基づいて、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）の異常を検出する。

この例では、制御部１４は、異常検出処理において、第１情報と、第２情報と、第３情報とを出力可能である。そして、制御部１４は、第３情報よりも第２情報を優先的に出力し、第２情報よりも第１情報を優先的に出力する。なお、第１情報、第２情報、第３情報については、後で詳しく説明する。

また、制御部１４は、レーザ装置１０の運転中に行われる異常検出処理において、折り返しミラー２００の位置の異常、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の異常、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）の異常のうち少なくとも１つを検出すると、シャッタ７００を開状態から閉状態にする。なお、制御部１４は、異常検出処理において、折り返しミラー２００の位置の異常、レーザスポットの異常、レーザ出力の異常のうち少なくとも１つを検出すると、レーザ装置１０を停止させるように構成されてもよい。

〔異常検出処理における動作〕
次に、図８を参照して、異常検出処理における制御部１４の動作について説明する。

〈ステップＳＴ１１〉
制御部１４は、参照受光器３００の出力に基づいて、折り返しミラー２００の位置に異常があるか否かを判定する。折り返しミラー２００の位置に異常がある場合（すなわち折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角に異常がある場合）には、ステップＳＴ１４の処理が行われ、そうでない場合には、ステップＳＴ１２の処理が行われる。

この例では、制御部１４は、参照受光器３００の出力と予め定められた目標参照出力（参照受光器３００の目標出力）との一致度が予め定められた閾値を上回る場合に、折り返しミラーの位置が正常であると判定し、参照受光器３００の出力と目標参照出力との一致度が閾値を上回らない場合に、折り返しミラーの位置が異常であると判定する。なお、この例では、上記の目標参照出力は、対応関係情報に示された目標参照出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態に対応する目標参照出力である。

〈ステップＳＴ１２〉
制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいて、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）が異常であるか否かを判定する。レーザスポットに異常がある場合には、ステップＳＴ１５の処理が行われ、そうでない場合には、ステップＳＴ１３の処理が行われる。

この例では、制御部１４は、部分受光器６００の出力と予め定められた目標部分出力（部分受光器６００の目標出力）との一致度が予め定められた閾値を上回る場合に、レーザスポットが正常であると判定し、部分受光器６００の出力と目標部分出力との一致度が閾値を上回らない場合に、レーザスポットが異常であると判定する。なお、この例では、上記の目標部分出力は、対応関係情報に示された目標部分出力であり、具体的には、目標設定動作において選出された目標状態に対応する目標部分出力である。

具体的には、制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいて、スポット画像（部分受光器６００の受光面６０１に形成される部分光ＬＢａのスポットを含む画像）を生成する。そして、制御部１４は、スポット画像に基づいて、レーザスポットが異常であるか否かを判定する。例えば、部分受光器６００の目標出力が図６の対応関係情報の第３番目の目標状態に対応する目標参照出力（レーザスポットが第１コア２０ａに位置するときの部分受光器６００の出力）であるとすると、スポット画像における部分光ＬＢａのスポットの状態（位置および形状）が図９の左上欄に示した状態である場合、制御部１４は、レーザスポットが正常であると判定する。一方、スポット画像における部分光ＬＢａのスポットの状態が図９の左上欄に示した状態ではない場合、制御部１４は、レーザスポットが異常であると判定する。

〈ステップＳＴ１３〉
制御部１４は、検出器９００の出力に基づいて、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）が異常であるか否かを判定する。レーザ出力に異常がある場合には、ステップＳＴ１６の処理が行われ、そうでない場合には、異常検出処理を終了する。

この例では、制御部１４は、検出器９００により検出されるレーザ光ＬＢの強度が予め定められた許容範囲内である場合に、レーザ出力が正常であると判定し、検出器９００により検出されるレーザ光ＬＢの強度が許容範囲内ではない場合に、レーザ出力が異常であると判定する。

〈ステップＳＴ１４〉
折り返しミラー２００の位置に異常がある場合、制御部１４は、第１情報を出力する。第１情報は、折り返しミラー２００の位置の異常を通知する情報である。すなわち、第１情報は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を通知するための情報である。例えば、第１情報は、折り返しミラー２００の点検実施を促すための情報であってもよい。

この例では、制御部１４は、第１情報を表示部１３に出力し、表示部１３は、第１情報を表示する。これにより、折り返しミラー２００の位置の異常（すなわち折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常）を操作者に通知することができる。

〈ステップＳＴ１５〉
また、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）に異常がある場合、制御部１４は、第２情報を出力する。第２情報は、レーザスポットの異常を通知するための情報である。例えば、第２情報は、レーザスポットの状態（位置および形状）に影響を及ぼす可能性がある部品（集光レンズ４００や部分反射ミラー５００など）の点検実施を促すための情報であってもよい。

この例では、制御部１４は、第２情報を表示部１３に出力し、表示部１３は、第２情報を表示する。これにより、レーザスポットの異常を操作者に通知することができる。

〈ステップＳＴ１６〉
また、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）に異常がある場合、制御部１４は、第３情報を出力する。第３情報は、レーザ出力の異常を通知するための情報である。例えば、第３情報は、レーザ出力に影響を及ぼす可能性がある部品（レーザ光源１０１など）の点検実施を促すための情報であってもよい。

この例では、制御部１４は、第３情報を表示部１３に出力し、表示部１３は、第３情報を表示する。これにより、レーザ出力の異常を操作者に通知することができる。

〔実施形態の効果〕
以上のように、実施形態のレーザ装置１０では、異常検出処理において、参照受光器３００の出力に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を検出することができる。また、部分受光器６００の出力に基づいて、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の異常を検出することができる。そして、参照受光器３００の出力に基づく異常検出の結果と、部分受光器６００の出力に基づく異常検出の結果とに基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの異常の原因を判別することができる。これにより、レーザ光ＬＢの異常の原因となる箇所の特定を容易にすることができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、異常検出処理において、検出器９００の出力に基づいて、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）の異常を検出することができる。これにより、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの異常の原因がレーザ出力の異常であるのか否かを判別することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、制御部１４は、異常検出処理において、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の異常を通知するための第２情報よりも、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を通知するための第１情報を優先的に出力する。なお、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常を解消するために、折り返しミラー２００の揺動角（傾斜角）が調節され、レーザスポットの異常を解消するために、集光レンズ４００の位置が調節される。また、レーザ光ＬＢの光路において集光レンズ４００の上流側に位置する折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常が解消されることで、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａから集光レンズ４００へ向かうレーザ光ＬＢの進行方向が正常となり、その結果、集光レンズ４００の位置の調節によりレーザスポットの状態を適切に制御することが可能となる。したがって、第２情報よりも第１情報を優先的に出力することにより、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常を優先的に解消させることができるので、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの異常を効率よく解消することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、制御部１４は、異常検出処理において、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光の強度）の異常を通知するための第３情報よりも、第１情報および第２情報を優先的に出力する。このような構成により、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常と、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の異常とを優先的に解消させることができるので、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角およびレーザスポットの両方に異常がない状態で、レーザ出力を適切に調節することができる。

〔異常検出処理の変形例１〕
なお、制御部１４は、異常検出処理において、部分受光器６００により受光されるレーザ光（部分光ＬＢａ）の強度に基づいて、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）の異常を検出するように構成されてもよい。具体的には、制御部１４は、部分受光器６００により受光される部分光ＬＢａの強度が予め定められた許容範囲内である場合に、レーザ出力が正常であると判定し、部分受光器６００により受光される部分光ＬＢａの強度が許容範囲内ではない場合に、レーザ出力が異常であると判定してもよい。

以上のような構成により、検出器９００を省略することができる。また、部分受光器６００により受光される部分光ＬＢａ（レーザ光ＬＢの一部）の強度に基づいて、レーザ出力（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの強度）を検出することができる。これにより、レーザ出力の異常を検出することができるので、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの異常の原因がレーザ出力の異常であるのか否かを判別することができる。

〔異常検出処理の変形例２〕
また、制御部１４は、異常検出処理において、エンコーダ２５２の出力に基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）の異常を検出するように構成されてもよい。例えば、制御部１４は、エンコーダ２５２の出力と予め定められたエンコーダ２５２の目標出力（折り返しミラー２００の目標位置に対応するエンコーダ２５２の出力）との一致度が予め定められた閾値を上回る場合に、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角が正常であると判定し、エンコーダ２５２の出力とエンコーダ２５２の目標出力との一致度が閾値を上回らない場合に、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角が異常であると判定する。

〔異常検出処理の変形例３〕
また、制御部１４は、異常検出処理において、参照受光器３００の出力に基づく異常検出の結果と、エンコーダ２５２の出力に基づく異常検出の結果とに基づいて、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの傾斜角の異常の種類を判別するように構成されてもよい。例えば、参照受光器３００の出力に基づいて異常が検出され、且つ、エンコーダ２５２の出力に基づいて異常が検出された場合に、制御部１４は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）に異常があると判定する。また、参照受光器３００の出力に基づいて異常が検出されず、且つ、エンコーダ２５２の出力に基づいて異常が検出された場合に、制御部１４は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの基準角のずれ（例えば折り返しミラー２００の歪み）があると判定する。また、制御部１４は、異常検出処理において、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの傾斜角の異常の種類を通知するための情報を出力するように構成されてもよい。

〔キャリブレーション処理〕
次に、制御部１４の別の動作について説明する。制御部１４は、キャリブレーション処理を行う。キャリブレーション処理は、対応関係情報を更新するために行われる処理である。

この例では、制御部１４は、参照受光器３００の出力が対応関係情報に示された目標参照出力（参照受光器３００の目標出力）となるときのレーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の位置が異常である場合に、キャリブレーション処理を行う。具体的には、制御部１４は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態が対応関係情報に示された目標状態であるときに観測されるレーザスポットの位置（理想位置）と、参照受光器３００の出力が対応関係情報において上記の目標状態に対応する目標参照出力であるときに観測されるレーザスポットの位置（実位置）との差が予め定められた許容値を上回る場合に、キャリブレーション処理を行う。

なお、制御部１４は、異常検出処理において折り返しミラー２００の位置の異常（すなわち折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角の異常）が検出された場合にキャリブレーション処理を行うように構成されてもよい。また、制御部１４は、キャリブレーション処理の実行が指示された場合（例えばキャリブレーション処理の実行を指示するための操作が操作部１２に与えられた場合）にキャリブレーション処理を行うように構成されてもよい。また、キャリブレーション処理は、工場出荷前、設置時、保守点検時、設置後（または保守点検後）のレーザ装置１０の累積稼働時間が所定時間（例えば１０００時間）に到達した場合などに行われてもよい。

キャリブレーション処理において、制御部１４は、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を順次変更しながら、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態と参照受光器３００の出力とを観測し、観測結果に基づいて対応関係情報（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態と参照受光器３００の目標出力との対応関係を示す情報）を更新する。

この例では、制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を観測する。部分受光器６００の出力は、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態に対応している。したがって、部分受光器６００の出力を観測することにより、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を観測することができる。具体的には、制御部１４は、部分受光器６００の出力に基づいてスポット画像を生成し、スポット画像における部分光ＬＢａの状態に基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を決定（推定）する。例えば、制御部１４は、スポット画像において部分光ＬＢａのスポットが第１領域６１１に位置する場合に、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）が第１コア２０ａに位置する状態であると決定（推定）する。

また、制御部１４は、キャリブレーション処理において、対応関係情報を更新することができない場合に、対応関係情報を更新することができないことを通知するための情報を出力する。

〔キャリブレーション処理における動作〕
次に、図１０を参照して、キャリブレーション処理における制御部１４の動作について説明する。

〈ステップＳＴ２１〉
制御部１４は、折り返しミラー２００の位置（具体的には揺動角）を予め定められた観測位置に設定する。この観測位置は、折り返しミラー２００の可動範囲内において折り返しミラー２００の位置が段階的に変化するように定められる。例えば、第１回目の観測位置は、折り返しミラー２００の可動範囲の下限の揺動角に設定され、第２回目の観測位置は、折り返しミラー２００の可動範囲の下限の揺動角の次に小さい揺動角（下限の揺動角よりも予め定められた単位角だけ大きい揺動角）に設定され、最後の観測位置は、折り返しミラー２００の可動範囲の上限の揺動角に設定される。

〈ステップＳＴ２２〉
次に、制御部１４は、参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力（すなわち光ファイバ２０の端部に入射されるレーザ光ＬＢの状態）を観測し、参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力とを対応付けて記憶する。

〈ステップＳＴ２３〉
次に、制御部１４は、参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力の観測を完了するか否かを判定する。参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力の観測を完了場合には、ステップＳＴ２４の処理が行われる。そうでない場合には、ステップＳＴ２１の処理が行われ、折り返しミラー２００の位置が次の観測位置に設定される。

この例では、制御部１４は、参照受光器３００の出力および部分受光器６００の出力の観測回数が予め定められた回数に到達している場合に、参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力の観測を完了する。例えば、制御部１４は、折り返しミラー２００の位置が最後の観測位置に設定されている場合に、参照受光器３００の出力と部分受光器６００の出力の観測を完了する。

〈ステップＳＴ２４〉
制御部１４は、対応関係情報の中から目標状態（光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態）を選択する。この選択は、対応関係情報に示された目標状態が順に選択されるように行われる。例えば、第１回目の選択では、対応関係情報の中から第１番目の目標状態が選択され、第２回目の選択では、対応関係情報の中から第２番目の目標状態が選択される。

〈ステップＳＴ２５〉
次に、制御部１４は、対応関係情報の中からステップＳＴ２４において選択された目標状態に対応する目標部分出力（部分受光器６００の目標出力）を選出する。次に、制御部１４は、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理により観測された部分受光器６００の出力の中から上記の目標部分出力に対応する部分受光器６００の出力（すなわち目標状態に対応する「光ファイバ２０の端部に入射されるレーザ光ＬＢの状態」）を検出する。そして、制御部１４は、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３の処理により観測された参照受光器３００の出力の中から上記の検出された部分受光器６００の出力に対応付けられた参照受光器３００の出力を検出する。このような参照受光器３００の出力が検出された場合には、ステップＳＴ２６の処理が行われ、そうでない場合には、ステップＳＴ２８の処理が行われる。

〈ステップＳＴ２６〉
制御部１４は、対応関係情報において上記の目標状態（ステップＳＴ２４において選択された目標状態）に対応する参照受光器３００の目標出力を、ステップＳＴ２５において検出された参照受光器３００の出力に更新する。

〈ステップＳＴ２７〉
次に、制御部１４は、対応関係情報の更新を完了するか否かを判定する。対応関係情報の更新を完了する場合には、キャリブレーション処理を終了する。そうでない場合には、ステップＳＴ２４の処理が行われ、対応関係情報の中から次の目標状態が選択される。

この例では、制御部１４は、対応関係情報に示された目標状態の全部に対して参照受光器３００の出力が完了している場合に、対応関係情報の更新を完了する。例えば、制御部１４は、ステップＳＴ２４において対応関係情報の中から選択された目標状態が最後の目標状態である場合に、対応関係情報の更新を完了する。

〈ステップＳＴ２８〉
制御部１４は、対応関係情報を更新することができないことを通知するための情報（更新不可通知情報）を出力する。また、制御部１４は、対応関係情報を元の状態（キャリブレーション処理が行われる前の状態）に戻す。

例えば、制御部１４は、更新不可通知情報を表示部１３に出力し、表示部１３は、更新不可通知情報を表示する。これにより、対応関係情報を更新することができないことを操作者に通知することができる。

〔実施形態の効果〕
以上のように、実施形態のレーザ装置１０では、キャリブレーション処理を行うことにより、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態と参照受光器３００の目標出力（折り返しミラー２００の第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する第１反射面２００ａの傾斜角に関連する情報）との対応関係を示す対応関係情報を適切に更新することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、基本処理（すなわち光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を対応関係情報に示された目標状態にする場合）において、参照受光器の出力が対応関係情報において目標状態に対応する参照受光器３００の目標出力に近づくように、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角（第１反射面２００ａに入射するレーザ光ＬＢの光路に対する傾斜角）を調節する。この制御では、キャリブレーション処理により適切に更新された対応関係情報を用いることができるので、折り返しミラー２００の第１反射面２００ａの主傾斜角を適切に調節することができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、集光レンズ４００と部分反射ミラー５００とが設けられ、部分反射ミラー５００で反射された部分光ＬＢａ（レーザ光ＬＢの一部）を受光する部分受光器６００が設けられる。そして、キャリブレーション処理において、部分受光器６００の出力に基づいて、光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの状態を観測する。このような構成により、部分受光器６００の出力に基づいてキャリブレーション処理を適切に行うことができる。

また、実施形態のレーザ装置１０では、制御部１４は、キャリブレーション処理において、対応関係情報を更新することができない場合に、対応関係情報を更新することができないことを通知するための情報を出力する。このような構成により、対応関係情報を更新することができないことを通知することができる。

また、実施形態によるレーザ装置１０では、制御部１４は、参照受光器３００の出力が対応関係情報に示された参照受光器３００の目標出力であるときの光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポットの位置が異常である場合に、キャリブレーション処理を行う。このような構成により、対応関係情報において光ファイバ２０の端部に入射するレーザ光ＬＢの目標状態と参照受光器３００の目標出力との対応関係が適切でない場合に、キャリブレーション処理を行うことができる。

（その他の実施形態）
以上の説明では、対応関係情報に登録される部分受光器６００の目標出力の例としてスポット画像を挙げたが、これに限定されない。例えば、対応関係情報には、部分受光器６００の目標出力として、スポット画像における部分光ＬＢａのスポットの目標条件であってもよい。例えば、図６に示した第３番目の部分受光器６００の目標出力として「部分光ＬＢａのスポットが第１領域６１１に収まる」という目標条件が登録されてもよい。この場合、目標条件が成立すると、レーザスポット（光ファイバ２０の端部におけるレーザ光ＬＢのスポット）の状態が目標条件に対応する目標状態になっているとみなされる。

また、以上の説明では、折り返しミラー２００が板状である場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、折り返しミラー２００は、揺動軸線に延びる多角柱状に形成されてもよい。

また、以上の説明では、折り返しミラー２００が揺動可能である場合を例に挙げたが、折り返しミラー２００は、揺動不可に固定されてもよい。言い換えると、折り返しミラー２００の傾斜角は、可変であってもよいし、固定であってもよい。

また、以上の説明では、集光レンズ４００が移動可能である場合を例に挙げたが、集光レンズ４００は、移動不可に固定されてもよい。言い換えると、集光レンズ４００の位置は、可変であってもよいし、固定であってもよい。

また、以上の説明では、被照射物の一例として光ファイバ２０の端部を挙げたが、被照射物は、これに限定されない。

また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、ここに開示する技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、ここに開示する技術は、レーザ発振器として有用である。

１ レーザ加工システム
１０ レーザ装置
１１ レーザ発振器
１２ 操作部
１３ 表示部
１４ 制御部
２０ 光ファイバ
２５ 出射ヘッド
１０１ レーザ光源
１０２ 参照光源
２００ 折り返しミラー
３００ 参照受光器
３０１ 受光面
３０２ 受光素子
４００ 集光レンズ
５００ 部分反射ミラー
６００ 部分受光器
７００ シャッタ
８００ ビームダンパ
９００ 検出器
ＬＢ レーザ光
ＲＬ 参照光

Claims (5)

1. 被照射物にレーザ光を照射するレーザ発振器であって、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   参照光を出射する参照光源と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光を進行方向とは異なる方向に反射することで前記レーザ光を前記被照射物へ導く第１反射面と、前記参照光源から出射される参照光を進行方向とは異なる方向に反射する第２反射面とを有し、前記第１反射面に入射するレーザ光の光路に対する前記第１反射面の傾斜角が変化すると前記第２反射面に入射する参照光の光路に対する前記第２反射面の傾斜角が変化する折り返しミラーと、
   前記折り返しミラーの第２反射面で反射された参照光を受光する参照受光器とを備える
   ことを特徴とするレーザ発振器。
2. 請求項１において、
   前記折り返しミラーは、前記第１反射面に入射するレーザ光の光路に対する前記第１反射面の傾斜角が変化するように揺動可能である
   ことを特徴とするレーザ発振器。
3. 請求項１または２において、
   前記参照受光器は、前記折り返しミラーの第２反射面で反射された参照光を受光する受光面と、前記受光面においてマトリクス状に配置される複数の受光素子とを有する
   ことを特徴とするレーザ発振器。
4. 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
   前記折り返しミラーの第１反射面から前記被照射物へ向かうレーザ光の光路に配置されて前記レーザ光を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズから前記被照射物へ向かうレーザ光の一部を反射する部分反射ミラーと、
   前記部分反射ミラーで反射されたレーザ光の一部を受光する部分受光器とを備える
   ことを特徴とするレーザ発振器。
5. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
   前記レーザ光の強度を検出する検出器を備える
   ことを特徴とするレーザ発振器。

Images