JP2022083168A - レーザ加工システム及び治具 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できるレーザ加工システム及び治具を提供する。【解決手段】レーザ加工システム１は、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射することによって対象物９１に溶融部９４を形成するレーザ発振器２０と、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２の強度を測定する測光器４と、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に溶融予定領域９５と重ならないように配置される治具８と、を備える。治具８は、対象物９１の加工対象面９３の法線方向にいくにつれて溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８２を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般にレーザ加工システム及び治具に関する。本開示は、特に、レーザ加工の評価を可能とするレーザ加工システム及び治具に関する。

レーザ加工の一種であるレーザ溶接技術は、対象物にレーザ発振器から出力されたレーザ光を照射してレーザ光の熱量で対象物の一部を溶融させることにより、対象物を別の対象物に溶接することで、対象物同士を機械的及び電気的に接続する技術である。レーザ溶接技術は、一般的に家電機器や精密機器、もしくは自動車部品といった多岐にわたる分野で用いられている。

レーザ溶接技術においては個々のレーザ発振器や対象物の形状や大きさに応じて、種々の調整項目がトライアンドエラーにより調整されるのが一般的である。しかしながら、所望の品質の対象物が得られない場合に、トライアンドエラーによる調整では対応できない場合が存在する。

特許文献１は、レーザ加工システムを開示する。特許文献１のレーザ加工システムは、レーザ加工システムの状態量を観測する状態量観測部と、レーザ加工システムによる加工結果を取得する動作結果取得部と、状態量観測部からの出力及び動作結果取得部からの出力を受け取り、レーザ加工条件データを、レーザ加工システムの状態量及び加工結果に関連付けて学習する学習部と、学習部が学習したレーザ加工条件データを参照して、レーザ加工条件データを出力する意思決定部とを含む。

特開２０１７－１６４８０１号公報

特許文献１のようなレーザ加工システムにおいて、レーザ加工システムによる加工結果の評価を行うにあたっては、レーザ光を照射してレーザ加工を行いながら、レーザ光の照射に起因する対象物からの光を測定する。レーザ加工が低出力加工や微細加工の場合には、レーザ加工の条件がばらつかないように極力一定とするほうがよい。さらに、対象物からの光の測定にあっては、対象物での発光及び散乱光の強度が充分に確保できるほうがよい。

本開示は、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる、レーザ加工システム及び治具を提供する。

本開示の一態様のレーザ加工システムは、対象物の加工対象面の溶融予定領域にレーザ光を照射することによって対象物に溶融部を形成するレーザ発振器と、対象物の溶融部からの光の強度を測定する測光器と、対象物の加工対象面に溶融予定領域と重ならないように配置される治具と、を備える。治具は、対象物の加工対象面の法線方向にいくにつれて溶融予定領域から離れるように傾斜する反射面を有する。

本開示の一態様の治具は、対象物の加工対象面の溶融予定領域にレーザ光を照射することによって対象物に溶融部を形成するレーザ加工において、対象物の加工対象面に溶融予定領域と重ならないように配置される。治具は、対象物の加工対象面の法線方向にいくにつれて溶融予定領域から離れるように傾斜する反射面を有する。

本開示の態様は、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

一実施の形態にかかるレーザ加工システムの構成例のブロック図 図１のレーザ加工システムでの溶融部からの光の挙動の説明図 図１のレーザ加工システムにおける治具と集光レンズとの関係の説明図 図１のレーザ加工システムの治具の構成例の概略図 レーザ光の出力に対する溶融部からの光の強度の時間変化の関係を示すグラフ 変形例１の治具の構成例の概略断面図 変形例２の治具の構成例の概略断面図 変形例３の治具の構成例の概略図 変形例４の治具の構成例の概略図

（実施の形態）
［１－１．概要］
図１は、一実施の形態にかかるレーザ加工システム１の構成例のブロック図である。レーザ加工システム１は、レーザ光Ｌ１を対象物９１に照射することにより、対象物９１の加工を行う。図１では、レーザ加工システム１は、対象物９１を別の対象物９２に接合する、レーザ溶接に用いられる。対象物９２は、対象物９１の下に配置されている。対象物９１にレーザ光Ｌ１を照射して対象物９１及び対象物９２の一部を溶融して溶融部９４を形成することで、対象物９１と対象物９２とが互いに溶融接合される。

図１に示すように、レーザ加工システム１は、レーザ発振器２０と、測光器４と、治具８とを備える。レーザ発振器２０は、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射することによって対象物９１に溶融部９４を形成する。対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射すると溶融部９４が形成され、溶融部９４から光Ｌ２が発せられる。測光器４は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２の強度を測定する。治具８は、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置される。治具８は、対象物９１の加工対象面９３から離れるほど溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８２を有する。

図１のレーザ加工システム１では、治具８は、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に溶融予定領域９５と重ならないように配置される。治具８を用いることで、対象物９１へのレーザ光Ｌ１の照射位置の意図しない位置ずれが低減され、安定したレーザ加工が可能となる。治具８は、対象物９１の加工対象面９３の法線方向にいくにつれて溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８２を有する。図２に示すように、反射面８２により、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができる。これによって、レーザ加工の評価の精度の向上が図れる。

［１－２．詳細］
以下、図１のレーザ加工システム１について更に詳細に説明する。レーザ加工システム１は、レーザ照射システム２と、光学系３と、測光器４と、レーザ出力センサ５１と、カメラ５２と、ステージ６と、移動装置６０と、処理装置７と、治具８とを備える。

［１－２－１．レーザ照射システム］
図１において、レーザ照射システム２は、対象物９１のレーザ加工のために、対象物９１にレーザ光Ｌ１を照射する。レーザ照射システム２は、レーザ発振器２０と、鏡筒２１と、レーザ伝送用ファイバ２２と、コリメートレンズ２３とを備える。

レーザ発振器２０は、対象物９１のレーザ加工のためのレーザ光Ｌ１を出力する。レーザ発振器２０は、例えば、ファイバレーザである。レーザ光Ｌ１の波長は、例えば、１０７０ｎｍである。レーザ光Ｌ１の波長は、対象物９１の光の吸収特性を考慮して適宜設定される。例えば、対象物９１の材料が銅又は金の場合は、レーザＬ１の波長が４０５～４５０ｎｍの短い波長に設定される。例えば、対象物９１の材料がアルミニウムの場合は、レーザＬ１の波長が８００ｎｍ程度に設定される。この波長はアルミニウムによる光の吸収特性がよいため、良好な溶接が可能になる。レーザ光Ｌ１は、連続波でもパルス波であってもよい。レーザ光Ｌ１が連続波であれば、対象物９１への投入熱量を大きくできるため生産性が高くレーザ溶接が可能である。レーザ光Ｌ１がパルス波であれば、レーザ光Ｌ１が連続波である場合に比べてレーザ加工時の熱影響を低減できる。

図１のレーザ照射システム２では、レーザ発振器２０から出力されたレーザ光Ｌ１は、レーザ伝送用ファイバ２２を介して鏡筒２１に伝送される。レーザ伝送用ファイバ２２から出力されたレーザ光Ｌ１は、鏡筒２１内で、コリメートレンズ２３により平行光に変換され、光学系３に出力される。

［１－２－２．光学系］
光学系３は、レーザ照射システム２と、測光器４と、レーザ出力センサ５１と、カメラ５２との間の光路を規定する。特に、光学系３は、対象物９１の加工対象面９３に対向する集光レンズ３１を含む。光学系３は、レーザ発振器２０からのレーザ光Ｌ１を集光レンズ３１により溶融予定領域９５に集光し、溶融部９４からの光Ｌ２のうち集光レンズ３１に入射した光を測光器４に向かわせる。より詳細には、光学系３は、ミラー３０，３２，３４，３６，３８と、集光レンズ３１，３３，３５，３７，３９とを備える。

ミラー３０は、図１に示すように、レーザ照射システム２からのレーザ光Ｌ１の一部を対象物９１の溶融予定領域９５に向けて反射し、残りを透過してレーザ出力センサ５１に入射させる。ミラー３０は、例えば、ビームスプリッタである。ミラー３０を透過する光とミラー３０で反射する光の比率は適宜設定される。集光レンズ３１は、図１及び図３に示すように、対象物９１の加工対象面９３に対向する。集光レンズ３１は、ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌ１を、対象物９１の溶融予定領域９５に集光する。図３に示すように、集光レンズ３１は、集光レンズ３１の光軸Ａ１が溶融部９４となる領域（溶融予定領域９５）に対応するように配置される。集光レンズ３１は、レーザ光Ｌ１の焦点位置が対象物９１の加工対象面９３上に位置するように配置される。このようにして、レーザ照射システム２からのレーザ光Ｌ１は、対象物９１の溶融予定領域９５に照射されて、対象物９１に溶融部９４が形成される。このように、光学系３は、レーザ光Ｌ１を対象物９１の溶融予定領域９５に導く。また、光学系３は、レーザ光Ｌ１をレーザ出力センサ５１に導く。

対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射すると溶融部９４が形成され、溶融部９４から光Ｌ２が発せられる。図１の光学系３では、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２は、集光レンズ３１及びミラー３０を透過して、ミラー３２に入射する。ミラー３２は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２の一部をミラー３４に向けて反射し、残りを透過する。ミラー３２は、例えば、ハーフミラー等のビームスプリッタである。ミラー３２を透過する光とミラー３０で反射する光の比率は適宜設定される。集光レンズ３３は、ミラー３２を透過した光Ｌ２をカメラ５２の受光部に集光する。このように、光学系３は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２をカメラ５２に導く。

ミラー３４は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２のうち特定波長帯域の光Ｌ３を透過して集光レンズ３５に入射させ、残りの光Ｌ４をミラー３６に向けて反射する。ミラー３４は、例えば、ダイクロイックミラーである。光Ｌ３は例えば可視光であり、ミラー３４の特定波長帯域は例えば４００～７００ｎｍである。ミラー３４は、透過させる波長に応じて、選択していけばよく、必要に応じて透過及び反射させる光量の比率を変化させてもよい。集光レンズ３５は、ミラー３４を透過した光Ｌ３を、測光器４の後述する光センサ４１の受光部に集光する。ミラー３６は、ミラー３４で反射された光Ｌ４のうち特定波長帯域の光Ｌ５を反射して集光レンズ３７に入射させ、残りの光Ｌ６をミラー３８に向けて透過する。ミラー３６は、例えば、ダイクロイックミラーである。光Ｌ５は例えば溶融部９４で発生する熱放射光であり、ミラー３６の特定波長帯域は例えば１３００～１５５０ｎｍである。集光レンズ３７は、ミラー３６で反射された光Ｌ５を、測光器４の後述する光センサ４２に集光する。ミラー３８は、ミラー３６を透過した光Ｌ６を反射して集光レンズ３９に入射させる。光Ｌ１の波長帯域には、例えば、レーザ光Ｌ１の波長が含まれる。集光レンズ３９は、ミラー３８で反射された光Ｌ６を、測光器４の後述する光センサ４３に集光する。このように、光学系３は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２を測光器４に導く。より詳細には、光学系３は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２を、異なる波長帯域の光Ｌ３，Ｌ５，Ｌ６に分けて測光器４の光センサ４１，４２，４３それぞれに導く。

図１の光学系３は、波長を選択的にするため、ミラー３４と光センサ４１との間、ミラー３６と光センサ４２との間、ミラー３８と光センサ４３との間に、それぞれバンドパスフィルタを備えてよい。バンドパスフィルタにより、不要な波長帯域の光が光センサ４１，４２，４３に入射することを防ぎ、より精度のよい光の測定が可能となる。

［１－２－３．測光器］
測光器４は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２の強度を測定し、測定した光Ｌ２の強度を示す強度信号を処理装置７に出力する。強度信号は、特に限定されないが、例えば、電圧信号である。溶融部９４からの光Ｌ２は、様々な波長帯域の光を含み得る。溶融部９４からの光Ｌ２は、例えば、レーザ光Ｌ１の照射による対象物９１の溶融に起因する熱放射光と、レーザ光Ｌ１の照射による対象物９１の励起に起因する励起光と、レーザ光Ｌ１の照射によるレーザプラズマと、レーザ光Ｌ１の対象物９１による反射光との少なくとも一つを含み得る。図１の測光器４は、溶融部９４からの光Ｌ２に含まれ得る様々な波長帯域の光の強度を個別に測定するために、３つの光センサ４１，４２，４３を備える。

光センサ４１は、上述したように、光学系３から光Ｌ３を受け取る。光Ｌ３は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２のうちの特定波長帯域の光である。図１のレーザ加工システム１では、光Ｌ３は可視光である。光センサ４１は、可視光の強度を測定し、測定した可視光の強度を示す強度信号を処理装置７に出力する。光センサ４２は、上述したように、光学系３から光Ｌ５を受け取る。光Ｌ５は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２のうちの特定波長帯域の光である。図１のレーザ加工システム１では、光Ｌ５は熱放射光である。光センサ４２は、熱放射光の強度を測定し、測定した熱放射光の強度を示す強度信号を処理装置７に出力する。光センサ４３は、上述したように、光学系３から光Ｌ６を受け取る。光Ｌ６は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２に含まれる。図１のレーザ加工システム１では、光センサ４３は、光Ｌ６のうちレーザ光Ｌ１の波長に等しい光の強度を測定し、測定した光の強度を示す強度信号を処理装置７に出力する。

光センサ４１，４２，４３は、例えば、フォトダイオードを備えるフォトディテクタである。フォトディテクタは、測定する光の波長帯域に対して高い感度を有するように設定される。測定分解能は、例えば、測定する形状の１００分の１以下の精度で測定できるように設定される。光センサ４１，４２，４３の各々の測定領域は、少なくとも溶融部９４の幅方向において溶融部９４全体を含むように設定される。

測定領域を変更する方法としては、集光レンズ３１，３５，３７，３９の焦点距離を調整する方法が挙げられる。光センサ４１，４２，４３の受光部のサイズをｄｓ［ｍｍ］、光センサ４１，４２，４３の測定領域のサイズをｄｍ［ｍｍ］、集光レンズ３１の焦点距離をｆ１［ｍｍ］、集光レンズ３５，３７，３９の焦点距離をｆ２［ｍｍ］とすると、ｄｍ＝ｄｓ×ｆ１／ｆ２である。例えば、ｆ１が２００ｍｍ、ｆ２が１００ｍｍの場合、測定領域は、受光部のサイズの２倍になる。このように、焦点距離ｆ１，ｆ２を調整することで、測定領域のサイズｄｍを調整することが可能である。光センサ４１，４２，４３に開口径を変更可能なアパーチャーを設けることで、測定可能領域を制限してもよい。

［１－２－４．レーザ出力センサ］
レーザ出力センサ５１は、図１に示すように、レーザ照射システム２からのレーザ光Ｌ１の出力を測定し、レーザ光Ｌ１の出力を示す出力信号を処理装置７に出力する。図１のレーザ出力センサ５１は、ミラー３０を透過したレーザ光Ｌ１の光の出力を測定する。ミラー３０を透過したレーザ光Ｌ１の出力とミラー３０に入射する前のレーザ光Ｌ１の出力との間には相関関係があるため、ミラー３０を透過したレーザ光Ｌ１の出力からミラー３０に入射する前のレーザ光Ｌ１の出力を求めることができる。なお、ミラー３０を透過したレーザ光Ｌ１の出力がレーザ出力センサ５１の測定範囲を超える場合には、ミラー３０とレーザ出力センサ５１との間に、レーザ光Ｌ１を減衰する光学素子を配置してよい。また、レーザ出力センサ５１又は光学素子の表面でのレーザ光Ｌ１の反射を低減するため、ミラー３０を透過したレーザ光Ｌ１の光軸に対して、レーザ出力センサ５１又は光学素子を傾けて配置してもよい。

［１－２－５．カメラ］
カメラ５２は、対象物９１の溶融部９４周辺の画像を取得し、取得した画像を処理装置７に出力する。カメラ５２は、上述したように、光学系３から、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２を受け取る。カメラ５２のサンプリング周期（測定周期）は、例えば、レーザ照射の出力制御を行う時間の１００分の１以下に設定される。カメラ５２で取得された画像は、溶融部９４の発光や反射光の状態の検出に用いられる。

［１－２－６．ステージ］
ステージ６は、レーザ加工の対象物９１を支持する。図１において、対象物９１の下には対象物９２が設置されている。対象物９１と対象物９２は、ステージ６上に配置されている。図１のレーザ加工システム１では、治具８により、対象物９１と対象物９２とがステージ６上で保持される。

［１－２－７．移動装置］
移動装置６０は、ステージ６を移動させることにより、レーザ照射システム２からのレーザ光Ｌ１の対象物９１への照射位置を移動させる。移動装置６０は、モータ等の動力源を備え、ステージ６を移動させる。ステージ６が移動することで、対象物９１及び対象物９２も移動する。図１において、移動装置６０は、図１の紙面に直交する方向に沿って、ステージ６を直線的に移動させる。図１のレーザ加工システム１は、ステージ６の移動と同期してレーザ光Ｌ１を対象物９１に照射し、これによって、対象物９１と対象物９２とがレーザ溶接により接合される。

［１－２－８．治具］
治具８は、図１～図３に示すように、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射することによって対象物９１に溶融部９４を形成するレーザ加工において、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置される。治具８の材料は、例えば、レーザ光Ｌ１の照射により発生するスパッタ等を考慮し、金属等の融点の高い材料である。

治具８は、レーザ加工時にレーザ光Ｌ１の照射位置のズレや対象物９１の位置や形状に変化が起きないように、対象物９１を押さえるために用いられる。例えば、図１に示すように、対象物９１，９２を重ね合わせて溶接する場合、治具８を置く位置によってレーザ光Ｌ１の照射位置での対象物９１，９２の浮き等を防止することが可能である。対象物９１，９２を重ね合わせて溶接する場合でなくとも、対象物９１の位置ずれの抑制に効果があるため、治具８はレーザ加工に有効である。治具８を用いることで、対象物９１へのレーザ光Ｌ１の照射位置の意図しない位置ずれが低減され、安定したレーザ加工が可能となる。

図２は、図１のレーザ加工システム１での溶融部９４からの光Ｌ２の挙動の説明図である。レーザ光Ｌ１を対象物９１に照射すると溶融部９４が形成され、例えば、対象物９１が金属の場合、溶融部９４では温度上昇による熱放射光や、金属の固有の発光、プラズマによる発光が発生する。さらに、レーザ光Ｌ１の全てがレーザ加工に寄与するわけではなく、レーザ光Ｌ１の一部は戻り光として溶融部９４で反射される。

レーザ加工時にリアルタイムで溶融部９４からの光Ｌ２を測定する場合、溶融部９４からの光Ｌ２は、熱放射光、可視光、励起光、レーザプラズマ、及び反射光を含み得る。溶融部９４からの光Ｌ２の強度は、溶融部９４の形状変化等の溶融部９４の状態反映する重要な情報である。例えば、リアルタイムで、熱放射光、可視光、励起光、レーザプラズマ、及び反射光の測定を行うことで、レーザ加工の条件に対応した溶融部９４の形状に応じた光の強度を取得することが可能である。

例えば、溶融部９４の形状がレーザ光Ｌ１の対象物９１への入射方向と反対方向に突発的に変化した際、溶融部９４の形状の変化によって、溶融部９４での反射光や溶融部９４での発光の成分も大きく変化する。例えば、溶融部９４の幅や長さに変化が生じた場合、変化した溶融部９４の幅や長さに応じて溶融部９４からの光Ｌ２の強度に差が生じる。つまり、溶融部９４の溶融面積の変化に応じて、溶融部９４からの光Ｌ２の強度も変化する。例えば、レーザ光Ｌ１の焦点位置が変化するとレーザ光Ｌ１の対象物９１への照射位置でのスポット径が変化する。レーザ光Ｌ１の焦点位置が対象物９１の溶融予定領域９５に合っているジャストフォーカス時からレーザ光Ｌ１の焦点位置が変化してスポット径が増加した場合、溶融部９４の溶接面積も増加し、これによって、溶融部９４からの光Ｌ２も増加する。

このことを利用し、溶融部９４からの光Ｌ２の強度から溶融部９４の形状を推定したり、現在の溶融部９４の形状と本来加工したい形状との差異が発生していることを把握したりすることが可能である。

例えば、所望の溶融幅でのレーザ加工時の光Ｌ２を測定または算出して記憶し、実際のレーザ加工における光Ｌ２と比較することで、レーザ加工の状況をより精密に把握することができる。

例えば、加工後の溶融部９４を測定し、加工結果から測定を行い、光Ｌ２の強度と溶融部９４の幅の測定値を紐づけることで、溶融面積に基づいた測定結果を検出することが可能となる。

一般的に溶融部９４の形状は、レーザ溶接による接合強度に大きく影響するため、溶融部９４の形状の精度の良い測定を行えるようになれば、レーザ溶接時の接合外れといった不良を低減し、製品の品質安定化にも繋げることが可能である。

一般的に対象物９１が金属の場合、溶接には、対象物９１の材料のレーザ光Ｌ１の波長における吸収率やレーザ光Ｌ１の照射条件にもよるが、レーザ光Ｌ１の出力は、数十～数ｋＷであることが必要である。特に、低い出力のレーザ光Ｌ１で溶接を行う場合には、溶融部９４からの光Ｌ２の量は、レーザ光Ｌ１の出力の減少とともに低下する。そのため、溶融部９４の発光状態の検出がしにくくなる。

そのため、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことで、溶融部９４の溶融状態の把握をより精度良く行うことが可能となり、レーザ加工の評価の精度の向上が図れる。

図２に示すように、溶融部９４からの光Ｌ２は、溶融部９４の形状にもよるが、レーザのように指向性を持つわけではなく、溶融部９４から等方的に広がる。溶融部９４からの光Ｌ２は、例えば、測光器４に到達する方向に進行する光Ｌ２１と、測光器４に到達できない方向に進行する光Ｌ２２とを含む。光Ｌ２１は、例えば、レーザ光Ｌ１の光軸の方向と反対方向に進行して集光レンズ３１に入射する。光Ｌ２２は、例えば、レーザ光Ｌ１の光軸の方向と交差する方向に進行して集光レンズ３１に入射しない。

治具８は、図１～図３に示すように、反射面８２を有する。反射面８２は、対象物９１の加工対象面９３の法線方向にいくにつれて溶融予定領域９５から離れるように傾斜するテーパ面である。より詳細には、反射面８２は、対象物９１の加工対象面９３の法線方向において加工対象面９３から離れるほど、加工対象面９３の沿面方向において溶融予定領域９５から離れるように傾斜する。図２において、加工対象面９３の法線方向は、レーザ光Ｌ１の進行方向と逆の方向である。加工対象面９３の沿面方向は、加工対象面９３の法線方向と直交する方向である。換言すれば、反射面８２は、溶融部９４からの光Ｌ２を集光レンズ３１に向けて反射するように傾斜する。図２に示すように、反射面８２は、光Ｌ２２を反射して、測光器４に到達する方向に向かわせることが可能となる。そのため、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができる。これによって、レーザ加工の評価の精度の向上が図れる。

以下、治具８の構成について詳細に説明する。図４は、治具８の構成例の概略図である。図４（Ａ）は、対象物９１の加工対象面９３に治具８が配置された状態を示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の（Ｂ）－（Ｂ）線断面図である。

治具８は、溶融部９４を形成する溶融予定領域９５と重ならないように加工対象面９３に配置される。よって、治具８は、加工対象面９３の溶融予定領域９５の周囲で対象物９１を押さえる形状を有するように形成される。一方で、反射面８２が溶融部９４に近いほうが、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができる。ただし、反射面８２が溶融部９４に近すぎると、溶融部９４の幅にばらつきが生じるような場合には、反射面８２にレーザ光Ｌ１が当たる場合がある。そのため、反射面８２は、反射面８２にレーザ光Ｌ１が入射しないように、溶融予定領域９５が所定距離離して配置される。所定距離は、例えば、１ｍｍ以上である。

図４に示すように、治具８は、一対の押さえ部８１を有する。一対の押さえ部８１は、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５の両側にそれぞれ位置する。図４では、溶融予定領域９５は直線状である。このような溶融予定領域９５は、ライン溶接等の、レーザ光Ｌ１によるライン加工の際に設定される。図４では、一対の押さえ部８１は、溶融予定領域９５の幅方向の両側にそれぞれ位置する。一対の押さえ部８１の各々の溶融予定領域９５側の面は、反射面８２を含む。図４において、押さえ部８１は、溶融予定領域９５に沿って延びる矩形板状である。一対の押さえ部８１は互いに並行する。押さえ部８１の幅方向の両側面の一方が反射面８２である。押さえ部８１は、反射面８２を溶融予定領域９５に向けて加工対象面９３に配置される。一対の押さえ部８１の反射面８２同士が互いに対向する。一対の押さえ部８１の反射面８２間の距離は、加工対象面９３の法線方向において前記加工対象面９３から離れるほど、大きくなる。図４では、反射面８２は、一定の角度で傾斜する傾斜面である。反射面８２の角度は１度以上であれば、溶融部９４からの光Ｌ２を、集光レンズ３１を通して測光器４に入射させることができる可能性がある。反射面８２は、溶融部９４からの光Ｌ２を鏡面反射する反射面である。反射面８２の表面粗さは、鏡面の表面粗さ以下である。表面粗さは、例えば、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｙ）、十点平均粗さ（Ｒｚ）、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）、局部山頂の平均間隔（Ｓ）及び負荷長さ率（ｔｐ）のいずれかにより評価される。反射面８２は、鏡面研磨等の鏡面加工により得られる。反射面８２の表面粗さは、鏡面研磨により得られる表面粗さ以下であってよい。

図３は、治具８と集光レンズ３１との関係の説明図である。治具８において、反射面８２は、集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向する。これによって、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができる。図４では、反射面８２全体が、集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向する。ただし、反射面８２の少なくとも一部が、集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向すればよい。つまり、反射面８２において溶融予定領域９５に最も近い部位の位置Ｐ１が、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域の内側にあればよい。

図３では、反射面８２が集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向するように、押さえ部８１が配置される。この場合に、反射面８２の加工対象面９３に対する角度は、レーザ光Ｌ１が反射面８２に当たる可能性が低くなるように設定される。図３に示すように、集光レンズ３１の光軸Ａ１と周縁光線Ｌ１１との角度をθ１度、反射面８２の加工対象面９３に対する角度をθ２度とすると、θ２＜９０－θ１である。周縁光線Ｌ１１は、レーザ光Ｌ１のうち、集光レンズ３１の有効径Ｄ１で定義される円周を通る光である。θ２が、θ２＜９０－θ１を満たす場合には、レーザ光Ｌ１が反射面８２に当たる可能性を低減できる。また、反射面８２の高さＨ１は、集光レンズ３１の作動距離Ｄ２以下である。図３では、反射面８２の高さＨ１は、押さえ部８１の高さに等しい。このようにすれば、レーザ光Ｌ１を対象物９１に照射する際に、集光レンズ３１の焦点位置に応じてレーザ光Ｌ１の照射位置を変更することが可能となる。よって、レーザ光Ｌ１の照射位置の変更の際に、集光レンズ３１と反射面８２が干渉することを防止できる。

［１－２－９．処理装置］
処理装置７は、図１に示すように、レーザ照射システム２と、測光器４と、レーザ出力センサ５１と、カメラ５２と、移動装置６０とに接続される。処理装置７は、レーザ加工システム１の全体の制御をする。処理装置７は、例えば、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現される。

処理装置７は、対象物９１の溶融予定領域９５にレーザ発振器２０からレーザ光Ｌ１を照射して溶融部９４を形成するレーザ加工を実行する。レーザ加工の際、処理装置７は、レーザ照射システム２からのレーザ光Ｌ１の出力が所定の目標出力となるようにレーザ発振器２０を制御する。より詳細には、処理装置７は、レーザ出力センサ５１からの出力信号が示すレーザ光Ｌ１の強度が所定の目標出力となるようにレーザ発振器２０を制御する。

処理装置７は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度に基づいてレーザ加工の評価を実行する。レーザ加工の評価は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度に基づいて溶融部９４の溶融状態を推定することを含む。

図５は、レーザ光Ｌ１の出力に対する溶融部９４からの光Ｌ２の強度の時間変化の関係を示すグラフである。図５では、光Ｌ２は、熱放射光である。

図５において、Ｇ１は、レーザ光Ｌ１の出力の時間変化である出力プロファイルを示す。Ｇ１の出力プロファイルは、台形波形であり、スローアップ部（Ｔ１～Ｔ２）、平坦部（Ｔ２～Ｔ３）、スローダウン部（Ｔ３～Ｔ４）を含む。このスローアップ部、スローダウン部は、レーザ溶接時のスパッタや陥没防止のために設けている。レーザ加工に応じて出力プロファイルの形状を変化させることで、スパッタや陥没防止が可能である。

Ｇ２は、図１のレーザ加工システム１における溶融部９４からの光Ｌ２の強度の時間変化である光プロファイルを示す。Ｇ３は、比較例のレーザ加工システムにおける溶融部９４からの光Ｌ２の強度の時間変化である光プロファイルを示す。比較例のレーザ加工システムは、治具８を備えていない点で、図１のレーザ加工システム１と異なる。

Ｇ１～Ｇ３から分かるように、時刻Ｔ１～Ｔ２のレーザ光Ｌ１の出力の上昇に伴い、熱放射光の強度も増加する。レーザ光Ｌ１の出力が安定した際には、溶融部９４も安定して形成されていれば、信号波形は一定、もしくは、照射時間量に比例し、温度が均衡するまで光量が増加する。溶融部９４に異常がある場合には、時刻Ｔ５～Ｔ６又は時刻Ｔ７～Ｔ８のように、レーザ光Ｌ１の出力が一定であっても、熱放射光の強度が変化する。時刻Ｔ３～Ｔ４のレーザ光Ｌ１の出力の低下に伴い、熱放射光の強度も減少する。このように、熱放射光の光プロファイルは、レーザ光Ｌ１の出力プロファイルに類似した形状となる。

ここで、Ｇ２の光プロファイルは、Ｇ３の光プロファイルよりも全体的に大きい。これは、Ｇ２では、治具８の反射面８２によって、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができるからである。これによって、溶融部９４の形状を反映する光プロファイルの大きくすることができるから、レーザ加工の評価の精度を向上できる。また、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができるために、外乱の影響を低減できて、測光器４による光Ｌ２の測定の精度が向上する。

上述したように、溶融部９４からの光Ｌ２の強度を測定することで、溶融部９４の状態を把握することができる。そのため、レーザ加工で形成される溶融部９４の形状等の状態の測定を行い、溶融部９４の測定の結果と測光器４からの強度信号の波形とを関連付ける。これにより、処理装置７は、測光器４からの強度信号の波形から、溶融部９４の異常の発生の有無の判断をすることが可能となる。溶融部９４の状態の測定には、特に限定されないが、顕微鏡等を用いることができる。

より詳細には、処理装置７は、測定波形と参照波形との比較に基づいて、レーザ加工の評価をする。測定波形は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度の変化を示す波形である。参照波形は、レーザ加工に異常がない場合の溶融部９４からの光Ｌ２の強度の変化を示す波形である正常波形と、レーザ加工に異常がある場合の溶融部９４からの光Ｌ２の強度の変化を示す波形である１以上の異常波形とを含む。これによって、処理装置７は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度に基づいて溶融部９４の溶融状態を推定することが可能になる。

レーザ加工の異常の原因としては、スパッタの発生、ヒュームの発生、プラズマの発生、レーザ出力変動、スポット径変動、レーザ照射時間変動、及びワーク起因の変動等が挙げられる。

レーザ溶接の不良の一例として、複数の対象物９１，９２を重ね合わせた際に生じる対象物９１，９２間の隙間の不良がある。重ね合わせた複数の対象物９１，９２に複数の対象物９１，９２を重ね合わせた方向からレーザ光Ｌ１を照射して複数の対象物９１，９２同士を溶接する重ね合わせ溶接を行う場合には、複数の対象物９１，９２同士は互いに密着しているほうがよい。なぜなら、レーザ加工中の熱による対象物９１，９２の変形やレーザ加工前からの対象物９１，９２の歪などで対象物９１，９２間に隙間があると、対象物９１，９２同士の未接合や接合部分の強度不足等の問題が発生するからである。対象物９１，９２に隙間があった場合には、溶融部９４が、一方の対象物９１を貫通して隙間まで抜けた状態となる。さらに、隙間発生時には光が隙間で散乱することから、溶融部９４の形状も変化し、溶融部９４の幅が狭くなる場合がある。そのため、熱放射光や反射光の強度の低下が見られる。

このため、重ね合わせ溶接の場合には、反射光の強度の低下により対象物９１，９２同士の隙間の発生を推測することができ、その際には、反射光の強度低下を感度良く測定することが必要である。

また、処理装置７は、カメラ５２から取得した画像に基づいて、溶融部９４の発光や反射光の状態の検出を行う。

［１－３．効果等］
以上述べた図１のレーザ加工システム１は、レーザ発振器２０と、測光器４と、治具８とを備える。レーザ発振器２０は、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射することによって対象物９１に溶融部９４を形成する。測光器４は、対象物９１の溶融部９４からの光Ｌ２の強度を測定する。治具８は、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置される。治具８は、対象物９１の加工対象面９３から離れるほど溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８２を有する。これにより、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、反射面８２は、溶融部９４からの光Ｌ２を鏡面反射する反射面である。これにより、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１は、光学系３を備える。光学系３は、対象物９１の加工対象面９３に対向する集光レンズ３１を含む。光学系３は、レーザ発振器２０からのレーザ光Ｌ１を集光レンズ３１により溶融予定領域９５に集光する。光学系３は、溶融部９４からの光Ｌ２のうち集光レンズ３１に入射した光を測光器４に向かわせる。反射面８２は、溶融部９４からの光Ｌ２を集光レンズ３１に向けて反射するように傾斜する。これにより、安定したレーザ加工が可能となる。

また、図１のレーザ加工システム１において、反射面８２の高さＨ１は、集光レンズ３１の作動距離Ｄ２以下である。これにより、レーザ光Ｌ１の照射位置の変更の際に、集光レンズ３１と反射面８２が干渉することを防止できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、反射面８２の少なくとも一部は、集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向する。これにより、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、集光レンズ３１の光軸Ａ１と周縁光線との角度をθ１度、反射面８２の加工対象面９３に対する角度をθ２度とすると、θ２＜９０－θ１である。これにより、レーザ光Ｌ１が反射面８２に当たる可能性を低減できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、治具８は、溶融予定領域９５の両側にそれぞれ位置する一対の押さえ部８１を有する。一対の押さえ部８１の各々の溶融予定領域９５側の面は、反射面８２を含む。これにより、レーザ光Ｌ１によるライン加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、溶融部９４からの光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の照射による対象物９１の溶融に起因する熱放射光と、レーザ光Ｌ１の照射による対象物９１の励起に起因する励起光と、レーザ光Ｌ１の照射によるレーザプラズマと、レーザ光Ｌ１の対象物９１による反射光との少なくとも一つを含む。これにより、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１は、処理装置７を更に備える。処理装置７は、溶融予定領域９５にレーザ発振器２０からレーザ光Ｌ１を照射して溶融部９４を形成するレーザ加工を実行する。処理装置７は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度に基づいてレーザ加工の評価を実行する。これにより、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

また、図１のレーザ加工システム１において、レーザ加工の評価は、測光器４で測定された溶融部９４からの光Ｌ２の強度に基づいて溶融部９４の溶融状態を推定することを含む。これにより、溶融部９４の溶融状態の評価が可能となる。特に、レーザ加工システム１は、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができるから、溶融状態、例えば、溶接状態を精度良く評価することが可能である。レーザ加工システム１は、例えば、溶接品質を精度良く評価することが可能となる。レーザ加工システム１を溶接品質の評価に用いることで、熟練度に依存しない溶接の異常予知が可能となる。したがって異常に対する早期対応による不良数の減少、および装置のダウンタイム低減による生産性の向上が見込まれる。

以上述べた治具８は、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５にレーザ光Ｌ１を照射することによって対象物９１に溶融部９４を形成するレーザ加工において、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置される。治具８は、対象物９１の加工対象面９３から離れるほど溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８２を有する。これにより、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

（変形例）
本開示の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態は、本開示の課題を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施の形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

［１．変形例１］
図６は、変形例１の治具８Ａの構成例の概略断面図である。治具８Ａは、一対の押さえ部８１Ａを有する。押さえ部８１Ａの反射面８２Ａの高さＨ１は、図４の押さえ部８１の反射面８２の高さＨ１より高く、集光レンズ３１の作動距離Ｄ２に等しい。変形例１においても、レーザ光Ｌ１を対象物９１に照射する際に、集光レンズ３１の焦点位置に応じてレーザ光Ｌ１の照射位置を変更することが可能となる。よって、レーザ光Ｌ１の照射位置の変更の際に、集光レンズ３１と反射面８２Ａが干渉することを防止できる。また、反射面８２Ａと集光レンズ３１との隙間を小さくできるから、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

［２．変形例２］
図７は、変形例２の治具８Ｂの構成例の概略断面図である。治具８Ｂは、一対の押さえ部８１Ｂを有する。押さえ部８１Ｂの反射面８２Ｂは、一定の角度の傾斜面ではなく、所定の曲率を有する凹面である。反射面８２Ｂは、押さえ部８１Ｂの長さ方向に直交する断面において、略円弧状である。押さえ部８１Ｂの長さ方向に直交する断面において、反射面８２Ｂの接線と加工対象面９３との間の角度の最大値は、９０－θ１に設定される。これにより、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。押さえ部８１Ｂの反射面８２Ｂは凹面ではなく、凸面であってよく、曲面であればよい。

［３．変形例３］
図８は、変形例３の治具８Ｃの構成例の概略図である。図８（Ａ）は、対象物９１の加工対象面９３に治具８Ｃが配置された状態を示す平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の（Ｂ）－（Ｂ）線断面図である。治具８Ｃは、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５を囲う筒状の押さえ部である。治具８Ｃは、平面視において、四角形状である。押さえ部である治具８Ｃの内周面は、反射面８３を含む。図８では、治具８Ｃの内周面は、加工対象面９３の法線方向にいくにつれて開口が大きくなるように傾斜している。つまり、治具８Ｃの内周面を構成する４つの内側面の各々が、対象物９１の加工対象面９３の法線方向にいくにつれて溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８３である。つまり、治具８Ｃでは、反射面８３が溶融予定領域９５を囲むように配置されている。これによって、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。図８のような溶融予定領域９５は、例えば、スポット溶接等の、レーザ光Ｌ１によるスポット加工の際に設定される。したがって、レーザ光Ｌ１によるスポット加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。治具８Ｃの平面視の形状は、四角形状に限らず、四角形以外の多角形状であってよい。つまり、治具８Ｃの内周面は３以上の内側面で構成されてよく、３以上の内側面の少なくとも一つが反射面８３であってよい。

変形例３において、治具８Ｃは、溶融予定領域９５を囲う筒状の押さえ部を有する。押さえ部の内周面は、反射面８３を含む。変形例３によれば、レーザ光Ｌ１によるスポット加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

［４．変形例４］
図９は、変形例４の治具８Ｄの構成例の概略図である。図９（Ａ）は、対象物９１の加工対象面９３に治具８Ｄが配置された状態を示す平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の（Ｂ）－（Ｂ）線断面図である。治具８Ｄは、対象物９１の加工対象面９３の溶融予定領域９５を囲う筒状の押さえ部である。治具８Ｄは、平面視において、真円形状である。押さえ部である治具８Ｄの内周面は、反射面８４を含む。図９では、治具８Ｄの内周面は、加工対象面９３の法線方向にいくにつれて開口が大きくなるように傾斜している。つまり、治具８Ｄの内周面全体が、対象物９１の加工対象面９３の法線方向にいくにつれて溶融予定領域９５から離れるように傾斜する反射面８４である。つまり、治具８Ｄでは、反射面８４が溶融予定領域９５を囲む。これによって、溶融部９４からの光Ｌ２のうち測光器４に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。図９のような溶融予定領域９５は、例えば、スポット溶接等の、レーザ光Ｌ１によるスポット加工の際に設定される。したがって、レーザ光Ｌ１によるスポット加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。治具８Ｄの平面視の形状は、真円形状に限らず、楕円形状であってよい。

変形例４において、治具８Ｄは、溶融予定領域９５を囲う筒状の押さえ部を有する。押さえ部の内周面は、反射面８４を含む。変形例４によれば、レーザ光Ｌ１によるスポット加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

［５．その他の変形例］
一変形例では、治具８の全体ではなく一部が、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置されてもよい。要するに、治具８は、対象物９１を押さえるために対象物９１の加工対象面９３に配置される押さえ部それ自体であってもよいし、押さえ部を含む構造であってもよい。

一変形例では、反射面８２は、異なる角度で傾斜する複数の傾斜面を含んでよい。反射面８２は、異なる曲率の複数の曲面を含んでよい。要するに、反射面８２は、対象物９１の加工対象面９３から離れるほど溶融予定領域９５から離れるように傾斜していればよい。

一変形例では、反射面８２は、集光レンズ３１の光軸Ａ１に沿った方向において、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域と対向しなくてもよい。つまり、反射面８２において溶融予定領域９５に最も近い部位の位置Ｐ１が、集光レンズ３１の有効径Ｄ１内の領域の外側にあってもよい。この場合、θ２≧９０－θ１としてもよい。

図１のレーザ加工システム１では、複数の波長帯域の光を同時に測定する構成となっているが、これによって、レーザ加工時に発生する物理現象を様々な波長帯域の光から詳細に把握することが可能となる。そのため、測定したい光の波長帯域に応じて、ミラーやレンズ等の光学素子の波長帯域を選択していくことが望ましい。例えば、可視光と熱放射光を測定する際は、可視光を透過する波長選択性の反射膜をミラーに形成し、当該ミラーにより、熱放射光を測定する光センサと可視光を測定する光センサに光を分ければよい。このような波長選択性の反射膜を利用することで、異なる波長帯域の光を同時に測定することが可能である。一変形例では、レーザ加工システム１は、単一の波長帯域の光を測定する構成であってよい。

図１のレーザ加工システム１では、レーザ発振器２０から出力されるレーザ光Ｌ１を、レーザ伝送用ファイバ２２を用いて鏡筒２１に伝送したが、レーザ発振器２０から出力されるレーザ光Ｌ１を、ミラー等の光学素子を用いて鏡筒２１に伝送してもよい。

図１のレーザ加工システム１では、対象物９１へレーザ光Ｌ１の照射を行っているが、その際、スポット状に溶融部９４を形成してもよいし、レーザ光Ｌ１を走査して連続的に延びる線状の溶融部９４を形成してもよい。図１のレーザ加工システム１では、移動装置６０によるステージ６の移動によってレーザ光Ｌ１の走査が可能である。移動装置６０は、ステージ６ではなく、鏡筒２１を移動させることでレーザ光Ｌ１の走査を行ってもよい。移動装置６０の代わりに、ロボットを用いて、鏡筒２１やステージ６を移動させることも可能である。カルバノミラーを用いて、レーザ光Ｌ１を対象物９１に対して走査することも可能である。

一変形例では、レーザ光Ｌ１の走査をして連続的に延びる溶融部９４を形成する場合、光センサ４１，４２，４３の測定領域は、このような溶融部９４に対応する溶融予定領域９５全体を含むように設定されてよい。レーザ光Ｌ１の走査をしてレーザ加工を行う場合、レーザ光Ｌ１の現在の照射位置より前の照射位置でも、溶融部９４ではレーザ光Ｌ１から受け取ったエネルギに応じて発光する。そのため、レーザ光Ｌ１の照射位置より広い領域を溶融部９４からの光の測定領域とすることで、例えばスパッタの発生や、レーザ光Ｌ１の照射後の凝固までに発生する溶融液による影響等、溶融時に発生した現象を検出することが可能となる。

一変形例では、レーザ加工システム１は、溶融部９４からの光Ｌ２の強度に加えて、溶融部９４の温度、及び、対象物９１の振動量等を測定してもよい。

一変形例では、測光器４から取得した強度信号の測定時間と、対象物９１の溶融部９４の長さをレーザ加工の速度で除して得られる実際の加工時間とを比較することで、測定時間における強度信号の変動と加工時間における溶融部９４の形状の変化との相関を取ってよい。これによって、処理装置７は、測光器４から得られる強度信号の変動から溶融部９４の形状の変化を数値化することが可能となる。測光器４での測定のサンプリング数に関しては、レーザ加工の評価にてレーザ加工のプロセスの特徴、例えばレーザ光Ｌ１の出力プロファイルのカーブの曲率等の物理量の局所的な値の傾向を捉えるのに十分な量のサンプル数が必要となる。そのため、測光器４でのサンプリング周期（測定周期）は、レーザ照射の出力制御を行う時間の１００分の１以下が望ましい。

一変形例では、レーザ加工時の条件を様々に変更して溶融部９４からの光Ｌ２の強度信号を取得し、強度信号が示す値に対して上限値及び下限値を設けることで、強度信号が示す値に応じて段階的にレーザ加工の条件を予測又は評価することが可能である。例えば、溶接時に溶融部９４で穴あきが発生する場合、穴あき時に瞬間的に光が発生するために強度信号の示す値に増加があるため、レーザ加工時の溶融部９４からの光Ｌ２の瞬間的なピークを検出することで、リアルタイムで原因の評価が可能となる。この場合、処理装置７は、強度信号が示す値が上限値と下限値との間にあるかどうかによって、異常の有無を判断することができる。

一変形例では、強度信号の波形と溶融部９４の溶融状態とを学習用データセットとし、教師ありの機械学習によって、強度信号の波形と溶融部９４の溶融状態との相関関係を学習した学習済みモデルを生成することができる。この場合、処理装置７は、学習済みモデルを利用して、測光器４から得られる強度信号の波形から、溶融部９４の溶融状態を判定することができる。

例えば、光センサ４１、光センサ４２、及び光センサ４３で測定した強度信号の波形と、溶融部９４の形状の測定結果との相関関係を学習した学習済みモデルを利用することで、光センサ４１～４２からの強度信号の波形から溶融部９４の形状の特定を行うことが可能となる。例えば、レーザ溶接の場合、教師データとしては、光センサ４１～４２からの強度信号の波形を入力、レーザ溶接の結果を出力とする学習用データセットを用いる。レーザ溶接の結果は、例えば、溶融部９４の幅、長さ及び溶接不要の有無等を含む。教師データを用いた機械学習により、強度信号の波形とレーザ溶接の結果との相関関係を学習した学習済みモデルを生成することができる。

機械学習を用いて強度信号の波形とレーザ加工時に発生する現象との相関関係を学習した学習済みモデルを用いることで、溶融部９４の状態をより精度良く判定することが可能となる。溶融部９４の状態をモニタ等に表示することで、レーザ加工システム１の設備やレーザ加工の条件の改善活動に繋げることが可能となる。すなわち、溶接不良の具体的な要因と、溶融部９４からの光Ｌ２（熱放射光、可視光、反射光等を含む）の強度信号の波形を一例とし、溶融状態に関する物理量とを教師データセットとする機械学習により、強度信号の波形と溶接不良等のレーザ加工の不良の要因との相関関係を学習した学習済みモデルを生成することができる。

一変形例では、溶融部９４の異常と強度信号の波形とを紐づけ、強度信号と閾値との比較により異常の有無を判定することで、異常の原因の特定を行うことが可能となる。例えば、処理装置７は、測光器４から得られる強度信号の値が所定の閾値を超えた際に、所定の閾値に対応する異常が発生したと判断することができる。

（態様）
上記実施の形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施の形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。

第１の態様は、レーザ加工システム（１）であって、レーザ発振器（２０）と、測光器（４）と、治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）とを備える。前記レーザ発振器（２０）は、対象物（９１）の加工対象面（９３）の溶融予定領域（９５）にレーザ光（Ｌ１）を照射することによって前記対象物（９１）に溶融部（９４）を形成する。前記測光器（４）は、前記対象物（９１）の前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）の強度を測定する。前記治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）は、前記対象物（９１）の前記加工対象面（９３）に前記溶融予定領域（９５）と重ならないように配置される。前記治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）は、前記対象物（９１）の前記加工対象面（９３）の法線方向にいくにつれて前記溶融予定領域（９５）から離れるように傾斜する反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）を有する。この態様によれば、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

第２の態様は、第１の態様に基づくレーザ加工システム（１）である。第２の態様において、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）は、溶融部（９４）からの光（Ｌ２）を鏡面反射する反射面である。この態様によれば、溶融部（９４）からの光（Ｌ２）のうち測光器（４）に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

第３の態様は、第１又は第２の態様に基づくレーザ加工システム（１）である。第３の態様において、前記レーザ加工システム（１）は、前記対象物（９１）の前記加工対象面（９３）に対向する集光レンズ（３１）を含む光学系（３）を備える。前記光学系（３）は、前記レーザ発振器（２０）からの前記レーザ光（Ｌ１）を前記集光レンズ（３１）により前記溶融予定領域（９５）に集光し、前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）のうち前記集光レンズ（３１）に入射した光を前記測光器（４）に向かわせる。前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）は、前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）を前記集光レンズ（３１）に向けて反射するように傾斜する。この態様によれば、安定したレーザ加工が可能となる。

第４の態様は、第３の態様に基づくレーザ加工システム（１）である。第４の態様において、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）の高さ（Ｈ１）は、前記集光レンズ（３１）の作動距離（Ｄ２）以下である。この態様によれば、レーザ光（Ｌ１）の照射位置の変更の際に、集光レンズ（３１）と反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）が干渉することを防止できる。

第５の態様は、第３又は第４の態様に基づくレーザ加工システム（１）である。第５の態様において、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）の少なくとも一部は、前記集光レンズ（３１）の光軸（Ａ１）に沿った方向において、前記集光レンズ（３１）の有効径（Ｄ１）内の領域と対向する。この態様によれば、溶融部（９４）からの光（Ｌ２）のうち測光器（４）に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

第６の態様は、第３～第５の態様のいずれか一つに基づくレーザ加工システム（１）である。第６の態様において、前記集光レンズ（３１）の光軸（Ａ１）と周縁光線との角度をθ１度、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）の前記加工対象面（９３）に対する角度をθ２度とすると、θ２＜９０－θ１である。この態様によれば、レーザ光（Ｌ１）が反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）に当たる可能性を低減できる。

第７の態様は、第１～第６の態様のいずれか一つに基づくレーザ加工システム（１）である。第７の態様において、前記治具（８；８Ａ；８Ｂ）は、前記溶融予定領域（９５）の両側にそれぞれ位置する一対の押さえ部（８１；８１Ａ；８１Ｂ）を有する。前記一対の押さえ部（８１；８１Ａ；８１Ｂ）の各々の前記溶融予定領域（９５）側の面は、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ）を含む。この態様によれば、レーザ光Ｌ１によるライン加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

第８の態様は、第１～第７の態様のいずれか一つに基づくレーザ加工システム（１）である。第８の態様において、前記治具（８Ｃ；８Ｄ）は、前記溶融予定領域（９５）を囲う筒状の押さえ部を有する。前記押さえ部の内周面は、前記反射面（８３；８４）を含む。この態様によれば、レーザ光Ｌ１によるスポット加工において、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

第９の態様は、第１～第８の態様のいずれか一つに基づくレーザ加工システム（１）である。第９の態様において、前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）は、前記レーザ光（Ｌ１）の照射による前記対象物（９１）の溶融に起因する熱放射光と、前記レーザ光（Ｌ１）の照射による前記対象物（９１）の励起に起因する励起光と、前記レーザ光（Ｌ１）の照射によるレーザプラズマと、前記レーザ光（Ｌ１）の前記対象物（９１）による反射光との少なくとも一つを含む。この態様によれば、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

第１０の態様は、第１～第９の態様のいずれか一つに基づくレーザ加工システム（１）である。第１０の態様において、前記レーザ加工システム（１）は、処理装置（７）を更に備える。前記処理装置（７）は、前記溶融予定領域（９５）に前記レーザ発振器（２０）から前記レーザ光（Ｌ１）を照射して前記溶融部（９４）を形成するレーザ加工を実行する。前記処理装置（７）は、前記測光器（４）で測定された前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）の強度に基づいて前記レーザ加工の評価を実行する。この態様によれば、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

第１１の態様は、第１０の態様に基づくレーザ加工システム（１）である。第１１の態様において、前記レーザ加工の評価は、前記測光器（４）で測定された前記溶融部（９４）からの光（Ｌ２）の強度に基づいて前記溶融部（９４）の溶融状態を推定することを含む。この態様によれば、溶融部（９４）の溶融状態の評価が可能となる。

第１２の態様は、対象物（９１）の加工対象面（９３）の溶融予定領域（９５）にレーザ光（Ｌ１）を照射することによって前記対象物（９１）に溶融部（９４）を形成するレーザ加工において、前記対象物（９１）を押さえるために前記対象物（９１）の前記加工対象面（９３）に配置される治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）である。前記治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）は、前記対象物（９１）の前記加工対象面（９３）から離れるほど前記溶融予定領域（９５）から離れるように傾斜する反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）を有する。この態様によれば、安定したレーザ加工が可能となり、かつレーザ加工の評価の精度を向上できる。

第１３の態様は、第１２の態様に基づく治具（８；８Ａ；８Ｂ；８Ｃ；８Ｄ）である。第１３の態様において、前記反射面（８２；８２Ａ；８２Ｂ；８３；８４）は、溶融部（９４）からの光（Ｌ２）を鏡面反射する。この態様によれば、溶融部（９４）からの光（Ｌ２）のうち測光器（４）に入射する光の量を増やすことができ、レーザ加工の評価の精度を向上できる。

なお、第２～第１１の態様は、第１２の態様にも適宜変更して適用することが可能である。

本開示は、レーザ加工システム及び治具に適用可能である。具体的には、レーザ加工の評価、例えばレーザ加工によって製造されたワークの評価を可能とするレーザ加工システム及びレーザ加工用の治具に、適用可能である。

１ レーザ加工システム
２０ レーザ発振器
３ 光学系
３１ 集光レンズ
４ 測光器
７ 処理装置
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ 治具
８１，８１Ａ，８１Ｂ 押さえ部
８２，８２Ａ，８２Ｂ，８３，８４ 反射面
９１ 対象物
９３ 加工対象面
９４ 溶融部
９５ 溶融予定領域
Ｌ１ レーザ光Ｌ１
Ｌ２ 溶融部からの光
Ａ１ 光軸
Ｄ１ 有効径
Ｄ２ 作動距離
Ｈ１ 高さ
θ１ 集光レンズの光軸と周縁光線との角度
θ２ 反射面の加工対象面に対する角度

Claims (13)

1. 対象物の加工対象面の溶融予定領域にレーザ光を照射することによって前記対象物に溶融部を形成するレーザ発振器と、
   前記対象物の前記溶融部からの光の強度を測定する測光器と、
   前記対象物の前記加工対象面に前記溶融予定領域と重ならないように配置される治具と、
   を備え、
   前記治具は、前記対象物の前記加工対象面の法線方向にいくにつれて前記溶融予定領域から離れるように傾斜する反射面を有する、
   レーザ加工システム。
2. 前記反射面は、前記溶融部からの光を鏡面反射する、
   請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記対象物の前記加工対象面に対向する集光レンズを含む光学系を備え、
   前記光学系は、前記レーザ発振器からの前記レーザ光を前記集光レンズにより前記溶融予定領域に集光し、前記溶融部からの光のうち前記集光レンズに入射した光を前記測光器に向かわせ、
   前記反射面は、前記溶融部からの光を前記集光レンズに向けて反射するように傾斜する、
   請求項１又は２に記載のレーザ加工システム。
4. 前記反射面の高さは、前記集光レンズの作動距離以下である、
   請求項３に記載のレーザ加工システム。
5. 前記反射面の少なくとも一部は、前記集光レンズの光軸に沿った方向において、前記集光レンズの有効径内の領域と対向する、
   請求項３又は４に記載のレーザ加工システム。
6. 前記集光レンズの光軸と周縁光線との角度をθ１度、前記反射面の前記加工対象面に対する角度をθ２度とすると、θ２＜９０－θ１である、
   請求項３～５のいずれか一つに記載のレーザ加工システム。
7. 前記治具は、前記溶融予定領域の両側にそれぞれ位置する一対の押さえ部を有し、
   前記一対の押さえ部の各々の前記溶融予定領域側の面は、前記反射面を含む、
   請求項１～６のいずれか一つに記載のレーザ加工システム。
8. 前記治具は、前記溶融予定領域を囲う筒状の押さえ部を有し、
   前記押さえ部の内周面は、前記反射面を含む、
   請求項１～７のいずれか一つに記載のレーザ加工システム。
9. 前記溶融部からの光は、前記レーザ光の照射による前記対象物の溶融に起因する熱放射光と、前記レーザ光の照射による前記対象物の励起に起因する励起光と、前記レーザ光の照射によるレーザプラズマと、前記レーザ光の前記対象物による反射光との少なくとも一つを含む、
   請求項１～８のいずれか一つに記載のレーザ加工システム。
10. 前記溶融予定領域に前記レーザ発振器から前記レーザ光を照射して前記溶融部を形成するレーザ加工を実行し、前記測光器で測定された前記溶融部からの光の強度に基づいて前記レーザ加工の評価を実行する処理装置を更に備える、
    請求項１～９のいずれか一つに記載のレーザ加工システム。
11. 前記レーザ加工の評価は、前記測光器で測定された前記溶融部からの光の強度に基づいて前記溶融部の溶融状態を推定することを含む、
    請求項１０に記載のレーザ加工システム。
12. 対象物の加工対象面の溶融予定領域にレーザ光を照射することによって前記対象物に溶融部を形成するレーザ加工において、前記対象物の前記加工対象面に前記溶融予定領域と重ならないように配置される治具であって、
    前記治具は、前記対象物の前記加工対象面の法線方向にいくにつれて前記溶融予定領域から離れるように傾斜する反射面を有する、
    治具。
13. 前記反射面は、前記溶融部からの光を鏡面反射する、
    請求項１２に記載の治具。

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