JP2023114654A - レーザプロファイル計測装置、及びレーザプロファイル計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より小型で、より正確なレーザプロファイルの計測を行うことが可能なレーザプロファイル計測装置、及びレーザプロファイル計測方法を提供する。【解決手段】レーザプロファイル計測装置は、第一方向から入射されたレーザの少なくとも一部を第一方向とは異なる方向に反射させるとともに減衰させることで前記第一方向に進行する計測対象レーザを生成する反射減衰部と、第一方向における反射減衰部の一方側に設けられ、計測対象レーザを捕捉する捕捉部と、反射減衰部、及び捕捉部を第一方向に対する周方向の少なくとも一部で覆う冷却体と、冷却体に向かって冷媒を圧送する冷媒供給部と、反射減衰部、冷却体、及び冷媒供給部を、水平方向に延びる回動軸回りに回動可能に支持する回動支持部と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、レーザプロファイル計測装置、及びレーザプロファイル計測方法に関する。

ＳＬＭ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ）と呼ばれる三次元積層造形方法が知られている。この方法では、チャンバ内に敷設された金属粉末に対してレーザによって熱を加えてこれを溶融・硬化させる工程を層ごとに複数回繰り返すことで目的の造形物が得られる。

ここで、良好な造形物を得るためには、レーザのプロファイルを精密に把握・調整しておくことが必要である。レーザのプロファイルとは、レーザのビーム径や空間的な強度分布を指す。ＳＬＭ造形装置では、実際の加工に用いられるレーザ自体のプロファイルを直接的に計測することが肝要である。このため、チャンバ内に計測装置を配置する必要がある。この種の計測装置として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。下記特許文献１に係る計測装置は、レーザを減衰させる装置と、減衰したレーザのプロファイルを計測する計測部と、を主に備えている。

特許第６３８４５８９号公報

ところで、ＳＬＭ造形装置では、チャンバ内に方形の加工領域が設定されている。加工領域の中央部でレーザプロファイルを計測することは無論のこと、周縁部でも同様にレーザプロファイルを計測する必要がある。しかしながら、上記特許文献１に係る計測装置は、寸法体格が大きいのみならず、予め決められた一方向のレーザを計測することしかできない。このため、レーザが中央部とは異なる方向・角度から照射される周縁部では正確なレーザプロファイルの計測が行えないという課題があった。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、より小型で、より正確なレーザプロファイルの計測を行うことが可能なレーザプロファイル計測装置、及びレーザプロファイル計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係るレーザプロファイル計測装置は、第一方向から入射されたレーザの少なくとも一部を前記第一方向とは異なる方向に反射させるとともに減衰させることで前記第一方向に進行する計測対象レーザを生成する反射減衰部と、前記第一方向における前記反射減衰部の一方側に設けられ、前記計測対象レーザを捕捉する捕捉部と、前記反射減衰部、及び前記捕捉部を前記第一方向に対する周方向の少なくとも一部で覆う冷却体と、該冷却体に向かって冷媒を圧送する冷媒供給部と、前記反射減衰部、前記捕捉部、前記冷却体、及び前記冷媒供給部を、水平方向に延びる回動軸回りに回動可能に支持する回動支持部と、を備える。

本開示に係るレーザプロファイル計測方法は、加工物が配置される方形の加工領域を有するチャンバと、該加工領域に対して上方の照射点からレーザを照射するとともに前記加工領域を走査させるレーザ照射部と、を備えるレーザ加工装置のレーザプロファイル計測方法であって、前記チャンバの外部に、前記レーザ照射部から照射されたレーザの少なくとも一部を反射させるとともに減衰させることで計測対象レーザを生成する反射減衰素子を配置する配置工程と、前記計測対象レーザのプロファイルを計測する計測工程と、を含む。

本開示によれば、より小型で、より正確なレーザプロファイルの計測を行うことが可能なレーザプロファイル計測装置、及びレーザプロファイル計測方法を提供することができる。

本開示の第一実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一例を示す模式図である。 本開示の第一実施形態に係るレーザプロファイル計測装置の構成を示す断面図である。 本開示の第一実施形態に係る冷却体の構成を示す拡大図である。 本開示の第一実施形態に係るダンパ部の構成を示す断面図である。 本開示の第一実施形態に係るレーザプロファイル計測方法の工程を示すフローチャートである。 本開示の第一実施形態に係るレーザプロファイル計測方法における第二工程の様子を示す説明図である。 本開示の第一実施形態に係る冷却体の変形例を示す図であって、周方向から見た図である。 本開示の第一実施形態に係る冷却体の変形例を示す図であって、径方向から見た図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却体の構成を示す断面図である。 本開示の第三実施形態に係るレーザプロファイル計測装置の構成を示す模式図である。 本開示の第三実施形態に係るレーザプロファイル計測方法の工程を示すフローチャートである。

＜第一実施形態＞
以下、本開示の第一実施形態に係るレーザ加工装置１、及びレーザプロファイル計測装置３０について、図１から図６を参照して説明する。

（レーザ加工装置の構成）
本実施形態に係るレーザ加工装置１は、ＳＬＭ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｍｅｌｔｉｎｇ）と呼ばれる三次元積層造形方法を用いた造形装置である。この方法では、チャンバ内に敷設された金属粉末に対してレーザによって熱を加えてこれを溶融・硬化させる工程を複数の層ごとに繰り返すことで目的の造形物が得られる。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、チャンバ１０と、レーザ照射部２０と、を備えている。チャンバ１０は、内部の底面に方形の加工領域１１を有する箱状をなしている。レーザ照射部２０は、上方に設けられた照射点Ｐから加工領域１１に向かってレーザＬを照射・走査する。不図示の粉末供給装置から金属粉末を供給した状態で、レーザＬを予め定められた経路に沿って照射・走査することにより、金属粉末が溶融・硬化して造形物の１つの層が形成される。この動作を複数層にわたって繰り返すことによって造形物が形成される。

（レーザプロファイル計測装置の構成）
上記のレーザ加工装置１によって良好な造形物を得るためには、レーザＬのプロファイルを精密に把握・調整しておくことが必要である。レーザＬのプロファイルとは、レーザＬのビーム径や空間的な強度分布を指す。本実施形態に係るレーザプロファイル計測装置３０は、このようなレーザＬのプロファイルを、加工領域１１の中央部１１ａ、及び周縁部１１ｂでそれぞれ計測するために用いられる。なお、ここで言う周縁部１１ｂとは、方形の加工領域１１の角部や、辺部に沿った部分を指す。レーザプロファイル計測装置３０は、これら中央部１１ａ、及び周縁部１１ｂに配置された状態で用いられる。

図２に示すように、レーザプロファイル計測装置３０は、反射減衰部３１と、捕捉部３２と、冷却体３３と、冷媒供給部３４と、回動支持部３５と、を有する。

反射減衰部３１は、入射されたレーザＬの少なくとも一部を入射方向とは異なる方向に反射させるとともに、反射しなかった残余の成分を減衰させることで、計測対象レーザＬ３を生成する。ここで、レーザＬの入射する方向を第一方向Ｄ１と呼ぶ。

反射減衰部３１は、反射減衰素子３１ａと、近接場結合素子３１ｂと、を有する。反射減衰素子３１ａは、板状に形成された光学素子であり、第一方向Ｄ１に対して約４５°傾いた状態でレーザＬの経路上に配置されている。反射減衰素子３１ａは、入射したレーザＬの少なくとも一部を、第一方向Ｄ１に対して９０°交差する方向に反射させることで、第一反射光Ｌ１を生成する。レーザＬの全成分のうち、第一反射光Ｌ１を除く残余の成分は第一方向Ｄ１に進行する。

第一方向Ｄ１における反射減衰素子３１ａの一方側（下方）には、近接場結合素子３１ｂが設けられている。近接場結合素子３１ｂは、例えば国際公開第２０１７／２０９２７７号明細書に示されているように、公知の光学素子である。近接場結合素子３１ｂは、２つのプリズムを、隙間をあけて対向配置させることで構成されている。対向面同士の間における近接場光の発生と結合によって、プリズムから出射される光と反射される光出力の比率を変化させることが可能とされている。

本実施形態では、この近接場結合素子３１ｂに対して上述のレーザＬが入射することで、その一部の成分が反射されて第一方向Ｄ１とは異なる方向に進行する（第二反射光Ｌ２）。レーザＬのうち、第二反射光Ｌ２を除く残余の成分は近接場結合素子３１ｂを透過して第一方向Ｄ１に進行する。このように反射減衰素子３１ａ、及び近接場結合素子３１ｂを通過して第一方向Ｄ１に進行する光を計測対象レーザＬ３と呼ぶ。計測対象レーザＬ３は、もとのレーザＬに比べて出力が低下している一方で、ビーム径や空間的な強度分布はもとのレーザＬと同様である。

反射減衰部３１の下方（第一方向Ｄ１における一方側）には、捕捉部３２が設けられている。捕捉部３２は、例えばＣＣＤカメラである。捕捉部３２は、計測対象レーザＬ３を捕捉して、外部の演算装置等に画像データとして送信する。当該演算装置での演算を経て、計測対象レーザＬ３のレーザプロファイルが得られる。

上記した反射減衰部３１、及び捕捉部３２は、支持フレーム３１ｃによって支持されている。支持フレーム３１ｃは、第一反射光Ｌ１を外側に導くための第一開口部３１ｄ、及び第二反射光Ｌ２を外側に導くための第二開口部３１ｅを有している。この支持フレーム３１ｃは、第一方向Ｄ１の一方側（下側）から、冷媒供給部３４によって支持されている（後述）。

反射減衰部３１、及び捕捉部３２の外周側には、冷却体３３が設けられている。冷却体３３は、反射減衰部３１、及び捕捉部３２を第一方向Ｄ１に対する周方向の少なくとも一部で覆っている。本実施形態では、冷却体３３は反射減衰部３１、及び捕捉部３２を主方向の全域で覆う筒状をなしている。

冷却体３３は、筒部３３ａと、フィン３３ｂと、遮熱板３３ｃと、断熱材３３ｄと、を有している。筒部３３ａは、第一方向Ｄ１を中心とする円筒状をなしている。フィン３３ｂは、筒部３３ａの外周面から径方向外側に突出するとともに、周方向に間隔をあけて配列されている。フィン３３ｂは、第一方向Ｄ１における筒部３３ａの全域にわたって延びる板状をなしている。

図３に示すように、フィン３３ｂは、第一方向Ｄ１から見て、径方向内側から外側に向かうに従って、周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている。これにより、周方向に隣接するフィン３３ｂ同士の間の空間は、第一方向Ｄ１から見て矩形状をなしている。なお、フィン３３ｂ同士の間の空間は、後述する冷媒としての空気が流れる冷媒流路Ｆとされている。

再び図２に示すように、フィン３３ｂは、筒状をなす一対の遮熱板３３ｃによって外周側から覆われている。遮熱板３３ｃは例えばアルミニウムによって形成されることが望ましい。一対の遮熱板３３ｃ同士の間には径方向に広がる隙間が形成されている。後述する冷媒としての空気の一部はこの隙間にも流れ込む。外側の遮熱板３３ｃのさらに外周側には断熱材３３ｄが設けられている。

ここで、筒部３３ａにおける第一反射光Ｌ１が通過する領域には、開口部３３ｇが形成されている。さらに、この開口部３３ｇの外周側には、ダンパ部３３ｆが設けられている。つまり、ダンパ部３３ｆが設けられている領域には、上述のフィン３３ｂが設けられていない。ダンパ部３３ｆは、第一反射光Ｌ１を減衰させるために設けられている。図４に示すように、ダンパ部３３ｆは、円錐部３３１と、外周壁部３３２と、を有している。円錐部３３１は、第一反射光Ｌ１の進行方向前方側（つまり、第一方向Ｄ１に対する径方向外側）に向かうに従って次第に拡径することで円錐状をなしている。外周壁部３３２は、この円錐部３３１を外側から覆う円筒状をなしている。

ダンパ部３３ｆに入射した第一反射光Ｌ１は、円錐部３３１の頂部を経て外周壁部３３２の内周面と円錐部３３１の外周面との間で反射を繰り返し、最終的に散乱・減衰する。

再び図２に示すように、反射減衰部３１、捕捉部３２、及び冷却体３３の第一方向Ｄ１一方側（下方）には、冷媒供給部３４が設けられている。冷媒供給部３４は、例えば送風ファンである。冷媒供給部３４は、冷媒としての空気を、上述した冷媒流路Ｆに向かって圧送する。なお、冷媒として空気の他、液体窒素を用いることも考えられる。

以上のように構成された反射減衰部３１、捕捉部３２、冷却体３３、及び冷媒供給部３４は、第一方向Ｄ１の一方側（下方）から、回動支持部３５によって平面上（加工領域１１上）で支持されている。回動支持部３５は、台座３５ａと、第一フレーム３５ｂと、第二フレーム３５ｃと、を有している。第一フレーム３５ｂは、台座３５ａ上から第一方向に立ち上がる板状をなしている。第二フレーム３５ｃは、第一フレーム３５ｂに対して、水平方向に延びる回動軸Ｏ回りに回動可能に接続されている。つまり、この回動軸Ｏを中心として、台座３５ａに対して反射減衰部３１、捕捉部３２、冷却体３３、及び冷媒供給部３４の角度を一体的に変化させることが可能とされている。なお、詳しくは図示しないが、回動支持部３５を駆動させるためにアクチュエータをさらに設けてもよいし、手動で回動させる構成を採ってもよい。

（レーザプロファイルの計測方法）
次いで、図５と図６を参照して、レーザプロファイル計測装置３０の使用方法（レーザプロファイルの計測方法）の一例について説明する。図５に示すように、この計測方法は、第一工程Ｓ１１と、第二工程Ｓ１２と、を含む。第一工程Ｓ１１では、上述した加工領域１１の中央部１１ａにレーザプロファイル計測装置３０を配置して、レーザプロファイルを計測する。このとき、レーザＬは照射点Ｐから鉛直下方に向かって進行する。このため、レーザプロファイル計測装置３０の姿勢は図２に示した状態となる。

次いで、第二工程Ｓ１２では、加工領域１１の周縁部１１ｂにレーザプロファイル計測装置３０を配置して、レーザプロファイルの計測を行う。このとき、レーザＬは、照射点Ｐから斜め下方に向かって照射されている。このため、レーザプロファイル計測装置３０の姿勢は、図６に示すように、回動支持部３５を回動させることで、レーザＬの入射方向を第一方向Ｄ１に合わせた状態とする。この第二工程Ｓ１２を、複数の周縁部１１ｂでそれぞれ実行することで、レーザプロファイル計測方法の全工程が完了する。

（作用効果）
ここで、従来、ＳＬＭ造形装置のレーザプロファイルを計測する上では、計測装置の寸法体格が大きいことや、予め決められた一方向のレーザを計測することしかできないことに起因して、加工領域１１の中央部１１ａでしか計測を行えないという課題があった。つまり、レーザＬが中央部１１ａとは異なる方向・角度から照射される周縁部１１ｂでは正確なレーザプロファイルの計測を行うことが難しかった。また、ＳＬＭ造形装置では、数百Ｗ（ワット）程度の高出力なレーザを用いることから、これを適正に減衰させつつ、発生する熱を処理することに困難があった。そこで、本実施形態に係るレーザプロファイル計測装置３０は、上述の各構成を採っている。

上記構成によれば、冷媒が冷却体３３に供給されることによって、当該冷却体３３を介して反射減衰部３１、及び捕捉部３２を冷却することができる。これにより、高出力のレーザＬを反射、及び減衰させたことで生じる熱を冷媒中に発散させることができる。さらに、回動支持部３５を備えることから、レーザＬの出射方向が変化した場合であってもこれに追従してレーザプロファイルを計測することができる。つまり、レーザＬの出射方向が中央部１１ａとは異なる周縁部１１ｂでも、回動支持部３５によって装置全体の姿勢を変えることで、正確にレーザプロファイルを計測することが可能となる。

さらに、上記構成によれば、冷却体３３のフィン３３ｂが径方向内側から外側に向かうに従って周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている。これにより、フィン３３ｂ同士の間の空間（冷媒流路Ｆ）は、第一方向Ｄ１から見て矩形となる。したがって、例えばフィン３３ｂが単純な矩形板状断面を有する場合と異なり、径方向の内外で冷媒が流れる流路の幅を一定にすることができる。その結果、フィン３３ｂ同士の間における冷媒の流量分布が径方向で一定となり、より効率的に冷却体３３を冷却することが可能となる。

また、上記構成によれば、ダンパ部３３ｆが設けられていることから、反射減衰部３１によって反射されたレーザ（第一反射光Ｌ１）は、当該ダンパ部３３ｆに照射されることで減衰する。これにより、レーザの反射に伴う発熱が外部の他の装置や部材に影響を及ぼす可能性をさらに低減することができる。

加えて、上記構成によれば、ダンパ部３３ｆは円錐部３３１を有する。円錐部３３１の頂部に入射したレーザは、当該頂部を中心として散乱する。これにより、より効果的にレーザを減衰させることができる。

さらに加えて、上記のレーザプロファイル計測方法によれば、第一工程Ｓ１１で加工領域１１の中央部１１ａでレーザプロファイルを計測した後、第二工程Ｓ１２で周縁部１１ｂのレーザプロファイルを計測する。この時、回動支持部３５を回動させることで、レーザＬの照射方向に対して、反射減衰部３１、及び捕捉部３２の向きを合わせることができる。これにより、周縁部１１ｂでも中央部１１ａと同様に、高い精度でレーザプロファイルの計測を行うことができる。

以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上述した回動支持部３５の構成は一例であり、装置全体の姿勢を回動（変化）させることが可能なものであれば、いかなるものも本開示に含まれる。また、上記第一実施形態では、捕捉部３２が回動支持部３５によって回動可能に支持されている例について説明した。この場合、加工領域１１の周縁部１１ｂでもレーザの焦点ズレを捕捉することが可能となる。一方で、捕捉部３２を回動支持部３５とは別に床面（加工領域１１）上で回動不能に、かつ加工領域１１に対して平行となるように支持する構成を採ることも可能である。なお、ここで言う「平行」とは実質的な平行を指すものであり、わずかな誤差は許容される。この場合には、周縁部１１ｂにおけるレーザの焦点ズレに加えて、レーザプロファイルが床面上で楕円化する様子も捕捉することができる。

さらに、フィン３３ｂの変形例として、図７、及び図８に示す構成を採ることが可能である。同図の例では、フィン３３ｂは、周方向から見て、第一方向Ｄ１の一方側を向く端面３３２ｂが第一方向Ｄ１の一方側（下方）に向かって凸となるように湾曲している。また、他方側を向く端面３３１ｂが、第一方向Ｄ１の一方側（下方）に向かって凹むように湾曲している。

また、図８に示すように、第一方向Ｄ１に隣接するフィン３３ｂ同士の間では、周方向の位置が互いに異なっている。

上記構成によれば、フィン３３ｂの第一方向Ｄ１における両端面がそれぞれ第一方向Ｄ１一方側に向かって湾曲している。つまり、フィン３３ｂの両端面は冷媒の流れてくる側に向かって湾曲している。これにより、冷媒の流入に際して流れの剥離が生じる可能性を低減することができる。その結果、冷却体３３をさらに効率的に冷却することができる。

＜第二実施形態＞
次いで、本開示の第二実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図９に示すように、本実施形態では、冷却体３３の構成が異なっている。この冷却体３３は、上述した開口部３３ｇを内周側から覆う透過窓３３ｈをさらに有している。透過窓３３ｈは例えばガラスで形成された透明の部材であり、第一反射光Ｌ１を透過させることが可能とされている。また、この透過窓３３ｈとダンパ部３３ｆと開口部３３ｇの内壁面によって区画される空間Ｖには水Ｗ（液体）が充填されている。

上記構成によれば、透過窓３３ｈとダンパ部３３ｆによって区画された空間Ｖが水Ｗで満たされている。これにより、レーザ（第一反射光Ｌ１）のエネルギーが水に吸収される。その結果、外部にレーザの熱の影響が及ぶ可能性をさらに低減することができる。

以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記の水Ｗに代えて、アルコールや油脂等、他の液体を用いることも可能である。

＜第三実施形態＞
次に、本開示の第三実施形態について、図１０と図１１を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０に示すように、本実施形態に係るレーザ加工装置１ｂは、加工領域１１を有するチャンバ１０と、レーザＬを照射するレーザ照射部２０と、レーザＬの経路上に配置された近接場結合素子３１ｂと、計測部４０と、レーザ走査部５０と、を備える。

近接場結合素子３１ｂは、レーザ照射部２０から照射されたレーザＬの少なくとも一部を反射させて、レーザ走査部５０に主レーザＬ４として導く。レーザ走査部５０は、入射した主レーザＬ４によって加工領域１１を走査させる。一方で、近接場結合素子３１ｂを透過した残余の成分は、計測対象レーザＬ３となる。計測対象レーザＬ３の経路上には計測部４０が設けられている。計測部４０は例えばＣＣＤカメラであり、計測対象レーザＬ３のレーザプロファイルを計測する。

上記のレーザ加工装置１ｂを用いたレーザプロファイル計測方法の一例について説明する。図１１に示すように、まず近接場結合素子３１ｂをチャンバ１０の外部で上述の位置に配置する（配置工程Ｓ２１）。次いで、レーザ照射部２０からレーザＬを照射することで、加工領域１１上で加工物を造形する。この中途で、近接場結合素子３１ｂを透過した計測対象レーザＬ３のレーザプロファイルを計測する（計測工程Ｓ２２）。この計測工程Ｓ２２を、造形物の加工完了まで、間欠的に、又は連続的に実行する。

上記方法によれば、チャンバ１０の外部に配置された近接場結合素子３１ｂによって、レーザＬの一部から計測対象レーザＬ３が生成される。計測工程Ｓ２２ではこの計測対象レーザＬ３のプロファイルが計測される。これにより、実際の加工に用いられるレーザ（主レーザＬ４）のプロファイルを、チャンバ１０の外部でリアルタイムに計測することが可能となる。これにより、より高い精度で造形が行えると同時に、異常が生じた際には直ちにこれを検知し、対策を講じることが可能となる。

以上、本開示の第三実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。

＜付記＞
各実施形態に記載のレーザプロファイル計測装置３０、及びレーザプロファイル計測方法は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、第一方向Ｄ１から入射されたレーザＬの少なくとも一部を前記第一方向Ｄ１とは異なる方向に反射させるとともに減衰させることで前記第一方向Ｄ１に進行する計測対象レーザＬ３を生成する反射減衰部３１と、前記第一方向Ｄ１における前記反射減衰部３１の一方側に設けられ、前記計測対象レーザＬ３を捕捉する捕捉部３２と、前記反射減衰部３１、及び前記捕捉部３２を前記第一方向Ｄ１に対する周方向の少なくとも一部で覆う冷却体３３と、該冷却体３３に向かって冷媒を圧送する冷媒供給部３４と、前記反射減衰部３１、前記冷却体３３、及び前記冷媒供給部３４を、水平方向に延びる回動軸Ｏ回りに回動可能に支持する回動支持部３５と、を備える。

上記構成によれば、冷媒が冷却体３３に供給されることによって、当該冷却体３３を介して反射減衰部３１、及び捕捉部３２を冷却することができる。これにより、高出力のレーザＬを反射、及び減衰させたことで生じる熱を冷媒中に発散させることができる。さらに、回動支持部３５を備えることから、レーザＬの出射方向が変化した場合であってもこれに追従してレーザプロファイルを計測することができる。

（２）第２の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）のレーザプロファイル計測装置３０であって、前記冷却体３３は、前記第一方向Ｄ１に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数のフィン３３ｂを有し、各前記フィン３３ｂは径方向内側から外側に向かうに従って周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている。

上記構成によれば、フィン３３ｂが径方向内側から外側に向かうに従って周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている。これにより、フィン３３ｂ同士の間の空間は、第一方向Ｄ１から見て矩形となる。したがって、例えばフィン３３ｂが単純な矩形板状断面を有する場合と異なり、径方向の内外で冷媒が流れる流路の幅を一定にすることができる。その結果、フィン３３ｂ同士の間における冷媒の流量分布が径方向で一定となり、より効率的に冷却体３３を冷却することが可能となる。

（３）第３の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）のレーザプロファイル計測装置３０であって、前記冷却体３３は、前記第一方向Ｄ１、及び周方向に間隔をあけて配列された複数のフィン３３ｂを有し、前記第一方向Ｄ１に隣接する一対の前記フィン３３ｂ同士では周方向の位置が互いに異なっている。

上記構成によれば、第一方向Ｄ１に隣接する一対のフィン３３ｂ同士の間で周方向の位置が異なっている。これにより、フィン３３ｂに対する冷媒の接触面積が増加し、冷却体３３をさらに効率的に冷却することができる。

（４）第４の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（３）のレーザプロファイル計測装置３０であって、前記フィン３３ｂの前記第一方向Ｄ１一方側を向く端面は、周方向から見て、前記第一方向Ｄ１一方側に向かって凸となるように湾曲し、前記フィン３３ｂの前記第一方向Ｄ１他方側を向く端面は、周方向から見て、前記第一方向Ｄ１一方側に向かって凹むように湾曲している。

上記構成によれば、フィン３３ｂの第一方向Ｄ１における両端面がそれぞれ第一方向Ｄ１一方側に向かって湾曲している。つまり、フィンの両端面は冷媒の流れてくる側に向かって湾曲している。これにより、冷媒の流入に際して流れの剥離が生じる可能性を低減し、冷却体３３をさらに効率的に冷却することができる。

（５）第５の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）から（４）のいずれか一態様に係るレーザプロファイル計測装置３０であって、前記冷却体３３は、前記反射減衰部３１、及び前記捕捉部３２を周方向の全域から覆っている。

上記構成によれば、冷却体３３によって、反射減衰部３１、及び捕捉部３２を周方向の全域で漏れなく均等に冷却することができる。

（６）第６の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）から（５）のいずれか一態様に係るレーザプロファイル計測装置３０であって、前記冷却体３３には、前記反射減衰部３１によって反射された前記レーザが通過する開口部３３ｇが形成され、該開口部３３ｇの外周側には前記反射されたレーザを減衰させるダンパ部３３ｆが設けられている。

上記構成によれば、ダンパ部３３ｆが設けられていることから、反射減衰部３１によって反射されたレーザは、当該ダンパ部３３ｆに照射されることで減衰する。これにより、レーザの反射に伴う発熱が外部の他の装置や部材に影響を及ぼす可能性をさらに低減することができる。

（７）第７の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（６）のレーザプロファイル計測装置３０であって、前記ダンパ部３３ｆは、前記反射されたレーザの進行方向前方側に向かうに従って次第に拡径する円錐部３３１を有する。

上記構成によれば、円錐部３３１の頂部に入射したレーザは、当該頂部を中心として散乱する。これにより、より効果的にレーザを減衰させることができる。

（８）第８の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（６）又は（７）のレーザプロファイル計測装置３０であって、前記冷却体３３は、前記開口部３３ｇを塞ぐとともに前記反射されたレーザを透過させる透過窓３３ｈをさらに有し、前記透過窓３３ｈ、及び前記ダンパ部３３ｆによって区画された空間Ｖは液体で満たされている。

上記構成によれば、透過窓３３ｈとダンパ部３３ｆによって区画された空間Ｖが液体で満たされている。これにより、レーザのエネルギーが液体に吸収される。その結果、外部にレーザの熱の影響が及ぶ可能性をさらに低減することができる。

（９）第９の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）から（８）のいずれか一態様に係るレーザプロファイル計測装置３０であって、前記捕捉部３２は、前記回動支持部３５によって、水平方向に延びる回動軸Ｏ回りに回動可能に支持されている。

上記構成によれば、加工領域の周縁部でも、レーザプロファイルの焦点ズレを捕捉部３２によって捕捉することができる。

（１０）第１０の態様に係るレーザプロファイル計測装置３０は、（１）から（８）のいずれか一態様に係るレーザプロファイル計測装置３０であって、前記捕捉部３２は、前記回動支持部３５とは別に床面上で回動不能に、かつ前記加工領域１１に対して平行となるように支持されている。

上記構成によれば、加工領域の周縁部でも、レーザプロファイルの焦点ズレや楕円化を、捕捉部３２によって捕捉することができる。

（１１）第１１の態様に係るレーザプロファイル計測方法は、加工物が配置される方形の加工領域１１を有するチャンバ１０と、該加工領域１１に対して上方の照射点ＰからレーザＬを照射するとともに前記加工領域１１を走査させるレーザ照射部２０と、を備えるレーザ加工装置１のレーザプロファイル計測方法であって、（１）から（１０）のいずれか一態様に係るレーザプロファイル計測装置３０を前記加工領域１１の中央部１１ａに配置してレーザプロファイルを計測する第一工程Ｓ１１と、前記レーザプロファイル計測装置３０を前記加工領域１１の周縁部１１ｂに沿って配置して順次レーザプロファイルを計測する第二工程Ｓ１２と、を含み、前記第二工程Ｓ１２では、前記回動支持部３５を回動させることでレーザＬの照射方向を前記第一方向Ｄ１に合わせる。

上記方法によれば、第一工程Ｓ１１で加工領域１１の中央部１１ａでレーザプロファイルを計測した後、第二工程Ｓ１２で周縁部１１ｂのレーザプロファイルを計測する。この時、回動支持部３５を回動させることで、レーザＬの照射方向に対して、反射減衰部３１、及び捕捉部３２の向きを合わせることができる。これにより、周縁部１１ｂでも中央部１１ａと同様に、高い精度でレーザプロファイルの計測を行うことができる。

（１２）第１２の態様に係るレーザプロファイル計測方法は、加工物が配置される方形の加工領域を有するチャンバ１０と、レーザを照射するレーザ照射部２０と、を備えるレーザ加工装置１ｂのレーザプロファイル計測方法であって、前記チャンバ１０の外部に、前記レーザ照射部２０から照射されたレーザＬの少なくとも一部を反射させるとともに減衰させることで計測対象レーザＬ３を生成する近接場結合素子３１ｂを配置する配置工程Ｓ２１と、前記計測対象レーザＬ３のプロファイルを計測する計測工程Ｓ２２と、を含む。

上記方法によれば、チャンバ１０の外部に配置された近接場結合素子３１ｂによって、レーザの一部から計測対象レーザＬ３が生成される。計測工程Ｓ２２ではこの計測対象レーザＬ３のプロファイルが計測される。これにより、実際の加工に用いられるレーザのプロファイルを、チャンバ１０の外部でリアルタイムに計測することが可能となる。

１，１ｂ レーザ加工装置
１０ チャンバ
１１ 加工領域
１１ａ 中央部
１１ｂ 周縁部
２０ レーザ照射部
３０ レーザプロファイル計測装置
３１ 反射減衰部
３１ａ 反射減衰素子
３１ｂ 近接場結合素子
３１ｃ 支持フレーム
３１ｄ 第一開口部
３１ｅ 第二開口部
３２ 捕捉部
３３ 冷却体
３３ａ 筒部
３３ｂ フィン
３３ｃ 遮熱板
３３ｄ 断熱材
３３ｆ ダンパ部
３３ｇ 開口部
３３ｈ 透過窓
３４ 冷媒供給部
３５ 回動支持部
３５ａ 台座
３５ｂ 第一フレーム
３５ｃ 第二フレーム
４０ 計測部
５０ レーザ走査部
３３１ 円錐部
３３２ 外周壁部
３３１ｂ，３３２ｂ 端面
Ｄ１ 第一方向
Ｆ 冷媒流路
Ｌ レーザ
Ｌ１ 第一反射光
Ｌ２ 第二反射光
Ｌ３ 計測対象レーザ
Ｌ４ 主レーザ
Ｖ 空間
Ｗ 液体

Claims (12)

1. 第一方向から入射されたレーザの少なくとも一部を前記第一方向とは異なる方向に反射させるとともに減衰させることで前記第一方向に進行する計測対象レーザを生成する反射減衰部と、
   前記第一方向における前記反射減衰部の一方側に設けられ、前記計測対象レーザを捕捉する捕捉部と、
   前記反射減衰部、及び前記捕捉部を前記第一方向に対する周方向の少なくとも一部で覆う冷却体と、
   該冷却体に向かって冷媒を圧送する冷媒供給部と、
   前記反射減衰部、前記冷却体、及び前記冷媒供給部を、水平方向に延びる回動軸回りに回動可能に支持する回動支持部と、
   を備えるレーザプロファイル計測装置。
2. 前記冷却体は、前記第一方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて配列された複数のフィンを有し、各前記フィンは径方向内側から外側に向かうに従って周方向の寸法が次第に大きくなるように形成されている請求項１に記載のレーザプロファイル計測装置。
3. 前記冷却体は、前記第一方向、及び周方向に間隔をあけて配列された複数のフィンを有し、前記第一方向に隣接する一対の前記フィン同士では周方向の位置が互いに異なっている請求項１に記載のレーザプロファイル計測装置。
4. 前記フィンの前記第一方向一方側を向く端面は、周方向から見て、前記第一方向一方側に向かって凸となるように湾曲し、前記フィンの前記第一方向他方側を向く端面は、周方向から見て、前記第一方向一方側に向かって凹むように湾曲している請求項３に記載のレーザプロファイル計測装置。
5. 前記冷却体は、前記反射減衰部、及び前記捕捉部を周方向の全域から覆っている請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザプロファイル計測装置。
6. 前記冷却体には、前記反射減衰部によって反射された前記レーザが通過する開口部が形成され、該開口部の外周側には前記反射されたレーザを減衰させるダンパ部が設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザプロファイル計測装置。
7. 前記ダンパ部は、前記反射されたレーザの進行方向前方側に向かうに従って次第に拡径する円錐部を有する請求項６に記載のレーザプロファイル計測装置。
8. 前記冷却体は、前記開口部を塞ぐとともに前記反射されたレーザを透過させる透過窓をさらに有し、前記透過窓、及び前記ダンパ部によって区画された空間は液体で満たされている請求項６又は７に記載のレーザプロファイル計測装置。
9. 前記捕捉部は、前記回動支持部によって、水平方向に延びる回動軸回りに回動可能に支持されている請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザプロファイル計測装置。
10. 前記捕捉部は、前記回動支持部とは別に床面上で回動不能に、かつ、加工物が配置される方形の加工領域に対して平行となるように支持されている請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザプロファイル計測装置。
11. 加工物が配置される方形の加工領域を有するチャンバと、
    該加工領域に対して上方の照射点からレーザを照射するとともに前記加工領域を走査させるレーザ照射部と、
    を備えるレーザ加工装置のレーザプロファイル計測方法であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザプロファイル計測装置を前記加工領域の中央部に配置してレーザプロファイルを計測する第一工程と、
    前記レーザプロファイル計測装置を前記加工領域の周縁部に沿って配置して順次レーザプロファイルを計測する第二工程と、
    を含み、
    前記第二工程では、前記回動支持部を回動させることで前記レーザの照射方向を前記第一方向に合わせるレーザプロファイル計測方法。
12. 加工物が配置される方形の加工領域を有するチャンバと、
    レーザを照射するレーザ照射部と、
    を備えるレーザ加工装置のレーザプロファイル計測方法であって、
    前記チャンバの外部に、前記レーザ照射部から照射されたレーザの少なくとも一部を反射させるとともに減衰させることで計測対象レーザを生成する近接場結合素子を配置する配置工程と、
    前記計測対象レーザのプロファイルを計測する計測工程と、
    を含むレーザプロファイル計測方法。

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