JP5209290B2

JP5209290B2 - Laser processing monitoring device and laser processing device

Info

Publication number: JP5209290B2
Application number: JP2007323208A
Authority: JP
Inventors: 伸一中山; 純平加瀬
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: JP2009142860A

Description

本発明は、ファイバ伝送方式のレーザ加工装置、特に多分岐・ファイバ伝送方式のレーザ加工装置およびこれに用いるレーザ加工モニタリング装置に関する。 The present invention relates to a fiber transmission type laser processing apparatus, and more particularly to a multi-branch / fiber transmission type laser processing apparatus and a laser processing monitoring apparatus used therefor.

従来より、レーザ溶接やレーザマーキング等のレーザ加工分野では、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うために、１台のレーザ発振器で生成した原レーザ光を複数の分岐レーザ光に分割して、各々の分岐レーザ光を光ファイバに通して遠隔の加工場所に配置されたレーザ加工ヘッドまたはレーザ出射ヘッドまで伝送する多分岐・ファイバ伝送方式が採用されている。 Conventionally, in the laser processing field such as laser welding and laser marking, in order to perform multi-point simultaneous processing or multi-position processing, the original laser beam generated by one laser oscillator is divided into a plurality of branched laser beams, A multi-branch / fiber transmission system is employed in which each branched laser beam is transmitted through an optical fiber to a laser processing head or a laser emission head disposed at a remote processing location.

上記のような多分岐・ファイバ伝送方式においては、たとえば特許文献１に記載されるように、原レーザ光を複数の分岐レーザ光に分割するためにビームスプリッタが用いられる。この種のビームスプリッタは、たとえば部分反射コーティングを施した光学ガラス板からなり、コーティングの反射／透過特性に応じて任意の分岐比（反射百分率／透過百分率）を選べるようになっている。 In the multi-branch / fiber transmission system as described above, for example, as described in Patent Document 1, a beam splitter is used to divide the original laser beam into a plurality of branched laser beams. This type of beam splitter is made of, for example, an optical glass plate provided with a partially reflecting coating, and an arbitrary branching ratio (percentage of reflection / percentage of transmission) can be selected according to the reflection / transmission characteristics of the coating.

たとえば、同時２分岐の場合は、分岐比５０／５０のビームスプリッタを使用し、レーザ発振部からの原レーザ光を該ビームスプリッタに入射させ、そこで約５０％の反射率で反射した光つまり第１分岐レーザ光を第１光ファイバに通して第１のレーザ加工ヘッドまで伝送し、該ビームスプリッタを約５０％の透過率で透過した光つまり第２分岐レーザ光を第２光ファイバに通して第２のレーザ加工ヘッドまで伝送するようにしている。ここで、第１および第２分岐レーザ光のレーザ出力は、いずれも原レーザ光のレーザ出力の約５０％で、２等分したものである。 For example, in the case of simultaneous bifurcation, a beam splitter with a branching ratio of 50/50 is used, and the original laser light from the laser oscillation unit is made incident on the beam splitter, where the light reflected with a reflectivity of about 50%, that is, the first beam. The one-branched laser light is transmitted through the first optical fiber to the first laser processing head, and the light transmitted through the beam splitter with a transmittance of about 50%, that is, the second branched laser light is passed through the second optical fiber. Transmission is performed up to the second laser processing head. Here, the laser outputs of the first and second branched laser beams are both approximately 50% of the laser output of the original laser beam and are divided into two equal parts.

同時３分岐の場合は、分岐比３３／６７の第１ビームスプリッタと分岐比５０／５０の第２ビームスプリッタとを使用し、レーザ発振部からの原レーザ光を第１ビームスプリッタに入射させ、そこで約３３％の反射率で反射した第１分岐レーザ光を第１光ファイバに通して第１のレーザ加工ヘッドまで伝送する。一方、第１ビームスプリッタを約６７％の透過率で透過したレーザ光を第２ビームスプリッタに入射させ、そこで約５０％の反射率で反射した第２分岐レーザ光を第２光ファイバに通して第２のレーザ加工ヘッドまで伝送し、第２ビームスプリッタを約５０％の透過率で透過した第３分岐レーザ光を第３の光ファイバに通して第３のレーザ加工ヘッドまで伝送するようにしている。ここで、第１、第２および第３分岐レーザ光のレーザ出力は、いずれも原レーザ光のレーザ出力の約３３％で、３等分したものである。 In the case of simultaneous three-branching, a first beam splitter with a branching ratio of 33/67 and a second beam splitter with a branching ratio of 50/50 are used, and the original laser light from the laser oscillation unit is incident on the first beam splitter, Therefore, the first branched laser beam reflected at a reflectance of about 33% is transmitted through the first optical fiber to the first laser processing head. On the other hand, the laser beam that has passed through the first beam splitter with a transmittance of about 67% is incident on the second beam splitter, and the second branched laser beam reflected with a reflectance of about 50% is passed through the second optical fiber therethrough. The third branch laser beam transmitted to the second laser processing head and transmitted through the second beam splitter with a transmittance of about 50% is transmitted to the third laser processing head through the third optical fiber. Yes. Here, the laser outputs of the first, second, and third branch laser beams are all about 33% of the laser output of the original laser beam, and are divided into three equal parts.

また、ファイバ伝送方式においては、被加工物の加工点に照射される直前のレーザ光の実際のレーザ出力状態をインラインでモニタするために、たとえば特許文献２に記載されるように、光ファイバの終端面から出たレーザ光の光強度を測定するための受光部がレーザ加工ヘッド内に設けられる。この場合、典型的には、レーザ加工ヘッドにおいて、ヘッド下端部のレーザ出射口に集光レンズが配置されるとともに、その集光レンズの直上に光ファイバ終端面より出たレーザ光の光路を水平光路から集光レンズと同軸の垂直光路に直角に折り曲げるためのベントミラーが４５度の傾斜姿勢で配置され、このベントミラーの後方へ透過する漏れ光をモニタ光として受光するように受光部たとえばフォトダイオードが配置される。
特開２００７−１９０５６０特開２００７−４４７３９ In addition, in the fiber transmission system, in order to monitor the actual laser output state of the laser beam immediately before being irradiated to the processing point of the workpiece, in-line monitoring, for example, as described in Patent Document 2, A light receiving unit for measuring the light intensity of the laser light emitted from the end surface is provided in the laser processing head. In this case, typically, in the laser processing head, a condensing lens is disposed at the laser emission port at the lower end of the head, and the optical path of the laser light emitted from the end face of the optical fiber is disposed directly above the condensing lens. A vent mirror for bending at right angles from the optical path to a vertical optical path coaxial with the condensing lens is disposed at an inclination of 45 degrees, and a light receiving unit such as a photoreceiver is configured to receive leakage light transmitted to the rear of the vent mirror as monitor light. A diode is arranged.
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しかしながら、上記のような多分岐・ファイバ伝送方式において、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うと、異なる加工点に等分のレーザ出力で分岐レーザ光を照射し、実際に各加工点で略均一なレーザ加工結果が得られているにもかかわらず、レーザ加工ヘッドの間で分岐レーザ光のレーザ出力の測定値が不定にばらつく（変動する）おそれがある。しかも、分岐の数を多くするほど、レーザ出力測定値の変動幅が大きくなる傾向がある。多点同時加工あるいはマルチポジション加工においては、レーザ出力測定値の精度がレーザ加工の生産管理、品質管理および生産効率を左右するので、上記のようなレーザ出力測定値の不定な変動はモニタリング装置の信頼性を大きく損ねる問題である。 However, in the multi-branch / fiber transmission system as described above, when multi-point simultaneous processing or multi-position processing is performed, branched laser light is irradiated to the different processing points with equal laser output, and actually at each processing point. In spite of obtaining a uniform laser processing result, there is a possibility that the measured value of the laser output of the branched laser light varies (fluctuates) between the laser processing heads. Moreover, as the number of branches increases, the fluctuation range of the laser output measurement value tends to increase. In multi-point simultaneous processing or multi-position processing, the accuracy of the laser output measurement value affects the production management, quality control and production efficiency of laser processing. This is a problem that greatly impairs reliability.

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ファイバ伝送方式のレーザ加工、特に多分岐・ファイバ伝送方式のレーザ加工において、レーザ出力測定値の不定な変動を無くしてモニタリング精度の再現性・信頼性を向上させるレーザ加工モニタリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and eliminates indefinite fluctuations in laser output measurement values in fiber transmission laser processing, particularly in multi-branch / fiber transmission laser processing. An object of the present invention is to provide a laser processing monitoring device that improves reproducibility and reliability of monitoring accuracy.

さらに、本発明は、ファイバ伝送方式においてレーザ加工の品質管理および生産性を改善できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 A further object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of improving quality control and productivity of laser processing in a fiber transmission system.

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点におけるレーザ加工モニタリング装置は、レーザ発振部より発振出力されたレーザ光をレーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッドより前記レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工のモニタリング装置であって、前記光ファイバの終端面と前記レーザ光を前記被加工物の加工点に集束させるための集束レンズとの間のレーザ光路上に配置されるミラーを有し、前記ミラーを透過した漏れ光または前記ミラーで反射した光をモニタ光として取り出すモニタ光取得部と、前記モニタ光取得部で取り出された前記モニタ光のパワーを測定するために前記レーザ加工ヘッド内に配置される受光部を有し、前記受光部で受光された前記モニタ光のＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのビームパワーを表わすパワー測定信号を生成し、前記パワー測定信号を基に前記モニタ光のパワー測定値を求めるレーザ光測定部と、前記レーザ加工ヘッド内で前記光ファイバの終端面と前記モニタ光取得部の前記ミラーとの間のレーザ光路上に配置される偏光解消素子とを有する。
In order to achieve the above object, the laser processing monitoring apparatus according to the first aspect of the present invention transmits the laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit through the optical fiber for laser transmission to the laser processing head, A laser processing monitoring device for irradiating the workpiece with the laser beam from the laser processing head, a termination lens of the optical fiber and a focusing lens for focusing the laser beam on a processing point of the workpiece A monitor light acquisition unit that has a mirror disposed on the laser light path between the two, and extracts leakage light transmitted through the mirror or light reflected by the mirror as monitor light, and the monitor light acquisition unit have a light receiving portion to which the Ru disposed laser machining the head in order to measure the power of the monitor light, S-polarized Mitsunari the monitor light received by said light receiving portion A laser light measurement unit that generates a power measurement signal representative of the total beam power to determine the power measurements of the monitor light based on the power measurement signal which is the sum of the power of the power and P-polarized light component of the laser And a depolarizing element disposed on a laser beam path between the end face of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit in the processing head.

上記の装置構成においては、光ファイバの終端面より出てからモニタ光取得部のミラーに入射するまでの間に偏光解消素子によりレーザ光の偏光状態が解消されて非偏光になる。これにより、レーザ加工用のレーザ光が光ファイバの中を伝播する間に光ファイバの曲げの応力に応じた複屈折率効果により偏光成分のパワー比が不定に変動しても、さらにはモニタ光取得部のミラーに偏光特性があっても、モニタ光取得部で取り出されるモニタ光の光強度（レーザ出力）は被加工物に照射されるレーザ光の光強度（レーザ出力）と略一定の比例関係を持つことができるとともに、受光部で受光されたモニタ光のＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのビームパワーを表わすパワー測定信号を生成し、そのパワー測定信号を基にモニタ光のパワー測定値を求めるレーザ光測定部において精度の高いレーザパワー測定値を得ることができる。
In the above apparatus configuration, the polarization state of the laser light is canceled by the depolarization element and becomes non-polarized before it enters the mirror of the monitor light acquisition unit after exiting from the end face of the optical fiber. As a result, even if the power ratio of the polarization component fluctuates indefinitely due to the birefringence effect corresponding to the bending stress of the optical fiber while the laser beam for laser processing propagates through the optical fiber, the monitor light Even if the mirror of the acquisition unit has polarization characteristics, the light intensity (laser output) of the monitor light extracted by the monitor light acquisition unit is approximately constant proportional to the light intensity (laser output) of the laser beam irradiated to the workpiece And generating a power measurement signal representing the total beam power by adding the power of the S-polarized component and the power of the P-polarized component of the monitor light received by the light receiving unit. Based on the above, it is possible to obtain a highly accurate laser power measurement value in the laser light measurement unit that obtains the power measurement value of the monitor light.

また、本発明の第２の観点におけるレーザ加工モニタリング装置は、レーザ発振部より発振出力されたレーザ光をビームスプリッタを用いて複数の分岐レーザ光に分割し、各々の前記分岐レーザ光をレーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッドより前記分岐レーザ光を被加工物に照射するレーザ加工のモニタリング装置であって、前記光ファイバの終端面と前記分岐レーザ光を前記被加工物の加工点に集束させるための集束レンズとの間のレーザ光路上に配置されるミラーを有し、前記ミラーを透過した漏れ光または前記ミラーで反射した光をモニタ光として取り出すモニタ光取得部と、前記モニタ光取得部で取り出された前記モニタ光のパワーを測定するために前記レーザ加工ヘッド内に配置される受光部を有し、前記受光部で受光された前記モニタ光のＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのビームパワーを表わすパワー測定信号を生成し、前記パワー測定信号を基に前記モニタ光のパワー測定値を求めるレーザ光測定部と、前記レーザ加工ヘッド内で前記光ファイバの終端面と前記モニタ光取得部の前記ミラーとの間のレーザ光路上に配置される偏光解消素子とを有する。
The laser processing monitoring apparatus according to the second aspect of the present invention divides the laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit into a plurality of branched laser beams using a beam splitter, and laser-transmits each of the branched laser beams. A laser processing monitoring device for transmitting to a laser processing head through an optical fiber and irradiating the workpiece with the branched laser light from the laser processing head , the terminal surface of the optical fiber and the branched laser light Having a mirror disposed on a laser beam path between the focusing lens and the focusing lens for focusing the laser beam on the processing point of the workpiece, and the leakage light transmitted through the mirror or the light reflected by the mirror is taken out as monitor light It is disposed in the laser processing in the head to measure the monitor light acquisition unit, the power of the taken out by the monitor light acquisition unit said monitor light That it has a light receiving portion to generate a power measurement signal representative of the total beam power of the sum of the power of the power and P-polarized component of S-polarized component of the monitor light received by the light receiving unit, the power measurement A laser beam measurement unit for obtaining a power measurement value of the monitor beam based on a signal, and a laser beam path disposed between the end surface of the optical fiber and the mirror of the monitor beam acquisition unit in the laser processing head; And a depolarizing element.

上記の装置構成においては、ファイバの終端面より出てからモニタ光取得部に入射するまでの間に偏光解消素子により分岐レーザ光の偏光状態が解消され非偏光になる。これにより、ビームスプリッタの偏光特性により分岐レーザ光の偏光成分のパワー比が不均一になっても、あるいは分岐レーザ光が光ファイバの中を伝播する間に光ファイバの曲げの応力に応じた複屈折率効果により偏光成分のパワー比が一層不定に変動し拡大しても、さらにはモニタ光取得部のミラーに偏光特性があっても、モニタ光取得部で取り出されるモニタ光の光強度またはパワーは被加工物に照射される分岐レーザ光の光強度またはパワーと略一定の比例関係を持つことができるとともに、レーザ加工ヘッド内に配置される受光部で受光されたモニタ光のＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのビームパワーを表わすパワー測定信号を生成し、そのパワー測定信号を基にモニタ光のパワー測定値を求めるレーザ光測定部において精度の高いレーザパワー測定値を得ることができる。
In the above apparatus configuration, the polarization state of the branched laser light is canceled by the depolarization element and becomes non-polarized by the depolarization element between the exit from the end face of the fiber and the incidence to the monitor light acquisition unit. As a result, even if the power ratio of the polarization component of the branched laser beam becomes non-uniform due to the polarization characteristics of the beam splitter, or while the branched laser beam propagates through the optical fiber, it can be combined according to the bending stress of the optical fiber. Even if the power ratio of the polarization component fluctuates and expands due to the refractive index effect, and even if the mirror of the monitor light acquisition unit has polarization characteristics, the light intensity or power of the monitor light extracted by the monitor light acquisition unit Can have a substantially constant proportional relationship with the light intensity or power of the branched laser light applied to the workpiece, and the S-polarized component of the monitor light received by the light receiving unit disposed in the laser processing head. A power measurement signal representing the total beam power, which is the sum of the power and the power of the P polarization component, is generated, and the power measurement value of the monitor light is obtained based on the power measurement signal. It is possible to obtain a highly accurate laser power measurement value in that the laser light measurement unit.

本発明の好適な一態様においては、光ファイバの終端面とモニタ光取得部のミラーとの間のレーザ光路上にコリメートレンズが配置され、光ファイバの終端面とコリメートレンズとの間のレーザ光路上に、あるいはコリメートレンズと該ミラーとの間のレーザ光路上に、偏光解消素子が配置される。
In a preferred aspect of the present invention, a collimating lens is disposed on the laser light path between the terminal surface of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit, and the laser light between the terminal surface of the optical fiber and the collimating lens. A depolarizing element is disposed on the path or on the laser beam path between the collimating lens and the mirror .

本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振部より発振出力されたレーザ光をレーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッドより前記レーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、上記本発明のレーザ加工モニタリング装置を有する。 The laser processing apparatus of the present invention transmits the laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit to the laser processing head through the optical fiber for laser transmission, and irradiates the workpiece with the laser beam from the laser processing head. And a laser processing monitoring device according to the present invention.

本発明のレーザ加工モニタリング装置によれば、上記のような構成および作用により、ファイバ伝送方式のレーザ加工、特に多分岐・ファイバ伝送方式のレーザ加工において、レーザ出力測定値の不定な変動を無くしてモニタリング精度の再現性・信頼性を向上させることができる。 According to the laser processing monitoring apparatus of the present invention, the above-described configuration and operation eliminates indefinite fluctuations in laser output measurement values in fiber transmission laser processing, particularly in multi-branch / fiber transmission laser processing. The reproducibility and reliability of monitoring accuracy can be improved.

また、本発明のレーザ加工装置によれば、本発明のレーザ加工モニタリング装置を有することで、再現性・信頼性の高いモニタリング情報を基にファイバ伝送方式におけるレーザ加工の品質管理および生産性を向上させることができる。 Moreover, according to the laser processing apparatus of the present invention, the laser processing monitoring apparatus of the present invention improves the quality control and productivity of laser processing in the fiber transmission system based on highly reproducible and reliable monitoring information. Can be made.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工モニタリング装置の適用可能なレーザ加工装置の全体構成を示す。このレーザ加工装置は、同時多分岐たとえば同時４分岐のファイバ伝送方式を用いて、４箇所の加工テーブル１０(1)，１０(2)，１０(3)，１０(4)上で同時に４個の被加工物Ｗ(1)，Ｗ(2)，Ｗ(3)，Ｗ(4)に同一または同種のレーザ加工（たとえばレーザ溶接）を施すマルチポジョン加工システムの形態を採っている。 FIG. 1 shows an overall configuration of a laser processing apparatus to which a laser processing monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention can be applied. This laser processing apparatus uses a simultaneous multi-branch, for example, a simultaneous four-branch fiber transmission system, and simultaneously uses four pieces on four processing tables 10 (1), 10 (2), 10 (3), 10 (4). The workpieces W (1), W (2), W (3), and W (4) are subjected to the same or the same kind of laser processing (for example, laser welding).

このレーザ加工装置は、基本構成として、レーザ加工用のレーザ光（たとえばパルスレーザ光）ＬＢを発振出力するレーザ発振部１２と、各加工テーブル１０(1)，１０(2)，１０(3)，１０(4)の上方に配置されるレーザ加工ヘッド１４(1)，１４(2)，１４(3)，１４(4)と、レーザ発振部１２より発振出力された原レーザ光ＬＢを４つの分岐レーザ光ＬＢ(1)，ＬＢ(2)，ＬＢ(3)，ＬＢ(4)に分割するレーザ分岐部１６と、このレーザ分岐部１６からレーザ加工ヘッド１４(1)，１４(2)，１４(3)，１４(4)へ分岐レーザ光ＬＢ(1)，ＬＢ(2)，ＬＢ(3)，ＬＢ(4)をそれぞれ伝送するための光ファイバ１８(1)，１８(2)，１８(3)，１８(4)と、モニタリング用の所要の信号処理や表示出力等を行うモニタ装置本体２０と、システム全体のシーケンスを制御するコントローラ２２とを有する。 This laser processing apparatus has, as a basic configuration, a laser oscillation unit 12 that oscillates and outputs laser light for laser processing (for example, pulsed laser light) LB, and processing tables 10 (1), 10 (2), and 10 (3). , 10 (4), laser processing heads 14 (1), 14 (2), 14 (3), 14 (4) disposed above 4 and the original laser beam LB oscillated and output from the laser oscillation unit 12. A laser branching section 16 that splits the two split laser beams LB (1), LB (2), LB (3), and LB (4), and laser processing heads 14 (1), 14 (2) from the laser branching section 16 , 14 (3), 14 (4), optical fibers 18 (1), 18 (2) for transmitting the branched laser beams LB (1), LB (2), LB (3), LB (4), respectively. , 18 (3), 18 (4), a monitor main body 20 that performs necessary signal processing and display output for monitoring, and a controller 22 that controls the sequence of the entire system. Having.

レーザ発振部１２は、たとえばＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ等のような固体レーザのレーザ発振器あるいは炭酸ガスレーザ等のガスレーザのレーザ発振器を有している。レーザ発振部１２より射出される原レーザ光ＬＢは、一般に非偏光またはランダム偏光のビームであり、空中をまっすぐ伝播して隣のレーザ分岐部１６に入る。 The laser oscillating unit 12 includes a laser oscillator of a solid laser such as a YAG laser, a fiber laser, and a disk laser, or a laser oscillator of a gas laser such as a carbon dioxide gas laser. The original laser beam LB emitted from the laser oscillating unit 12 is generally a non-polarized or randomly polarized beam, and propagates straight through the air and enters the adjacent laser branching unit 16.

レーザ分岐部１６は、レーザ発振部１２の光軸の延長上に所定の間隔を置いて３つの部分反射透過ミラーまたはビームスプリッタ２４(1)，２４(2)，２４(3)と１つの全反射ミラー２４(4)とをこの順序で一列に配置し、各ミラーをレーザ発振部１２の光軸に対して斜めに（たとえば４５度）傾けている。ここで、同時４分岐のパワー分割比をたとえば等分（１：１：１：１）に選ぶ場合は、初段ビームスプリッタ２４(1)の分岐比を約２５／７５に設定し、第２段ビームスプリッタ２４(2)の分岐比を約３３／６７に設定し、第３段ビームスプリッタ２４(3)の分岐比を約５０／５０に設定する。 The laser branching unit 16 includes three partial reflection / transmission mirrors or beam splitters 24 (1), 24 (2), 24 (3), and one whole unit at predetermined intervals on the extension of the optical axis of the laser oscillation unit 12. The reflecting mirrors 24 (4) are arranged in a line in this order, and each mirror is inclined obliquely (for example, 45 degrees) with respect to the optical axis of the laser oscillation unit 12. Here, when the power split ratio of the simultaneous four branches is selected, for example, equally (1: 1: 1: 1), the branch ratio of the first stage beam splitter 24 (1) is set to about 25/75, and the second stage. The branching ratio of the beam splitter 24 (2) is set to about 33/67, and the branching ratio of the third stage beam splitter 24 (3) is set to about 50/50.

レーザ分岐部１６において、レーザ発振部１２からまっすぐ伝搬してきた原レーザ光ＬＢは、最初に初段ビームスプリッタ２４(1)に入射し、そこで一部（原レーザ光ＬＢの約２５％）が原レーザ光ＬＢの進行方向に対して直角方向（図の下方）に反射し、残り（約７５％）がまっすぐ透過する。ビームスプリッタ２４(1)で得られる反射光つまり第１分岐レーザ光ＬＢ(1)は、第１入射ユニット２６(1)を通って第１光ファイバ１８(1)の一端面に集光入射する。 In the laser branching unit 16, the original laser beam LB propagating straight from the laser oscillation unit 12 is first incident on the first stage beam splitter 24 (1), where a part (about 25% of the original laser beam LB) is the original laser. The light is reflected in a direction perpendicular to the traveling direction of the light LB (downward in the figure), and the rest (about 75%) is transmitted straight. The reflected light obtained by the beam splitter 24 (1), that is, the first branched laser beam LB (1) is condensed and incident on one end surface of the first optical fiber 18 (1) through the first incident unit 26 (1). .

初段ビームスプリッタ２４(1)を透過したレーザ光ＦＢ'は第２段ビームスプリッタ２４(2)に入射し、そこで一部（透過レーザ光ＦＢ'の約３３％つまり原レーザ光ＬＢの約２５％）が直角に（図の下方へ）反射し、残り（レーザ光ＦＢ'の約６７％つまり原レーザ光ＬＢの約５０％）がまっすぐ透過する。ビームスプリッタ２４(2)で得られる反射光つまり第２分岐レーザ光ＬＢ(2)は、第２入射ユニット２６(2)を通って第２光ファイバ１８(2)の一端面に集光入射する。 The laser beam FB ′ transmitted through the first stage beam splitter 24 (1) is incident on the second stage beam splitter 24 (2), and a part thereof (about 33% of the transmitted laser beam FB ′, that is, about 25% of the original laser beam LB). ) Is reflected at right angles (downward in the figure), and the rest (about 67% of the laser beam FB ′, that is, about 50% of the original laser beam LB) is transmitted straight. The reflected light obtained by the beam splitter 24 (2), that is, the second branched laser beam LB (2) is condensed and incident on one end surface of the second optical fiber 18 (2) through the second incident unit 26 (2). .

第２段ビームスプリッタ２４(2)を透過したレーザ光ＬＢ"は第３段ビームスプリッタ２４(3)に入射し、そこで一部（透過レーザ光ＬＢ"の約５０％つまり原レーザ光ＬＢの約２５％）が直角に（図の下方へ）反射し、残り（透過レーザ光ＬＢ"の約５０％つまり原レーザ光ＬＢの約２５％）がまっすぐ透過する。ビームスプリッタ２４(3)で得られる反射光つまり第３分岐レーザ光ＬＢ(3)は、第３入射ユニット２６(3)を通って第３光ファイバ１８(3)の一端面に集光入射する。 The laser beam LB "transmitted through the second stage beam splitter 24 (2) is incident on the third stage beam splitter 24 (3), where a part (about 50% of the transmitted laser beam LB", that is, about the original laser beam LB). 25%) is reflected at right angles (downward in the figure), and the rest (about 50% of the transmitted laser beam LB ", ie, about 25% of the original laser beam LB) is transmitted straight. It is obtained by the beam splitter 24 (3). The reflected light, that is, the third branched laser beam LB (3) is condensed and incident on one end surface of the third optical fiber 18 (3) through the third incident unit 26 (3).

第３段ビームスプリッタ２４(3)を透過したレーザ光つまり第４分岐レーザ光ＬＢ(4)は、全反射ミラー２４(4)で直角に（図の下方へ）反射し、第４入射ユニット２６(4)を通って第４光ファイバ２４(4)の一端面に集光入射する。 The laser beam that has passed through the third stage beam splitter 24 (3), that is, the fourth branched laser beam LB (4) is reflected by the total reflection mirror 24 (4) at a right angle (downward in the drawing), and the fourth incident unit 26 The light is focused and incident on one end face of the fourth optical fiber 24 (4) through (4).

各入射ユニット２６(1)〜２６(4)内には、各分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)を各光ファイバ１８(1)〜１８(4)の一端面に集光または集束させる集束レンズ２８(1)〜２８(4)が設けられている。各光ファイバ１８(1)〜１８(4)には、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバが用いられる。 In each of the incident units 26 (1) to 26 (4), the branched laser beams LB (1) to LB (4) are condensed or focused on one end face of each of the optical fibers 18 (1) to 18 (4). Focusing lenses 28 (1) to 28 (4) are provided. For each of the optical fibers 18 (1) to 18 (4), for example, an SI (step index) type fiber is used.

各光ファイバ１８(1)〜１８(4)の他端または終端は、各レーザ加工ヘッド１４(1)〜１４(4)にそれぞれ接続されている。図示の例では、加工テーブル１０(1)〜１０(4)上にそれぞれ載置された被加工物Ｗ(1)〜Ｗ(4)に対して第１〜第４出射ユニット１４(1)〜１４(4)より第１〜第４分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)が同時に照射される。各被加工物Ｗ(1)〜Ｗ(4)の加工点ＷＰにおいては、各分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)のレーザエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射後に凝固してナゲットが形成される。この例のように、同時４分岐のパワー分割比を等分（１：１：１：１）に選んだ場合は、理想的には各被加工物Ｗ(1)〜Ｗ(4)で同時に均一な溶接結果が得られる。 The other ends or terminations of the optical fibers 18 (1) to 18 (4) are connected to the laser processing heads 14 (1) to 14 (4), respectively. In the illustrated example, the first to fourth emission units 14 (1) to 14 (1) to the workpieces W (1) to W (4) respectively placed on the processing tables 10 (1) to 10 (4). The first to fourth branched laser beams LB (1) to LB (4) are simultaneously irradiated from 14 (4). At the processing point WP of each workpiece W (1) to W (4), the workpiece material is melted by the laser energy of each of the branched laser beams LB (1) to LB (4) and solidifies after the pulse irradiation. A nugget is formed. As in this example, when the power split ratio of four simultaneous branches is selected equally (1: 1: 1: 1), ideally each workpiece W (1) to W (4) is simultaneously Uniform welding results can be obtained.

各レーザ加工ヘッド１４(i)（i=1,2,3,4）は、同一構造であり、たとえばアルミニウムからなる中空のハウジングまたはヘッド本体３０を有し、このヘッド本体３０内の所定位置に後述する偏光解消素子、光学レンズ、ミラー、受光素子等を配置している。このヘッド本体３０において、ワークＷの加工点ＷＰと向き合う本体下面にはレーザ出射口３２が設けられ、このレーザ出射口３２とは反対側の本体上面には光ファイバ１８(i)の終端部よりレーザ光を出射させるための光ファイバ出射部３４およびモニタリング用のレーザ光検出器３６、反射光検出器３８およびＣＣＤカメラ４０が取り付けられている。 Each laser processing head 14 (i) (i = 1, 2, 3, 4) has the same structure, and has a hollow housing or head main body 30 made of, for example, aluminum, at a predetermined position in the head main body 30. A depolarizing element, an optical lens, a mirror, a light receiving element, etc., which will be described later, are arranged. In the head main body 30, a laser emission port 32 is provided on the lower surface of the main body facing the processing point WP of the workpiece W, and an end surface of the optical fiber 18 (i) is provided on the upper surface of the main body opposite to the laser emission port 32. An optical fiber emitting section 34 for emitting laser light, a monitoring laser light detector 36, a reflected light detector 38, and a CCD camera 40 are attached.

図２〜図４に、この実施形態におけるレーザ加工ヘッド１４(i)の具体的な構成を示す。図２は平面図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図２のIV−IV線断面図である。 2 to 4 show a specific configuration of the laser processing head 14 (i) in this embodiment. 2 is a plan view, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

図３および図４に示すように、このレーザ加工ヘッド１４(i)においては、ヘッド本体３０の正面（図の下面）中心部から前方（図の下方）に延びる筒部４２が形成され、この筒部４２の先端部に位置するレーザ出射口３２に保護ガラス４４が取り付けられ、この保護ガラス４４の内奥近傍に集束レンズ４６が配置されている。 As shown in FIGS. 3 and 4, in the laser processing head 14 (i), a cylindrical portion 42 is formed extending forward (downward in the drawing) from the center (front side of the drawing) of the head body 30. A protective glass 44 is attached to the laser emission port 32 located at the tip of the cylindrical portion 42, and a focusing lens 46 is disposed in the vicinity of the inner back of the protective glass 44.

集束レンズ４６の後方（図の直上）にはヘッド本体３０内部のほぼ中心位置にてベントミラー４８がその反射面４８ａをたとえば４５度の角度で斜め前方（図では斜め下方）に向けて配置され、その後方（直上）にはベントミラー５０およびビデオレンズ５２が配置され、さらにその後方（直上）にＣＣＤカメラ４０が配置されている。 Behind the converging lens 46 (directly above the drawing), a vent mirror 48 is disposed at a substantially central position inside the head body 30 with its reflecting surface 48a inclined obliquely forward (in the drawing, obliquely downward) at an angle of 45 degrees, for example. The vent mirror 50 and the video lens 52 are disposed behind (directly above), and the CCD camera 40 is disposed behind (directly above).

図３に示すように、ヘッド本体３０の背面（図の上面）には、集束レンズ４８と同一光軸上にＣＣＤカメラ４０が取り付けられ、ＣＣＤカメラ４０から一方向（図２、図３では右側）に集束レンズ４６の光軸と平行にオフセットした位置で、筒状の光ファイバ出射部５４が後方（図の垂直上方）に延びている。この光ファイバ出射部５４の先端（図の上端）には、光ファイバ１８(i)の終端部を着脱可能に受けるコネクタまたはレセプタクル５６が設けられている。 As shown in FIG. 3, a CCD camera 40 is mounted on the back surface (upper surface in the figure) of the head main body 30 on the same optical axis as the focusing lens 48, and is unidirectional from the CCD camera 40 (right side in FIGS. 2 and 3). ) At a position offset in parallel with the optical axis of the focusing lens 46, the cylindrical optical fiber emitting portion 54 extends rearward (vertically upward in the figure). A connector or receptacle 56 that detachably receives the terminal end of the optical fiber 18 (i) is provided at the tip (upper end in the figure) of the optical fiber emitting portion 54.

光ファイバ出射部５４の内部には、光ファイバ１８(i)の終端面１８ａから放射状に出た分岐レーザ光ＬＢ(1)を平行光にするためのコリメートレンズ５８が配置されるとともに、このコリメートレンズ５８の手前（図の上方）に分岐レーザ光ＬＢ(1)の偏光を解消するための偏光解消素子６０が配置され、コリメートレンズ５８の前方（図の真下）にはベントミラー６２がその反射面６２ａをたとえば４５度の角度で斜め後方（図では斜め上方）に向けて配置されている。ここで、ベントミラー６２の反射面６２ａはベントミラー４８の反射面４８ａと光学的に対向しており、光ファイバ１８(i)の終端面１８ａからの分岐レーザ光ＬＢ(1)はベントミラー６２で光路を図の垂直方向から図の水平方向に直角に曲げてベントミラー４８に入射し、ベントミラー４８で光路を図の水平方向から図の垂直下方に直角に曲げて集束レンズ４６に入射するようになっている。集束レンズ４６は、ワークＷ(i)の加工点ＷＰにレーザ光ＬＢ(i)を集光させる。 A collimating lens 58 for making the branched laser beam LB (1) emitted radially from the end face 18a of the optical fiber 18 (i) into parallel light is disposed inside the optical fiber emitting portion 54. A depolarization element 60 for depolarizing the branched laser beam LB (1) is disposed in front of the lens 58 (upper side in the drawing), and a bent mirror 62 reflects the front of the collimating lens 58 (below the lower side in the drawing). The surface 62a is disposed, for example, at an angle of 45 degrees and obliquely rearward (in the drawing, obliquely upward). Here, the reflecting surface 62a of the vent mirror 62 is optically opposed to the reflecting surface 48a of the vent mirror 48, and the branched laser beam LB (1) from the end surface 18a of the optical fiber 18 (i) is the bent mirror 62. The light path is bent at right angles from the vertical direction in the figure to the horizontal direction in the figure and is incident on the bent mirror 48, and the optical path is bent at right angles from the horizontal direction in the figure to the vertical lower side in the figure and is incident on the focusing lens 46. It is like that. The converging lens 46 condenses the laser beam LB (i) at the processing point WP of the workpiece W (i).

ヘッド本体３０の上面には、ＣＣＤカメラ４０から光ファイバ出射部５４とは反対側（図２、図３では左側）に集束レンズ４６の光軸と平行にオフセットした位置に、レーザ光検出器６４がその受光面６４ａを前方（図の垂直下方）に向けて取り付けられている。このレーザ光検出器６４の真下には、ベントミラー６６がその反射面６６ａをたとえば４５度の角度で斜め後方（図では斜め上方）に向けて配置されている。ここで、ベントミラー６６の反射面６６ａとベントミラー６２の反射面６２ａとはベントミラー４８を介して図の水平方向で光学的に対向しており、光ファイバ１８(i)の終端面１８ａからのレーザ光ＬＢ(i)がベントミラー４８で前方（図の垂直下方）へ反射する際にベントミラー４８の後（図の左方）へ漏れた光Ｍ_LBがベントミラー６６に入射し、ベントミラー６６で光路を図の水平方向から図の垂直上方に直角に曲げてレーザ光検出器６４の受光面６４ａに入射するようになっている。ベントミラー４８とベントミラー６６との間には、たとえばセラミックからなる光拡散板６８が配置されている。光拡散板６８とレーザ光検出器６４との間の光通路７０は円筒（横断面が円形のトンネル）に形成されている。 On the upper surface of the head main body 30, a laser light detector 64 is positioned at a position offset in parallel to the optical axis of the focusing lens 46 on the opposite side (left side in FIGS. 2 and 3) from the CCD camera 40 to the optical fiber emitting portion 54. Is attached with its light receiving surface 64a facing forward (vertically downward in the figure). A bent mirror 66 is disposed directly below the laser light detector 64 with its reflecting surface 66a inclined obliquely rearward (in the drawing, obliquely upward) at an angle of 45 degrees, for example. Here, the reflecting surface 62a of the reflecting surface 66a and the bent mirror 62 of the bent mirror 66 and optically facing in the horizontal direction in the figure through a bent mirror 48, from the end face 18a of the optical fiber 18 (i) When the laser beam LB (i) is reflected forward (downward in the figure) by the vent mirror 48, the light _MLB leaked to the rear of the vent mirror 48 (to the left in the figure) is incident on the vent mirror 66. The optical path is bent at a right angle from the horizontal direction in the figure to the vertical upper direction in the figure by the mirror 66 so as to enter the light receiving surface 64a of the laser light detector 64. A light diffusion plate 68 made of ceramic, for example, is disposed between the vent mirror 48 and the vent mirror 66. The light path 70 between the light diffusing plate 68 and the laser light detector 64 is formed in a cylinder (tunnel having a circular cross section).

レーザ光検出器６４は、光電変換素子たとえばフォトダイオードを有しており、ベントミラー４８から図の水平方向の後方に漏れる透過光または漏れ光Ｍ_LBを受光してその光強度を表す電気信号Ｓ_Lを発生する。ここで、漏れ光Ｍ_LBの光強度は、光ファイバ１８(i)の終端面１８ａより出射された直後のレーザ光ＬＢ(i)の光強度またはレーザ出力Ｐ_Lと一定の比例関係にある。レーザ光検出器６４の出力信号（レーザ光強度検出信号）Ｓ_Lは信号線７２を介してモニタ装置本体２０へ送られる。 Laser beam detector 64 has a photoelectric conversion element, for example a photodiode, an electrical signal S representing the light intensity by receiving transmitted light or leaked light M _LB leaking from bent mirror 48 in the horizontal direction in the rear of FIG. _L is generated. Here, the light intensity of the leakage light M _LB is the light intensity or laser power P _L of the laser beam LB immediately after being emitted from the end face 18a of the optical fiber 18 (i) (i) in a certain proportion. The output signal (laser light intensity detection signal) S _L of the laser light detector 64 is sent to the monitor apparatus main body 20 via the signal line 72.

このように、このレーザ加工ヘッド１４(i)においては、ベントミラー４８がモニタ光取得部を構成し、ベントミラー４８を透過した漏れ光Ｍ_LBがモニタ光としてレーザ光検出器６４の受光部に入射するようになっている。 Thus, in this laser processing head 14 (i), the vent mirror 48 constitutes a monitor light acquisition unit, and the leaked light _MLB transmitted through the vent mirror 48 is transmitted to the light receiving unit of the laser light detector 64 as monitor light. Incident.

ヘッド本体３０の背面（図の上面）には、ＣＣＤカメラ４０から見て光ファイバ出射部５４およびレーザ光検出器６４と直交する側（図３の紙面億側）に、集束レンズ４６の光軸と平行にオフセットした位置に、反射光検出器７４がその受光面７４ａを前方（図の垂直下方）に向けて取り付けられている。図４に示すように、反射光検出器７４の前方（図の真下）には、ベントミラー７６がその反射面７６ａをたとえば４５度の角度で斜め後方（図の斜め上方）に向けて配置されている。ここで、ベントミラー７６の反射面７６ａはベントミラー５０の反射面５０ａと図の水平方向で光学的に対向しており、ベントミラー５０はその反射面５０ａをたとえば４５度の角度で斜め前方（図の斜め下方）に向けて配置されている。被加工物Ｗ(i)の加工ポイントＷＰから光学レンズ４６およびベントミラー４８を透過してきた所定波長（たとえば分岐レーザ光ＬＢ(i)と同じ波長）の反射光Ｒ_LBが、ベントミラー５０で光路を図の垂直上方から図の水平方向（図４では左方）に直角に曲げてベントミラー７６に入射し、ベントミラー７６で光路を図の水平方向から図の垂直上方に直角に曲げて反射光検出器７４の受光面７４ａに入射するようになっている。ベントミラー５０とベントミラー７６との間には、たとえばセラミックからなる光拡散板８０が配置されている。光拡散板８０と反射光検出器７４との間の光通路８２は円筒（横断面が円形のトンネル）に形成されている。 On the back surface (upper surface in the figure) of the head main body 30, the optical axis of the focusing lens 46 is disposed on the side orthogonal to the optical fiber emitting portion 54 and the laser light detector 64 (the paper surface side in FIG. 3) as viewed from the CCD camera 40. The reflected light detector 74 is mounted at a position offset in parallel with the light receiving surface 74a facing forward (vertically downward in the figure). As shown in FIG. 4, a vent mirror 76 is disposed in front of the reflected light detector 74 (directly below the drawing) with its reflecting surface 76a inclined obliquely rearward (upwardly in the drawing) at an angle of 45 degrees, for example. ing. Here, the reflecting surface 76a of the bent mirror 76 is optically opposed to the reflecting surface 50a of the bent mirror 50 in the horizontal direction in the figure, and the bent mirror 50 obliquely forwards the reflecting surface 50a at an angle of 45 degrees, for example ( It is arranged facing diagonally downward in the figure. The reflected light R _LB having a predetermined wavelength (for example, the same wavelength as that of the branched laser beam LB (i)) transmitted from the processing point WP of the workpiece W (i) through the optical lens 46 and the vent mirror 48 is transmitted through the vent mirror 50. Is bent at a right angle in the horizontal direction (left in FIG. 4) from the vertical upper side of the figure and enters the bent mirror 76, and the bent mirror 76 bends the optical path from the horizontal direction to the vertical upper side of the figure at a right angle and reflects it. The light is incident on the light receiving surface 74 a of the photodetector 74. A light diffusion plate 80 made of, for example, ceramic is disposed between the vent mirror 50 and the vent mirror 76. The light path 82 between the light diffusing plate 80 and the reflected light detector 74 is formed in a cylindrical shape (tunnel having a circular cross section).

反射光検出器７４は、光電変換素子たとえばフォトダイオードを有しており、ベントミラー５０，７６からの反射光Ｒ_LBを受光してその光強度を表す電気信号Ｓ_Rを発生する。ここで、反射光Ｒ_LBの光強度は、被加工物Ｗ(i)の加工点ＷＰにおける表面反射率、溶け込み具合等にも依存するが、少なくとも加工点ＷＰにおけるレーザ出力とは一定の比例関係にある。反射光検出器７４の出力信号（反射光強度検出信号）Ｓ_Rは信号線８４を介してモニタ装置本体２０へ送られる。 The reflected light detector 74 has a photoelectric conversion element such as a photodiode, receives the reflected light R _LB from the bent mirrors 50 and 76, and generates an electric signal S _R representing the light intensity. Here, the light intensity of the reflected light R _LB depends on the surface reflectance at the processing point WP of the workpiece W (i), the degree of penetration, etc., but at least has a certain proportional relationship with the laser output at the processing point WP. It is in. The output signal (reflected light intensity detection signal) S _R of the reflected light detector 74 is sent to the monitor apparatus main body 20 via the signal line 84.

ＣＣＤカメラ４０は、ビデオレンズ５２、ベントミラー５０，４８、光学レンズ４６および保護ガラス４４を通して、被加工物Ｗ(i)の加工点ＷＰおよびその周囲を撮像する。すなわち、加工点ＷＰ付近からの可視光Ｌ_WPが保護ガラス４４、光学レンズ４６、ベントミラー４８，５０およびビデオレンズ５２を通り抜けてＣＣＤカメラ４０の受光面に入射し、ＣＣＤカメラ４０のＣＣＤ素子により光電変換される。ビデオレンズ５２は、加工点ＷＰからの可視光Ｌ_WPをＣＣＤカメラ４０の受光面に集光させるための集光レンズである。焦点合わせのために、外側のローレット８６を回転させることによりビデオレンズ５２の位置を光軸方向で調整できるようになっている。ＣＣＤカメラ４０は、被加工物Ｗ(i)の加工点ＷＰ付近の画像を表すたとえばＮＴＳＣ方式の画像信号Ｓ_Vを生成する。この画像信号Ｓ_Vは信号線８８を介してモニタ装置本体２０へ送られる。 The CCD camera 40 images the processing point WP of the workpiece W (i) and its surroundings through the video lens 52, the vent mirrors 50 and 48, the optical lens 46, and the protective glass 44. That is, the visible light L _WP protective glass 44 from the vicinity of the machining point WP, an optical lens 46, incident on the light receiving surface of the CCD camera 40 through the bent mirror 48, 50 and video lens 52, the CCD elements of the CCD camera 40 It is photoelectrically converted. Video lens 52 is a condenser lens for condensing the visible light L _WP from the processing point WP on the light receiving surface of the CCD camera 40. For focusing, the position of the video lens 52 can be adjusted in the optical axis direction by rotating the outer knurling 86. The CCD camera 40 generates, for example, an NTSC image signal S _V representing an image of the workpiece W (i) near the processing point WP. The image signal S _V is sent to the monitor apparatus main body 20 via the signal line 88.

図１において、モニタ装置本体２０は、正面のパネルにキーまたはボタン類を含む入力部２０ａや液晶パネル等のディスプレイ２０ｂを備えるとともに、本実施形態のモニタリングに必要な各種演算処理を行う電子回路を内蔵している。このモニタ装置本体２０の内蔵する電子回路は、たとえばマイクロコンピュータや周辺回路を含んでいる。 In FIG. 1, the monitor device main body 20 includes an input unit 20a including keys or buttons on a front panel and a display 20b such as a liquid crystal panel, and an electronic circuit that performs various arithmetic processes necessary for monitoring according to the present embodiment. Built-in. The electronic circuit incorporated in the monitor device main body 20 includes, for example, a microcomputer and peripheral circuits.

この実施形態のレーザ加工モニタリング装置における主たる特徴は、レーザ加工ヘッド１４(i)内に、より詳細には光ファイバ出射部５４内の光ファイバ１８(i)の終端面１８ａとコリメートレンズ５８との間のレーザ光路上に、偏光解消素子６０を配置している構成にある。以下、この偏光解消素子６０の技術的意義および作用について説明する。 The main feature of the laser processing monitoring device of this embodiment is that the laser processing head 14 (i), more specifically, the end face 18a of the optical fiber 18 (i) in the optical fiber emitting section 54 and the collimating lens 58 The depolarizing element 60 is arranged on the laser beam path between them. Hereinafter, the technical significance and operation of the depolarizing element 60 will be described.

偏光解消素子６０は、たとえば光学軸が表面に垂直になっている２枚の平行平面板（電気光学結晶）からなり、カー効果（屈折率の変化が電界の二次に比例する効果）を利用して、各々０〜２π、０〜４πの位相差を生じさせ、この組み合わせで任意の単波長光の偏光（ここでは分岐レーザ光ＬＢ(i)の偏光）を解消する機能を有しており、電気光学結晶の代わりに水晶や合成石英からなるタイプも使用可能である。かかる偏光解消素子６０の偏光解消作用によって、光ファイバ１８(i)の終端面１８ａより出た分岐レーザ光ＬＢ(i)は不定の偏光状態を解かれ、非偏光状態で後段のベントミラー４８に入射する。 The depolarizing element 60 is composed of, for example, two parallel flat plates (electro-optic crystals) whose optical axes are perpendicular to the surface, and utilizes the Kerr effect (effect in which the change in refractive index is proportional to the second order of the electric field). Each phase difference of 0 to 2π and 0 to 4π is generated, and this combination has a function of canceling polarization of any single wavelength light (here, polarization of the branched laser beam LB (i)). A type made of quartz or synthetic quartz can be used instead of the electro-optic crystal. Due to the depolarization action of the depolarization element 60, the branched laser light LB (i) emitted from the end face 18a of the optical fiber 18 (i) is released from the indefinite polarization state, and in the non-polarization state to the subsequent vent mirror 48. Incident.

ここで、レーザ加工ヘッド１４(i)内に偏光解消素子６０を設ける技術的意義は次の点にある。 Here, the technical significance of providing the depolarizing element 60 in the laser processing head 14 (i) is as follows.

本発明者は、ファイバ伝送方式においてレーザ加工ヘッド毎にレーザ出力の測定値が不定にばらつく問題について、幾多の試験を重ねて鋭意検討した結果、工場内で伝送用の光ファイバを任意に引き回す際に光ファイバの曲げ具合がレーザ出力測定値の変動に大きく関係していることを突き止めた。すなわち、ファイバ伝送方式において伝送用の光ファイバが任意に曲げられると、光ファイバ内の歪または応力により引き起こされる複屈折率効果によって、光ファイバ内を伝播するレーザ光の相直交する偏光成分つまりＰ偏光成分およびＳ偏光成分の光強度比（レーザ出力比）が不定に変動することがわかった。 The present inventor has conducted intensive studies on the problem that the measured value of the laser output varies indefinitely for each laser processing head in the fiber transmission system, and as a result of conducting extensive studies, when the optical fiber for transmission is arbitrarily routed in the factory, In addition, it was found that the bending condition of the optical fiber is largely related to the fluctuation of the laser output measurement value. That is, when the transmission optical fiber is arbitrarily bent in the fiber transmission system, the polarization components orthogonal to each other, that is, P, of the laser light propagating in the optical fiber are caused by the birefringence effect caused by strain or stress in the optical fiber. It was found that the light intensity ratio (laser output ratio) of the polarization component and the S polarization component fluctuates indefinitely.

また、同時多分岐では、レーザ分岐部で用いるビームスプリッタの偏光特性がレーザ出力測定値の変動を大きくする要因になることも分かった。すなわち、ビームスプリッタの分岐比は、入射光線の波長に対するコーティングの反射率／透過率によって規定され、光線全体のレーザ出力としてみれば誤差が無くても、偏光成分のレベルではばらつきがある。たとえば、分岐比が２５／７５の場合、ビーム全体の反射率は２５％であるが、振動面が互いに直交するＰ偏光の成分とＳ偏光の成分とでは必ずしも同じではなく、Ｐ偏光成分の反射率が２８％でＳ偏光成分の反射率が２３％の場合もあれば、Ｐ偏光成分の反射率が２２％でＳ偏光更成分の反射率が２７％の場合もある。 In addition, in simultaneous multi-branching, it was also found that the polarization characteristics of the beam splitter used in the laser branching part cause the fluctuation of the laser output measurement value to increase. That is, the branching ratio of the beam splitter is defined by the reflectance / transmittance of the coating with respect to the wavelength of the incident light, and there is variation in the level of the polarization component even if there is no error when viewed as the laser output of the entire light. For example, when the branching ratio is 25/75, the reflectivity of the entire beam is 25%, but the P-polarized component and the S-polarized component whose vibration planes are orthogonal to each other are not necessarily the same, and the reflection of the P-polarized component The reflectance may be 28% and the reflectance of the S-polarized component may be 23%, or the reflectance of the P-polarized component may be 22% and the reflectance of the S-polarized component may be 27%.

このため、この実施形態のレーザ加工装置（図１）において、レーザ分岐部１６のビームスプリッタ２４(1)〜２４(2)により得られる４つの分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)のレーザ出力が等分（いずれも原レーザ光ＬＢの２５％）であっても、各分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)の中の内訳（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のパワー比）は必ずしも同じではなく、むしろばらついていることが多く、分岐の数が多いほどばらつきの幅（変動幅）も大きくなる。そして、それらの分岐レーザ光ＬＢ(1)〜ＬＢ(4)が光ファイバ１８(1)〜１８(2)の中をそれぞれ伝播する間に、上記のような複屈折率効果によって、Ｐ偏光成分／Ｓ偏光成分のパワー比の変動が一層不定に拡大する結果となる。 For this reason, in the laser processing apparatus of this embodiment (FIG. 1), the four branched laser beams LB (1) to LB (4) obtained by the beam splitters 24 (1) to 24 (2) of the laser branching section 16 are used. Even if the laser output is equally divided (both 25% of the original laser beam LB), the breakdown of the split laser beams LB (1) to LB (4) (power ratio of P-polarized component and S-polarized component) Are not necessarily the same, but rather vary, and the greater the number of branches, the greater the variation width (variation width). While the branched laser beams LB (1) to LB (4) propagate through the optical fibers 18 (1) to 18 (2), respectively, the P-polarized light component is generated by the birefringence effect as described above. As a result, the fluctuation of the power ratio of the / S polarization component expands more indefinitely.

本発明者は、図５に示すように、偏光ビームスプリッタ９２およびパワーメータ９４，９６を用いて、同時４分岐の各光ファイバ１８(i)の終端面より出たばかりの分岐レーザ光ＬＢ(i) の偏光状態を測定した。図６に、その測定結果を示す。 As shown in FIG. 5, the present inventor uses the polarization beam splitter 92 and the power meters 94 and 96 to branch laser light LB (i just emerging from the end face of each of the four optical fibers 18 (i). ) Was measured. FIG. 6 shows the measurement results.

なお、図５の実験装置において、コリメートレンズ９０は、レーザ加工ヘッド１４(i)内の光ファイバ出射部５４内に設けられるコリメートレンズ５８に相当する。図６の表において、「曲げＡ」、「曲げＢ」は、たとえば図１で模式的に実線と鎖線で区別して示すように、各光ファイバ１８(1)〜１８(2)の任意の２通りの曲げ状態である。また、「変動」は「曲げＡ」の場合と「曲げＢ」の場合との間での各偏光成分パワーの変動率である。 In the experimental apparatus of FIG. 5, the collimating lens 90 corresponds to the collimating lens 58 provided in the optical fiber emitting portion 54 in the laser processing head 14 (i). In the table of FIG. 6, “bend A” and “bend B” are any two of the optical fibers 18 (1) to 18 (2) as schematically shown in FIG. The street is bent. Further, “variation” is a variation rate of each polarization component power between “bending A” and “bending B”.

図６において、例えば、第１分岐ファイバ伝送系（２４(1)，１８(1)）について、分岐レーザ光ＬＢ(1)のピークパワーを“１”ｋＷ、パルス幅を“４”ｍｓに設定した場合、図５のパワーメータ９４，９６で得られたＳ偏光成分、Ｐ偏光成分のパワー測定値は、「曲げＡ」のときはそれぞれ“０．４２３４”ｋＷ，“０．４１９１”ｋＷで、「曲げＢ」のときはそれぞれ“０．４２１６”ｋＷ，“０．４２０３”ｋＷである。この場合、Ｓ偏光成分の「変動」は“−０．４３％”，Ｐ偏光成分の「変動」は“０．２９％”である。 In FIG. 6, for example, for the first branch fiber transmission system (24 (1), 18 (1)), the peak power of the branch laser beam LB (1) is set to “1” kW and the pulse width is set to “4” ms. In this case, the measured power values of the S-polarized component and the P-polarized component obtained by the power meters 94 and 96 in FIG. 5 are “0.4234” kW and “0.4191” kW, respectively, in the case of “bending A”. , “Bending B” are “0.4216” kW and “0.4203” kW, respectively. In this case, the “variation” of the S polarization component is “−0.43%”, and the “variation” of the P polarization component is “0.29%”.

図６に示す測定結果によると、「曲げＡ」と「曲げＢ」とではＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーの大小関係が変わることもあれば変わらないこともあり、不定である。もっとも、Ｓ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのレーザパワーは、「曲げＡ」と「曲げＢ」とで殆ど変わらないこともわかる。また、分岐ファイバ伝送系が違うと、「変動」の値が大きく変わることもわかる。すなわち、第１分岐ファイバ伝送系（２４(1)，１８(1)）および第３分岐ファイバ伝送系（２４(3)，１８(3)）の「変動」の幅が最大でも−１％〜１％以内に収まっているのに対して、第２分岐ファイバ伝送系（２４(2)，１８(2)）の「変動」の幅は−６．４３％〜６．７７％以上であり、さらに第４分岐ファイバ伝送系（２４(4)，１８(4)）の「変動」の幅は−１０．６７％〜１２．９００％以上にもなる。概して、分岐の数が多いほど「変動」のばらつきは大きくなる。 According to the measurement results shown in FIG. 6, “bending A” and “bending B” are indefinite because the magnitude relationship between the power of the S-polarized component and the power of the P-polarized component may or may not change. However, it can also be seen that the total laser power obtained by adding the power of the S-polarized component and the power of the P-polarized component hardly changes between “bending A” and “bending B”. It can also be seen that the value of “variation” varies greatly when the branch fiber transmission system is different. That is, the width of the “variation” of the first branch fiber transmission system (24 (1), 18 (1)) and the third branch fiber transmission system (24 (3), 18 (3)) is −1% at the maximum. The range of “variation” in the second branch fiber transmission system (24 (2), 18 (2)) is −6.43% to 6.77% or more, while it is within 1%. Furthermore, the width of “variation” in the fourth branch fiber transmission system (24 (4), 18 (4)) is as high as −10.67% to 12.900% or more. In general, the greater the number of branches, the greater the variation in “variation”.

本発明者は、レーザ加工ヘッド１４(i)内に設けられる偏光解消素子６０の効果を検証するために、図７に示すように、上記実験装置に偏光解消素子６０に相当する偏光解消素子９８を各光ファイバ１８(i)の終端面とコリメータレンズ９０との間に配置して、偏光解消素子９８に通した後の各分岐レーザ光ＬＢ(i) の偏光状態を測定した。図８に、その測定結果を示す。 In order to verify the effect of the depolarizing element 60 provided in the laser processing head 14 (i), the present inventor adds a depolarizing element 98 corresponding to the depolarizing element 60 to the experimental apparatus as shown in FIG. 7. Is disposed between the end face of each optical fiber 18 (i) and the collimator lens 90, and the polarization state of each branched laser beam LB (i) after passing through the depolarizer 98 is measured. FIG. 8 shows the measurement results.

図８に示す測定結果から、偏光解消素子９８（６０）を挿入することにより、全ての分岐ファイバ系において一様にＳ偏光成分とＰ偏光成分のパワー測定値の差は殆どなく、「変動」の絶対値も常に零付近に収まり、ばらつきは非常に小さくなることが確認できた。 From the measurement results shown in FIG. 8, by inserting the depolarization element 98 (60), there is almost no difference in the measured power values of the S-polarized component and the P-polarized component uniformly in all the branched fiber systems, and “fluctuation”. It was confirmed that the absolute value of was always close to zero and the variation was very small.

ところで、レーザ加工ヘッド１４(i)において、光ファイバ１８(i)の終端面より出た分岐レーザ光ＬＢ(i) のＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーが違ったり、曲げに応じてパワーの差の関係や大きさが変動しても、そのことによって分岐レーザ光ＬＢ(i)自体のパワーが変わることにはならない。したがって、レーザ伝送系やレーザ加工ヘッド１４(i)内のレーザ光路上に不純物や汚れ等がない限り、被加工物Ｗ(i)には所期のレーザパワーで分岐レーザ光ＬＢ(i)が照射され、加工点ＷＰに所望のレーザ溶接結果が得られる。 By the way, in the laser processing head 14 (i), the power of the S-polarized component and the power of the P-polarized component of the branched laser beam LB (i) emitted from the end face of the optical fiber 18 (i) are different or according to the bending. Even if the relationship or magnitude of the power difference varies, this does not change the power of the branched laser beam LB (i) itself. Therefore, as long as there are no impurities or dirt on the laser beam path in the laser transmission system or the laser processing head 14 (i), the branched laser beam LB (i) is supplied to the workpiece W (i) with the intended laser power. The desired laser welding result is obtained at the processing point WP.

しかしながら、レーザパワーモニタリング系においては、分岐レーザ光ＬＢ(i) が上記のような不定な偏光状態でモニタ光取得部のベントミラー４８に入射することは、重大な測定誤差につながる。すなわち、ベントミラー４８にも偏光特性があり、これは絶対値的には非常に小さいのであるが、漏れ光（モニタ光）Ｍ_LBにとっては無視できないものとなる。たとえば、ベントミラー４８の透過率が、分岐レーザ光ＬＢ(i)のビーム全体に対しては０．１０％である場合に、偏光特性によりＳ偏光成分およびＰ偏光成分に対してそれぞれ０．１２％、０．０８％と異なることがある。この差は、絶対値的には小さいが、相対的には３：２の関係つまり１．５倍の差である。このため、分岐レーザ光ＬＢ(i)とモニタ光Ｍ_LBとの間のビームパワー比例関係に誤差が生まれる。この誤差は、分岐レーザ光ＬＢ(i)のＳ偏光成分とＰ偏光成分のパワー差に、ベントミラー４８における透過率相対比（上記の例は１．５）を乗じた値として表される。 However, in the laser power monitoring system, when the branched laser beam LB (i) is incident on the vent mirror 48 of the monitor light acquisition unit in the indefinite polarization state as described above, it leads to a serious measurement error. That is, the bent mirror 48 also has a polarization characteristic, which is very small in absolute value, but cannot be ignored for the leakage light (monitor light) _MLB . For example, when the transmittance of the bent mirror 48 is 0.10% with respect to the entire beam of the branched laser beam LB (i), 0.12 for the S-polarized component and P-polarized component due to the polarization characteristics, respectively. %, 0.08%. This difference is small in absolute value, but is relatively a 3: 2 relationship, that is, a difference of 1.5 times. For this reason, an error is generated in the beam power proportional relationship between the branched laser beam LB (i) and the monitor light _MLB . This error is expressed as a value obtained by multiplying the power difference between the S-polarized component and the P-polarized component of the branched laser beam LB (i) by the transmittance relative ratio (1.5 in the above example) in the bent mirror 48.

この実施形態において、レーザ加工ヘッド１４(i)内に設けられるレーザ光検出器６４は、ベントミラー４８からの漏れ光（モニタ光）Ｍ_LBを受光して、そのＳ偏光成分のパワーとＰ偏光成分のパワーとを足し合わせたトータルのビームパワーを表すパワー測定値信号Ｓ_Lを生成し、モニタ装置本体２０内のレーザパワー測定回路がパワー測定値信号Ｓ_Lを基に分岐レーザ光ＬＢ(i)のパワー測定値を求める。つまり、ベントミラー４８を透過したモニタ光Ｍ_LBのトータルなパワーを一定の比例定数（たとえば１０００）で校正したものが分岐レーザ光ＬＢ(i)のパワー測定値としてディスプレイ２０ｂに表示出力される。 In this embodiment, the laser beam detector 64 provided in the laser processing head 14 in (i) is the leakage light from the bent mirror 48 (monitor light) by receiving M _LB, power and P-polarized light of the S polarized light component generates a power measurement signal S _L representing the total beam power of the sum of the power components, the monitor device body 20 in the laser power measurement circuit power measurement signal S _L based on branched laser beam LB (i ) Power measurement. That is, the total power of the monitor light _MLB transmitted through the vent mirror 48 is calibrated with a constant proportional constant (for example, 1000) and displayed on the display 20b as the power measurement value of the branched laser light LB (i).

しかしながら、このレーザパワー測定値は、分岐レーザ光ＬＢ(i)の実際のパワーに対して上記のような誤差を含んでいる。レーザ加工ヘッド１４(i)内に偏光解消素子６０を設けない場合には、分岐レーザ光ＬＢ(i)のＳ偏光成分とＰ偏光成分に不定で大きなパワー差があるので、モニタ装置本体２０のディスプレイ２０ｂに表示出力される分岐レーザ光ＬＢ(i)のパワー測定値にも不定で大きな誤差が現れる。 However, this laser power measurement value includes the above error with respect to the actual power of the branched laser beam LB (i). When the depolarizing element 60 is not provided in the laser processing head 14 (i), the S-polarized component and the P-polarized component of the branched laser beam LB (i) are indefinite and have a large power difference. A large error appears in the power measurement value of the branched laser beam LB (i) displayed and output on the display 20b.

しかるに、レーザ加工ヘッド１４(i)内に偏光解消素子６０を設けた場合は、分岐レーザ光ＬＢ(i)の偏光が解消されてＳ偏光成分とＰ偏光成分のパワー差が実質的に無くなるので、ベントミラー４８の偏光特性はモニタリングに影響しなくなり、分岐レーザ光ＬＢ(i)とモニタ光Ｍ_LBとの間のビームパワー比例関係に誤差は生じない。つまり、モニタ装置本体２０のディスプレイ２０ｂに表示出力されるレーザパワー測定値は、被加工物Ｗ(i)に照射される分岐レーザ光ＬＢ(i)の実際のレーザ出力を正確に表したものになる。 However, when the depolarizing element 60 is provided in the laser processing head 14 (i), the polarization of the branched laser beam LB (i) is canceled and the power difference between the S-polarized component and the P-polarized component is substantially eliminated. The polarization characteristics of the bent mirror 48 do not affect the monitoring, and no error occurs in the beam power proportional relationship between the branched laser beam LB (i) and the monitor light _MLB . In other words, the laser power measurement value displayed and output on the display 20b of the monitor device body 20 accurately represents the actual laser output of the branched laser beam LB (i) irradiated to the workpiece W (i). Become.

したがって、図１に示す同時４分岐ファイバ伝送方式のマルチポジション加工システムでは、レーザ加工ヘッド１４(1)，１４(2)，１４(3)，１４(4)より被加工物Ｗ(1)，Ｗ(2)，Ｗ(3)，Ｗ(4)にそれぞれ照射される分岐レーザ光ＬＢ(1)，ＬＢ(2)，ＬＢ(3)，ＬＢ(4)についてモニタ装置本体２０のディスプレイ２０ｂには同一または近似した値のレーザ出力測定値が表示出力されることになる。このように各分岐レーザ光ＬＢ(1)，ＬＢ(2)，ＬＢ(3)，ＬＢ(4)について信頼性・再現性の高いレーザ出力測定値が表示出力されることで、マルチポジション加工システムにおけるレーザ加工の品質管理および生産性が大きく向上する。なお、モニタ装置本体２０は、各分岐ファイバ系に１台ずつ充てられてもよく、あるいは全ての分岐ファイバ系に１台で共用してもよい。 Therefore, in the multi-position processing system of the simultaneous four-branch fiber transmission system shown in FIG. 1, the workpiece W (1), 14 (1), 14 (2), 14 (3), 14 (4) is processed by the laser processing heads 14 (1), 14 (2), 14 (3), 14 (4). The branched laser beams LB (1), LB (2), LB (3), and LB (4) irradiated to W (2), W (3), and W (4) are respectively displayed on the display 20b of the monitor apparatus main body 20. The laser output measurement value of the same or approximate value is displayed and output. In this way, the laser output measurement values with high reliability and reproducibility are displayed and output for each of the branched laser beams LB (1), LB (2), LB (3), and LB (4). The quality control and productivity of laser processing are greatly improved. One monitoring device main body 20 may be provided for each branch fiber system, or one monitor device main body 20 may be shared by all the branch fiber systems.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。たとえば、上記した実施形態は同時４分岐であったが、分岐数２あるいは４以上の同時多分岐ファイバ伝送方式にも本発明は適用可能である。さらには、ビームスプリッタを用いない無分岐ファイバ伝送方式のレーザ加工装置にも本発明のレーザ加工モニタリング装置を使用できる。また、本発明のレーザ加工モニタリング装置は、レーザ溶接装置に限らず、レーザマーキング、穴あけ、切断等用の各種レーザ加工装置に使用できる。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above does not limit this invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention. For example, although the above-described embodiment has four simultaneous branches, the present invention can be applied to a simultaneous multi-branch fiber transmission system having two or four branches. Furthermore, the laser processing monitoring apparatus of the present invention can also be used for a laser processing apparatus of the unbranched fiber transmission system that does not use a beam splitter. The laser processing monitoring device of the present invention can be used not only for laser welding devices but also for various laser processing devices for laser marking, drilling, cutting and the like.

また、レーザ加工ヘッド１４(i)内において、偏光解消素子６０をコリメートレンズ５８とベントミラー６２との間、あるいはベントミラー６２とベントミラー４８との間に配置してもよい。また、図示省略するが、レーザ加工ヘッドにおいて光ファイバの終端面をレーザ出射口または保護レンズと対向する位置に取り付け、光ファイバの終端面より出たレーザ光をベントミラーを介さずにまっすぐ直進させて保護レンズの外に出射させることも可能である。その場合は、途中に反射率の非常に低いミラーをモニタ光取得部として配置し、該ミラーで反射した光（モニタ光）をレーザ光測定部の受光部に導くようにすればよい。 Further, in the laser processing head 14 (i), the depolarizing element 60 may be disposed between the collimating lens 58 and the vent mirror 62 or between the vent mirror 62 and the vent mirror 48. Although not shown, the end face of the optical fiber is attached to a position facing the laser emission port or the protective lens in the laser processing head, and the laser light emitted from the end face of the optical fiber is straightened straight without going through the vent mirror. It is also possible to emit the light out of the protective lens. In that case, a mirror having a very low reflectivity may be arranged in the middle as a monitor light acquisition unit, and light reflected by the mirror (monitor light) may be guided to the light receiving unit of the laser beam measurement unit.

上記した実施形態では、レーザ加工ヘッド１４(i)に取り付けるモニタ光受光部を光電変換素子６４で構成し、その光電変換素子６４より出力される電気信号Ｓ_Lを信号線７２を介してモニタ装置本体２０へ送るようにした。しかし、モニタ光受光部を光ファイバ（図示せず）の一端面で構成し、該光ファイバの他端より出たモニタ光Ｍ_LBを光電変換素子（図示せず）で電気信号に変換する方式も可能である。その他、レーザ加工ヘッド１４(i)の各部を種種変形できる。 In the embodiment described above, via the laser processing head 14 the monitor light receiving portion to be attached to (i) constituted by a photoelectric conversion element 64, the signal line 72 an electrical signal S _L that is output from the photoelectric conversion element 64 monitoring device I sent it to the main body 20. However, a system in which the monitor light receiving unit is configured by one end face of an optical fiber (not shown), and the monitor light _MLB emitted from the other end of the optical fiber is converted into an electrical signal by a photoelectric conversion element (not shown). Is also possible. In addition, various parts of the laser processing head 14 (i) can be variously deformed.

本発明の一実施形態におけるレーザ加工モニタリング装置の使用可能なレーザ加工装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the laser processing apparatus which can use the laser processing monitoring apparatus in one Embodiment of this invention. 実施形態におけるレーザ加工ヘッドの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the laser processing head in embodiment. 実施形態におけるレーザ加工ヘッドの構成を示す図２のIII−III線についての縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view about the III-III line | wire of FIG. 2 which shows the structure of the laser processing head in embodiment. 実施形態におけるレーザ加工ヘッドの構成を示す図２のIV−IV線についての縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view about the IV-IV line | wire of FIG. 2 which shows the structure of the laser processing head in embodiment. 実施形態においてレーザ加工ヘッド内に偏光解消素子を設けない場合の分岐レーザ光の偏光状態を測定するために用いた実験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the experimental apparatus used in order to measure the polarization | polarized-light state of a branched laser beam when not providing a depolarizing element in a laser processing head in embodiment. 同時４分岐ファイバ伝送方式において図５の実験装置で得られた測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result obtained with the experimental apparatus of FIG. 5 in the simultaneous 4 branch fiber transmission system. 実施形態においてレーザ加工ヘッド内に偏光解消素子を設けた場合の分岐レーザ光の偏光状態を測定するために用いた実験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the experimental apparatus used in order to measure the polarization state of the branched laser beam at the time of providing a depolarizing element in the laser processing head in embodiment. 同時４分岐ファイバ伝送方式において図６の実験装置で得られた測定結果を示す表である。It is a table | surface which shows the measurement result obtained with the experimental apparatus of FIG. 6 in the simultaneous 4 branch fiber transmission system.

Explanation of symbols

１２レーザ発振部
１４(1)〜１４(4)，１４(i) レーザ加工ヘッド
１８(1)〜１８(4)，１８(i) 光ファイバ
２０モニタ装置本体
４６集束レンズ
４８ベントミラー（モニタ光取得部）
５８コリメートレンズ
６０偏光解消素子
６４レーザ光検出器 12 Laser oscillator 14 (1) -14 (4), 14 (i) Laser processing head
18 (1) to 18 (4), 18 (i) Optical fiber 20 Monitor device body 46 Converging lens 48 Vent mirror (monitor light acquisition unit)
58 collimating lens 60 depolarizing element 64 laser light detector

Claims

A laser processing monitoring device that transmits laser light oscillated from a laser oscillating unit through a laser transmission optical fiber to a laser processing head, and irradiates the workpiece with the laser light from the laser processing head. ,
A mirror disposed on a laser beam path between a termination surface of the optical fiber and a focusing lens for focusing the laser beam on a processing point of the workpiece; A monitor light acquisition unit that extracts the light reflected by the mirror as monitor light;
The laser processing disposed Ru have a light receiving portion in the head, the power of the S-polarized component of the monitor light received by the light receiving unit to measure the power of the monitor light extracted by the monitor light acquisition unit A laser beam measurement unit that generates a power measurement signal representing the total beam power obtained by adding the power of the P-polarized light component and obtains a power measurement value of the monitor light based on the power measurement signal ;
A laser processing monitoring apparatus comprising: a depolarizing element disposed on a laser optical path between the end surface of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit in the laser processing head.

The laser beam oscillated and output from the laser oscillation unit is split into a plurality of branched laser beams using a beam splitter, and each of the branched laser beams is transmitted to a plurality of laser processing heads through an optical fiber for laser transmission, A laser processing monitoring device for irradiating a workpiece with the branched laser light from each of the laser processing heads,
A mirror disposed on a laser beam path between a termination surface of the optical fiber and a focusing lens for focusing the branched laser beam on a processing point of the workpiece, and leaked light transmitted through the mirror or A monitor light acquisition unit that extracts light reflected by the mirror as monitor light;
The laser processing disposed Ru have a light receiving portion in the head, the power of the S-polarized component of the monitor light received by the light receiving unit to measure the power of the monitor light extracted by the monitor light acquisition unit A laser beam measurement unit that generates a power measurement signal representing the total beam power obtained by adding the power of the P-polarized light component and obtains a power measurement value of the monitor light based on the power measurement signal ;
A laser processing monitoring apparatus comprising: a depolarizing element disposed on a laser optical path between the end surface of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit in the laser processing head.

A collimating lens is disposed on the laser optical path between the end face of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit;
Disposing the depolarizing element on a laser optical path between the end face of the optical fiber and the collimating lens ;
The laser processing monitoring apparatus according to claim 1 or 2 .

A collimating lens is disposed on the laser optical path between the end face of the optical fiber and the mirror of the monitor light acquisition unit;
Disposing the depolarizing element on a laser beam path between the collimating lens and the mirror ;
The laser processing monitoring apparatus according to claim 1 or 2 .

Laser that transmits laser light oscillated and output from a laser oscillation section through a laser transmission optical fiber to a laser processing head, and irradiates the workpiece with the laser light from the laser processing head to perform desired laser processing A processing device,
Laser processing apparatus characterized by having a laser processing monitoring device according to any one of claims 1-4.