JP5695883B2

JP5695883B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5695883B2
Application number: JP2010244729A
Authority: JP
Inventors: 圭太永利
Original assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012096256A

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

レーザ加工装置においては、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工対象物に照射して加工する。このレーザ加工装置において加工対象物へのレーザ光の出力をモニタする機能が備わっている（例えば特許文献１）。特許文献１のモニタリング装置では、ヘッドにレーザ光測定部と光拡散板が設けられ、光ファイバの終端面から出たレーザ光の一部を、光拡散板を通してレーザ光測定部の受光面に入射して光強度を測定している。

特開２００７−４４７３９号公報

ところで、レーザ光の出力（パワー）はユーザにより任意に設定できるようになっており、加工対象物の種類等によりレーザ光の出力（パワー）が設定される。
この場合、レーザ光の一部を取り出して受光素子において強度を検出する際に、単に光を弱めるだけの部材を設けただけでは、図１２に示すように、低いパワーに設定されている場合にはＳＮ比が大きくなってしまう。また、高いパワーに設定されている場合には、受光素子における受光量の飽和領域に入ってしまい、正確に強度を検出することが難しくなる。

本発明の目的は、レーザ光の出力を設定可能なレーザ加工装置においてレーザ光の一部を取り出して受光素子を用いて検出する際に高精度に検出することができるレーザ加工装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、加工対象物に照射するためのレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の一部を分岐して取り出すための分岐手段と、前記分岐手段により取り出されたレーザ光を検出する受光素子と、前記加工対象物への前記レーザ光の出力を設定するレーザ光出力設定手段と、前記分岐手段と前記受光素子との間のレーザ光の光路に設けられる開口部を有するアパーチャと、前記レーザ光出力設定手段による前記加工対象物への前記レーザ光の出力の設定値に応じて前記アパーチャの開口面積を変更するアパーチャ設定手段と、前記レーザ光出力設定手段によって設定されたレーザ光の出力値にかかわらず前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整する制御手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、レーザ発振器から、加工対象物に照射するためのレーザ光が出力される。レーザ光の光路に設けられた分岐手段により、レーザ光の一部が分岐されて取り出される。分岐手段により取り出されたレーザ光が受光素子により検出される。ここで、分岐手段と受光素子との間のレーザ光の光路に設けられたアパーチャにおいて、アパーチャ設定手段により開口面積が変更可能に設定される。よって、高いレーザ出力となっているときにはレーザ光が大きく減衰して受光素子での受光量が飽和しないようにすることができる。また、低いレーザ出力となっているときにはレーザ光を多く通過させて受光素子での受光量を大きくして外乱の影響を受けにくくすることができる。

このようにして、レーザ光の出力を設定可能なレーザ加工装置においてレーザ光の一部を取り出して受光素子を用いて検出する際に高精度に検出することができる。
また、アパーチャ設定手段により、レーザ光出力設定手段による加工対象物へのレーザ光の出力の設定値に応じてアパーチャの開口面積を変更することができる。
さらに、レーザ光出力設定手段によって設定されたレーザ光の出力値にかかわらず受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるようにアパーチャの開口面積が調整され、受光素子の出力特性における好ましい受光領域を使用できるアパーチャの開口面積に調整することができる。

請求項２に記載のように請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記制御手段は、前記受光素子によるレーザ光の受光量を増やすことにより前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整してよい。また、請求項３に記載のように、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記制御手段は、前記受光素子によるレーザ光の受光量を減らすことにより前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整してもよい。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、前記制御手段において前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定とならないとき異常として異常検出信号を出力する異常信号出力手段を更に備えたことを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、異常信号出力手段により、制御手段において受光素子によるレーザ光の受光量が一定とならないとき異常として異常検出信号を出力することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、ヘッド部に前記分岐手段、前記受光素子が配設されるとともに、本体部に前記レーザ発振器、及び前記ヘッド部に配設された制御対象機器を制御する機器制御手段が配設され、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光は、前記ヘッド部と前記本体部とを接続する光ファイバにより前記ヘッド部に伝送されることを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、レーザ発振器を本体部に配設するとともにレーザ光を光ファイバでヘッド部へ伝送するため、ヘッド部を小型化できる。そして、ヘッド部へ伝送されるレーザ光の出力が、光ファイバの設置状態（取り回し）の影響を受けて低下している場合であっても、レーザ光の出力を正確にモニタすることができる。

本発明によれば、レーザ光の出力を設定可能なレーザ加工装置においてレーザ光の一部を取り出して受光素子を用いて検出する際に高精度に検出することができる。

実施形態におけるレーザマーキング装置の概略構成を示す斜視図。レーザマーキング装置の概略構成を示すブロック図。第１の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第１の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第２の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第３の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第４の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、第５の実施形態の作用を説明するための説明図。第６の実施形態を説明するためのマップ。第７の実施形態の作用を説明するためのタイムチャート。第７の実施形態の作用を説明するための受光素子の出力特性図。受光素子の出力特性図。

（第１の実施形態）
以下、本発明をレーザマーキング装置に具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。

図１に示すように、レーザ加工装置としてのレーザマーキング装置１は、レーザ光Ｌを出射（出力）するための本体部としてのコントローラ２を備えている。コントローラ２には、光ファイバからなるファイバケーブル３を介してヘッド部としてのヘッド４が接続されている。また、コントローラ２には、電気ケーブル５を介してヘッド４が接続されているとともに、コントローラ２には、電気ケーブル６を介してコンソール７が接続されている。そして、レーザマーキング装置１は、載置台８に載置された加工対象物Ｗのマーキング面Ｗａ上に所望の文字、図形、記号（以下、文字等という）をマーキング（レーザ加工）するようになっている。

ヘッド４の下面には、レーザ光Ｌが出射される窓部９が形成されている。そして、ヘッド４は、窓部９が加工対象物Ｗのマーキング面Ｗａと対向するように配置される。
図２に示すように、コントローラ２は、レーザ発振器１０（例えば、ファイバレーザ発振器）を備え、レーザ発振器１０から加工対象物Ｗに照射するためのレーザ光Ｌが出力される。レーザ発振器１０から出射されたレーザ光Ｌは、ファイバケーブル３に送られ、ファイバケーブル３を通してヘッド４に送られる（伝送される）。図１に示すように、ヘッド４においてファイバケーブル３の一端（ヘッド側端）は、ビームエキスパンダ収納部１１に接続されている。ヘッド４とコントローラ２とは、ファイバケーブル３、及び電気ケーブル５の一端（ヘッド側端）をヘッド４から取り外すことで接続状態を容易に解除できる。即ち、ヘッド４は、コントローラ２に対して着脱可能に構成されている。ビームエキスパンダ収納部１１には、ビームエキスパンダ１２（図２参照）が収納されており、ファイバケーブル３からのレーザ光Ｌがビームエキスパンダ１２に送られる。

図２に示すように、ヘッド４において、レーザ光Ｌの光路途中には、レーザ発振器１０側から順に、第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙと、集光レンズ１４が配設されている。そして、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌは、第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙに入射される。

第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙは、それぞれ対応する第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙに対し、第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙの駆動により回動可能に連結されている。第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙは、第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙを互いに略直交する軸を中心としてそれぞれ回動させるようになっている。そして、第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙは、ビームエキスパンダ１２からのレーザ光Ｌを反射し、その出射方向を変更させるようになっている。具体的には、第１ガルバノミラー１３Ｘは、回動して加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌを、そのマーキング面Ｗａの一方向（Ｘ方向、図１参照）に走査させるようになっている。また、第２ガルバノミラー１３Ｙは、回動して加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌを、そのマーキング面ＷａのＸ方向に対して直交する方向（Ｙ方向、図１参照）に走査させるようになっている。したがって、加工対象物Ｗに向けて照射するレーザ光Ｌは、第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙにより、加工対象物Ｗのマーキング面Ｗａに対して、Ｘ方向及びＹ方向に走査されるようになっている。

ヘッド４において、レーザ光Ｌの光路上におけるビームエキスパンダ１２と第１及び第２ガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙとの間にはシャッタ１６が設けられている。シャッタ１６は、遮蔽状態（位置）と非遮蔽状態（位置）に切り替えられる。遮蔽状態（位置）ではレーザ光Ｌが加工対象物Ｗに向けて照射されず、非遮蔽状態（位置）ではレーザ光Ｌを加工対象物Ｗに照射させることができる。

また、ヘッド４において、レーザ光Ｌの光路上におけるビームエキスパンダ１２とシャッタ１６との間には、レーザ光Ｌの一部（例えば１〜２％）を分岐して取り出すための分岐用ミラー１７が設けられている。本実施形態では、分岐用ミラー１７が分岐手段となる。分岐用ミラー１７により取り出されたレーザ光Ｌｓは、受光素子１８に送られる。受光素子１８は、分岐用ミラー１７により取り出されたレーザ光Ｌｓを検出する。即ち、受光したレーザ光Ｌｓの出力（強度）のレベル（高さ）に応じた電気信号を出力し、光電変換を行う。受光素子としてフォトダイオード、フォトディテクタを挙げることができる。

分岐用ミラー１７と受光素子１８との間のレーザ光の光路にはアパーチャ１９が設けられ、アパーチャ１９は開口部を有している。これにより、分岐用ミラー１７により取り出したレーザ光Ｌｓを減衰させて受光素子１８に受光させる。アパーチャ１９は開口径φＤ、即ち、受光素子１８へのレーザ光の通過面積を調整するように開口面積を変更可能となっている。そして、アパーチャ１９の開口径φＤ（開口面積）は、後記するアパーチャ径設定器２７により設定されるようになっている。

受光素子１８には、第１オペアンプ２０が接続されているとともに、第１オペアンプ２０には、第２オペアンプ２１が接続されている。第１オペアンプ２０は、受光素子１８から入力した光電変換後の電気信号を増幅して出力する。第２オペアンプ２１は、第１オペアンプ２０が出力した電気信号を増幅して出力する。

第２オペアンプ２１には、Ａ／Ｄ変換器２２が接続されている。Ａ／Ｄ変換器２２は、第２オペアンプ２１が出力する増幅後の電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２は、電気ケーブル５を介してコントローラ２に接続されている。

コントローラ２には、前述のレーザ発振器１０に加えて、レーザマーキング装置１の動作を統括的に制御するための制御装置２３が設けられている。この制御装置２３は、Ａ／Ｄ変換器２２と電気ケーブル５を介して接続されており、Ａ／Ｄ変換器２２が出力するデジタル信号を入力する。したがって、制御装置２３は、分岐用ミラー１７により分岐して取り出されたレーザ光Ｌｓのレベル（強さ）に応じた出力値を取り込むことができる。

制御装置２３は、メモリ２３ａを備えているとともに、このメモリ２３ａには、印字される文字等のマーキング情報が記憶されている。マーキング情報は、文字等を構成する各線分の始点及び終点の座標値、及びレーザ光Ｌの照射により形成される線分の太さ等の情報を含む。また、制御装置２３は、レーザ発振器１０、第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙ、シャッタ１６、アパーチャ１９にそれぞれ接続されている。制御装置２３は、レーザ発振器１０を制御してレーザ光Ｌを出射させる。また、制御装置２３は、マーキング情報などに基づき第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙを駆動制御することでレーザ光Ｌを２次元的に走査し、加工対象物Ｗのマーキング面Ｗａに文字等をマーキングする。制御装置２３は、シャッタ１６の開閉を制御する。制御装置２３はアパーチャ１９を制御することができるようになっている。

また、制御装置２３は、電気ケーブル６を介してコンソール７に接続されている。コンソール７は、設定機能と表示機能を有している。コンソール７には、レーザ発振器１０から出射されているレーザ光Ｌの出力や、レーザマーキング装置１の設定情報を表示する表示部２４が設けられている。

また、コンソール７には、オペレータがレーザマーキング装置１の各種設定を行うため操作部２５が設けられている。本実施形態のレーザマーキング装置１の操作部２５には、レーザ光出力設定手段としてのレーザパワー設定器２６、アパーチャ設定手段としてのアパーチャ径設定器２７が備えられている。さらに、操作部２５における図示しないキーを操作することにより、文字等のマーキング（レーザ加工）を行う際の設定情報（例えば、Ｘ軸及びＹ軸での原点位置や、マーキングする文字等の種類を入力することができる。また、操作部２５のレーザパワー設定器２６を操作することにより、レーザ加工に用いるレーザ光Ｌの出力を入力（設定）できる。即ち、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力をレーザパワー設定器２６により設定することができる。

操作部２５のアパーチャ径設定器２７を操作することによりアパーチャ１９の開口径φＤ（開口面積）を設定することができ、これによって受光素子１８へのレーザ光の通過面積が設定される。即ち、アパーチャ設定手段としてのアパーチャ径設定器２７によりアパーチャ１９の開口面積を変更可能に設定することができるようになっている。アパーチャ径設定器２７の操作に伴うアパーチャ１９の開口径（開口面積）の設定は制御装置２３により実行される。

また、操作部２５に設けられた図示しない印字スタートボタンにより、入力した設定情報（設定内容）でマーキング（レーザ加工）動作を開始させるようになっている。
コンソール７は、操作部２５の操作により入力された設定情報を示す設定信号を制御装置２３に出力するとともに、その設定情報を表示部２４に表示させる。また、コンソール７は、印字スタートボタンの押下操作に基づき、加工開始指令信号を制御装置２３に出力する。

次に、レーザマーキング装置１の作用を、図３，４を用いて説明する。レーザマーキング装置１には、レーザ光Ｌの出力をモニタするためのモニタ機能と、設定されたレーザ出力となるように制御するオートパワー機能を有している。

オペレータはコンソール７の操作部２５のレーザパワー設定器２６により加工対象物Ｗへのレーザ光の出力（パワー）を設定する。具体的には、加工対象物Ｗの材質等に応じたレーザ光の出力（パワー）を設定する。例えば、樹脂製加工対象物に対してはレーザ光の出力（パワー）を小さく設定し、ガラス製加工対象物に対してはレーザ光の出力（パワー）を大きく設定する。

また、オペレータはコンソール７の操作部２５のアパーチャ径設定器２７によりアパーチャ１９の開口径を設定する。詳しくは、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力が大きいときにはアパーチャ１９の開口径を小さくする。一方、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力が小さいときにはアパーチャ１９の開口径を大きくする。

その後、コンソール７の印字スタートボタンが押下されると、制御装置２３は、コンソール７から操作信号を入力して印字を開始する。そして、制御装置２３は、レーザ発振器１０を制御してレーザ光Ｌを出射させるとともに、メモリ２３ａに記憶した設定情報に基づき第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙを駆動制御し、加工対象物Ｗのマーキング面Ｗａに文字等をマーキングする。

また、制御装置２３は、レーザ光Ｌの出力のモニタ（監視）を開始する。
具体的には、まず、制御装置２３は、ヘッド４（Ａ／Ｄ変換器２２）から入力しているＡ／Ｄ変換器２２の出力値（Ａ／Ｄ変換値）をモニタ値として取得する。

次に、制御装置２３は、モニタ値に基づいてレーザ光Ｌの出力を取得するとともに、その取得した出力の表示を指示する信号をコンソール７に出力し、レーザ光Ｌの出力を表示部２４に表示させる。なお、モニタ値に基づきレーザ光Ｌの出力を取得するには、例えば、モニタ値と、設定されたアパーチャ１９の開口径と、設定されたレーザ光Ｌの出力を対応付けたマップデータにより取得したり、計算式により算出したりすればよい。

次に、図３を用いて、制御装置２３によるレーザ光Ｌの出力のモニタについて詳しく説明する。
図３のタイムチャートにおいて、最も上に、第１の加工対象物への「Ａ」，「Ｂ」，「Ｃ」の印字期間、次の加工対象物である第２の加工対象物への「Ａ」の印字期間を示す。つまり、ｔ２〜ｔ３の期間が第１の加工対象物への「Ａ」の印字期間、ｔ４〜ｔ５の期間が第１の加工対象物への「Ｂ」の印字期間、ｔ６〜ｔ７の期間が第１の加工対象物への「Ｃ」の印字期間、ｔ８〜ｔ９の期間が第２の加工対象物への「Ａ」の印字期間である。

図３において、以下、順に、レーザ発振器１０の出力状態、シャッタ１６の開閉動作状態、アパーチャ１９の開口面積、モニタ期間、受光素子１８の受光量を示す。
レーザ発振器１０の出力については、ｔ１以後に所定の出力レベルでレーザ光を連続的に出力する。シャッタ１６は、印字期間においては開いており、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８において閉じている。アパーチャ１９の開口面積については、印字期間においては閉じており（開口面積＝０）、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８において所定の開度（開口面積＝Ｄ１）となっている。

オペレータによりコンソール７の操作部２５のアパーチャ径設定器２７を用いてアパーチャ１９の開口径が調整されている。詳しくは、通常はアパーチャ１９の開口径を小さくして受光素子１８の前段のアパーチャ１９により迷光（反射光）の受光量を減らすことにより迷光の影響を受けにくくする。一方、レーザパワーの低いときはアパーチャ１９の開口径を大きくすることにより受光素子１８の受光量を大きくできる。つまり、低い出力（パワー）に設定されている場合には、アパーチャ１９の開口径を大きくして光の減衰量を抑える。

また、受光素子１８での受光量が飽和しないように、高い出力（パワー）に設定されている場合には、アパーチャ１９の開口径を小さくして光を大きく減衰する。
モニタ期間については、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８である。このモニタ期間において受光素子１８において所定の受光量（Ｑ１）となる。

このようにして、レーザ発振器１０から出力されるレーザ光における光路での分岐用ミラー１７よりも下流側にシャッタ１６が配置されている。また、受光素子１８によるレーザ光の検出は、レーザ発振器１０からのレーザ光の出力時におけるシャッタ１６を閉じたときである。よって、加工対象物Ｗからの反射光の影響を受けにくくなる。また、シャッタ１６を閉じた状態においてはシャッタ１６からの反射光が迷光となるが、アパーチャ１９の開口径を小さくすることによりシャッタ１６からの反射光の影響を受けにくくなる。

図４には、モニタした結果、レーザ発振器１０の出力を補正する必要がある場合を示す。
図４において、ｔ１のタイミングにおいて受光素子１８の受光量が規定値（Ｑ１）よりも所定量ΔＱだけ低いと、制御装置２３はレーザ発振器１０を制御して出力をΔＰだけ高くする。その結果、ｔ１１のタイミングで受光素子１８の受光量が所定値（Ｑ１）になる。

このように、制御装置２３は、レーザ加工期間において、モニタ値から取得されるレーザ光Ｌの出力が、コンソール７で設定した値と一致するようにレーザ発振器１０を制御する。即ち、レーザ光出力調整手段としての制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の検出結果に基づいてレーザ発振器１０のレーザ光の出力を調整する。このように構成すれば、環境変化といった外的要因が発生した場合であっても、決められた出力のレーザ光Ｌをレーザ発振器１０から出力させることができる。

また、異常信号出力手段としての制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の検出結果が規定値以下であるとき異常として異常検出信号を出力する。この異常検出信号によりコンソール７の表示部２４において異常警報ランプの点灯等が行われる。例えば、レーザ発振器１０の経年変化による劣化によりパワー不足となると、受光素子１８によるレーザ光の検出結果が規定値以下となり、異常として警報する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ユーザがレーザ出力を設定できるとともにレーザパワーをモニタできるレーザマーキング装置において、受光素子１８の前段に開口部を有するアパーチャ１９を設け、アパーチャ径設定器２７によりアパーチャ１９の開口面積を変更可能に設定する構成とした。そして、高いパワーに設定されている場合には受光素子１８での受光量が飽和しないようにアパーチャ１９の開口径を小さくして光を大きく減衰し、低いパワーが設定されている場合にはアパーチャ１９の開口径を大きくして光の減衰量を抑えるようにした。

つまり、分岐用ミラー１７と受光素子１８との間のレーザ光の光路に設けられたアパーチャ１９において、受光素子１８へのレーザ光の通過面積を調整するように開口面積を調整可能となっている。そして、高いレーザ出力となっているときにはレーザ光が大きく減衰して受光素子１８での受光量が飽和しないようにすることができる。また、低いレーザ出力となっているときにはレーザ光を多く通過させて受光素子１８での受光量を大きくして外乱の影響を受けにくくすることができる。このようにして、レーザ光の出力を設定可能なレーザマーキング装置１においてレーザ光の一部を取り出して受光素子１８を用いて検出する際に高精度に検出することができる。

（２）アパーチャ１９の開口面積は、アパーチャ径設定器２７により設定されるので、自由にアパーチャ１９の開口面積を設定することができる。
（３）制御装置２３により受光素子１８によるレーザ光の検出結果に基づいてレーザ発振器１０のレーザ光の出力を調整することができる。

（４）ヘッド４に分岐用ミラー１７、受光素子１８が配設されている。また、コントローラ２にレーザ発振器１０、及びヘッド４に配設された制御対象機器としての第１及び第２ガルバノモータ１５Ｘ，１５Ｙを制御する機器制御手段としての制御装置２３が配設されている。レーザ発振器１０から出力されたレーザ光は、ヘッド４とコントローラ２とを接続するファイバケーブル３によりヘッド４に伝送される。この構成により、レーザ発振器１０をコントローラ２に配設するとともにレーザ光をファイバケーブル３でヘッド４へ伝送するため、ヘッド４を小型化できる。また、ヘッド４へ伝送されるレーザ光の出力が、ファイバケーブル３の設置状態（取り回し、例えば、ファイバケーブル３が長くなった場合やファイバケーブル３を曲げて使用した場合）の影響を受けて低下している場合であっても、ヘッド４に分岐用ミラー１７及び受光素子１８が配置されているので、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力を正確にモニタすることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、第１の実施形態における図３に代わり、図５に示す動作が行われる。
図５において、レーザ発振器１０の出力については、ｔ１以後に所定の出力レベルでレーザ光を連続的に出力する。シャッタ１６は、印字期間においては開いており、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８において閉じている。

アパーチャ１９の開口面積については、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８において所定の開度（開口面積＝Ｄ１）となっている。また、印字期間においては所定の開度（開口面積＝Ｄ２）となっている。開口面積Ｄ２は開口面積Ｄ１よりも小さい。

好ましいモニタ期間は、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８である。このモニタ期間において受光素子１８では所定の受光量（Ｑ１）となる。モニタ期間として、印字期間ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９としてもよく、このモニタ期間において受光素子１８では所定の受光量Ｑ２（＜Ｑ１）となる。このように、印字中にモニタしてもよく、この場合、アパーチャ１９の開口部を通った光が受光素子１８に受光される。このとき、アパーチャ１９の径を小さくすることにより正規の光軸からずれた迷光は受光素子１８に至らず迷光の影響を受けにくくなる。即ち、加工対象物Ｗから反射された光が迷光となって戻ってきても、アパーチャ１９の径を小さくすることによりアパーチャ１９の開口部を通した光が受光素子１８に至りにくくなる（反射光の影響を受けにくくできる）。これにより取り出したい光のみを取り出すことができる。

このように、レーザ発振器１０から出力されるレーザ光における光路での分岐用ミラー１７よりも下流側にシャッタ１６が配置され、受光素子１８によるレーザ光の検出は、レーザ発振器１０からのレーザ光の出力時におけるシャッタ１６を開いたときである。よって、シャッタ１６からの反射光の影響を受けにくくなる。また、印字中は加工対象物（ワーク）からの反射光が迷光となるが、アパーチャ１９の開口径を小さくすることにより加工対象物（ワーク）からの反射光の影響を受けにくくなる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、第１の実施形態における図３に代わり、図６に示す動作が行われる。
図６において、レーザ発振器１０の出力については、ｔ１以後に所定の出力レベルでレーザ光を連続的に出力する。シャッタ１６は、第１の加工対象物への印字開始のｔ２から終了のｔ７までの連続する期間においては開いており、第１の加工対象物への印字終了のｔ７から第２の加工対象物への印字開始のｔ８までは閉じている。

アパーチャ１９の開口面積については、ｔ２〜ｔ７においては閉じており（開口面積＝０）、ｔ１〜ｔ２、ｔ７〜ｔ８において所定の開度（開口面積＝Ｄ１）となっている。
モニタ期間については、ｔ１〜ｔ２、ｔ７〜ｔ８である。このモニタ期間において受光素子１８において所定の受光量（Ｑ１）となる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態においては、シャッタ１６は設けられていない。また、本実施形態では、第１の実施形態における図３に代わり、図７に示す動作が行われる。
レーザ発振器１０の出力については、印字しない期間であるｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８では出力ゼロであり、印字する期間ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９においては所定の出力レベルでレーザ光を連続的に出力する。

アパーチャ１９の開口面積については、印字する期間と印字しない期間に関係なく所定の開度（開口面積＝Ｄ１）となっている。
モニタ期間については、印字する期間であるｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９である。このモニタ期間において受光素子１８において所定の受光量（Ｑ１）となる。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態を、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、図８に示すように、一文字の印字の途中にモニタしている。
図８において、（ａ）に示すように「Ａ」を印字するとき、まず（ｂ）に示すように「Λ」を印字し、その後の（ｃ）においてモニタし、その後の（ｄ）において「−」を印字して「Ａ」とする。
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態を、第１〜第５の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態においては、アパーチャ径設定器２７は設けられていない。また、制御装置２３は図９に示すマップを記憶している。図９において横軸はレーザ出力設定値をとり、縦軸はアパーチャ１９の開口面積をとっている。特性線Ｌ１は、レーザ出力設定値が小さいとアパーチャ１９の開口面積が大きく、レーザ出力設定値が大きくなるにしたがいアパーチャ１９の開口面積が小さくなる特性線である。

制御装置２３は、コンソール７の操作部２５のレーザパワー設定器２６によるレーザ出力設定値を入力して、図９のマップ（特性線Ｌ１）を参照してアパーチャ１９の開口面積を算出して、算出した開口面積となるようにアパーチャ１９の開口径を調整する。即ち、アパーチャ１９の径（開口面積）は、レーザパワー設定器２６による加工対象物Ｗへのレーザ光の出力の設定値により設定される。つまり、アパーチャ設定手段としての制御装置２３は、レーザ光出力設定手段としてのレーザパワー設定器２６による加工対象物Ｗへのレーザ光の出力の設定値に応じてアパーチャ１９の開口面積を変更する。

これにより、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力が大きいときにはアパーチャ１９の開口径が小さくされ、加工対象物Ｗへのレーザ光の出力が小さいときにはアパーチャ１９の開口径が大きくされる。

以上のごとく本実施形態では、アパーチャ１９の開口面積は、レーザパワー設定器２６による加工対象物Ｗへのレーザ光の出力の設定値により設定されるので、自動的にアパーチャ１９の開口面積を設定することができる。
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態を、第６の実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態では、図１０に示す動作が行われる。
図１１に示す受光素子の出力特性において、レーザ出力が少ないときには受光量も少ないので、ＳＮ比が大きくなる。そこで、本実施形態では、レーザ出力が少ないときには受光量を大きくすべくアパーチャ１９の開口面積を大きくする。

例えば、受光量がＱ１０と小さい場合にはアパーチャ１９の開口面積を大きくして受光量をＱ１と大きくして受光量をモニタする。
図１０において、ｔ１のタイミングでモニタする。このとき、アパーチャ１９の開口面積（径）は小さな値（Ｄ１０）となっている。制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の受光量が一定（図１０ではＱ１）となるようにアパーチャ１９の開口面積を調整する。図１０のｔ２０のタイミングにおいて受光素子１８の受光量（アパーチャの開口面積）が一定になる。

このように、制御手段としての制御装置２３は、レーザパワー設定器２６によって設定されたレーザ光の出力値にかかわらず受光素子１８によるレーザ光の受光量が一定となるようにアパーチャ１９の径（開口面積）を調整する。

このようにして、図１０において、制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の受光量を増やすことにより受光素子１８によるレーザ光の受光量が一定となるようにアパーチャ１９の径（開口面積）を調整する。これにより、モニタ期間において受光量が大きい状態でのモニタを行うことができる。つまり、図１１において、レーザ出力が少ないときにはアパーチャ１９の開口面積を大きくすることによって受光量を大きくしてＳＮ比の向上を図ることができる（ＳＮ比が大きくなるのを防止することができる）。

また、図１０のｔ１のタイミングで受光素子１８の受光量が大きいと、制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の受光量を減らすことにより受光素子１８によるレーザ光の受光量が一定となるようにアパーチャ１９の径（開口面積）を調整するようにしてもよい。これにより、受光素子１８における受光量の飽和領域に入るのを回避することができる。

また、異常信号出力手段としての制御装置２３は、受光素子１８によるレーザ光の受光量が一定とならないとき異常として異常検出信号を出力する。この異常検出信号によりコンソール７の表示部２４において異常警報ランプの点灯等が行われる。例えば、レーザ発振器１０の経年変化による劣化によりパワー不足となると、受光素子１８によるレーザ光の受光量が低下する。これにより、その値以上に受光量が復帰できないので（目標値に一定にならないので）、異常として警報する。また、レーザ発振器１０が異常発振している場合に目標値に収束させることができないので、異常として警報する。

以上のごとく本実施形態においては、受光素子１８の出力特性における好ましい受光領域を使用できるアパーチャ１９の開口面積に調整することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・上記実施形態において、コントローラ２、ヘッド４、及びコンソール７のうち少なくとも２つを一体に形成したレーザ加工装置としてもよい。例えば、コントローラ２とヘッド４を一体に形成してもよく、全てを一体に形成してもよい。

・上記実施形態において、第１オペアンプ２０、及び第２オペアンプ２１の何れかを省略してもよい。
・上記実施形態において、異なるレーザ加工装置に具体化してもよい。例えば、レーザ溶接機、レーザ穴あけ機、及びレーザ切断機などに具体化してもよい。

１…レーザマーキング装置、２…コントローラ、３…ファイバケーブル、４…ヘッド、１０…レーザ発振器、１５Ｘ…第１ガルバノモータ、１５Ｙ…第２ガルバノモータ、１６…シャッタ、１７…分岐用ミラー、１８…受光素子、１９…アパーチャ、２３…制御装置、２６…レーザパワー設定器、２７…アパーチャ径設定器、Ｌ…レーザ光、Ｗ…加工対象物。

Claims

加工対象物に照射するためのレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の一部を分岐して取り出すための分岐手段と、
前記分岐手段により取り出されたレーザ光を検出する受光素子と、
前記加工対象物への前記レーザ光の出力を設定するレーザ光出力設定手段と、
前記分岐手段と前記受光素子との間のレーザ光の光路に設けられる開口部を有するアパーチャと、
前記レーザ光出力設定手段による前記加工対象物への前記レーザ光の出力の設定値に応じて前記アパーチャの開口面積を変更するアパーチャ設定手段と、
前記レーザ光出力設定手段によって設定されたレーザ光の出力値にかかわらず前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整する制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
前記制御手段は、前記受光素子によるレーザ光の受光量を増やすことにより前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記制御手段は、前記受光素子によるレーザ光の受光量を減らすことにより前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定となるように前記アパーチャの開口面積を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記制御手段において前記受光素子によるレーザ光の受光量が一定とならないとき異常として異常検出信号を出力する異常信号出力手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
ヘッド部に前記分岐手段、前記受光素子が配設されるとともに、
本体部に前記レーザ発振器、及び前記ヘッド部に配設された制御対象機器を制御する機器制御手段が配設され、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光は、前記ヘッド部と前記本体部とを接続する光ファイバにより前記ヘッド部に伝送されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。