JP7340733B2 - レーザ加工ヘッドおよびこれを用いたレーザ加工システム - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工ヘッドおよびこれを用いたレーザ加工システムに関し、とりわけ高出力のレーザ光を被加工材（ワーク）へ照射したときに生じる粉塵（スパッタまたはヒューム）による保護ガラスの汚れを検出するように構成されたレーザ加工ヘッドおよびこれを用いたレーザ加工システムに関する。

レーザ加工システムに用いられるレーザ加工ヘッドは、レーザ発振装置から発振された高出力のレーザ光を集光する集光レンズを有する。集光レンズはレーザ光のエネルギ密度をさらに増大し、被加工材に照射して、被加工材を加工（溶接、溶断、穿孔）する。このとき、被加工材から生じたスパッタまたはヒューム（例えば蒸散した金属亜鉛粒子等）が周囲環境に飛散し、集光レンズの表面を汚染することがある。スパッタまたはヒュームが集光レンズに付着して汚染されると、集光レンズの光学的特性（光透過率等）が低減し、被加工材に照射されるレーザ光の強度が低減する。そこで、レーザ加工ヘッドは、通常、スパッタまたはヒュームなどの汚染物質から集光レンズを保護するための保護ガラスを備えている。

例えば特許文献１には、スパッタまたはヒュームなどの汚染物質（粉塵）から集光レンズを保護するための保護ガラスを備えるとともに、その保護ガラスに付着した汚れを検出するための汚れ検出手段を備えたレーザ加工ヘッドが記載されている。また特許文献１のレーザ加工ヘッドは、エアー噴出手段から噴出されるエアーで汚れ物質を吹き飛ばすことにより、エアー下流側（周縁部）の保護ガラスへの汚れ物質の付着を抑制することが記載されている。

また特許文献１には、複数の点光源から保護ガラスに向けて斜め上方に照射された検出光が汚れ物質の付着した保護ガラスで乱反射した場合に、保護ガラスの周縁に配置された汚れ検出手段（光センサに接続された光ファイバ）を用いて乱反射光を検出する。そして、その検出値が予め設定された基準値より大きくなったとき、保護ガラスを交換することが記載されている。

特開２０１３－０５２４４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の汚れ検出手段は、保護ガラスの周縁（保護ガラスとほぼ同一の高さ位置）に配置されているため、保護ガラスに付着した汚れ物質からの乱反射光の強度は小さく、その検出値も低いため、保護ガラスに付着した汚れ物質を必ずしも精度よく検出することはできなかった。また汚れ検出手段の上記配置に起因して、汚れ検出手段が複数の点光源からの照明光または反射光を直接に検出しやすく、さらに保護ガラスの下方で浮遊するスパッタまたはヒュームなどの汚染物質で散乱した光（外乱光）の影響を受けやすいものである。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、従来とは異なる方法で汚染物質の付着の程度を検出するように構成されたレーザ加工ヘッドおよびこれを用いたレーザ加工システムを提供するものである。

本開示に係る第１の態様は、レーザ加工ヘッドに関し、このレーザ加工ヘッドは、加工レーザ光の光路を含む筐体と、筐体に着脱自在に固定されるとともに、加工レーザ光が通過し、加工レーザ光の照射により生じた被加工材の粉塵が筐体内に侵入することを抑制する透明保護部と、透明保護部の温度を検出する温度センサと、を備えるレーザ加工ヘッドであって、透明保護部は、加工レーザ光が通過する部分を含むガラス板を有し、ガラス板は、加工レーザ光が通過する露光領域と、加工レーザ光が通過しない非露光領域とを含み、温度センサは、非露光領域におけるガラス板の温度を光学的に検出し、筐体は、露光領域におけるガラス板から温度センサに入射する光を遮る遮光部を有する。

本開示に係る第２の態様は、レーザ加工システムに関し、このレーザ加工システムは、加工レーザ光の光路を含む筐体と、筐体に着脱自在に固定されるとともに、加工レーザ光が通過し、加工レーザ光の照射により生じた被加工材の粉塵が筐体内に侵入することを抑制する透明保護部と、透明保護部の温度を検出する温度センサと、加工レーザ光源および温度センサに接続された制御部と、を備えるレーザ加工システムであって、透明保護部は、加工レーザ光が通過する部分を含むガラス板を有し、ガラス板は、加工レーザ光が通過する露光領域と、加工レーザ光が通過しない非露光領域とを含み、温度センサは、非露光領域におけるガラス板の温度を光学的に検出し、筐体は、露光領域におけるガラス板から温度センサに入射する光を遮る遮光部を有する。

本開示の一態様に係るレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工システムによれば、汚染物質（粉塵）が付着した透明保護部に加工レーザ光が照射されて加熱されたときの温度を用いて、透明保護部に付着した汚染物質の程度を検出することができる。すなわち、本開示の一態様に係るレーザ加工ヘッドおよびレーザ加工システムによれば、従来とは異なる方法で透明保護部に付着した汚染物質の程度を検出することができる。

実施の形態１に係るレーザ加工システムの概略的構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るレーザ加工ヘッドの構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る透明保護部を示す平面図である。

まず、本開示の一態様に係るレーザ加工システム１の概略的構成を説明する。本開示の一態様に係るレーザ加工システム１は、加工レーザ光源（単に「レーザ光源」ともいう。）１４と、加工レーザ光源１４からの加工レーザ光（単に「レーザ光」ともいう。）ＬＢの光路を含む筐体３０と、筐体３０に着脱自在に固定されるとともに、加工レーザ光ＬＢが通過し、加工レーザ光ＬＢの照射により生じた被加工材Ｗの粉塵が筐体３０内に侵入することを抑制する透明保護部４０と、透明保護部４０の温度を検出する温度センサ７０と、加工レーザ光源１４および温度センサ７０に接続された制御部１２と、を備える。例えば、温度センサ７０が検出した透明保護部４０の温度が許容可能な温度を超えた場合に、制御部１２は、透明保護部４０の温度が許容可能な温度（または許容可能なガラス板５０の汚れ度合い）を超えたと判定することができる。したがって、透明保護部４０の交換をユーザに促すことができる。

また、加工レーザ光ＬＢは、近赤外光であり、透明保護部４０は、加工レーザ光ＬＢが通過する部分を有するガラス板５０を有し、温度センサ７０は、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光のピーク波長を検出して、ガラス板５０の温度を光学的に検出する赤外放射温度計を含むものであってもよい。加工レーザ光ＬＢがガラス板５０に付着した被加工材Ｗで反射したとしても、温度センサ７０は、反射光（近赤外光）と検出すべき遠赤外線光（黒体放射光）とは明確に区別することができる。したがって、制御部１２は、より確実に、かつより高い信頼性で透明保護部４０に付着した汚染物質の程度を検出することができる。すなわち、透明保護部４０の温度が許容可能な温度（または許容可能なガラス板５０の汚れ度合い、ひいては透明保護部４０の交換時期）を超えたことを高い精度で検出することができる。

また、ガラス板５０は、加工レーザ光ＬＢが通過する露光領域５２と、加工レーザ光ＬＢが通過しない非露光領域５４とを含み、温度センサ７０は、非露光領域５４におけるガラス板５０の温度を光学的に検出してもよい。ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵に加工レーザ光ＬＢが照射されて、ガラス板５０の一部が局所的に加熱された場合でも、より均一な温度を有する傾向が高い非露光領域５４におけるガラス板５０の温度を光学的に検出できる。これにより、ガラス板５０に付着する被加工材Ｗの粉塵のばらつき（不均一性）による温度の検出誤差を極力抑えることができる。

また、筐体３０は、露光領域５２におけるガラス板５０から温度センサ７０に入射する光を遮る遮光部７２を有してもよい。これにより、高出力の加工レーザ光ＬＢの反射光から、温度センサ７０の構成部品を保護し、温度センサ７０の長期信頼性を担保することができる。

また、透明保護部４０は、加工レーザ光ＬＢが通過する部分を含むガラス板５０と、ガラス板５０を保持するフレーム６０とを有し、温度センサは、フレーム６０の温度を電気的に検出することにより、ガラス板５０の温度を検出してもよい。光学的に透明保護部４０の温度を検出する上記温度センサ７０と同様、フレーム６０の温度を電気的に検出することにより間接的に検出された透明保護部４０の温度に基づいて、制御部１２は、透明保護部４０の汚れ度合いおよび／または交換時期を判定することができる。

また、レーザ加工システム１は、制御部１２に接続された表示部をさらに備え、制御部１２は、温度センサ７０で検出された透明保護部４０の温度を表示部に表示させ、または加工レーザ光ＬＢを照射して生じた被加工材Ｗの粉塵が透明保護部４０に付着したことによる、被加工材Ｗに照射される加工レーザ光ＬＢの出力低減率を表示部に表示させるものであってもよい。これにより、ユーザは、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵により吸収された加工レーザ光ＬＢの強度と加工レーザ光ＬＢの出力強度との相対値（出力が低下する度合いを示す出力低減率）を知ることができる。

また、レーザ加工システム１は、制御部１２に接続された入力部をさらに備え、制御部１２は、加工レーザ光ＬＢを照射して生じた被加工材Ｗの粉塵が透明保護部４０に付着したことによる、被加工材Ｗに照射される加工レーザ光ＬＢの出力低減率の設定値を、入力部を介して受け付けるものであってもよい。これにより、被加工材Ｗに照射される加工レーザ光ＬＢの検出された出力低減率と予め設定した出力低減率の設定値とを比較することで、ユーザが求める費用対効果に即して、透明保護部４０の交換時期をユーザに通知することができる。

［実施の形態１］
添付図面を参照して本開示に係るレーザ加工ヘッドおよびこれを用いたレーザ加工システムの実施の形態を以下説明する。各実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（たとえば「前後」および「左右」等）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものでない。なお各図面において、レーザ加工ヘッドの各構成部品の形状または特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示し、必ずしも同一の縮尺比で表したものではない。

図１～図３を参照しながら、実施の形態１に係るレーザ加工システム１を説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザ加工システム１の概略的構成を示すブロック図である。レーザ加工システム１は、概略、レーザ発振装置１０と、プロセスファイバ（図示せず）を介して接続されたレーザ加工ヘッド２０とを備える。レーザ発振装置１０は、制御部１２と、これに電気的に接続されたレーザ光源１４と、表示入力部１６（ユーザインターフェイス装置）とを備える。またレーザ加工ヘッド２０は、詳細後述する温度センサ７０を有し、同様にレーザ発振装置１０の制御部１２に電気的に接続されている。

レーザ光源１４は、被加工材（ワーク）Ｗにレーザ光（加工レーザ光）ＬＢを照射して被加工材Ｗを溶接、溶断、穿孔するものである。以下では、一例として高出力（１ｋＷ以上）のレーザ光ＬＢを出力するダイレクト・ダイオード・レーザ（ＤＤＬ）光源であるものとする。またレーザ光源１４からのレーザ光ＬＢは、一例として、近赤外光であって、そのピーク波長は９７５ｎｍ（０．９７５μｍ）であるものとする。

なお赤外線は、波長によって３つの領域に区分され、典型的には、近赤外光（０．７８μｍ～２μｍ）、中赤外光（２μｍ～４μｍ）、および遠赤外光（４μｍ～１０００μｍ）に区分されている。これらのレーザ光の波長領域をレーザ光ＬＢの波長として用いても良い。なお、後述する温度センサ７０が温度を光学的に検出する赤外放射温度計である場合、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢのレーザ光の波長領域は、温度センサ７０が温度を光学的に検出する赤外線の検出波長とは、異なることが望ましい。

表示入力部１６は、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢの強度をユーザにより調整可能な入力手段（入力部）と、温度センサ７０からの温度データをユーザに表示するための表示手段（表示部）とを有し、例えば汎用タッチパネルである。なお、本開示の一態様に係る表示入力部１６は、汎用タッチパネルに限らず、レーザ光ＬＢの強度を調整するため、ユーザが強度を入力し、温度センサ７０からの温度データをユーザに表示する任意のユーザインターフェイス装置であってよく、表示部（例えば、ディスプレイ）と入力部（例えば、キーボード）とを別々に備えるものであってもよい。

図２は、実施の形態１に係るレーザ加工ヘッド２０の構成を示す概略図である。レーザ加工ヘッド２０は、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢを伝送するプロセスファイバ（図示せず）の入射コネクタ（図示せず）に接続され、レーザ光ＬＢが入射される入射端３２と、被加工材Ｗにレーザ光ＬＢを出射（照射）する出射端３４とを有する筐体３０を備える。すなわち筐体３０は、入射端３２と出射端３４との間で、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢの光路を含む。

またレーザ加工ヘッド２０は、筐体３０の内部において、入射端３２から入射したレーザ光ＬＢを平行光にするコリメータレンズ３６と、その平行光を集光する集光レンズ３８と、レーザ光ＬＢの照射により生じた被加工材Ｗの粉塵（スパッタまたはフューム）が筐体３０の内部に侵入することを抑制する透明保護部４０とを有する。すなわち透明保護部４０は、筐体３０内の各構成部品（特に集光レンズ３８）を被加工材Ｗの粉塵から保護するものである。

さらにレーザ加工ヘッド２０の筐体３０は、詳細図示しないが、透明保護部４０を着脱自在に嵌め込むことができる（着脱自在に固定可能な）スリットを有する。上述のように、透明保護部４０は、筐体３０内の各構成部品を被加工材Ｗの粉塵から保護するものであるため、スリット内に嵌め込まれたとき、筐体３０との間に隙間が形成されないような形状および寸法を有することが好ましい。

図３は、実施の形態１に係る透明保護部４０を示す平面図である。透明保護部４０は、石英ガラス等で形成されたガラス板５０と、ガラス板５０の周囲を固定するフレーム６０とを有する。フレーム６０は、耐熱性を有する任意の材料で構成されていてもよいが、強度が大きく導電性を有する金属（ＳＵＳ等の鋼）であることが好ましい。透明保護部４０は、矢印Ａに示す方向に筐体３０のスリット内に挿入される。以下の説明の便宜上、図３において、フレーム６０は、前端部６２、後端部６４、右側部６６および左側部６８を含み、ガラス板５０は、レーザ光ＬＢが通過する露光領域５２と、レーザ光ＬＢが通過しない非露光領域５４とを含むものとする。

レーザ光源１４は、例えば１ｋＷ以上の高出力のレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射して被加工材Ｗを加工するものである。高出力のレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射すると、被加工材Ｗの蒸散した組成物または粉塵（例えば亜鉛蒸気）が、レーザ加工ヘッド２０の筐体３０に取り付けられた透明保護部４０に付着する。透明保護部４０に付着した被加工材Ｗの粉塵は不透明であり、その露光領域５２に付着した被加工材Ｗの粉塵はレーザ光源１４からのレーザ光ＬＢを吸収する。その結果、露光領域５２における透明保護部４０を加熱するとともに、被加工材Ｗに照射されるレーザ光ＬＢの強度を低減させてしまう。

例えば、レーザ光源１４から１０００Ｗに相当する強度のレーザ光ＬＢを出力した場合において、被加工材Ｗの粉塵が１００Ｗに相当する強度のレーザ光ＬＢを吸収したとき、９００Ｗに相当する強度のレーザ光ＬＢが被加工材Ｗに照射されることとなる（出力低減率は１０％になる）。そのため、所望の加工速度および加工精度が得られないばかりか、透明保護部４０を著しく劣化させ、筐体３０内の構成部品を許容温度以上の高温に晒すことになる。

ところで、ガラス板５０の質量が約５ｇであり、その比熱が約０．６７Ｊ／ｇＫである場合、ガラス板５０の温度を１Ｋだけ上昇させるのに必要な熱容量は約３．３５Ｊである。このとき１００Ｗ（当初のレーザ出力強度の１０％）に相当するレーザ光ＬＢが被加工材Ｗの粉塵に吸収されて、透明保護部４０のガラス板５０のみを加熱すると仮定した場合、ガラス板５０は約５０℃（室温が２０℃）まで加熱される。

そこで、実施の形態１に係るレーザ加工ヘッド２０は、図２に示すように、筐体３０に取り付けられた温度センサ７０を備え、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢが被加工材Ｗに照射されることなく、被加工材Ｗの粉塵により吸収されるレーザ光ＬＢの強度（またはレーザ光ＬＢの出力低減率）を検出するように構成されている。

次に、実施の形態１に係る温度センサ７０について詳細に説明する。温度センサ７０は、透明保護部４０のガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光（ピーク波長）を検出することにより、ガラス板５０の温度を光学的に検出する赤外放射温度計である。温度センサ７０（赤外放射温度計）は、詳細図示しないが、例えば、光を電気に変換する任意の光検出器（フォトディテクタ、フォトダイオード、フォトマル）と、特定の波長帯域の光を透過させるバンドバスフィルタとを有するものであってもよい。また温度センサ７０は、ガラス板５０の温度を光学的に測定して、カラー画像として表示するサーモグラフィであってもよい。

以下では、一例として、温度センサ７０は、フォトディテクタ（ＰＤ）を有し、例えば８．８３μｍ～９．１１μｍの波長帯域の光を透過させるバンドバスフィルタを介して、粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光を受光するものとして説明する。すなわち、温度センサ７０は、バンドバスフィルタを透過した８．８３μｍ～９．１１μｍの波長帯域の光の強度に応じた電気信号を出力する。

透明保護部４０のガラス板５０に被加工材Ｗの粉塵が付着していない場合、ほとんどのレーザ光ＬＢは、ガラス板５０を透過（通過）して被加工材Ｗに照射されるので、ガラス板５０の温度は室温（例えば２０℃）と同等である。しかし、レーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射し続けて、被加工材Ｗの粉塵が透明保護部４０のガラス板５０のより広い面積に蓄積されるほど（汚れが酷くなるほど）、ガラス板５０を透過するレーザ光ＬＢの損失が大きくなりガラス板５０の温度は上昇する。

一方、黒体放射（黒体からの輻射）のピークの波長が温度に反比例するという法則であるウィーンの変位則によれば、黒体放射により生じる遠赤外線光のピーク波長（λ）は絶対温度（Ｔ）を用いて次式で表される。

［数１］
λ＝２８９７／Ｔ
ここで、ピーク波長（λ）の単位はミクロン（μｍ）であり、絶対温度Ｔの単位はケルビン（Ｋ）である。

このとき、温度センサ７０は、被加工材Ｗの粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光が約８．８３μｍ～約９．１１μｍの波長帯域に光の強度が最大となるピーク波長を有する光であるとき、すなわちガラス板５０の温度が約４５℃～約５５℃であるとき（室温は２０℃（２９３Ｋ）とする）、温度センサ７０から出力される電気信号は著しく増大する。すなわち、新しい透明保護部４０をレーザ加工ヘッド２０に装着した後、レーザ光ＬＢの被加工材Ｗへの照射に伴い、粉塵のガラス板５０への付着度（汚染度）は増大し、温度センサ７０から制御部１２に出力される電気信号は増大する。したがって、ピーク波長が所定値より減少し、温度センサ７０が約８．８３μｍ～約９．１１μｍの波長帯域のピーク波長を検出したとき、制御部１２は、ガラス板５０の温度が約４５℃～約５５℃に達したと判定することができる。そして、制御部１２は、表示入力部１６を介して、このガラス板５０の温度（約４５℃～約５５℃）を表示する。

なお、バンドバスフィルタの光を透過させる波長帯域は、上記のものに限定されず、例えばガラス板５０の約５０℃±０．５℃の温度に対応する波長帯域であってもよい。このとき制御部１２は、ガラス板５０が昇温した温度範囲をより細かく（より精度よく）検出することができる。また、検出したい複数の温度それぞれに対応する波長帯域のバンドバスフィルタを温度センサ７０に設けて、制御部１２は、レーザ光ＬＢの照射後のガラス板５０の温度の経時的変化をより精緻にモニタしてもよい。これにより、制御部１２は、表示入力部１６を介して、ガラス板５０の温度をユーザに随時表示するようにしてもよいし、ガラス板５０の汚れ度合いや透明保護部４０の交換時期または交換時期の予兆をユーザに通知するように表示してもよい。

また、温度センサ７０が、例えば所定値としての約８．８３μｍ～約９．１１μｍの波長帯域のピーク波長より減少したピーク波長を検出したとき、制御部１２は、例えば当初のレーザ光ＬＢの１０％を超える強度のレーザ光ＬＢが透明保護部４０のガラス板５０で吸収される（出力低減率が１０％を超える）と判定できる。そして、制御部１２は、表示入力部１６を介して、この出力低減率（例えば、１０％、１０％を超える等）を表示する。なお、この際、透明保護部４０を交換すべきである旨、または交換する時期が近づいている旨を、表示入力部１６を介してユーザに表示してもよい。

またユーザは、表示入力部１６を介して、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵により吸収されたレーザ光ＬＢの強度とレーザ光ＬＢの出力強度との相対値（出力低減率、例えば１０％）を設定値として入力して、制御部１２は、入力された出力低減率に達したときに、表示入力部１６を介してユーザにその旨を表示してもよい。これにより、被加工材Ｗに照射される加工レーザ光ＬＢの検出された出力低減率と予め設定した出力低減率の設定値とを比較することで、ユーザが求める費用対効果に即して、透明保護部４０の交換時期をユーザに通知することができる。なお、ユーザが任意の出力低減率を入力できるようにした場合、それぞれの出力低減率に対応する波長帯域のバンドバスフィルタを温度センサ７０に設ける必要がある。

なお表示入力部１６は、上記説明では、交換時期を視覚的にユーザに表示するものを例示したが、これに限定されるものではなく、ブザー等の音響的手段を用いて交換時期をユーザに通知してもよい。

上述のとおり、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢは、例えば９７５ｎｍ（０．９７５μｍ）のピーク波長を有する近赤外光であるのに対し、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵から黒体放射光は、たとえば約８．８３μｍ～約９．１１μｍの波長帯域を有する遠赤外線光である。前掲特許文献１では、検出される反射光と外乱光（ともに近赤外光）の波長が同じであるために、誤検出を起こしやすい。しかし、本開示によれば、レーザ光ＬＢがガラス板５０に付着した被加工材Ｗで反射したとしても、反射光（近赤外光）と検出すべき遠赤外線光（黒体放射光）とは明確に区別することができる。したがって、透明保護部４０の温度、すなわちガラス板５０の汚れ度合い（ひいては透明保護部４０の交換時期）を高い精度で検出することができる。

また、被加工材Ｗの粉塵は、ガラス板５０に必ずしも均一に付着するものではなく、ガラス板５０の一部に付着するために、ガラス板５０の露光領域５２の一部が高出力のレーザ光ＬＢによって加熱され、局所的に高温になる場合がある。またガラス板５０は、熱伝導率が低く、ガラス板５０の露光領域５２と非露光領域５４は連続しているので、露光領域５２で生じた熱が非露光領域５４に伝わり、非露光領域５４におけるガラス板５０は、より均一な温度を有する傾向が高い。そこで、温度センサ７０は、非露光領域５４におけるガラス板５０の温度を光学的に検出するように構成されることが好ましい。具体的には、温度センサ７０に入射する遠赤外線光の光軸が非露光領域５４に指向するように温度センサ７０を配置してもよい。こうして、ガラス板５０に付着する被加工材Ｗの粉塵のばらつき（不均一性）による温度の検出誤差を極力抑えることができる。

ところで、本開示に係る温度センサ７０（赤外放射温度計）は、上述のように、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵で反射した反射光を検出することはないが、高出力のレーザ光ＬＢの反射光の強度（光エネルギ）は、遠赤外線光（黒体放射光）に比して極めて大きい。したがって、例えば温度センサ７０を構成するバンドバスフィルタが、高い光エネルギを有する反射光に長時間晒されることにより、加熱されて変質し、所望の光学的特性を損なう場合がある。そこで、本開示に係るレーザ加工ヘッド２０は、図２に示すように、露光領域５２におけるガラス板５０から温度センサ７０に反射するレーザ光ＬＢの直接的な反射光を遮るために、温度センサ７０とガラス板５０の露光領域５２との間に、筐体３０の内壁から延びる遮光部７２を設けてもよい。こうして高出力のレーザ光ＬＢの反射光から、温度センサ７０の構成部品を保護し、温度センサ７０の長期信頼性を担保することができる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１の温度センサ７０は、透明保護部４０のガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光（ピーク波長）を検出することにより、ガラス板５０の温度を光学的に検出する赤外放射温度計であるものとして上記説明した。しかし、本開示に係る温度センサは、ガラス板５０の温度を電気的に検出するものであってもよい。

一般に、ガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵にレーザ光ＬＢが照射されると、ガラス板５０が加熱され、さらにガラス板５０の周囲を固定するフレーム６０に熱が伝わり、フレーム６０が間接的に加熱される。したがって、フレーム６０の温度を検出することにより、ガラス板５０の温度を間接的に検出することができる。

変形例に係る温度センサは、例えばフレーム６０の前端部６２または後端部６４に配置されたサーミスタまたは熱電対であってもよい。択一的には、変形例に係る温度センサは、導電性を有するフレーム６０の右側部６６および左側部６８に接続された端子間の電気抵抗を検出することによりフレーム６０の温度を検出してもよい。このように、制御部１２は、間接的に検出されたガラス板５０の温度に基づいて、実施の形態１と同様、ガラス板５０の汚れ度合いや透明保護部４０の交換時期を判定することができる。

［その他の例］
実施の形態１および上記変形例では、レーザ光源１４は、ダイレクト・ダイオード・レーザ（ＤＤＬ）光源であり、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢは、近赤外光であって、そのピーク波長は９７５ｎｍであるものとして説明したが、これに限られない。すなわち、レーザ光源１４は、ＤＤＬ光源の他の波長の光でもよく、またＤＤＬ光源以外の光源でもよく、レーザ光源１４からのレーザ光ＬＢは、透明保護部４０のガラス板５０に付着した被加工材Ｗの粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光と明確に区別できる波長の光であればよい。言い換えるとレーザ光源１４からのレーザ光ＬＢのレーザ光の波長領域は、温度センサ７０が温度を光学的に検出する赤外線の検出波長との誤検出を防ぐため、異なることが望ましい。

本開示は、透明保護部（ガラス板）に付着した汚染物質の程度を、より高い信頼性で検出するレーザ加工ヘッドに適用することができる。

１ レーザ加工システム
１０ レーザ発振装置
１２ 制御部
１４ レーザ光源（加工レーザ光源）
１６ 表示入力部（ユーザインターフェイス装置）
２０ レーザ加工ヘッド
３０ 筐体
３２ 入射端
３４ 出射端
３６ コリメータレンズ
３８ 集光レンズ
４０ 透明保護部
５０ ガラス板
５２ 露光領域
５４ 非露光領域
６０ フレーム
６２ 前端部
６４ 後端部
６６ 右側部
６８ 左側部
７０ 温度センサ
７２ 遮光部
Ｗ 被加工材（ワーク）
ＬＢ レーザ光（加工レーザ光）

Claims (6)

1. 加工レーザ光の光路を含む筐体と、
   前記筐体に着脱自在に固定されるとともに、前記加工レーザ光が通過し、前記加工レーザ光の照射により生じた被加工材の粉塵が前記筐体内に侵入することを抑制する透明保護部と、
   前記透明保護部の温度を検出する温度センサと、を備えるレーザ加工ヘッドであって、
   前記透明保護部は、前記加工レーザ光が通過する部分を含むガラス板を有し、
   前記ガラス板は、前記加工レーザ光が通過する露光領域と、前記加工レーザ光が通過しない非露光領域とを含み、
   前記温度センサは、前記非露光領域における前記ガラス板の温度を光学的に検出し、
   前記筐体は、前記露光領域における前記ガラス板から前記温度センサに入射する光を遮る遮光部を有する、
   レーザ加工ヘッド。
2. 前記加工レーザ光は、近赤外光であり、
   前記温度センサは、前記ガラス板に付着した前記被加工材の前記粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光のピーク波長を検出して、前記ガラス板の温度を光学的に検出する赤外放射温度計を含む、
   請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
3. 加工レーザ光の光路を含む筐体と、
   前記筐体に着脱自在に固定されるとともに、前記加工レーザ光が通過し、前記加工レーザ光の照射により生じた被加工材の粉塵が前記筐体内に侵入することを抑制する透明保護部と、
   前記透明保護部の温度を検出する温度センサと、
   前記加工レーザ光源および前記温度センサに接続された制御部とを備えるレーザ加工ヘッドであって、
   前記透明保護部は、前記加工レーザ光が通過する部分を含むガラス板を有し、
   前記ガラス板は、前記加工レーザ光が通過する露光領域と、前記加工レーザ光が通過しない非露光領域とを含み、
   前記温度センサは、前記非露光領域における前記ガラス板の温度を光学的に検出し、
   前記筐体は、前記露光領域における前記ガラス板から前記温度センサに入射する光を遮る遮光部を有する、
   レーザ加工システム。
4. 前記加工レーザ光は、近赤外光であり、
   前記温度センサは、前記ガラス板に付着した前記被加工材の前記粉塵から黒体放射により生じる遠赤外線光のピーク波長を検出して、前記ガラス板の温度を光学的に検出する赤外放射温度計を含む、
   請求項３に記載のレーザ加工システム。
5. 前記制御部に接続された表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記温度センサで検出された前記透明保護部の前記温度を前記表示部に表示させ、または前記加工レーザ光を照射して生じた前記被加工材の前記粉塵が前記透明保護部に付着したことによる、前記被加工材に照射される前記加工レーザ光の出力低減率を前記表示部に表示させる、
   請求項３に記載のレーザ加工システム。
6. 前記制御部に接続された入力部をさらに備え、
   前記制御部は、前記加工レーザ光を照射して生じた前記被加工材の前記粉塵が前記透明保護部に付着したことによる、前記被加工材に照射される前記加工レーザ光の出力低減率の設定値を、前記入力部を介して受け付ける、
   請求項３～５いずれか一項に記載のレーザ加工システム。

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