特開 2024-174649 レーザヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置、レーザヘッドの保護方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174649

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】レーザヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置、レーザヘッドの保護方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092583

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉村 秀行

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 一聡

(72)【発明者】

【氏名】高橋 渉

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD07

4E168AD11

4E168BA00

4E168CA11

4E168EA17

4E168EA24

4E168KA15

(57)【要約】

【課題】簡便な構成で確実に自身の温度上昇を抑制可能なレーザヘッドを提供する。
【解決手段】レーザヘッド５０は、筐体５１とシールドユニット４０と状態検出回路３０とを備えている。状態検出回路３０は、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２と演算部３４とを有している。シールドユニット４０は、筐体５１に対して着脱可能に取り付けられている。ホルダ４２には、温度検出器３１が取り付けられている。筐体５１には、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態を検出する挿入検知スイッチ３２が取り付けられている。演算部３４は、温度検出器３１の出力信号に基づいてレーザヘッド５０の温度を算出する。温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とは直列に接続されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に複数の光学部品を有する筐体と、前記筐体に対して着脱可能に取り付けられたシールドユニットと、を少なくとも備え、受け取ったレーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドであって、
前記レーザヘッドは、前記レーザヘッドの温度に関する状態と前記筐体に対する前記シールドユニットの装着状態とを検出する状態検出回路をさらに備え、
前記シールドユニットは、保護ガラスと、前記保護ガラスを保持するホルダとを有し、
前記ホルダには、前記レーザヘッドの温度を検出する温度検出器が取り付けられており、
前記筐体には、前記筐体に対する前記シールドユニットの装着状態を検出する挿入検知スイッチが取り付けられており、
前記温度検出器は、前記保護ガラスの近傍に取り付けられており、
前記状態検出回路は、前記温度検出器と前記挿入検知スイッチと演算部とを少なくとも有し、
前記演算部は、前記温度検出器の出力信号に基づいて前記レーザヘッドの温度を算出し、
前記温度検出器と前記挿入検知スイッチとは直列に接続されていることを特徴とするレーザヘッド。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザヘッドにおいて、
前記シールドユニットには、前記温度検出器と前記挿入検知スイッチとの電気接点が設けられ、
前記電気接点は、前記シールドユニットにおける発熱部と熱的に分離されていることを特徴とするレーザヘッド。

【請求項3】

請求項２に記載のレーザヘッドにおいて、
前記温度検出器は、熱電対であり、
前記熱電対は補償導線を介して前記電気接点に電気的に接続されていることを特徴とするレーザヘッド。

【請求項4】

請求項３に記載のレーザヘッドにおいて、
前記演算部は、算出した前記レーザヘッドの温度を前記補償導線の長さに応じて補正することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項5】

請求項１に記載のレーザヘッドにおいて、
前記演算部は、前記挿入検知スイッチの出力信号に基づいて、前記シールドユニットが前記筐体に正しく装着されているか否かを判定し、
当該判定結果が否定的な場合、前記演算部は、第１エラー信号を出力することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項6】

請求項５に記載のレーザヘッドにおいて、
前記演算部は、前記温度検出器の出力信号に基づいて、前記レーザヘッドの温度が第１しきい値を超えたかであるか否かを判定し、
当該判定結果が肯定的な場合、前記演算部は、第２エラー信号を出力することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項7】

請求項６に記載のレーザヘッドにおいて、
前記演算部は、前記温度検出器の出力信号に基づいて、所定の期間における前記レーザヘッドの温度変化量が第２しきい値を超えたか否かを判定し、
当該判定結果が肯定的な場合、前記演算部は、第２エラー信号を出力することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項8】

請求項１に記載のレーザヘッドにおいて、
前記演算部は、前記状態検出回路がクローズ状態であるか、またはオープン状態であるかを判定し、
前記状態検出回路が前記オープン状態である場合、前記演算部は第３エラー信号を出力することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項9】

請求項８に記載のレーザヘッドにおいて、
前記レーザヘッドから前記レーザ光が照射されている期間に前記第３エラー信号が出力された場合、前記演算部は、前記レーザヘッドの温度が所定のしきい値を超えていると判定し、
前記レーザヘッドから前記レーザ光が照射されていない期間に前記第３エラー信号が出力された場合、前記演算部は、前記シールドユニットが前記筐体に正しく装着されてないと判定することを特徴とするレーザヘッド。

【請求項10】

前記レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
請求項６または７に記載のレーザヘッドと、
少なくとも前記レーザ発振器の動作を制御するコントローラと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項11】

請求項１０に記載のレーザ加工装置において、
前記演算部から出力された前記第２エラー信号を前記コントローラが受信した場合、
前記コントローラは、前記レーザ発振器でのレーザ発振を停止させることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項12】

前記レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
請求項８または９に記載のレーザヘッドと、
少なくとも前記レーザ発振器の動作を制御するコントローラと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項13】

請求項１２に記載のレーザ加工装置において、
前記演算部から出力された前記第３エラー信号を前記コントローラが受信した場合、
前記コントローラは、前記レーザ発振器でのレーザ発振を停止させることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項14】

請求項１に記載のレーザヘッドの保護方法であって、
前記ワークへの前記レーザ光の照射前に、前記状態検出回路がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する第１ステップと、
前記ワークへの前記レーザ光の照射を開始する第２ステップと、
前記温度検出器により、前記レーザヘッドの温度を測定する第３ステップと、
前記温度検出器の出力信号に基づいて、所定の期間における前記レーザヘッドの温度変化量を導出する第４ステップと、
前記温度変化量が第２しきい値を超えたか否かを判定する第５ステップと、
前記レーザヘッドの温度が第１しきい値を超えたか否かを判定する第６ステップと、を少なくとも備え、
前記第１ステップにおいて、前記状態検出回路が前記クローズ状態である場合は、前記第２ステップ以降の処理を続行し、前記状態検出回路が前記オープン状態である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、
前記第５ステップの判定結果または前記第６ステップの判定結果のいずれかが肯定的である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、
前記第５ステップの判定結果及び前記第６ステップの判定結果のいずれもが否定的な場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を続行することを特徴とするレーザヘッドの保護方法。

【請求項15】

請求項１４に記載のレーザヘッドの保護方法において、
前記第６ステップの実行後に、前記状態検出回路が前記オープン状態であるか、または前記クローズ状態であるかを判定する第７ステップをさらに備え、
前記第７ステップで、前記状態検出回路が前記クローズ状態であると判定された場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を続行し、前記状態検出回路が前記オープン状態であると判定された場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止することを特徴とするレーザヘッドの保護方法。

【請求項16】

請求項８に記載のレーザヘッドの保護方法であって、
前記温度検出器は、前記レーザヘッドの温度が所定のしきい値を超えたか否かを検出し、
前記ワークへの前記レーザ光の照射前に、前記状態検出回路が前記オープン状態であるか、または前記クローズ状態であるかを判定する第８ステップと、
前記ワークへの前記レーザ光の照射を開始する第９ステップと、
前記温度検出器により、前記レーザヘッドの温度を測定する第１０ステップと、
前記レーザヘッドの温度が前記しきい値を超えたか否かを判定する第１１ステップと、
前記第１１ステップの実行後に、前記状態検出回路が前記オープン状態であるか、または前記クローズ状態であるかを判定する第１２ステップと、を少なくとも備え、
前記第８ステップにおいて、前記状態検出回路が前記クローズ状態である場合は、前記第９ステップ以降の処理を続行し、前記状態検出回路が前記オープン状態である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、
前記第１１ステップの判定結果が肯定的である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、前記第１１ステップの判定結果が否定的である場合は、前記第１２ステップを実行し、
前記第１２ステップで、前記状態検出回路が前記クローズ状態であると判定された場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を続行し、前記状態検出回路が前記オープン状態であると判定された場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止することを特徴とするレーザヘッドの保護方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置、レーザヘッドの保護方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバで導光してレーザヘッドに入射し、レーザヘッドからワークに向けてレーザ光を出射するレーザ加工装置が良く知られている。光ファイバを用いることで、レーザ発振器から離れた場所に置かれたワークに対してレーザ加工を行うことができる。

【0003】

レーザ加工中に、レーザヘッドはワークに近い位置に配置されるため、レーザ光によりワークより溶融して生成されるスパッタやヒューム等の飛散物が、レーザヘッドの内部に入り込むことがある。レーザヘッドの内部には、複数の光学部品が所定の配置関係を保って配置されている。これらの光学部品に前述の飛散物が付着すると、レーザ光が反射または散乱される。このため、レーザ光が所望の出力で、また、ワークにおける所望の位置に照射されないことがある。これを防止するために、通常、レーザヘッドの内部であって、光出射口の近傍には１または複数の保護ガラスが設けられる。

【0004】

しかし、保護ガラスに付着した飛散物はレーザ光を吸収するため、レーザ加工を連続的に行うと、保護ガラスの温度が上昇し、ひいてはレーザヘッド全体の温度が上昇してしまう。極端な場合には、レーザヘッドが焼損するおそれがあった。

【0005】

このような課題を解決するために種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、保護ガラスと光出射口との間に、噴射方向の異なる２種類のエアーノズルを設けて、保護ガラスにエアーを吹き付け、飛散物の付着を防止する構成が開示されている。

【0006】

特許文献２には、飛散物がレーザヘッドの内部に侵入しないように、レーザヘッドの先端からワークまでのワーキングディスタンスを確保するため、ワークテーブルの開口部近傍にワーク支持部材が設けられた構成が開示されている。また、開口部の内周縁に不活性ガス噴出口を備えた保護カバーが設けられる。

【0007】

特許文献３には、集光光学の温度を検出する温度検出器と、温度検出器で検出された温度をもとに温度対デフォーカス量のマップからデフォーカス量を求める手段と、求められたデフォーカス量をワークが設置されたステージにオフセットとして持たせるレーザ加工装置が開示されている。

【0008】

特許文献４には、ワークの材質等に対してレーザ光の波長を変更し、ワークに照射することで、飛散物の量を低減させるレーザ加工装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第５１９４３６７号公報

【特許文献2】特許第６０９１２６０号公報

【特許文献3】特開平１１－０５８０５３号公報

【特許文献4】特許第６６３１２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１～４に開示された従来の構成によれば、保護ガラスへのエアー吹付方法やレーザヘッドとワークとの距離、また、照射するレーザ光の波長等を調整することで、飛散物の付着やレーザヘッドの温度上昇を抑制することができる。

【0011】

しかし、特許文献１に開示された構成では、エアーノズルから流せるエアーの流量がノズル径やエアーノズルが接続される配管の直径によって決まる。このため、保護ガラスに吹き付けるエアーの流量を大きくできないおそれがある。一方、エアーの流量が大きすぎると、ワークの加工品質が低下するおそれがある。

【0012】

特許文献２、３に開示された構成では、レーザヘッドとワークとの距離を長くすると、ワークに照射されるレーザ光のスポット径も大きくなってしまう。この場合、ワークの溶込み深さが所望の値よりも小さくなり、深い溶込み深さを必要とする加工ができないおそれがある。

【0013】

また、光吸収率の波長依存性は、ワークの材質に応じて変化する。例えば、銀は、波長が４５０ｎｍから１１００ｎｍまでの範囲で９０%以上の吸収率を有している。一方、金は、波長が６００ｎｍよりも短くなると、急激に吸収率が低下し、４５０ｎｍでは４０%程度の吸収率となる。

【0014】

特許文献４に開示された構成では、ワークの材質に応じてレーザ光の波長を変更している。しかし、基本的に、レーザ光の波長はレーザ光源の種類によって決まるため、大幅な波長変更を行ったり、波長変更幅を拡げたりするのは容易ではない。

【0015】

本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な構成で確実にレーザヘッドの温度上昇を抑制できるレーザヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置、レーザヘッドの保護方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成するため、本開示に係るレーザヘッドは、内部に複数の光学部品を有する筐体と、前記筐体に対して着脱可能に取り付けられたシールドユニットと、を少なくとも備え、受け取ったレーザ光をワークに向けて照射するレーザヘッドであって、前記レーザヘッドは、前記レーザヘッドの温度に関する状態と前記筐体に対する前記シールドユニットの装着状態とを検出する状態検出回路をさらに備え、前記シールドユニットは、保護ガラスと、前記保護ガラスを保持するホルダとを有し、前記ホルダには、前記レーザヘッドの温度を検出する温度検出器が取り付けられており、前記筐体には、前記筐体に対する前記シールドユニットの装着状態を検出する挿入検知スイッチが取り付けられており、前記温度検出器は、前記保護ガラスの近傍に取り付けられており、前記状態検出回路は、前記温度検出器と前記挿入検知スイッチと演算部とを少なくとも有し、前記演算部は、前記温度検出器の出力信号に基づいて前記レーザヘッドの温度を算出し、前記温度検出器と前記挿入検知スイッチとは直列に接続されていることを特徴とする。

【0017】

本開示に係るレーザ加工装置は、前記レーザ光を発生させるレーザ発振器と、前記レーザヘッドと、少なくとも前記レーザ発振器の動作を制御するコントローラと、を少なくとも備えたことを特徴とする。

【0018】

本開示に係るレーザヘッドの保護方法は、前記ワークへの前記レーザ光の照射前に、前記状態検出回路がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する第１ステップと、前記ワークへの前記レーザ光の照射を開始する第２ステップと、前記温度検出器により、前記レーザヘッドの温度を測定する第３ステップと、前記温度検出器の出力信号に基づいて、所定の期間における前記レーザヘッドの温度変化量を導出する第４ステップと、前記温度変化量が第２しきい値を超えたか否かを判定する第５ステップと、前記レーザヘッドの温度が第１しきい値を超えたか否かを判定する第６ステップと、を少なくとも備え、前記第１ステップにおいて、前記状態検出回路が前記クローズ状態である場合は、前記第２ステップ以降の処理を続行し、前記状態検出回路が前記オープン状態である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、前記第５ステップの判定結果または前記第６ステップの判定結果のいずれかが肯定的である場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を停止し、前記第５ステップの判定結果及び前記第６ステップの判定結果のいずれもが否定的な場合は、前記ワークへの前記レーザ光の照射を続行することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、簡便な構成で確実にレーザヘッドの温度上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態１に係るレーザ加工装置の概略構成図である。

【図2】レーザヘッドの概略構成図である。

【図3】シールドユニットの模式図である。

【図4】状態検出回路の概略構成図である。

【図5】温度検出器の出力信号の時間応答を示す図である。

【図6】レーザヘッドの一定期間での温度変化量を説明する図である。

【図7】保護ガラスの汚れの有無によるレーザヘッドの温度の時間変化の違いを示す図である。

【図8】実施形態１に係るレーザヘッドの保護手順を示すフローチャートである。

【図9】実施形態２に係るレーザヘッドの保護手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0022】

（実施形態１）
［レーザ加工装置の構成］
図１は、実施形態１に係るレーザ加工装置の概略構成である。図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザヘッド５０と、マニピュレータ６０と、コントローラ７０と、レーザ発振器８０と、光ファイバ９０とを備えている。

【0023】

レーザヘッド５０は、光ファイバ９０で伝送されたレーザ光ＬＢをワークＷに向けて照射する。レーザヘッド５０の構成については後で詳しく述べる。

【0024】

マニピュレータ６０は、多関節軸ロボットであり、先端にレーザヘッド５０が取り付けられ、レーザヘッド５０を移動させる。また、マニピュレータ６０とコントローラ７０とは、第１ケーブル７１で接続されている。各関節軸（図示せず）には、サーボモータ（図示せず）が取り付けられており、第１ケーブル７１を介して、コントローラ７０から指令信号が入力され、サーボモータの駆動制御が行われる。また、各サーボモータに取り付けられたエンコーダ（図示せず）等の回転量計測器からの出力信号が、第１ケーブル７１を介してコントローラ７０に入力される。当該出力信号に基づいて、レーザヘッド５０の移動速度が制御される。

【0025】

コントローラ７０は、１または複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＣＵ（Micro Controller Unit）（いずれも図示せず）を有している。また、コントローラ７０は、記憶部としてＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の半導体メモリまたはＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはその両方（いずれも図示せず）を有している。

【0026】

コントローラ７０は、レーザ発振を含むレーザ発振器８０の動作と、マニピュレータ６０の動作と、レーザヘッド５０の動作と、を制御する。具体的には、コントローラ７０は、レーザ発振器８０における電源（図示せず）を動作させ、レーザ光ＬＢのパワーやオンオフのタイミング等を制御する。また、コントローラ７０は、前述したマニピュレータ６０の各サーボモータの動作を制御する。また、レーザヘッド５０に可動部品が設けられている場合、コントローラ７０は、当該可動部品の動作を制御する。

【0027】

コントローラ７０は、信号線７２ａ、７２ｂを介してレーザヘッド５０に設けられた複数の部品に接続されている。なお、説明の便宜上、図１において、信号線７２ａと信号線７２ｂを離間して示しているが、実際にはこれらの信号線は１本のケーブルにまとめられている。信号線７２ａ、７２ｂについては後で述べる。

【0028】

なお、コントローラ７０は、少なくともレーザ発振器８０の動作を制御すればよい。例えば、マニピュレータ６０の動作を制御するコントローラと、レーザヘッド５０の動作を制御するコントローラとを、コントローラ７０と別個に設けてもよい。

【0029】

レーザ発振器８０は、レーザ発振によりレーザ光ＬＢを発生させ、光ファイバ９０に出力する。光ファイバ９０は、レーザ発振器８０から出力されたレーザ光ＬＢをレーザヘッド５０まで伝送する。

【0030】

図１に示すレーザ加工装置１００は、ワークＷの切断や溶接、穴あけ加工等を行うのに使用される。レーザ加工装置１００では、コントローラ７０により、レーザ発振器８０を動作させてレーザ光ＬＢを発生させる。さらに、コントローラ７０によりマニピュレータ６０を動作させるか、または、レーザヘッド５０とマニピュレータ６０の両方を動作させて、ワークＷにレーザ光ＬＢを照射し、レーザ加工を行う。

【0031】

［レーザヘッドの構成］
図２は、レーザヘッドの概略構成図である。図３は、シールドユニットの模式図である。

【0032】

図２に示すように、レーザヘッド５０は、筐体５１と筐体５１の内部に所定の配置関係を保って配置された複数の部品とを有している。また、筐体５１の外周面には基板ボックス２０が取り付けられている。なお、図２では、筐体５１の内部に配置された部品として、コリメーションレンズ１０とフォーカスレンズ１１と２組のシールドユニット４０，４０とを示しているが、これら以外の部品が筐体５１の内部に設けられていてもよい。

【0033】

基板ボックス２０は、レーザヘッド５０に入力されるか、レーザヘッド５０に入力される電気信号の中継器（図示せず）または信号処理部を内部に有している。信号処理部として、後で述べる演算部３４（図４参照）が基板ボックス２０に配置されている。なお、演算部３４以外の信号処理部、または電気回路が基板ボックス２０に設けられていてもよい。

【0034】

筐体５１は、光入射口５１ａと光出射口５１ｂとを有している。光入射口５１ａには光ファイバ９０が接続される。レーザ発振器８０で発生したレーザ光ＬＢは、光ファイバ９０を通って光入射口５１ａから筐体５１の内部に入射される。レーザ光ＬＢは、さらに前述した複数の部品を透過して光出射口５１ｂからワークＷに向けて照射される。

【0035】

コリメーションレンズ１０は、レーザ光ＬＢを平行化し、フォーカスレンズ１１は、コリメーションレンズ１０で平行化されたレーザ光ＬＢを受け取って、ワークＷの表面またはその近傍で焦点を結ぶようにレーザ光ＬＢを集光する。

【0036】

また、筐体５１の内部における光出射口５１ｂの近傍に、２組のシールドユニット４０，４０が配置されている。２組のシールドユニット４０，４０は、筐体５１の内部におけるレーザ光ＬＢの進行方向に間隔をあけて配置されている。なお、図２に示す例では、筐体５１の内部に、２組のシールドユニット４０，４０が配置されているが、１つ以上のシールドユニット４０がさらに配置されていてもよい。

【0037】

図３に示すように、シールドユニット４０は、保護ガラス４１と保護ガラス４１を保持するホルダ４２とを有している。シールドユニット４０は、筐体５１に対して着脱可能に取り付けられている。また、シールドユニット４０が、筐体５１に対して正しく挿入された場合、図２，３に示すように、ホルダ４２が筐体５１に取り付けられた挿入検知スイッチ３２に当接する。挿入検知スイッチ３２の機能等については後で述べる。

【0038】

保護ガラス４１はレーザ光ＬＢに対して透明な材質の光学部材である。保護ガラス４１は、レーザ光ＬＢを透過させる一方、レーザ加工中にワークＷから飛来するスパッタやヒューム等の飛散物が筐体５１に内部に進入するのを防止する。本実施形態に示すレーザヘッド５０では、シールドユニット４０を２組設けることで、飛散物が筐体５１の内部に進入することを確実に防止している。

【0039】

保護ガラス４１を有するシールドユニット４０を光出射口５１ｂの近傍に設けることにより、コリメーションレンズ１０やフォーカスレンズ１１に飛散物が付着するのを防止できる。このことにより、レーザ光ＬＢをワークＷの所望の位置に所定の出力で照射することができる。

【0040】

一方、飛散物は保護ガラス４１に付着する。飛散物の付着量が多くなると、レーザ光ＬＢの進行が妨げられる。また、付着した飛散物がレーザ光ＬＢを吸収して発熱するため、保護ガラス４１の温度が上昇してしまう。保護ガラス４１の温度が上がりすぎると、シールドユニット４０，ひいてはレーザヘッド５０が焼損するおそれがあることは前述した通りである。

【0041】

そこで、本実施形態では、レーザヘッド５０に状態検出回路３０を設けることで、レーザヘッド５０の温度を確実に検出している。また、検出された温度に基づいて、レーザ発振器８０の動作を制御している。以降、このことについてさらに説明する。

【0042】

［状態検出回路の構成］
図４は、状態検出回路の概略構成図である。なお、説明の便宜上、図４において、ホルダ４２の形状を簡略化して図示するとともに、保護ガラス４１の図示を省略している。また、筐体５１の図示を省略している。

【0043】

図４に示すように、状態検出回路３０は、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２と演算部３４とで構成される。

【0044】

温度検出器３１は、シールドユニット４０のホルダ４２に取り付けられている。本実施形態では、温度検出器３１は熱電対である。ただし、特にこれに限定されず、温度検出器３１は他の種類の素子であってもよい。また、本実施形態において、温度検出器３１は、光出射口５１ｂに近い側に配置されたシールドユニット４０に取り付けられている。

【0045】

温度検出器３１を保護ガラス４１の近傍に配置されるホルダ４２に取り付けることで、レーザ光ＬＢの進行を妨げることなく、保護ガラス４１の温度を検出することができる。また、保護ガラス４１の温度がシールドユニット４０，ひいてはレーザヘッド５０の温度を代表する。

【0046】

挿入検知スイッチ３２は、一般的な押釦スイッチである。ホルダ４２が筐体５１に対して設定された位置まで挿入されたとき、ホルダ４２が挿入検知スイッチ３２の先端を押圧し、挿入検知スイッチ３２の状態が開状態（以下、オープン状態とも言う。）から閉状態（以下、クローズ状態とも言う。）に切り替わる。

【0047】

演算部３４は、１または複数のＣＰＵで構成される。演算部３４は、温度検出器３１の出力信号、具体的には出力電圧と、予め求めておいた温度検出器３１の出力電圧値と温度との関係を記述したテーブルとに基づいて、シールドユニット４０の温度を算出する。

【0048】

また、演算部３４には、挿入検知スイッチ３２の出力信号も入力される。演算部３４は、挿入検知スイッチ３２の出力信号に基づいて、挿入検知スイッチ３２がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する。

【0049】

また、図４に示すように、ホルダ４２には２つの電気接点３３ａ、３３ｂが設けられている。温度検出器３１の一端は電気接点３３ａに、他端は電気接点３３ｂにそれぞれ接続されており。また、挿入検知スイッチ３２に接続された２本の信号線のうち、１本は電気接点３３ｂに接続されている。つまり、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とは、電気接点３３ｂを介して直列に接続されている。また、挿入検知スイッチ３２に接続されたもう１本の信号線は信号線７２ｂであり、コントローラ７０に接続されている。なお、
また、電気接点３３ａには別の信号線が接続されており、この信号線は演算部３４に接続されている。図４に示す例では、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２と演算部３４とが直列に接続されている。また、演算部３４は、信号線７２ａを介してコントローラ７０に接続されている。

【0050】

つまり、状態検出回路３０とコントローラ７０とは閉回路をなすように直列に接続されている。

【0051】

コントローラ７０は、演算部３４の出力結果を受け取って、レーザヘッド５０を保護するようにレーザ発振器８０の動作を制御する。具体的には、保護ガラス４１の温度で代表されるレーザヘッド５０の温度が所定の範囲から外れている場合、コントローラ７０は、図示しない電源に停止信号を送って、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる。また、挿入検知スイッチ３２の状態がクローズ状態である場合も、コントローラ７０は、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる。以下、このことについてさらに説明する。

【0052】

［レーザヘッドの保護手順］
図５は、温度検出器の出力信号の時間応答を示す図である。図６は、レーザヘッドの一定期間での温度変化量を説明する図である。図７は、保護ガラスの汚れの有無によるレーザヘッドの温度の時間変化の違いを示す図である。図８は、レーザヘッドの保護手順を示すフローチャートである。なお、図５～７において、縦軸である温度検出器３１の出力信号は、温度に換算されている。

【0053】

まず、温度検出器３１の出力信号の時間応答について説明する。

【0054】

レーザヘッド５０の温度が所定の温度まで上昇した場合、それ以上に温度が上昇すると、前述したようにレーザヘッド５０が焼損するおそれがある。この焼損を防止するために、例えば、コントローラ７０がレーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させ、レーザ光ＬＢがレーザヘッド５０に入射されるのを停止する。このときの温度を発振停止設定温度Ｔｓ（以下、単に設定温度Ｔｓまたは第１しきい値Ｔｓという。）とする。

【0055】

一方、温度検出器３１の出力信号は、一定の周期Ｓ毎に演算部３４で温度に換算される。図５に示すように、温度検出器３１の出力信号が温度に換算された直後に、保護ガラス４１の実際の温度が設定温度Ｔｓに達した場合、次の温度換算のタイミングまでは少なくともレーザ発振が継続され、保護ガラス４１，ひいてはレーザヘッド５０の温度がオーバーシュートして、設定温度Ｔｓよりも高くなってしまう。

【0056】

このオーバーシュートの度合いは、保護ガラス４１の表面の汚れ具合に依存する。保護ガラス４１の表面に付着した飛散物の量が多い程、オーバーシュート量、言い換えると一定期間（周期Ｓ）でのレーザヘッド５０の温度変化量（以下、温度変化量ΔＴという（図６参照））は大きくなる。

【0057】

よって、図７に示すように、保護ガラス４１に汚れが無い場合のレーザヘッド５０の温度変化量を温度変化量ΔＴｓとすると、保護ガラス４１に汚れがある場合のレーザヘッド５０の温度変化量ΔＴは、温度変化量ΔＴｓよりも大きくなる。

【0058】

このことを利用すると、温度Ｔや温度変化量ΔＴに基づいて、保護ガラス４１の汚れ具合を間接的に評価できる。また、レーザヘッド５０の温度上昇の度合い等を予測できる。例えば、温度検出器３１でレーザヘッド５０の温度の時間変化を測定し、温度変化量ΔＴが式（１）に示す関係を満たす場合は、コントローラ７０がレーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させるようにする。なお、定数αは、α≧０を満たす値であり、適宜設定される。また、以降の説明において、（ΔＴｓ＋α）を第２しきい値と呼ぶことがある。

【0059】

ΔＴ＞ΔＴｓ＋α ・・・（１）
以上を踏まえて、図８を参照しながら、本実施形態におけるレーザヘッド５０の保護手順を説明する。

【0060】

まず、コントローラ７０からレーザ発振器８０に対してレーザ発振指令が出力される（ステップＳ１）。

【0061】

次に、演算部３４は状態検出回路３０がオープン状態であるか、クローズ状態であるかを判定する（ステップＳ２）。実際には、演算部３４は、挿入検知スイッチ３２の出力信号に基づいて、シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されているか否かを判定する。

【0062】

ステップＳ２での判定結果がクローズ状態である場合、言い換えると、シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されていると判定されれば、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ２での判定結果がオープン状態である場合、言い換えると、シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されていないと判定されれば、演算部３４は、挿入エラー信号として第１エラー信号をコントローラ７０に出力し（ステップＳ９）、コントローラ７０は、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる（ステップＳ１２）。

【0063】

ステップＳ３では、レーザ発振指令を受けて、レーザ発振器８０でレーザ発振が開始する。発生したレーザ光ＬＢは光ファイバ９０を通ってレーザヘッド５０に導光される。

【0064】

ステップＳ３の実行後、演算部３４は、温度検出器３１の出力信号を温度に換算して、レーザヘッド５０の温度Ｔを測定する（ステップＳ４）。また、演算部３４は、周期Ｓが経過する毎に温度変化量ΔＴを導出する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ４、Ｓ５は、実際には演算部３４で並行して実行される。

【0065】

次に、演算部３４は、ステップＳ５で導出した温度変化量ΔＴが式（１）に示す関係を満たすか否か、言い換えると、当該温度変化量ΔＴが第２しきい値（＝ΔＴｓ＋α）を超えたか否かを判定する（ステップＳ６）。

【0066】

ステップＳ６での判断結果が否定的な場合、すなわち、温度変化量ΔＴが第２しきい値を超えていない場合、レーザヘッド５０の温度が急激に上昇して焼損等が生じるおそれが低いと判断される。この場合は、ステップＳ７に進む。

【0067】

一方、ステップＳ６での判断結果が肯定的な場合、すなわち、温度変化量ΔＴが第２しきい値を超えて、レーザヘッド５０の焼損等が生じるおそれが高いと判断される場合は、演算部３４は温度エラー信号として第２エラー信号をコントローラ７０に出力する（ステップＳ１０）。コントローラ７０は、第２エラー信号が入力されると、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる（ステップＳ１３）。

【0068】

演算部３４は、さらに、ステップＳ４で導出した温度Ｔが第１しきい値（＝Ｔｓ）を超えたか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７は、ステップＳ６の前に実行してもよい。

【0069】

ステップＳ７での判断結果が否定的な場合、すなわち、温度Ｔが第１しきい値を超えていない場合、レーザヘッド５０の焼損等が生じるおそれが低いと判断される。この場合は、ステップＳ８に進む。

【0070】

一方、ステップＳ７での判断結果が肯定的な場合、すなわち、温度Ｔが第１しきい値を超えて、レーザヘッド５０の焼損等が生じるおそれが高いと判断される場合は、演算部３４は温度エラー信号として第２エラー信号をコントローラ７０に出力する（ステップＳ１１）。コントローラ７０は、第２エラー信号が入力されると、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる（ステップＳ１３）。

【0071】

ステップＳ８では、ステップＳ２と同様の判定を再度実行する。つまり、ステップＳ８での判定結果がクローズ状態である場合、ステップＳ９に進み、レーザ光ＬＢの照射を続行する。さらに、ステップＳ４に戻って、所定のレーザ加工が終了するまで一連の処理を繰り返す。

【0072】

一方、ステップＳ８での判定結果がオープン状態である場合、演算部３４は、挿入エラー信号として第１エラー信号をコントローラ７０に出力し（ステップＳ１２）、コントローラ７０は、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる（ステップＳ１３）。

【0073】

レーザ加工装置１００の使用中にレーザヘッド５０はワークＷにおける溶接線に沿って移動する。この移動の途中に移動速度が高すぎると、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態が変化することがある。また、移動の途中にレーザヘッド５０に衝撃が加わった場合にも、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態が変化することがある。ステップＳ８では、レーザ加工の途中でこのような装着状態の変化が生じているか否かを再度チェックしている。

【0074】

また、ステップＳ１３でレーザ発振を停止した後は、レーザ加工装置１００全体を停止させ、エラー原因を調査、点検する。例えば、温度エラーの原因が保護ガラス４１の汚れであれば、保護ガラス４１を清掃するか交換する。あるいは、シールドユニット４０ごと交換する。

【0075】

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザヘッド５０は、受け取ったレーザ光ＬＢをワークＷに向けて照射する。レーザヘッド５０は、内部に複数の光学部品を有する筐体５１と、シールドユニット４０と、状態検出回路３０とを少なくとも備えている。

【0076】

状態検出回路３０は、レーザヘッド５０の温度に関する状態と筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態とを検出する。状態検出回路３０は、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２と演算部３４とを少なくとも有している。

【0077】

シールドユニット４０は、筐体５１に対して着脱可能に取り付けられ、保護ガラス４１と、保護ガラス４１を保持するホルダ４２とを有している。

【0078】

ホルダ４２には、レーザヘッド５０の温度を検出する温度検出器３１が取り付けられている。また、温度検出器３１は、保護ガラス４１の近傍に配置されている。

【0079】

筐体５１には、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態を検出する挿入検知スイッチ３２が取り付けられている。

【0080】

演算部３４は、温度検出器３１の出力信号に基づいてレーザヘッド５０の温度を算出する。温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とは直列に接続されている。

【0081】

本実施形態によれば、簡便な構成で確実にレーザヘッド５０の温度上昇を抑制できる。このことにより、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止できる。

【0082】

また、前述したように、保護ガラス４１に飛散物が付着していると、飛散物がレーザ光ＬＢを吸収する。このため、レーザ光ＬＢがレーザヘッド５０から出射されている期間では、保護ガラス４１がレーザヘッド５０の内部で最も発熱する箇所となる。

【0083】

一方、本実施形態によれば、保護ガラス４１を保持するホルダ４２に温度検出器３１を配置し、ホルダ４２の温度を直接測定している。よって、レーザヘッド５０全体の温度が上昇するよりも前に、温度検出器３１で測定された温度に基づいて、レーザ光ＬＢがワークＷに照射されるのを停止できる。また、このことにより、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止できる。

【0084】

また、特許文献１～４に示す従来の構成が有する課題、例えば、ワークＷの加工品質低下や溶込み深さの不足等が生じるおそれが無い。なお、特許文献１～４に示す従来の構成において、本実施形態に示す状態検出回路３０やレーザヘッド５０を適用することは可能である。

【0085】

また、図１に示すように、多関節軸ロボットであるマニピュレータ６０にレーザヘッド５０を取り付けてレーザ加工を行う場合、コントローラ７０とレーザヘッド５０とを接続する信号線７２ａ、７２ｂが長くなる。通常は、これらの信号線の長さが１ｍを超える。また、信号線７２ａ、７２ｂが収容されるケーブルは、レーザヘッド５０が移動する際に屈曲するが、内部の信号線が断線しないようにフレキシビリティと強度とを両立させる必要がある。しかし、内部に収容する配線本数が多くなると、ケーブルが太くなり、レーザヘッド５０の小型化が阻害される。

【0086】

例えば、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とが、それぞれ独自に設けられた信号線を介して基板ボックス２０、さらにコントローラ７０に接続される場合、前述したケーブルが太くなってしまう。

【0087】

一方、本実施形態によれば、状態検出回路３０において、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とを直列に接続することで、コントローラ７０とレーザヘッド５０とを接続する信号線の本数を少なくできる。このことにより、前述したケーブルが太くなるのを防止して、レーザヘッド５０を小型化できる。マニピュレータ６０が、小型ロボットまたは中型ロボットである場合、この効果は顕著である。

【0088】

また、本実施形態によれば、状態検出回路３０の省スペース化が図れ、状態検出回路３０を含むレーザヘッド５０の製造コストを低減できる。

【0089】

シールドユニット４０には、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２との電気接点３３ａ、３３ｂが設けられているのが好ましい。このようにすることで、温度検出器３１と挿入検知スイッチ３２とを確実に電気的に接続することができる。

【0090】

また、電気接点３３ａ、３３ｂは、シールドユニット４０における発熱部、つまり、保護ガラス４１と熱的に分離されているのが好ましい。このようにすることで、電気接点３３ａ、３３ｂを介して挿入検知スイッチ３２に熱が流入し、その動作特性が変動するのを抑制できる。

【0091】

また、本実施形態に示すように、温度検出器３１として熱電対を用いる場合、通常、補償導線を介して、基板ボックス２０の演算部３４に熱電対が接続される。補償導線は、熱電対とほぼ同等の熱起電力特性の金属を使用した導線である。熱電対と補償導線との接続点と、補償導線と基板ボックス２０との接続点との間に温度差がある場合、補償導線により当該温度差が保証される。

【0092】

本実施形態では、熱電対である温度検出器３１の両端が、電気接点３３ａ、３３ｂに接続され、電気接点３３ａ、３３ｂは、保護ガラス４１と熱的に分離されている。このため、補償導線をシールドユニット４０の内部のみで使用しても、温度検出器３１の出力信号が大きく変動することが無く、演算部３４によって算出される温度と実際のシールドヘッド５０の温度との差を小さくできる。なお、当該補償導線は、熱容量を小さくするため、線径の細い導電を用いることが好ましい。

【0093】

なお、温度検出器３１として熱電対を用いる場合、応答速度を高められるため、レーザヘッド５０の温度が急激に上昇した場合にも、これを確実に検出して、レーザヘッド５０の焼損等が起こるのを防止できる。

【0094】

また、演算部３４は、算出したレーザヘッド５０の温度を補償導線の長さに応じて補正するのが好ましい。前述したように、本実施形態において、補償導線は、シールドユニット４０の内部のみに設けられる。このため、補償導線の長さが、熱電対と補償導線との接続点と、補償導線と基板ボックス２０との接続点との間の温度差を補償するのに十分でないことがある。

【0095】

このような場合に、演算部３４がレーザヘッド５０の温度を補償導線の長さに応じて補正するようにすれば、レーザヘッド５０の温度の算出精度を高めることができる。

【0096】

また、演算部３４は、挿入検知スイッチ３２の出力信号に基づいて、シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されているか否かを判定する。当該判定結果が否定的な場合、演算部３４は、挿入エラー信号として第１エラー信号を出力する。

【0097】

シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されていない場合、スパッタやヒューム等の飛散物が筐体５１の内部に入り込み、コリメーションレンズ１０やフォーカスレンズ１１等の光学部品に付着するおそれがある。このようなことが起こると、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射が妨げられるだけでなく、付着した飛散物がレーザ光ＬＢを吸収し、光学部品が発熱、損傷するおそれがある。

【0098】

本実施形態によれば、演算部３４が第１エラー信号を出力し、挿入エラーをコントローラ７０または図示しない報知部等に通知することにより、加工作業者等が、前述した課題が発生するおそれがあることを確実に認識できる。

【0099】

また、演算部は、温度検出器３１の出力信号に基づいて、所定の期間におけるレーザヘッド５０の温度変化量ΔＴが第２しきい値（＝ΔＴｓ＋α）を超えたか否かを判定する。なお、本実施形態における所定の期間は、前述の周期Ｓに相当する。

【0100】

当該判定結果が肯定的な場合、演算部３４は、温度エラー信号として、第２エラー信号を出力する。

【0101】

温度変化量ΔＴが第２しきい値を超える場合は、保護ガラス４１の汚れが急速に進行している予兆であると考えられる。この状態が続くと、レーザヘッド５０の温度が急激に上昇して焼損等が生じるおそれがある。

【0102】

したがって、本実施形態に示すように、温度変化量ΔＴが第２しきい値を超えた場合、演算部３４が第２エラー信号を出力し、温度エラーをコントローラ７０または図示しない報知部等に通知することにより、加工作業者等が、前述した課題が発生するおそれがあることを確実に認識できる。

【0103】

また、演算部３４は、温度検出器３１の出力信号に基づいて、レーザヘッド５０の温度が第１しきい値（＝Ｔｓ）を超えたかであるか否かを判定する。

【0104】

当該判定結果が肯定的な場合、演算部３４は、温度エラー信号として第２エラー信号を出力すること。

【0105】

温度Ｔが第１しきい値を超える場合は、保護ガラス４１の汚れが既に進んでおり、レーザヘッド５０の温度が許容値を超えていると考えられる。この場合、レーザヘッド５０の焼損等が生じるおそれがある。

【0106】

したがって、本実施形態に示すように、温度Ｔが第１しきい値を超えた場合、演算部３４が第２エラー信号を出力し、温度エラーをコントローラ７０または図示しない報知部等に通知することにより、加工作業者等が、前述した課題が発生するおそれがあることを確実に認識できる。

【0107】

本実施形態に係るレーザ加工装置１００は、レーザ光ＬＢを発生させるレーザ発振器８０と、レーザヘッド５０と、少なくともレーザ発振器８０の動作を制御するコントローラ７０と、を少なくとも備えている。

【0108】

レーザ加工装置１００をこのように構成することで、レーザヘッド５０の温度や、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態をモニターしつつ、レーザ加工を行うことができる。

【0109】

演算部３４から出力された第１エラー信号または第２エラー信号をコントローラ７０が受信した場合、コントローラ７０は、レーザヘッド５０からワークＷにレーザ光ＬＢが照射されるのを停止する。

【0110】

また、演算部３４から出力された第２エラー信号をコントローラ７０が受信した場合、コントローラ７０は、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる。

【0111】

第１エラー信号または第２エラー信号をコントローラ７０が受信した場合、レーザヘッド５０の温度が上昇して、内部の光学部品やレーザヘッド５０自体が焼損するおそれがあると推定される。

【0112】

本実施形態では、このような場合に、コントローラ７０が、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させることで、レーザヘッド５０の温度が上昇するのを防止している。

【0113】

特に、第２エラー信号をコントローラ７０が受信した場合、レーザヘッド５０の温度が既に上昇しているため、レーザ発振を停止して、レーザヘッド５０の温度が低下するようにするのが好ましい。

【0114】

本実施形態に係るレーザヘッド５０の保護方法は、以下の第１～第６ステップを少なくとも備えている。

【0115】

第１ステップでは、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射前に、演算部３４は、状態検出回路３０がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する（図８のステップＳ２）。さらに言うと、演算部３４は、筐体５１に対してシールドユニット４０が正しく装着されているか否かを判定する。

【0116】

第２ステップでは、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を開始する（図８のステップＳ３）。

【0117】

第３ステップでは、温度検出器３１により、レーザヘッド５０の温度Ｔを測定する（図８のステップＳ４）。

【0118】

第４ステップでは、温度検出器３１の出力信号に基づいて、演算部３４が、所定の期間におけるレーザヘッド５０の温度変化量ΔＴを導出する（図８のステップＳ５）。

【0119】

第５ステップでは、演算部３４は、温度変化量ΔＴが第２しきい値を超えたか否かを判定する（図８のステップＳ６）。

【0120】

第６ステップでは、演算部３４は、温度Ｔが第１しきい値を超えたか否かを判定する（図８のステップＳ７）。

【0121】

第１ステップで、状態検出回路３０がクローズ状態である場合は、第２ステップ以降の処理を続行し、オープン状態である場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（図８のステップＳ１３）。

【0122】

第５ステップの判定結果が肯定的、つまり、温度変化量ΔＴが第２しきい値を超えた場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（図８のステップＳ１３）。

【0123】

第６ステップの判定結果が肯定的、つまり、温度Ｔが第１しきい値を超えた場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（図８のステップＳ１３）。

【0124】

第５ステップ及び第６ステップの判定結果がいずれも否定的な場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を続行する（図８のステップＳ９）。

【0125】

このようにすることで、確実にレーザヘッド５０の温度上昇を抑制できる。このことにより、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止して、レーザヘッド５０を保護できる。

【0126】

このレーザヘッド５０の保護方法は、第７ステップをさらに備えていてもよい。

【0127】

第７ステップでは、第６ステップの実行後に、第１ステップと同様に、演算部３４が、状態検出回路３０がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する（図８のステップＳ８）。

【0128】

第７ステップで、状態検出回路３０がクローズ状態である場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を続行し（図８のステップＳ９）、オープン状態である場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（図８のステップＳ１３）。

【0129】

第７ステップを設けることにより、レーザ加工中にレーザヘッド５０に衝撃が加わる等して、筐体５１に対するシールドユニット４０の装着状態が変化した場合にも、これを確実に検知し、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止して、レーザヘッド５０を保護できる。

【0130】

（実施形態２）
実施形態１では、温度検出器３１として熱電対を用いる例を示したが、温度検出器３１は、他の種類の素子であってもよい。例えば、温度検出器３１は、測温用の抵抗体であってもよいし、バイメタルを用いたサーモスタットであってもよい。

【0131】

後者の場合、レーザヘッド５０の温度が所定のしきい値を超えたか否かしか検知できないが、レーザヘッド５０の温度上昇、ひいてはレーザヘッド５０の焼損等のリスクを防止するという点では有用である。なお、この場合のしきい値は、実施形態１に示した設定温度Ｔｓと同じであってもよい。また、温度検出器３１の動作安定性を考慮して、当該しきい値が設定温度Ｔｓよりも低い値であってもよい。

【0132】

図９は、実施形態２に係るレーザヘッドの保護手順を示すフローチャートであり、温度検出器３１は、バイメタルを用いたサーモスタットである。

【0133】

図９に示すステップＳ２１～Ｓ２３、Ｓ２６～Ｓ２８、Ｓ３０は、図８に示すステップＳ１～Ｓ３、Ｓ８～Ｓ１０、Ｓ１３とそれぞれ同様の処理であるため、説明を省略する。

【0134】

また、図９に示すフローチャートでは、図８に示すステップＳ５、Ｓ６は省略されている。本実施形態の温度検出器３１では、温度変化量ΔＴを評価できないためである。

【0135】

また、図９では、説明の便宜上、ステップＳ２４とステップＳ２５とを区別しているが、実際には、これらは一体の処理である。つまり、温度検出器３１でレーザヘッド５０の温度Ｔを測定し、温度Ｔがしきい値以下であれば、バイメタルの接点は当初の状態を維持する。温度Ｔがしきい値を超えれば、状態が変化する。当初、接点が接触していれば、温度Ｔがしきい値を超えた時点で接点が開く。当初、接点が開いていれば、温度Ｔがしきい値を超えた時点で接点が接触する。

【0136】

また、ステップＳ２５で、温度Ｔがしきい値を超えた場合、演算部３４は第３エラー信号を出力する（ステップＳ２９）。

【0137】

また、図９に示すように、ステップＳ２８で、挿入検知スイッチ３２の出力信号に基づいて、演算部３４が、筐体５１に対してシールドユニット４０が正しく装着されていないと判定した場合も、演算部３４は第３エラー信号を出力する（ステップＳ２９）。

【0138】

言い換えると、本実施形態のレーザヘッド５０において、演算部３４は、状態検出回路３０がクローズ状態であるか、またはオープン状態であるかを判定する。状態検出回路３０がオープン状態である場合、演算部３４は第３エラー信号を出力する。

【0139】

また、本実施形態のレーザヘッド５０において、レーザヘッド５０からレーザ光ＬＢが照射されている期間に第３エラー信号が出力された場合、演算部３４は、レーザヘッド５０の温度が所定のしきい値を超えていると判定する。

【0140】

一方、レーザヘッド５０からレーザ光ＬＢが照射されていない期間に第３エラー信号が出力された場合、演算部３４は、シールドユニット４０が筐体５１に正しく装着されてないと判定する。

【0141】

また、レーザ加工装置１００において、演算部３４から出力された第３エラー信号をコントローラ７０が受信した場合、コントローラ７０は、レーザヘッド５０からワークＷにレーザ光ＬＢが照射されるのを停止する。具体的には、コントローラ７０は、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させる。

【0142】

本実施形態によれば、実施形態１に示した構成が示すのと同様の効果を奏することができる。つまり、確実にレーザヘッド５０の温度上昇を抑制できる。このことにより、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止して、レーザヘッド５０を保護できる。

【0143】

また、コントローラ７０が、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させることで、レーザヘッド５０の温度上昇、ひいてはレーザヘッド５０の焼損等の発生を防止することができる。

【0144】

また、第３エラー信号の出力タイミングとレーザ光ＬＢの発生状態とから、第３エラー信号が挿入エラー信号であるか、または温度エラー信号であるかを簡単に判別できる。このようにすることで、演算部３４から出力される信号の種類を減らすことができる。

【0145】

また、本実施形態のレーザヘッド５０の保護方法は、以下の第８～第１２ステップを少なくとも備えている。

【0146】

第８ステップ（図９のステップＳ２２）では、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射前に、状態検出回路３０がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する。

【0147】

第９ステップ（図９のステップＳ２３）では、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を開始する。

【0148】

第１０ステップ（図９のステップＳ２４）では、温度検出器３１により、レーザヘッド５０の温度を測定する。

【0149】

第１１ステップ（図９のステップＳ２５）では、レーザヘッド５０の温度Ｔがしきい値を超えたか否かを判定する。

【0150】

第１２ステップ（図９のステップＳ２６）では、第１１ステップの実行後に、状態検出回路３０がオープン状態であるか、またはクローズ状態であるかを判定する。

【0151】

第８ステップにおいて、状態検出回路３０がクローズ状態である場合は、第９ステップ以降の処理を続行し、状態検出回路３０がオープン状態である場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（ステップＳ３０）。

【0152】

第１１ステップの判定結果が肯定的である場合、つまり、レーザヘッド５０の温度Ｔがしきい値を超えた場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する。一方、第１１ステップの判定結果が否定的である場合、つまり、レーザヘッド５０の温度Ｔがしきい値を超えていない場合は、第１２ステップを実行する。

【0153】

第１２ステップで、状態検出回路３０がクローズ状態であると判定された場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を続行する（ステップＳ２７）。状態検出回路３０がオープン状態であると判定された場合は、ワークＷへのレーザ光ＬＢの照射を停止する（ステップＳ２７）。

【0154】

本実施形態によれば、実施形態１に示した方法と同様の効果を奏することができる。つまり、確実にレーザヘッド５０の温度上昇を抑制できる。このことにより、レーザヘッド５０の焼損等が発生するのを防止して、レーザヘッド５０を保護できる。また、レーザ発振器８０でのレーザ発振を停止させることで、レーザヘッド５０の温度上昇、ひいてはレーザヘッド５０の焼損等の発生を防止することができる。

【0155】

なお、本実施形態で用いられる温度検出器３１は、レーザヘッド５０の温度Ｔがしきい値を超えたか否かを検出できる構造であればよく、前述した抵抗体や形状記憶合金等であってもよい。

【0156】

（その他の実施形態）
実施形態１において、温度検出器３１は、光出射口５１ｂに近い側に配置されたシールドユニット４０に取り付けられている。ただし、特にこれに限定されず、光出射口５１ｂから遠い側に配置されたシールドユニット４０に温度検出器３１が取り付けられていてもよい。また、両方のシールドユニット４０に温度検出器３１が取り付けられていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0157】

本開示のレーザヘッドは、簡便な構成で確実に自身の温度上昇を抑制できるため、有用である。

【符号の説明】

【0158】

１０ コリメーションレンズ
１１ フォーカスレンズ
２０ 基板ボックス
３０ 状態検出回路
３１ 温度検出器
３２ 挿入検知スイッチ
３３ａ、３３ｂ 電気接点
３４ 演算部
４０ シールドユニット
４１ 保護ガラス
４２ ホルダ
５０ レーザヘッド
５１ 筐体
５１ａ 光入射口
５１ｂ 光出射口
６０ マニピュレータ
７０ コントローラ
８０ レーザ発振器
９０ 光ファイバ
１００ レーザ加工装置
ＬＢ レーザ光
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】