特許 7542198 レーザ加工ヘッド及びレーザ加工システム並びにレーザ加工システムの異常判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】レーザ加工ヘッド及びレーザ加工システム並びにレーザ加工システムの異常判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/042 20140101AFI20240823BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240823BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

B23K26/042

B23K26/064 K

B23K26/00 M

B23K26/00 Q

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021063723

(22)【出願日】2021-04-02

(65)【公開番号】P2022158669

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2023-10-20

(73)【特許権者】

【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】大口 恒之

(72)【発明者】

【氏名】西尾 正敏

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０２９９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１０８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３５３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９２６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９７４１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／０４２

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体の内部に配置された複数の光学部品とを有するレーザ加工ヘッドであって、
前記筐体には、
第１レーザ光が入射される第１光入射口と、
第２レーザ光が入射される第２光入射口と、
前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を外部に出射する光照射口と、
前記第１光入射口から入射された前記第１レーザ光の光路を前記第２光入射口から入射された前記第２レーザ光の光路と分離する隔壁と、がそれぞれ設けられ、
前記第２レーザ光は、前記第１レーザ光よりも波長が短く、
前記第１光入射口から入射された前記第１レーザ光の光路の周りに設けられた第１光検出器と、
前記第２光入射口から入射された前記第２レーザ光の光路の周りに設けられた第２光検出器と、をさらに備え、
前記第１光検出器は、前記隔壁を挟んで、前記第２光検出器と反対側に配置され、
前記第１光検出器は、前記第２レーザ光の波長を含む第２波長帯の光を受光し、
前記第２光検出器は、前記第１レーザ光の波長を含む第１波長帯の光を受光し、
前記複数の光学部品の少なくとも一部は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方の光路を変更して、前記光照射口から出射される前記第１レーザ光の光軸と前記第２レーザ光の光軸とが略一致するように前記筐体の内部に配置されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記複数の光学部品は、
前記第２レーザ光の光路中に設けられ、前記第２レーザ光を反射して光路を変更させるベンドミラーと、
前記第１レーザ光の光路中であってかつ前記ベンドミラーで反射された前記第２レーザ光の光路中に設けられたダイクロイックミラーと、
前記光照射口を覆う保護ガラスと、を少なくとも含み、
前記ダイクロイックミラーは、
前記第１レーザ光の大部を透過して前記光照射口に向かわせ、かつ
前記第２レーザ光の大部を反射して前記光照射口に向かわせることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項3】

請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記筐体の内部には、
前記第１光入射口と前記ダイクロイックミラーとの間に第１コリメートレンズが、
前記第２光入射口と前記ベンドミラーとの間に第２コリメートレンズが、
前記ダイクロイックミラーと前記光照射口との間にワーク側集光レンズが、それぞれ設けられており、
前記第１コリメートレンズは、前記第１レーザ光を平行化して前記ダイクロイックミラーに入射させ、
前記第２コリメートレンズは、前記第２レーザ光を平行化して前記ベンドミラーに入射させ、
前記ワーク側集光レンズは、入射された前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ所定の集光位置に集光させることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項4】

請求項２または３に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記複数の光学部品は、
前記ダイクロイックミラーを透過した前記第２レーザ光の光路中であってかつ前記ダイクロイックミラーで反射された前記第１レーザ光の光路中に設けられたアパーチャーと、
前記アパーチャーを通過した前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の光路中に設けられた検出側集光レンズと、をさらに含み、
前記筐体の内部であって、前記検出側集光レンズを透過した前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光をそれぞれ受光可能な位置に第５光検出器が配置され、
前記第５光検出器は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方の出力をモニターすることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項5】

請求項４に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第５光検出器は、
前記第１レーザ光の波長を含む波長帯の光を受光する複数の第１受光部と、
前記第２レーザ光の波長を含む波長帯の光を受光する複数の第２受光部と、を少なくとも有しており、
前記複数の第１受光部及び前記複数の第２受光部は、前記第５光検出器の受光面上にそれぞれ周期的に配列されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項6】

請求項５に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第５光検出器は、近赤外光または赤外光、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ受光する４つの画素が、受光面上に周期的に配列されたイメージセンサであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１波長帯は、９００ｎｍ以上、１２００ｎｍ以下であり、
前記第２波長帯は、４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下であることを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
前記第１光入射口から入射された前記第１レーザ光の光路の周りに設けられた第３光検出器と、
前記第２光入射口から入射された前記第２レーザ光の光路の周りに設けられた第４光検出器と、をさらに備え、
前記第３光検出器は、前記隔壁を挟んで、前記第４光検出器と反対側に配置され、
前記第３光検出器は、前記第１波長帯の光を受光し、
前記第４光検出器は、前記第２波長帯の光を受光することを特徴とするレーザ加工ヘッド。

【請求項9】

請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、
前記第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、
前記第１光入射口に接続され、前記第１レーザ発振器から出射された前記第１レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第１光ファイバと、
前記第２光入射口に接続され、前記第２レーザ発振器から出射された前記第２レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第２光ファイバと、を少なくとも備え、
前記レーザ加工ヘッドは、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方をワークに向けて照射することを特徴とするレーザ加工システム。

【請求項10】

請求項８に記載のレーザ加工ヘッドと、
前記第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、
前記第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、
前記第１光入射口に接続され、前記第１レーザ発振器から出射された前記第１レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第１光ファイバと、
前記第２光入射口に接続され、前記第２レーザ発振器から出射された前記第２レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第２光ファイバと、を少なくとも備え、
前記レーザ加工ヘッドは、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方をワークに向けて照射することを特徴とするレーザ加工システム。

【請求項11】

請求項１０に記載のレーザ加工システムにおいて、
前記第１レーザ発振器には、前記第１光ファイバとの接続部の近傍であって、前記第１光ファイバからの反射戻り光を受光可能な位置に第６光検出器が配置され、
前記第２レーザ発振器には、前記第２光ファイバとの接続部の近傍であって、前記第２光ファイバからの反射戻り光を受光可能な位置に第７光検出器が配置されていることを特徴とするレーザ加工システム。

【請求項12】

請求項９に記載のレーザ加工システムにおける異常の有無を判定する異常判定方法であって、
前記第２レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第１光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態または前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定し、
前記第１レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第２光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態または前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工システムの異常判定方法。

【請求項13】

請求項１０に記載のレーザ加工システムにおける異常の有無を判定する異常判定方法であって、
前記第２レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第１光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態に異常があるか否かを判定し、
前記第１レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第２光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態に異常があるか否かを判定し、
前記第２光検出器及び前記第３光検出器の出力信号に基づいて、前記第１レーザ光の出力を推定し、また、前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定し、
前記第１光検出器及び前記第４光検出器の出力信号に基づいて、前記第２レーザ光の出力を推定し、また、前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工システムの異常判定方法。

【請求項14】

請求項１１に記載のレーザ加工システムにおける異常の有無を判定する異常判定方法であって、
前記第２レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第１光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態に異常があるか否かを判定し、
前記第１レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、
前記第２光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態に異常があるか否かを判定し、
前記第２光検出器及び前記第３光検出器の出力信号に基づいて、前記第１レーザ光の出力を推定し、
前記第１光検出器及び前記第４光検出器の出力信号に基づいて、前記第２レーザ光の出力を推定し、
前記第３光検出器及び前記第６光検出器の出力信号に基づいて、前記第１レーザ光の光路中に配置された前記光学部品に異常があるか否かを判定し、
前記第４光検出器及び前記第７光検出器の出力信号に基づいて、前記第２レーザ光の光路中に配置された前記光学部品に異常があるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工システムの異常判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工ヘッド、特に互いに波長の異なる２本のレーザ光を出射するレーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工システム並びにレーザ加工システムの異常判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工システムは、ワークの切断、溶接、穴開け等のレーザ加工を行う。レーザ加工システムにおいて、レーザ加工ヘッドは、レーザ発振器から出射され、光ファイバを介して導かれたレーザ光を、ワークに照射する。レーザ加工ヘッドには、レーザ光を集光してワークに照射するための集光光学系が設けられている。

【0003】

レーザ加工時に、レーザ加工ヘッドに設けられた光学部品に、ワークが溶融して飛び散ったスパッタ等が付着する場合がある。このようなスパッタの付着が起こると、レーザ加工ヘッドの内部でレーザ光が散乱され、所望のパワーでレーザ光をワークに照射できず、加工不良や加工品質の低下を招くことがある。

【0004】

このような不具合に対応するため、例えば、特許文献１には、加工用レーザ光よりも低出力の検査用レーザ光をレーザ発振器で発生させ、検査用レーザ光をレーザ加工ヘッドを経由してワークに向けて照射するレーザ加工システムが開示されている。レーザ加工ヘッドの内部には、ワークで反射された戻り光を受光する受光部が設けられている。受光部で検出された戻り光の強度に基づいて、レーザ加工ヘッドの光照射口を覆う保護ガラスの汚れ具合を判断し、また、ワークに照射される加工用レーザ光のパワー低下の度合いを判断する。パワー低下の度合いが小さければ、加工用レーザ光の出力を補正してレーザ加工を行い、当該度合いが大きければ、レーザ加工を中断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－０９７４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、近年、例えば近赤外と青色のような互いに波長の異なる２種類のレーザ光を用いたハイブリットレーザ加工システムが知られている。ハイブリットレーザ加工システムは、互いに波長の異なる２種類のレーザ光をレーザ加工ヘッドで同一光軸上に組み合わせて、当該組み合わされた２種類のレーザ光をそれぞれ集光してワークに照射する。ハイブリットレーザ加工システムは、各レーザ光の長所を活かしたり、短所を補完したりすることができるので、１種類のレーザ光のみを用いた従来のレーザ加工システムに比較して、多くの利点を有する。

【0007】

このようなハイブリッドレーザ加工システムにおいても、特許文献１と同様に、レーザ加工ヘッドの内部の状態を判定することが求められている。また、ワークからの反射戻り光を検出し、その結果に基づいてワークの加工状態を判定することも求められてきている。

【0008】

しかし、特許文献１に開示された従来の構成では、ワークからの反射戻り光とレーザ加工ヘッドの内部の光学部品でのケラレ光とを切り分けて、ワークの加工状態とレーザ加工ヘッドの内部の状態とを判定することは難しかった。特に、ハイブリットレーザ加工システムでは、それぞれのレーザ光の光路中に複数の光学部品が配置されており、これらの状態判定がさらに困難となっていた。

【0009】

本開示はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに波長の異なるレーザ光をワークに向けて照射するレーザ加工ヘッドにおいて、反射戻り光に基づいてワークの加工状態を判定可能なレーザ加工ヘッド及びこれを備えたレーザ加工システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示に係るレーザ加工ヘッドは、筐体と、前記筐体の内部に配置された複数の光学部品とを有するレーザ加工ヘッドであって、前記筐体には、第１レーザ光が入射される第１光入射口と、第２レーザ光が入射される第２光入射口と、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を外部に出射する光照射口と、前記第１光入射口から入射された前記第１レーザ光の光路を前記第２光入射口から入射された前記第２レーザ光の光路と分離する隔壁と、がそれぞれ設けられ、前記第２レーザ光は、前記第１レーザ光よりも波長が短く、前記第１光入射口から入射された前記第１レーザ光の光路の周りに設けられた第１光検出器と、前記第２光入射口から入射された前記第２レーザ光の光路の周りに設けられた第２光検出器と、をさらに備え、前記第１光検出器は、前記隔壁を挟んで、前記第２光検出器と反対側に配置され、前記第１光検出器は、前記第２レーザ光の波長を含む第２波長帯の光を受光し、前記第２光検出器は、前記第１レーザ光の波長を含む第１波長帯の光を受光し、前記複数の光学部品の少なくとも一部は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方の光路を変更して、前記光照射口から出射される前記第１レーザ光の光軸と前記第２レーザ光の光軸とが略一致するように前記筐体の内部に配置されていることを特徴とする。

【0011】

本開示に係るレーザ加工システムは、前記レーザ加工ヘッドと、前記第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、前記第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、前記第１光入射口に接続され、前記第１レーザ発振器から出射された前記第１レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第１光ファイバと、前記第２光入射口に接続され、前記第２レーザ発振器から出射された前記第２レーザ光を前記レーザ加工ヘッドに伝送する第２光ファイバと、を少なくとも備え、前記レーザ加工ヘッドは、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方をワークに向けて照射することを特徴とする。

【0012】

本開示に係るレーザ加工システムの異常判定方法は、前記レーザ加工システムにおける異常の有無を判定する異常判定方法であって、前記第２レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、前記第１光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態または前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定し、前記第１レーザ光を前記ワークに向けて照射している場合に、前記第２光検出器の出力信号に基づいて、前記ワークの加工状態または前記筐体の内部の光学部品の状態に異常があるか否かを判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、ハイブリットレーザ加工システムにおいて、ワークの加工状態を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１に係るレーザ加工システムの概略構成図である。

【図2】レーザ加工ヘッドの内部構造を示す概略構成図である。

【図3】イメージセンサの画素構造を示す模式図である。

【図4】ＲＧＢ画素の受光効率と波長との関係の一例を示す図である。

【図5A】イメージセンサの受光面に集光された第１レーザ光及び第２レーザ光のスポットを示す画像の一例である。

【図5B】ワークの表面に集光された第１レーザ光及び第２レーザ光のスポットを示す画像の一例である。

【図6A】第１光検出器及び第３光検出器の模式図である。

【図6B】第２光検出器及び第４光検出器の模式図である。

【図7】第１レーザ光をワークに照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。

【図8】第２レーザ光をワークに照射した場合の反射光の状態を示す模式図である。

【図9】第１レーザ光及び第２レーザ光をワークに照射した場合の第１～第４光検出器の出力を示す一例である。

【図10】実施形態２に係る第１レーザ光をワークに照射した場合の第２及び第３光検出器の出力を示す一例である。

【図11】実施形態３に係るレーザ加工システムの概略構成図である。

【図12】第１レーザ光をワークに照射した場合の第２、第３及び第６光検出器の出力を示す一例である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

（実施形態１）
［レーザ加工システムの構成］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工システム（レーザ加工装置）１を示す。レーザ加工システム１は、互いに波長の異なる２種類のレーザ光を用いたハイブリットレーザ加工システムであり、ワークＷの切断、溶接、穴開け等のレーザ加工を行う。

【0017】

レーザ加工システム１は、レーザ加工ヘッド（レーザ照射ヘッド）１０と、第１レーザ発振器２及び第２レーザ発振器３と、第１光ファイバ４及び第２光ファイバ５と、マニピュレータ６と、制御装置７と、を備える。

【0018】

第１レーザ発振器２は、第１レーザ光Ａを出射する。第２レーザ発振器３は、第２レーザ光Ｂを出射する。第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとは、互いに波長が異なる。第１レーザ光Ａは、近赤外光であり、その波長が９００ｎｍ～１２００ｎｍ程度である。第２レーザ光Ｂは、青色光であり、その波長が４００ｎｍ～４５０ｎｍ程度である。一般に、レーザ加工には近赤外光が適用されるが、銅への吸収率が良い等との理由から、近年、青色光もレーザ加工に適用されつつある。なお、第２レーザ光Ｂを緑色光（波長：４５０ｎｍ～５５０ｎｍ程度）としてもよい。

【0019】

第１光ファイバ４は、第１レーザ光Ａを、第１レーザ発振器２からレーザ加工ヘッド１０へ伝送する。第２光ファイバ５は、第２レーザ光Ｂを、第２レーザ発振器３からレーザ加工ヘッド１０へ伝送する。

【0020】

レーザ加工ヘッド１０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの少なくとも一方をワークＷの表面Ｗ１に照射する。その場合、レーザ加工ヘッド１０からワークＷに向かう第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが同じになるようにする。例えば、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの両方が同時にワークＷの表面Ｗ１に照射される場合、第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが重ね合わされた状態でワークＷに照射される。レーザ加工ヘッド１０の詳細については、後述する。

【0021】

マニピュレータ６は、先端にレーザ加工ヘッド１０が取り付けられ、レーザ加工ヘッド１０を移動させる。制御装置７は、マニピュレータ６の動作及び各レーザ発振器２，３によるレーザ光Ａ，Ｂの発振を制御する。制御装置７は、レーザ加工ヘッド１０の内部における後述するアクチュエータの動作を制御してもよい。

【0022】

［レーザ加工ヘッドの構成］
図２は、レーザ加工ヘッド１０の内部構造を示す。なお、図２におけるＸ，Ｙ，Ｚは直交座標系における各方向を示し、Ｘ，Ｙが前後左右の水平方向、Ｚが上下方向（鉛直方向）である。また、各レーザ光Ａ，Ｂの光軸（各レーザ光Ａ，Ｂにおける光束の代表となる仮想的な光線）の延びる方向を、「光軸方向」という。光軸方向は、直交座標系Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて常に一定ではなく、各レーザ光Ａ，Ｂの進行に応じて変化し得る。

【0023】

レーザ加工ヘッド１０は、筐体１１の内部に設けられた集光光学系によって、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ集光してワークＷに照射する。レーザ加工ヘッド１０は、集光光学系として、第１コリメートレンズ２０と、第２コリメートレンズ２１と、ベンドミラー３０と、ダイクロイックミラー４０と、ワーク側集光レンズ５０と、と、を備える。また、レーザ加工ヘッド１０は、調整手段の一部としてのミラー側アクチュエータ８０と、調整手段の一部としての第１レンズ側アクチュエータ８１と、調整手段の一部としての第２レンズ側アクチュエータ８２と、を備える。

【0024】

レーザ加工ヘッド１０は、第３光検出器９１ａと、第１光検出器９１ｂと、第２光検出器９２ａと、第４光検出器９２ｂと、を備える。また、レーザ加工ヘッド１０は、イメージセンサ（第５光検出器）６０と、検出側集光レンズ７０と、アパーチャー７１と、を備える。筐体１１の内部における第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂの配置関係及び各光検出器の機能については、後で詳しく述べる。

【0025】

筐体１１には、Ｚ方向で上側に第１光入射口１２ａと第２光入射口１２ｂとが設けられている。第１光入射口１２ａと第２光入射口１２ｂとは所定の間隔をあけて設けられている。第１光ファイバ４は第１光入射口１２ａに接続され、第１レーザ光Ａは第１光入射口１２ａを通して筐体１１の内部に入射される。第２光ファイバ５は第２光入射口１２ｂに接続され、第２レーザ光Ｂは第２光入射口１２ｂを通して筐体１１の内部に入射される。なお、第１光入射口１２ａと第２光入射口１２ｂとを総称して、入射部１２と呼ぶことがある。

【0026】

また、筐体１１には、Ｚ方向で下側に光照射口（照射部）１３が設けられている。第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂは光照射口１３に設けられた保護ガラス１４を通してワークＷの表面Ｗ１に照射される。

【0027】

筐体１１には、隔壁１１ａが設けられている。隔壁１１ａは、Ｙ方向において、第１光入射口１２ａと第２光入射口１２ｂとの間に設けられている。Ｚ方向において、筐体１１の上側の内壁から第１コリメートレンズ２０及び第２コリメートレンズ２１の近傍まで延びている。隔壁１１ａは、第１光入射口１２ａから入射された第１レーザ光Ａの光路を第２光入射口１２ｂから入射された第２レーザ光Ｂの光路と分離する。

【0028】

第１コリメートレンズ２０は、第１レーザ光Ａを平行光線に変換する。第２コリメートレンズ２１は、第２レーザ光Ｂを平行光線に変換するなお、第１コリメートレンズ２０及び第２コリメートレンズ２１にそれぞれ入射するまで、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂは、互いに並行に、Ｚ方向に直進する。

【0029】

ベンドミラー３０は、第１レーザ光Ａの光軸に並行な第２レーザ光Ｂの光軸を、第１レーザ光Ａの光軸に交差する方向に、具体的には直交する方向（Ｙ方向）に変更させる。

【0030】

ダイクロイックミラー４０は、特定の波長領域の光の大部分を透過し、それ以外の波長領域の光の大部分を反射するミラーである。本実施形態では、ダイクロイックミラー４０は、裏面４１側から入射した第１レーザ光Ａの大部分を表面４２側に略真直ぐに透過するとともに、表面４２側から入射した第２レーザ光Ｂの大部分を表面４２側に略直角に反射する。一方、ダイクロイックミラー４０は、裏面４１側から入射した第１レーザ光Ａの残部を裏面４１側に略直角に反射するとともに、表面４２側から入射した第２レーザ光Ｂの残部を裏面４１側に略真直ぐに透過する。

【0031】

ダイクロイックミラー４０を透過した第１レーザ光Ａの大部分及びダイクロイックミラー４０により反射した第２レーザ光Ｂの大部分の光軸方向進行側には、光照射口１３が配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー４０は、第１レーザ光Ａの大部分をワークＷ側に透過するとともに、第２レーザ光Ｂの大部分をワークＷ側に反射する。

【0032】

なお、各レーザ光Ａ，Ｂの大部分とは、例えば、エネルギー換算で、ダイクロイックミラー４０に入射する前の各レーザ光Ａ，Ｂの９５％～９９．９％程度である。各レーザ光Ａ，Ｂの残部とは、例えば、エネルギー換算で、ダイクロイックミラー４０に入射する前の各レーザ光Ａ，Ｂの０．１％～５％程度である。

【0033】

ワーク側集光レンズ５０は、光軸方向において、ダイクロイックミラー４０とワークＷとの間に、配置されている。ワーク側集光レンズ５０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ集光する。集光した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂは、光照射口１３を介して、ワークＷの表面Ｗ１にそれぞれ照射される。ワーク側集光レンズ５０は、色収差補正機能を有してもよい。この場合、ワーク側集光レンズ５０を透過した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光位置は、Ｚ方向において略一致する。

【0034】

イメージセンサ（第５光検出器）６０は、その受光面６１に結像させた光の明暗を電荷の量に光電変換し、それを読み出して電気信号に変換する撮像素子である。イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０の裏面４１側に、配置されている。具体的には、イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０により反射した第１レーザ光Ａの残部及びダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの残部の光軸方向進行側に配置されている。すなわち、イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０により反射した第１レーザ光Ａの残部及びダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの残部のそれぞれを受光面６１で受光する。

【0035】

アパーチャー７１は、光軸方向において、ダイクロイックミラー４０と検出側集光レンズ７０との間に配置されている。

【0036】

検出側集光レンズ７０は、光軸方向において、アパーチャー７１とイメージセンサ６０との間に配置されている。検出側集光レンズ７０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ集光する。そして、検出側集光レンズ７０は、集光した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれを、イメージセンサ６０の受光面６１に照射する。検出側集光レンズ７０は、色収差補正機能を有してもよい。この場合、検出側集光レンズ７０を透過した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光位置は、Ｙ方向において略一致する。

【0037】

ワークＷの表面Ｗ１に照射される第１レーザ光Ａの集光状態に対応するように、検出側集光レンズ７０のサイズや曲率、また、検出側集光レンズ７０とイメージセンサ６０との距離が設定されている。つまり、イメージセンサ６０の受光面６１に照射される第１レーザ光Ａの集光状態は、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第１レーザ光Ａの集光状態に対応している。

【0038】

同様に、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第２レーザ光Ｂの集光状態に対応するように、検出側集光レンズ７０のサイズや曲率、また、検出側集光レンズ７０とイメージセンサ６０との距離が設定されている。つまり、イメージセンサ６０の受光面６１に照射される第２レーザ光Ｂの集光状態は、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第２レーザ光Ｂの集光状態に対応している。

【0039】

例えば、イメージセンサ６０の受光面６１で第１レーザ光Ａのスポット径（検出側第１スポット径Ｄａｊ）が拡がれば、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第１レーザ光Ａのスポット径（ワーク側第１スポット径Ｄａｉ）も拡がる。イメージセンサ６０の受光面６１で第２レーザ光Ｂの集光位置がシフトすれば、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第２レーザ光Ｂの集光位置も同様にシフトする。なお、本実施形態において、「スポット径」とは、任意の像面（例えば、ワークＷの表面Ｗ１やイメージセンサ６０の受光面６１）におけるレーザ光の直径を意味し、必ずしも、レーザ光の集光点における直径に限定されない。

【0040】

ミラー側アクチュエータ８０は、ベンドミラー３０の傾きを、変化させる。ミラー側アクチュエータ８０は、例えば、チルト軸及び当該チルト軸を回転させるモータで構成されている。ミラー側アクチュエータ８０によるベンドミラー３０の傾き変化によって、ベンドミラー３０により曲げられる第２レーザ光Ｂの光軸の向きが変化する。これにより、第２レーザ光Ｂの集光位置が変化する。

【0041】

第１レンズ側アクチュエータ８１は、第１コリメートレンズ２０を、光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。第１レンズ側アクチュエータ８１は、例えば、リニアモータで構成されている。第２レンズ側アクチュエータ８２は、第２コリメートレンズ２１を、光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。第２レンズ側アクチュエータ８２は、例えば、リニアモータで構成されている。各レンズ側アクチュエータ８１，８２による各コリメートレンズ２０，２１の光軸方向（Ｚ方向）における移動によって、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの後述するスポット径がそれぞれ変化する。

【0042】

なお、各レンズ側アクチュエータ８１，８２によって各コリメートレンズ２０，２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる際、各コリメートレンズ２０，２１は、必ずしも光軸方向（Ｚ方向）に真直ぐに移動するのではなく、光軸方向に直交する水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に多少動いたり、多少傾いたりすることがある。

【0043】

以上説明したように、複数の光学部品の少なくとも一部、この場合は、ベンドミラー３０とダイクロイックミラー４０とは、第２レーザ光Ｂの光路を変更して、光照射口１３から出射される第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが略一致するように筐体１１の内部に配置されている。

【0044】

［イメージセンサの構成］
図３は、イメージセンサの画素構造を模式的に示す。図４は、ＲＧＢ画素の受光効率と波長との関係を示す。

【0045】

図３に示すように、イメージセンサ６０は、近赤外光または赤外光を受光する画素（以下、Ｎ画素と呼ぶ。）、赤色光を受光する画素（以下、Ｒ画素と呼ぶ。）、緑色光を受光する画素（以下、Ｇ画素と呼ぶ。）、及び青色光を受光する画素（以下、Ｂ画素と呼ぶ。）の計４つの画素を一単位として配列されている。具体的には、公知のべイヤー配列に対して、一方のＧ画素がＮ画素に置換されたカラーフィルター配列となっている。

【0046】

図４に示すように、Ｒ画素は、波長帯が６００ｎｍ～８５０ｎｍ程度の光を光電変換する量子効率が高くなっており、通常の赤色光（６００ｎｍ～７００ｎｍ程度）の光を効率良く電気信号に変換する。Ｇ画素は、波長帯が５００ｎｍ～５５０ｎｍ程度の光を光電変換する量子効率が高くなっており、通常の緑色光（５００ｎｍ～５５０ｎｍ程度）の光を効率良く電気信号に変換する。Ｂ画素は、波長帯が４００ｎｍ～５００ｎｍ程度の光を光電変換する量子効率が高くなっており、通常の青色光（４２０ｎｍ～４８０ｎｍ程度）の光を効率良く電気信号に変換する。なお、図示しないが、Ｎ画素は、波長帯が９００ｎｍ～１２００ｎｍ程度の光を光電変換する量子効率が高くなっており、近赤外光または赤外光（９００ｎｍ～１２００ｎｍ程度）の光を効率良く電気信号に変換する。

【0047】

前述したように、第１レーザ光Ａの波長は９００ｎｍ～１２００ｎｍ程度であり、第２レーザ光Ｂの波長は４００ｎｍ～４５０ｎｍ程度である。したがって、図３に示すイメージセンサ６０を用いることにより、検出側集光レンズ７０を透過した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂを確実に電気信号に変換できる。また、各画素のサイズを適切に設定することにより、受光面６１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの２次元分布を把握できる。後で述べるように、当該２次元分布や受光面６１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれのスポット径に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光位置やスポット径を修正することができる。

【0048】

なお、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ確実に電気信号に変換するという観点で言えば、例えば、図３に示すＲ画素をＢ画素に置き換え、さらに、Ｇ画素をＮ画素に置き換えてもよい。つまり、Ｂ画素とＮ画素の２種類のみを周期的に配列するようにしてもよい。また、第２レーザ光Ｂが緑色光である場合は、Ｂ画素をＧ画素に置き換えてもよい。

【0049】

［集光状態のモニター及び調整］
実際にワークＷをレーザ加工する場合、表面Ｗ１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光状態をモニターすることはできない。一方、本実施形態によれば、前述したように、イメージセンサ６０の受光面６１に照射される第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光状態は、ワークＷの表面Ｗ１に照射される第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光状態に対応している。つまり、イメージセンサ６０の受光面６１に照射された第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのスポット画像に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１での集光状態をモニターすることができる。

【0050】

図５Ａは、イメージセンサの受光面に集光された第１レーザ光及び第２レーザ光のスポット画像の一例を示し、図５Ｂは、ワークの表面に集光された第１レーザ光及び第２レーザ光のスポット画像の一例を示す。

【0051】

後で述べるように、レーザ加工ヘッド１０の内部の各光学部品の配置関係を調整して適切に設定することで、図５Ｂに示すように、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂが、ワークＷの表面Ｗ１で一致または近接して集光される。また、第１レーザ光Ａのワーク側第１スポットＳａｉと第２レーザ光Ｂのワーク側第２スポットＳｂｉは、ともに加工に適したサイズになるように調整される。第１レーザ光Ａのワーク側第１スポット径Ｄａｉ及び第２レーザ光Ｂのワーク側第２スポット径Ｄｂｉは、ともに加工に適したサイズになるように調整される。

【0052】

イメージセンサ６０で取得された第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの画像に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光位置を調整することができる。

【0053】

例えば、第１レーザ光Ａの集光位置と第２レーザ光Ｂの集光位置とが２つのレーザ光の光軸ずれに起因してずれている場合、ミラー側アクチュエータ８０を傾動させて、２つのレーザ光の集光位置を一致させることができる。また、例えば、イメージセンサ６０の受光面６１に照射された第１レーザ光Ａのスポット画像がデフォーカスしている場合、第１レンズ側アクチュエータ８１を駆動してデフォーカス状態を解消させる。このようにすることで、ワークＷの表面Ｗ１で第１レーザ光Ａが焦点を結ぶようにすることができる。同様に、イメージセンサ６０の受光面６１に照射された第２レーザ光Ｂのスポット画像がデフォーカスしている場合、第２レンズ側アクチュエータ８２を駆動してデフォーカス状態を解消させる。このようにすることで、ワークＷの表面Ｗ１で第２レーザ光Ｂが焦点を結ぶようにすることができる。

【0054】

［第１～第４光検出器の構成］
図６Ａは、第１光検出器及び第３光検出器の構成を模式的に示し、図６Ｂは、第２光検出器及び第４光検出器の構成を模式的に示す。

【0055】

図６Ａに示すように、第１光検出器９１ｂは、フォトダイオード９１ｂ１と波長選択フィルター９１ｂ２とで構成されている。波長選択フィルター９１ｂ２は、青色光の波長を含む第２波長帯の光を透過し、それ以外の波長の光を遮断するように構成されている。第３光検出器９１ａは、フォトダイオード９１ａ１と波長選択フィルター９１ａ２とで構成されている。波長選択フィルター９１ａ２は、近赤外光または赤外光の波長を含む第１波長帯の光を透過し、それ以外の波長の光を遮断するように構成されている。

【0056】

図６Ｂに示すように、第２光検出器９２ａは、フォトダイオード９２ａ１と波長選択フィルター９２ａ２とで構成されている。波長選択フィルター９２ａ２は、近赤外光または赤外光の波長を含む第１波長帯の光を透過し、それ以外の波長の光を遮断するように構成されている。第４光検出器９２ｂは、フォトダイオード９２ｂ１と波長選択フィルター９２ｂ２とで構成されている。波長選択フィルター９２ｂ２は、青色光の波長を含む第２波長帯の光を透過し、それ以外の波長の光を遮断するように構成されている。

【0057】

後で述べるように、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂのそれぞれは、ワークＷまたは筐体１１の内部の光学部品、例えば、保護ガラスで反射された第１レーザ光Ａまたは第２レーザ光を受光可能な位置に配置される必要がある。したがって、図２に示すように、第１光検出器９１ｂ及び第３光検出器９１ａは、第１光入射口１２ａから入射された第１レーザ光Ａの光路の周りに設けられている。第２光検出器９２ａ及び第４光検出器９２ｂは、第２光入射口１２ｂから入射された第２レーザ光Ｂの光路の周りに設けられている。

【0058】

また、第１光検出器９１ｂ及び第３光検出器９１ａと第２光検出器９２ａ及び第４光検出器９２ｂとの間には隔壁１１ａが設けられている。このようにすることで、第１光検出器９１ｂ及び第３光検出器９１ａが受光可能な光路と第２光検出器９２ａ及び第４光検出器９２ｂが受光可能な光路とが分離される。

【0059】

本実施形態において、第１波長帯は、９００ｎｍ～１２００ｎｍの範囲を言い、第２波長帯は、４００ｎｍ～６００ｎｍの範囲を言う。ただし、特にこれに限定されない。後で述べるように、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂのそれぞれは、ワークＷまたは筐体１１の内部の光学部品、例えば、保護ガラスで反射された第１レーザ光Ａまたは第２レーザ光を受光する。しかし、レーザ光が金属に照射された場合、金属の表面でプラズモンと相互作用を生じて、反射光の波長がシフトすることがある。第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂは、それぞれ、このように波長がシフトした反射光を受光できる必要がある。

【0060】

このため、第１光検出器９１ｂ及び第４光検出器９２ｂの受光可能な波長域を第２レーザ光Ｂの波長域と同じかそれよりも広くして、例えば、前述の第２波長帯とする必要がある。同様に、第２光検出器９２ａ及び第３光検出器９１ａの受光可能な波長域を第１レーザ光Ａの波長域と同じかそれよりも広くして、例えば、前述の第１波長帯とする必要がある。

【0061】

つまり、第１光検出器９１ｂは、第１レーザ光Ａの光路の周りに設けられ、ワークＷ等で反射された第２レーザ光Ｂを受光する。第２光検出器９２ａは、第２レーザ光Ｂの光路の周りに設けられ、ワークＷ等で反射された第１レーザ光Ａを受光する。第３光検出器９１ａは、第１レーザ光Ａの光路の周りに設けられ、ワークＷ等で反射された第１レーザ光Ａを受光する。第４光検出器９２ｂは、第２レーザ光Ｂの光路の周りに設けられ、ワークＷ等で反射された第２レーザ光Ｂを受光する。

【0062】

また、波長選択フィルター９１ａ２，９２ａ２は、第１波長帯及びこれよりも長い波長の光を透過し、第１波長帯よりも短い波長域の光を遮断するようにしてもよい。第２波長帯の光に対して所定以下の受光感度であればよい。同様に、波長選択フィルター９１ｂ２，９２ｂ２は、第２波長帯及びこれよりも短い波長の光を透過し、第２波長帯よりも長い波長域の光を遮断するようにしてもよい。第１波長帯の光に対して所定以下の受光感度であればよい。

【0063】

なお、図６Ａ，６Ｂに示す例では、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂのそれぞれが、フォトダイオード及びこれと別体に設けられた波長選択フィルターとで構成されているが、特にこれに限定されず、フォトダイオードの表面に波長選択フィルターを直接形成する等して、一体化してもよい。また、フォトダイオード９１ｂ１，９１ａ１，９２ａ１，９２ｂ１は、フォトダイオードアレイであってもよい。

【0064】

［レーザ加工システムの異常判定手順］
図７は、第１レーザ光をワークに照射した場合の反射光の状態を模式的に示す。図８は、第２レーザ光をワークに照射した場合の反射光の状態を模式的に示す。図９は、第１レーザ光及び第２レーザ光をワークに照射した場合の第１～第４光検出器の出力を示す一例である。

【0065】

なお、説明の便宜上、図７，８において、レーザ加工ヘッド１０を構成する各部品のうち、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂとベンドミラー３０とダイクロイックミラー４０と保護ガラス１４のみを図示している。

【0066】

前述したように、レーザ加工時にワークＷの加工状態をモニターし、また、レーザ加工システム１の異常を検出することで、加工異常の発生や加工品質の低下を抑制することができる。レーザ加工システム１の異常として、例えば、レーザ加工ヘッド１０の内部の光学部品の異常や第１光ファイバ４及び第２光ファイバ５の異常等が挙げられる。また、第１レーザ発振器２や第２レーザ発振器３の出力異常も含まれる。

【0067】

しかし、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光ＢをワークＷに照射するレーザ加工ヘッド１０の内部では、ワークＷからの反射戻り光や保護ガラス１４等の光学部品でのケラレ光が混在する。また、それぞれに第１レーザ光Ａに起因する成分と第２レーザ光Ｂに起因する成分とが含まれる。

【0068】

特許文献１に開示されるように、単にレーザ加工ヘッド１０の内部に光検出器を設けるだけでは、それぞれの成分の切り分けがうまくいかず、ワークＷの加工状態やレーザ加工ヘッド１０の内部の光学部品の状態を判定するのが難しいことは既に述べたとおりでる。

【0069】

そこで、本実施形態のレーザ加工ヘッド１０では、筐体１１の内部の前述の位置に第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂをそれぞれ配置している。また、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂの光検出機能、具体的には受光可能な光の波長帯を前述のように設定している。

【0070】

このようにすることで、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂでそれぞれ検出される反射光の強度に基づいて、ワークＷの加工状態やレーザ加工ヘッド１０の内部の光学部品の状態を判定することができる。本実施形態では、レーザ溶接時にワークＷの加工状態を判定する場合について述べる。

【0071】

ワークＷをレーザ溶接する場合、溶接不良が生じると、ワークＷの表面Ｗ１の凹凸が正常な部分と比べて変化する。このため、ワークＷからの反射戻り光の強度も変化する。例えば、ワークＷからの反射戻り光の強度が所定値以上に増加すれば、溶接異常が発生していると判定できる。

【0072】

第１レーザ光ＡをワークＷの表面Ｗ１に照射する場合、図７に示すように、いくつかの反射戻り光の成分が発生する。

【0073】

まず、ワークＷで反射された戻り光は、もとの光路をそのまま戻ってダイクロイックミラー４０を透過し、第１光入射口１２ａに返っていく。さらに第１光ファイバ４を通って第１レーザ発振器２に戻ることもある。この戻り光成分をＡ０とする。

【0074】

一方、ワークＷの表面Ｗ１は必ずしも平たんではない。また、溶接時に形成される溶接ビード（図示せず）の表面にも凹凸が形成されている。このため、ワークＷからの反射戻り光が散乱され、もとの光路をそのまま通らずに第１光入射口１２ａに向かう戻り光成分Ａ１が発生する。

【0075】

また、保護ガラス１４の表面がスパッタ等により汚れていると、保護ガラス１４の表面でも、第１レーザ光Ａの一部が反射され、戻り光成分Ａ２（以下、ケラレ成分Ａ２と呼ぶことがある。）が発生する。ケラレ成分Ａ２は、ダイクロイックミラー４０を透過し、第１光入射口１２ａに向かう。なお、保護ガラス１４に限らず、筐体１１の内部における第１レーザ光Ａの光路中に配置された光学部品のそれぞれで、同様の反射戻り光（ケラレ光）が発生しうる。

【0076】

一方、前述したように、ダイクロイックミラー４０は、第１レーザ光Ａに対して有限の反射率（例えば、０．数％）を有している。したがって、ワークＷからの反射戻り光の一部は、ダイクロイックミラー４０とさらにベンドミラー３０で反射されて、第２光入射口１２ｂに向かう。この戻り光成分をＡ３とする。同様に、保護ガラス１４からの反射戻り光の一部は、ダイクロイックミラー４０とさらにベンドミラー３０で反射されて、第２光入射口１２ｂに向かう。この戻り光成分をＡ４とする。

【0077】

また、第２レーザ光ＢをワークＷの表面Ｗ１に照射する場合も、同様にいくつかの反射戻り光の成分が発生する。図８に示す戻り光成分Ｂ０～Ｂ４は、図７に示す戻り光成分Ａ０～Ａ４にそれぞれ対応している。なお、ダイクロイックミラー４０は、第２レーザ光Ｂに対して有限の透過率（例えば、０．数％）を有している。このため、戻り光成分Ｂ０～Ｂ４のそれぞれの光路は、戻り光成分Ａ０～Ａ４のそれぞれの光路と一致はしていない。例えば、ワークＷの表面Ｗ１で反射された戻り光成分Ｂ０は、ダイクロイックミラー４０とベンドミラー３０とで反射されて、第２光入射口１２ｂに返っていく。さらに第２光ファイバ５を通って第２レーザ発振器３に戻ることもある。保護ガラス１４の表面で反射された戻り光成分Ｂ２（以下、ケラレ成分Ｂ２と呼ぶことがある。）は、ダイクロイックミラー４０とベンドミラー３０とで反射されて、第２光入射口１２ｂに返っていく。

【0078】

このように、ワークＷや保護ガラス１４で反射された第１レーザ光Ａの戻り光は、第１光入射口１２ａに向かう成分Ａ０，Ａ１，Ａ２と第２光入射口１２ｂに向かう成分Ａ３，Ａ４とに分かれる。ワークＷや保護ガラス１４で反射された第２レーザ光Ｂの戻り光は、第１光入射口１２ａに向かう成分Ｂ３，Ｂ４と第２光入射口１２ｂに向かう成分Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２とに分かれる。ただし、通常、保護ガラス１４からの反射戻り光は、ワークＷからの反射戻り光に比べて、非常に小さい。これは、ワークＷの表面Ｗ１でのレーザ光の反射率に比べて、保護ガラス１４の表面でのレーザ光の反射率が極めて小さくなるためである。また、保護ガラス１４に限らず、他の光学部品の表面での反射率も、ワークＷの表面Ｗ１での反射率よりは、通常小さくなる。よって、前述の戻り光成分Ａ４，Ｂ４は、他の戻り光成分よりもきわめて小さくなり、通常は無視しうる。

【0079】

したがって、第１レーザ光Ａの光路の周りに設けられた第１光検出器９１ｂでは、前述の戻り光成分のうち、成分Ｂ３を検出しうる。また、第３光検出器９１ａでは、戻り光成分Ａ１及びケラレ成分Ａ２を検出しうる。第２レーザ光Ｂの光路の周りに設けられた第２光検出器９２ａでは、前述の戻り光成分のうち、成分Ａ３を検出しうる。また、第４光検出器９２ｂでは、戻り光成分Ｂ１及びケラレ成分Ｂ２を検出しうる。

【0080】

これらのことに鑑みると、ワークＷの表面Ｗ１での第１レーザ光Ａの反射戻り光をＳ／Ｎ比を高めて検出しようとする場合、第３光検出器９１ａの出力信号を使うよりも第２光検出器９２ａの出力信号を使う方が有利であることがわかる。第３光検出器９１ａの出力信号には、保護ガラス１４からの反射戻り光成分であるケラレ成分Ａ２が混入するからである。同様の理由により、ワークＷの表面Ｗ１での第２レーザ光Ｂの反射戻り光をＳ／Ｎ比を高めて検出しようとする場合、第４光検出器９２ｂの出力信号を使うよりも第１光検出器９１ｂの出力信号を使う方が有利である。

【0081】

例えば、第１レーザ光Ａの出力を６０００Ｗ、第２レーザ光Ｂの出力を１０００Ｗとする。また、ダイクロイックミラー４０での第１レーザ光Ａの透過率を９９．９％（反射率を０．１％）とし、第２レーザ光Ｂの反射率を９９．９％（透過率を０．１％）とする。

【0082】

この場合、図９に示すように、ワークＷに向かう往路では、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのパワーは、それぞれ１％低下する。また、保護ガラス１４を含む光学部品でけられるレーザ光のパワーは、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光でそれぞれ１％程度である。

【0083】

一方、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第１レーザ光Ａは、大部分がダイクロックミラー４０を透過する一方、一部がダイクロイックミラーで反射される。戻り光成分Ａ０がゼロであると仮定すると、前者が戻り光成分Ａ１に相当し、第３光検出器９１ａで検出される。後者が戻り光成分Ａ３（実際には戻り光成分Ａ４も含む）に相当し、第２光検出器９２ａで検出される。

【0084】

また、光学部品の表面でけられた第１レーザ光Ａも、大部分がダイクロックミラー４０を透過する。よって、当該成分であるケラレ成分Ａ２も、第３光検出器９１ａで検出される。

【0085】

したがって、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第１レーザ光Ａを第３光検出器９１ａで検出しようとする場合、ケラレ成分Ａ２も検出してしまうため、Ｓ／Ｎ比が低下する。図９から明らかなように、信号成分である戻り光成分Ａ１に起因した信号成分に対し、ケラレ成分Ａ２に起因したノイズ成分は約２０％程度もある。

【0086】

一方、第２光検出器９２ａには、光学部品の表面でけられた第１レーザ光Ａが実質的に入射されない。このため、第２光検出器９２ａの出力信号に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第１レーザ光Ａのパワーを正確に評価することができる。

【0087】

同様に、ワークＷの表面Ｗ２で反射された第１レーザ光Ａは、大部分がダイクロックミラー４０で反射される一方、一部がダイクロイックミラーを透過する。戻り光成分Ｂ０がゼロであると仮定すると、前者が戻り光成分Ｂ１に相当し、第１光検出器９１ｂで検出される。後者が戻り光成分Ｂ３（実際には戻り光成分Ｂ４も含む）に相当し、第４光検出器９２ｂで検出される。

【0088】

しかし、光学部品の表面でけられた第２レーザ光Ｂも、大部分がダイクロックミラー４０を反射される。よって、当該成分であるケラレ成分Ｂ２も、第４光検出器９２ｂで検出される。

【0089】

したがって、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第２レーザ光Ｂを第４光検出器９２ｂで検出しようとする場合、ケラレ成分Ｂ２も検出してしまうため、Ｓ／Ｎ比が低下する。図９から明らかなように、信号成分である戻り光成分Ｂ１に起因した信号成分に対し、ケラレ成分Ｂ２に起因したノイズ成分は約２０％程度もある。

【0090】

一方、第１光検出器９１ｂには、光学部品の表面でけられた第２レーザ光Ｂが実質的に入射されない。このため、第１光検出器９１ｂの出力信号に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第２レーザ光Ｂのパワーを正確に評価することができる。

【0091】

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工ヘッド１０は、筐体１１と、筐体１１の内部に配置された複数の光学部品とを有している。

【0092】

筐体１１には、第１レーザ光Ａが入射される第１光入射口１２aと、第２レーザ光Ｂが入射される第２光入射口１２ｂと、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂを外部に出射する光照射口１３と、がそれぞれ設けられている。また、筐体１１には、第１光入射口１２ａから入射された第１レーザ光Ａの光路を第２光入射口１２ｂから入射された第２レーザ光Ｂの光路と分離する隔壁１１ａが設けられている。なお、第２レーザ光Ｂは、第１レーザ光Ａよりも波長が短い。

【0093】

レーザ加工ヘッド１０は、第１光入射口１２ａから入射された第１レーザ光Ａの光路の周りに設けられた第１光検出器９１ｂと、第２光入射口１２ｂから入射された第２レーザ光Ｂの光路の周りに設けられた第２光検出器９２ａと、をさらに備えている。

【0094】

第１光検出器９１ｂは、隔壁１１ａを挟んで、第２光検出器９２ａと反対側に配置されている。第１光検出器９１ｂは、第２レーザ光Ｂの波長を含む第２波長帯の光を受光し、第２光検出器９２ａは、第１レーザ光Ａの波長を含む第１波長帯の光を受光する。

【0095】

複数の光学部品の少なくとも一部は、第２レーザ光Ｂの光路を変更して、光照射口１３から出射される第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが略一致するように筐体１１の内部に配置されている。

【0096】

本実施形態によれば、第２レーザ光Ｂの光路の周りに第１レーザ光Ａを受光可能な第２光検出器９２ａを設けることで、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第１レーザ光Ａのパワーを正しく評価することができる。このことにより、ワークＷの表面Ｗ１の状態を精度良く推定することができ、第１レーザ光ＡをワークＷに照射したときの加工不良の発生や加工品質の低下を抑制することができる。

【0097】

同様に、第１レーザ光Ａの光路の周りに第２レーザ光Ｂを受光可能な第１光検出器９１ｂを設けることで、ワークＷの表面Ｗ１で反射された第２レーザ光Ｂのパワーを正しく評価することができる。このことにより、ワークＷの表面Ｗ１の状態を精度良く推定することができ、第２レーザ光ＢをワークＷに照射したときの加工不良の発生や加工品質の低下を抑制することができる。

【0098】

また、第１光検出器９１ｂは、第２レーザ光Ｂの波長域よりも広い帯域の第２波長帯の光を受光可能に構成されている。第２光検出器９２ａは、第１レーザ光Ａの波長域よりも広い帯域の第１波長帯の光を受光可能に構成されている。このことにより、ワークＷの表面Ｗ１で第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂの波長がシフトしても、反射戻り光を確実に検出することができる。

【0099】

なお、第１波長帯は、９００ｎｍ以上、１２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２波長帯は、４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0100】

第１レーザ光Ａとして近赤外光を、第２レーザ光として青色光を用いる場合、第１波長帯及び第２波長帯の範囲をそれぞれこのように設定することで、ワークＷの表面Ｗ１におけるレーザ光の波長シフトが起こった場合も、反射戻り光を確実に検出することができる。なお、第１レーザ光Ａとして赤外光を用いる場合、第１波長帯を８００ｎｍ以上、１２００ｎｍ以下としてもよい。また、第２レーザ光Ｂとして緑色光を用いる場合、第２波長帯を５００ｎｍ以上、７５０ｎｍ以下としてもよい。

【0101】

また、光照射口１３から出射される第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが略一致することで、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを重ね合わせた状態で、ワークＷをレーザ加工する場合にも、加工品質を維持できる。

【0102】

複数の光学部品は、第２レーザ光Ｂの光路中に設けられ、第２レーザ光Ｂを反射して光路を変更させるベンドミラー３０と、第１レーザ光Ａの光路中であってかつベンドミラー３０で反射された第２レーザ光Ｂの光路中に設けられたダイクロイックミラー４０と、光照射口１３を覆う保護ガラス１４と、を少なくとも含んでいる。

【0103】

ダイクロイックミラー４０は、第１レーザ光Ａの大部分を透過して光照射口１３に向かわせるとともに、第１レーザ光Ａの残部を反射してアパーチャー７１に向かわせる。また、アパーチャー７１は、第２レーザ光Ｂの大部分を反射して光照射口１３に向かわせるとともに、第２レーザ光Ｂの残部を透過してアパーチャー７１に向かわせる。

【0104】

このようにすることで、第１レーザ光Ａの光軸と第２レーザ光Ｂの光軸とが略一致するようにして、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを光照射口１３から出射させることができる。このことにより、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを重ね合わせた状態で、ワークＷをレーザ加工する場合にも、加工品質を維持できる。

【0105】

筐体１１の内部には、Ｚ方向において、第１光入射口１２ａとダイクロイックミラー４０との間に第１コリメートレンズ２０が設けられている。第２光入射口１２ｂとベンドミラー３０との間に第２コリメートレンズ２１が設けられている。ダイクロイックミラー４０と光照射口１３との間にワーク側集光レンズ５０が設けられている。

【0106】

第１コリメートレンズ２０は、第１レーザ光Ａを平行化してダイクロイックミラー４０に入射させる。第２コリメートレンズ２１は、第２レーザ光Ｂを平行化してベンドミラー３０に入射させる。ワーク側集光レンズ５０は、入射された第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ所定の集光位置に集光させる。

【0107】

本実施形態によれば、以上の構成を備えることにより、光照射口１３からワークＷに向かう第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの光軸を略一致させることができる。また、ワークＷの表面Ｗ１で第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂがそれぞれ焦点を結ぶようにすることができる。これらのことにより、ワークＷの表面Ｗ１における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光位置を略一致させることができる。

【0108】

複数の光学部品は、ダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの光路中であってかつダイクロイックミラー４０で反射された第１レーザ光Ａの光路中に設けられたアパーチャー７１と、アパーチャー７１を通過した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの光路中に設けられた検出側集光レンズ７０と、を少なくとも含んでいる。

【0109】

筐体１１の内部であって、検出側集光レンズ７０を透過した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂをそれぞれ受光可能な位置にイメージセンサ（第５光検出器）６０が配置されている。

【0110】

このようにすることで、イメージセンサ６０の受光面６１に第１レーザ光Ａのスポット（検出側第１スポットＳａｊ）及び第２レーザ光Ｂのスポット（検出側第２スポットＳｂｊ）を結像させることができる。検出側第１スポットＳａｊ及び検出側第２スポットＳｂｊの画像、さらにそれぞれの直径である検出側第１スポット径Ｄａｊ及び検出側第２スポット径Ｄｂｊを評価することにより、ワークＷの表面Ｗ１における第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂの集光状態を推定することができる。

【0111】

また、アパーチャー７１により、イメージセンサ６０に向かう第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂにおいて、それぞれ余分な光束を遮断することができる。このことにより、受光面６１に入射される第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのパワーを低減して、検出側第１スポットＳａｊ及び検出側第２スポットＳｂｊの画像の乱れやイメージセンサ６０に設けられたカラーフィルター等の焼き付き等の不具合が発生するのを抑制できる。

【0112】

また、イメージセンサ６０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの少なくとも一方の出力をモニターする。モニターされた出力に基づいて、レーザ加工時にワークＷに照射される第１レーザ光Ａ及び／または第２レーザ光Ｂの出力を推定することができる。

【0113】

イメージセンサ（第５光検出器）６０は、第１レーザ光Ａの波長を含む波長帯の光を受光する複数の第１受光部（Ｎ画素）と、第２レーザ光Ｂの波長を含む波長帯の光を受光する複数の第２受光部（Ｂ画素）と、を少なくとも有している。複数の第１受光部及び複数の第２受光部は、イメージセンサ６０の受光面６１上にそれぞれ周期的に配列されている。

【0114】

イメージセンサ６０をこのように構成することで、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれのスポット画像を高い解像度で取得することができる。このことにより、ワークＷの表面Ｗ１における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光位置を精密に調整できる。

【0115】

イメージセンサ６０は、近赤外光または赤外光、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ受光する４つの画素が、受光面６１上に周期的に配列された構造であることが好ましい。

【0116】

この画素構造は公知の構成であり、特殊な構造の光検出器を使用しないため、レーザ加工ヘッド１０のコスト増加を抑制できる。また、イメージセンサ６０の出力信号を公知の信号処理装置を用いて処理できるため、信号処理の負荷が増加するのを抑制できる。

【0117】

本実施形態に係るレーザ加工システム（レーザ加工装置）１は、レーザ加工ヘッド１０と、第１レーザ光Ａを出射する第１レーザ発振器２と、第２レーザ光Ｂを出射する第２レーザ発振器３と、を少なくとも備えている。

【0118】

また、レーザ加工システム１は、第１光入射口１２ａに接続され、第１レーザ発振器２から出射された第１レーザ光Ａをレーザ加工ヘッド１０に伝送する第１光ファイバ４と、第２光入射口１２ｂに接続され、第２レーザ発振器３から出射された第２レーザ光Ｂをレーザ加工ヘッド１０に伝送する第２光ファイバ５と、を備えている。

【0119】

レーザ加工ヘッド１０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの少なくとも一方をワークＷに向けて照射する。

【0120】

本実施形態によれば、ワークＷの表面Ｗ１における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのそれぞれの集光位置を略一致させることができる。このことにより、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを重ね合わせた状態でワークＷをレーザ加工する場合、加工精度及び加工品質を向上させることができる。

【0121】

レーザ加工システム１は、レーザ加工ヘッド１０を移動可能に保持するマニピュレータ６をさらに備えていてもよい。このようにすることで、複雑な構造のワークＷに対してもレーザ加工を行うことが容易となる。

【0122】

レーザ加工システム１は、イメージセンサ６０で取得された第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの画像に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光位置を調整可能に構成されている。このようにすることで、ワークＷの表面Ｗ１での第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光位置を所望の位置にすることが容易となる。このことにより、レーザ加工時の加工精度及び加工品質を向上させることができる。

【0123】

本実施形態に係る異常判定方法は、レーザ加工システム１における異常の有無を判定する異常判定方法である。

【0124】

第２レーザ光Ｂをワークに向けて照射している場合に、第１光検出器９１ｂの出力信号に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。第１レーザ光ＡをワークＷに向けて照射している場合に、第２光検出器９２ａの出力信号に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。

【0125】

本実施形態によれば、第２レーザ光Ｂの光路の周りに第１レーザ光Ａを受光可能な第２光検出器９２ａを設けるという簡便な構成で、第１レーザ光ＡをワークＷに照射したときの表面Ｗ１の状態を精度良く推定することができる。また、第１レーザ光Ａの光路の周りに第２レーザ光Ｂを受光可能な第１光検出器９１ｂを設けるという簡便な構成で、第２レーザ光ＢをワークＷに照射したときの表面Ｗ１の状態を精度良く推定することができる。これらのことにより、レーザ加工時の加工不良の発生や加工品質の低下を抑制することができる。

【0126】

（実施形態２）
図１０は、本実施形態に係る第１レーザ光をワークに照射した場合の第２及び第３光検出器の出力の一例を示す。

【0127】

前述したように、イメージセンサ６０を用いることで、レーザ加工時にワークＷに照射される第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂのパワーを精度良く評価することができる。

【0128】

しかし、この評価を行うにあたって、筐体１１の内部に、アパーチャー７１と検出用集光レンズ７０をイメージセンサ６０とを配置関係を規定した上で設置する必要がある。レーザ加工ヘッド１０のさらなる小型化が要求される場合、これらの部品を省略することもありうる。

【0129】

また、イメージセンサ６０の検出結果を補完する形で、さらに第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂのパワーを評価したい場合もある。

【0130】

本開示のレーザ加工ヘッド１０及びレーザ加工システム１によれば、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂの出力信号に基づいて、ワークＷの表面Ｗ１の状態推定と第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂのパワー評価とを同時に行うことができる。以下、さらに詳しく説明する。なお、説明の便宜上、本実施形態では、ワークＷに第１レーザ光Ａを照射した場合について考える。

【0131】

前述したように、第３光検出器９１ａでは、ワークＷからの第１レーザ光Ａの反射戻り光成分のうち戻り光成分Ａ１を検出することができる。戻り光成分Ａ１は、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーに略比例していると考えられる。

【0132】

なお、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３には、光学部品でのケラレ成分Ａ２を含むが、実験等により、予め、戻り光成分Ａ１とケラレ成分Ａ２との比を求めておくことで、出力信号Ｐ３における戻り光成分Ａ１の寄与を評価することが可能である。

【0133】

また、第２光検出器９２ａでは、ワークＷからの第１レーザ光Ａの反射戻り光成分である成分Ａ３を検出することができる。

【0134】

したがって、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２から、ワークＷからの第１レーザ光Ａの反射戻り光のパワーを推定し、この値に基づいて、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３をさらに補正することで、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーを推定することができる。

【0135】

例えば、図１０のｃａｓｅ１，２に示すように、ワークＷから反射戻り光が発生していないか微弱な場合を考える。この場合、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２はいずれもゼロである。一方、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３は、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーに比例して増加している。第１レーザ光Ａのパワーが５００Ｗの場合、出力信号Ｐ３が５Ｗであり（ｃａｓｅ１）、第１レーザ光Ａのパワーが１０００Ｗの場合、出力信号Ｐ３が１０Ｗである（ｃａｓｅ２）。

【0136】

ここで、ワークＷからの反射戻り光が発生した場合（図１０のｃａｓｅ３，４）を考える。なお、実験等により、第１レーザ光Ａの出力変化に対する出力信号Ｐ２と出力信号Ｐ３との比が予め求められている。この場合、Ｐ２：Ｐ３は、１：５である。つまり、出力信号Ｐ３におけるワークＷからの反射戻り光成分の寄与は、出力信号Ｐ２の５倍である。

【0137】

このことに鑑みて、図１０に示す数値を評価した場合、ｃａｓｅ３（第１レーザ光Ａのパワーが１０００Ｗ）では、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２が１Ｗである。一方、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３は１５Ｗである。出力信号Ｐ３のうち、ワークＷからの反射戻り光に関係する分（＝１Ｗ×５＝５Ｗ）を差し引くと、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーに直接関係する分は、１０Ｗであると推定される。この値は、第１レーザ光Ａのパワーが同じであるｃａｓｅ２の出力信号Ｐ３と同じ値である。

【0138】

同様に、ｃａｓｅ４（第１レーザ光Ａのパワーが５００Ｗ）では、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２が０．５Ｗである。一方、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３は７．５Ｗである。出力信号Ｐ３のうち、ワークＷからの反射戻り光に関係する分（＝０．５Ｗ×５＝２．５Ｗ）を差し引くと、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーに直接関係する分は、５Ｗであると推定される。この値は、第１レーザ光Ａのパワーが同じであるｃａｓｅ１の出力信号Ｐ３と同じ値である。

【0139】

以上から明らかなように、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２を用いて、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３を補正することで、出力信号Ｐ３からワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーを推定することができる。

【0140】

また、第２レーザ光ＢをワークＷに照射した場合、第１光検出器９１ｂの出力信号Ｐ１から、ワークＷからの第２レーザ光Ｂの反射戻り光のパワーを推定し、この値に基づいて、第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ４をさらに補正することで、ワークＷに照射される第２レーザ光Ｂのパワーを推定することができることは明らかである。

【0141】

また、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを同時にワークＷに照射した場合、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２から、ワークＷからの第１レーザ光Ａの反射戻り光のパワーを推定し、この値に基づいて、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３をさらに補正することで、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーを推定することができる。これと同時に、第１光検出器９１ｂの出力信号Ｐ１から、ワークＷからの第２レーザ光Ｂの反射戻り光のパワーを推定し、この値に基づいて、第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ４をさらに補正することで、ワークＷに照射される第２レーザ光Ｂのパワーを推定することができる。

【0142】

なお、出力信号Ｐ３や出力信号Ｐ４の補正方法は、ワークＷの材質、具体的には、第１レーザ光Ａの波長帯の光や第２レーザ光Ｂの波長帯の光に対するワークＷの反射率に応じて、適宜変更されうるのは言うまでもない。

【0143】

また、レーザ加工システム１を長期使用しているときに、出力信号Ｐ３や出力信号Ｐ４が異常に増加して、前述した補正関係が成立しなくなる場合がある。このような場合は、保護ガラス１４等の光学部品の表面でのケラレ光が増加していることが疑われる。つまり、光学部品の表面に汚れが付着し、前述のケラレ成分Ａ２やＢ２が増加していることが推測される。

【0144】

つまり、本実施形態に係る異常判定方法は、以下の構成を備えていると言える。

【0145】

第２レーザ光ＢをワークＷに向けて照射している場合に、第１光検出器９１ｂの出力信号Ｐ１に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。

【0146】

第１レーザ光ＡをワークＷに向けて照射している場合に、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。

【0147】

第２光検出器９２ａ及び第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ２，Ｐ３に基づいて、第１レーザ光Ａの出力を推定する。

【0148】

第１光検出器９１ｂ及び第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ１，Ｐ４に基づいて、第２レーザ光Ｂの出力を推定する。

【0149】

（実施形態３）
図１１は、本実施形態に係るレーザ加工システムの概略構成図を示し、図１２は、第１レーザ光をワークに照射した場合の第２、第３及び第６光検出器の出力の一例を示す。なお、説明の便宜上、図１１において、実施形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0150】

図１１に示す本実施形態のレーザ加工システム１は、第１レーザ発振器２に第６光検出器２ａを、第２レーザ発振器３に第７光検出器３ａをそれぞれ備える点で、図１に示すレーザ加工システム１と異なる。

【0151】

第６光検出器２ａは、第１波長帯の光を受光し、例えば、図６Ａに示す第３光検出器９１ａと同様の構造である。第６光検出器２ａは、第１レーザ発振器２と第１光ファイバ４との接続部の近傍に設けられている。また、第６光検出器２ａは、第１光ファイバ４を通って伝送された第１レーザ光Ａの反射戻り光を受光可能な位置に配置されている。

【0152】

第７光検出器３ａは、第２波長帯の光を受光し、例えば、図６Ａに示す第１光検出器９１ｂと同様の構造である。第７光検出器３ａは、第２レーザ発振器３と第２光ファイバ５との接続部の近傍に設けられている。また、第７光検出器３ａは、第２光ファイバ５を通って伝送された第２レーザ光Ｂの反射戻り光を受光可能な位置に配置されている。

【0153】

本実施形態によれば、第１～第４光検出器９１ｂ，９２ａ，９１ａ，９２ｂと第６光検出器２ａ及び第７光検出器３ａとを用いて、第１レーザ光Ａや第２レーザ光ＢをワークＷに向けて照射した場合に、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定できる。また、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａや第２レーザ光Ｂのパワーを推定できる。筐体１１の内部の光学部品、例えば、保護ガラス１４に異常があるか否かを判定できる。このことについて、図１２を用いてさらに説明する。なお、説明の便宜上、図１２は、第１レーザ光ＡをワークＷに照射した場合の例のみを示している。

【0154】

図１２におけるｃａｓｅ１，２は、図１０におけるｃａｓｅ１，２とそれぞれ同じである。図１２におけるｃａｓｅ５，６は、図１０におけるｃａｓｅ３，４とそれぞれ同じである。したがって、これらについての詳細な説明は省略する。なお、図１２におけるｃａｓｅ１，２では、第６光検出器２ａの出力信号Ｐ６は、０Ｗである。これは、ワークＷからの反射戻り光が発生していないか微弱であるためである。一方、図１２におけるｃａｓｅ５，６では、第６光検出器２ａの出力信号Ｐ６は、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３と同じになるように設定されている。

【0155】

第６光検出器２ａは、図７に示す戻り光成分のうち、成分Ａ０を主に受光し、出力信号Ｐ６を出力する。戻り光成分Ａ０は、戻り光成分Ａ１と同様に、ワークＷに照射される第１レーザ光Ａのパワーに略比例していると考えられる。

【0156】

一方、図１２におけるｃａｓｅ３，４は、ワークＷからの反射戻り光に加えて、保護ガラス１４の表面でケラレ光が発生している場合である。

【0157】

この場合、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３にケラレ成分Ａ２が含まれることは前述した通りである。一方、ケラレ成分Ａ２は、スパッタやヒュームが保護ガラス１４等の表面に付着し、表面に生じた凹凸により第１レーザ光Ａが反射されて生じる。この凹凸は、第１レーザ光Ａの波長と同程度のサイズを多く含むため、第１レーザ光Ａの散乱角が大きくなる。このことにより、ケラレ成分Ａ２が、第１光ファイバ４に入射して第６光検出器２ａで検出されることはほぼ無い。このことに鑑みれば、第６光検出器２ａの出力信号Ｐ６よりも第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３が大きくなっている場合、出力信号Ｐ３にケラレ成分Ａ２が含まれていると判断できる。

【0158】

ｃａｓｅ３における出力信号Ｐ３の値は、ｃａｓｅ５における値（＝１５Ｗ）と同じである一方、出力信号Ｐ６は０Ｗである。この場合、予め求めておいた戻り光成分Ａ１とケラレ成分Ａ２との比または差から、保護ガラス１４からの反射戻り光の寄与分は、１Ｗ程度と推定される。

【0159】

ｃａｓｅ３においても、出力信号Ｐ６は０Ｗである。予め求めておいた戻り光成分Ａ１とケラレ成分Ａ２との比または差から、保護ガラス１４からの反射戻り光の寄与分は、１Ｗ程度と推定される。

【0160】

以上から明らかなように、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３と第６光検出器２ａの出力信号Ｐ６とを比較して、第１レーザ光Ａのうち、保護ガラス１４等の光学部品の表面でけられる分のパワーを推定することができる。

【0161】

また、第２レーザ光ＢをワークＷに照射した場合、第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ４と第７光検出器３ａの出力信号Ｐ７とを比較して、第２レーザ光Ｂのうち、保護ガラス１４等の光学部品の表面でけられる分のパワーを推定することができることは明らかである。

【0162】

また、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを同時にワークＷに照射した場合、第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ３と第６光検出器２ａの出力信号Ｐ６とを比較して、第１レーザ光Ａのうち、保護ガラス１４等の光学部品の表面でけられる分のパワーを推定することができる。これと同時に、第７光検出器３ａの出力信号Ｐ７と第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ４とを比較して、第２レーザ光Ｂのうち、保護ガラス１４等の光学部品の表面でけられる分のパワーを推定することができる。

【0163】

また、本実施形態によれば、実施形態１，２に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができることは言うまでもない。つまり、本実施形態に係る異常判定方法は、以下の構成を備えていると言える。

【0164】

第２レーザ光ＢをワークＷに向けて照射している場合に、第１光検出器９１ｂの出力信号Ｐ１に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。

【0165】

第１レーザ光ＡをワークＷに向けて照射している場合に、第２光検出器９２ａの出力信号Ｐ２に基づいて、ワークＷの加工状態に異常があるか否かを判定する。

【0166】

第２光検出器９２ａ及び第３光検出器９１ａの出力信号Ｐ２，Ｐ３に基づいて、第１レーザ光Ａの出力を推定する。

【0167】

第１光検出器９１ｂ及び第４光検出器９２ｂの出力信号Ｐ１，Ｐ４に基づいて、第２レーザ光Ｂの出力を推定する。

【0168】

第３光検出器９１ａ及び第６光検出器２ａの出力信号Ｐ３、Ｐ６に基づいて、第１レーザ光Ａの光路中に配置された光学部品に異常があるか否かを判定する。

【0169】

第４光検出器９２ｂ及び第７光検出器３ａの出力信号Ｐ４、Ｐ７に基づいて、第２レーザ光Ｂの光路中に配置された光学部品に異常があるか否かを判定する。

【産業上の利用可能性】

【0170】

本開示は、互いに波長の異なるレーザ光を出射するレーザ加工ヘッド及びレーザ加工システムに適用できるので、有用である。

【符号の説明】

【0171】

Ｆ レーザ加工方向
Ｗ ワーク
Ｗ１ 表面（像面）
Ａ 第１レーザ光
Ｓａｉ ワーク側第１スポット
Ｄａｉ ワーク側第１スポット径
Ｓａｊ 検出側第１スポット
Ｄａｊ 検出側第１スポット径
Ｂ 第２レーザ光
Ｓｂｉ ワーク側第２スポット
Ｄｂｉ ワーク側第２スポット径
Ｓｂｊ 検出側第２スポット
Ｄｂｊ 検出側第２スポット径
１ レーザ加工システム
２ 第１レーザ発振器
２ａ 第６光検出器
３ 第２レーザ発振器
３ａ 第７光検出器
４ 第１光ファイバ
５ 第２光ファイバ
１０ レーザ加工ヘッド
２０ 第１コリメートレンズ
２１ 第２コリメートレンズ
３０ ベンドミラー
４０ ダイクロイックミラー
５０ ワーク側集光レンズ
６０ イメージセンサ（第５光検出器）
６１ 受光面
７０ 検出側集光レンズ
７２ 減光フィルター
８０ ミラー側アクチュエータ（調整手段）
８１ 第１レンズ側アクチュエータ（調整手段）
８２ 第２レンズ側アクチュエータ（調整手段）
９１ａ 第３光検出器
９１ｂ 第１光検出器
９２ａ 第２光検出器
９２ｂ 第４光検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】