(57)【要約】【課題】レーザ光伝送用ファイバ自身の状態を監視することによりそのレーザ光伝送用ファイバの断線の有無を検出することができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】光検出装置４６は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから入射し第２光ファイバ２０の一端面２０ａから出射する検出用光を受光できるように設けられており、その検出用光の受光の有無を検出する。これにより、レーザ加工装置１０では、光検出装置４６による受光の有無に基づいて、第２光ファイバ２０自身の状態を監視することができ、それにより、その第２光ファイバ２０の断線の有無を検出することができる。【選択図】図１
2014200815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源（１４）からのレーザ光を中継するカプラ（１８）と、
前記レーザ光を被加工物（１２）に照射するレーザヘッド（２２）と、
前記カプラと前記レーザヘッドとの間に介装され該カプラから該レーザヘッドへ前記レーザ光を伝送するレーザ光伝送用ファイバ（２０）とを備え、
前記レーザヘッドは、前記レーザ光伝送用ファイバの前記レーザヘッド側から該レーザ光伝送用ファイバへ検出用光を入射させる検出用光源（４４）を備え、
前記カプラは、前記レーザ光伝送用ファイバの前記カプラ側から出射する前記検出用光を受光できるように設けられ該検出用光を検出する光検出装置（４６）を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記検出用光源は、前記レーザ光伝送用ファイバから出射する前記レーザ光の進行方向（ＡＲＬＺ）に対して傾斜した方向から前記レーザ光伝送用ファイバへ前記検出用光を入射させるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記カプラは、前記レーザ光と前記検出用光とのうち一方を反射し他方を透過する反射器（３２）を備え、
前記光検出装置は、前記レーザ光の進行経路から前記反射器により分離された前記検出用光を受光できるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ光源（１４）から発せられカプラ（１８）を介したレーザ光を、レーザ光伝送用ファイバ（２０）を経てレーザヘッド（２２）へ伝送し、該レーザヘッドから被加工物（１２）に照射するレーザ加工において、
前記レーザヘッドが有する検出用光源（４４）から発せられた検出用光を前記レーザ光伝送用ファイバの前記レーザヘッド側から該レーザ光伝送用ファイバへ入射させ、該レーザ光伝送用ファイバの前記カプラ側から出射する前記検出用光を検出することにより前記レーザ光伝送用ファイバの断線を検出することを特徴とするレーザ加工におけるレーザ光伝送用ファイバの断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光伝送用ファイバにて伝送されたレーザ光をレーザヘッドから被加工物に照射するレーザ加工装置およびレーザ加工におけるレーザ光伝送用ファイバの断線検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光伝送用ファイバにて伝送ざれたレーザ光をレーザヘッドから被加工物に照射するレーザ加工装置が、例えば、特許文献１に開示されている。その特許文献１のレーザ加工装置は、レーザ光伝送用ファイバに添うように配設された検出用光ファイバと、その検出用光ファイバに検出用光を入射させる光源と、検出用光ファイバから出射する検出用光の有無を検出する光検出装置とを備えている。特許文献１のレーザ加工装置では、検出用光の光源から発せられた検出用光が光検出装置により検出されないときは、検出用光ファイバと共にレーザ光伝送用ファイバが断線していると判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のレーザ加工装置では、上述のように、検出用光ファイバを伝送される検出用光を検出することにより、レーザ光伝送用ファイバが断線したか否かが判断される。すなわち、レーザ光伝送用ファイバ自身ではなく検出用光ファイバが断線したか否かが監視され、それにより、レーザ光伝送用ファイバが断線したか否かが間接的に監視されているという課題があった。言い換えれば、レーザ光伝送用ファイバの断線の有無を直接監視できないという課題があった。
【０００５】
例えば特許文献１のように、レーザ光伝送用ファイバの断線の有無が間接的に監視されていると、例えばレーザ光伝送用ファイバと検出用光ファイバとが常に同時に断線するとは限らないので、レーザ光伝送用ファイバの断線の有無について判断の正確性が低くなる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、レーザ光伝送用ファイバ自身の状態を監視することによりそのレーザ光伝送用ファイバの断線の有無を検出することができるレーザ加工装置およびレーザ加工におけるレーザ光伝送用ファイバの断線検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、レーザ光源（１４）からのレーザ光を中継するカプラ（１８）と、
レーザ光を被加工物（１２）に照射するレーザヘッド（２２）と、
カプラとレーザヘッドとの間に介装されそのカプラからそのレーザヘッドへレーザ光を伝送するレーザ光伝送用ファイバ（２０）とを備え、
レーザヘッドは、レーザ光伝送用ファイバのレーザヘッド側からそのレーザ光伝送用ファイバへ検出用光を入射させる検出用光源（４４）を備え、
カプラは、レーザ光伝送用ファイバのカプラ側から出射する検出用光を受光できるように設けられその検出用光を検出する光検出装置（４６）を備えていることを特徴とする。
【０００８】
上述の発明によれば、光検出装置は、レーザ光伝送用ファイバのレーザヘッド側から入射しカプラ側から出射する検出用光を受光できるように設けられており、その検出用光を検出するので、レーザ光伝送用ファイバ自身の状態を監視し、それにより、そのレーザ光伝送用ファイバの断線の有無を検出することができる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明では、レーザ光源（１４）から発せられカプラ（１８）を介したレーザ光を、レーザ光伝送用ファイバ（２０）を経てレーザヘッド（２２）へ伝送し、そのレーザヘッドから被加工物（１２）に照射するレーザ加工において、
レーザヘッドが有する検出用光源（４４）から発せられた検出用光をレーザ光伝送用ファイバのレーザヘッド側からそのレーザ光伝送用ファイバへ入射させ、そのレーザ光伝送用ファイバのカプラ側から出射する検出用光を検出することによりレーザ光伝送用ファイバの断線を検出することを特徴とする。
【００１０】
上述の発明によれば、レーザヘッドが有する検出用光源から発せられた検出用光をレーザ光伝送用ファイバのレーザヘッド側からそのレーザ光伝送用ファイバへ入射させ、そのレーザ光伝送用ファイバのカプラ側から出射する検出用光を検出することによりレーザ光伝送用ファイバの断線を検出するので、上記請求項１に記載の発明と同様に、レーザ光伝送用ファイバ自身の状態を監視し、それにより、そのレーザ光伝送用ファイバの断線の有無を検出することができる。
【００１１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るレーザ加工装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】第２実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。
【図３】第３実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。
【図４】第４実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０の全体構成を示す図である。レーザ加工装置１０は、例えば、レーザ光を被加工物１２に照射することにより被加工物１２の溶接や溶断等を行う加工装置である。図１に示すように、レーザ加工装置１０は、レーザ光源であるレーザ発振器１４と、第１光ファイバ１６と、レーザ光の中継装置であるカプラ１８と、第２光ファイバ２０と、レーザ加工用のトーチであるレーザヘッド２２とを備えている。
【００１５】
また、レーザ発振器１４、第１光ファイバ１６、およびカプラ１８は、１つの装置であるレーザ出力装置２４を構成している。そして、そのレーザ発振器１４、第１光ファイバ１６、およびカプラ１８は、そのレーザ出力装置２４の外装部材２６内に収容されている。例えば、レーザヘッド２２の位置及び向きは、不図示の多関節ロボットにて変化させられ、それに伴い、第２光ファイバ２０が曲げられるなど変形する。なお、図１において、破線矢印はレーザ発振器１４からのレーザ光の進行経路および進行方向を表しており、一点鎖線矢印は後述の検出用光の進行経路および進行方向を表している。
【００１６】
第１光ファイバ１６は、レーザ発振器１４とカプラ１８との間に介装されている。すなわち、第１光ファイバ１６は、その一端においてレーザ発振器１４に接続され、他端においてカプラ１８に接続されている。そして、レーザ発振器１４からのレーザ光をカプラ１８へ伝送する。要するに、第１光ファイバ１６は、レーザ発振器１４とカプラ１８との間の光伝送経路を構成している。
【００１７】
第２光ファイバ２０は、カプラ１８とレーザヘッド２２との間に介装されている。すなわち、第２光ファイバ２０は、その一端においてカプラ１８に接続され、他端においてレーザヘッド２２に接続されている。そして、レーザ光をカプラ１８からレーザヘッド２２へ伝送する。要するに、第２光ファイバ２０は、カプラ１８とレーザヘッド２２との間の光伝送経路を構成している。なお、第１光ファイバ１６および第２光ファイバ２０は、光を伝送するための光ファイバであるので、第１光ファイバ１６および第２光ファイバ２０から出射する光の波長は、入射したときの波長と変わらない。また、第２光ファイバ２０は、本発明におけるレーザ光伝送用ファイバに対応する。
【００１８】
カプラ１８は、レーザ発振器１４から出射したレーザ光を中継して第２光ファイバ２０へ伝送する。カプラ１８は、第１光ファイバ１６の他端面１６ａから出射したレーザ光を平行光にするコリメートレンズ３０と、そのコリメートレンズ３０を通過したレーザ光を反射する反射器３２と、その反射器３２により反射されたレーザ光を集光させる集光レンズ３４とを備えている。
【００１９】
このように構成されたカプラ１８では、第１光ファイバ１６の他端面１６ａから出射したレーザ光は、カプラ１８内において、コリメートレンズ３０を経ることにより平行光になる。平行光になったレーザ光は、反射器３２で集光レンズ３４に向けて反射される。そして、集光レンズ３４を経ることにより第２光ファイバ２０の一端面２０ａ内に集光させられる。例えば、その一端面２０ａの中心部分すなわちコア部分に集光させられる。なお、反射器３２は、レーザ発振器１４からのレーザ光を反射する一方で後述の検出用光を透過する反射鏡である。反射器３２は、例えばダイクロイックミラーで構成されている。
【００２０】
レーザヘッド２２は、第２光ファイバ２０により伝送されてきたレーザ光を被加工物１２へ出射させる。レーザヘッド２２は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから出射したレーザ光を平行光にするコリメートレンズ４０と、そのコリメートレンズ４０を通過したレーザ光を集光させる集光レンズ４２とを備えている。そのコリメートレンズ４０の光軸は集光レンズ４２の光軸と同じになっており、コリメートレンズ４０および集光レンズ４２は、その光軸が第２光ファイバ２０の他端面２０ｂの中心を通るように配置されている。
【００２１】
このように構成されたレーザヘッド２２では、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから出射したレーザ光は、レーザヘッド２２内において、コリメートレンズ４０を経ることにより平行光になる。平行光になったレーザ光は集光レンズ３４を経ることにより集光され、レーザヘッド２２から例えば被加工物１２に向けて出射する。
【００２２】
また、レーザヘッド２２は、第２光ファイバ２０の断線を検出するための検出用光を発する検出用光源である発光装置４４を備えている。その検出用光は、例えば第２光ファイバ２０にて伝送されるレーザ光よりも短波長の光であって、そのレーザ光に対する検出用光の波長差は、カプラ１８が有する反射器３２を透過するのに十分な大きさになっている。具体的に、その検出用光は青色の可視光であり、発光装置４４は青色発光ダイオードで構成されている。
【００２３】
発光装置４４は、レーザヘッド２２内において、第２光ファイバ２０のレーザヘッド２２側の端面である他端面２０ｂから第２光ファイバ２０へ検出用光を入射させる。具体的には、発光装置４４から第２光ファイバ２０の他端面２０ｂまで検出用光が進む経路にはレンズおよびミラーは設けられておらず、発光装置４４は、青色可視光である検出用光を第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向けて直接照射する。
【００２４】
そのために、発光装置４４は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから出射し拡がるレーザ光が及ぶ範囲ＲＤｈｄから外れた位置に配設されている。そして、発光装置４４は、その他端面２０ｂから出射するレーザ光の進行方向ＡＲＬＺすなわちコリメートレンズ４０の光軸方向とは異なる方向から、検出用光をその他端面２０ｂへ入射させる。具体的には、発光装置４４は、その検出用光を、上記レーザ光の進行方向ＡＲＬＺに対して傾斜した方向から、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂへ入射させる。その結果、検出用光は、第２光ファイバ２０内では、レーザ光と同じ経路をレーザ光とは逆向きに伝送される。
【００２５】
また、カプラ１８は、第２光ファイバ２０のカプラ１８側の端面である一端面２０ａから出射する検出用光を受光できるように設けられた光検出装置４６を備えている。その光検出装置４６は、少なくとも検出用光の受光の有無を検出するセンサであり、具体的には、その検出用光を受光することができその受光した検出用光の光量を感知する光量感知センサである。
【００２６】
光検出装置４６は、カプラ１８内で第１光ファイバ１６の他端面１６ａから第２光ファイバ２０の一端面２０ａへ進むレーザ光を妨げないように配設されている。具体的には、光検出装置４６は、集光レンズ３４の光軸上であって、反射器３２を挟んで第２光ファイバ２０の一端面２０ａの反対側に配設されている。
【００２７】
カプラ１８では、第２光ファイバ２０の一端面２０ａから出射した検出用光は、集光レンズ３４と反射器３２とを順次通過して、光検出装置４６に到達する。すなわち、その検出用光は、第２光ファイバ２０の一端面２０ａと反射器３２との間ではレーザ光と重なる経路をそのレーザ光とは逆向きに進行する。そして、反射器３２はレーザ光を反射する一方で検出用光を透過するので、検出用光は、反射器３２よりも先ではレーザ光の進行経路から分離される。光検出装置４６は、そのレーザ光の進行経路から反射器３２により分離されて進行する検出用光を受光する。
【００２８】
例えば、光検出装置４６として、特開２０００−４２７７１号公報に記載された半導体レーザ検出装置のような光検出装置を用いることができる。そのようにした場合、光検出装置４６は、検出用光を受光して信号処理を行い、第２光ファイバ２０の断線の有無を示す断線検出信号を出力する。
【００２９】
上述したように、本実施形態によれば、光検出装置４６は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから入射し第２光ファイバ２０の一端面２０ａから出射する検出用光を受光できるように設けられており、その検出用光の受光の有無を検出する。
【００３０】
これにより、光検出装置４６が第２光ファイバ２０を通ってきた検出用光を受光している場合には、第２光ファイバ２０は断線していないと判断することができる。その一方で、発光装置４４が検出用光を発しているにも拘わらず光検出装置４６が検出用光を受光していない場合には、第２光ファイバ２０は断線していると判断することができる。
【００３１】
このように、光検出装置４６は第２光ファイバ２０の断線を検出する断線検出器として機能する。要するに、レーザ加工装置１０では、光検出装置４６による受光の有無に基づいて、第２光ファイバ２０自身の状態を監視することができ、それにより、その第２光ファイバ２０の断線の有無を検出することができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、発光装置４４により発せられた検出用光は、レーザ光を伝送する第２光ファイバ２０によって伝送されるので、第２光ファイバ２０の断線を検知するための特殊な構造を第２光ファイバ２０に設ける必要がないという利点がある。
【００３３】
また、本実施形態によれば、光検出装置４６は、第２光ファイバ２０のレーザヘッド２２側からカプラ１８側へ伝送されてきた検出用光の光量を検出することができるので、第２光ファイバ２０の断線だけでなく、第２光ファイバ２０の一端面２０ａおよび他端面２０ｂの曇り等の光伝送に関わる状態を監視することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第３、第４実施形態でも同様である。
【００３５】
図２は、本実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。前述の第１実施形態ではレーザヘッド２２内において発光装置４４から第２光ファイバ２０の他端面２０ｂまでの検出用光の経路にレンズ等は設けられていないが、図２に示すように、本実施形態では、レーザヘッド２２は、発光装置４４から第２光ファイバ２０の他端面２０ｂまでの検出用光の経路に集光レンズ６０を備えている。
【００３６】
この集光レンズ６０は、発光装置４４から拡がって発せられる検出用光を第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向けて集光させる。言い換えれば、その集光レンズ６０により集光させられた検出用光が、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに入射する。
【００３７】
これにより、集光レンズ６０が無い第１実施形態と比較して、光量の多い検出光を第２光ファイバ２０へ入射させることが可能である。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。図３は、本実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態のレーザヘッド２２は、検出光を反射する反射器６２を備えている点が第１実施形態と異なる。その反射器６２は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂから出射するレーザ光を透過する一方で発光装置４４から発せられる検出用光を反射する反射鏡であり、例えばダイクロイックミラーで構成されている。
【００４０】
図３に示すように、反射器６２は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂとコリメートレンズ４０との間に介装されている。そして、反射器６２は、その他端面２０ｂから出射したレーザ光を透過させる。その一方で、発光装置４４が反射器６２に向けて検出用光を発するように配設されており、反射器６２は、発光装置４４からの検出用光を第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向けて反射する。
【００４１】
このように、反射器６２により反射された検出用光は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂからコリメートレンズ４０へ向かうレーザ光と同じ経路をそのレーザ光とは逆向きに進んで、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに入射する。
【００４２】
なお、本実施形態のレーザヘッド２２においては反射器６２が設けられているので、レーザ光の進行に影響を及ぼさないようにするという観点からすれば、反射器６２を有さない第１実施形態のレーザヘッド２２（図１参照）の方が本実施形態よりも好ましい。
【００４３】
また、前述の第１実施形態を本実施形態と比較すると、第１実施形態のレーザヘッド２２には、反射器６２を用いない簡潔な構成で、発光装置４４から第２光ファイバ２０の他端面２０ｂへ検出用光を直接入射させることができるという利点がある。
【００４４】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第３実施形態と異なる点を主として説明する。図４は、本実施形態のレーザ加工装置１０が有するレーザヘッド２２の構成を示す図である。
【００４５】
図４に示すように、本実施形態のレーザヘッド２２は、発光装置４４と反射器６２との間に集光レンズ６０を備えている点が第３実施形態と異なる。
【００４６】
この図４の集光レンズ６０は、発光装置４４から拡がって発せられる検出用光を、反射器６２を介し第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向けて集光させる。言い換えれば、集光レンズ６０により集光させられ反射器６２により反射された検出用光が、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに入射する。
【００４７】
（他の実施形態）
（１）上述の実施形態において、発光装置４４が発する検出用光は、第２光ファイバ２０にて伝送されるレーザ光よりも短波長の光であるが、そのレーザ光よりも長波長の光であっても差し支えない。要するに、その検出用光は、青色の可視光以外の光であっても差し支えない。
【００４８】
（２）上述の実施形態において、発光装置４４は青色発光ダイオードで構成されているが、発光ダイオード以外の光源であっても差し支えない。
【００４９】
（３）上述の実施形態において、反射器３２は、レーザ発振器１４からのレーザ光を反射する一方で検出用光を透過する反射鏡であるが、逆に、レーザ光を透過する一方で検出用光を反射する反射鏡であっても差し支えない。そのようにした場合には、図１のカプラ１８において、第１光ファイバ１６の他端面１６ａおよびコリメートレンズ３０の配置位置と、光検出装置４６の配置位置とが入れ替わる。
【００５０】
（４）上述の第１実施形態において、図１では、発光装置４４は、発光装置４４から発せられる検出用光の光軸が第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向くように配置されているが、その検出用光の光軸は、第２光ファイバ２０の他端面２０ｂに向いていなくても差し支えない。詳細には、検出用光は発光装置４４から拡がるように発せられるので、発光装置４４は、その拡がる検出用光の一部が第２光ファイバ２０へ入射するように配置されていればよい。
【００５１】
（５）上述の実施形態において、光検出装置４６は光量感知センサであるが、それに限らず、検出用光を受光しその受光したことを表示する表示窓であっても差し支えない。例えば、カプラ１８の外装に一部に、反射器３２を通過した検出用光を視認できる表示窓を設け、その表示窓を光検出装置４６として用いてもよいということである。
【００５２】
（６）上述の実施形態において、光検出装置４６は、第２光ファイバ２０の断線の有無を示す断線検出信号を検出用光の受光の有無に応じて出力するが、光検出装置４６は、検出用光の受光量を示す受光量信号を出力し、不図示の制御装置が、その受光量信号に基づいて第２光ファイバ２０の断線の有無を判別するようにしても差し支えない。
【００５３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１０      レーザ加工装置
１２      被加工物
１４      レーザ発振器（レーザ光源）
１８      カプラ
２０      第２光ファイバ（レーザ光伝送用ファイバ）
２２      レーザヘッド
４４      発光装置（検出用光源）
４６      光検出装置
【図１】
2014200815.tif 000003
【図２】
2014200815.tif 000004
【図３】
2014200815.tif 000005
【図４】
2014200815.tif 000006