(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部を前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置し、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする光加工ヘッド。
【請求項２】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする光加工ヘッド。
【請求項３】
前記検査用光線射出部および前記受光部の両方を通る前記湾曲面の断面のうち少なくとも１つは、楕円であることを特徴とする請求項２に記載の光加工ヘッド。
【請求項４】
前記検査用光線射出部および前記受光部が前記楕円の２つの焦点位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項３に記載の光加工ヘッド。
【請求項５】
前記湾曲面は回転楕円体の外周面に沿う形状であり、
前記検査用光線射出部および前記受光部が前記回転楕円体の２つの焦点位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項４に記載の光加工ヘッド。
【請求項６】
前記湾曲面は、前記加工用光線の光軸を中心として直径をＤとする円柱形状であり、
前記検査用光線射出部および前記受光部を結ぶ線分と前記光軸との成す角をθとし、
前記検査用光線射出部と前記受光部との距離をＬとすると、下記の数式が成り立つことを特徴とする請求項２に記載の光加工ヘッド。
Ｄ／Ｌ ＝ ２／tanθ
【請求項７】
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズをさらに備え、
前記検査用光線射出部および前記受光部は前記集光レンズよりも下流に配置されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光加工ヘッド。
【請求項８】
前記受光部から取得した信号の時間的変化に基づいて、前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光加工ヘッド。
【請求項９】
前記受光部から取得した信号の基準値からの変化に基づいて、前記筒状筐体の内面の汚れを検査することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光加工ヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光加工ヘッドと、
前記信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させる、パージ制御部と、
を有することを特徴とする光加工装置。
【請求項１１】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法。
【請求項１２】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法。
【請求項１３】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラム。
【請求項１４】
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光加工ヘッド、光加工装置およびその制御方法ならびに制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、加工の際に生じる微粒子（ヒュームやスパッタ）によるレンズの汚れを検知するため、超音波振動を用いる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許7705292号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、超音波振動の際にレンズが微振動し、それに伴い集光スポットも振動するため、加工精度が低下していた。【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る光加工ヘッドは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部を前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置し、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る他の光加工ヘッドは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法である。
上記目的を達成するため、本発明に係る他の方法は、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法である。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラムである。
上記目的を達成するため、本発明に係る他のプログラムは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光加工の際に生じる光加工ヘッドの不具合を未然に検知できる光加工技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光加工ヘッドの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光加工ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る検査用光線射出部および受光部の配置およびその間の光線経路を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る検査用光線射出部および受光部の配置関係を表わす図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る光加工ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る光加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る検査用光線射出部および受光部の配置およびその間の光線経路を示す断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る光加工装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る光加工装置の制御の流れ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】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下の実施形態において、「光」は、紫外光からマイクロ波までを含む様々な電磁波を含み、加工対象等に応じて適宜選択することができるものとする。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての光加工ヘッド(optical processing head)１００について、図１を用いて説明する。図１は、光加工ヘッド１００の断面図である。この光加工ヘッド１００は、図示しない加工用光源（light source for processing）からの光線(ray)１１０を加工面(process surface)１４０において集光させることにより加工する。
【００１３】
光加工ヘッド１００は、筒状筐体１０１と、検査用光線射出部１０２と、受光部１０３とを含む。
【００１４】
筒状筐体１０１は、加工用光源から射出された加工用光線１１０を取り囲む。検査用光線射出部１０２は、筒状筐体１０１の内部であって、加工用光線１１０の経路外に配置されている。受光部１０３は、筒状筐体１０１の内部であって、加工用光線１１０の経路外に配置され、検査用光線射出部１０２から射出される検査用光線１２１を受光する。
【００１５】
受光部１０３から取得した信号１０４を用いて、筒状筐体１０１の内面の汚れ１１１あるいは筒状筐体１０１内に流入する飛散物１１２の濃度を検査する。筒状筐体１０１内に飛散物１１２が流入した場合、飛散物１１２によって検査用光線１２１は吸収あるいは散乱される。これにより、信号１０４の強度は低下する。つまり、飛散物１１２が混入してくると信号１０４が時間的に変化するため、飛散物１１２の流入の有無を判断することができる。また、筒状筐体１０１の内面に汚れ１１１が付着している場合、検査用光線１２１が汚れ１１１によって吸収されるため、信号１０４が所定の基準値より低くなる。つまり、信号１０４の基準値からの変化により、内面の汚れ具合を判断することができる。
【００１６】
本実施形態によれば、筒状筐体１０１の内面の汚れ１１１あるいは筒状筐体１０１内に流入する飛散物１１２の濃度を検査することにより、光加工の際に生じる光加工ヘッドの不具合を未然に検知できる光加工技術を提供できる。本発明において筒状筐体１０１は、円筒形状に限定されるものではなく、角筒など、筒状であればよく、他の形状でもよい。また、検査用光線射出部１０２は、光源に限定されず、光ファイバなど光伝達手段の射出口でもよい。
【００１７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態としての光加工ヘッド２００について、図２を用いて説明する。図２は、レーザ光を適用した光加工ヘッド２００の内部構成を示すための図であり、図２に示すとおり、光加工ヘッド２００は、集光光学系装置２０１と観察装置２０２とノズル２０３とを含む。
【００１８】
（ヘッド全体構成）
集光光学系装置２０１は、コリメータレンズ２１６および集光レンズ２１７とそれを保持する円筒筐体２１１とで構成される。コリメータレンズ２１６は、入射端２１５より射出された加工用光線２０５を平行光に変換する。集光レンズ２１７は、その平行光を下流側の加工面２６０上において集光する。
【００１９】
これらの光学系により、集光光学系装置２０１は、不図示の光源から光伝送部２１０を経て入射端２１５から導かれた加工用光線２０５を加工面２６０に対して射出する。光伝送部２１０は、例えばコア径がφ０．０１〜１ｍｍの光ファイバであり、光源で発生した光（例えばレーザ光）を光加工ヘッド２００に導く。
【００２０】
入射端２１５から光加工ヘッド２００に導かれた加工用光線２０５は、加工面２６０に射出され、加工面２６０上に溶融プール２６１を形成する。
【００２１】
ノズル２０３は、不図示の材料供給装置から、材料供給部を介して、加工材料およびガスの供給を受け、ガスに混合された材料２５０を、加工面２６０の溶融プール２６１に対して射出する。その後、溶融プール２６１が冷却され、固化することで加工面２６０に材料が堆積される。加工面２６０上で溶融プール２６１を移動させ、溶融と材料供給と冷却を繰り返すことにより３次元造形が実現する。
【００２２】
観察装置２０２は、集光光学系装置２０１による加工状況を加工用光線２０５の光軸に沿った視点から観測するための装置であり、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を含む撮像装置２２１と、集光光学系装置２０１の内部に設けられた観察用ミラーとしての半透過ミラー（one-way mirror）２２２とを含む。半透過ミラー２２２は、加工用光線２０５（波長１０６０ｎｍ）は透過するが、可視光（波長４５０〜８００ｎｍ）は反射するように表面をコーティングされている。加工面２６０で反射される可視光の一部は、半透過ミラー２２２によって反射され、撮像装置２２１に導かれる。このように観測した加工状況に応じて、加工パラメータをフィードバック制御することにより加工精度を向上させることができる。
【００２３】
検査用光線射出部２１２および受光部２１３は、集光レンズ２１７よりも下流側に配置される。また、検査用光線射出部２１２は受光部２１３よりも加工用光線２０５の上流側に配置される。これにより、検査用光線射出部２１２から発せられた検査用光線２３１は、半透過ミラー２２２には届かず、撮像装置２２１によって撮像されない。つまり、撮像時に検査用光線射出部２１２からの光はノイズにならない。換言すると、検査用光線射出部２１２を受光部２１３よりも上流に配置することにより、ノイズが低減するという効果がある。また、検査用光線２３１が撮像装置２２１においてノイズとならないように、検査用光線射出部２１２のまわりに遮蔽板２１４が設けられている。これにより、受光部２１３に向かわない検査用光線は吸収され、遮蔽される。
【００２４】
（検査ユニットの構成）
加工の際、加工面２６０から飛散するヒューム（fume）やスパッタ（sputter）と呼ばれる飛散物(scattering object)２４２が円筒筐体２１１内部に侵入すると、集光レンズ２１７などの光学系が汚染され、筐体内面２１１ａに汚れ２４１が付着し、光利用効率の低下を引き起こす。そこで、光加工ヘッド２００は、飛散物２４２の影響を検査する検査ユニット２３０として、円筒筐体２１１の内部に、検査用光線射出部２１２、受光部２１３、遮蔽板２１４、および信号出力部２１８を備える。
【００２５】
検査用光線射出部２１２は例えばＬＥＤであり、波長は４００〜４５０ｎｍである。ただしこの限りではなく、ハロゲンランプ、白熱ランプ、クリプトンランプ、などでよい。また、波長は加工用光線２０５と異なればどのようなものでもよい（つまり、ここでは波長１０６０ｎｍでなければよい）。検査用光線２３１と加工用光線２０５の波長が異なることにより、受光部２１３が加工用光線２０５を検査用光線２３１と誤認することがないため、検知信号のノイズを低減できる。
【００２６】
検査用光線射出部２１２および受光部２１３は、加工用光線２０５の経路外に、対向して配置される。受光部２１３は検査用光線射出部２１２から射出された検査用光線２３１を受光し、受光した光量に応じた信号を信号出力部２１８に渡す。飛散物２４２が検査用光線２３１の経路内に侵入すると、受光部２１３で受光する光量が一時的に低下する。また、飛散物２４２が筐体内面２１１ａに汚れ２４１として付着すると、受光部２１３で受光する光量が継続的に低下する。
【００２７】
そこで、受光部２１３で受光する光量の時間的な変化（一時的なゆらぎおよび／または基準値からの所定量以上の継続的低下）の有無を検知することにより、飛散物２４２の影響を検知する。信号出力部２１８は、受光部２１３から取得した信号を用いて、円筒筐体２１１の内面の汚れ２４１あるいはノズル２０３および円筒筐体２１１内に流入する飛散物２４２の濃度を示す信号を出力する。光量変化が大きいほど、飛散の濃度が大きいと考えられる。つまり、光量変化の大小によって飛散物の濃度を検査できる。
【００２８】
このように、円筒筐体２１１の内面の汚れ２４１あるいは円筒筐体２１１内に流入する飛散物２４２の濃度を検査することにより、光加工の際に生じる光加工ヘッドの不具合（集光レンズの汚染による品質低下）を検知できる。例えば、パージを増加し、飛散物の混入を防ぐなどの方法により、光加工ヘッド２００の決定的な品質低下を回避することが可能となる。
【００２９】
次に、図３〜図５を用いて、検査用光線射出部２１２および受光部２１３の配置について詳しく説明する。図３は、光加工ヘッド２００の加工用光線２０５の光軸を通る面における断面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。Ａ−Ａ断面は、加工用光線２０５の光軸に垂直に交わり、かつ、検査用光線射出部２１２および受光部２１３を通る面である。
【００３０】
図４からわかるように、検査用光線射出部２１２および受光部２１３の両方を通る断面において、筐体内面２１１ａは、楕円を描く。この楕円の２つの焦点位置に、検査用光線射出部２１２および受光部２１３を配置する。この図４からわかるように、検査用光線射出部２１２から発せられた検査用光線２３１は筐体内面２１１ａによって反射され、受光部２１３にほぼ全て集まる。
【００３１】
図３に示すように、検査用光線射出部２１２と受光部２１３とを結ぶ線分の、加工用光線２０５の光軸からの傾斜角をΘとする。また、検査用光線射出部２１２と受光部２１３との距離（線分の長さ）をＬとする。さらに本実施形態において、筐体内面２１１ａは、加工用光線２０５の光軸を中心軸とする円柱形状（円柱側面）であり、この円柱の直径をＤとする。
【００３２】
上記のように定義したΘ、Ｌ、Ｄは、以下の数式（１）が満たされるとき、検査用光線射出部２１２と受光部２１３を楕円の２つの焦点にそれぞれ配置できる。
【００３３】
Ｄ／Ｌ  ＝  ２／tanθ・・・（１）
つまり、数式（１）は楕円の２つの焦点に検査用光線射出部２１２と受光部２１３を配置するための条件である。
【００３４】
数式（１）を満たすように配置された検査用光線射出部２１２から発せられた検査用光線２３１は、理論上、全て受光部２１３で受光される。一方、式（１）の関係を満たさない場合、受光部２１３で受光されない光線が存在する。
【００３５】
図５に数式（１）の関係を示す。横軸が傾き角Θであり、縦軸がＤ／Ｌである。これより、Θが４５°では、Ｄ／Ｌが約２となることがわかる。
【００３６】
以上、本実施形態によれば、円筒筐体２１１の内面の汚れ２４１あるいは円筒筐体２１１内に流入する飛散物２４２の濃度を検査することにより、光加工の際に生じる光加工ヘッドの不具合を未然に検知できる光加工技術を提供できる。
【００３７】
なお、上記実施形態では筐体内面２１１ａを円柱外面に対応する形状としたが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、検査用光線２３１が円筒筐体２１１の筐体内面２１１ａで反射して受光部２１３に集光されるように、円筒筐体２１１の筐体内面２１１ａの少なくとも一部が湾曲面となっていることが望ましい。
【００３８】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る光加工ヘッド６００について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る光加工ヘッド６００の内部構成を説明するための透過斜視図であり、図７は、その部分拡大図である。本実施形態に係る光加工ヘッド６００は、上記第２実施形態と比べると、検査ユニット２３０とは内面形状が異なる検査ユニット６３０を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００３９】
検査ユニット６３０は、回転楕円体の外周面に沿う形状の椀曲面６３１を内部に有しており、検査用光線射出部６１２および受光部６１３が回転楕円体の２つの焦点位置にそれぞれ配置されている。本実施形態では、検査用光線射出部６１２のまわりに遮蔽板は設ける必要がない。ただし、遮蔽板を設けてもよく、その場合は検知信号のノイズを十分に低減できる。
【００４０】
図８は、本実施形態に係る光加工ヘッド６００の検査用光線射出部６１２と受光部６１３との間の光線図を示す。図８によれば、検査用光線は全て受光部６１３で受光されることがわかる。つまり、検査光線は、効率よく検査に使われるという効果がある。
【００４１】
以上の構成で、検査用光線射出部６１２と受光部６１３とを結ぶ線分が光軸に対して直交するような配置を取ることが可能となる。これにより、光軸方向にコンパクトな光加工ヘッド６００を実現できるという効果がある。
【００４２】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態としての光加工装置(Optical Processing apparatus)９００について、図９を用いて説明する。光加工装置９００は、上述の実施形態で説明した光加工ヘッド１００、２００、６００のいずれかを含み、集光した光が生み出す熱で材料を溶融することにより三次元的な造形物（あるいは肉盛溶接）を生成する装置である。ここでは一例として、光加工ヘッド２００を備えた光加工装置９００について説明する。
【００４３】
《装置構成》
光加工装置９００は、光加工ヘッド２００以外に、光源９０１、光伝送部２１０、冷媒供給装置９０３、冷媒供給部９０４、ステージ９０５、材料供給装置９０６、材料供給部９０７、ガス供給装置９０８、ガス供給部９０９および制御部９３０を備えている。
【００４４】
光源９０１は、レーザー、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白熱球などでよい。光線の波長は例えば１０６０ｎｍであるが、これに限るものではない。
【００４５】
冷媒供給装置９０３は、冷媒として例えば水を貯蔵し、ポンプで、冷媒を冷媒供給部９０４を介して光加工ヘッド２００に供給する。
【００４６】
冷媒供給部９０４は内径φ２〜６の樹脂あるいは金属のホースである。冷媒を光加工ヘッド２００内に供給し、その内部で循環させ、冷媒供給装置９０３に戻すことにより、光加工ヘッド２００の昇温を抑えることができる。冷媒の供給量は例えば１〜１０L／minである。
【００４７】
ステージ９０５は、例えばＸステージ、あるいはＸＹステージ、あるいはＸＹＺステージであり、各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を稼動させることが可能である。材料供給装置９０６は、材料供給部９０７を介してノズル２０３に材料を供給する。例えば、材料は金属粒子、樹脂粒子、金属線材、樹脂線材、である。材料供給装置９０６は、キャリアガスも同時に供給できる。
【００４８】
材料供給部９０７は例えば樹脂あるいは金属のホースであり、キャリアガスに材料を混入させた粉体流をノズル２０３へと導く。ただし、材料が線材の場合、キャリアガスは不要となる。ノズル２０３は、加工面２６０に向けて材料を射出する。
【００４９】
ガス供給装置９０８は、ガス供給部９０９を介して光加工ヘッド２００にパージガスを供給する。パージガスは例えば窒素、またはアルゴン、またはヘリウム、である。しかし、パージガスはこれに限定されるものではなく、不活性ガスならば他のガスでもよい。光加工ヘッド２００に供給されたパージガスは、上記で述べた光線に沿ってノズル２０３から射出される。
【００５０】
また図示はしていないが、光加工装置９００は、光加工ヘッド２００の姿勢および位置を制御する、姿勢制御機構および位置制御機構を備えている。
【００５１】
《装置動作》
次に、光加工装置９００の動作について説明する。造形物９１０は、ステージ９０５の上で作成される。
【００５２】
パージガスはノズル２０３から加工面２６０へと射出される。そのため、溶融プールの周辺環境はパージガスによってパージされる。パージガスとして酸素を含まない不活性ガスを選ぶことにより、加工面２６０の酸化を防ぐことができる。
【００５３】
光加工ヘッド２００は、冷媒供給装置９０３から冷媒供給部９０４を介して供給された冷媒によって冷却され、加工中の昇温が抑えられる。
【００５４】
以上の一連の動作と同時に、光加工ヘッド２００を加工面２６０に沿って走査することにより、材料を堆積させながら所望の造形を行うことができる。つまり、本装置によって肉盛溶接あるいは三次元造形を作成できる。
【００５５】
制御部９３０は、検査ユニット２３０から光加工ヘッド２００内部の飛散物の状況を取得し、その状況に応じてガス供給装置９０８を制御して、加工面２６０に吹き付けるパージガスの量を変更するパージ制御部としても機能する。
【００５６】
図１０は、その制御の流れを示すフローチャートである。このフローチャートでは、３つの閾値（閾値Ｃ１＜閾値Ｃ２＜閾値Ｃ３）を用いることで、飛散物の量に応じて４段階の制御を行なうことを示している。
【００５７】
まず、ステップＳ１００１において、飛散物（ヒューム）を検知すると、ステップＳ１００２に進み、その濃度を算出する。さらに、ステップＳ１００３において、算出した濃度を閾値Ｃ１と比較する。もし、閾値Ｃ１よりも濃度が低ければ、特に問題はないため、ステップＳ１００１の処理に戻る。閾値Ｃ１よりも高濃度であれば、ステップＳ１００４で、別の閾値Ｃ２と比較する。濃度が閾値Ｃ２より低ければ、ステップＳ１００５に進み、パージガスを増加させて対応する。飛散物の濃度が、閾値Ｃ２より高ければ、ステップＳ１００６に進み、さらに、閾値Ｃ３と比較する。飛散物の濃度が、閾値Ｃ３よりも低ければ、ステップＳ１００７に進み、光加工装置９００を１時間停止させるか、あるいは加工物を１時間待避させる。飛散物の濃度が、閾値Ｃ３よりも高くなれば、ステップＳ１００８に進み、緊急停止を行なう。
【００５８】
以上、本実施形態によれば、集光光学系装置２０１あるいは光加工ヘッド２００の損傷を低減することができる。
【００５９】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術思想内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【００６０】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する制御プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【要約】
光加工の際に生じる光加工ヘッドの不具合を未然に検知する光加工ヘッドが開示されている。加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、筒状筐体内であって、加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、筒状筐体内であって、加工用光線の経路外に配置され、検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、を備え、受光部から取得した信号を用いて、筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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