(57)【要約】  レーザ発振器（１）から出射されるレーザビーム（４）により加工を行うレーザ加工装置において、レーザ発振器（１）から出射されたレーザビーム（４）の光路上に配置され、このレーザビーム（４）の周辺部分を遮蔽し中央部分を透過させるためのアパーチャ（５）と、このアパーチャ（５）を透過したレーザビーム（２０）のビームパワーを測定するビームパワー測定センサー（６）とを備えたレーザ加工機において、高ビームパワーなレーザビームによりレーザ発振器（１）の出射ミラーが高熱負荷状態になった場合に、アパーチャ（５）を透過するレーザビームのビームパワーが、出射ミラー（２）の劣化状態により顕著に変化（劣化するほどビームパワーが上昇）することを利用し、出射ミラー（２）の劣化状態を判断するものである。
2009066370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームの光路上に配置され、このレーザビームの周辺部分を遮蔽し中央部分を透過するアパーチャと、
前記アパーチャを透過したレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定手段と、
所定のビームパワーのレーザビームが出射されている時の前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値に基づき、前記レーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断する制御手段と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記所定のビームパワーは、劣化した前記出射ミラーで熱レンズ効果が発生する程度の高いビームパワーである請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
劣化していない出射ミラーにおいて、前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段により別途測定されたビームパワー値を基準値として記憶する記憶部を備え、
この記憶部に記憶された基準値と前記測定されたビームパワー値とを比較し、前記レーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断するものである請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記所定のビームパワーは、さらに、劣化した前記出射ミラーで熱レンズ効果が発生しない程度の低いビームパワーも含むものである請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記低いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値から、前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定された場合に予想されるビームパワー値を、比例式により算出する算出部を備え、
この算出部で算出されたビームパワー値を基準値とし、この基準値と前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値とを比較し、前記レーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断するものである請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記アパーチャの開口径が、レーザビーム径の６０％以下である請求項１から５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記レーザ発振器がパルスレーザビームを出射するものである場合、
前記レーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断するためのレーザビームのビームパワー測定時に、パルス周波数、パルス幅またはパルスピークパワーのうち少なくとも１つの値を変化させることでレーザビームのビームパワーを変化させるものである請求項１から６いずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記レーザ発振器が連続したレーザビームを出射するものである場合、
前記レーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断するためのビームパワー測定時に、レーザビームのビームパワーを変化させるものである請求項１から６いずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記アパーチャおよびビームパワー測定手段を、出射ミラーの劣化状態測定時には前記レーザ発振器から出射されたレーザビームの光路上に挿入し、レーザ加工時には光路上から抜き取るための駆動手段を備えた請求項１から８いずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記アパーチャを、レーザ加工時にも用いる請求項１から８いずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザ発振器と前記アパーチャとの間のレーザビーム光路上に、熱レンズが発生する光学部品が配置されていない請求項１から１０いずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記出射ミラーを劣化したと判断する判断基準値と、この判断基準値よりも緩く設定され出射ミラーの劣化する時期が近づいてきたと判断する警告基準値とを備えている請求項１から１１のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
レーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されたレーザビームの光路上に配置され、このレーザビームを透過する光学部品と、
前記光学部品を透過したレーザビームの光路上に配置され、このレーザビームの周辺部分を遮蔽し中央部分を透過するアパーチャと、
前記アパーチャを透過したレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定手段と、
所定のビームパワーのレーザビームが出射されている時の前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値に基づき、前記光学部品の劣化状態を判断する制御手段と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記所定のビームパワーは、劣化した前記光学部品で熱レンズ効果が発生する程度の高いビームパワーである請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、
劣化していない光学部品において前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段により別途測定されたビームパワー値を基準値として記憶する記憶部を備え、
この記憶部に記憶された基準値と前記測定されたビームパワー値とを比較し、前記光学部品の劣化状態を判断するものである請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記所定のビームパワーは、さらに、劣化した前記光学部品で熱レンズ効果が発生しない程度の低いビームパワーも含むものである請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１７】
前記制御装置は、
前記低いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値から、前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定された場合に予想されるビームパワー値を、比例式により算出する算出部を備え、
この算出部で算出されたビームパワー値を基準値とし、この基準値と前記高いビームパワーで出射されたレーザビームの前記ビームパワー測定手段で測定されたビームパワー値とを比較し、前記光学部品の劣化状態を判断するものである請求項１６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１８】
劣化したレーザ発振器の出射ミラーで熱レンズ効果が発生する程度の高いビームパワーでレーザビームを出射する工程と、
このレーザビームの光路上に配置されレーザビームの周辺部分を遮蔽し中央部分を透過するアパーチャを透過した前記高いビームパワーで出射されたレーザビームのビームパワー値を測定する工程と、
別途記憶された基準値と前記測定されたビームパワー値とに基づいてレーザ発振器の出射ミラーの劣化状態を判断する工程と、
を備えたレーザ発振器の出射ミラー劣化判断方法。
【請求項１９】
前記基準値は、
劣化していないレーザ発振器の出射ミラーにおいて、前記アパーチャを透過した前記高いビームパワーで出射されたレーザビームのビームパワー値を測定し、この測定されたビームパワー値を基準値として記憶する工程によるものである請求項１８に記載のレーザ発振器の出射ミラー劣化判断方法。
【請求項２０】
劣化したレーザ発振器の出射ミラーで熱レンズ効果が発生しない程度の低いビームパワーでレーザビームを出射する工程と、
このレーザビームの光路上に配置されレーザビームの周辺部分を遮蔽し中央部分を透過するアパーチャを透過した前記低いビームパワーで出射されたレーザビームのビームパワー値を測定する工程と、
劣化したレーザ発振器の出射ミラーで熱レンズ効果が発生する程度の高いビームパワーでレーザビームを出射する工程と、
前記アパーチャを透過した前記高いビームパワーで出射されたレーザビームのビームパワー値を測定する工程と、
前記低いビームパワーのレーザビーム出射時に測定されたビームパワー値から、比例式により、劣化していないレーザ発振器の出射ミラーにおける前記高いビームパワーのレーザビームを出射した時のビームパワー値を算出する工程と、
前記算出されたビームパワー値と前記高いビームパワーのレーザビーム出射時に測定されたビームパワー値とから出射ミラーの劣化状態を判断する工程と、
を備えたレーザ発振器の出射ミラー劣化判断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ発振器内の部分反射ミラーの劣化状態を測定する測定方法およびレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器から発振されるレーザビームは、指向性・集光性に優れているため、レンズやミラーによる微小スポットへの集光が容易であり、高エネルギー密度を得ることが可能である。そのためレーザ発振器は、切断・穴あけ・溶接・熱処理などの加工分野において近年多く利用されている。【０００３】
レーザ発振器は一般的に、レーザビームが出射される側に配置されている部分反射ミラー（以後、出射ミラーと呼ぶ）が１枚と、それ以外の１枚または複数枚の全反射ミラーにより構成されており、レーザビームがミラー間を多重反射することにより増幅され発振する原理になっている。このレーザ発振器を長時間使用した場合、レーザ発振器内にあるミラーのコーティング層の劣化や、ミラー材料自身の劣化により、ミラーにおけるレーザビームの吸収が発生し、ミラー内部に不均一な温度分布が生じてしまう。不均一な温度分布は、不均一な屈折率分布を生じさせることとなり、レーザビーム特性の変化やレーザビームのビームパワーの低下が生じるため、加工品質を維持するにはレーザ発振器内にあるミラーの定期的な清掃・交換、所謂メンテナンスが必要となる。特に、出射ミラーは、それ以外の全反射ミラーと比較して、レーザビームが透過するためレーザビームの吸収が発生しやすく、かつ裏面からの冷却が困難であり側面からの冷却のみとなるため、ミラー内部に不均一な温度分布が生じやすい。【０００４】
そのため従来においては、加工品質を維持するために、ミラーの劣化状態を測定することなく、経験的に得られた基準時間を目安にレーザ発振器内にある出射ミラーのメンテナンスが実施されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記メンテナンスの場合、レーザビーム吸収率などの光学部品の初期特性値の個体差・使用環境・使用条件等により発生するミラー劣化状態の個体差が考慮されていないという問題がある。ミラー劣化が、メンテナンスの目安となる基準時間よりも早く進行した場合、メンテナンス前に加工品質の低下が発生するため、生産を中止し、緊急メンテナンスを実施することになる。メンテナンスには時間を要し、さらに交換部品や作業を行うサービスマンの手配が遅れた場合、生産を中止する期間が長くなり、生産ラインに大きな影響を与えてしまう。ミラー劣化が、メンテナンスの目安となる基準時間よりも遅く進行した場合、加工品質が良好であるにも関わらず、メンテナンスを実施することにより、切り捨てられるミラー使用可能時間が発生し、メンテナンス費用の増大になる。【０００６】
また、上記緊急メンテナンスやメンテナンス費用の増大という問題点を回避するために、ビームプロファイル検出器によりレーザビーム径を検出し、この径の稼動時間に対する変化量により出射ミラーの劣化状態を定量的に測定するレーザ装置が、従来用いられることもあった（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
【特許文献１】特開平７―２４５４３７号公報
【０００８】
しかし、上記従来のレーザ装置の場合、レーザビーム径を検出するためにビームプロファイル検出器という高価な測定器が必要となり、システムのコスト増大になる。また、初期状態におけるレーザビーム径との比較により出射ミラーの劣化状態を測定するため、初期状態において出射ミラーに劣化等の初期異常があったとしても、その時点で異常を発見することは不可能である。さらに、レーザ発振器内にあるレーザガスなどのレーザ媒体の劣化のように、出射ミラーの劣化以外の要因によりレーザビーム径が変化した場合、出射ミラーとそれ以外の要因を切り分けることは不可能である。【０００９】
この発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、安価で簡易な構成により出射ミラーの劣化状態を測定できるレーザ加工装置を得るものである。第２の目的は、初期状態におけるレーザビーム径との比較を行わずに、出射ミラーの劣化状態の測定や初期状態における出射ミラーの異常を定量的に評価することができるレーザ加工装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る評価装置は、レーザ発振器から出射されるレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定センサーと、レーザ発振器とビームパワー測定センサーの間にありレーザビームの中心部分のみを透過させるためのアパーチャと、レーザ発振器の所定の熱負荷状態におけるビームパワー測定センサーの測定値により出射ミラーの劣化状態を数値化する制御装置から構成されており、高ビームパワーのレーザビームを発振することにより出射ミラーを高熱負荷状態とし、アパーチャから透過してくるレーザビームのビームパワーを測定することにより、出射ミラーの劣化状態の評価をおこなうものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、レーザ発振器への熱負荷状態を変化させてアパーチャを透過するレーザビームのビームパワーを測定することにより、安価で簡易な構成により、出射ミラーの劣化状態を定量的に評価することが出来る。この発明における測定方法により、出射ミラーの劣化状態を定期的に測定することにより、加工品質の低下を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１を示すレーザ加工装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示すレーザ加工装置の他の構成図である。
【図３】劣化していない出射ミラーにおいて、パルス周波数を変化させたときのレーザビームのビームパワーの測定結果を示したグラフである。
【図４】稼働時間４０００時間の出射ミラーにおいて、パルス周波数を変化させたときのレーザビームのビームパワーの測定結果を示したグラフである。
【図５】出射ミラー劣化状態が軽い場合と重い場合の、各レーザビームの伝播の様子を示す概念図である。
【図６】この発明の実施の形態１を示す出射ミラー劣化状態測定方法のフローチャート図である。
【図７】この発明の実施の形態１である出射ミラー劣化状態測定方法において測定されるレーザビームのビームパワーの測定結果を示したグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１を示すレーザ加工装置の測定制御装置内のブロック図である。
【図９】出射ミラーの劣化指数に対する焦点位置変化量を示した表である。
【図１０】各種材料の切断加工における焦点裕度を示した表である。
【図１１】この発明の実施の形態２を示す出射ミラー劣化状態測定方法のフローチャート図である。
【図１２】この発明の実施の形態１である出射ミラー劣化状態測定方法における測定もしくは算出されるレーザビームのビームパワーを示したグラフである。
【図１３】この発明の実施の形態２を示すレーザ加工装置の測定制御装置内のブロック図である。
【図１４】稼働時間４０００時間の出射ミラーにおいて、アパーチャの各開口径におけるパルス周波数を変化させたときのレーザビームのビームパワーの測定結果を示したグラフである。
【図１５】稼働時間４０００時間の出射ミラーにおいて、アパーチャの各開口径と劣化指数との関係を示したグラフである。
【図１６】アパーチャの開口径がレーザビーム径に対して十分小さい場合の、アパーチャ透過前後のレーザビームの強度分布を示した概念図である。
【図１７】アパーチャの開口径がレーザビーム径に対して略同等の場合の、アパーチャ透過前後のレーザビームの強度分布を示した概念図である。
【図１８】この発明の実施の形態４を示すレーザ加工装置の構成図である。
【図１９】実施の形態５における出射ミラー劣化状態の測定結果を示した図。
【図２０】実施の形態５において出射ミラー劣化状態測定の制御フローチャートを示した図。
【図２１】この発明の実施の形態５を示すレーザ加工装置の測定制御装置内のブロック図である。
【図２２】この発明の実施の形態６を示すレーザ加工装置の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による出射ミラーの劣化状態測定方法及びレーザ加工装置を、図１〜図１７を用いて説明する。図１および図２は、この発明を実施するための実施の形態１における出射ミラーの劣化測定が可能なレーザ加工装置を示すものである。図１および図２に示したように、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザビームが出射される側に配置されている１枚の出射ミラー２と、それ以外の１枚または複数の全反射ミラー３（本実施の形態においては１枚）より共振器を構成するレーザ発振器１と、このレーザ発振器１から出射されたレーザビーム４をワーク１２まで伝播する複数のミラー８，９，１０と、伝播されたレーザビーム４をワーク１２上に集光する集光レンズ１１と、ワーク１２を載せてレーザビーム照射位置をワーク１２上の任意の位置に移動させるＸＹテーブル１３と、レーザ発振器１とＸＹテーブル１３の動作を制御する加工制御装置１４を備えている。【００１４】
さらに、出射ミラー２の劣化状態を測定するために、レーザ発振器１から出射されたレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定センサー６と、このビームパワー測定センサー６に入射するレーザビーム４の周辺部分を遮蔽し中央部分のみを透過させるためのアパーチャ５と、このビームパワー測定センサー６とアパーチャ５を、レーザビーム光路上へ出し入れするための駆動装置１５と、出射ミラー２の劣化測定時のレーザ発振器１の動作やビームパワー測定センサー６および駆動装置１５を制御する測定制御装置７を備えている。そして、ビームパワー測定センサー６とアパーチャ５は、出射ミラー２の劣化状態を測定するときには、図１のようにレーザ加工装置のレーザビーム光路上に配置され、ワーク１２を加工中は、図２のようにレーザビーム光路の外に配置されるように、駆動装置１５と測定制御装置７により移動する。ここで、ビームパワー測定センサー６は、レーザの熱エネルギーを電流や電圧に変換する単純な構造のものでよく、特許文献１に記載されたような強度分布を測定するためのＣＣＤのような高価な測定器である必要は無い。【００１５】
なお、本実施の形態１にかかるレーザ加工装置の光学系の構成の１例を示すと、レーザ発振器１からアパーチャ５までの距離は７００ｍｍであり、アパーチャ５から集光レンズ１１までの距離は１３００ｍｍである。また、アパーチャ５の開口径は、レーザ発振器１から出射されるレーザビーム４の径φ５．０ｍｍの５０％であるφ２．５ｍｍとし、レーザビーム４のパルス幅は１ｍｓとした。レーザビーム径は、パルスピークパワーに対して１／ｅ２のパワーでのレーザビーム径とする。【００１６】
ここで、レーザ発振器１から出射されたレーザビーム４の、ビームパワー測定センサー６でのビームパワー測定値と、パルス周波数の変化およびアパーチャ５の有無との関係について説明する。レーザビームのパルスピークパワーおよびパルス幅（１ｍｓ）は固定としておく。【００１７】
図３は、レーザビーム４のパルス周波数を１００Ｈｚから１０００Ｈｚまで１００Ｈｚ刻みで変化させたときの、アパーチャ５の有無それぞれに対してのビームパワー測定センサー６でのレーザビームのビームパワーの測定結果である。１００Ｈｚから１０００Ｈｚとしたのは、本実施の形態に示したレーザ加工装置において、レーザ加工に用いるレーザビームのビームパワーの最小の場合と最大の場合のパルス周波数としたためである。特に１０００Ｈｚは、パルス幅が１ｍｓであるので、１０００Ｈｚで連続出射となり、それ以上パルス周波数は上げられない値である。また、レーザビームのビームパワー測定は、出射ミラーの温度がほとんど変化しない熱平衡状態になった時点で行っており、本実施の形態に示したレーザ加工装置においては、レーザを出射してから約１０ｓ後に測定を行っている。なお、出射ミラー２は劣化していない新品のものを使用している。図３に示されたとおり、アパーチャ５の有無に係らず、パルス周波数の変化に対しレーザビームのビームパワーは略正比例して変化する。レーザビームのビームパワーは、レーザビームの１パルスのエネルギーとパルス周波数の積で決定されるからである。また、アパーチャ５のある場合は、無い場合に比べてレーザビーム４の周辺部が遮蔽されているので、その分レーザビームのビームパワーが減少するが、アパーチャ５の無いときと同様に略正比例で変化する。【００１８】
一方、劣化した出射ミラー２を用いて、レーザビーム４のパルス周波数を１００Ｈｚから１０００Ｈｚまで１００Ｈｚ刻みで変化させたときの、アパーチャ５の有無それぞれに対してのビームパワー測定センサー６でのビームパワーの測定結果を図４に示す。図４に示されたとおり、アパーチャ５が無い場合の測定結果は、出射ミラー２が劣化していない図３と略同じである。しかし、アパーチャ５がある場合の測定結果は、図３と明らかに異なっていることがわかる。【００１９】
以下、アパーチャ５がある場合に、出射ミラー２の劣化有無によりレーザビームのビームパワーの測定値に差が生じる理由について説明する。
出射ミラー２のコーティング層の劣化や、ミラー材料自身に劣化がある場合、出射ミラー２におけるレーザビーム４の吸収が発生し、出射ミラー２内に不均一な温度分布が生じる。不均一な温度分布は、不均一な屈折率分布を生じる原因となり、レーザビーム特性の変化やレーザビームのビームパワーの低下が生じる。一般的に、レーザビーム強度が高い出射ミラー２の中心部分ほど劣化が生じやすく、また出射ミラー２は部分反射ミラーのため、裏面からの冷却が困難であり側面からの冷却のみとなるため、出射ミラー２の中央部分の温度が上昇しやすく、出射ミラー２の中央部分の屈折率が大きくなりやすい。そのため、出射ミラー２の周辺部分と中央部分で屈折率に差が生じ、所謂熱レンズ状態となりレーザビームを集光するようになる。【００２０】
不均一な温度分布による出射ミラー２の中央部分と周辺部分との屈折率の違いは、出射ミラー劣化状態や出射ミラーを透過するレーザビームのビームパワー（所謂、熱負荷状態とも言える）に比例して大きくなり、レーザビームをより集光するようになる。【００２１】
図５は、劣化した出射ミラー２ａにおける熱負荷状態の軽い場合と重い場合の、レーザビーム４の集光度合いの変化を模式的に示した図である。図５（ａ）は、熱負荷状態が軽い場合を示し、図５（ｂ）は、熱負荷状態が重い場合を示している。パルス周波数が１００Ｈｚの場合は、出射ミラー２ａの熱負荷状態が軽いため、出射ミラー２ａにはほとんど温度分布が発生せず、レーザビームに対し集光する作用はほとんど無い。そのため、図５（ａ）に示したように、出射ミラー２ａを透過したレーザビーム４ａは、ほぼ平行のままアパーチャ５に照射され、アパーチャ中央部分を透過したレーザビーム２０ａのみがビームパワー測定センサーに照射される。【００２２】
しかし、パルス周波数が１０００Ｈｚの場合は、出射ミラー２ａの熱負荷状態が重いため、出射ミラー２ａには急勾配な温度分布が発生し熱レンズ状態となる。そのため、図５（ｂ）に示したように、出射ミラー２ａを透過したレーザビーム４ｂは集光されてアパーチャ５に照射される。そのため、図５（ａ）に比べ、アパーチャ５の中央部分により多くのレーザビーム４ｂが集中してアパーチャ５を透過するので、パルス周波数が１００Ｈｚから１０００Ｈｚに増加した、すなわち１０倍に増加した以上のビームパワーが、ビームパワー測定センサー６で測定される。【００２３】
一方、劣化していない出射ミラー２の場合は、パルス周波数の高低に係らず温度分布はほとんど発生しないため、パルス周波数が１００Ｈｚでも１０００Ｈｚでも図５（ａ）と同様なレーザビームの状態となる。すなわち、劣化していない出射ミラーの場合、パルス周波数１００Ｈｚでのビームパワー測定値に対し１０００Ｈｚでのビームパワー測定値は略１０倍となる。そのため、図４および図３に示したように、アパーチャ５の中央部分を透過するレーザビーム２０のビームパワーは、パルス周波数１００Ｈｚの場合は、劣化した出射ミラーと劣化していない出射ミラーとの間ではほとんど差は見られない。しかし、パルス周波数１０００Ｈｚの場合は、劣化した出射ミラーのほうが劣化していない出射ミラーよりもレーザビームのビームパワーが大きくなる。【００２４】
なお、アパーチャ５が無い場合は、ビームパワー測定センサー６によりレーザビーム４の全体のビームパワーを測定してしまうので、熱レンズの発生にかかわらず、劣化していない出射ミラーと劣化した出射ミラーとでは、図３および図４に示したように、ビームパワー測定値はほとんど変わらない。すなわち、レーザビームの強度分布は熱レンズの発生によって変化するものの、レーザビーム全体としてのビームパワーはほとんど変化しないということである。もちろん、劣化した出射ミラー２においては若干のレーザビームの吸収はあるが、微少であるために、出射ミラーの劣化の判断には適用困難である。【００２５】
本願発明は、上述したように、出射ミラーの劣化度合いにより、レーザビームの中央部を透過するアパーチャを透過したレーザビームのビームパワーが、出射ミラーにおける熱負荷状態が重い場合に変化が顕著になることを見出し、これを出射ミラーの劣化状態判定に用いたものである。【００２６】
次に、上述した作用に基づき、本実施の形態１にかかるレーザ加工装置にて、どのように出射ミラーの劣化状態を測定するかについて、具体的な動作を説明する。図６は、出射ミラー２の劣化状態の測定を行う場合の、測定制御装置７の制御フローチャートである。また、図７は、この制御フロー中に測定もしくは記憶されているレーザビームのビームパワー値をグラフ上に表したものである。また、図８は、測定制御装置７の劣化測定処理を実現するための内部ブロック図である。下記説明時の測定値は、図３に示したデータを測定したときに使用した劣化の無い出射ミラー２、および図４に示したデータを測定したときに使用した稼働時間が４０００時間である出射ミラー２を用いた時の値である。以下、図６、図７、図８に基づき説明する。【００２７】
まず、出射ミラーの劣化状態の測定を行う前に、出射ミラーの交換時等に合わせて、出射ミラーの初期状態でのレーザビームのビームパワーの測定を行っておく。測定は、パルス周波数１０００Ｈｚ・パルス幅１ｍｓにて高ビームパワーのレーザビームを出射して行う。これは、劣化していない状態の出射ミラー２において、熱負荷が重い状態での測定を行うためである。測定されたレーザビームのビームパワーは、ビームパワー基準値（Ｓ）として測定制御装置７の第２の記憶部１０１に記憶しておく。ここで、測定され記憶されたビームパワー基準値（Ｓ）は１４．７Ｗであったとする（図７の□点である）。【００２８】
そして、出射ミラーの劣化状態を測定する必要が生じた場合、まず、オペレータが「出射ミラー汚れ測定」釦を押すことにより測定が開始される（Ｓ０１）。もちろん、レーザ装置の稼動開始時に自動的に測定動作を行うようにしても良いし、加工プログラムに測定する命令を書き込んで測定動作を行うようにしても良い。【００２９】
次に、測定制御装置７の制御部１０２により駆動装置１５が動作し、アパーチャ５とビームパワー測定センサー６がレーザビーム光路上に移動する（Ｓ０２）。【００３０】
次に、測定制御装置７の制御部１０２は、加工制御装置１４にパルス周波数１０００Ｈｚ・パルス幅１ｍｓにて高ビームパワーのレーザビームを出射するように指示し、所望のレーザビームが出射される。これは、出射ミラー２において熱負荷が重い状態を再現するためである。そして、ビームパワー測定センサー６にてレーザビームのビームパワーを測定し、測定データが測定制御装置７の演算部１０３に送られる（Ｓ０３）。ここで、測定されたレーザビームのビームパワーを、高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）と呼ぶことにする。測定された高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）は２５．０Ｗであったとする（図７の△印である）。【００３１】
次に、測定制御装置７の演算部１０３において、出射ミラー劣化状態を求める（Ｓ０４）。出射ミラーの劣化状態を示す指標はいろいろと考えられるが、ここではビームパワー基準値（Ｓ）に対し、どの程度レーザビームのビームパワーが増えたかの割合を指標として用いた。出射ミラー劣化状態を示す指標（以下劣化指数（Ｄ）と呼ぶ）は、下記計算式により求められる。
Ｄ（％）＝（Ｈ−Ｓ）÷Ｓ×１００    ・・・  （式１）
（式１）より、出射ミラーの劣化指数は７０．１％となる。【００３２】
測定制御装置７の比較部１０４は、得られた出射ミラーの劣化指数と、別途測定制御装置７内の第１の記憶部１０５に記憶されている判断基準値とを比較し、出射ミラーの劣化指数が判断基準値よりも小さければ、出射ミラーは使用可能な劣化状態と判断する。一方、出射ミラーの劣化指数が判断基準値よりも大きければ、出射ミラーは使用できない程度に劣化していると判断する（Ｓ０５）。【００３３】
ステップＳ０５にて出射ミラー２が使用可能な状態と判断された場合、測定制御装置７の制御部１０２は駆動装置１５を動作させ、アパーチャ５とビームパワー測定センサー６がレーザビーム光路上から光路外へ移動される（Ｓ０６）。これにより出射ミラーの汚れ測定が完了し、通常の加工作業が行われる。【００３４】
一方、ステップＳ０５にて出射ミラー２が劣化して使用不可能と判断された場合、測定制御装置７の制御部１０２は、出射ミラー２が劣化していることをオペレータに知らせるべく、アラーム表示部１０６によりアラーム等を表示する（Ｓ０７）。【００３５】
アラームにより、オペレータは出射ミラー２のクリーニングもしくは交換を行う（Ｓ０８）。もちろん、出射ミラー２のクリーニングや交換は、自動的に行うような装置をレーザ加工装置に組み込み、自動クリーニング等を実施するようにしても良い。出射ミラー２のクリーニングもしくは交換を完了することで、出射ミラー汚れ測定は完了する。【００３６】
次に、ステップＳ０５で用いた判断基準値の設定の仕方について説明する。
出射ミラー２に劣化が生じた場合、劣化状態に合わせて集光レンズ１１による焦点位置、所謂レーザビーム集光ポイントが変化する。出射ミラー２の劣化状態に対する焦点位置変化量を、図９に示す。図９に示した値は、本実施の形態１に係るレーザ加工装置の最小ビームパワーすなわちパルス周波数１００Ｈｚでの焦点位置と、最大ビームパワーすなわちパルス周波数１０００Ｈｚでの焦点位置との差分を示したものである。これらの値は、実際に加工を行って求めても良いし、シミュレーションで求めても良い。図９はシミュレーションで求めたものである。また、これらの値は、レーザ加工装置における光路部品配置やアパーチャの位置、レーザビームのビームパワーの使用範囲により変化するため、レーザ加工装置毎に算出することが望ましい。本実施の形態１にかかるレーザ加工装置の場合、出射ミラーの劣化指数が７０．１％である稼働時間４０００時間の出射ミラーにおいては、図９より、焦点位置の変化が熱負荷状態によって最大で約１１ｍｍ変化することになる。【００３７】
ここで、本実施の形態１に係るレーザ加工装置により、切断加工を実施した場合の各種材料における焦点裕度を、図１０に示す。焦点裕度とは、焦点位置が材料表面から変化しても安定して切断できる焦点位置の許容範囲を示している。出射ミラーの劣化指数が７０．１％（焦点位置変化量約１１ｍｍ）の場合、ステンレス・鉄・アルミニウムのいずれの材料に対しても、安定した切断加工をすることは不可能であることが分かる。逆に、ステンレス・鉄・アルミニウムのいずれの材料に対しても、安定した切断加工をするには、焦点位置変化量が３ｍｍ以下で無ければならないので、出射ミラーの劣化指数は３５％以下で無ければならないことが、図９よりわかる。すなわち、判断基準値を３５％とすればよいということである。よって、各レーザ加工装置毎に、図９や図１０に対応したデータを取得することで、ワークの材料により判断基準値を設定することができる。なお、図１０に示した値は、本実施の形態１に係るレーザ加工装置の一例における値であり、レーザ加工装置の構成により変化するため、レーザ加工装置毎に算出することが望ましい。【００３８】
以上により、出射ミラーの熱負荷状態をパルス周波数により変化させアパーチャを透過するレーザビームのビームパワーを測定することにより、簡易で安価な構成で、出射ミラーの劣化状態を定量的に評価することが出来た。【００３９】
なお、上記実施の形態１では、アパーチャ５やビームパワー測定センサー６のレーザビーム光路上への出し入れを、駆動装置１５にて自動的に行うようにしたが、もちろん、オペレータが必要に応じて手作業で出し入れを行っても良い。【００４０】
また、上記実施の形態１では、出射ミラーの熱負荷が重い状態を再現するために、パルス幅１ｍｓに対し、最大のパルス周波数である１０００Ｈｚとして測定を行ったが、最大とする必要は無く、できるだけ高ビームパワーで測定を行えば良い。もちろん、図４より、最大のビームパワーで測定を行った方が、出射ミラーの劣化度合いによるビームパワーの差が顕著となり、測定の精度が向上することは言うまでも無い。【００４１】
また、本実施の形態１では、出射ミラーの劣化状態を（式１）により得られる劣化指数（Ｄ）に基づいて判断を行ったが、例えば、測定された高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）がビームパワー基準値（Ｓ）よりどの程度ビームパワーが増加したか単純な差分で判断しても良く、要は、高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）を判断の対象とすれば良い。【００４２】
なお、出射ミラー２とアパーチャ５との間には、熱レンズが発生するような光学部品が配置されていないことが重要である。もし、熱レンズが発生するような光学部品が存在すると、出射レンズが劣化していなくても、高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）が変化してしまう可能性があり、劣化判断が正確に行えないからである。よって、出射ミラー２の劣化状態を判断する場合には、アパーチャ５やビームパワー測定センサー６は、レーザ発振器１の直後に配置されることが望ましい。【００４３】
実施の形態２．
ところで、実施の形態１におけるレーザ加工装置においては、出射ミラー交換直後の状態を劣化していない状態と見なし、パルス周波数１０００Ｈｚでのレーザビームのビームパワーを測定し、この測定値を記憶してビームパワー基準値（Ｓ）とした。通常であれば、これで特に問題は無いが、出射ミラーに劣化等の初期異常があった場合には、ビームパワー基準値（Ｓ）が不正確となる可能性がある。また、初期状態の測定を行っていなかったために、劣化測定ができないという問題が発生する場合も考えられる。そこで、本実施の形態２におけるレーザ加工装置は、上記問題を解消するために、ビームパワー基準値（Ｓ）を初期状態の出射ミラーでの測定で求めるのではなく、劣化測定時に求めることができるものである。レーザ加工装置の構成としては実施の形態１の図１，２と略同様であり、測定制御装置７の動作が異なっているものである。【００４４】
出射ミラーの劣化測定時にビームパワー基準値（Ｓ）を求めることができる理由は以下の通りである。
図３に示したように、劣化していない出射ミラーでは、アパーチャの有無に係らずパルス周波数とビームパワーとが略比例する点、および、図３および図４に示されたように、パルス周波数が１００Ｈｚでは出射ミラーの劣化度合いに係らず、ビームパワーがほとんど同じである点に着目した。これにより、劣化測定時にパルス周波数１００Ｈｚの低熱負荷状態のレーザビームのビームパワーを測定し、この測定値を劣化していない出射ミラーのものと仮定し、劣化していない出射ミラーにおける１０００Ｈｚのビームパワーを比例式で求め、これをビームパワー基準値（Ｓ）とすることができるのである。【００４５】
次に、上述した理由に基づき、本実施の形態２にかかるレーザ加工装置の動作について説明する。図１１は、出射ミラー２の劣化状態の測定を行う場合の、測定制御装置７ａの制御フローチャートである。実施の形態１におけるフローチャート図６と同じ制御については、同じステップ番号を付している。また、図１２は、この制御フロー中に測定もしくは算出されるレーザビームのビームパワー値をグラフ上に表したものである。また、図１３は、本実施の形態２に係る劣化測定処理を実現するための、測定制御装置７ａの内部ブロック図である。下記説明時の測定値は、図４に示したデータを測定したときに使用した稼働時間が４０００時間である出射ミラー２を用いた時の値である。以下、図１１、図１２、図１３に基づき説明する。【００４６】
まず、実施の形態１の図６と同様に、ステップＳ０１およびステップＳ０２を実施し、劣化状態の測定の準備を行う。【００４７】
次に、測定制御装置７ａの制御部１０２ａは、アパーチャ５とビームパワー測定センサー６の移動が完了した後、加工制御装置１４にパルス周波数１００Ｈｚ・パルス幅１ｍｓにて低ビームパワーのレーザビームを出射するよう指示し、所望のレーザビームが出射される。これは、出射ミラー２において熱負荷が軽い状態を再現するためである。そして、ビームパワー測定センサー６にてレーザビームのビームパワーを測定し、測定データが測定制御装置７ａの基準値算出部２０３に送られる（Ｓ１１）。ここで、測定されたレーザビームのビームパワーを、低熱負荷時ビームパワー（Ｌ）と呼ぶことにする。測定された低熱負荷時ビームパワー（Ｌ）が、１．５Ｗであったとする（図１２の□点である）。【００４８】
次に、測定制御装置７ａの基準値算出部２０３は、測定された低熱負荷時ビームパワー（Ｌ）を基に、パルス周波数１０００Ｈｚでのビームパワー基準値（Ｓ）を求める（Ｓ１２）。上述したとおり、ステップＳ１１での測定値を劣化していない出射ミラーのものと仮定し、劣化していない出射ミラーにおける１０００Ｈｚのビームパワーを比例式で求める。よって、ビームパワー基準値（Ｓ）は下記計算式により求められる。
Ｓ＝Ｌ×１０００Ｈｚ÷１００Ｈｚ    ・・・  （式２）
（式２）により、ビームパワー基準値（Ｓ）は１５．０Ｗとなる（図１２の○印であり、図１２の直線は比例直線である）。これは、実施の形態１の測定方法で得られたビームパワー基準値１４．７Ｗと略同じ値であり、（式２）により劣化していない出射ミラーにおける１０００Ｈｚのビームパワーが精度良く算出できたことを示している。【００４９】
次に、実施の形態１の図６と同様にステップＳ０３を実施する。すなわち、パルス周波数１０００Ｈｚ・パルス幅１ｍｓにて高ビームパワーのレーザビームを出射し、出射ミラー２において熱負荷が重い状態を再現する。そして、ビームパワー測定センサー６にてレーザビームのビームパワーを測定し、測定データが測定制御装置７ａの演算部１０３に送られる。実施の形態１の図７同様に、測定された高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）は２５．０Ｗであったとする（図１２の△印である）。【００５０】
次に、測定制御装置７ａの演算部１０３において、出射ミラー劣化状態を求める（Ｓ１３）。実施の形態１の図６でのステップＳ０４では、記憶部に記憶されたビームパワー基準値を用いて劣化指数（Ｄ）を求めたが、本実施の形態２では、ステップＳ１２で算出されたビームパワー基準値（Ｓ）を用いて劣化指数（Ｄ）を求める。劣化指数（Ｄ）の算出式は実施の形態と同様に（式１）を用いる。（式１）より、出射ミラーの劣化指数は６６．７％となる。よって、実施の形態１の場合の測定方法で得られた劣化指数７０．１％と略同じ値が得られた。【００５１】
そして、以降は実施の形態１の図６と同様に、ステップＳ０５からステップＳ０６を経て劣化測定を終了するか、若しくはステップＳ０５からステップＳ０７、Ｓ０８を経て測定を終了する。【００５２】
上述した動作により、本実施の形態２に係るレーザ加工装置は、実施の形態１に係るレーザ加工装置に比べ、劣化測定時に低熱負荷時ビームパワー（Ｌ）を測定する必要があり、測定時間が若干多く必要となる。しかし、出射ミラーの初期状態でのレーザビームのビームパワーの測定を行うことなく、劣化状態の測定時にビームパワー基準値を求めることができるので、出射ミラーの初期状態の劣化度合いに係らず、劣化状態の測定が行えるという利点がある。また、この特徴から、出射ミラーの初期状態に劣化があるかどうかの判断を行うこともできる。【００５３】
ところで、劣化測定に用いているアパーチャについて、開口径は実施の形態１，２いずれもレーザビーム径φ５．０ｍｍの５０％であるφ２．５ｍｍとして、出射ミラー２の劣化状態を測定した。しかし、アパーチャ５の開口径については適正な範囲があることが実験より明らかになったので、以下アパーチャ開口径の適正化について説明する。【００５４】
図１４は、開口径をφ１．５ｍｍからφ４．５ｍｍまでφ０．５ｍｍ刻みで変化させたアパーチャを用いて、レーザビームのパルス周波数とビームパワーの関係を測定した結果を示したグラフである。なお、用いた出射ミラーは、図４と同じ劣化状態６６．７％のものである。また、図１５は、図１４の測定結果に基づき、パルス周波数１０００Ｈｚでのレーザビームのビームパワー（すなわち高熱負荷時ビームパワー（Ｈ））と、パルス周波数１００Ｈｚでのレーザビームのビームパワー（すなわち低熱負荷時ビームパワー（Ｌ））から（式２）にて求めたパルス周波数１０００Ｈｚでのビームパワー基準値（Ｓ）と、この高熱負荷時ビームパワー（Ｈ）とビームパワー基準値（Ｓ）とを用い（式１）から求めた出射ミラー劣化指数（Ｄ）とを、各アパーチャ毎に記載したものである。図１４より、アパーチャの開口径が大きいとパルス周波数とビームパワーは比例関係にあり、開口径が小さいほど比例関係からのずれが大きくなる傾向が見られる。また、図１５より、アパーチャの開口径が大きいほど劣化指数の測定結果が０．０％に近づき、開口径が小さいほど劣化指数が７０％に近づく傾向が見られる。【００５５】
これは以下の理由による。
図１６は、アパーチャ５ａの開口径がレーザビーム径に対して十分小さい場合の、アパーチャ５ａ透過前後のレーザビームの強度分布を示したものである。図１６（ａ）は、劣化した出射ミラーの熱負荷状態が軽い場合の図であり、図１６（ｂ）は、熱負荷状態が重く熱レンズ効果によりレーザビーム４ｂが集光された場合の図である。アパーチャ５ａの開口径がレーザビーム径より十分小さい場合、図１６に示すように、レーザビーム４の中央部分のみがアパーチャを透過しているため、熱負荷状態によるレーザビーム径の変化がビームパワー測定結果に影響を与えやすい。すなわち、図１６（ａ）に示した熱負荷状態が軽い場合よりも、図１６（ｂ）に示した熱負荷状態が重い場合の方が、レーザビーム４の強度分布の中央部分がより強くなり、アパーチャ５ａを透過するレーザビーム２０の割合が多くなるからである。【００５６】
一方、図１７は、アパーチャ５ｂの開口径がレーザビーム径に対して略同等の場合の、アパーチャ５ｂ透過前後のレーザビームの強度分布を示したものである。図１６と同様に、図１７（ａ）は熱負荷状態が軽い場合の図であり、図１７（ｂ）は熱負荷状態が重く熱レンズ効果によりレーザビーム４ｂが集光された場合の図である。アパーチャ５ｂの径がレーザビーム径より十分小さくない、すなわちアパーチャ５ｂの開口径とレーザビーム径が同程度になると、図１７（ａ）に示すように、熱負荷状態が軽いパルス周波数１００Ｈｚにおける測定の時点で、レーザビーム４ａの大部分がアパーチャ５ｂを透過してしまう。そのため、図１７（ｂ）に示したように熱負荷状態が重いパルス周波数１０００Ｈｚにおいてレーザビーム４ｂの径がより小さい場合も、レーザビームの強度分布が変化してもレーザビーム４ｂの大部分はアパーチャ５ｂを透過するので、ビームパワー測定結果に影響を与えにくくなるのである。これは、前述したアパーチャが無い状態と略同じ状態であるためと言っても良い。【００５７】
出射ミラーの劣化状態を正確に判断するには、レーザビーム径の変化がビームパワー測定結果に大きく影響した方が適している。図１５の結果より、アパーチャ径がレーザビーム径の６０％以下（φ３．０ｍｍ以下）の場合、出射ミラーの劣化指数が約７０％で飽和している傾向が見られるため、アパーチャ径がレーザビーム径の６０％以下とすることが望ましい。ただし、あまりアパーチャの開口径を小さくしすぎると、ビームパワー測定値が小さくなってしまい、相対的に測定誤差が大きくなるので、ビームパワー測定センサーの精度を考慮し適切な開口径を選択することが望ましい。【００５８】
本発明によれば、出射ミラーの劣化状態判断に、出射ミラーの初期状態の測定が不要となるので、例えば、初期状態の出射ミラーに劣化が無いかどうかを判断することも可能となる。また、測定に用いるアパーチャの開口径を適正化することで、より正確に劣化状態を判断することができる。【００５９】
なお、上記実施の形態２では、出射ミラーの熱負荷が重い状態を再現するために、最大のパルス周波数１０００Ｈｚで測定を行ったが、実施の形態１と同様に、最大とする必要は無く、できるだけ高ビームパワーで測定を行えば良い。もちろん、最大のビームパワーで測定を行った方が、測定の精度が向上する点から望ましい。また、出射ミラーの熱負荷が軽い状態を再現するために、最小のパルス周波数である１００Ｈｚで測定を行ったが、最小とする必要は無く、できるだけ低ビームパワーで測定を行えば良い。もちろん、図３および図４より、最小ビームパワーで測定を行った方が、劣化していない出射ミラーのレーザビームのビームパワーにより近い値が得られ、より正確なビームパワー基準値（Ｓ）が得られることは明らかである。【００６０】
また、本実施の形態２または前実施の形態１では、アパーチャ５を出射ミラー２の劣化判断測定にのみ用いている。一方、プリント基板加工用のレーザ加工装置のように、加工用にすでにアパーチャを光軸上に備えているものもある。そのような加工装置の場合、加工用のアパーチャの開口径が、上記適正な範囲内すなわちレーザビーム径の６０％以下であり、かつアパーチャの位置が適切すなわちレーザ発振器とアパーチャとの間に熱レンズが発生する光学部品が無ければ、このアパーチャを出射ミラー２の劣化判断測定に用いても良い。この場合、アパーチャは固定のまま、アパーチャを透過したレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定センサーのみを、レーザビーム光軸上に出し入れする構成としても良い。この様な構成では、アパーチャを別途設ける必要が無いので、より安価に簡易な構成で、出射ミラーの劣化状態を測定できる。【００６１】
実施の形態３．
上記実施の形態１および実施の形態２では、出射ミラーの熱負荷状態をレーザビームのパルス周波数により変化させた。これは、例えばプリント基板等の加工用のレーザ加工装置が、レーザビームのパルス周波数を制御して加工を行うことが多いからである。しかし、本発明である出射ミラーの劣化状態測定は、出射ミラーの熱負荷状態を変化させられれば可能となるので、パルス周波数の変化以外で熱負荷状態を変化させられれば同様の効果が得られる。【００６２】
例えば、パルス周波数を１００Ｈｚに固定し、パルス幅を１ｍｓから１０ｍｓまで変化させてビームパワーを測定しても良い。例えば、パルスピークパワーが図１２の測定時と同じであれば、パルス周波数１００Ｈｚでパルス幅１ｍｓであれば、ちょうど図１２の□印と同じ値が得られ、またパルス周波数１００Ｈｚでパルス幅１０ｍｓであれば連続発振となり、図１２の△印と同じ値が得られることになる。【００６３】
また、別の構成としては、パルス周波数とパルス幅を固定し、パルスピークパワーを変化させても良い。例えば、パルス周波数を１００Ｈｚ、パルス幅を１ｍｓとしておき、図１２における□印を測定したときのパルスピークパワーの１０倍のパルスピークパワーでレーザビームのビームパワーを測定すれば、図１２の△印の値と同じ値が得られることになる。【００６４】
以上の通り、出射ミラーの熱負荷状態を変化させるには、パルス周波数やパルス幅、パルスピークパワーを変化させればよく、これにより実施の形態１や２と同様の効果が得られる。パルス周波数等いずれのパラメータを変化させるかは、レーザ加工装置が備えるレーザ発振器の仕様により適宜選択すれば良い。もちろん、複数のパラメータを組み合わせて変化させても良い。そして、選択したパラメータを変化させるべく加工制御装置１４に指示が出せるように、測定制御装置７の制御部１０２を適宜修正すれば良い。【００６５】
なお、上記実施の形態１，２では、パルス発振のレーザ発振器を例に説明を行ったが、パルス発振ではなく連続発振するレーザ発振器であれば、レーザビームのビームパワー自体を変化させることで同様の効果が得られる。すなわち、低ビームパワーのレーザビームを発振することで、出射ミラーを低熱負荷状態とすることができ、高ビームパワーのレーザビームを発振することで出射ミラーを高熱負荷状態にすることができるので、図１２の□印や△印の値を測定することができる。これにより、出射ミラーの劣化状態を実施の形態２と同様に判断することができる。もちろん、出射ミラーの初期状態で、高熱負荷状態でのレーザビームのビームパワーを測定しておけば、実施の形態１と同様に判断することもできる。【００６６】
実施の形態４．
実施の形態１，２におけるレーザ加工装置においては、アパーチャ５やビームパワー測定センサー６を必要に応じて、レーザビーム光路上に出し入れしていた。よって、アパーチャ５等を出し入れする時間や、位置調整等に若干の時間が必要である。本実施の形態４に係るレーザ加工装置は、アパーチャ５等の出し入れ作業を必要とせず、出射ミラーの劣化状態測定を行うことができるものである。【００６７】
図１８は、この発明を実施するための実施の形態４における出射ミラーの劣化測定が可能なレーザ加工装置を示すものである。図１，２と同様の構成部分には同じ符号を付している。図１８に示したように、レーザ発振器１より出射されたレーザビーム４の光路上に部分反射型ミラー３０を配置する。そして、一部反射されたレーザビーム３１の光路上に、アパーチャ５およびビームパワー測定センサー６を配置することにより、アパーチャ５を通過したレーザビームのビームパワー測定が可能となり、実施の形態１，２と同様な処理を行うことにより、同様に出射ミラーの劣化測定が可能となる。【００６８】
本実施の形態４に係るレーザ加工装置によれば、劣化状態の測定の有無によるビームパワー測定センサー６とアパーチャ５の移動をなくすことが可能となり、ワーク１３に届くレーザビームのビームパワーが実施の形態１，２に比べ少なくなるが、リアルタイムでビームパワーが測定できるので、わざわざ測定モードで劣化度合いを測定する必要が無くなり、時間の節約に繋がる。例えば、実加工時に低ビームパワーで加工を行ったり高ビームパワーで加工を行ったりする場合があれば、そのときのレーザビームのビームパワーを測定することで、出射ミラーの劣化状態を測定することができる。【００６９】
実施の形態５．
実施の形態１，２に係るレーザ加工装置においては、出射ミラーが劣化していると判断された場合に、アラーム等で出射ミラーを交換若しくはクリーニングを行うようにオペレータに知らせる構成であった。本実施の形態５に係るレーザ加工装置は、出射ミラーが劣化し交換等が必要になる前に、交換等の時期が近づいていることを事前にオペレータに知らせることができるものである。本実施の形態５に係るレーザ加工装置の構成としては、実施の形態１の図１、図２と略同様であり、測定制御装置７ｂの動作が異なっているものである。【００７０】
図１９は、ステンレスに対する切断加工のみを加工し続けた場合の、出射ミラーの劣化状態を測定した結果である。出射ミラーの劣化状態の測定は、実施の形態２に係る劣化測定方法を用いて、切断加工を実施する前に１日１回定期的に実施した。また、図１０より、ステンレスに対する切断加工における焦点裕度は６ｍｍであり、図９より、焦点位置変化量が６ｍｍとなる出射ミラー劣化状態は劣化指数５０％であるので、出射ミラー劣化状態の判断基準を劣化指数５０％とした。ここで、図１９に示したように、出射ミラーのメンテナンスの準備を判断基準の劣化指数５０％に到達する前に実施するために、判断基準よりも劣化の判断規格を緩くした劣化指数４５％を警告基準として設け、事前にメッセージを発生させるようにした。【００７１】
次に、本実施の形態５にかかるレーザ加工装置の動作について具体的に説明する。図２０は、出射ミラー２の劣化状態の測定を行う場合の、測定制御装置７ｂの制御フローチャートである。実施の形態１におけるフローチャート図６または、実施の形態２におけるフローチャート図１１と同じ制御については、同じステップ番号を付している。また、図２１は、本実施の形態５に係る劣化測定処理を実現するための、測定制御装置７ｂの内部ブロック図である。以下、図１９，２０，２１に基づき説明する。【００７２】
まず、実施の形態１の図６と同様に、ステップＳ０１〜ステップＳ１３を実施するか、もしくは、実施の形態２の図１１と同様に、ステップＳ０１〜ステップＳ０４を実施して出射ミラーの劣化指数を求める。【００７３】
劣化指数を求めた後、測定制御装置７ｂの比較部２０４は、得られた出射ミラーの劣化指数と、別途測定制御装置７ｂ内の第３の記憶部２０５に記憶されている警告基準値（図１９においては４５％）とを比較し、出射ミラーの劣化指数が警告基準値よりも大きければ、出射ミラーのメンテナンス時期が近づいていると判断する。一方、出射ミラーの劣化指数が警告基準値よりも小さければ、出射ミラーのメンテナンス時期はまだ先と判断する。【００７４】
ステップＳ２１にて、出射ミラー２のメンテナンス時期がまだ先と判断された場合、測定制御装置７ｂの制御部１０２は駆動装置１５を動作させ、アパーチャ５とビームパワー測定センサー６がレーザビーム光路上から光路外へ移動される（Ｓ０６）。これにより出射ミラーの汚れ測定が完了し、通常の加工作業が行われる。【００７５】
一方、ステップＳ２１にて出射ミラー２の劣化が進み、メンテナンス時期が近づいていると判断された場合、測定制御装置７ｂの比較部２０４は、得られた出射ミラーの劣化指数と、別途測定制御装置７ｂ内の第１の記憶部１０５に記憶されている判断基準値（図１９においては５０％）とを比較する（Ｓ０５）。【００７６】
ステップＳ０５にて、出射ミラーの劣化指数が判断基準値よりも小さければ、出射ミラーを交換する必要は無いので、測定制御装置７ｂの制御部１０２は、出射ミラーのメンテナンス時期が近づいていることをオペレータに知らせるべく、アラーム表示部１０６により注意メッセージを表示する（Ｓ２２）。そして、ステップＳ０６を実施して測定を終了する。一方、出射ミラーの劣化指数が判断基準値よりも大きければ、出射ミラーの交換が必要と判断され、ステップＳ０７、Ｓ０８が実施され測定が終了する。【００７７】
本実施の形態５にかかるレーザ加工装置にて、上述した動作を行うことにより、例えば図１９における出射ミラーの劣化状態の経過において、オペレータの作業は以下のようになる。稼働時間２３００時間において、出射ミラー劣化状態は劣化指数４５％となり、出射ミラーのメンテナンス時期が近づいているメッセージが出たため、新品の出射ミラーとメンテナンス作業者の確保を実施した。稼動時間２４００時間において、出射ミラー劣化状態は劣化指数５０％となり、出射ミラーのメンテナンス時期となったため、メンテナンスを実施した。【００７８】
以上により、本実施の形態５係るレーザ加工装置は、出射ミラーの劣化状態測定において、判断基準値とは別に、この判断基準値よりも劣化判断の規格を緩くした警告基準を設定したことにより、事前に出射ミラーのメンテナンスの準備をすることができる。これにより、出射ミラーのメンテナンスにおける時間のロスを低減することが可能となる。さらに、定期的に出射ミラーの劣化状態を測定することで、切断加工において加工品質の低下を未然に防止することが可能となる。【００７９】
実施の形態６．
実施の形態１、２に係るレーザ加工装置においては、レーザ発振器内の出射ミラーに特化して劣化状態の測定について説明したが、本発明に係る出射ミラーの劣化測定方法は、レーザ発振器外の光学系におけるレーザビームを透過させる光学部品の劣化状態を測定する際にも適応できる。【００８０】
図２２は、この発明を実施するための実施の形態６におけるレーザ加工装置を示すものである。図２２に示したように、レーザ発振器１から出射されたレーザビーム４の光路中に、レーザビームを透過するレンズ等の光学部品２５が設けられている。この光学部品２５の劣化状態を測定するために、光学部品２５の直後に、光学部品を透過したレーザビームの中央部のみを透過するアパーチャ５と、アパーチャ５を透過したレーザビームのビームパワーを測定するビームパワー測定センサー６を配置したものである。アパーチャ５やビームパワー測定センサー６は、光学部品の劣化測定時以外はレーザビームの光路外へ出される点は、実施の形態１，２と同様である。【００８１】
図２２に示したような構成とし、実施の形態１の図６もしくは実施の形態２の図１１と同様に、アパーチャ５を透過するレーザビームのビームパワーを測定し劣化指数を算出するように処理を行うことで、光学部品２５の劣化状態を定量的に判断することができる。【００８２】
ただし、レーザビーム光路上で、測定対象の光学部品２５よりもレーザ発振器側に劣化した光学部品が無いことが必要である。なぜならば、例えば、出射ミラー２が劣化していた場合、出射ミラー２が原因でビームパワーによってレーザビームの強度分布が変わってしまい、測定対象の光学部品２５が劣化しているのかどうかを切り分けすることができなくなるからである。よって、まずはレーザ発振器１に近い側から順に、レーザビームを透過する光学部品の劣化状態を確認する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
この発明に係るレーザ発振器の出射ミラー劣化判断方法およびレーザ加工装置は、安価で簡易に出射ミラーの劣化状態を測定できる。特に、加工用にアパーチャを備えているレーザ加工装置、例えばプリント基板のレーザ加工装置の場合に適用が容易である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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