(57)【要約】【課題】  光ファイバを用いるレーザ加工においてレーザ光学系または光学部品の状態や加工点におけるレーザ出力状態をインラインで適確に監視すること。【解決手段】  レーザ照射ユニット２０において、レーザ光検出器３４は、ベントミラー２８を挟んで光ファイバ１４の終端面と対向し、ベントミラー２８からの漏れ光ＭLBを受光してその光強度を表す電気信号ＳLを発生する。反射光検出器４２は、レーザ出射口２０ａと対向し、保護ガラス３０、集束レンズ３２およびベントミラー２８を透過し、さらに光学フィルタ４０で選択されたワークＷの加工点ＷＰからの反射光ＲLBを受光してその光強度を表す電気信号ＳRを発生する。【選択図】  図１
2006247681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振部より発振出力されたレーザ光を光ファイバに通してレーザ照射ユニットまで伝送し、前記レーザ照射ユニットより前記レーザ光を被加工物の加工点に照射するレーザ加工用のモニタリング装置であって、
前記レーザ照射ユニット内で前記光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の光強度を測定するレーザ光測定部と、
前記被加工物の加工点から前記レーザ照射ユニットに反射されてきた光の光強度を測定する反射光測定部と
を有するレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項２】
前記レーザ光測定部より得られる前記レーザ光の光強度測定値と前記反射光測定部より得られる前記反射光の光強度測定値とに基づいて前記レーザ光が通る光学部品の状態を判定する第１の判定部を有する請求項１に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項３】
前記レーザ光測定部より得られる前記レーザ光の光強度測定値と前記反射光測定部より得られる前記反射光の光強度測定値とに基づいて前記レーザ光の前記加工点におけるレーザパワーの状態を判定する第２の判定部を有する請求項１または請求項２に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項４】
前記反射光の光強度測定値に基づいて前記加工点におけるレーザ加工の良否を判定する第３の判定部を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項５】
前記レーザ照射ユニット内に、前記光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の大部分を前記被加工物の加工点側へ反射し、一部を漏れ光として透過させるミラーが設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項６】
前記レーザ照射ユニット内に、前記光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の大部分を前記被加工物の加工点側へ通し、一部を所定方向へ反射させるミラーが設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項７】
前記レーザ光測定部が、前記ミラーを介して前記光ファイバの終端面と光学的に対向して配置され、前記ミラーからの漏れ光または反射光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項８】
前記レーザ照射ユニットの出射口に保護ガラスが取り付けられる請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項９】
前記レーザ照射ユニット内に、前記光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光を前記被加工物の加工点に集束させる光学レンズが設けられる請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１０】
前記反射光測定部が、前記保護ガラス、前記光学レンズおよび／または前記ミラーを通ってきた前記被加工物からの反射光を受光して第２の電気信号に変換する第２の光電変換素子を有する請求項５〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１１】
前記反射光測定部が、前記保護ガラス、前記光学レンズおよび／または前記ミラーを通ってきた前記被加工物からの反射光の中から特定の波長の光を選択する干渉フィルタを有する請求項５〜１０のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１２】
前記レーザ加工中のモニタ区間を任意に設定するためのモニタ区間設定部と、前記モニタ区間内に所望の演算区間を設定するための演算区間設定部とを有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１３】
前記反射光測定部が、前記演算区間において前記反射光の光強度ピーク値を求める請求項１２に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１４】
前記反射光測定部が、前記演算区間において前記反射光の光強度平均値を求める請求項１２に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１５】
前記反射光測定部が、前記演算区間において前記反射光の光強度積分値を求める請求項１２に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１６】
前記レーザ光がパルスレーザ光であり、前記モニタ区間が１個または複数個のパルスレーザ光を含む請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【請求項１７】
前記演算区間が、各々の前記パルスレーザ光のパルスレーザ光の立ち上がりエッジより所望時間後の第１の時点から立ち下がりエッジよりも所望時間前の第２の時点までの区間として設定される請求項１６に記載のレーザ加工用モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いるレーザ加工のモニタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力レーザは、溶接、切断あるいは表面処理等の加工業の分野で広く利用されている。特にレーザ溶接加工は、高精度および高速の加工を実現できること、被加工物（ワーク）に与える熱歪が小さいこと、高度の自動化が可能になることなどから、ますますその重要性を高めている。また、光ファイバを利用した遠隔でのレーザ溶接も可能であり、レーザ発振器からたとえば３０ｍ〜５０ｍも離れた遠隔の場所で溶接加工が行われることもめずらしくない。一般のレーザ溶接機は、本体に、内蔵のレーザ発振器より発振出力されたレーザ光のレーザ出力をモニタリングする機能が備わっており、レーザ発振器に異常があればレーザ出力のモニタリングを通じて即時にその事態を検知できるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、遠隔でのレーザ加工にあっては、レーザ発振器より発振出力されたレーザ光が入射ユニット、光ファイバおよび出射ユニット（レーザ照射ユニット）等の光学系を経て遠隔の場所で被加工物へ照射されるため、レーザ光路上の何処かの光学部品に生じた汚れや損傷・劣化によって被加工物の加工点でのレーザ出力が異常に低下していても本体側はそれを把握できない。このため、加工後の検査（外観検査、破壊検査または非破壊検査等）に至ってはじめて不良を発見するはめになり、生産管理の面で（不良品の多発等の）問題がある。各部のメンテナンス（チェック、清掃、修理、部品交換等）を短いサイクルで定期的に行う対処法は、メンテナンス作業のために生産ラインを頻繁にストップしなければならず、生産効率の面で問題がある。また、従来より、レーザ照射ヘッドから出射されたレーザ光の出力状態をレーザパワーメータによる計測でモニタリングすることも行われている。しかし、この方法も、レーザ加工を止めて実施されるものであり、やはり生産性を下げるという不利点がある。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、光ファイバを用いるレーザ加工においてレーザ光学系または光学部品の状態や加工点におけるレーザ出力状態をインラインで適確に監視して生産管理、品質管理、生産効率の改善をはかるレーザ加工用モニタリング装置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】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明のレーザ加工用モニタリング装置は、レーザ発振部より発振出力されたレーザ光を光ファイバに通してレーザ照射ユニットまで伝送し、前記レーザ照射ユニットより前記レーザ光を被加工物の加工点に照射するレーザ加工用のモニタリング装置であって、前記レーザ照射ユニット内で前記光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の光強度を測定するレーザ光測定部と、前記被加工物の加工点から前記レーザ照射ユニットに反射されてきた光の光強度を測定する反射光測定部とを有する。
【０００６】
上記の構成においては、レーザ照射ユニットよりレーザ光が出射される直前の光強度（レーザ出力）をレーザ光測定部で測定し、被加工物の加工点からの反射光の光強度を反射光測定部で測定することで、光ファイバを含むレーザ光学系の状態や加工点におけるレーザ出力状態をインラインで適確に監視することができる。すなわち、レーザ光測定部の測定結果から異常が検出されたなら、その原因はレーザ照射ユニットの手前の光学系にあるとのモニタリング情報を得ることができ、レーザ光測定部の測定からは異常が検出されず、反射光測定部の測定から異常が検出されたときはレーザ照射ユニット内の光学系または光学部品あるいは被加工物に原因があるとのモニタリング情報を得ることができる。
【０００７】
本発明の好適な一態様によれば、レーザ光測定部より得られるレーザ光の光強度測定値と反射光測定部より得られる反射光の光強度測定値とに基づいてレーザ光が通る光学部品の状態を判定する第１の判定部が設けられる。たとえば、レーザ照射ユニット内の光学系または光学部品に汚れや損傷等があって透過率が低下すると、レーザ光の光強度測定値に対する反射光の光強度測定値の比率が下がる。したがって、その比率が所定の基準値または閾値よりも低くなったときに、第１の判定部より出される判定結果にしたがってレーザ照射ユニット内の光学系または光学部品の点検ないしメンテナンスが行われればよい。
【０００８】
別の好適な一態様によれば、レーザ光測定部より得られるレーザ光の光強度測定値と反射光測定部より得られる反射光の光強度測定値とに基づいてレーザ光の加工点におけるレーザパワーの状態を判定する第２の判定部が設けられる。被加工物の加工点から反射する光（特にレーザ光と同じ波長の光）の光強度は、該加工点に照射するレーザ光の光強度（レーザ出力）と一定の比例関係がある。一方で、加工点に照射するレーザ光の光強度はレーザ光測定部により測定されるレーザ照射ユニット内のレーザ光の光強度とも一定の比例関係がある。したがって、第２の判定部により、レーザ光の光強度測定値と反射光の光強度測定値の両面からレーザ光の加工点におけるレーザパワーの状態を適確に判定することができる。
【０００９】
別の好適な一態様によれば、反射光の光強度測定値に基づいて加工点におけるレーザ加工の良否を判定する第３の判定部が設けられる。反射光の光強度測定値が加工点におけるレーザパワーの状態ないし被加工物の被加工状態を表すことから、適確な測定手法および判定基準によってレーザ加工の良否を判定することができる。
【００１０】
本発明においては、好適な一態様として、レーザ加工中のモニタ区間を任意に設定するためのモニタ区間設定部と、モニタ区間内に所望の演算区間を設定するための演算区間設定部とが設けられる。反射光測定部は、設定された演算区間において、反射光の光強度ピーク値、光強度平均値あるいは光強度積分値を求める。レーザ光がパルスレーザ光の場合、モニタ区間は、１個または複数個のパルスレーザ光を含むように設定されてよい。また、演算区間は、各々のパルスレーザ光のパルスレーザ光の立ち上がりエッジより所望時間後の第１の時点から立ち下がりエッジよりも所望時間前の第２の時点までの区間として設定されてよい。
【００１１】
また、好適な一態様によれば、レーザ照射ユニット内に、光ファイバの終端面から出射されたレーザ光の大部分を被加工物の加工点側へ反射し、一部を漏れ光として透過させるミラーが設けられる。あるいは、光ファイバの終端面から出射されたレーザ光の大部分を被加工物の加工点側へ通し、一部を所定方向へ反射させるミラーが設けられてもよい。通常、レーザ照射ユニットの出射口に保護ガラスが取り付けられ、レーザ照射ユニット内に光ファイバの終端面から出射されたレーザ光を被加工物の加工点に集束させる光学レンズも設けられる。
【００１２】
好ましい一態様として、レーザ光測定部は、ミラーを介して光ファイバの終端面と光学的に対向して配置され、ミラーからの漏れ光または反射光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子を有する。また、反射光測定部は、保護ガラス、光学レンズおよび／またはミラーを通ってきた被加工物の加工点からの反射光を受光して第２の電気信号に変換する第２の光電変換素子を有する。さらに、反射光測定部が反射光の中から特定の波長（たとえばレーザ光と同じ波長）の光を選択する干渉フィルタを有するのも好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザパワーモニタリング装置によれば、上記のような構成と作用により、光ファイバを用いるレーザ加工においてレーザ光学系または光学部品の状態や加工点におけるレーザ出力状態をインラインで適確に監視して生産管理、品質管理、生産効率の改善をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１５】
図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工用モニタリング装置の適用可能なレーザ溶接システムの構成を示す。このレーザ溶接システムは、基本構成として、レーザ溶接用のレーザ光ＬＢを発振出力するレーザ発振器１０ａを内蔵するレーザ溶接機本体１０と、所望の加工場所に配置されるレーザ照射ユニット１２と、レーザ溶接機本体１０とレーザ照射ユニット１２とを光学的に結ぶ光ファイバ１４と、モニタリング用の所要の信号処理や表示出力等を行うモニタ装置本体１６と、システム全体のシーケンスを制御するコントローラ１８とを有する。
【００１６】
このレーザ溶接システムにおいて、レーザ溶接機本体１０内のレーザ発振器１０ａで生成または発振出力されたレーザ光ＬＢは、光ファイバ１４を通って遠隔のレーザ照射ユニット１２まで伝送され、レーザ照射ユニット１２よりワーク（被加工物）Ｗの加工点ＷＰに向けて集光照射される。ワークＷの加工点ＷＰでは、互いに重ね合わされた（または突き合わされた）２つの部材がレーザ光ＬＢのレーザエネルギーにより溶融接合する。モニタ装置本体１６は、後述するレーザ照射ユニット１２に備え付けの２つの光検出器（３４，４２）より発生される電気信号（光強度検出信号）ＳL，ＳRに基づいてレーザ伝送路上の光学部品の状態、加工点ＷＰにおけるレーザ光ＬＢのレーザ出力状態、溶接品質等について良否判定を行い、その判定結果を出力するようになっている。
【００１７】
レーザ発振器１０ａは、たとえばＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ等のような固体レーザのレーザ発振器あるいは炭酸ガスレーザ等のガスレーザのレーザ発振器を有している。レーザ溶接機本体１０には、レーザ発振器１０ａより出射されたレーザ光ＬＢを光ファイバ１４の一端面に集光入射させる入射ユニット（図示せず）や、光ファイバ１４に入射する直前のレーザ光ＬＢのレーザ出力を測定するレーザ出力測定部（図示せず）等も設けられている。光ファイバ１４は、たとえば任意のマルチモード光ファイバでよい。
【００１８】
レーザ照射ユニット１２は、任意の加工場所でレーザ出射口２０ａをワークＷの加工点ＷＰに向けて設置される縦筒状のユニット本体２０と、このユニット本体２０の側面に一体に取り付けられた横筒状のファイバ出射部２２とを有している。ファイバ出射部２２の先端部のコネクタ２４に光ファイバ１４の他端部または終端部が着脱可能に取り付けられる。ファイバ出射部２２の内側には、光ファイバ１４の終端面より放射状に出射されたレーザ光ＬＢを平行光に揃えるためのコリメータレンズ２６が設けられている。
【００１９】
ユニット本体２０内には、本体２０側の縦の光軸とファイバ出射部２２側の横の光軸とが直角に交差する位置にベントミラー２８が配置されている。また、レーザ出射口２０ａに保護ガラス３０が着脱可能に取り付けられ、ベントミラー２８と保護ガラス３０との間に集束レンズ３２が配置されている。光ファイバ１４の終端面からコリメータレンズ２６を通ってベントミラー２８に入射するレーザ光ＬＢの大部分は、そこで略９０°の反射角で下方に反射して、集束レンズ３２および保護ガラス３０を通ってワークＷの加工点ＷＰに集光照射される。一方で、ベントミラー２８に入射したレーザ光ＬＢの一部が漏れ光ＭLBとしてベントミラー２８をまっすぐ透過する。
【００２０】
ファイバ出射部２２側からみてベントミラー２８の裏側または後方には、レーザ光検出器３４が取り付けられている。このレーザ光検出器３４は、ベントミラー２８を挟んで光ファイバ１４の終端面と対向する光電変換素子たとえばフォトダイオードを有しており、ベントミラー２８からの漏れ光ＭLBを受光してその光強度を表す電気信号ＳLを発生する。ここで、漏れ光ＭLBの光強度は、光ファイバ１４の終端面より出射された直後のレーザ光ＬＢの光強度またはレーザ出力ＰLとはベントミラー２８の透過率に対応した比例定数で一定の比例関係にある。光検出器３４の出力信号（レーザ光強度検出信号）ＳLは信号線３６を介してモニタ装置本体１６へ送られる。
【００２１】
ベントミラー２８の上方には、集束レンズ３８、光学フィルタ４０および反射光検出器４２が下からこの順に所定の間隔を置いて一列に配置されている。集束レンズ３８は、保護ガラス３０、集束レンズ３２およびベントミラー２８を透過してきたワークＷの加工点ＷＰからの反射光ＲLBを反射光検出器４２の受光面に集束させる。光学フィルタ４０は、反射光ＲLBの中で特定波長（たとえばレーザ光ＬＢと同じ波長）の光を選択的に通す干渉フィルタを有している。反射光検出器４２は、レーザ出射口２０ａと対向する光電変換素子たとえばフォトダイオードを有しており、光学フィルタ４０を透過した反射光ＲLBを受光してその光強度を表す電気信号ＳRに変換する。ここで、反射光ＲLBの光強度は、ワークＷの加工点ＷＰにおける表面反射率、溶け込み具合等にも依存するが、少なくとも加工点ＷＰにおけるレーザ出力とは一定の比例関係にある。反射光検出器４２の出力信号（反射光強度検出信号）ＳRは信号線４４を介してモニタ装置本体１６へ送られる。
【００２２】
モニタ装置本体１６は、正面のパネルにキーまたはボタン類を含むパネル入力部１６ａや液晶画面等のパネル表示部１６ｂを備えるとともに、本実施形態のモニタリングに必要な各種演算処理を行う電子回路を内蔵している。このモニタ装置本体１６内蔵の電子回路は、たとえばマイクロコンピュータを含み、機能的には図２に示すように制御部５０、レーザ光計測演算部５２、反射光計測演算部５４、比較部５６，５８、モニタ区設定部６０、演算区間設定部６２等を有している。制御部５０は、パネル入力部１６ａおよびパネル表示部１６ｂを通じてユーザとマン・マシン・インタフェースを行うほか、レーザ溶接機本体１０でレーザ光ＬＢが発振出力される度に本体１０より同期用のタイミング信号を受け取り、コントローラ１８からはレーザ加工条件または条件番号を受け取って、ユニット内の各部に所要の制御信号またはデータを与える。
【００２３】
図２において、レーザ光計測演算部５２は、レーザ照射ユニット１２に搭載のレーザ光検出器３４より送られてくる光強度検出信号ＳLを基に、レーザ照射ユニット１２内で光ファイバ１４の終端面より出射された直後のレーザ光ＬＢの光強度測定値ＰLを求める。一般に、レーザ溶接用のレーザ光ＬＢは、図３の（ａ）に示すように略矩形のレーザ出力波形を有するパルスレーザ光として発振出力される。このようなパルスレーザ光ＬＢを光ファイバ１４に通すと、図３の（ｂ）に示すように振幅または光強度（レーザ出力）がファイバ伝送中に減衰するものの、光ファイバ１４から出た直後も略矩形のレーザ出力波形は大体維持されている。レーザ光計測演算部５２は、レーザ光検出器３４からの光強度検出信号ＳLのピーク値または平均値を求め、それに所定の係数を乗じてレーザ光ＬＢのファイバ出射直後の光強度測定値ＰLを求める。レーザ光計測演算部５０で得られたレーザ光強度測定値ＰLは両比較部５６，５８に与えられる。
【００２４】
比較部５６には、制御部５０より比較基準値ＡＰLと判定基準値Ｊとが与えられる。ここで、比較基準値ＡＰLは、コントローラ１８より与えられるレーザ光ＬＢのレーザ出力設定値、あるいは溶接機本体１０のレーザ出力測定部より与えられるレーザ光ＬＢのレーザ出力測定値に対応している。比較判定部５６は、比較基準値ＡＰLに対するレーザ光強度測定値ＰLの割合または比率（ＰL／ＡＰL）を求め、その比率（ＰL／ＡＰL）と判定基準値Ｊとを比較する。制御部５０は、比較部５６からの比較結果を受け、比率（ＰL／ＡＰL）＞Ｊのときはレーザ照射ユニット１２内で光ファイバ１４の終端面より出射された直後のレーザ光ＬＢのレーザ出力が基準値を超えている、つまり正常と判定し、比率（ＰL／ＡＰL）≦Ｊのときは該レーザ光ＬＢのレーザ出力は基準値よりも低下している、つまり異常であると判定する。
【００２５】
このようにレーザ光検出器３４にてレーザ出力の異常低下が検出されるときは、レーザ発振元のレーザ発振器１０ａからレーザ照射ユニット１２内のベントミラー１８に至るレーザ伝送路上の光学部品の何れかに許容度を超える汚れ・損傷・劣化等がある場合である。レーザ発振器１０ａ回りに異常があれば、レーザ溶接機本体１０内のレーザ出力測定部によるモニタリングで検出される。本体１０側の異常でなければ、通常は、ベントミラー１８に汚れ・損傷・劣化等は殆ど発生しないので、光ファイバ１４の何処かに原因（主に損傷・劣化）があると断定ないし推定することができる。制御部５０は、パネル表示部１６ａを通じて判定結果を表示出力し、異常の判定結果を出すときは適当な警報またはメッセージを発してもよい。さらに、コントローラ１８にも判定結果を送ることができる。
【００２６】
反射光計測演算部５４は、レーザ照射ユニット１２に搭載の反射光検出器４２より送られてくる光強度検出信号ＳRを基に、レーザ溶接中にワークＷの加工点ＷＰからユニット１２側へ放射された反射光ＲLBの光強度測定値ＰRを求める。一般に、この種の反射光ＲLBは、図３の（ｃ）に示すように矩形から相当崩れたレーザ出力波形として検知される。この実施形態では、モニタ区間設定部５６および演算区間設定部５８が設けられており、ユーザがパネル入力部１６ａを通じて所望のモニタ区間ＴMよび演算区間ＴCを任意に設定入力できるようになっている。  
【００２７】
モニタ区間ＴMは、たとえば、図４および図５に示すように１個（単ショット）のパルスレーザ光のみを含む期間に設定することも可能であれば、図６および図７に示すように複数個（複数ショット）のパルスレーザ光を含む期間に設定することも可能である。後者（複数ショット）の場合は、パルス列全体（一括）で良否判定の評価を行うことも可能である。演算区間ＴCは、パルスレーザ光の立ち上がりエッジ（ｔa）より所望時間後の第１の時点（ｔb）から立ち下がりエッジ（ｔd）よりも所望時間前の第２の時点（ｔc）までの区間（ｔa〜ｔb）として設定することができる。実際、ワークＷからの反射光ＲLBは、パルスレーザ光の立ち上がり時にはワーク表面状態の影響を受けて不安定なオーバーシュート波形を示し、それが落ち着いた後に本来のレーザ出力に応じた反射光強度を示す。反射光計測演算部５４は、制御部５０（あるいはユーザ）からの指示にしたがい、反射光ＲLBの光強度測定値ＰRを求めるために、演算区間ＴCでたとえば積分値ＥRあるいは平均値ＰAVを演算する。積分値ＥRは、当該パルスレーザ光のレーザエネルギー（ジュール）に相当する。平均値ＰAVは、光強度検出信号ＳRを適当な周期でサンプリングして相加平均としてよい。図示省略するが、演算区間ＴC内の最大値またはピーク値をもって光強度測定値ＰRとすることもできる。１パルス毎のモニタリングと複数ショット分のモニタリングとは、基本的にはユーザの設定するモニタ区間ＴMの長さが違うだけであり、アルゴリズムやハードウェアまたはソフトウェアで特別な切り替えを要しない。
【００２８】
反射光計測演算部５４で得られた光強度測定値ＰRは比較部５８に与えられる。比較部５８には、上記のようにレーザ光計測演算部５２から光強度測定値ＰLBを与えられ、制御部５０からは加工部正常／異常判定用の判定基準値Ｄおよび溶接良否判定用の判定基準値Ｆや所要の係数Ｋを与えられる。ここで、係数Ｋは、レーザ加工条件（特にワークＷの材質等）に応じて設定される。溶接良否判定用の判定基準値Ｄは、コントローラ１８より与えられるレーザ光ＬＢのレーザ出力設定値、あるいは溶接機本体１０のレーザ出力測定部より与えられるレーザ光ＬＢのレーザ出力測定値に対応したものでよく、上限値ＦHおよび下限値ＦLとして設定されてよい。
【００２９】
加工部正常／異常判定のために、比較部５８は、光ファイバ出射直後のレーザ光強度測定値ＰLBに対する反射光強度測定値ＰRの割合または比率（ＰR／ＰLB）を求め、その比率（ＰR／ＰLB）を判定基準値Ｄと比較する。制御部５０は、比較部５８からの比較結果を受け、比率（ＰR／ＰLB）＞Ｄのときはレーザ光ＬＢの加工点ＷＰにおけるレーザ出力が基準値または閾値を超えている、つまり加工部は正常（異常なし）であると判定し、比率（ＰR／ＰLB）≦Ｄのときはレーザ光ＬＢの加工点ＷＰにおけるレーザ出力が基準値または閾値よりも低下している、つまり加工部に異常ありと判定する。
【００３０】
このように加工部に異常ありと判定されるときは、ワークＷの状態（特に表面状態）に異常があるか、あるいはレーザ照射ユニット１２内の光路上の光学部品つまりベントミラー１８、集束レンズ３２および保護レンズ３０のいずれかに許容度を超える汚れ・損傷・劣化等がある場合である。いずれにしても、レーザ加工をいったん停止して加工部の検査を行うべき場面である。
【００３１】
ワークＷ側の異常が想定できないときは、光学部品側に原因があると断定ないし推定できる。通常、ユニット１２に内蔵されているベントミラー１８や集束レンズ３２に原因（汚れ・損傷・劣化等）があることはめったになく、ワークＷと向き合う保護レンズ３０が汚れているケースが原因の殆どである。一般に、保護レンズ３０の汚れは経時的に増大する。したがって、比率（ＰR／ＰLB）が経時的に低下する様子をモニタリングすることも可能である。制御部５０は、パネル表示部１６ａを通じて検査や点検を促す判定結果を表示出力し、異常の判定結果を出すときは適当な警報またはメッセージを発してもよい。さらに、コントローラ１８に判定結果を送ってもよい。
【００３２】
溶接良否判定のために、比較部５８は、反射光強度測定値ＰRを判定基準値Ｆ（上限値ＦHおよび下限値ＦL）と比較する。制御部５０は、比較部５８からの比較結果を受け、ＦL＜ＰR＜ＦHのときはレーザ光ＬＢの加工点ＷＰにおけるレーザ出力が正常範囲内にあり溶接良好と判定し、ＰR≦ＦLまたはＰR≧ＦHときはレーザ光ＬＢの加工点ＷＰにおけるレーザ出力が正常範囲外にあり、溶接不良と判定する。制御部５０は、溶接良否についての判定結果をパネル表示部１６ａを通じて表示出力したり、コントローラ１８に送る。さらに、レーザ出力フィードバック制御のために判定結果あるいは反射光強度測定値ＰRをレーザ溶接機本体１０に送ることもできる。
【００３３】
上記のように、この実施形態においては、レーザ照射ユニット１２に２つの光検出器３４，４２を取り付け、ユニット１２内で光ファイバ１４の終端面より出射された直後のレーザ光ＬＢの光強度を光検出器３４を用いて測定するとともに、ワークＷからレーザ照射ユニット１２に反射されてきた光ＲLBの光強度を光検出器４２を用いて測定し、レーザ光ＬＢの光強度測定値ＰRと反射光ＲLBの光強度測定値ＰLBとに基づいてレーザ光ＬＢの通る光学部品の状態、ワークＷの状態、レーザ出力状態等について良否判定をインラインで行えるようにしており、生産管理または品質管理の面でユーザに信頼性の高い有益なモニタリング情報を提供することができる。また、異常・故障の発見・通報が適時に出されるため、保護ガラス交換等のメンテナンスのために生産ラインをストップさせる時間を必要最小限に食い止めることができる。
【００３４】
上記した実施形態は一例であり、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態のモニタ装置本体１６では、加工部正常／異常判定のために、比較部５８において光ファイバ出射直後のレーザ光強度測定値ＰLBと反射光強度測定値ＰRとの比率（ＰR／ＰLB）を求めて判定基準値Ｄと比較した。しかし、別の手法として、レーザ光強度測定値ＰLBおよび反射光強度測定値ＰRのいずれもレーザ光ＬＢの加工点ＷＰにおけるレーザパワー状態と一定の関係にある点を利用して、レーザ光強度測定値ＰLBおよび反射光強度測定値ＰRの両面から加工点のレーザパワー状態を総合的または複合的に評価することも可能である。
【００３５】
モニタ装置本体１６以外の各部の変形も可能である。図８にレーザ照射ユニット１２の一変形例の構成を示す。この変形例では、ベントミラー２８の上方にダイクロイックミラー６４を配置し、ワークＷ側からの反射光ＲLBのうちレーザ光ＬＢと同じ波長の光を側方に配置した反射光検出器４２へ反射させ、可視光を直上に配置したＣＣＤカメラ７０へまっすぐ透過させるようにしている。ダイクロイックミラー６４と反射光検出器４２との間には絞り６６および集束レンズ３８を配置している。この変形例によれば、レーザ溶接の進行状態や接合状態をＣＣＤカメラ７０を通じて肉眼で監視することもできる。また、図示省略するが、レーザ照射ユニット１２において光ファイバ１４の終端面をレーザ出射口または保護レンズ３０と対向する位置に取り付け、光ファイバ１４の終端面より出たレーザ光ＬＢをベントミラー２８を介さずにまっすぐ直進させて保護レンズ３０の外に出射させることも可能である。その場合は、途中に反射率の非常に低いミラーを配置し、該ミラーで反射した光をレーザ光検出器３４に導くようにすればよい。本発明は、上記実施形態におけるようなレーザ溶接に限定されるものではなく、光ファイバを利用する任意のレーザ加工に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工用モニタリング装置の適用可能なレーザ溶接システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態のレーザ加工用モニタリング装置におけるモニタ装置本体内の信号処理部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態のレーザ加工用モニタリング装置の各部におけるパルスレーザ光の波形を示す波形図である。
【図４】実施形態において単一のパルスレーザ光に対するモニタ区間および演算区間および光強度測定演算の方法（一例）を示す図である。
【図５】実施形態において単一のパルスレーザ光に対するモニタ区間および演算区間および光強度測定演算の方法（一例）を示す図である。
【図６】実施形態において一連（複数ショット）のパルスレーザ光に対するモニタ区間および演算区間および光強度測定演算の方法（一例）を示す図である。
【図７】実施形態において一連（複数ショット）のパルスレーザ光に対するモニタ区間および演算区間および光強度測定演算の方法（一例）を示す図である。
【図８】実施形態の一変形例によるレーザ照射ユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    レーザ溶接機本体
１０ａ    レーザ発振器
１２    レーザ照射ユニット
１４    光ファイバ
１６    モニタ装置本体
１８    コントローラ
２６    コリメータレンズ
２８    ベントミラー
３０    保護ガラス
３２，３８    集束レンズ
３４    レーザ光検出器
４０    光学フィルタ
４２    反射光検出器
５０    制御部
５２    レーザ光計測演算部
５４    反射光計測演算部
５６，５８    比較部
６０    モニタ区間設定部
６２    演算区間設定部
【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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