(57)【要約】【課題】種々の加工条件の下で、実際のレーザ加工の加工状態を正確に監視でき、安定したレーザ加工を行うこと。【解決手段】分光器３８は、加工点ＳＰ側からベンドミラー３２側に向かう戻り光ＢＲのうち、ベンドミラー３２を透過しかつ加工条件に応じた特定波長帯の光を抽出して時系列に検出する。判定部４６は、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値と、分光器３８からの検出結果である加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する。【選択図】  図２
2019166543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記検出部は、分光器であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記監視部は、加工条件に応じた複数の特定波長帯の光を抽出してそれらの光レベルを監視することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記検出部は、
加工条件に応じた特定波長帯の光をのみを透過させる光学フィルタと、
前記光学フィルタを透過した光の光強度を検出するフォトダイオード回路と、を有したことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項７】
前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工機。
【請求項８】
前記監視部は、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値と、前記検出部からの検出結果とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する判定部を有したこと特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項９】
前記監視部は、レーザ加工の加工状態が良好な場合に想定されかつ特定波長帯の光レベルの時間的遷移を示す基準の遷移パターンと、前記検出部からの検出結果である加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの時間的遷移とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する判定部を有したこと特徴とする請求項１、請求項３、又は請求項７のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
【請求項１０】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドから、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することにより、ワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出し、
検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１１】
加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１μｍ波長帯のレーザ光の照射によってワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工機及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーザ加工機は、板状のワーク材（金属板）に向かってレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドを具備している。レーザ加工ヘッドは、その内部に、レーザ光をワーク材に向かって集束させる集束レンズを有している。レーザ加工ヘッドは、その内部における集束レンズの入射側に、レーザ光を集束レンズ側に向かって反射させるベンドミラーを有する場合がある。
【０００３】
従来から、レーザ加工機は、レーザ照射に伴う、加工点からベンドミラー側に向かう戻り光を利用して、レーザ加工の加工状態を監視する監視ユニットを具備している（特許文献１参照）。ここで、加工点からベンドミラー側に向かう戻り光には、ベンドミラーが反射するレーザ光の他に、加工点及びその近傍を含む加工点側にて発生した光等の散乱光（例えば、熱輻射による可視光）等、ベンドミラーが透過する光がある。そして、監視ユニットの構成について簡単に説明すると、次の通りである。
【０００４】
レーザ加工ヘッドの内部におけるベンドミラーの反射面の近傍には、戻り光強度を検出する検出部としてフォトダイオード回路が設けられている。又は、レーザ加工ヘッドの内部におけるベンドミラーの透過側（反射面の裏側）には、ベンドミラーを透過した戻り光強度を検出する検出部としてフォトダイオード回路が設けられている。フォトダイオード回路は、光を受光して光量に応じた出力電圧を光強度として出力する。
【０００５】
監視ユニットは、フォトダイオード回路の他に、フォトダイオード回路の出力電圧に基づいて、レーザ加工の加工状態を監視する監視部を具備している。監視部は、例えば、フォトダイオード回路の出力電圧に所定のゲインを掛けた乗算値が切断良否用の閾値（閾値電圧）を越えているか否か判定する。ここで、所定のゲインとは、基準電圧（例えば１Ｖ）を、良好な切断加工を行う際におけるフォトダイオード回路の出力電圧で除した倍率のことである。所定のゲインは、ワーク材の材質、ワーク材の板厚（厚み）、アシストガスの種類等からなる加工条件毎に、ゲイン調整によって設定される。切断良否用の閾値（閾値電圧）とは、切断加工の良否を判定するための閾値（閾値電圧）であり、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値（閾値電圧）の１つである。
【０００６】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献２から特許文献４に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７９０３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４７７８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４８４８３号公報
【特許文献４】特開２０１３−８６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の監視ユニットでは、検出部としてのフォトダイオード回路によって検出可能な可視波長域及び近赤外線波長域の一部の戻り光強度（出力電圧）を用いて、監視部がレーザ加工の状態を監視している。フォトダイオード回路は、例えばフォトダイオードが光電流を発生できる波長を可視光と一部の近赤外線とすれば、レーザ加工で発生した光から光電流を生成し更に電圧に変換して、その電圧を光強度として出力している。一方、各種の加工条件下で切断加工すると、その広域波長帯の戻り光強度の正常範囲も様々である。そのため、戻り光強度が過小になる加工条件の下で、ゲイン調整時にフォトダイオード回路の出力電圧のゲインを最大限まで上げても、基準電圧まで上げることができず、所定のゲインを適切に設定できないことがある。また、戻り光強度が過大になる加工条件の下で、ゲインを最小限まで下げても、基準電圧を大幅に超えて、所定のゲインを適切に設定できないことがある。その結果、従来の監視ユニットの監視部は、両極にある加工条件の下では、実際のレーザ加工の加工状態を正確に監視できない。つまり、種々の加工条件の下で、安定したレーザ加工を行うことが困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、種々の加工条件の下で、実際のレーザ加工の加工状態を正確に監視することができる、新規な構成からなるレーザ加工機及びレーザ加工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】
【００１０】
本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択（抽出）して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことである。
【００１１】
好ましくは、前記検出部は、分光器であってもよい。この場合には、前記監視部は、加工条件に応じた複数の特定波長帯の光を抽出してそれらの光レベルを監視してもよい。
【００１２】
又は、前記検出部は、加工条件に応じた特定波長帯の光をのみを透過させる光学フィルタと、前記光学フィルタを透過した光の光強度を検出するフォトダイオード回路と、を有してもよい。
【００１３】
好ましくは、前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。また、前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。更に、前記監視部は、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。
【００１４】
本発明の第１実施態様によると、レーザ加工の加工状態を監視するための検出対象である戻り光を、加工条件に応じた特定波長帯の光に限定している。そのため、正常にレーザ加工できているときの種々の加工条件の下で、検出対象である戻り光レベルは、過大になることなく、戻り光レベルの時系列的に安定的な推移（正常な加工状態を示す光強度の上限値と下限値、及びその強弱の遷移周期）を検出することができ、異常な加工状態と区別して監視することができる。
【００１５】
本発明の第２実施態様に係るレーザ加工方法は、１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドから、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することにより、ワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出し、検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択（抽出）して、レーザ加工の加工状態を監視することである。
【００１６】
好ましくは、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。また、加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。更に、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを監視してもよい。
【００１７】
本発明の第２実施態様によると、レーザ加工の加工状態を監視するための検出対象である戻り光を、加工条件に応じた特定波長帯の光に限定している。そのため、正常にレーザ加工できているときの種々の加工条件の下で、検出対象である戻り光レベルは、過大になることなく、戻り光レベルの時系列的に安定的な推移（正常な加工状態を示す光強度の上限値と下限値、及びその強弱の遷移周期）を検出することができ、異常な加工状態と区別して監視することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、種々の加工条件の下で、実際のレーザ加工の加工状態を時系列的な推移で監視でき、レーザ加工の加工状態の監視を安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態及び他の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の特徴部分の模式的な断面図である。
【図３】図３は、ベンドミラーの透過率波長特性（透過特性）を示すグラフ図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。
【図５】図５は、鉄系金属からなるワーク材を切断した場合における、４７０ｎｍ波長帯の光強度に対する８００ｎｍ波長帯の光強度の比率と経過時間との関係を示すグラフ図である。
【図６】図６は、アルミ合金からなるワーク材を切断した場合における、４７０ｎｍ波長帯の光強度に対する８００ｎｍ波長帯の光強度の比率と経過時間との関係を示グラフ図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工機の特徴部分の模式的な断面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。
【図９】図９（ａ）は、加工条件１の下で、ピアシング加工及び切断加工が良好な場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。図９（ｂ）は、加工条件１の下で、切断加工の不良によってガウジングとバーニングが混在する場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。
【図１０】図１０（ａ）は、加工条件２の下で、ピアシング加工が良好な場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。図１０（ｂ）は、加工条件２の下で、切断加工が良好な場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。
【図１１】図１１は、加工条件２の下で、切断加工の不良によってガウジングが生じる場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。
【図１２】図１２は、加工条件２の下で、切断加工の不良によってバーニングが生じる場合において、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態及び他の実施形態ついて図１から図８を参照して説明する。
【００２１】
なお、本願の明細書又は特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つである左右方向のことをいい、「Ｙ軸方向」とは、水平方向の１つである前後方向のことをいい、「Ｚ軸方向」とは、上下方向（鉛直方向）のことをいう。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。図１中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「Ｕ」は、上方向、「Ｄ」は、下方向をそれぞれ指している。
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０は、１μｍ波長帯のレーザ光（レーザビーム）ＬＢの照射によって板状のワーク材（金属板）Ｗに対してレーザ加工（ピアシング加工及び切断加工を含む）を行う加工機である。そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成は、以下の通りである。
【００２３】
レーザ加工機１０は、ワーク材Ｗを支持する加工テーブル１２を具備しており、加工テーブル１２は、Ｘ軸方向に延びている。また、図示は省略するが、加工テーブル１２は、Ｙ軸方向に延びた複数のワーク支持板（スキッド板）を有しており、各ワーク支持板の上部には、ワーク材Ｗを点接触で支持するための複数のピンホルダがＹ軸方向に間隔を置いて形成されている。更に、図示は省略するが、加工テーブル１２の適宜位置には、ワーク材Ｗを把持する複数のクランプ部材が設けられている。なお、ここで言うピンホルダとは、山型点支持部と、該山型点支持部の倒壊を防止する胴体部とを組み合わせた点支持具とする。
【００２４】
加工テーブル１２の近傍には、１μｍ波長帯のレーザ光ＬＢを出力（発振）するレーザ発振器としてファイバレーザ発振器１４が配設されている。ファイバレーザ発振器１４は、特許文献２（特開２０１２−２４７７８号公報）に示すように公知の構成からなるレーザ発振器であり、Ｙｂファイバレーザの場合は、概ね１０６０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長帯のレーザ光を出力することができる。更に、１μｍ波長帯のレーザ光ＬＢを出力するレーザ発振器として、ファイバレーザ発振器１４の代わりに、ディスクレーザ発振器又はダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等を用いてもよい。ＤＤＬ発振器の場合、波長９００ｎｍ〜９９０ｎｍのレーザ光を出力することができる。つまり、１μｍ波長帯とは、波長が９００ｎｍ〜１１００ｎｍのレーザ光ＬＢを指すこととする。
【００２５】
加工テーブル１２の上側には、門型の可動フレーム１６がＸ軸方向へ移動可能に設けられており、可動フレーム１６は、加工テーブル１２の上方を跨ぐようにＹ軸方向（前後方向）に延びている。可動フレーム１６は、加工テーブル１２の適宜位置に設けられたＸ軸モータ（図示省略）の駆動によりＸ軸方向へ移動する。また、可動フレーム１６の水平部１６ａには、キャリッジ１８がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。キャリッジ１８は、可動レーム１６の適宜位置に設けられたＹ軸モータ（図示省略）の駆動によりＹ軸方向へ移動する。
【００２６】
キャリッジ１８は、上方向からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光ＬＢを照射する筒状のレーザ加工ヘッド２０をＺ軸方向へ移動可能に設けている。更に、レーザ加工ヘッド２０が、加工テーブル１２の上方に、キャリッジ１８及び可動フレーム１６を介してＸ軸モータ、Ｙ軸モータ、及びＺ軸モータの駆動によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動可能に設けられている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、レーザ加工ヘッド２０は、加工ヘッド本体２２の先端部（下端部）に、ノズル２４を着脱可能に設けている。また、加工ヘッド本体２２の基端部に、レーザ光ＬＢを伝送するプロセスファイバ２６の出射端が接続されており、プロセスファイバ２６の入射端は、ファイバレーザ発振器１４の出射端に接続されている。換言すれば、レーザ加工ヘッド２０は、プロセスファイバ２６を介してファイバレーザ発振器１４に光学的に接続されている。更に、加工ヘッド本体２２の内部におけるノズル２４側は、酸素、窒素等のアシストガスを供給するアシストガス供給源（図示省略）に配管（図示省略）を介して接続されている。
【００２８】
プロセスファイバ２６の出射端から出射されレーザ光ＬＢをコリメートするコリメートレンズ２８は、加工ヘッド本体２２の内部における基端部側に設けられている。また、レーザ光ＬＢをワーク材に向かって集束させる集束レンズ３０は、加工ヘッド本体２２の内部におけるコリメートレンズ２８の射出側に設けられている。更に、レーザ光ＬＢを集束レンズ３０側に向かって反射させるベンドミラー３２は、加工ヘッド本体２２の内部におけるコリメートレンズ２８と集束レンズ３０との間（集束レンズ３０の入射側）に設けられている。
【００２９】
ここで、ベンドミラー３２の透過率波長特性は、図３に示すようになる。即ち、ベンドミラー３２は、レーザ加工に用いる１μｍ波長帯のレーザ光ＬＢを略全反射し、また、レーザ加工機１０のガイド光に用いる可視光（例えば、赤色の６３０ｎｍ波長帯）も略全反射する。なお、ベンドミラー３２は、レーザ加工に用いる任意のレーザ光ＬＢの波長帯に応じて、ベンドミラー３２の透過率波長特性を変更して設計できる。
【００３０】
図４に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラムに基づいて、ファイバレーザ発振器１４、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ、アシストガス供給源等を制御するＮＣ装置（numerical control）装置３４を具備している。ＮＣ装置３４は、コンピュータによって構成されており、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラムを解釈して実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）とを有している。
【００３１】
前述の構成により、図１、図２、及び図４に示すように、ＮＣ装置３４は、Ｚ軸モータを制御してレーザ加工ヘッド２０をＺ軸方向へ移動させて、更にレンズモータ（図示省略）を制御して集束レンズ３０をＺ軸方向へ移動させることによって、ワーク材Ｗに対するレーザ光ＬＢの集束点（フォーカルポイント）を調整する。次に、ＮＣ装置３４は、Ｘ軸モータ及び／又はＹ軸モータを制御してレーザ加工ヘッド２０の照射位置をワーク材Ｗの残材部分Ｗｂの所定位置に位置決めする。更に、ＮＣ装置３４は、ファイバレーザ発振器１４及びアシストガス供給源を制御し、ノズル２４（レーザ加工ヘッド２０の先端部）からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光ＬＢを照射する。これにより、レーザ加工機１０は、加工プログラムに基づいて、ワーク材Ｗの残材部分Ｗｂの所定位置にピアシング加工を行って、ピアス穴（図示省略）を形成することができる。
【００３２】
ＮＣ装置３４は、ピアス穴を形成した後に、ノズル２４からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光ＬＢを照射した状態で、Ｘ軸モータ又はＹ軸モータを制御してレーザ加工ヘッド２０の照射位置をピアス穴からワーク材Ｗの製品部分Ｗｍの輪郭の一部まで移動させる。これにより、レーザ加工機１０は、ワーク材Ｗに対して切断加工としてのアプローチ加工を行って、ワーク材Ｗの残材部分Ｗｂにおけるピアス穴から製品部分Ｗｍの輪郭の一部まで連絡するスリット（図示省略）を形成することができる。
【００３３】
ＮＣ装置３４は、アプローチ加工を行った後に、続いてレーザ光ＬＢを照射した状態で、レーザ加工ヘッド２０をワーク材Ｗの製品部分Ｗｍの輪郭の輪郭に沿って移動させる。これにより、レーザ加工機１０は、ワーク材Ｗに対して切断加工としての製品加工を行って、ワーク材Ｗから製品（図示省略）を取り出すことができる。
【００３４】
図２に示すように、レーザ加工機１０は、監視ユニット３６を具備する。監視ユニット３６は、レーザ照射に伴う加工点ＳＰ及びその近傍を含む加工点ＳＰ側からベンドミラー３２側に向かう戻り光ＢＲのうち、ベンドミラー３２を透過した戻り光ＢＲ'を検出して、レーザ加工の加工状態を監視する。なお、加工点ＳＰ側には、切断溝内の加工方向でレーザ光ＬＢを受ける傾斜部であるカッティングフロント及びその近傍も含まれる。つまり、戻り光ＢＲとして検出する光は、散乱光が含まれる。その散乱光とは、レーザ光ＬＢによって加熱されたワーク材Ｗの材料から発する熱輻射の光であったり、カッティングフロント近傍に存在する気体（アシストガスや昇華した金属の気体）を構成する分子がレーザ光ＬＢによって電離して陽イオンと電子に分かれて運動している状態のプラズマからの光であったりする。その他に戻り光ＢＲとして存在する光は、カッティングフロントで反射するレーザ光ＬＢそのものであったり、そのラマン光などであったりする。そして、本発明の実施形態に係る監視ユニット３６の具体的な構成は、以下の通りである。
【００３５】
検出する戻り光は、加工ヘッド本体２２の内部におけるベンドミラー３２の反射側の戻り光ＢＲのうち、ベンドミラー３２を透過した透過側（反射面の裏側）の戻り光ＢＲ'である。その戻り光ＢＲ’を回折格子等によって分光し、各波長帯の光強度を検出する分光器３８は、加工ヘッド本体２２の内部におけるベンドミラー３２の透過側に設けられている。分光器３８は、特許文献３（特開２０１５−１４８４８３号公報）に示す公知の構成であってもよい。つまり、分光器３８は、ベンドミラー３２を透過した戻り光ＢＲ’のうち、加工条件に応じた複数の特定波長帯の光を抽出（選択）するように構成されている。更に、分光器３８は、選択された加工条件に応じた特定波長帯の光強度としての光レベル（Ａ／Ｄカウント値）を時系列に検出するように構成されている。ここで、分光器３８は、ベンドミラー３２を透過した戻り光ＢＲ’のうち、加工条件に応じた複数の特定波長帯の光レベルを時系列にそれぞれ検出する検出部に相当する。なお、分光器３８はデジタル処理されるので、その内部設定によって、サンプリング周期やデータの平滑化処理を変更できる。
【００３６】
ここで、発明者は、ワーク材Ｗの材質が軟鋼やステンレス鋼等の鉄系金属であるという加工条件の下において、加工条件に応じた複数の特定波長帯として、例えば、８００ｎｍ波長帯（８００±２０ｎｍ）と４７０ｎｍ波長帯（４７０±２０ｎｍ）を選択した。これは、ワーク材Ｗの材質が鉄系金属であるという加工条件の下において、切断加工が良好な場合には、ワーク材Ｗの加工点ＳＰ側にて輻射熱によって可視光が発生し、その可視光の主成分が８００ｎｍ波長帯の光であるからである。更に、８００ｎｍ波長帯の光レベルは時系列的に安定的な推移を示すので、異常な加工状態と区別して監視できるからである。また、ワーク材Ｗの材質が鉄系金属であって、ワーク材Ｗの板厚が例えば３ｍｍ以下であって、アシストガスが窒素である（低酸素濃度若しくは無酸素）という加工条件の下において、切断加工が良好な場合に、ワーク材Ｗの加工点ＳＰ側にて青白い可視光が発生する。その可視光の主成分が４７０ｎｍ波長帯の光である。その光レベルは時系列的に安定的な推移を示すので、異常な加工状態と区別して監視できる。更に、ワーク材Ｗの材質が鉄系金属であって、アシストガスが酸素である加工条件の下において、アシストガスに窒素が混入して異常が生じた場合に、４７０ｎｍ波長帯の光レベルが高くなるから、異常な加工状態と区別して監視できる（後述の実施例参照）。
【００３７】
なお、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯又は４７０ｎｍ波長帯のいずれか１つの波長帯を選択してもよく、両方選択してもよい。加工条件に応じた特定波長帯は任意に設定でき、８００ｎｍ波長帯及び４７０ｎｍ波長帯以外の５１０ｎｍ波長帯やその他の波長帯を選択してもよい。
【００３８】
図２及び図４に示すように、加工ヘッド本体２２の内部における分光器３８の出力側には、分光器３８からの時系列的な検出結果に基づいて、レーザ加工の加工状態及びアシストガスの異常（純度の異常）の有無を監視する監視部としての監視コントローラ４０が設けられている。なお、監視コントローラ４０は、ＮＣ装置３４の筐体内に設置してもよい。
【００３９】
監視コントローラ４０は、監視プログラム等を記憶するメモリと、監視プログラムを解釈して実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）とを有している。また、監視コントローラ４０は、判定情報記憶部４２としての機能、蓄積データ処理部４４としての機能、判定部４６としての機能、及び信号出力部４８としての機能を有している。そして、判定情報記憶部４２、蓄積データ処理部４４、判定部４６、及び信号出力部４８の具体的な内容は、次の通りである。
【００４０】
図１、図２、及び図４に示すように、判定情報記憶部４２は、加工条件毎に、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値（閾値カウント値）を判定情報として記憶する。レーザ加工の加工状態を判定するための閾値は、加工テーブル１２上におけるワーク材Ｗの存在の有無を判定するためのワーク材存在用の閾値、及びピアシング加工の良否を判定するためのピアシング加工良否用の閾値を含む。更に、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値は、ピアス穴の形成を判定するためのピアス穴貫通用の閾値、及びアプローチ加工を含む切断加工中の良否を判定するための切断加工良否用の閾値を含む。更にまた、アシストガスの異常の有無を判定するためのアシストガス異常検出用の閾値を含めてもよい。
【００４１】
判定情報記憶部４２は、加工条件毎に、レーザ加工の加工状態が良好な場合に想定されかつ特定波長帯の光レベルの時間的遷移を示す基準の遷移パターンを判定情報として記憶する。基準の遷移パターンは、ピアシング加工が良好な場合に想定されるピアシング加工用の基準の遷移パターンと、アプローチ加工を含む切断加工が良好な場合に想定される切断加工用の基準の遷移パターンを含む。
【００４２】
蓄積データ処理部４４は、分光器３８からの検出結果（検出値）としての加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの移動平均値を算出し、それを時系列に蓄積する。また、蓄積データ処理部４４は、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列に蓄積したデータをそのまま検出結果として判定部４６に出力することもできる。その他に光レベルを時系列に蓄積したデータの移動平均値を検出結果として判定部４６に出力することもできる。
【００４３】
判定部４６は、ピアシング加工開始時に、蓄積データ処理部４４から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果と、判定情報記憶部４２が記憶するワーク材存在用の閾値とを比較して、ワーク材Ｗの存在の有無を判定する。判定部４６は、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果がワーク材存在用の閾値以上である場合に、加工テーブル１２上にワーク材Ｗは存在すると判定する。逆に、光レベルの結果がワーク材存在用の閾値未満の場合に、加工テーブル１２上にワーク材Ｗは存在しないと判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６が加工テーブル１２上にワーク材Ｗは存在しない判定した場合に、更にその状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。
【００４４】
判定部４６が加工テーブル１２上にワーク材Ｗは存在していると判定した場合、ピアシング加工が続行される。判定部４６は、蓄積データ処理部４４から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果と、判定情報記憶部４２が記憶するピアシング加工良否用の閾値とを比較して、ピアシング加工の良否を判定する。判定部４６は、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果がピアシング加工良否用の閾値以上であれば、ピアシング加工は正常に行われていると判定し、その後、光レベルの結果がピアス穴貫通用の閾値以下に変化した場合に、ピアシング加工は正常に完了したと判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６がピアシング加工は正常に完了したと判定した場合に、未だピアシング加工のプログラム実施中であってもピアシング加工を中断して、切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号をＮＣ装置３４に即座に出力する。
【００４５】
判定部４６は、ピアシング加工中に光レベルの結果がピアシング加工良否用の閾値以下となるがピアス穴貫通用の閾値以上を維持するか、又はピアシング加工のプログラム実施の終了時点でも、光レベルの結果がピアス穴貫通用の閾値以上を維持した場合に、ピアシング加工は完了していない又は不良であると判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６がピアシング加工は不良であると判定した場合に、その状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。尤も、この場合、判定部４６がピアシング加工は不良であると判定したときに、信号出力部４８はアラーム信号をＮＣ装置３４に即座に出力してもよい。
【００４６】
又は、判定部４６は、ピアシング加工開始時に、別途、蓄積データ処理部４４から出力された所定の加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果と、判定情報記憶部４２が記憶するアシストガス異常検出用とを比較して、アシストガスの異常の有無を判定する。所定の加工条件に応じた特定波長帯とは、例えば、ワーク材Ｗの材質が鉄系金属であって、アシストガスが酸素である場合に、４７０ｎｍ波長帯である。判定部４６は、所定の加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果がアシストガス異常検出用の閾値を越えている場合に、異なるガスの混入によるアシストガスの異常有りと判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６が異なるガスの混入によるアシストガスの異常有りと判定した場合に、即座にアラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。なお、更にその状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力してもよい。
【００４７】
信号出力部４８が切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号を出力した場合に、直ちに切断加工が開始される。判定部４６は、蓄積データ処理部４４から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果と、判定情報記憶部４２が記憶する切断加工良否用の閾値とを比較して切断加工中の良否を判定する。判定部４６は、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果が切断加工良否用の閾値を越えている場合に、切断加工が不良であると判定する。逆に、光レベルの結果が切断加工良否用の閾値以下の場合に、切断加工が良好であると判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６が切断加工不良であると判定した場合に、その状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。
【００４８】
続いて、判定部４６が、１つの光レベルの結果でレーザ加工の加工状態の良否を判定するのではなく、分光器３８からの光レベルの結果を時系列的に蓄積した遷移データ（以後光レベルの時間的遷移と称す）でレーザ加工の加工状態の良否を判定する場合について説明する。重複する部分の説明は省略する。
【００４９】
判定部４６は、光レベルの時間的遷移と、判定情報記憶部４２が記憶する加工条件に応じた基準の遷移パターンとを比較して、レーザ加工の加工状態の良否を判定する。つまり、判定部４６は、基準の遷移パターンが示す正常な加工状態の光強度の上限値と下限値、及びその強弱の遷移周期と、光レベルの時間的遷移が示す現在の加工状態の光強度の上限値と下限値、及びその強弱の遷移周期とを比較し、その特徴がどの程度乖離しているかによってレーザ加工の加工状態の良否を判定する。
【００５０】
判定部４６は、例えば、ワーク材Ｗの板厚が１０ｍｍ以上であって、加工テーブル１２上にワーク材Ｗは存在する判定した場合に、判定情報記憶部４２が記憶するピアシング加工用の基準の遷移パターンと、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの時間的遷移とを比較して、ピアシング加工の良否を判定する。具体的には、判定部４６は、その光レベルの時間的遷移がピアシング加工用の基準の遷移パターンと特徴が一致する場合に、ピアシング加工は正常に完了したと判定する。逆に、ピアシング加工用の基準の遷移パターンと特徴が異なる場合に、ピアシング加工は不良であると判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６がピアシング加工は正常に完了したと判定した場合に、未だピアシング加工のプログラム実施中であっても、ピアシング加工を中断して切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号をＮＣ装置３４に即座に出力する。信号出力部４８は、判定部４６がピアシング加工は不良であると判定した場合に、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。なお、更にその状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力してもよい。
【００５１】
信号処理部４８が切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号を出力した場合に、直ちに切断加工が開始される。判定部４６は、蓄積データ処理部４４から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの時間的遷移と、判定情報記憶部４２が記憶する切断加工用の基準の遷移パターンとを比較して、切断加工の良否を判定する。具体的には、判定部４６は、その光レベルの時間的遷移が切断加工用の基準の遷移パターンと特徴が一致する場合に、切断加工は良好であると判定する。逆に、切断加工用の基準の遷移パターンと特徴が異なる場合に、切断加工は不良であると判定する。そして、信号出力部４８は、判定部４６が切断加工は不良であると判定した場合に、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。なお、更にその状態が所定の時間（例えば数１００ｍｓ）だけ継続し又は所定の時間後に再現されたことを確認して、アラーム信号をＮＣ装置３４に出力してもよい。
【００５２】
なお、判定部４６は、レーザ加工の加工状態を判定するための判定基準に、ワーク材Ｗの材質、板厚、ピアシング加工又は切断加工等の加工の種類を含めてもよい。その判定基準の選択や設定は任意に変更できるものである。
【００５３】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法を含めて説明する。
【００５４】
前述のように、ワーク材Ｗに対してレーザ加工を行う際に、分光器３８は、加工点ＳＰ側からベンドミラー３２側に向かう戻り光ＢＲのうち、ベンドミラー３２を透過した戻り光ＢＲ’を検出対象の光とし、加工条件に応じて複数の特定波長帯の光強度を時系列に検出する。そして、判定部４６は、前述のように、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値若しくは基準の遷移パターンと、分光器３８からの検出結果である加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果と若しくは光レベルの時間的遷移とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する。また、信号出力部４８は、判定部４６の判定結果に基づいて、切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号やアラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。これにより、レーザ加工機１０は、監視プログラムに基づいて、レーザ加工の加工状態を監視することができる。
【００５５】
また、判定部４６は、８００ｎｍ波長帯および４７０ｎｍ波長帯の両波長を監視する場合に、４７０ｎｍ波長帯の光レベルに対する８００ｎｍ波長帯の光レベルの比率（以下、適宜に光レベルの比率という）を計算して、加工不良によってガウジングが発生しているか否かを判定できる。なお、レーザ加工におけるガウジングとは、レーザ光ＬＢがワーク材Ｗを貫通しないで、溶解した金属がワーク材Ｗの表面に噴出して切断に至らない状態のことをいう。
【００５６】
例えば、図５は、鉄系金属からなるワーク材Ｗを切断した場合に、光レベルの比率と経過時間との関係を示している。良好に切断加工をしているときは、良好に切断加工していないときと比べると、光レベルの比率が高くなる。つまり、良好に切断加工をしているときは、レーザ加工ヘッド２０への戻り光ＢＲは、４７０ｎｍ波長帯の光レベルが８００ｎｍ波長帯の光レベルより高いことを示している。逆に、切断加工中にガウジングが発生すると、８００ｎｍ波長帯の光が増加し、若しくは４７０ｎｍ波長帯の光が減少することで、両波長帯の光レベルが同等となること示している。よって、鉄系金属の切断加工時に、判定部４６は、光レベルの比率が「約１」となるか、光レベルの比率が正常時よりも著しく低下して一定となるか、若しくはレーザ加工ヘッド２０へ戻る８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルが略同等になると、加工不良を起こしていると判定できる。
【００５７】
また、例えば、図６は、アルミ合金からなるワーク材Ｗを切断した場合に、光レベルの比率と経過時間との関係を示している。良好に切断加工しているときと、良好に切断加工していないときのいずれも、光レベルの比率が高くなる傾向にあり、良好に切断加工していないときは、更に光レベルの比率が高くなる傾向にある。つまり、良好に切断加工をしているときは、レーザ加工ヘッド２０への戻り光ＢＲは、４７０ｎｍ波長帯の光レベルが８００ｎｍ波長帯の光レベルより高いことを示しているが、良好に切断加工していないガウジングが発生しているときは、良好に切断しているときと比較して、４７０ｎｍ波長帯の光が増加し、若しくは８００ｎｍ波長帯の光が減少することで、光レベルの比率が更に高くなることを示している。よって、アルミ系金属の切断加工時に、判定部４６は、光レベルの比率が「約１」より大きいが、更に光レベルの比率が高くなるか、若しくは更に４７０ｎｍ波長帯の光レベルが８００ｎｍ波長帯の光レベルより増すと、加工不良を起こしていると判定できる。
【００５８】
前述のように、本発明の実施形態によると、レーザ加工機１０は、監視プログラムに基づいて、レーザ加工の加工状態を監視するために、ベンドミラー３２を透過した検出対象の戻り光ＢＲ’のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光に限定して検出している。そのため、レーザ加工機１０は、正常にレーザ加工できているときの種々の加工条件の下で、検出対象である戻り光ＢＲ'の光レベルを監視することで、正常な推移を監視できると共に、異常な加工状態と区別することができる。
【００５９】
よって、本発明の実施形態によれば、種々の加工条件の下で、実際のレーザ加工状態を光レベルの推移を監視し、正常な加工状態と異常な加工状態を区別でき、安定したレーザ加工を行うことができる。また、ワーク材Ｗの材質が鉄系金属であって、アシストガスを変更した場合には、アシストガスの異常の有無を監視することができ、より安定したレーザ加工を行うことができる。
【００６０】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、ＮＣ装置３４が判定情報記憶部４２としての機能、蓄積データ処理部４４としての機能、判定部４６としての機能、及び信号出力部４８としての機能を有してもよい。また、分光器３８が加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの他に、レーザ加工に用いる波長帯の光レベルを時系列に検出してもよい。
【００６１】
（本発明の他の実施形態）
図１及び図７に示すように、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工機１０Ａは、監視ユニット３６（図２参照）に代わりに、監視ユニット５０を具備した点を除き、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０と略同じ構成を有している。そして、本発明の他の実施形態に係る監視ユニット５０の具体的な構成は、以下の通りである。なお、レーザ加工機１０Ａにおける複数の構成要素のうち、レーザ加工機１０における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。
【００６２】
加工ヘッド本体２２の内部におけるベンドミラー３２の透過側には、光学フィルタ５２が設けられている。光学フィルタ５２は、ベンドミラー３２を透過した戻り光ＢＲ’のうち、加工条件に応じた複数の特定波長帯のみの光を透過させるように構成されている。
【００６３】
加工ヘッド本体２２の内部における光学フィルタ５２の射出側には、監視プログラムに基づいて、レーザ加工の加工状態を監視する監視部としての監視コントローラ５４が設けられている。監視コントローラ５４は、光学フィルタ５２を透過した光強度を検出するフォトダイオード回路５６を有しており、フォトダイオード回路５６は、光学フィルタ５２を透過した光を受光して光量に応じた出力電圧を光強度として出力する。つまり、光学フィルタ５２及びフォトダイオード回路５６は、レーザ光ＬＢの照射に伴う、加工点からベンドミラー３２側に向かう戻り光ＢＲのうち、加工条件に応じた特定波長帯の光強度を検出する検出部に相当する。なお、フォトダイオード回路５６内で光強度をＡ／Ｄ変換して、光レベルとして出力してもよいし、その場合に、更にデータを時系列に蓄積して、サンプリング周期に合わせて蓄積した光レベルの時間的遷移を出力してもよい。
【００６４】
図４及び図８に示すように、監視コントローラ５４は、監視プログラム等を記憶するメモリと、監視プログラムを解釈して実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）とを有している。また、監視コントローラ５４は、判定情報記憶部５８としての機能、蓄積データ処理部６０としての機能、判定部６２としての機能、及び信号出力部６４としての機能を有している。そして、判定情報記憶部５８、蓄積データ処理部６０、判定部６２、及び信号出力部６４は、前述の判定情報記憶部４２、蓄積データ処理部４４、判定部４６、及び信号出力部４８にそれぞれ対応している。
【００６５】
具体的には、判定情報記憶部５８は、加工条件毎に、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値（光レベル）を判定情報として記憶する。また、判定情報記憶部５８は、加工条件毎に、レーザ加工の加工状態が良好な場合に想定されかつ特定波長帯の光レベルの時間的遷移を示す基準の遷移パターンを判定情報として記憶する。
【００６６】
蓄積データ処理部６０は、フォトダイオード回路５６からの検出結果としての加工条件に応じた特定波長帯の光レベル若しくは光レベルの時間的遷移を蓄積する。なお、フォトダイオード回路５６の出力がアナログ電圧である場合、蓄積データ処理部６０で光強度をＡ／Ｄ変換して、光レベルとして蓄積してもよいし、その場合に、更にデータを時系列に蓄積して、サンプリング周期に合わせて蓄積した光レベルとして蓄積してもよい。
【００６７】
判定部６２は、判定情報記憶部５８が記憶するレーザ加工の加工状態を判定するための閾値と、蓄積データ処理部６０から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの結果とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する。若しくは、判定部６２は、判定情報記憶部５８が記憶する基準の遷移パターンと、蓄積データ処理部６０から出力された加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの時間的遷移とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する。そして、信号出力部６４は、判定部６２の判定結果に基づいて、切断加工（アプローチ切断加工）に移行するためのトリガー信号やアラーム信号をＮＣ装置３４に出力する。これにより、レーザ加工機１０は、監視プログラムに基づいて、レーザ加工の加工状態を監視することができる。
【００６８】
そして、本発明の他の実施形態においても、本発明の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。
【００６９】
なお、本発明は、前述の他の実施形態の説明に限るものでなく、次のように種々の態様で実施可能である。
【００７０】
分光器３８を用いる場合も、フォトダイオード回路５６を用いる場合も、特定の波長帯の光レベルを検出するものであって、ベンドミラー３２がレーザ光ＬＢとガイド光をフィルタリングしてカットするものであるから、分光器３８またはフォトダイオード回路５６の前面にレーザ光ＬＢとガイド光をフィルタリングしてカットすれば、ベンドミラー３２を用いなくともよいものである。また、ＮＣ装置３４が判定情報記憶部５８としての機能、蓄積データ処理部６０としての機能、判定部６２としての機能、及び信号出力部６４としての機能を有してもよい。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００７２】
（実施例１）
監視ユニット３６（図２参照）と同様の構成の監視ユニットを用いて、加工条件１の下で、ピアシング加工及び切断加工が良好な場合と、切断加工の不良によってガウジングとバーニング（焼損）が混在する場合とで、ベンドミラーを透過した戻り光の光レベルを調べることで、第１の加工良否判定の加工試験を行った。また、加工条件２の下で、ピアシング加工が良好な場合と、切断加工が良好な場合と、切断加工の不良によってガウジングが生じる場合と、切断加工の不良によってバーニングが生じる場合とで、ベンドミラーを透過した戻り光の光レベルを調べる第１の加工良否判定の加工試験を行った。なお、第１の加工良否判定の加工試験においては、監視ユニットの分光器によって、７００ｎｍ波長〜９００ｎｍ波長帯の中で波長間隔を置いた２０種類の異なる波長を抽出してそれらの光レベルを時系列に検出した。
【００７３】
ここで、加工条件１は、ワーク材の材質が軟鋼であって、ワーク材の板厚が１ｍｍであって、アシストガスが窒素である。加工条件２は、ワーク材の材質が軟鋼であって、ワーク材の板厚が１９ｍｍであって、アシストガスが酸素である。また、切断加工の不良の状態は、レーザ光の集束位置をワーク材の表面に対して上方向へデフォーカスさせることによって擬似的に再現した。なお、バーニングとは、軟鋼のワーク材の中・厚板の不良切断のうちセルフバーニングを指し、セルフバーニングとは、軟鋼の主成分である鉄とアシストガスの酸素とが過剰反応して、アシストガスの噴きつける範囲まで切断溝が大きくなって、切断面粗さが著しく低下する状態のことをいう。
【００７４】
加工条件１の下で、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果をまとめると、図９（ａ）（ｂ）に示すようになる。
【００７５】
即ち、８００ｎｍ波長帯の光レベルの推移のみ図示する。まず、切断加工が良好な場合、図９（ａ）に示すように、８００ｎｍ波長帯の光は、他の種類の波長帯の光に比べて、光レベルが安定的な推移を保つことが確認された。一方、切断加工が不良な場合、図９（ｂ）に示すように、８００ｎｍ波長帯の光は、正常時の光レベルよりも過大な状態であって更に不安定に推移することが確認された。
【００７６】
加工条件２の下で、第１の加工良否判定の加工試験を行った結果をまとめると、図１０（ａ）（ｂ）、図１１、及び図１２に示すようになる。なお、図１０（ａ）（ｂ）、図１１、及び図１２は、８００ｎｍ波長帯の光レベルの推移のみ図示する。
【００７７】
即ち、ピアシング加工が良好な場合、図１０（ａ）に示すように、８００ｎｍ波長帯の光レベルが時系列に高い状態と低い状態を繰り返して変動することが確認された。これは、加工窪み（加工孔）が貫通してピアス穴になる過程で、加工孔の内部でレーザ光のエネルギーによる金属の溶解と、アシストガスのガス圧による溶解金属の吹飛ばしの各現象が同時に連続して行われるとき、加工孔の内部のレーザ照射面が不規則に波打ち、不規則な散乱光が発生することによるものと考えられる。また、図１０（ｂ）に示すように、切断加工が良好な場合に、８００ｎｍ波長帯の光レベルが時系列に変動することが確認された。これは、カッティングフロントがレーザ光のエネルギーによる金属の溶解と、アシストガスのガス圧による溶解金属の押し流しとによって、不規則な溶解と溶解金属の除去が繰り返されることによるものと考えられる。
【００７８】
一方、図１１に示すように、ガウジングによって切断加工の不良が生じる場合に、８００ｎｍ波長帯の光レベルの時系列変動量が良好切断時よりも少なく小さく、８００ｎｍ波長帯の光レベルがあまり変動しないことが確認された。これは、ワーク材にカッティングフロントが形成されず、盛り上がった面が形成されることで、８００ｎｍ波長帯の光が材料表面で散乱し、戻り光は安定してしまうことによると考えられる。また、図１２に示すように、切断加工の不良によってバーニングが生じる場合に、８００ｎｍ波長帯の光レベルが時系列に大きく変動することが確認された。これは、カッティングフロントとその周囲が過剰溶解して、ワーク材に不規則な切断面が形成されることによると考えられる。
【００７９】
なお、図示は省略するが、ワーク材の材質をステンレス等の他の鉄系金属に代えた場合、及びワーク材の板厚を変更した場合にも、同様の結果を得ることができた。
【００８０】
つまり、ワーク材が鉄系金属である場合に、監視ユニットは、ベンドミラーを透過した８００ｎｍ波長帯の波長帯の光に限定して検出し、レーザ加工の加工状態を判定すれば、種々の加工条件の下で、レーザ加工機は、監視プログラムに基づいて、レーザ加工の加工状態を監視することができる。更に、検出波長を限定したことで、光レベルが過大や過少になることはなく、光レベルを安定的に検出できるという、新たな知見を得ることができた。
【００８１】
（実施例２）
監視ユニット３６（図２参照）と同様の構成の監視ユニットを用いて、加工条件１の下で、切断加工が良好な場合で、ベンドミラーを透過した戻り光強度としての光レベル（Ａ／Ｄカウント値）を調べることで、第２の加工良否判定の加工試験を行った。また、加工条件２の下で、アシストガスの異常が生じた場合と、切断加工が良好な場合とで、ベンドミラーを透過した戻り光の光レベルを調べることで、第２の加工良否判定の加工試験を行った。また、第２の加工良否判定の加工試験においては、監視ユニットの分光器によって、４００ｎｍ波長帯〜５５０ｎｍ波長帯の中で波長間隔を置いた１０種類の異なる波長を抽出してそれらの光レベルを時系列に検出した。
【００８２】
ここで、アシストガスの異常の状態は、酸素をアシストガスに使うように、ガス入れ替え工程を経た後、レーザ加工ヘッドの内部に窒素が残存している状態を想定した。その状態で、ピアス加工時の擬似実験を行った。
【００８３】
図示は省略するが、加工条件１の下で、第２の加工良否判定の加工試験を行った結果、４７０ｎｍ波長帯の光は、通常よりも高くなることが確認された。換言すれば、酸素のアシストガスを用いた軟鋼からなるワーク材の加工時に、窒素が混入したアシストガスを用いてしまったことを検出できることが確認できた。
【００８４】
つまり、ワーク材が軟鋼であって、酸素のアシストガスに窒素が混入されていた場合には、ベンドミラーを透過した４７０ｎｍ波長帯の光に限定して検出し、レーザ加工の加工状態を判定すれば、酸素のアシストガスに切り替わっていないことを検出できるという、新たな知見を得ることができた。
【符号の説明】
【００８５】
１０    レーザ加工機
１２    加工テーブル
１４    ファイバレーザ発振器（レーザ発振器）
１６    可動フレーム
１６ａ  水平部
１８    キャリッジ
２０    レーザ加工ヘッド
２２    加工ヘッド本体
２４    ノズル
２６    プロセスファイバ（伝送ファイバ）
２８    コリメートレンズ
３０    集束レンズ
３２    ベンドミラー
３４    ＮＣ装置
３６    監視ユニット
３８    分光器（検出部）
４０    監視コントローラ（監視部）
４２    判定情報記憶部
４４    蓄積データ処理部
４６    判定部
４８    信号出力部
１０Ａ  レーザ加工機
５０    監視ユニット
５２    光学フィルタ（検出部）
５４    監視コントローラ（監視部）
５６    フォトダイオード回路（検出部）
５８    判定情報記憶部
６０    蓄積データ処理部
６２    判定部
６４    信号出力部
Ｗ    ワーク材
Ｗｍ  ワーク材の製品部分
Ｗｂ  ワーク材の残材部分
ＳＰ    加工点
ＬＢ    レーザ光
ＢＲ    戻り光
ＢＲ’  ベンドミラーを透過した戻り光
【図１】
2019166543.tif 000003
【図２】
2019166543.tif 000004
【図３】
2019166543.tif 000005
【図４】
2019166543.tif 000006
【図５】
2019166543.tif 000007
【図６】
2019166543.tif 000008
【図７】
2019166543.tif 000009
【図８】
2019166543.tif 000010
【図９】
2019166543.tif 000011
【図１０】
2019166543.tif 000012
【図１１】
2019166543.tif 000013
【図１２】
2019166543.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月17日(2019.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光のうち、加工条件に応じた複数の特定波長帯の光を抽出してそれらの光レベルを時系列に検出する分光器と、
前記分光器からの時系列的な検出結果に基づいて、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備し、
前記検出部は、
加工条件に応じた特定波長帯の光のみを透過させる光学フィルタと、
前記光学フィルタを透過した光の光強度を検出するフォトダイオード回路と、を有していることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項３】
前記監視部は、レーザ加工の加工状態を判定するための閾値と、前記検出部からの検出結果とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する判定部を有していること特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項５】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項６】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備したことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項７】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器に光学的に接続され、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドの内部に設けられ、レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視する監視部と、を具備し、
前記監視部は、レーザ加工の加工状態が良好な場合に想定されかつ特定波長帯の光レベルの時間的遷移を示す基準の遷移パターンと、前記検出部からの検出結果である加工条件に応じた特定波長帯の光レベルの時間的遷移とを比較して、レーザ加工の加工状態を判定する判定部を有していることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項８】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドから、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することにより、ワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出し、
検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項９】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドから、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することにより、ワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出し、
検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、４７０ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
１μｍ波長帯のレーザ光を出力するレーザ発振器に光学的に接続されたレーザ加工ヘッドから、ワーク材に向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することにより、ワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光の照射に伴う、加工点及びその近傍を含む加工点側から前記レーザ加工ヘッドに向かう戻り光を検出し、
検出された前記戻り光のうち、加工条件に応じた特定波長帯として、８００ｎｍ波長帯と４７０ｎｍ波長帯の光レベルを時系列的に選択して、レーザ加工の加工状態を監視することを特徴とするレーザ加工方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
又は、前記検出部は、加工条件に応じた特定波長帯の光のみを透過させる光学フィルタと、前記光学フィルタを透過した光の光強度を検出するフォトダイオード回路と、を有してもよい。