(57)【要約】【課題】レーザ溶接加工機において、溶接物からのスパッタやヒューム等の飛散付着物による汚染からレーザヘッドを守る保護ガラスについての保護ガラスの汚れ検知装置及び保護ガラスの汚れ検知方法を実現することを目的とする。【解決手段】レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを透過した透過光を検知するフォトセンサと、を備える保護ガラスの汚れ検知装置とする。また、好ましくは、バンドパスフィルタと保護ガラスの側面との間に第一平凸レンズをさらに備える保護ガラスの汚れ検知装置とする。【選択図】図１
2019195814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを透過した透過光を検知するフォトセンサと、を備える
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記バンドパスフィルタと前記保護ガラスの側面との間に第一平凸レンズをさらに備える
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記バンドパスフィルタと前記フォトセンサとの間に第二平凸レンズをさらに備える
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記レーザ溶接機は、１０７５ｎｍの波長のレーザ光で溶接加工する
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記バンドパスフィルタは、１０７５ｎｍの透過帯域を有する
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記バンドパスフィルタは、溶接対象物からの戻り光を遮断する
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項７】
請求項６に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記戻り光は５００ｎｍ〜８００ｎｍ帯域である
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記散乱光は前記保護ガラスに付着した汚れにより散乱されたレーザ光であって、前記バンドパスフィルタは、前記散乱されたレーザ光のみを透過させる
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の保護ガラスの汚れ検知装置において、
前記保護ガラスの側面から出射される散乱光を伝搬するように前記保護ガラスの端部にその一端が実装され、その他端に前記バンドパスフィルタが実装された、光ファイバをさらに備える
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知装置。
【請求項１０】
１０７５ｎｍの波長のレーザ光で溶接加工するレーザ溶接機に装着される保護ガラスの汚れ検知方法において、
レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を透過させるバンドパスフィルタで、前記保護ガラスに付着した汚れにより散乱された１０５０ｎｍ乃至１１５０ｎｍ帯域の光のみを透過させる工程と、
前記バンドパスフィルタを透過した透過光を、フォトセンサで検知する工程と、を有する
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知方法。
【請求項１１】
溶接加工するレーザ溶接機に装着される保護ガラスの汚れ検知方法において、
レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を遮断するバンドパスフィルタで、５００ｎｍ〜８００ｎｍ帯域の溶接材からの戻り光を、除去する工程と、
前記バンドパスフィルタを透過した透過光を、フォトセンサで検知する工程と、を有する
ことを特徴とする保護ガラスの汚れ検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接加工機において、溶接物からのスパッタやヒューム等の飛散付着物による汚染からレーザヘッドを守る保護ガラスについての保護ガラスの汚れ検知装置及び保護ガラスの汚れ検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工時には、溶接材からのヒュームやスパッタ等により、加工ヘッドのレンズの前面に配置された保護ガラス表面が汚染されていく。保護ガラスの汚染が累積すると、レーザ出力の低下、焦点シフト等が起こり、加工状態に影響を与えてしまうため、使用者は都度、保護ガラスの洗浄、もしくは取替えを行っている。
【０００３】
しかし、保護ガラスは高出力レーザで一定の透過率を得るために高額な製品を採用していることが多く、コスト低減のために許容範囲の限度まで使い続ける必要がある。現状では、保護ガラス洗浄、取替えの判断は使用者の感覚に頼られていることが多く、保護ガラス交換の前後で加工状態が変化してしまったり、必要以上に早い段階で交換してしまい、生産コストが増大しているケースが見られる。この問題を解決するため、保護ガラスの交換時期を数値的に判断できる製品の開発が求められている。
【０００４】
ここで、下記特許文献１には、”レーザ機械加工工程中にかかる保護ガラスは加工物から除去された粒子によりますます汚くなり、従ってガラスを通過するレーザビームは重大な影響を受け従ってまた機械加工工程も重大な影響を受ける。入射レーザ光線の幾らかはガラス表面に集まった汚れ、ダスト及び煙粒子により吸収されかつ散乱される。散乱した光線の一部は保護ガラス壁により集められ外向きにガラス板の周辺部に向けられる。ガラス表面上の汚れ及びダスト粒子が多ければ多いほど入射レーザビームの散乱は多い。光線の吸収された部分は温度上昇をもたらす。”ことが記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献１には、”入射レーザビームはまた作用する機械加工ビームであるので、ビームのかかる吸収及び散乱は焦点の合ったビームの出力密度が減少するので問題である。これは溶接能力が減少するのでレーザ溶接システムでは特に不利益である。またそれは小さな複雑な型彫り模様がレーザビームにより作られるスウェーデン特許９４０３３４９−５に示された形式のレーザ型彫りシステムにおいても不利益である。もしビームが散乱効果のために鮮明でないなら、レーザビームにより作られた模様またはスクリプトの良好な品質は維持されることができない。”ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５１５３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１には、熱検出器１０と光検出器８とを保護ガラスの端部取付け部に配置されたセンサカード１１にセットして、ガラス温度の上昇や散乱光を検出することが開示されている。しかし、光検出器８により散乱光を検出しようとする場合に、当該散乱光には多くの雑音光が混在していることから、真に保護ガラスの汚れ検知に有用な散乱光のみを抽出して検知することは従来困難であった。
【０００８】
従って、本発明は、レーザ溶接加工機において、溶接物からのスパッタやヒューム等の飛散付着物による汚染からレーザヘッドを守る保護ガラスについての保護ガラスの汚れ検知装置及び保護ガラスの汚れ検知方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明では、レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを透過した透過光を検知するフォトセンサと、を備える保護ガラスの汚れ検知装置とする。また、好ましくは、バンドパスフィルタと保護ガラスの側面との間に第一平凸レンズをさらに備える保護ガラスの汚れ検知装置とする。
【００１０】
また、本発明では、１０７５ｎｍの波長のレーザ光で溶接加工するレーザ溶接機に装着される保護ガラスの汚れ検知方法において、レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光から特定波長の光を透過させるバンドパスフィルタで、保護ガラスに付着した汚れにより散乱された１０５０ｎｍ乃至１１５０ｎｍ帯域の光のみを透過させる工程と、バンドパスフィルタを透過した透過光を、フォトセンサで検知する工程と、を有する保護ガラスの汚れ検知方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、レーザ溶接加工機において、溶接物からのスパッタやヒューム等の飛散付着物による汚染からレーザヘッドを守る保護ガラスについての保護ガラスの汚れ検知装置及び保護ガラスの汚れ検知方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】保護ガラスの側面部分（周囲端面）にフォトダイオードを取り付け、ガラス側面に伝搬するレーザ光を測定する構成を説明する図である。
【図２】試作したフォトセンサにて検知性能の検証を行った保護ガラスの側面光測定検証結果について説明する図である。
【図３】（ａ）は、溶接ワークとしての溶接材をセットしない状態でパルス幅１秒の５００Ｗレーザパルスを照射した場合の保護ガラス端面の検知光波形を説明する図であり、（ｂ）は溶接材をセットした状態でパルス幅１秒の５００Ｗレーザパルスを照射した場合の保護ガラス端面の検知光波形を説明する図である。
【図４】（ａ）は、保護ガラスの汚れが無い状態の新品ガラスで溶接材をセットしない場合における散乱光の検出モデルを説明する図であり、（ｂ）は、保護ガラスの汚れに起因するレーザ光の散乱光がセンサに入光する様子を簡素にモデル化したものを示す図であり、（ｃ）は、溶接材をセットした状態における保護ガラスの汚れに起因するレーザ光の散乱光がセンサに入光する様子を簡素にモデル化したものを示す図である。
【図５】一般的な溶接鋼材であるＳＵＳ３０４に対してレーザ照射した際に測定された発光スペクトルを示す図である。
【図６】第２の実施形態にかかる保護ガラス内を端面にまで伝搬してくるレーザ光それ自体の散乱光のみを抽出するための光学系構成図の概要を説明する図である。
【図７】バンドパスフィルタの有無での検知能力の相対比較を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明により、レーザ溶接機のレーザヘッドを、溶接対象物からのスパッタ飛散や蒸散したヒュームの付着による汚染から保護するための保護ガラスの汚れを信頼性高く・的確に検出・検知することが可能な保護ガラスの汚れ検知装置及び構造とできる。保護ガラスは、レーザヘッドと溶接対象物との間に配置されて、レーザ溶接工程やレーザ加工工程により必然的に発生するスパッタやヒュームがレーザヘッドに付着することを防止する。
【００１４】
これにより、レーザヘッドは汚染から保護されるものとなる一方で、保護ガラスはスパッタやヒュームに暴露されることとなって保護ガラスはレーザ溶接等の工程進行及び経過時間に従って次第に汚れが付着する。加工エネルギーを提供するレーザ光は保護ガラスを経由して（透過して）、加工対象物に付与されることから、保護ガラスに汚れが付着すれば透過率が軽減して所望のエネルギーを加工対象物に付与できなくなる。保護ガラス表面に付着したスパッタ粒やヒューム粒子は、本来透過させるべきレーザ光を散乱させてしまう。
【００１５】
このため、保護ガラスの端面（側面）でレーザ光の散乱光をモニターすることにより、保護ガラスの表面の汚れ付着程度を把握することが可能である。しかし、保護ガラスの端面に到達する光には、スパッタ等により散乱されたレーザ光それ自体の散乱光に加えて、溶接対象物から反射された光や溶接対象物から発生したプラズマ光、熱放射光、ラマン散乱光等種々の光を含む、溶接対象物からの戻り光も含まれる。このような戻り光からは、保護ガラスの汚れ程度を把握する情報は得ることができない。
【００１６】
本発明においては、保護ガラスの端面から放出される散乱光を光ファイバで所望箇所まで導き、バンドパスフィルタを介することで当該散乱光から戻り光を捨象してレーザ光それ自体の散乱光のみを抽出してこの強度をモニターすることにより、保護ガラスの汚れ程度を的確かつ正確に把握することを可能とする保護ガラスの汚れ検知装置を提案する。本発明の保護ガラスの汚れ検知装置により、検知した光強度が所定の閾値よりも増大すれば、保護ガラスが所定以上に汚染されたものとして、交換等のメンテナンス作業をするようにオペレータに報知することができる。
【００１７】
従来は、レーザ加工作業時間のみを目安として、例えばレーザ加工を５００時間遂行したら保護ガラスの交換等メンテナンスを行うものとしていた。しかし、汚れの進行程度はレーザ加工条件や加工対象物等の種々の条件によって大きく異なるものであるから、単純に経過時間のみでは現実の保護ガラスの汚れ程度とは大きく乖離する場合も少なからず生じていた。本発明により、従来の時間によるメンテナンス時期の報知に加えて、保護ガラスの現実のリアルタイム汚れモニターが可能となるので、両者を併用することにより、より的確かつ正確な保護ガラスの交換等メンテナンス時期の把握及び報知が可能となる。
【００１８】
また、保護ガラス端部に直接センサを実装するものではなく、光ファイバで散乱光を所望の測定箇所まで導いた上で、バンドパスフィルタを介してフォトセンサ等で検知するものとすることから、レーザヘッド周辺部の省スペース化及び軽量化にも寄与することができる。これにより、レーザ加工作業の障害となることもなく、バンドパスフィルタやフォトセンサ及びそれらを収納する筐体が、スパッタやヒューム等に汚染されることもなく、さらにバンドパスフィルタやフォトセンサの大きさや重量・形状等の採用自由度が大きく向上するものとなる。そこで、以下図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、保護ガラス１０３０の側面部分（周囲端面）にフォトセンサ（例えばフォトダイオード）１０５０を取り付け、ガラス側面に伝搬するレーザ光を測定する構成を説明する図である。図１に示すように、レーザ加工ヘッド１０１０の先端付近にはレーザ光を調整する平凸レンズ１０４０が備えられており、さらにその先端側に保護ガラスホルダ１０２０に保持された保護ガラス１０３０が備えられている。
【００２０】
保護ガラス１０３０の側面から放出される散乱光を検知するように、保護ガラスホルダ１０２０にはフォトセンサ１０５０が実装されている。フォトセンサ１０５０の検知信号は、増幅回路１０６０で増幅されて、判定・処理回路１０７０に伝送される。判定・処理回路１０７０では、検知信号の大きさの経時増大程度や所定のしきい値との比較等により、検知信号が大きい場合には、保護ガラスの交換時期やメンテナンス時期として報知することができる。図１に示すフォトセンサ１０５０は、保護ガラス１０３０の周囲に配置されたいわゆるリングセンサを用いることも可能である。
【００２１】
この構成では、ガラス表面に付着した異物にレーザ光が照射されると、レーザ光が散乱されて保護ガラス内を反射して側面方向へ伝搬されて側面のフォトセンサ１０５０に到達する。このため、保護ガラス１０３０の汚れが酷くなるとフォトセンサ１０５０の検出値が高くなっていくことから、これをモニターすることにより保護ガラス１０５０の汚れ程度を把握することが可能となる。
【００２２】
図２は、試作したフォトセンサにて検知性能の検証を行った保護ガラスの側面光測定検証結果について説明する図である。図２に示す実験概略図（ａ）及び実験概略図（ｂ）において、ｆ１００−２００のレーザ加工ヘッド２０１０の先端側には保護ガラスホルダ２０２０が備えられており、保護ガラスホルダ２０２０には試作した保護ガラス２０３０が実装されている。また、実験概略図（ａ）ではレーザ光を空間へ大凡直角に反射させる反射板２０８０を用いており、実験概略図（ｂ）ではレーザ溶接材２０９０をセットしてこれを２０ｍｍ／ｓの速度で移動させることで実際の溶接工程を模擬再現した。
【００２３】
図２に示す実験概略図（ａ）及び実験概略図（ｂ）のそれぞれにおけるフォトセンサの検知値を示すのがそれぞれ「（ｃ）溶接材なし  検出値」、「（ｄ）溶接材有り  検出値」のグラフである。新品（スパッタ付着無）及びスパッタ付着済の保護ガラス２０３０をそれぞれ予め用意し、溶接材の有無に分けて、レーザ出力毎に保護ガラス２０３０側面からの散乱光強度を測定した。
【００２４】
図２に示す検証結果より、保護ガラスへのスパッタ等付着によりいずれのセンサ検出値も上昇するため、スパッタ付着それ自体の検知は可能であるが、溶接材が存在する実験概略図（ｂ）の状態であると、「（ｄ）溶接材有り  検出値」に示すようにスパッタ付着時（各上側の３ドット）と新品（各下側の３ドット）との検出値比率が下がる（両者の差異が小さい）ため、スパッタ付着の検出精度が下がる傾向となった。すなわち、実験概略図（ｂ）に示すようにレーザ溶接の最中に測定を行うと、レーザ溶接材２０９０からの反射光の影響により検知能力が１／２程度に低下することが分かった。
【００２５】
このことは、反射光が存在しない実験概略図（ａ）の状態における検知結果である「（ｃ）溶接材なし  検出値」を参照すれば明白であって、この場合には各レーザ出力（０．５０ｋｗ，０．７５ｋｗ，１．００ｋｗ）時の新品（スパッタ付着無）のドットから大きく離間した上方に、それぞれスパッタ付着時のフォトセンサ検出値がプロットされるものとなっている。換言すれば、実験概略図（ｂ）の状態における検知結果である「（ｄ）溶接材有り  検出値」では、レーザ溶接材２０９０からの戻り光が雑音となって、レーザ光それ自体のスパッタ等ガラス表面汚れに起因する散乱光に重畳されるものとなっていることから、Ｓ／Ｎ比が低下することとなり、結果として保護ガラス表面の汚れ具合の判定にやや明確さを欠くことを招来しているものと考えられる。
【００２６】
上述のように、保護ガラス端面からの散乱光強度をモニターすることにより、その強度の増大程度に応じて保護ガラスへのスパッタ付着有無の検知が可能であることが理解できる。しかし、溶接中にこのような測定を行うと、溶接ワークや溶接対象物から反射された戻り光がノイズとして混在することにより、Ｓ／Ｎ比が低下して検知能力が低下する。
【００２７】
図３（ａ）は、溶接ワークとしての溶接材をセットしない状態でパルス幅１秒の５００Ｗレーザパルスを照射した場合の保護ガラス端面の検知光波形を説明する図であり、図３（ｂ）は溶接材をセットした状態でパルス幅１秒の５００Ｗレーザパルスを照射した場合の保護ガラス端面の検知光波形を説明する図である。図３に基づけば、検知能力が低下する原因としては、溶接材からの反射光（戻り光）の影響が考えられる。
【００２８】
すなわち、図３（ａ）から理解できるように溶接材無しの場合には、レーザの出力波形に相当する照射出力一定のきれいな矩形波が得られているが、図３（ｂ）に示す溶接材有りの場合には細かい振幅を持った波形が得られており、また検出値も全体的にノイズにより嵩上げされて高くなっている。これは溶接材が激しく溶融しているために、複雑に挙動した溶融部（溶融池）からの戻り光を捉えているものと考えられる。図３（ｂ）から理解できるように、溶融池からの戻り光を含む場合の細かく振動した検知信号の振れ幅は、レーザ照射オンオフに起因する検知信号の上昇幅よりも大きく超えておりこの雑音の大きさは無視できるものではない。
【００２９】
図４（ａ）は、保護ガラス３０３０の汚れが無い状態の新品ガラスで溶接材をセットしない場合における散乱光の検出モデルを説明する図であり、図４（ｂ）は、保護ガラス３０３０の汚れ１００に起因するレーザ光の散乱光がセンサに入光する様子を簡素にモデル化したものを示す図であり、図４（ｃ）は、溶接材をセットした状態における保護ガラス３０３０の汚れ１００に起因するレーザ光の散乱光がセンサに入光する様子を簡素にモデル化したものを示す図である。図４において、３０５０はフォトセンサ（例えば、フォトダイオード）である。
【００３０】
図４（ａ）に示したように、ガラスに汚れが無い場合、レーザ光がガラス界面からわずかに散乱することにより微小な光がフォトダイオード３０５０に入光する。また、図４（ｂ）のように保護ガラス３０３０外側（溶接材側）の界面にスパッタ等汚れ１００が付着した場合、付着物１００からの反射もフォトダイオードに入光するため検出値が大きくなる。ところが、図４（ｃ）のように溶接材からの反射による戻り光がある場合、戻り光は保護ガラス３０３０界面からの散乱によりフォトダイオード３０５０に入光するが、付着物１００からの戻り光の反射は保護ガラス３０３０内には入光し難い。このため、付着物１００に関係しないノイズ光のみが大きくなって、汚れの検知能力に差が出るものと考えられる。
【００３１】
（第２の実施形態）
溶接中にリアルタイムで汚れを検知するという観点において、溶接と同時に汚れ検知を行うことは必須である。また、より小さな汚れ具合やより程度の低い汚れ具合をも検知するために、Ｓ／Ｎ比を上げて溶接材無しの検知能力にできる限り近づけることが必要であると思われる。そこで、本発明者は、第２の実施形態として以下に述べる工夫を創出した。
【００３２】
すなわち、第２の実施形態では、フォトセンサ前方にレーザ光それ自体の散乱光のみを透過するバンドパスフィルタを配置し、溶接材からの余分な戻り光を除去する構成とする。溶接材からの戻り光には、溶接材から発生するプラズマ光や熱放射光、レーザ光が材料に吸収されることで発生するラマン散乱光等が含まれるものであり、かつこのような戻り光は、保護ガラスの外面に付着した汚れの有無には無関係に保護ガラスの内部を伝搬されてその端面へと到達する。
【００３３】
まず、実際に溶接中の光にどのよう成分が含まれているか調べるため、溶接材の発光スペクトルを分光器にて測定した。図５は、一般的な溶接鋼材であるＳＵＳ３０４に対してレーザ照射した際に測定された発光スペクトルを示す図である。図５から理解できるように、１０７０ｎｍ近辺のレーザ光それ自体の反射光以外に、プラズマ光や熱放射光、ラマン散乱光等に起因すると見られる５００〜８００ｎｍ帯域に発光が検出されている。この帯域の光は、図５においては「溶接光」として示している。
【００３４】
５００ｎｍ〜８００ｎｍ帯域の光は、保護ガラスの汚れ検知には寄与しない、溶接材からの戻り光であってピーク値はそれ程高くないもののブロードに広がっていることから積分値をとると無視できない程度の光強度を有する。この帯域の光を除去することにより、溶接材からの戻り光を低減させればＳ／Ｎ比が向上して汚れ検知能力が向上するものと思われる。
【００３５】
図６は、第２の実施形態にかかる保護ガラス４０３０内を端面にまで伝搬してくるレーザ光それ自体の散乱光のみを抽出するための光学系構成図の概要を説明する図である。レーザ光を抽出するためにレーザ光の波長（１０７０ｎｍ〜１０７５ｎｍ）に合致するバンドパスフィルタ２００を用いるが、その大きさの都合上、端面の放出光を一度光ファイバ３００を介して保護ガラス４０３０端面からフォトセンサ４０５０のある所望位置まで伝送した後、バンドパスフィルタ２００を介してフォトセンサ４０５０に入光させる構成を採用するものとする。
【００３６】
図６に示すように、レーザ加工ヘッド４０１０には保護ガラスホルダ４０２０が設けられており、保護ガラスホルダ４０２０には保護ガラス４０３０が実装されている。また、保護ガラス４０３０の端面には光ファイバ３００が設けられ、保護ガラス４０３０内を端面まで導波されてきた散乱光を端面から取り出して光ファイバ３００内へと導波させる。ここで、保護ガラス４０３０の端面と光ファイバ３００の光入射部とは、空間を有することなく密着させることにより、保護ガラス４０３０内部の光をスムースに光ファイバ３００へと取り出すことが可能となるので好ましい。また、保護ガラス４０３０の端面と光ファイバ３００の光入射部との間は、硬化時の屈折率が導波路として適切となる、各種接着剤（例えば、光路結合用接着剤）などを用いることも可能である。
【００３７】
光ファイバ３００内を導波した散乱光は、第一平凸レンズ４０４０（ａ）を介して１０７５ｎｍ透過帯域を有するバンドパスフィルタ２００を通過し、第二平凸レンズ４０４０（ｂ）を介してフォトセンサ４０５０にて光強度が検知される。図６に示すように、第一平凸レンズ４０４０（ａ）と第二平凸レンズ４０４０（ｂ）とは、共にバンドパスフィルタ２００側が凸となるように配置されるものとする。フォトセンサ４０５０で検知された光強度検出信号は、不図示の判定・処理回路へ入力されて、所定の閾値と比較されるかまたは信号増大の経時変化に基づいて、保護ガラス４０３０の汚れ程度が判断されまたは／および保護ガラス４０３０の交換・メンテナンス時期の報知が為されるものとなる。また、フォトセンサ４０５０の検出信号は、不図示の増幅回路を介して判定・処理回路へ伝送されるものとしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では光ファイバ３００を用いることにより、保護ガラスホルダ４０２０の大きさサイズとバンドパスフィルタ２００の大きさサイズとが仮に整合していなくても、両者間の光伝導を可能にするものである。例えば、保護ガラスホルダ４０２０の厚さに対してバンドパスフィルタ２００が大きくてその内部に収納できないような場合であっても、離間して設けられた保護ガラス４０３０と光ファイバ３００との間を光ファイバ３００で光学的に接続可能である。しかし、バンドパスフィルタ２００が、保護ガラスホルダ４０２０内に収納可能な程度に充分に小さい場合には、光ファイバ３００を用いることなく、保護ガラスホルダ４０２０内に直接バンドパスフィルタ２００を配置する構成としてもよい。これにより、全体としてより軽量コンパクトで取り扱いや収納がさらに容易な装置となる。
【００３９】
また、バンドパスフィルタ２００に関しては、散乱されたレーザ反射光帯域のみをフィルタで透過させて強度検知してもよいし、溶接材から戻ってきた溶接光帯域のみをフィルタで除去した残余光の強度を検知する構成としてもよい。後者の構成を採用すれば、加工に用いるレーザ光波長が１０７０ｎｍ〜１０７５ｎｍ帯域と仮に異なる帯域を利用するものであっても、適切に保護ガラスの汚れを検知することが可能となる。
【００４０】
また、図７は、バンドパスフィルタの有無での検知能力の相対比較を説明する図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す写真のような新品保護ガラス、及びスパッタ粒子が付着した保護ガラスをそれぞれ事前に準備して、バンドパスフィルタを着脱して溶接対象物たるＳＵＳ３０４にレーザ照射し、図６に示す構成により散乱光を検出した。図７（ｃ）に示す実験結果より、フィルタ無しでは汚れ付着時に５．７倍程度の数値上昇であったが、フィルタを介すことで１０．７倍程度数値が上昇することがわかった。これにより、レーザ光の波長のみを透過させるバンドパスフィルタを用いることで、Ｓ／Ｎ比が向上して検知能力が倍程度高くなることが理解できる。
【００４１】
本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、レーザ溶接機の保護ガラスの側面から出射される散乱光を伝搬するように保護ガラスの端部にその一端が実装される光ファイバと、光ファイバで伝搬された散乱光から特定波長の光を透過させるように光ファイバの他端に実装されるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタを透過した透過光を検知するフォトセンサと、を備えることを特徴とする。これにより、保護ガラスの側面（端面）から出射される散乱光を光ファイバでフォトセンサまで伝搬するとともに、フォトセンサにはバンドパスフィルタを透過した所望の波長の散乱光のみが検知されるものとなるので、散乱光に含まれる種々の光の中から保護ガラスの汚れに起因する光のみを抽出検知することが可能となる。したがって、保護ガラスの汚れを確実かつ信頼性高く検出して報知することが可能な保護ガラスの汚れ検知装置を実現できる。
【００４２】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、好ましくはバンドパスフィルタと光ファイバの他端との間に第一平凸レンズをさらに備えることを特徴とする。これにより、光ファイバにより導かれた散乱光を、光ファイバの他端において放散させることなく、確実にバンドパスフィルタを透過させることが可能となる。この場合に第一平凸レンズは、バンドパスフィルタ側が凸となるように配置されることが好ましい。
【００４３】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、さらに好ましくはバンドパスフィルタとフォトセンサとの間に第二平凸レンズをさらに備えることを特徴とする。これにより、バンドパスフィルタを透過した散乱光を、バンドパスフィルタの光放出面側において放散させることなく、確実にフォトセンサに導くことが可能となる。この場合に第二平凸レンズは、バンドパスフィルタ側が凸となるように配置されることが好ましい。
【００４４】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、さらに好ましくはレーザ溶接機が、１０７５ｎｍの波長のレーザ光で溶接加工することを特徴とする。現在、レーザ溶接加工等には１０７５ｎｍ近辺の近赤外ファイバレーザ等が利用されることが多いことが知られている。
【００４５】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、さらに好ましくはバンドパスフィルタが、１０７５ｎｍの透過帯域を有することを特徴とする。従って、レーザ光自体が保護ガラス表面に付着した汚れ等でそのまま散乱された光の波長は１０７５ｎｍであって、例えばプラズマ光や対称ワークからの熱放射光、ラマン散乱光に起因する５００ｎｍ〜８００ｎｍの光は、バンドパスフィルタで遮断することが好ましい。これにより、光雑音に左右されないより信頼性の高い散乱光検出が可能となる。
【００４６】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、さらに好ましくはバンドパスフィルタが、溶接対象物からの戻り光を遮断することを特徴とする。溶接対象物からの戻り光の多くは、溶接対象物周囲で生じたプラズマから放射されるプラズマ光や、高熱となった溶接箇所周辺から放射される熱放射光である。このため、その多くはレーザ波長１０７５ｎｍではないものであるからこれを検知除外することが、検知精度や信頼性向上の観点からも好ましいものとなる。
【００４７】
また、本発明にかかる保護ガラスの汚れ検知装置は、さらに好ましくは散乱光が保護ガラスに付着した汚れにより散乱されたレーザ光であって、バンドパスフィルタは、散乱されたレーザ光のみを透過させることを特徴とする。これにより、保護ガラスの汚れを的確に検知することが可能となる。
【００４８】
本発明に係る保護ガラスの汚れ検知装置及びその構造等は、上述の説明及び図面に示す形状・構造等に限定されるものではなく、本発明の射程の範囲内において、当業者の知り得る適宜公知または周知の手法等を用いて変形しアレンジし、モディファイしてもよいものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０１０・・レーザ加工ヘッド、１０２０・・保護ガラスホルダ、１０３０・・保護ガラス、１０４０・・平凸レンズ、１０５０・・フォトセンサ、１０６０・・増幅回路、１０７０・・判定・処理装置。
【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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