(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークにレーザ光を照射することにより前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算手段と、
前記第１演算手段により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段と、
熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比データの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に予め記憶された複数の強度比データの中から、前記第２演算手段により得られた強度比データと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により得られた強度データと前記第１演算手段により得られた強度データを比較することにより、前記第２演算手段により得られた強度比データ及び前記第１演算手段により得られた強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態を判断する判断手段と、
を含むレーザ照射領域監視装置。
【請求項２】
ワークにレーザ光を照射することにより前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算手段と、
前記第１演算手段により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段と、
前記第２演算手段により得られた強度比データに基づいて、前記照射領域の温度データを演算する第３演算手段と、
熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、これらの温度データの各々の強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に予め記憶された複数の温度データの中から、前記第３演算手段により得られた温度データと最も近い温度データを選択し、選択された温度データの強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段により得られた強度データと前記第１演算手段により得られた強度データを比較することにより、前記第２演算手段により得られた強度比データ及び前記第１演算手段により得られた強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態を判断する判断手段と、
を含むレーザ照射領域監視装置。
【請求項３】
前記照射領域の状態とは酸化及び溶融幅のうち少なくとも一方である、請求項１又は２記載のレーザ照射領域監視装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ照射領域監視装置を備え、レーザ光を前記ワークに照射することにより前記ワークを加工するレーザ加工装置であって、
前記判断手段により前記照射領域が所定の状態でないと判断された場合、前記レーザ加工装置をフィードバック制御する制御手段を含むレーザ加工装置。
【請求項５】
ワークにレーザ光を照射することにより前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算工程と、
前記第１演算工程により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算工程と、
熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比データの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段から、前記第２演算工程により得られた強度比データと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程により得られた強度データと前記第１演算工程により得られた強度データを比較することにより、前記第２演算工程により得られた強度比データ及び前記第１演算工程により得られた強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態を判断する判断工程と、
を含むレーザ照射領域監視方法。
【請求項６】
ワークにレーザ光を照射することにより前記ワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算工程と、
前記第１演算工程により得られた二つの強度データに基づいてこれらの強度比データを演算する第２演算工程と、
前記第２演算工程により得られた強度比データに基づいて前記照射領域の温度データを演算する第３演算工程と、
熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、これらの温度データの各々の強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段から、前記第３演算工程により得られた温度データと最も近い温度データを選択し、選択された温度データの強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程により得られた強度データと前記第１演算工程により得られた強度データを比較することにより、前記第２演算工程により得られた強度比データ及び前記第１演算工程により得られた強度データと一定の関係を有する前記照射領域の状態を判断する判断工程と、
を含むレーザ照射領域監視方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載のレーザ照射領域監視方法を備え、レーザ光を前記ワークに照射することにより前記ワークを加工するレーザ加工方法であって、
前記判断工程により前記照射領域が所定の状態でないと判断された場合、前記レーザ加工方法をフィードバック制御する制御工程を含むレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて、例えば、金属や樹脂のワークを溶接する場合に使用するレーザ照射領域監視装置及びレーザ照射領域監視方法と、これらを適用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光は指向性や微小面積への強い収束性を有するので、レーザ光を用いてワークの溶接、穴あけ、切断などの加工処理をすることができる。溶接を例にすると、従来のレーザ光を用いた溶接装置としては、例えば、特開平５−２６１５７６号公報や特開平８−２０６８５９号公報の装置がある。これらの装置ではワークの溶接中、加熱溶融されているレーザ光の照射領域の温度を監視することによりワークの溶接不良を防止している。
【０００３】
また、特開平９−１０９７０号公報にもレーザ光を用いた溶接装置が開示されている。この装置はワークの溶接領域の温度を監視するのではなく、上記熱輻射される光のスペクトル強度をワークの固有波長の基準強度と比較し、ワークの溶融、蒸発、励起状態を監視している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光によりワークを加工する際、ワークのレーザ光の照射領域を多面的に監視することは、ワークの加工不良をなくすために重要なことである。しかし、上記の従来技術のみでは不十分であり、更に多面的な監視技術が望まれていた。
【０００５】
本発明の目的は、ワークのレーザ光の照射領域を監視することが可能なレーザ照射領域監視装置及びレーザ照射領域監視方法と、この監視技術を適用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算手段と、第１演算手段により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比データの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段と、記憶手段に予め記憶された複数の強度比データの中から、第２演算手段により得られた強度比データと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、抽出手段により得られた強度データと第１演算手段により得られた強度データを比較することにより、第２演算手段により得られた強度比データ及び第１演算手段により得られた強度データと一定の関係を有する照射領域の状態を判断する判断手段と、を含む。
【０００７】
本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、記憶手段に予め記憶された複数の強度比データの中から、第２演算手段により得られた照射領域の強度比データに最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方と第１演算手段により得られた照射領域の強度データとを比較している。ここで、本発明者の知見では熱輻射される波長の異なる二つの光成分の強度比データ及び二つの光成分の強度データは、照射領域の状態と一定の関係を有している。よって、上記比較を行うことにより照射領域の状態、例えば酸化や溶融幅の判断が可能になる。
【０００８】
本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算手段と、第１演算手段により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算手段と、第２演算手段により得られた強度比データに基づいて、照射領域の温度データを演算する第３演算手段と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、これらの温度データの各々の強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段と、記憶手段に予め記憶された複数の温度データの中から、第３演算手段により得られた温度データと最も近い温度データを選択し、選択された温度データの強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出手段と、抽出手段により得られた強度データと第１演算手段により得られた強度データを比較することにより、第２演算手段により得られた強度比データ及び第１演算手段により得られた強度データと一定の関係を有する照射領域の状態を判断する判断手段と、を含む。
【０００９】
本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、記憶手段に予め記憶された複数の温度データの中から、第３演算手段により得られた照射領域の温度データに最も近い温度データを選択し、選択された温度データの強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方と第１演算手段により得られた照射領域の強度データとを比較することにより照射領域の状態、例えば酸化や溶融幅を判断している。すなわち、本発明に係るレーザ照射領域監視装置は、強度比データの代わりにこの強度比データに基づく温度データを用いることにより照射領域の状態を判断している。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置は、上記レーザ照射領域監視装置を備え、レーザ光をワークに照射することによりワークを加工するレーザ加工装置であって、判断手段により照射領域が所定の状態でないと判断された場合、レーザ加工装置をフィードバック制御する制御手段を含む。本発明に係るレーザ加工装置によれば、フィードバック制御によりワークの加工不良の発生を自動的に防ぐことが可能となる。
【００１１】
本発明に係るレーザ照射領域監視方法は、ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算工程と、第１演算工程により得られた二つの強度データに基づいて、これらの強度比データを演算する第２演算工程と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、これらの強度比データの各々を構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段から、第２演算工程により得られた強度比データと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、抽出工程により得られた強度データと第１演算工程により得られた強度データを比較することにより、第２演算工程により得られた強度比データ及び第１演算工程により得られた強度データと一定の関係を有する照射領域の状態を判断する判断工程と、を含む。
【００１２】
本発明に係るレーザ照射領域監視方法は、ワークにレーザ光を照射することによりワークのレーザ光の照射領域から熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分について、各々、強度データを演算する第１演算工程と、第１演算工程により得られた二つの強度データに基づいてこれらの強度比データを演算する第２演算工程と、第２演算工程により得られた強度比データに基づいて照射領域の温度データを演算する第３演算工程と、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、これらの温度データの各々の強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を、当該強度比データ及び当該強度データと一定の関係を有する照射領域の状態と対応付けて予め記憶した記憶手段から、第３演算工程により得られた温度データと最も近い温度データを選択し、選択された温度データの強度比データを構成する波長の異なる二つの光成分の強度データのうち少なくとも一方を抽出する抽出工程と、抽出工程により得られた強度データと第１演算工程により得られた強度データを比較することにより、第２演算工程により得られた強度比データ及び第１演算工程により得られた強度データと一定の関係を有する照射領域の状態を判断する判断工程と、を含む。
【００１３】
上記二つの本発明に係るレーザ照射領域監視方法は、各々、上記本発明に係るレーザ照射領域監視装置と同様の作用を有する。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工方法は、上記レーザ照射領域監視方法を備え、レーザ光をワークに照射することによりワークを加工するレーザ加工方法であって、判断工程により照射領域が所定の状態でないと判断された場合、レーザ加工方法をフィードバック制御する制御工程を含む。本発明に係るレーザ加工方法によれば、フィードバック制御によりワークの加工不良の発生を自動的に防ぐことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ照射領域監視装置を含むレーザ加工装置１の構成の概要を示す図である。レーザ加工装置１は、ワークＷにレーザ光ＬＢを照射することによりワークＷを加工する加工用レーザ３と、ワークＷのレーザ光ＬＢの照射領域（例えば照射領域Ｒ）から熱輻射される光（例えば赤外線ＩＲ）を検出し、波長の異なる二つの光成分の強度を測定する波長強度測定部５と、波長強度測定部５から送られた上記二つの光成分の強度データに基づき照射領域の温度等の演算をする管理部（例えばパソコン）７と、を備える。波長強度測定部５及び管理部７により、ワークＷのレーザ光ＬＢの照射領域の状態（例えば、温度、酸化、溶融幅）を監視するレーザ照射領域監視装置が構成されている。加工用レーザ３としては、ワークＷの材料や用途に応じて炭酸ガスレーザ、ガラスレーザ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、ルビーレーザ、半導体レーザなどが使い分けられる。加工用レーザ３はレーザ収容部９に収容されている。
【００１６】
レーザ加工装置１は、さらに、加工用レーザ３の照射条件（例えば、パワー、焦点径）を制御するレーザ制御部１１と、ワークＷのレーザ光の照射領域から熱輻射される赤外線を集光する集光器１３と、を備える。集光器１３は光ファイバ１５を介して波長強度測定部５と光学的に接続されている。レーザ加工装置１は、さらに、ワークＷに窒素等のシールドガスを噴射するためのシールドガスノズル１７と、シールドガスノズル１７から噴射されるシールドガスを制御するガス制御部１９と、を備える。ガス制御部１９及びレーザ制御部１１は、これらを管理する管理部７と電気的に接続されている。管理部７からの信号により、ガス制御部１９はシールドガスの流量を制御し、レーザ制御部１１は加工用レーザ３の照射条件を制御する。
【００１７】
波長強度測定部５は、集光器１３により集光された赤外線ＩＲのうち波長の異なる二つの光成分の強度を測定している。これら二つの光成分の一方を第１光成分（例えば波長１．８μｍの光成分）とし、他方を第２光成分（例えば波長２．０μｍの光成分）とする。なお、これらの波長は低温用である。高温用（例えば、測定温度８００〜２０００℃）では、第１光成分の波長は例えば１．３μｍであり、第２光成分の波長は例えば１．５μｍとなる。
【００１８】
波長強度測定部５に伝送された赤外線ＩＲは、コリメートレンズ５１により視準され、ダイクロイックミラー５２を透過して、ダイクロイックミラー５３に入射する。ここで、赤外線ＩＲは、所定の波長（例えば、第１光成分の波長を１．８μｍ、第２光成分の波長を２．０μｍとすると、波長１．９μｍが所定の波長となる。）を境界として、波長が短い短波長側の赤外線ＩＲAと、波長が長い長波長側の赤外線ＩＲBとに分光される。つまり、ダイクロイックミラー５３は、赤外線ＩＲAを透過し、赤外線ＩＲBを反射する。なお、ダイクロイックミラー５３が、赤外線ＩＲAを反射し、赤外線ＩＲBを透過するようにしてもよい。
【００１９】
赤外線ＩＲA、ＩＲBは、各々に対応して設けられ、所定の波長の光成分を透過する波長選択フィルター５４Ａ、５４Ｂに入射する。波長選択フィルター５４Ａ、５４Ｂは、加工用レーザ３の発光波長と同じ波長の光及び発光波長を正の整数倍した波長の光を吸収する。そして、波長選択フィルター５４Ａは光のうち第１光成分を透過し、フィルター５４Ｂは第２光成分を透過する。よって、赤外線ＩＲAのうち第１光成分は、フィルター５４Ａを透過し、集光レンズ５５Ａにより集光され、赤外線検出器５６Ａにより検出される。一方、赤外線ＩＲBのうち第２光成分は、フィルター５４Ｂを透過し、集光レンズ５５Ｂにより集光され、赤外線検出器５６Ｂにより検出される。なお、波長選択フィルター５４Ａ、５４Ｂを、例えば、誘電体の多層膜ミラーとすることにより、加工用レーザ３の発光波長と同じ波長の光及び発光波長を正の整数倍した波長の光を反射させるようにしてもよい。
【００２０】
赤外線検出器５６Ａにより検出された第１光成分は、ここで電気信号に変換され、アンプ５７Ａにより増幅され、この電気信号は強度データ演算部５８に送られる。一方、赤外線検出器５６Ｂにより検出された第２光成分は、電気信号に変換され、アンプ５７Ｂにより増幅され、この電気信号は強度データ演算部５８に送られる。
【００２１】
強度データ演算部５８はサンプリングボードを含み、第１光成分の電気信号と第２光成分の電気信号とは同じタイミングでサンプリングされる。これにより第１光成分及び第２光成分の各々の強度データが演算される。本実施形態は強度データとして電圧データを用いている。これらの強度データは管理部７に伝送され、管理部７内のＡ／Ｄ変換部により、各々、デジタル信号に変換される。これらのデジタル信号を基にして管理部７により、第１光成分と第２光成分の強度比データが演算される。本実施形態は強度比データとして第１光成分の電圧／第２光成分の電圧を用いている。この強度比データを基にしてワークＷのレーザ光の照射領域の温度が演算され、温度が管理部７のディスプレイ２１の画面に表示される。このように本実施形態では２色温度計により温度を測定する。
【００２２】
なお、波長強度測定部５は、位置検出用レーザ５９を備える。位置検出用レーザ５９から出射されるレーザ光Ｌｂは、ワークＷの加工に用いられない。レーザ光Ｌｂは、ダイクロイックミラー５２で反射され、光ファイバー１５を通り、集光器１３から出射されレーザ光ＬＢの照射領域を照射する。これにより加工位置の確認をするのである。
【００２３】
上記のとおり、本実施形態は第１光成分と第２光成分の強度比に基づいてワークＷのレーザ光の照射領域の温度を監視している。本実施形態は、この温度データに基づいて照射領域の温度以外の状態も監視している。ある二つの光成分の強度比データが他の二つの光成分の強度比データと同じ程度でも、ある二つの光成分の強度データが他の二つの光成分の強度データと異なることがある。同じ強度比データでもその基礎となる強度データが異なると、照射領域の状態（例えば、酸化や溶融幅）に違いがあるのを本発明者は見出した。例えば、第１光成分の強度データ０．６／第２光成分の強度データ０．３の場合と、第１光成分の強度データ０．８／第２光成分の強度データ０．４の場合、ともに強度比は２である。しかし、同じ強度比でも強度データが異なると照射領域の状態が異なるのである。本発明は、これを用いることにより照射領域の状態を監視しているのである。酸化の監視を例として説明する。
【００２４】
例えば、チタンの溶接において溶接面の酸化防止は非常に重要である。特に、純チタンの場合、溶接面の酸化防止だけ注意すれば良好な溶接ができる。酸化防止は溶接中のみならず、溶接後、ビードが十分冷えるまで酸化防止をする必要がある。一方、積極的に溶接面を酸化させる場合もある。これは溶接面を酸化させることで微粒子の発生が抑えられ、ビード形状が太く、かつ長くなるため、溶接に好影響を与える場合があるからである。溶接領域がどの程度酸化しているかを監視することによりこの効果がどの程度得られるかを知ることができる。
【００２５】
図２は、純鉄にパルスYAGレーザ光を照射した場合の照射領域の温度と時間との関係を示すグラフである。温度は上記のように第１光成分と第２光成分の強度比に基づいて求められている。レーザ光の照射前は表面が酸化していない純鉄を窒素雰囲気中で照射した場合（Ａで示す線）、大気中で照射した場合（Ｂで示す線）のグラフが示されている。いずれも最高到達温度がほぼ等しいため、ほぼ同一の照射状態とみなすことができる。大気中の場合（Ｂで示す線）、照射後の純鉄表面は黒化しており、純鉄表面が酸化されている判断した。窒素雰囲気中の場合（Ａで示す線）、照射後の純鉄表面には金属光沢が残っているので、純鉄表面が非酸化と判断した。
【００２６】
図２に示す場合において、二つの光成分のうち波長が短い方の光成分、つまり第１光成分の電圧と温度の関係を図３に示す。第１光成分の電圧データは強度データの一例である。この図はレーザの照射終了後、つまり、温度下降時の温度と電圧の関係を示している。同じ程度の温度において、純鉄表面が酸化された場合（Ｂで示す線）における第１光成分の電圧は、純鉄表面が非酸化の場合（Ａで示す線）における第１光成分の電圧よりも大きいことが分かる。これは純鉄表面が酸化されることにより、熱輻射される光の放射率が増大するからである。
【００２７】
純鉄表面の酸化状態と非酸化状態との境界における温度と第１光成分の電圧の関係を経験則により求めグラフにする（例えば図３中にＣで示す線）。演算された温度における第１光成分の電圧が、Ｃで示す線においてこの温度と最も近い温度における第１光成分の電圧より小さい場合、純鉄表面は非酸化状態と判断できる。一方、大きい場合、純鉄表面は酸化状態と判断できる。
【００２８】
図４は、図３のグラフにさらにレーザ光照射初期からレーザ光照射終了までのデータを加えたものである。窒素雰囲気中で照射した場合（Ａで示す線）は、Ｃで示す線（つまり酸化の境界線）を超えずに照射を終了している。一方、大気中で照射した場合（Ｂで示す線）は、当初、Ｃで示す線より小さい電圧であるが途中からＣで示す線を超えている。従って、純鉄表面が酸化状態か否かを、レーザ光照射中にリアルタイムで判断できる。
【００２９】
次に、酸化を監視するための具体的構成について説明する。図５は本実施形態の管理部７の一部のブロック図である。管理部７は、強度データ演算部５８から送られた第１光成分や第２光成分の強度データのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部７１と、Ａ／Ｄ変換部７１によりデジタル変換された第１光成分の強度と第２光成分の強度により、これらの強度比データを演算する強度比データ演算部７２と、強度比データを基にして照射領域の温度を演算する温度データ演算部７３と、Ａ／Ｄ変換部７１によりデジタル変換された第１光成分の強度データを記憶する第１光成分強度データ記憶部７４と、記憶部７５と、を備える。本実施形態において強度データは電圧データのことである。
【００３０】
記憶部７５は、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データに基づく温度データを予め複数記憶し、かつ、複数の温度データの各々の強度比データを構成する第１光成分の強度データを予め記憶している。記憶部７５には、例えば、図６に示すテーブルのデータが記憶されている。図６のデータは図３のＣで示される線の温度と電圧の関係のデータであり、９００〜１６００℃であって、例えば、１℃毎に第１光成分の強度が記憶されている。つまり、９００℃における第１光成分の強度（電圧）、９０１℃における第１光成分の強度（電圧）、・・・、１５９９℃における第１光成分の強度（電圧）、１６００℃における第１光成分の強度（電圧）が記憶されている。
【００３１】
管理部７は、さらに、温度データ演算部７３からの温度データを基にして記憶部７５からその温度データに最も近い温度データを選択し、選択された温度データにおける第１光成分の強度データを抽出する抽出部７６を備える。例えば、温度データ演算部７３により照射領域の温度が１２３０℃と演算された場合、抽出部７６は、図６のテーブルから１２３０℃における第１光成分の強度データを抽出する。なお、照射領域の温度が例えば１２３０．５℃と演算された場合、図６のテーブルに一致する温度がない。この場合、１２３０℃や１２３１℃における第１光成分の強度データを抽出する。
【００３２】
管理部７は、さらに、上記抽出された第１光成分の強度データが送られる判断部７７を備える。判断部７７は、このデータと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータを比較する。第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータは、上記のとおり照射領域から熱輻射された赤外線ＩＲの第１光成分の強度データである。よって、図３に示すように、第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータが抽出された第１光成分の強度データより大きい場合、判断部７７は照射領域が酸化されている判断し、小さい場合、非酸化と判断する。この判断データはディスプレイ２１に送られる。これにより、レーザ加工装置１の操作者はリアルタイムで照射領域の酸化を監視することができる。なお、温度データ演算部７３で得られた温度データもディスプレイ２１に表示される。これにより、レーザ加工装置１の操作者はリアルタイムで照射領域の温度を監視することができる。
【００３３】
本実施形態において、波長１．８μｍを第１光成分、波長２．０μｍを第２光成分とすることにより、第１光成分の波長と第２光成分の波長を近接させている。第１光成分の波長と第２光成分の波長が離れすぎていると、これらの光成分の放射率の異なりを無視できなくなり、照射領域の状態を正確に監視するのが難しくなる。よって、第１光成分の波長と第２光成分の波長は近接しているのが好ましい。
【００３４】
なお、本実施形態では、二つの光成分のうち波長の短い側である第１光成分の強度データ同士を比較しているが、波長の長い側である第２光成分の強度データ同士を比較してもよいし、第１光成分の強度データ同士及び第２光成分の強度データ同士を比較してもよい。
【００３５】
次に、図１に示すレーザ加工装置１の動作を、図１、図５及び図７を用いて金属ワークの溶接を例として説明する。図７はレーザ加工装置１の動作のフローチャートである。
【００３６】
まず、加工用レーザ３から発生した１パルス分のレーザ光ＬＢが溶接される領域に照射される（ステップＳ１）。これにより、ワークＷのレーザ光ＬＢの照射領域Ｒが加熱溶融され、照射領域Ｒから赤外線ＩＲが発生する。次に、この赤外線ＩＲを基にして波長強度測定部５により、第１光成分及び第２光成分の強度データを演算する（ステップＳ３）。そして、管理部７の強度比データ演算部７２により、第１光成分と第２光成分の強度比データを演算する（ステップＳ５）。この強度比データを基にして温度データ演算部７３により、レーザ光ＬＢの照射領域Ｒの温度データを演算する（ステップＳ７）。
【００３７】
抽出部７６により、ステップＳ７で得られた温度データに基づき、記憶部７５からステップＳ７で得られた温度データと最も近い温度における第１光成分の強度データを抽出する（ステップＳ９）。そして、判断部７７により、ステップＳ９で得られた第１光成分の強度データと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶された照射領域Ｒから熱輻射された赤外線ＩＲの第１光成分の強度データを比較し、照射領域Ｒが酸化されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。照射領域Ｒが酸化されていると判断した場合、ガス制御部１９はシールドガスの流量の増加制御をし（ステップＳ１３）、ステップＳ１に戻る。これにより、ワークＷに吹き付けるシールドガスの量が増え、次のパルスにおけるレーザ光の照射領域の酸化を防ぐことが可能となる。
【００３８】
ステップＳ１１により、照射領域Ｒが非酸化と判断された場合、ワークＷに吹き付けるシールドガスの量が過剰か否かを判断する（ステップＳ１５）。この判断は管理部７内のガス量過剰判断部（図示せず）で行われる。シールドガスの量が過剰な場合、ガス制御部１９によりシールドガスの流量の減少制御をし（ステップＳ１７）、ステップＳ１に戻る。これにより、次のパルスのレーザ光を照射する際にシールドガスの無駄な使用を防ぐことができる。一方、ステップＳ１５によりシールドガスの量が過剰でないと判断された場合、溶接が終了したか否か判断される（ステップＳ１９）。溶接が終了していない場合、次のパルスのレーザ光を照射する（ステップＳ１）。以上がレーザ加工装置１の動作である。
【００３９】
なお、ワークＷのレーザ光の照射領域を積極的に酸化させる場合、図７のステップ１１で酸化されていないと判断されると、ワークＷに酸素を吹き付ける処理をすればよい。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、ワークＷにレーザ光を照射してワークＷを加工する際、レーザ光の照射領域の酸化を、リアルタイムで監視している。照射領域が酸化されていると判断されると、レーザ光の次の照射領域が酸化しないようにシールドガスの流量を増やすフィードバック制御をしている。このため、ワークの加工不良の発生を自動的に防止することが可能となる。
【００４１】
本実施形態には、以下に説明する第１及び第２変形例がある。本実施形態は照射領域の温度データに基づいて、照射領域の酸化を判断している。第１変形例は、照射領域の強度比データに基づいて、照射領域の酸化を判断する。図８は第１変形例のブロック図である。図８において、図５に示す符号と同一要素については同一符号を付すことにより、その説明を省略する。第１変形例では、強度比データ演算部７２により得られた強度比データが抽出部７６に送られる。
【００４２】
記憶部７５は、熱輻射される光のうち波長の異なる二つの光成分の強度比データを予め複数記憶し、かつ、複数の強度比データの各々を構成する第１光成分の強度データを予め記憶している。すなわち、第１変形例では、図６に示すテーブルにおいて温度データの代わりに複数の強度比データ及びこれらの各々の第１光成分の強度データが記憶されている。例えば、強度比３における第１光成分の強度データ、強度比２．９における第１光成分の強度データ、・・・、強度比０．３における第１光成分の強度データが記憶されている。
【００４３】
抽出部７６は、強度比データ演算部７２からの強度比データを基にして記憶部７５からその強度比データと最も近い強度比データを選択し、選択された強度比データにおける第１光成分の強度データを抽出する。その後の判断部７７における処理は図５の場合と同様である。
【００４４】
次に第２変形例について説明する。第２変形例では、レーザ光による溶融幅（例えば溶接幅）をリアルタイムで監視している。図９は、レーザ光のスキャン速度と温度の関係及びレーザ光のスキャン速度と電圧の関係を示すグラフである。温度、電圧は上記と同様であり、それぞれ、レーザ光の照射領域の温度、この領域から熱輻射される赤外線の第１光成分の強度を意味する。スキャン速度は溶接速度を意味する。図９のグラフは、第１光成分と第２光成分との強度（電圧）比が０．４２で一定になるようにして、スキャン速度を変化させたものである。強度比が一定であるから温度が一定である。また、加工用レーザ３の光源のビームプロファイルがガウス型をしているため、スキャン速度を上げるに従い、レーザ光のうち強度が高い中央部のみで溶接されるようになるため、溶接幅が減少する。以上より、温度一定条件下で第１光成分の電圧が低下すると溶接幅が減少することが分かる。
【００４５】
図１０は、レーザ加工による溶接幅と電圧の関係を示すグラフである。電圧は上記と同様の意味である。図１０のグラフは、レーザ光により溶接される領域、つまり照射領域の温度が一定という条件である。図１０からも、照射領域の温度一定条件下で第１光成分の電圧が低下すると溶接幅が減少することが分かる。
【００４６】
よって、図５や図８に示す記憶部７５に図１１に示すテーブルのデータを記憶させることにより、レーザ光による溶接幅をリアルタイムで監視することができる。 図１１において温度はレーザ光の照射領域の温度である。温度毎に複数の第１光成分の強度データが対応している。複数の第１光成分の強度データの各々に溶接幅が対応している。図１１に示すテーブルは図９や図１０に示すようなデータを多数採ることにより作成することができる。
【００４７】
第２変形例によれば、図５の抽出部７６は、温度データ演算部７３からの温度データを基にして記憶部７５からその温度データと最も近い温度データを選択し、その温度データにおける第１光成分の強度データ及び溶接幅データを抽出する。例えば、樹脂溶接の時、温度データ演算部７３により照射領域の温度が２９５℃と演算された場合、抽出部７６は、図１１のテーブルから２９５℃の温度データを選択し、２９５℃の温度データにおける第１光成分の強度データ及び溶接幅データを抽出する。
【００４８】
判断部７７は、上記抽出されたデータと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータを比較する。抽出された第１光成分の強度データの中から第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータと最も近いものを選択する。これにより、溶接幅が特定され、溶接幅はディスプレイ２１に表示される。よって、レーザ加工装置１の操作者はリアルタイムで溶接されている領域の溶接幅を監視することができる。溶接幅が大きくなるに従い溶接強度が向上するので、溶接幅の監視をすることにより溶接強度の監視も可能となる。
【００４９】
次に、第２変形例を含むレーザ加工装置１の動作を、図１、図５及び図１２を用いて樹脂ワークの溶接を例として説明する。図１２は第２変形例を含むレーザ加工装置１の動作のフローチャートである。ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ５及びＳ７は図７とそれらと同様なので説明を省略する。
【００５０】
レーザ光ＬＢの照射領域Ｒの温度データ演算後、この温度が所定範囲内か否か判断する（ステップＳ２１）。この判断は管理部７内の温度判断部（図示せず）で行われる。所定範囲内でない場合、溶接不良の可能性があるので、上記温度判断部からの信号に基づきレーザ制御部１１は加工用レーザ３のパワーを制御する（ステップＳ２３）。これにより照射領域Ｒ、つまり溶接領域の温度が調節される。
【００５１】
ステップＳ２１で所定範囲内と判断された場合、抽出部７６はステップＳ７で得られた温度データに基づき、ステップＳ７で得られた温度データと最も近い温度における第１光成分の強度データ及び溶接幅データを記憶部７５から抽出する（ステップＳ２５）。先ほど説明したレーザパワー制御（ステップＳ２３）後も、ステップＳ２５に移る。判断部７７により、上記抽出されたデータと第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータとを比較する。抽出された第１光成分の強度データの中から第１光成分強度データ記憶部７４に記憶されたデータと最も近いのものを選択する。これにより、溶接幅が特定される。
【００５２】
特定された溶接幅が所定範囲内か否かを判断する（ステップＳ２７）。この判断は管理部７内の溶接幅判断部（図示せず）で行われる。所定範囲内でない場合、溶接不良の可能性があるので加工用レーザ３の焦点位置制御の処理をし（ステップＳ２９）、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２７により溶接幅が所定範囲内と判断された場合、溶接が終了したか否か判断される（ステップＳ３１）。溶接が終了していない場合、ステップＳ３に戻る。以上が第２変形例を含むレーザ加工装置１の動作である。なお、図１３に示すように、溶接幅を監視するとき、監視領域２３の幅は溶融領域、つまり溶接領域２５の幅ｗより大きいことが望ましい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ光が照射されているワークにおけるレーザ光の照射領域の状態（例えば、酸化、溶融幅）を監視することができるので、ワークの加工不良の発生を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレーザ照射領域監視装置を含むレーザ加工装置の構成の概要を示す図である。
【図２】純鉄にレーザ光を照射した場合の照射領域の温度と時間との関係を示すグラフである。
【図３】図２に示す場合における第１光成分の電圧と温度の関係を示すグラフである。
【図４】図３のグラフにさらにレーザ光照射初期からレーザ光照射終了までのデータを加えたグラフである。
【図５】本実施形態に係る管理部の一部のブロック図である。
【図６】本実施形態に係る管理部の記憶部に記憶されているデータのテーブルである。
【図７】本実施形態に係るレーザ加工装置の動作のフローチャートである。
【図８】本実施形態の第１変形例のブロック図である。
【図９】レーザ光のスキャン速度と温度の関係及びレーザ光のスキャン速度と電圧の関係を示すグラフである。
【図１０】レーザ光の溶接における溶接幅と電圧の関係を示すグラフである。
【図１１】本実施形態の第２変形例に係る管理部の記憶部に記憶されているデータのテーブルである。
【図１２】本実施形態の第２変形例を含むレーザ加工装置の動作のフローチャートである。
【図１３】本実施形態の第２変形例における監視領域の幅と溶接領域の幅の関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ加工装置、３・・・加工用レーザ、５・・・波長強度測定部、７・・・管理部、９・・・レーザ収容部、１１・・・レーザ制御部、１３・・・集光器、１５・・・光ファイバー、１７・・・シールドガスノズル、１９・・・ガス制御部、２１・・・ディスプレイ、２３・・・監視領域、２５・・・溶接領域、５１・・・コリメートレンズ、５２・・・ダイクロイックミラー、５３・・・ダイクロイックミラー、５４Ａ・・・波長選択フィルター、５４Ｂ・・・波長選択フィルター、５５Ａ・・・集光レンズ、５５Ｂ・・・集光レンズ、５６Ａ・・・赤外線検出器、５６Ｂ・・・赤外線検出器、５７Ａ・・・アンプ、５７Ｂ・・・アンプ、５８・・・強度データ演算部、５９・・・位置検出用半導体レーザ、７１・・・Ａ／Ｄ変換部、７２・・・強度比データ演算部、７３・・・温度データ演算部、７４・・・第１光成分強度データ記憶部、７５・・・記憶部、７６・・・抽出部、７７・・・判断部、Ｗ・・・ワーク、Ｒ・・・照射領域、ＬＢ・・・レーザ光、ＩＲ・・・赤外線、ＩＲA・・・赤外線、ＩＲB・・・赤外線
【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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