(57)【要約】【課題】  光ファイバからレーザ光を受け取って被加工物に照射するレーザ加工ヘッドや加工点における光学系の状態や実際のレーザ出力状態を信頼性の高いインライン方式でモニタリングすること。【解決手段】  レーザ加工機本体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、レーザ伝送用の光ファイバ１４を通って遠隔のレーザ加工ヘッド１２まで伝送され、レーザ加工ヘッド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。モニタ装置本体１６は、モニタリング用の２つの光ファイバ２０，２２を介してレーザ加工ヘッド１２と結ばれており、レーザ加工ヘッド１２よりワークＷの加工点ＷＰに向けて照射される直前のレーザ光ＬＢのレーザ出力状態、レーザ伝送路上の光学部品の状態、加工点ＷＰにおける加工品質等に関するモニタリング情報を表示出力する。【選択図】  図１
2007038226.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レーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッドのレーザ出射口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のモニタリング装置であって、
前記レーザ加工ヘッド内で前記レーザ伝送用光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の一部を一端面に受光して遠隔の第１の光電変換部まで伝送する第１のモニタリング用光ファイバと、
前記第１の光電変換部内で前記第１のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子と、
前記第１の光電変換素子より出力された前記第１の電気信号に基づいて、前記レーザ加工ヘッドより前記被加工物の加工点に照射される直前の前記レーザ光のレーザパワーに関するモニタリング情報を出力する信号処理部と
を有するレーザ加工モニタリング装置。
【請求項２】
レーザ発振部より発振出力されたレーザ光をレーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッド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のモニタリング装置であって、
前記被加工物の加工点から前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口の中に反射されてきた光の全部または一部を一端面に受光して遠隔の第２の光電変換部まで伝送する第２のモニタリング用光ファイバと、
前記第２の光電変換部内で前記第２のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して電気信号に変換する第２の光電変換素子と、
前記第２の光電変換素子より出力された前記第２の電気信号に基づいて、前記被加工物の加工点におけるレーザパワーの状態を判定して判定結果を出力する信号処理部と
を有するレーザ加工モニタリング装置。
【請求項３】
レーザ発振部より発振出力されたレーザ光をレーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッド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のモニタリング装置であって、
前記レーザ加工ヘッド内で前記レーザ伝送用光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の一部を一端面に受光して遠隔の第１の光電変換部まで伝送する第１のモニタリング用光ファイバと、
前記第１の光電変換部内で前記第１のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子と、
前記被加工物の加工点から前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口の中に反射されてきた光の全部または一部を一端面に受光して遠隔の第２の光電変換部まで伝送する第２のモニタリング用光ファイバと、
前記第２の光電変換部内で前記第２のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第２の電気信号に変換する第２の光電変換素子と、
前記第１および第２の光電変換素子よりそれぞれ出力された前記第１および第２の電気信号に基づいて、前記レーザ光が通る光学部品の状態および／または前記レーザ光の加工点におけるレーザパワーの状態を判定して判定結果を出力する信号処理部と
を有するレーザ加工モニタリング装置。
【請求項４】
前記第１の光電変換部内に、前記第１の光電変換素子の温度を設定温度に保つための第１の温度制御部を設ける請求項１または請求項３に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項５】
前記第１のモニタリング用光ファイバの出射端面と前記第１の光電変換素子との間に第１の光学フィルタを設ける請求項１、３、４のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項６】
前記第１の光電変換部が、
第１の光電変換素子の出力端子に第１の増幅器を介して電気的に接続される第１のコンタクトと、
前記第１の増幅器の利得を調整するための第１のボリウムと、
前記第１のコンタクト、前記第１の増幅器および前記第１のボリウムを保持し、かつ前記第１のモニタリング用光ファイバの終端部に一体に結合する絶縁性の第１のコネクタ本体と
を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項７】
前記第２の光電変換部に、前記第２の光電変換素子の温度を設定温度に保つための第２の温度制御部を設ける請求項２〜６のいずれか一項記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項８】
前記第２のモニタリング用光ファイバの出射端面と前記第２の光電変換素子との間に第２の光学フィルタを設ける請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項９】
前記第２の光電変換部が、
第２の光電変換素子の出力端子に第２の増幅器を介して電気的に接続される第２のコンタクトと、
前記第２の増幅器の利得を調整するための第２のボリウムと、
前記第２のコンタクト、前記第２の増幅器および前記第２のボリウムを保持し、かつ前記第２のモニタリング用光ファイバの終端部に一体に結合する絶縁性の第２のコネクタ本体と
を有する請求項２〜８のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１０】
前記レーザ加工ヘッド内に、前記レーザ伝送用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１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１１】
前記レーザ加工ヘッド内に、前記レーザ伝送用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１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１２】
前記第１のモニタリング用光ファイバの受光端面が、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る請求項１０または請求項１１に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１３】
前記第１のモニタリング用光ファイバが、前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口と反対側の面に取り付けられる請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１４】
前記レーザ加工ヘッド内に、前記レーザ伝送用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１〜１３のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１５】
前記第２のモニタリング用光ファイバが、前記被加工物の加工点から前記光学レンズを通ってきた光を一端面に受光する請求項１４に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１６】
前記第２のモニタリング用光ファイバが、前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口と反対側の面に取り付けられる請求項１〜１５のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１７】
前記レーザ伝送用光ファイバが、前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口と反対側の面に取り付けられる請求項１〜１６のいずれか一項記載のレーザ加工モニタリング装置。
【請求項１８】
前記レーザ加工ヘッドのレーザ出射口に保護ガラスが取り付けられる請求項１〜１７のいずれか一項に記載のレーザ加工モニタリング装置。
【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、光ファイバおよびレーザ加工ヘッド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。また、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、レーザ加工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、光ファイバ伝送方式においてレーザ加工ヘッド側の実際のレーザ出力状態や加工状態あるいは光学系の状態等を信頼性の高いインライン方式でモニタリングしてレーザ加工の生産管理、品質管理、生産効率を向上させるレーザ加工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、本発明の第１のレーザ加工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レーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッドのレーザ出射口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のモニタリング装置であって、前記レーザ加工ヘッド内で前記レーザ伝送用光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の一部を一端面に受光して遠隔の第１の光電変換部まで伝送する第１のモニタリング用光ファイバと、前記第１の光電変換部内で前記第１のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子より出力された前記第１の電気信号に基づいて、前記レーザ加工ヘッドより前記被加工物の加工点に照射される直前の前記レーザ光のレーザパワーに関するモニタリング情報を出力する信号処理部とを有する。
【０００６】
上記の構成においては、レーザ加工ヘッド内でレーザ光が出射される直前の光強度（レーザ出力）を第１のモニタリング用光ファイバおよび第１の光電変換素子により検出して第１の電気信号に変換し、この第１の電気信号を基に信号処理部がモニタリングの信号処理を行うため、レーザ伝送用光ファイバを含むレーザ光学系の状態をインラインで適確に計測ないし監視することができる。しかも、レーザ加工ヘッドには光センサとして温度特性（温度依存性）の非常に小さいモニタリング用の光ファイバを取り付け、温度特性の比較的大きい光電変換素子をレーザ加工ヘッドから遠く離れた光電変換部側に配置しているので、レーザ加工ヘッドの周囲の厳しい環境温度ないし温度変化の影響を受けずに、加工現場における照射直前のレーザ光のレーザパワー状態を適確にモニタリングすることができる。さらには、第１のモニタリング用光ファイバにおける光伝送は周囲の電磁波ノイズの影響を全く受けないため、信号処理部に特別のノイズ除去回路を備える必要はなく、簡易な構成で高精度のモニタリングを実現することができる。
【０００７】
本発明の第２のレーザ加工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レーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッド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のモニタリング装置であって、前記被加工物の加工点から前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口の中に反射されてきた光の全部または一部を一端面に受光して遠隔の第２の光電変換部まで伝送する第２のモニタリング用光ファイバと、前記第２の光電変換部内で前記第２のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子より出力された前記第２の電気信号に基づいて、前記被加工物の加工点におけるレーザパワーの状態を判定して判定結果を出力する信号処理部とを有する。
【０００８】
上記の構成においては、被加工物の加工点からレーザ加工ヘッド内に反射してきた光を第２のモニタリング用光ファイバおよび第２の光電変換素子により検出して第２の電気信号に変換し、この第２の電気信号を基に信号処理部がモニタリングの信号処理を行うため、加工点におけるレーザパワー状態や加工状態をインラインで適確に計測ないし監視することができる。しかも、レーザ加工ヘッドには光センサとして温度特性（温度依存性）の非常に小さい光ファイバを取り付け、温度特性の比較的大きい光電変換素子をレーザ加工ヘッドから遠く離れた光電変換部側に配置しているので、レーザ加工ヘッドの周囲の厳しい環境温度ないし温度変化の影響を受けずに、被加工物に照射されたレーザ光のレーザパワー状態や加工状態を適確にモニタリングすることができる。さらには、第２のモニタリング用光ファイバにおける光伝送は周囲の電磁波ノイズの影響を全く受けないため、信号処理部に特別のノイズ除去回路を備える必要はなく、簡易な構成で高精度のモニタリングを実現することができる。
【０００９】
本発明の第３のレーザ加工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レーザ伝送用の光ファイバに通してレーザ加工ヘッドまで伝送し、前記レーザ加工ヘッド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のモニタリング装置であって、前記レーザ加工ヘッド内で前記レーザ伝送用光ファイバの終端面から出射された前記レーザ光の一部を一端面に受光して遠隔の第１の光電変換部まで伝送する第１のモニタリング用光ファイバと、前記第１の光電変換部内で前記第１のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第１の電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記被加工物の加工点から前記レーザ加工ヘッドの前記レーザ出射口の中に反射されてきた光の全部または一部を一端面に受光して遠隔の第２の光電変換部まで伝送する第２のモニタリング用光ファイバと、前記第２の光電変換部内で前記第２のモニタリング用光ファイバの他端面より出射された光を受光して第２の電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第１および第２の光電変換素子よりそれぞれ出力された前記第１および第２の電気信号に基づいて前記レーザ光が通る光学部品の状態および／または前記レーザ光の加工点におけるレーザパワーの状態を判定して判定結果を出力する信号処理部とを有する。
【００１０】
上記の構成においては、上記第１および第２のレーザ加工モニタリング装置のそれぞれの構成を併有することにより、それぞれの作用効果を同時に奏することができる。
【００１１】
本発明の好適な一態様によれば、第１の光電変換部内に、第１の光電変換素子の温度を設定温度に保つための第１の温度制御部を設けられ、第１のモニタリング用光ファイバの出射端面と第１の光電変換素子との間に第１の光学フィルタが設けられる。好ましくは、第１の光電変換部が、第１の光電変換素子の出力端子に第１の増幅器を介して電気的に接続される第１のコンタクトと、第１の増幅器の利得を調整するための第１のボリウムと、第１のコンタクト、第１の増幅器および第１のボリウムを保持し、かつ第１のモニタリング用光ファイバの終端部に一体に結合する絶縁性の第１のコネクタ本体とを有する。
【００１２】
また、第２の光電変換部内に、第２の光電変換素子の温度を設定温度に保つための第２の温度制御部を設けられ、第２のモニタリング用光ファイバの出射端面と第２の光電変換素子との間に第２の光学フィルタが設けられる。また、好ましくは、第２の光電変換部が、第２の光電変換素子の出力端子に第２の増幅器を介して電気的に接続される第２のコンタクトと、第２の増幅器の利得を調整するための第２のボリウムと、第２のコンタクト、第２の増幅器および第２のボリウムを保持し、かつ第２のモニタリング用光ファイバの終端部に一体に結合する絶縁性の第２のコネクタ本体とを有する。
【００１３】
上記の構成においては、モニタリング用光ファイバの終端部に取り付けられる光電変換部内に光電変換機能および関連機能が全て収まるため、レーザ加工ヘッドが嵩張るのを回避し、効率的かつコンパクトな構成でもってモニタリング精度の信頼性を一層向上させることができる。
【００１４】
また、好適な一態様によれば、レーザ加工ヘッド内に、レーザ伝送用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レーザ伝送用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。
【００１５】
また、好適な一態様によれば、第１のモニタリング用光ファイバ、第２のモニタリング用光ファイバおよびレーザ伝送用光ファイバが、レーザ加工ヘッドのレーザ出射口と反対側の面に取り付けられる。かかる構成によれば、ケーブル類をヘッド上方に集約して架空配線ないし敷設することができるため、加工ヘッドの取付または搭載が簡単であり、加工場所付近のスペース効率や使い勝手が改善され、加工ヘッド自体のメンテナンス性やレーザ漏れ時の安全性も向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のレーザ加工モニタリング装置によれば、上記のような構成および作用により、光ファイバ伝送方式においてレーザ加工ヘッド側の実際のレーザ出力状態や加工状態あるいは光学系の状態等を信頼性の高いインライン方式でモニタリングしてレーザ加工の生産管理、品質管理、生産効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工モニタリング装置の適用可能なレーザ加工装置の全体構成を示す。このレーザ加工装置は、基本構成として、レーザ加工用のレーザ光（たとえばパルスレーザ光）ＬＢを発振出力するレーザ発振器１０ａを内蔵するレーザ加工機本体１０と、所望の加工場所に配置されるレーザ加工ヘッド１２と、レーザ加工機本体１０とレーザ加工ヘッド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。
【００１９】
このレーザ加工装置において、レーザ加工機本体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加工ヘッド１２まで伝送され、レーザ加工ヘッド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。たとえば溶接加工の場合、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、モニタリング用の２つの光ファイバ２０，２２を介してレーザ加工ヘッド１２と結ばれており、レーザ加工ヘッド１２よりワークＷの加工点ＷＰに向けて照射される直前のレーザ光ＬＢのレーザ出力状態、レーザ伝送路上の光学部品の状態、加工点ＷＰにおける加工品質等に関するモニタリング情報を表示出力するようになっている。
【００２０】
レーザ発振器１０ａは、たとえばＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、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。レーザ加工機本体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。
【００２１】
レーザ加工ヘッド１２は、たとえばアルミニウムからなる中空のハウジングまたはヘッド本体２４を有し、このヘッド本体２４内の所定位置に後述する光学レンズやミラー等を配置している。このヘッド本体２４において、ワークＷの加工点ＷＰと向き合う本体下面にはレーザ出射口２６が設けられ、このレーザ出射口２６とは反対側の本体上面にレーザ伝送用光ファイバ１４およびモニタリング用光ファイバ２０，２２が取り付けられる。
【００２２】
図２に、この実施形態におけるレーザ加工ヘッド１２の具体的な構成を示す。ヘッド本体２４の下面中心部から下方に延びる筒部２８が形成され、この筒部２８の下端部に位置するレーザ出射口２６に保護ガラス３０が取り付けられ、この保護ガラス３０の内奥近傍に集束レンズ３２が配置されている。
【００２３】
集束レンズ３２の直上にはヘッド本体２０内部のほぼ中心位置にてベントミラー３４がその反射面３４ａをたとえば４５°の角度で斜め下方に向けて配置され、さらにその直上で反射光検出用の光ファイバ２２がその受光面２２ａを垂直下方に向けてコネクタまたはレセプタクル３６に取り付けられている。ベントミラー３４と光ファイバ２２の受光面２２ａとの間には、たとえばセラミックからなる拡散板３８が配置されている。
【００２４】
ヘッド本体２４の上面には、ヘッド中心軸線上の光ファイバ２２より横にずれた位置、つまりベントミラー３４、集束レンズ３２を通る光軸から横（図２の右側）にオフセットした位置にて、筒状の光ファイバ出射部４０が垂直上方に延びている。この光ファイバ出射(部４０の上端には、光ファイバ１４の終端部を着脱可能に受けるコネクタまたはレセプタクル４２が設けられている。
【００２５】
光ファイバ出射部４０の内部には、光ファイバ１４の終端面１４ａから放射状に出たレーザ光ＬＢを平行光にするためのコリメートレンズ４４が配置されるとともに、このコリメートレンズ４４の真下にベントミラー４６がその反射面４６ａをたとえば４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー４６の反射面４６ａはベントミラー３４の反射面３４ａと光学的に対向しており、光ファイバ１４の終端面１４ａからのレーザ光ＬＢはベントミラー４６で光路を垂直方向から水平方向に直角に曲げてからベントミラー３２に入射し、ベントミラー３２で光路を水平方向から垂直下方に直角に曲げて集束レンズ３２に入射するようになっている。集束レンズ３２は、ワークＷの加工点ＷＰにレーザ光ＬＢを集束させる。
【００２６】
ヘッド本体２４の上面には、反射光検出用の光ファイバ２２と並んで筒状の光ファイバ出射部４０とは反対側（図２の左側）にオフセットした位置にレーザ光検出用の光ファイバ２０がその受光面２０ａを垂直下方に向けてコネクタまたはレセプタクル４８に取り付けられている。光ファイバ２０の受光面２０ａの真下には、ベントミラー５０がその反射面５０ａをたとえば４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー５０の反射面５０ａはベントミラー４６の反射面４６ａとベントミラー３４を介して光学的に対向しており、光ファイバ１４の終端面１４ａからのレーザ光ＬＢがベントミラー３４で反射する際にベントミラー３４の後方（左方）へ漏れた光ＭLBがベントミラー５０に入射し、ベントミラー５０で光路を水平方向から垂直上方に直角に曲げて光ファイバ２０の受光面２０ａに入射するようになっている。ベントミラー３４とベントミラー５０との間には、たとえばセラミックからなる拡散板５２が配置されている。
【００２７】
このレーザ加工ヘッド１２においては、上記のように、レーザ加工機本体１０側のレーザ発振器１０ａからのレーザ光ＬＢが光ファイバ出射部４０内で光ファイバ１４の終端面１４ａから放射状に出射し、この放射状に出射したレーザ光ＬＢはコリメートレンズ４４を通って平行光となる。平行光となったレーザ光ＬＢは、ベントミラー４６で光路を垂直方向から水平方向に曲げ、次いでヘッド１２内中心部のベントミラー３４で光路を水平方向から垂直下方に曲げ、集束レンズ３２および保護レンズ３０を通ってレーザ出射口２６よりワークＷの加工点ＷＰに向けて集光照射される。
【００２８】
ベントミラー３４では、ベントミラー４６側から入射したレーザ光ＬＢの一部が背後へ水平方向に漏れる。この漏れ光ＭLBは、拡散板５２を通ってベントミラー５０に入射し、ベントミラー５０で光路を垂直上方へ曲げて、直上に位置する光ファイバ２０の受光面２０ａに入射する。光ファイバ２０は、その受光面２０ａに入射した光ＭLBをモニタ本体１６まで伝送する。
【００２９】
一方、ワークＷの加工点ＷＰからレーザ加工ヘッド１２内に入ってくる反射光もあり、保護ガラス３０、光学レンズ３２、ベントミラー３４、拡散板３８を透過してきた反射光ＲLBは光ファイバ２２の受光面２２ａに入射する。光ファイバ２２も、その受光面２２ａに入射した光ＲLBをモニタ本体１６まで伝送する。
【００３０】
光ファイバ２０，２２はたとえばマルチモード光ファイバからなり、それぞれの他方の端部（終端部）には光電変換部５４，５６がそれぞれ取り付けられており、これらの光電変換コネクタ５４，５６がモニタ装置本体１６側の信号処理回路にたとえばコネクタ形式で電気的に接続される。図３に、光電変換コネクタ５４，５６の具体的構成例を示す。以下、片方の光電変換コネクタ５４について説明するが、他方の光電変換コネクタ５６も実質的に同じ構成・機能を有する。
【００３１】
図３において、光電変換コネクタ５４は、絶縁体たとえば樹脂からなる筐体状のコネクタ本体５８Ａを有し、このコネクタ本体５８Ａの中に光電変換素子６０Ａ、光学フィルタ６２Ａ、温度制御部６４Ａ、回路基板６６Ａ、増幅器６８Ａ、ボリウム７０Ａ等を収容し保持している。光ファイバ２０の終端部もコネクタ本体５８Ａ内に挿入されている。
【００３２】
光電変換素子６０Ａは、たとえばフォトダイオードからなり、その受光面を光ファイバ２０の終端面２０ｂに向けて配置される。光ファイバ２０の出射端面２０ｂと光電変換素子６０Ａとの間に設けられる光学フィルタ６２Ａは、たとえば、レーザ光ＬＢの波長を選択的に通す透過フィルタや減衰用のＮＤフィルタ等を含んでいる。温度制御部６４Ａは、光電変換素子６０Ａおよび光学フィルタ６２Ａを収容する筒状の熱伝導性ブロック６３Ａと、この熱伝導性ブロック６５Ａに取り付けられた発熱素子（たとえば抵抗発熱素子）６５Ａおよび温度センサ（たとえばサーミスタ）６７Ａとを有している。温度制御部６４Ａの温度制御回路（図示せず）は、光電変換素子６０Ａおよび光学フィルタ６２Ａの温度を設定温度に保つように、温度センサ６７Ａの出力信号（温度検出信号）をフィードバック信号として発熱素子６５Ａに対する供給電力を制御する。増幅器６８Ａは、光電変換素子６０Ａの出力信号を所望の利得で増幅する回路であり、ボリウム７０Ａは増幅器６８Ａの利得をマニュアルで調整するものである。これら増幅器６８Ａおよびボリウム７０Ａは、光ファイバ２０の受光面２０ａから光電変換コネクタ５４の出力端子までの光計測系の精度を較正するために備えられている。回路基板６６Ａは、光電変換素子６０Ａ、増幅器６８Ａ、ボリウム７０Ａ、上記温度制御回路およびその他の関連回路を搭載する。
【００３３】
光電変換コネクタ５４は、光ファイバ２０の終端面２０ｂ側から見てコネクタ本体５８Ａの背部に、モニタ装置本体１６側のコネクタに差し込まれるプラグ部７２Ａを有しており、このプラグ部７２Ａ内に複数のコンタクトピン７４Ａを備えている。これらのコンタクトピン７４Ａの一部は増幅器６８Ａを介して光電変換素子６０Ａの出力端子に電気的に接続されており、他の一部は温度制御部６４Ａの温度制御回路等に電気的に接続されている。
【００３４】
この光電変換コネクタ５４において、光ファイバ２０の終端面２０ｂより出射された光（レーザ光ＬＢに対応する漏れ光）ＭLBは、光学フィルタ６２Ａを通って光電変換素子６０Ａの受光面に入射する。光電変換素子６０Ａは、その受光面に入射した光ＭLBの光強度を表す電気信号（レーザ光強度検出信号）ＳLを出力する。この光電変換素子６０Ａからのレーザ光強度検出信号ＳLは、増幅器６８Ａで増幅ののちコンタクトピン７４Ａより後述するモニタ本体１６内の信号処理回路へ送られる。
【００３５】
他方の光電変換コネクタ５６においては、光ファイバ２２の終端面２２ｂより出射された光（反射光）ＲLBは、光学フィルタ６２Ｂを通って光電変換素子６０Ｂの受光面に入射する。光電変換素子６０Ｂは、その受光面に入射した光ＲLBの光強度を表す電気信号（反射光強度検出信号）ＳRを出力する。この光電変換素子６０Ｂからの反射光強度検出信号ＳRは、増幅器６８Ｂで増幅ののちコンタクトピン７４Ｂより後述するモニタ本体１６内の信号処理回路へ送られる。
【００３６】
図１において、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４に示すように制御部８０、レーザ光計測演算部８２、反射光計測演算部８４、比較部８６，８８、モニタ区設定部９０、演算区間設定部９２等を有している。制御部８０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。
【００３７】
図３において、レーザ光計測演算部８２は、光ファイバ２０の終端部に結合された光電変換コネクタ５４のコンタクトピン（出力端子）７４Ａより入力されるレーザ光強度検出信号ＳLを基に、レーザ加工ヘッド１２内で光ファイバ１４の終端面１４ａ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５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５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８２は、入力した光強度検出信号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８２で得られたレーザ光強度測定値ＰLは、制御部８０に与えられるとともに、両比較部８６，８８にも与えられる。制御部８０は、レーザ光計測演算部８２からのレーザ光強度測定値ＰLをそのままパネル表示部１６ｂに表示出力してもよい。
【００３８】
比較部８６には、制御部８０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８６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８０は、比較部８６からの比較結果を受け、比率（ＰL／ＡＰL）＞Ｊのときはレーザ加工ヘッド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。
【００３９】
このように光ファイバ２０を通じ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からレーザ加工ヘッド１２内のベントミラー３４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、レーザ加工機本体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４６，３４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８０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。
【００４０】
反射光計測演算部８４は、光ファイバ２２の終端部に結合された光電変換コネクタ５６のコンタクトピン（出力端子）７４Ｂより送られてくる反射光強度検出信号ＳRを基に、レーザ溶接中にワークＷの加工点ＷＰから加工ヘッド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５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８６および演算区間設定部８８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。  
【００４１】
モニタ区間ＴMは、たとえば、図６および図７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８および図９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８４は、制御部８０（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。
【００４２】
反射光計測演算部８４で得られた反射光強度測定値ＰRは、制御部８０に与えられるとともに比較部８８にも与えられる。制御部８０は、反射光計測演算部８４からの光強度測定値ＰRをそのまま表示パネル１６ｂに表示出力してもよい。比較部８８には、上記のようにレーザ光計測演算部８２から光強度測定値ＰLBを与えられ、制御部８０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。加工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、あるいはレーザ加工機本体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。
【００４３】
加工部正常／異常判定のために、比較部８８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８０は、比較部８８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。
【００４４】
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、あるいはレーザ加工ヘッド１２内の光路上の光学部品つまりベントミラー４０，３４、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。
【００４５】
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４０，３４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８０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。
【００４６】
溶接（加工）良否判定のために、比較部８８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８０は、比較部８８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８０は、加工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をレーザ加工機本体１０に送ることもできる。
【００４７】
上記したモニタ装置本体１６では、加工部正常／異常判定のために、比較部８８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。
【００４８】
上記のように、この実施形態のレーザ加工モニタリング装置は、レーザ加工ヘッド１２に光センサとして光ファイバ２０，２２を取り付け、この加工ヘッド１２内で光ファイバ１４の終端面１４ａより出射された直後のレーザ光ＬＢの光強度を光ファイバ２０を介してモニタ本体１６側で測定するとともに、ワークＷの加工点ＷＰからレーザ加工ヘッド１２に反射されてきた光ＲLBの光強度を光ファイバ２２を介してモニタ本体１６側で測定し、レーザ光ＬＢの光強度測定値ＰLBと反射光ＲLBの光強度測定値ＰR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光学的計測や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。
【００４９】
とりわけ、このレーザ加工モニタリング装置は、各モニタリング用光ファイバ２０，２２の終端部に光電変換コネクタ５４，５６を取り付け、これらの光電変換コネクタ５４，５６内で光ファイバ２０，２２の出射端面２０ｂ，２２ｂに光電変換素子６０Ａ，６０Ｂを光学的に結合している。このように、レーザ加工ヘッド１２には温度特性（温度依存性）の非常に小さい光ファイバ２０，２２を取り付け、温度特性の比較的大きい光電変換素子６０Ａ，６０Ｂをレーザ加工ヘッド１２から遠く離れたモニタ本体１６側に配置しているので、レーザ加工ヘッド１２の周囲の厳しい環境温度ないし温度変化の影響を受けずに、加工現場におけるレーザ光ＬＢのレーザパワー状態や加工点ＷＰの加工状態等を適確にモニタリングすることができる。
【００５０】
また、一般にモニタ本体１６はレーザ加工機本体１０側に配置されるため、光ファイバ２０，２２の長さは１０メートルないし数十メートルに及ぶこともめずらしくないが、光ファイバ２０，２２の光伝送は周囲の電磁波ノイズの影響を全く受けない。このことにより、モニタ本体１６側の信号処理回路に特別のノイズ除去回路を備える必要はなく、簡易な構成で高精度のモニタリングを実現することができる。
【００５１】
また、光電変換コネクタ５４，５６内に光電変換素子６０Ａ，６０Ｂ及び光学フィルタ６２Ａ，６２Ｂを温調する温度制御部６４Ａ，６４Ｂや計測精度の較正を行うための増幅器６８Ａ，６８Ｂ、ボリウム７０Ａ，７０Ｂ等も装備しており、レーザ加工ヘッド１２を嵩張らせることなく効率的にモニタリング精度の信頼性を一層向上させることができる。
【００５２】
さらに、この実施形態のレーザ加工ヘッド１２においては、レーザ伝送用光ファイバ１４、モニタリング用光ファイバ２０，２２をレーザ加工ヘッド１２の上面に接続または取付しているので、ケーブル類の全部をヘッド上方に集約して架空配線ないし敷設することができる。このことにより、図示しないヘッド支持部またはロボットアーム等への加工ヘッド１２の取付または搭載が簡単になり、加工場所付近のスペース効率や使い勝手が改善され、加工ヘッド１２自体のメンテナンス性も改善される。また、何らかの原因で光ファイバ２０，２２の取付口が開いて加工ヘッド１２の中から外部へレーザ光が出たとしても、加工ヘッド１２の側方ではなく上方へ漏れるため、付近の作業者に照射するおそれはなく、安全面でも優れている。
【００５３】
次に、図１０〜図１３につき本発明の別の実施形態を説明する。
【００５４】
図１０に、この第２の実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示す。このレーザ加工装置は、主に銅や金の溶接に用いて好適なもので、基本波長（１０６４ｎｍ）のＹＡＧ基本波パルスレーザ光と高調波たとえば第２高調波（５３２ｎｍ）のＹＡＧ高調波パルスレーザ光とを重畳してワークＷの加工点ＷＰに照射する方式のレーザ加工装置である。上記した第１の実施形態と異なる主要な部分は、レーザ加工機本体９４にＹＡＧ基本波レーザ光ＬＡおよびＹＡＧ高調波レーザ光ＳＨＧをそれぞれ発振出力する２台のＹＡＧパルスレーザ発振器９６，９８が設けられる点と、レーザ加工ヘッド１００内にＹＡＧ基本波レーザ光ＬＡとＹＡＧ高調波レーザ光ＳＨＧとを重畳させる光学系が内蔵されている点である。
【００５５】
両ＹＡＧパルスレーザ発振器９６，９８とレーザ加工ヘッド１００とはそれぞれレーザ伝送用の光ファイバ１０２，１０４によって光学的に結ばれている。レーザ加工ヘッド１００は、たとえばアルミニウムからなる中空のハウジングまたはヘッド本体１０６を有し、このヘッド本体１０６内の所定位置に後述する光学レンズやミラー等を配置している。このヘッド本体１０６において、ワークＷの加工点ＷＰと向き合う本体下面にはレーザ出射口１０８が設けられ、このレーザ出射口１０８とは反対側の本体上面にはレーザ加工用の光ファイバ１０２，１０４およびモニタリング用の光ファイバ１１４，１１６，１１８が取り付けられている。
【００５６】
図１１〜図１３に、レーザ加工ヘッド１００の具体的な構成を示す。図１１は上面図、図１２は図１１のＸ−Ｘ線についての縦断面図、図１３は図１１のＹ−Ｙ線についての縦断面図である。
【００５７】
図１２および図１３に示すように、ヘッド本体１０６の下面中心部から下方に延びる筒部１２０が形成され、この筒部１２０の下端部つまりレーザ出射口１０８に保護ガラス１２２が取り付けられ、この保護ガラス１２２の内奥近傍に集束レンズ１２４が配置されている。
【００５８】
集束レンズ１２４の直上にはヘッド本体１０６内部のほぼ中心位置にて、ＹＡＧ基本波系のベントミラー１２６がその反射面１２６ａをたとえば４５°の角度でＸ方向斜め下方に向けて配置され（図１２）、その直上にＹＡＧ高調波系のベントミラー１２８がその反射面１２８ａをたとえば４５°の角度でＹ方向斜め下方に向けて配置され（図１３）、さらにその直上には反射光検出用の光ファイバ１１８がその受光面１１８ａを垂直下方に向けてコネクタまたはレセプタクル１３０に取り付けられている（図１２、図１３）。ベントミラー１２８と光ファイバ１１８の受光面１１８ａとの間には拡散板１３２が配置されている。
図１２に示すように、ヘッド本体１０６の上面には、ヘッド中心軸線上の光ファイバ１１８よりＸ方向にオフセットした位置にて、筒状の光ファイバ出射部１３４が垂直上方に延びている。この光ファイバ出射部１３４の上端には、光ファイバ１０２の終端部を着脱可能に受けるコネクタまたはレセプタクル１３６が設けられている。
【００５９】
光ファイバ出射部１３４の内部には、光ファイバ１０２の終端面１０２ａから放射状に出たＹＡＧ基本波レーザ光ＬＡを平行光にするためのコリメートレンズ１３８が配置されるとともに、このコリメートレンズ１３８の真下にベントミラー１４０がその反射面１４０ａをたとえば−Ｘ方向４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー１４０の反射面１４０ａはベントミラー１２６の反射面１２６ａと光学的に対向しており、光ファイバ１０２の終端面１０２ａからのＹＡＧ基本波パルスレーザ光ＬＡがベントミラー１４０で光路を垂直方向から水平方向（−Ｘ方向）に直角に曲げてからベントミラー１２６に入射し、ベントミラー１２６で光路を水平方向（−Ｘ方向）から垂直下方に直角に曲げて集束レンズ１２４に入射するようになっている。集束レンズ１２４は、ワークＷの加工点ＷＰにＹＡＧ基本波パルスレーザ光ＬＡを集光させる。
【００６０】
ヘッド本体１０６の上面には、反射光検出用の光ファイバ１１８からＹＡＧ基本波系の光ファイバ取付部１３４とは反対側（−Ｘ方向）にオフセットした位置にＹＡＧ基本波レーザ光検出用の光ファイバ１１４がその受光面１１４ａを垂直下方に向けてレセプタクル１４５に取り付けられている。この光ファイバ１１４の受光面１１４ａの真下には、ベントミラー１４２がその反射面１４２ａをたとえばＸ方向４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー１４２の反射面１４２ａはベントミラー１４０の反射面１４０ａとベントミラー１２６を介して光学的に対向しており、レーザ伝送用光ファイバ１０２の終端面１０２ａからのＹＡＧ基本波レーザ光ＬＡがベントミラー１４０で垂直下方（集束レンズ１２４側）へ反射する際にベントミラー１２６の後方（−Ｘ方向）へ漏れた光ＭLAがベントミラー１４２に入射し、ベントミラー１４２で光路を水平方向から垂直上方へ直角に曲げてモニタリング用光ファイバ１１４の受光面１１４ａに入射するようになっている。ベントミラー１２６とベントミラー１４２との間には拡散板１４４が配置されている。
【００６１】
さらに、図１３に示すように、ヘッド本体１０６の上面には、ヘッド中心軸線上のモニタリング用光ファイバ１１８よりＹ方向にオフセットした位置にて、筒状の光ファイバ出射部１４６が垂直上方に延びている。この光ファイバ出射部１４６の上端には、レーザ伝送用光ファイバ１０４の終端部を着脱可能に受けるコネクタまたはレセプタクル１４８が設けられている。
【００６２】
光ファイバ出射部１４６の内部には、光ファイバ１０４の終端面１０４ａから放射状に出たＹＡＧ高調波パルスレーザ光ＳＨＧを平行光にするためのコリメートレンズ１５０が配置されるとともに、このコリメートレンズ１５０の真下にベントミラー１５２がその反射面１５２ａをたとえばＹ方向４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー１５２の反射面１５２ａはベントミラー１２８の反射面１２８ａと光学的に対向しており、光ファイバ１０４の終端面１０４ａからのＹＡＧ高調波パルスレーザ光ＳＨＧがベントミラー１５２で光路を垂直方向から水平方向（−Ｙ方向）に直角に曲げてからベントミラー１２８に入射し、ベントミラー１２８で光路を水平方向（−Ｙ方向）から垂直下方に直角に曲げ、ベントミラー１２６を通り抜けて集束レンズ１２４に入射するようになっている。集束レンズ１２４は、ワークＷの加工点ＷＰにＹＡＧ高調波パルスレーザ光ＳＨＧを集光させる。
【００６３】
図１３において、ヘッド本体７６の上面には、反射光検出用の光ファイバプローブ１１８からＹＡＧ高調波系の光ファイバ取付部１４６とは反対側（−Ｙ方向）にオフセットした位置にＹＡＧ高調波レーザ光検出用の光ファイバ１１６がその受光面１１６ａを垂直下方に向けてレセプタクル１５５に取り付けられている。この光ファイバ１１６の受光面１１６ａの真下には、ベントミラー１５４がその反射面１５４ａをたとえばＹ方向４５°の角度で斜め上方に向けて配置されている。ここで、ベントミラー１５４の反射面１５４ａはベントミラー１５２の反射面１５２ａとベントミラー１２８を介して光学的に対向しており、レーザ伝送用光ファイバ１０４の終端面１０４ａからのＹＡＧ高調波レーザ光ＳＨＧがベントミラー１２８で垂直下方（集束レンズ１２４側）へ反射する際にベントミラー１２８の後方（−Ｙ方向）へ漏れた光ＭSHGがベントミラー１５４に入射し、ベントミラー１５４で光路を水平方向（−Ｙ方向）から垂直上方へ直角に曲げてモニタリング用光ファイバ１１６の受光面１１６ａに入射するようになっている。ベントミラー１２８とベントミラー１５４との間には拡散板１５６が配置されている。
【００６４】
図１０において、モニタリング用光ファイバ１１４，１１６，１１８はたとえばマルチモード光ファイバからなり、それらの他方の端部（終端部）には光電変換コネクタタ１５８，１６０，１６２がそれぞれ取り付けられており、これらの光電変換コネクタ１５８，１６０，１６２がモニタ装置本体１６側のコネクタ（図示せず）に電気的に接続される。各光電変換コネクタ１５８，１６０，１６２は、上記第１の実施形態における光電変換コネクタ５４，５６（図３）と実質的に同一の構成および機能を有し、レーザ加工ヘッド１００から光ファイバ１１４，１１６，１１８により伝送されてくる光ＭLA、ＭSHG、ＲLAの光強度を表す電気信号つまりＹＡＧ基本波レーザ光強度検出信号ＳLA、ＹＡＧ高調波レーザ光強度検出信号ＳSHG、反射光強度検出信号ＳR'をそれぞれ出力する。
【００６５】
モニタ装置本体１６は、光電変換コネクタ１５８，１６０，１６２より与えられるＹＡＧ基本波レーザ光強度検出信号ＳLA、ＹＡＧ高調波レーザ光強度検出信号ＳSHG、反射光強度検出信号ＳR'に基づいてＹＡＧ基本波レーザ光ＬＡ，ＹＡＧ高調波レーザ光ＳＨＧ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光学的計測や良否判定をインラインで行う。
【００６６】
この実施形態においても、上記した第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。特に、レーザ加工用の光ファイバ１０２，１０４およびモニタリング用の光ファイバ１１４，１１６，１１８の本数が多い分だけ、モニタリングの精度・信頼性・効率性、装置構成の簡便性、スペース効率・使い勝手・メンテナンス性および安全性の面で一層大なる利点を奏することができる。
【００６７】
上記した実施形態ではレーザ伝送用光ファイバ１４（１０２，１０４）およびモニタリング用光ファイバ２０，２２（１１４，１１６，１１８）の全部をレーザ加工ヘッド１２（１００）の上面に取り付けたが、一変形例としてその一部または全部をレーザ加工ヘッド１２（１００）の側面に取り付ける構成も可能である。また、図示省略するが、レーザ加工ヘッドにおいて光ファイバの終端面をレーザ出射口または保護レンズと対向する位置に取り付け、光ファイバの終端面より出たレーザ光をベントミラーを介さずにまっすぐ直進させて保護レンズ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モニタリング用光ファイバの受光面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】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施形態におけるレーザ加工ヘッドの具体的な構成を示す縦断面図である。
【図３】実施形態における光電変換コネクタの具体的な構成を示す縦断面図である。
【図４】実施形態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５】実施形態のレーザ加工装置の各部における光の波形を示す波形図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】別の実施形態におけるレーザ加工装置の全体構成を示す図である。
【図１１】別の実施形態におけるレー加工ヘッドの構成を示す上面図である。
【図１２】図１１のＸ−Ｘ線についての縦断面図である。
【図１３】図１０のＹ−Ｙ線についての縦断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０    レーザ加工機本体
１０ａ    レーザ発振器
１２    レーザ加工ヘッド
１４    レーザ伝送用光ファイバ
１６    モニタ装置本体
１８    コントローラ
２０，２２    モニタリング用光ファイバ
３０    保護ガラス
３２    集光レンズ
３４，４６，５０    ベントミラー
４４    コリメータレンズ
５４，５６    光電変換コネクタ
５８Ａ，５８Ｂ    コネクタ本体
６０Ａ，６０Ｂ    光電変換素子
６２Ａ，６２Ｂ    光学フィルタ
６４Ａ，６４Ｂ    温度制御部
６８Ａ，６８Ｂ    増幅器
７０Ａ，７０Ｂ    ボリウム
７４Ａ，７４Ｂ    コンタクトピン
９４    レーザ加工機本体
１００    レーザ加工ヘッド
１０２，１０４    レーザ伝送用光ファイバ
１１４，１１６，１１８    モニタリング用光ファイバ
１５８，１６０，１６２    光電変換コネクタ
【図１】
2007038226.tif 000003
【図２】
2007038226.tif 000004
【図３】
2007038226.tif 000005
【図４】
2007038226.tif 000006
【図５】
2007038226.tif 000007
【図６】
2007038226.tif 000008
【図７】
2007038226.tif 000009
【図８】
2007038226.tif 000010
【図９】
2007038226.tif 000011
【図１０】
2007038226.tif 000012
【図１１】
2007038226.tif 000013
【図１２】
2007038226.tif 000014
【図１３】
2007038226.tif 000015