JP2010247233A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工中においてもレーザー光の光軸位置を測定でき、レーザー光による加工を安定して行うことが可能なレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光を照射してワークに加工を施すレーザー加工装置１０であって、レーザー光を発振するレーザー発振器１１と、レーザー光を反射してレーザ光の進行方向を変更するミラー部材２１、２２、２３、２４と、レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材１５、１７と、レーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部３０と、レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に配設された複数の温度センサからなる測温ユニット４０と、測温ユニット４０に備えられた複数の温度センサの測定値から、レーザー経路におけるレーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段５１と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光をワークに照射し、ワークに対して加工を施すレーザー加工装置に関するものである。

前述のレーザー加工装置としては、例えば特許文献１、２に開示されているように、レーザー光を発振するレーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を反射させてレーザー光の進路を変更するミラー部材と、レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、ワークに対してレーザー光を照射する加工ヘッドと、を備えたものが提供されている。

このようなレーザー加工装置においては、レーザー発振器から加工ヘッドまでレーザー光を伝送させる必要がある。そこで、レーザー加工を安定して行うためには、レーザー光が通過するレーザー経路において、レーザー光の光軸が適正な位置となるように、ミラー部材、レンズ部材等の位置を調整する必要がある。
従来、レーザー光の光軸位置を確認する場合には、レーザー光が通過するレーザー経路に石膏ボードや耐火煉瓦等を配設し、この石膏ボードや耐火煉瓦等にレーザー光を照射し、焼き付き、燃焼及び赤熱位置等を確認していた。このようにしてレーザー光の光軸位置を確認し、光軸位置にズレが認められた場合には、ミラー部材やレンズ部材の位置を調整し、再度、石膏ボードや耐火煉瓦等によって光軸位置の確認を行っていた。

特開平０７−２５６４７７号公報 特開平０２−１５００８５号公報

しかしながら、前述のように石膏ボードや耐火煉瓦等を用いて光軸位置を確認する作業においては、レーザー加工を停止した状態でしか行うことができない。このため、レーザー加工を実施している間に発生する光軸位置の変動については全く対応できず、ワークに不良等が発生した後でなければ光軸位置の変動を検知することができなかった。よって、長時間にわたってワークを安定して加工することは困難であった。

また、ミラー部材やレンズ部材の位置の調整を行った後に、再度、石膏ボードや耐火煉瓦等によって光軸位置の確認を行うことになるため、光軸位置の調整作業及び確認作業に多くの労力が必要となる。また、光軸位置の調整作業及び確認作業が煩雑であるため、専門知識を得た技術者のみしか実施することができないといった問題があった。
さらに、石膏ボードや耐火煉瓦等にレーザー光を照射し、焼き付き、燃焼及び赤熱位置を確認することから、レーザー加工装置内において、ミスト、ゴミ、煙等が発生することになり、これらミスト、ゴミ、煙等がレンズ部材やミラー部材等に付着してしまい、レンズ部材やミラー部材の部材が劣化してしまうおそれがあった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、加工中においてもレーザー光の光軸位置を測定でき、レーザー光による加工を安定して行うことが可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を照射してワークに加工を施すレーザー加工装置であって、前記レーザー光を発振するレーザー発振器と、前記レーザー光を反射してレーザ光の進行方向を変更するミラー部材と、前記レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部と、前記レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に配設された複数の温度センサからなる測温ユニットと、前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路における前記レーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、を備えていることを特徴としている。

この構成のレーザー加工装置によれば、レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に複数の温度センサが配設されてなる測温ユニットと、この測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路におけるレーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、を備えているので、レーザー加工を実施している状態でも、レーザー光の光軸位置を検出することができる。すなわち、測温ユニットが配設されたレーザー経路においてレーザー光の光軸位置に変動が生じた場合、レーザー光の光軸が近接する位置では温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する位置では温度が低下することになる。よって、複数の温度センサの温度変化を解析することによって、レーザー光の光軸位置の変動を検出することが可能となるのである。また、この測温ユニットにおいては、レーザー経路の周囲に複数の温度センサが配設されているので、レーザー光の進行を妨げることがなく、レーザー加工に影響を与えることがない。

ここで、前記測温ユニットが、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに、それぞれ配設されていることが好ましい。
レーザー光制御部は、レーザー光の進行方向を変化させ、レーザー光を加工ヘッド側に伝送するか否かを制御するものである。このレーザー光制御部に対してレーザー光が入射する際に光軸位置が変動していた場合には、上述の制御を精度良く行うことができなくなってしまう。また、レーザー光制御部から放出されるレーザー光の方向によって、レーザー光を加工ヘッド側に伝送するか否かが制御されることから、レーザー光が適正方向に偏向されていることを確認することが重要となる。よって、レーザー光制御部のレーザー光の入口と出口とに測温ユニットを配設することによって、レーザー光を精度良く制御することが可能となり、レーザー加工を安定して行うことができる。
また、前記レーザー光の入口と出口とでそれぞれ光軸位置を検出することにより、レーザー光制御部に対するレーザー光の進行方向を確認することができる。

前記ミラー部材及び前記レンズ部材の少なくとも一方に、前記測温ユニットが配設されていることが好ましい。
この場合、レーザー光が反射されるミラー部材やレーザー光が透過されるレンズ部材においても、光軸位置の変化を検出することが可能となり、例えば、レーザー発振器から加工ヘッドまでの距離が長くてもレーザー光を安定してワークに照射することが可能となり、加工品質をさらに向上させることができる。

また、前記測温ユニットにおいては、前記温度センサが、前記レーザー経路の上下左右にそれぞれ配設されていることが好ましい。
この場合、レーザー光の光軸位置の変動を、上下方向と左右方向とで検出することが可能となる。よって、光軸位置の変動を、簡単にかつ精度良く検出することができる。

さらに、前記ミラー部材、前記レンズ部材および前記レーザー光制御部のうち前記測温ユニットが取り付けられた部材は、温度調整装置によって一定温度に温度調整されていることが好ましい。
これは、レーザー光のエネルギー密度が高く、局所的であるという特徴によるものである。温度センサに近い位置にビームがある場合、ビームのエネルギーが強大であるため、ビームのエネルギーにより温度が極端に上昇する。一方、温度センサから遠い位置にビームがある場合は、測温データにはほとんど影響を及ぼさず、調節された温度で安定する。
温調する場合の温度範囲はＴ＝１０〜５０℃の範囲内であることが望ましい。Ｔが低すぎると、多大なエネルギーを要して経済的でなく、また温調部への結露等による悪影響が懸念される。Ｔが高すぎると、やはり経済的に不利であり、またレーザー入射位置が温度センサに近づいた場合と遠ざかった場合との温度差が小さくなり、レーザー位置の同定精度が落ちることになる。
温度調節の手法については、特に限定はなく、例えば水、油等の液体や気体等の流体を利用したものや、電気的手法を利用したものであってもよい。

さらに、前記光軸位置検出手段によって検出された前記レーザー光の光軸位置に基づいて、前記ミラー部材を移動させ、光軸位置の調整を行う光軸位置調整手段を備えていることが好ましい。
光軸位置検出手段によって前記レーザー光の光軸位置の変動が確認された場合には、そのレーザー経路の前段側（レーザー発振器側）のミラー部材の位置、角度を調整することによって、レーザー光の光軸位置を所定の位置に修正させることが可能となる。そこで、光軸位置調整手段を備えることによって、レーザー加工中において、光軸位置の検出のみでなく、光軸位置の調整も行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。

また、前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー光のビーム径を検出するビーム径検出手段を備えていることが好ましい。
レーザー光のビーム径が大きくなった場合には、レーザー経路の周囲に配設された温度センサの全てにレーザー光が近接していくことになり、全ての温度センサで温度上昇が観測されることになる。一方、レーザー光のビーム径が小さくなった場合には、レーザー経路の周囲に配設された温度センサの全てからレーザー光が離間していくことになり、全ての温度センサで温度降下が観測されることになる。このようにして、測温ユニットによってレーザー光のビーム径を検出することが可能となる。

さらに、前記ビーム径検出手段によって検出された前記レーザー光のビーム径に基づいて、前記レンズ部材を制御し、ビーム径の調整を行うビーム径調整手段を備えていることが好ましい。
この場合、レンズ部材を制御することによってビーム径を調整することができる。また、レーザー加工中において、ビーム径の検出のみでなく、ビーム径の調整も行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。

また、前記測温ユニットの測定値に基づいて、前記測温ユニットが配設された部材の交換時期を判断する寿命判断手段を備えていることが好ましい。
レーザー光制御部、ミラー部材及びレンズ部材等が劣化した場合、その部材自体の温度が上昇することになる。そこで、測温ユニットによる温度データが一定の閾値を超えた場合には、その部材が劣化したと判断することが可能となる。このように、寿命判断手段によって部材の交換時期を判断することにより、突発的な故障を防止することができ、レーザー加工をさらに安定して行うことができる。

さらに、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに設けられた前記測温ユニットによって前記レーザー光の光軸位置を検出し、前記レーザー光の入口と出口の光軸位置からレーザー光の進行方向を算出し、前記ミラー部材及び前記レーザー光制御部を移動させて、前記レーザー光の進行方向を調整するレーザー光進行方向調整手段を備えていることが好ましい。
この場合、レーザー光進行方向調整手段によって、レーザー光制御部に対するレーザー光の進行方向が調整されるので、レーザー光制御部においてレーザー光の制御を精度良く行うことができ、加工品質を大幅に向上させることができる。

本発明によれば、加工中においてもレーザー光の光軸位置を測定でき、レーザー光による加工を安定して行うことが可能なレーザー加工装置を提供することができる。

本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の説明図である。 測温ユニットの説明図である。 図２に示す測温ユニットによる光軸位置の検出方法を示す説明図である。 制御器による光軸位置及びレーザー光進行方向の調整作業の一例を示すフロー図である。 実施例において使用されたレーザー制御部の斜視説明図である。 実施例における測温ユニットの説明図である。 実施例１の光軸位置（測定点）を示す図である。 実施例１の測温結果を示すグラフである。 実施例２の光軸位置（測定点）を示す図である。 実施例２の測温結果を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるレーザー加工装置１０は、例えば円筒状のなすスリーブ印刷版において、その外周面に凸版を形成する際に用いられるものである。
図１に示すレーザー加工装置１０は、赤外線領域の波長のレーザー光を発振するレーザー発振器１１と、このレーザー発振器１１から発振されたレーザ光を遮断するシャッター部１２と、レーザ光を反射してレーザー光の進路を変更する第１ミラー部材２１と、レーザー光のビーム径を縮小させるコンパウンダー１５と、ビーム径が縮小されたレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第２ミラー部材２２と、屈折率を変化させて通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部３０と、レーザー光制御部３０を通過したレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第３ミラー部材２３と、レーザー光のビーム径を拡大するエクスパウンダー１７と、ビーム径が拡大されたレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第４ミラー部材２４と、レーザー光をワークＷに対して照射する加工ヘッド１８と、を備えている。

レーザー発振器１１は、炭酸ガスが充填された光共振器を備えており、この光共振器内の光を炭酸ガス中において誘導放出によって増幅し、レーザー光を発振する構成とされている。この炭酸ガスを用いたレーザー発振器１１からは、波長が１０．６μｍ程度の赤外線領域のレーザー光が発振されることになる。なお、このレーザー発振器１１は、安定してレーザー光を発振するために、常時、レーザー光を発振した状態とされている。

シャッター部材１２は、レーザー発振器１１から発振されるレーザー光を遮断するように移動可能とされている。このシャッター部材１２がレーザー光の経路上に移動されると、レーザー光が、シャッター部材１２によって反射されてビーム吸収器１３へと照射されるように構成されている。ビーム吸収器１３は、照射されたレーザー光のエネルギーを熱に変換し、冷却することによって吸収するものである。

第１ミラー部材２１は、レーザー発振器１１から発振されたレーザー光を反射して、レーザー光をコンパウンダー１５へと伝送する。なお、この第１ミラー部材２１には、位置及び角度を調整する駆動部２１ａが設けられている。
コンパウンダー１５は、レーザー光の進行方向に対して複数のレンズが積層するように配設されており、レーザー光のビーム径を縮小するものである。なお、本実施形態では、約２０ｍｍのビーム径を約５ｍｍまで縮小する構成とされている。
第２ミラー部材２２は、コンパウンダー１５を通過したレーザー光を反射して、レーザー光をレーザー光制御部３０へと伝送する。なお、この第２ミラー部材２２には、位置及び角度を調整する駆動部２２ａが設けられている。

レーザー光制御部３０は、音響波によって屈折率を変化させて通過するレーザー光の進行方向を変更することができ、かつ、レーザー光の強度を変調可能な音響光学素子（Ａｃｏｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｒａｔｏｒ：ＡＯＭ／Ａｃｏｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＡＯＤ）を備えている。
このレーザー光制御部３０では、レーザー光の進行方向を偏向させることによって、レーザー光による加工のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。また、レーザー光の強度を変調させて、レーザー光によるワークＷの加工深さを調整することになる。
さらに、このレーザー光制御部３０は、回転移動可能な回転駆動テーブル３１を備えている。また、レーザー光制御部３０の内部には水路（図示なし）が設けられており、この水路に通す水の温度を所定温度（例えば２１℃）に保持するための温度調整装置３２が設けられている。

第３ミラー部材２３は、レーザー光制御部３０を通過したレーザー光を反射するものである。ここで、レーザー光制御部３０においてレーザー光が偏向された場合、図１の点線で示すように、第３ミラー部材２３に反射されたレーザー光は、ビーム吸収器１６へと照射されるように構成されている。一方、レーザー光制御部３０においてレーザー光が偏向されない場合には、図１の実線で示すように、レーザー光はエクスパウンダー１７へと伝送される。なお、この第３ミラー部材２３には、位置及び角度を調整する駆動部２３ａが設けられている。

エクスパウンダー１７は、レーザー光の進行方向に対して複数のレンズが積層するように配設されており、レーザー光のビーム径を拡大するものである。なお、本実施形態では、約５ｍｍのビーム径を約２０ｍｍまで拡大する構成とされている。
第４ミラー部材２４は、エクスパウンダー１７を通過したレーザー光を反射して、レーザー光を加工ヘッド１８へと伝送する。なお、この第４ミラー部材２４には、位置及び角度を調整する駆動部２４ａが設けられている。
加工ヘッド１８は、ワークＷに対してレーザー光を照射して、ワークＷの加工を行うものである。

そして、本実施形態においては、レーザー光制御部３０のレーザー光の入口及び出口に、測温ユニット４０（４０Ａ、４０Ｂ）がそれぞれ配設されている。この測温ユニット４０（４０Ａ、４０Ｂ）は、図２に示すように、レーザー光制御部３０のレーザー光の入口（出口）の上部に第１温度センサ４１（４１Ａ、４１Ｂ）が、下部に第２温度センサ４２（４２Ａ、４２Ｂ）が、右側に第３温度センサ４３（４３Ａ、４３Ｂ）が、左側に第４温度センサ４４（４４Ａ、４４Ｂ）が、それぞれ配設されて構成されている。ここで、レーザー光の光軸が位置すべき基準位置の上下に一対の温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２）が設けられ、前記基準位置の左右に一対の温度センサ（第３温度センサ４３、第４温度センサ４４）が配設されているのである。

測温ユニット４０Ａ、４０Ｂは、光軸位置を検出するとともにレーザー光のビーム径を検出する検出部５１と、この検出結果に基づいて第１ミラー部材２１、第２ミラー部材２２の位置、角度、及び、コンパウンダー１５の調整を行う調整部５２と、を備えた制御器５０に接続されている。また、調整部５２は、レーザー光制御部３０に設けられた回転駆動テーブル３１の制御を行う構成とされている。

ここで、本実施形態である測温ユニット４０では、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４の４つの温度センサによって、レーザー光の光軸位置を検出することになる。
例えば、図３において、光軸が、基準位置（中心Ｏ）から（＋Ｘ，＋Ｙ）の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第１温度センサ４１及び第３温度センサ４３によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第２温度センサ４２及び第４温度センサ４４によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置（中心Ｏ）から（＋Ｘ，−Ｙ）の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第２温度センサ４２及び第３温度センサ４３によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第１温度センサ４１及び第４温度センサ４４によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置（中心Ｏ）から（−Ｘ，−Ｙ）の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第２温度センサ４２及び第４温度センサ４４によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第１温度センサ４１及び第３温度センサ４３によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置（中心Ｏ）から（−Ｘ，＋Ｙ）の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第１温度センサ４１及び第４温度センサ４４によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第２温度センサ４２及び第３温度センサ４３によって測定される温度が降下することになる。

さらに、それぞれの温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４）の温度上昇、温度降下の度合いから、光軸位置を把握することが可能となる。
ここで、本実施形態では、レーザー光制御部３０に、温度を所定温度（例えば２１℃）に保持するための温度調整装置３２が設けられているので、レーザー光の光軸が離間する温度センサによって測定される温度は、温度調整装置３２によって保持される所定温度（例えば２１℃）に収束することになる。よって、この所定温度を基準として前記温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４）の温度上昇度合いから、光軸位置を正確に把握することができるのである。

このようにして、測温ユニット４０Ａ、４０Ｂ及び検出部５１によって光軸位置が基準位置からズレたことを検出した場合には、調整部５２から第２ミラー部材２２、第１ミラー部材２１の駆動部２２ａ、２１ａに対して制御信号を発信し、これら第２ミラー部材２２、第１ミラー部材２１の位置、角度を変更して、光軸位置を調整することになる。

さらに、本実施形態では、レーザー光制御部３０のレーザー光の入口及び出口にそれぞれ測温ユニット４０Ａ、４０Ｂが配設されていることから、それぞれの測温ユニット４０Ａ、４０Ｂで検出された光軸位置から、レーザー光制御部３０に対するレーザー光の進行方向を算出することが可能となる。そして、レーザー光の進行方向にズレが生じていた場合には、調整部５２から第２ミラー部材２２、第１ミラー部材２１の駆動部２２ａ、２１ａ及び回転駆動テーブル３１に対して制御信号を発信し、これら第２ミラー部材２２、第１ミラー部材２１の位置、角度、レーザー光制御部３０の角度を調整し、レーザー光制御部３０に対するレーザー光の進行方向を調整することになる。

ここで、図４のフロー図を用いて、調整部５２が行うレーザー光の光軸位置及びレーザー光の進行方向の調整作業について説明する。
レーザー光制御部３０のレーザー光の入口側の測温ユニット４０Ａによって光軸位置を検出する（Ｓ１）。ここで、光軸位置が所定位置からずれていた場合には、第２ミラー部材２２の駆動部２２ａに対して制御信号を発信し、第２ミラー部材２２の位置、角度を変更して光軸位置を調整する（Ｓ２）。そして、再度、測温ユニット４０Ａによって光軸位置を検出する（Ｓ１）。測温ユニット４０Ａによって検出される光軸位置が所定位置に調整されたことが確認されたら、レーザー光の出口側の測温ユニット４０Ｂによって光軸位置を検出する（Ｓ３）。光軸位置にズレが生じていた場合には、回転駆動テーブル３１に対して制御信号を発信し、レーザー光制御部３０を回転移動させる（Ｓ４）。そして、再度、レーザー光の入口側の測温ユニット４０Ａによって光軸位置を検出する（Ｓ１）。これらの作業を繰り返すことによって、レーザー光制御部３０に対するレーザー光の進行方向及び光軸位置が調整されることになる。

また、光軸位置が基準位置に調整された状態で、ビーム径が拡大した場合には、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４の測温データが全て上昇することになる。一方、ビーム径が縮小した場合には、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４の測温データが全て降下することになる。このようにして、レーザー光のビーム径を検出することが可能となる。
そして、ビーム径を検出し、ビーム径が基準値から変動していた場合には、コンパウンダー１５を調整し、ビーム径の調整を行うことになる。

さらに、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４の測温データが、ある閾値を超えるように上昇した場合には、この測温ユニット４０が配設されたレーザー光制御部３０が劣化したと判断される。すなわち、前述の検出部５１においては、このレーザー光制御部３０の寿命を判断することが可能である。

また、レーザー光制御部３０の前段側（レーザー発振器１１側）には、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板６１と、この部分反射板６１で反射された反射光の強度を測定する強度測定部６２が設けられている。この強度測定部６２は、制御器５０の検出部５１に接続され、調整部５２からレーザー発振器１１に対して、レーザー出力を調整する制御信号を発信する構成とされている。

以上のような構成とされた本実施形態であるレーザー加工装置１０によれば、レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に、複数の温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４）が配設されてなる測温ユニット４０と、この測温ユニット４０の測定値からレーザー経路におけるレーザー光の光軸位置を検出する検出部５１と、を備えているので、レーザー光の進行を妨げることなく、レーザー加工を実施している状態でも、レーザー光の光軸位置を検出することができる。

また、この測温ユニット４０が、レーザー光制御部３０のレーザー光の入口と出口とにそれぞれ配設されているので、レーザー光制御部３０に対するレーザー光の光軸位置が安定することになり、また、レーザー光制御部３０に対するレーザー光の進行方向についても検出及び調整を行うことが可能である。よって、レーザー光制御部３０におけるレーザー光の制御（偏向／変調）を精度良く行うことができ、ワークＷの加工を安定して行うことができる。

また、測温ユニット４０においては、レーザー経路の上部に第１温度センサ４１が、下部に第２温度センサ４２が、右側に第３温度センサ４３が、左側に第４温度センサ４４が、それぞれ配設されて構成されているので、レーザー光の光軸位置を、直交座標上で表現することが可能となる。
また、検出部５１によって検出されたレーザー光の光軸位置に基づいて、第２ミラー部材２２、第１ミラー部材２１の位置、角度を変更して光軸位置を調整する調整部５２を備えているので、レーザー加工中において、光軸位置の検出のみでなく、光軸位置の調整を行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。

また、検出部５１においては、測温ユニット４０の複数の温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４）の測定値から、レーザー光のビーム径を検出することができる。
さらに、検出部５１で検出されたレーザー光のビーム径に基づいて、コンパウンダー１５の制御を行ってビーム径を調整する調整部５２を備えているので、レーザー加工中にビーム径が変動した場合でも、ビーム径を制御でき、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。

また、検出部５１においては、測温ユニット４０の複数の温度センサ（第１温度センサ４１、第２温度センサ４２、第３温度センサ４３及び第４温度センサ４４）の測定値から、測温ユニット４０が配設された部材（本実施形態では、レーザー光制御部３０）の劣化を判断することが可能な構成とされているので、加工中の突発的な故障を防止することができ、レーザー加工を安定して行うことができる。

さらに、本実施形態では、レーザー光制御部３０の前段側（レーザー発振器１１側）に、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板６１と、この部分反射板６１で反射された反射光の強度を測定する強度測定部６２が設けられているので、ワークＷの加工中においてもレーザー光の強度を測定することができる。また、測定されたレーザー光の強度に基づいてレーザー発振器１１の出力を調整する構成とされていることから、レーザー光制御部３０へと入射されるレーザー光の強度を安定させることができ、ワークＷの加工を安定して行うことができる。

また、本実施形態においては、レーザー光制御部の温度を所定値（例えば２１℃）に保持するための温度調整装置３２が設けられているので、測温ユニット４０においてレーザー光が離間した位置の温度センサの測定値が、所定値（例えば２１℃）に収束することになる。このため、温度センサの測温データから光軸位置を精度良く算出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、レーザー光制御部に測温ユニットを配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、ミラー部材や、コンパウンダー及びエクスパウンダー等のレンズ部材に、測温ユニットを配設してもよい。この場合、レーザー光が反射されるミラー部材やレーザー光が透過されるレンズ部材においても、光軸位置の変化を検出することが可能となり、例えば、レーザー発振器から加工ヘッドまでの距離が長くてもレーザー光を安定してワークに照射することが可能となり、加工品質をさらに向上させることができる。

さらに、レーザー光制御部の前段側（レーザー発振器側）に、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板と、この部分反射板で反射された反射光の強度を測定する強度測定部と、を備えたものとして説明したが、これら部分反射板及び強度測定部を備えていなくてもよい。
また、ミラー部材の数、レンズ部材の数、レーザー発振器の配置等は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更することが可能である。

また、本実施形態では、レーザー光制御部３０に測温ユニット４０を配設し、制御器５０の調整部５２によって、第１ミラー部材２１、第２ミラー部材２２、回転駆動テーブル３１、コンパウンダー１５を制御するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の箇所に測温ユニット４０を配設して、制御器５０の調整部５２によって、例えば第３ミラー部材２３、第４ミラー部材２４及びエクスパウンダー１７等を制御するものとしてもよい。

以下に、本発明のレーザー加工装置によって、レーザー光の光軸位置を検出する方法について具体的に説明する。
この実施例においては、図５に示すレーザー光制御部１３０（ＡＯＭ）の入側部分に、測温ユニット１４０を配設し、この測温ユニット１４０を用いてレーザー光の光軸位置を検出した。

このレーザー光制御部１３０は、図５に示すように、幅Ｗが５０ｍｍ、奥行Ｌが７０ｍｍ、高さＨが３０ｍｍの箱型をなしている。さらにレーザ光制御部１３０は、より高い精度でのレーザー光の位置検出を行う必要があることから、内部に水路１３３が設けられており、この水路１３３に対して冷却水を供給することにより、その温度を２１±０．５℃の範囲に調整可能な構成とした。

そして、このレーザー光制御部１３０のレーザー光入側に、幅Ｗ２が３０ｍｍ、高さＨ２が１０ｍｍの矩形状をなす入射窓部１４５が備えられた測温ユニット１４０を配設した。ここで、この測定ユニット１４０に、図６に示すように、入射窓部１４５の中心位置Ｏの上方に位置する第１温度センサ１４１、中心位置Ｏの下方側に位置する第２温度センサ１４２、中心位置Ｏの幅方向一方側（図６において右側）に位置する第３温度センサ１４３、中心位置Ｏの幅方向他方側（図６において左側）に位置する第４温度センサ１４４、をそれぞれ配設した。なお、本実施例では、これらの第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４は、入射窓部１４５の周縁からそれぞれ５ｍｍ離間した位置に配設した。

実施例１として、図７に示すように、中心位置Ｏに沿って幅方向にレーザー光の光軸位置を変化させて、第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４の測温データを採取した。測温結果を表１及び図８に示す。なお、表１においては、中心位置Ｏを中心として、幅方向をＸ方向（幅方向一方側を＋、他方側を−）、上下方向をＹ方向（上方向を＋、下方向を−）として、測定点を直交座標で表した。

表１に示すように、全ての測定点において第１温度センサ１４１、第２温度センサ１４２の温度データは同一であった。これは、レーザー光の光軸位置が中心位置Ｏに沿って幅方向に移動していることから、各測定点において、光軸位置と第１温度センサ１４１との距離、及び、光軸位置と第２温度センサ１４２と距離が同一であるためである。
一方、第３温度センサ１４３、第４温度センサ１４４については、レーザー光の光軸が近接すると、急激に温度が上昇するように、測定点毎に変化した。

次に、実施例２として、図９に示すように、中心位置Ｏよりも上方位置に沿って幅方向にレーザー光の光軸位置を変化させて、第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４の測温データを採取した。測温結果を表２及び図１０に示す。なお、表２においては、中心位置Ｏを中心として、幅方向をＸ方向（幅方向一方側を＋、他方側を−）、上下方向をＹ方向（上方向を＋、下方向を−）として、測定点を直交座標で表した。

表２に示すように、全ての測定点において、光軸から離間していた第２温度センサ１４２では、２１℃で一定であった。一方、光軸に近接していた第１温度センサ１４１では、幅方向に移動することで測温データが大きく変化した。
また、幅方向に配設された第３温度センサ１４３、第４温度センサ１４４については、レーザー光の光軸が近接すると、急激に温度が上昇するように、測定点毎に変化した。

これら実施例１、２の測温結果から、第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４の測温データからレーザー光の光軸位置を推定可能であることが確認された。
実機にて利用する場合には、レーザー光の通過孔を格子状に区画しておき、光軸位置の座標データと第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４の測温データとの関係を予めデータベース化しておくことで、連続稼働中であってもレーザー光の光軸位置を精度良く推定することが可能となる。

なお、測温ユニット１４０の周辺温度が変化すると、光軸位置の座標データと第１、第２、第３、第４温度センサ１４１、１４２、１４３、１４４の測温データとの関係が変化することになるので、レーザー光制御部１３０等の温調を精度良く行う必要がある。あるいは、測温ユニット１４０の周辺温度に対応するように、複数のデータベースを予め準備しておいてもよい。

１０ レーザー加工装置
１１ レーザー発振器
１５ コンパウンダー（レンズ部材）
１７ エクスパウンダー（レンズ部材）
２１ 第１ミラー部材（ミラー部材）
２２ 第２ミラー部材（ミラー部材）
２３ 第３ミラー部材（ミラー部材）
２４ 第４ミラー部材（ミラー部材）
３０、１３０ レーザー光制御部
３１ 回転駆動テーブル
４０、４０Ａ、４０Ｂ、１４０ 測温ユニット
４１、４１Ａ、４１Ｂ、１４１ 第１温度センサ（温度センサ）
４２、４２Ａ、４２Ｂ、１４２ 第２温度センサ（温度センサ）
４３、４３Ａ、４３Ｂ、１４３ 第３温度センサ（温度センサ）
４４、４４Ａ、４４Ｂ、１４４ 第４温度センサ（温度センサ）
５１ 検出部（光軸位置検出手段／ビーム径検出手段／寿命判断手段）
５２ 調整部（光軸位置調整手段／ビーム径調整手段／レーザー光進行方向調整手段）

Claims (10)

1. レーザー光を照射してワークに加工を施すレーザー加工装置であって、
   前記レーザー光を発振するレーザー発振器と、
   前記レーザー光を反射してレーザ光の進行方向を変更するミラー部材と、
   前記レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、
   通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部と、
   前記レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に配設された複数の温度センサからなる測温ユニットと、
   前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路における前記レーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、
   を備えていることを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記測温ユニットが、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに、それぞれ配設されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記ミラー部材及び前記レンズ部材の少なくとも一方に、前記測温ユニットが配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記測温ユニットにおいては、前記温度センサが、前記レーザー経路の上下左右にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
5. 前記ミラー部材、前記レンズ部材および前記レーザー光制御部のうち前記測温ユニットが取り付けられた部材は、温度調整装置によって一定温度に温度調整されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
6. 前記光軸位置検出手段によって検出された前記レーザー光の光軸位置に基づいて、前記ミラー部材を移動させ、光軸位置の調整を行う光軸位置調整手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
7. 前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー光のビーム径を検出するビーム径検出手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
8. 前記ビーム径検出手段によって検出された前記レーザー光のビーム径に基づいて、前記レンズ部材を制御し、ビーム径の調整を行うビーム径調整手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
9. 前記測温ユニットの測定値に基づいて、前記測定ユニットが配設された部材の交換時期を判断する寿命判断手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
10. 前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに設けられた前記測温ユニットによって前記レーザー光の光軸位置を検出し、前記レーザー光の入口と出口の光軸位置からレーザー光の進行方向を算出し、前記ミラー部材及び前記レーザー光制御部を移動させて、前記レーザー光の進行方向を調整するレーザー光進行方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。

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