レーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法
【課題】レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定する。
【解決手段】ステップＳ２において、レーザ加工装置のレーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度の監視を開始する。ステップＳ４において、レーザ光の出力の監視を開始する。ステップＳ６において、レーザ光の出力の異常が検出された場合、ステップＳ１０において、各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する。本発明は、例えば、各種の加工を行うレーザ加工装置に適用できる。
【解決手段】ステップＳ２において、レーザ加工装置のレーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度の監視を開始する。ステップＳ４において、レーザ光の出力の監視を開始する。ステップＳ６において、レーザ光の出力の異常が検出された場合、ステップＳ１０において、各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する。本発明は、例えば、各種の加工を行うレーザ加工装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法に関し、特に、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定できるようにしたレーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置のレーザ光の出射部にフォトダイオードを利用したセンサを設置して、センサの受光量を監視することにより、レーザ光の出力を監視していた。しかし、この方法では、レーザ光の出力が停止したり、強度が低下したりするといったレーザ光の出力異常を検出することはできても、その原因までは特定することができなかった。
【０００３】
そこで、従来、レーザ光源から加工ヘッドにレーザ光を伝送する光ファイバの入射端および出射端のレンズ系の近傍に、各レンズ系内の迷光を検出するための受光器をそれぞれ設け、その受光器の出力を比較することにより、光ファイバの破断を検出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来、光ファイバを介してレーザ加工ヘッドに入射するレーザ光の強度、および、加工対象となるワークで反射されてレーザ加工ヘッドに入射する反射光の強度を測定し、その測定結果に基づいて、光ファイバの異常と、ワークの加工部の異常またはレーザ加工ヘッド内の光学部品の異常とを切り分けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３８７５１号公報
【特許文献２】特開２００７−３８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、レーザ加工装置の高出力化が進んでおり、高出力のレーザ光により装置内の部品が破損し、レーザ光の出力異常が発生するケースが増加している。
【０００７】
一方で、レーザ加工装置が連続稼動する工場などにおいては、レーザ光の出力異常が発生した場合に、より迅速に原因を特定し、レーザ加工装置を復旧させることが望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、光ファイバの破断以外の原因を特定することができなかった。
【０００９】
また、特許文献２に記載の発明では、光ファイバの異常と、ワークの加工部の異常またはレーザ加工ヘッド内の光学部品の異常とを切り分けることは可能であるが、それ以上の原因を特定するには、さらに詳細な調査が必要である。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置は、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力を監視する出力監視手段と、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定する温度測定手段とを備える。
【００１２】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置においては、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力が監視され、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度が測定される。
【００１３】
従って、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００１４】
このレーザ加工装置は、例えば、液晶ディスプレイ、太陽電池パネル、各種の基板等の加工を行うレーザ加工装置、あるいは、レーザ溶接および切断を行うレーザ加工装置により構成される。この出力監視手段は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサにより構成される。この温度測定手段は、例えば、サーミスタにより構成される。
【００１５】
また、温度を測定する対象となる複数の部品は、例えば、ガラスアパーチャ、各種ミラー、各種レンズ、光路切替器、光ファイバ、ノズル、レーザ光を発振する発振器の共振器および集光器などにより構成される。さらに、各部品における温度の測定箇所は、例えば、当該部品にレーザ光が入射される位置、当該部品においてレーザ光が通過する位置、当該部品からレーザ光が出射される位置、および、当該部品と他の部品とが接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍とされる。
【００１６】
このレーザ加工装置においては、レーザ光の出力の異常が検出された場合、測定手段により測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する記録制御手段をさらに設けることができる。
【００１７】
これにより、より確実にレーザ光の出力異常の原因を特定することができる。
【００１８】
このレーザ加工装置においては、前記複数の部品は、レーザ光を発振するレーザ発振器、レーザ発振器から出射されたレーザ光を出射光学系に導く導光部、および、出射光学系のうちのいずれかにそれぞれ設けられる。
【００１９】
これにより、レーザ発振器、導光部、または、出射光学系に設けられた部品が起因のレーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００２０】
このレーザ加工装置においては、前記導光部は、レーザ発振器からレーザ光が入射される入射光学系と、入射光学系と出射光学系とを接続する光ファイバとを備え、この温度測定手段には、入射光学系と光ファイバの接続部の近傍、および、出射光学系と光ファイバの接続部の近傍の温度を少なくとも測定させることができる。
【００２１】
これにより、光ファイバの破断や接続異常を容易かつ迅速に検出することができる。
【００２２】
このレーザ加工装置においては、温度測定手段により測定された各測定箇所の温度を監視する温度監視手段と、温度が所定の閾値を超えた測定箇所がある場合に通知するように制御する通知制御手段とさらに設けることができる。
【００２３】
これにより、異常が発生する可能性が高い部品を特定し、レーザ光の出力異常を未然に防止することができる。
【００２４】
このレーザ加工装置においては、各測定箇所の温度を所定の周期で記録部に記録するように制御する記録制御手段をさらに設けることができる。
【００２５】
これにより、レーザ加工装置の過去の動作状態を分析することが可能になる。
【００２６】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置の異常監視方法は、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力の異常を監視する方法であって、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定し、出射光学系からのレーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御するステップを含む。
【００２７】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置の異常監視方法においては、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度が測定され、出射光学系からのレーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度が記録部に記録される。
【００２８】
従って、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００２９】
このレーザ加工装置は、例えば、液晶ディスプレイ、太陽電池パネル、各種の基板等の加工を行うレーザ加工装置、もしくは、レーザ溶接および切断を行うレーザ加工装置により構成される。
【００３０】
また、温度を測定する対象となる複数の部品は、例えば、ガラスアパーチャ、各種ミラー、各種レンズ、光路切替器、光ファイバ、ノズル、レーザ光を発振する発振器の共振器および集光器などにより構成される。さらに、各部品における温度の測定箇所は、例えば、当該部品にレーザ光が入射される位置、当該部品においてレーザ光が通過する位置、当該部品からレーザ光が出射される位置、および、当該部品と他の部品とが接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍とされる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用したレーザ加工装置の本体部の構成例を示す図である。
【図２】本発明を適用したレーザ加工装置の発振器の構成例を示す図である。
【図３】本発明を適用したレーザ加工装置の入射光学系の構成例を示す図である。
【図４】本発明を適用したレーザ加工装置の出射光学系の構成例を示す図である。
【図５】本発明を適用したレーザ加工装置の制御系の一部の構成例を示すブロック図である。
【図６】レーザ加工装置の制御系の主制御部により実現される機能の一部の構成例を示すブロック図である。
【図７】レーザ制御監視処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】レーザ加工装置の出力が正常である場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示す図である。
【図９】レーザ加工装置の出力に異常が発生した場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示す図である。
【図１０】レーザ加工装置の各測定箇所の温度の測定結果の例を示すグラフである。
【図１１】レーザ加工装置の各測定箇所の温度の測定結果の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００３４】
＜実施の形態＞
［レーザ加工装置の構成例］
図１乃至図５は、本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示す図である。図１は、レーザ加工装置１０１の本体部１１１の構成例を示す図である。図２は、レーザ加工装置１０１の発振器１３１の構成例を示す図である。図３は、レーザ加工装置１０１の入射光学系１３２の構成例を示す図である。図４は、レーザ加工装置１０１の出射光学系１１３の構成例を示す図である。図５は、レーザ加工装置１０１の制御系１２４の一部の構成例を示すブロック図である。
【００３５】
図１に示されるように、レーザ加工装置１０１は、本体部１１１、光ファイバ１１２、出射光学系１１３、および、ハンディターミナル１１４を含むように構成される。本体部１１１と出射光学系１１３は、光ファイバ１１２を介して接続されている。また、ハンディターミナル１１４は、本体部１１１に内蔵されている制御系１２４に接続されている。
【００３６】
本体部１１１の下段には、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄ、および、冷却部１２２が内蔵されている。また、本体部１１１の上段には、発振器１３１（図２）および入射光学系１３２（図３）からなるレーザヘッド１２３が内蔵されている。なお、図１では、図を分かりやすくするために、レーザヘッド１２３を構成する部品の一部のみを図示している。また、本体部１１１には、上述したように制御系１２４が内蔵されている。
【００３７】
［発振器の構成例］
図２に示されるように、発振器１３１は、ガイド光発振器１４１、ミラー１４２、ミラー１４３、共振器１４４、第１共振器シャッタ１４５、第１集光器１４６、第２共振器シャッタ１４７、および、第２集光器１４８を含むように構成される。
【００３８】
共振器１４４は、全反射ミラー１４４ａ、および、所定の透過率のミラー１４４ｂにより構成され、全反射ミラー１４４ａおよびミラー１４４ｂは、第１集光器１４６を挟んで互いに平行になるように配置されている。そして、レーザ電源１２１ａ，１２１ｂにより第１集光器１４６のフラッシュランプが点灯されると、第１集光器１４６内のレーザ媒質（例えば、Nd:YAG）が励起され、レーザ媒質内で誘導放出が発生する。誘導放出により発生した光は、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂの間を往復することにより増幅され、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂとの間の光の損失を上回る増幅が得られたとき、ミラー１４４ｂから第２集光器１４８の方向にレーザ光が出射される。第２集光器１４８に入射したレーザ光は、レーザ電源１２１ｃ，１２１ｄにより第２集光器１４８のフラッシュランプが点灯され、第２集光器１４８内のレーザ媒質（例えば、Nd:YAG）が励起され、レーザ媒質内で誘導放出が発生することにより、増幅されて第２集光器１４８から出射される。第２集光器１４８から出射されたレーザ光は、入射光学系１３２に入射する。
【００３９】
なお、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄから第１集光器１４６のフラッシュランプおよび第２集光器１４８のフラッシュランプにパルス電流を供給し、フラッシュランプを所定の間隔で点滅させることにより、第２集光器１４８から入射光学系１３２にパルス状のレーザ光が出射される。
【００４０】
ガイド光発振器１４１、ミラー１４２、およびミラー１４３は、レーザ光の光路を調整するために用いられる。また、第１共振器シャッタ１４５および第２共振器シャッタ１４７は、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂの間の光路を遮断し、発振器１３１からのレーザ光の出力を停止するために用いられる。
【００４１】
［入射光学系の構成例］
図３に示されるように、入射光学系１３２は、ガラスアパーチャ１６１、ミラー１６２、折り返しミラー１６３、リレーレンズ１６４、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄ、入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄ、ミラー１６７、ビームダンパ１６８、エネルギモニタ１６９、および、レーザダイオード１７０ａ，１７０ｂを含むように構成される。入射光学系１３２は、光ファイバ１１２とともに、発振器１３１から出射されたレーザ光を出射光学系１１３に導く導光部としての機能を有する。
【００４２】
発振器１３１から入射光学系１３２に入射したレーザ光は、ガラスアパーチャ１６１により光径が調整され、所定の透過率のミラー１６２により、その一部がエネルギモニタ１６９の方向に反射され、残りがミラー１６２を透過する。ミラー１６２を透過したレーザ光は、折り返しミラー１６３によりリレーレンズ１６４の方向に反射され、リレーレンズ１６４を透過し、光路切替器１６５ａに入射する。
【００４３】
光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄは、レーザ光の光路の切替えに用いられる。より具体的には、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄにより、レーザ光の光路は、入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄまたはミラー１６７のいずれかに入射するように設定される。
【００４４】
入射光学器１６６ａは、光ファイバ１１２を介して出射光学系１１３に接続されている。そして、入射光学器１６６ａから出射されたレーザ光は、光ファイバ１１２を介して出射光学系１１３に入射する。なお、図１に示されるように、光ファイバ１１２は、本体部１１１の天面に設けられているアタッチメント１２５ａにより、本体部１１１の天面において、その位置が固定される。
【００４５】
なお、本実施形態では、入射光学器１６６ａのみに出射光学系１１３を接続する例を示しているが、入射光学器１６６ｂ乃至１６６ｄにも、それぞれ光ファイバを介して出射光学系を接続することが可能である。すなわち、レーザ加工装置１０１は、レーザ光の出力系統を最大４系統まで増やすことが可能である。また、図１では、アタッチメント１２５ａ，１２５ｂの２つのアタッチメントのみを図示しているが、各出力系統の光ファイバ用に合計４つのアタッチメントが設けられる。
【００４６】
なお、レーザ光の出力系統の数は、その一例であり、４系統以外の数にすることも可能である。
【００４７】
また、光路切替器１６５ａ，１６５ｂにより、レーザ光がミラー１６７に入射するように設定されている場合、レーザ光は、ミラー１６７により反射されてビームダンパ１６８に入射する。なお、この光路に設定することにより、発振器１３１の稼動を停止させずに、外部へのレーザ光の出力を一時的に停止させることができる。
【００４８】
エネルギモニタ１６９は、ミラー１６２により反射されたレーザ光の強度を検出することにより、発振器１３１から出力されるレーザ光の強度を監視する。
【００４９】
レーザダイオード１７０ａ，１７０ｂは、レーザ光の光路の調整用の光を出力する。
【００５０】
［出射光学系の構成例］
図４に示されるように、出射光学系１１３は、入射部１８１、出射部１８２、ノズル１８３、観察部１８４、および、カメラ１８５を含むように構成される。入射部１８１は、出射部１８２の側面の上端付近に設けられ、光ファイバ１１２に接続されている。ノズル１８３は、出射部１８２の下端に設けられている。観察部１８４は、出射部１８２の上端に設けられている。カメラ１８５は、観察部１８４の上端に接続されている。
【００５１】
出射部１８２には、所定の透過率（例えば、０．５％）のミラー１９１、レンズ１９２、レンズ１９３、および、シールドガラス１９４が内蔵されている。また、出射部１８２の側面の入射部１８１と対向する位置には、フォトセンサなどからなる出射部センサ１９５が設けられている。
【００５２】
観察部１８４には、フィルタ１９６が内蔵されている。
【００５３】
入射光学系１３２の入射光学器１６６ａから出射されたレーザ光は、光ファイバ１１２により伝送され、入射部１８１に入射した後、ミラー１９１に入射し、一部がミラー１９１を透過し、残りがレンズ１９２の方向に反射される。
【００５４】
レンズ１９２の方向に反射されレーザ光は、レンズ１９２によりコリメートされ、レンズ１９３およびシールドガラス１９４を透過した後、ノズル１８３の先端から加工対象物（不図示）に向けて出射され、加工対象物に照射される。このとき、レンズ１９３により、加工対象物の加工面においてレーザ光が集光される。
【００５５】
一方、ミラー１９１を透過したレーザ光は、出射部センサ１９５に入射し、出射部センサ１９５によりその強度（光量）が検出される。
【００５６】
カメラ１８５は、ノズル１８３、シールドガラス１９４、レンズ１９３、レンズ１９２、フィルタ１９６等を介して、加工対象物の加工部分の撮影を行う。
【００５７】
［温度センサの設置位置の例］
レーザ加工装置１０１においてレーザ光の出力異常が発生する場合、ほとんどのケースにおいて、レーザ光の光路上の１つまたは複数の部品がレーザ光により破損する。また、レーザ光により破損した部分は、非常に高温になる。そこで、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定するように、温度センサが設置されている。これにより、レーザ光の出力異常が発生したときに、高温になっている部品を検出することにより、レーザ光の出力異常が発生した原因を容易かつ迅速に特定することが可能になる。
【００５８】
ここで、図２乃至図４を参照して、温度センサの設置位置の具体例について説明する。
【００５９】
例えば、レーザ光の光路上のレンズ、ミラーなどの光学部品の汚れ、経時劣化または損傷が生じている部分にレーザ光が入射すると、その部分が加熱され、焼損したり、変色したりする。そして、焼損または変色した部分で、レーザ光の光路にズレが生じたり、レーザ光が拡散したり、レーザ光の一部または全部が遮断されたりして、レーザ光の出力異常が発生する。
【００６０】
なお、光学部品の汚れは、例えば、埃などの異物が付着したり、堆積することにより発生する。また、光学部品の損傷は、例えば、外から力が加わったり、レーザ加工装置１０１が振動したりすることにより発生する。
【００６１】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上の光学部品であって、汚れ、経時劣化または損傷によりレーザ光の出力異常を誘発する可能性のある光学部品に、温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の共振器１４４（全反射ミラー１４４ａおよびミラー１４４ｂ）、入射光学系１３２のガラスアパーチャ１６１、ミラー１６２、折り返しミラー１６３、リレーレンズ１６４、および、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄ、並びに、出射光学系１１３のミラー１９１に、温度センサＴＳ１、温度センサＴＳ４、温度センサＴＳ７乃至ＴＳ１４、および、温度センサＴＳ２１がそれぞれ設置されている。
【００６２】
また、例えば、レーザ光の光路上の部品のレーザ光が出射される部分など（例えば、ノズル１８３の出射部など）において、出射したレーザ光の反射光や戻り光が照射され、レーザ光が照射された部分が加熱され、破損する場合がある。そして、破損した部分で、レーザ光の光路のズレが生じたり、レーザ光が拡散したり、レーザ光の一部または全部が遮断されたりして、レーザ光の出力異常が発生する。
【００６３】
従って、レーザ加工装置１０１では、反射光や戻り光により破損する可能性がある部分に温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の第２集光器１４８のフランジ１４８Ｂ、並びに、出射光学系１１３の入射部１８１の光ファイバ１１２が接続される部分の近傍、およびノズル１８３に、温度センサＴＳ６、温度センサＴＳ２０、および、温度センサＴＳ２２がそれぞれ設置されている。例えば、第２集光器１４８のフランジ１４８Ｂには、第２集光器１４８から出射されたレーザ光の反射光が照射される可能性があり、入射部１８１と光ファイバ１１２の接続部、および、ノズル１８３には、加工対象物に照射されたレーザ光の反射光（いわゆる、戻り光）が照射される可能性がある。
【００６４】
さらに、例えば、レーザ光の光路の調整不良により、レーザ光の出力異常が発生するとともに、レーザ光の光路上の部品の入射部において、レーザ光が正常な位置に入射されず、その近傍に照射され、レーザ光が照射された部分が加熱され、破損する場合がある。
【００６５】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路の調整不良により破損する可能性がある部分に温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の第１集光器１４６の両端のフランジ１４６Ａ，１４６Ｂ、および、第２集光器１４８のフランジ１４８Ａに、温度センサＴＳ２、温度センサＴＳ３、および、温度センサＴＳ５が、それぞれ設置されている。
【００６６】
また、例えば、レーザ光の光路上で複数の部品を接続する場合、その接続が正常になされていないと、レーザ光の光路にズレが生じ、レーザ光の出力異常が発生するとともに、接続部にレーザ光が照射され、破損する場合がある。
【００６７】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上において、複数の部品を接続する接続部の近傍に温度センサが設置されている。具体的には、入射光学系１３２の入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄの光ファイバ１１２との接続部の近傍、および、出射光学系１１３の入射部１８１の光ファイバ１１２との接続部の近傍に、温度センサＴＳ１６乃至ＴＳ１８および温度センサＴＳ２０が、それぞれ設置されている。
【００６８】
さらに、レーザ光の出力異常の原因を特定する目的とは異なるが、ビームダンパ１６８に温度センサＴＳ１９が設置されている。これは、ビームダンパ１６８は、レーザ光を一時的に遮断するために用いられるので、レーザ光による焼損が発生しやすいためである。
【００６９】
なお、各温度センサは、レーザ光の光路から外れた位置であって、レーザ光の光路になるべく近い位置に設置することが望ましい。すなわち、各温度センサは、レーザ光の一部または全部を遮断することなく、レーザ光の出力異常が発生した場合に温度が上昇することが想定される位置の近傍に設置されることが望ましい。
【００７０】
また、図２乃至図４に示した温度センサの設置位置は、その一例であり、必要に応じて設置位置を増やしたり、減らしたりすることが可能である。また、より確実に温度の異常を検出できるように、例えば、図２乃至図４に示した設置位置において、複数の温度センサを設置するようにしてもよい。
【００７１】
［制御系およびハンディターミナルの構成例］
図５に示されるように、レーザ加工装置の制御系１２４は、主制御部２０１、電源制御部２０２、および、光路制御監視部２０３を含むように構成される。また、ハンディターミナル１１４は、操作部２３１、出力部２３２、および、通信部２３３を含むように構成される。
【００７２】
主制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、および、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの記録装置などにより構成され、レーザ加工装置１０１の各部の動作の制御を行う。
【００７３】
電源制御部２０２は、例えば、複数の回路等が設けられた電源制御基板により構成される。電源制御部２０２は、エネルギモニタ１６９から、レーザ光の強度の検出結果を取得し、主制御部２０１に供給する。また、電源制御部２０２は、主制御部２０１の制御の基に、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄに指令を出し、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄのオンおよびオフ、並びにパワーを制御する。さらに、電源制御部２０２は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態等を示す信号をレーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄから取得し、主制御部２０１に供給する。
【００７４】
光路制御監視部２０３は、レーザ光の光路を制御したり、レーザ光の監視を行ったりする。光路制御監視部２０３は、センサ部２２１およびドライバ２２２ａ乃至２２２ｄを含むように構成される。
【００７５】
センサ部２２１は、例えば、複数の回路等が設けられたセンサ基板により構成される。センサ部２２１は、温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から、各測定箇所の温度の測定結果を取得する。また、センサ部２２１は、出射光学系１１３の出射部センサ１９５から、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を取得する。そして、センサ部２２１は、各測定箇所の温度、および、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を主制御部２０１に供給する。
【００７６】
なお、本実施形態では、出射光学系１１３が１つのみ設けられ、出射部センサ１９５が１つだけセンサ部２２１に接続される例を示したが、出射光学系１１３が２つ以上設けられる場合、各出射光学系１１３の出射部センサ１９５が、それぞれセンサ部２２１に接続される。
【００７７】
ドライバ２２２ａ乃至２２２ｄは、主制御部２０１の制御の基に、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄを制御し、レーザ光の光路を切替える。
【００７８】
ハンディターミナル１１４の操作部２３１は、例えば、各種のキー、ボタン、スイッチ等の操作手段により構成され、ユーザがレーザ加工装置１０１に対して各種の指令を入力するときに操作される。操作部２３１は、ユーザにより入力された指令を主制御部２０１に供給する。
【００７９】
出力部２３２は、例えば、表示装置、音声出力装置、ランプ、ブザーなどにより構成される。出力部２３２は、主制御部２０１の制御の基に、画像、音声、光などにより、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を出力する。
【００８０】
通信部２３３は、主制御部２０１の制御の基に、所定の通信方式により、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を外部の装置に送信する。また、通信部２３３は、所定の通信方式により、各種の情報を外部の装置から受信し、主制御部２０１に供給する。
【００８１】
［主制御部により実現される機能の構成例］
次に、図６を参照して、主制御部２０１により実現される機能の一部の構成例について説明する。主制御部２０１により、レーザ制御部２５１および監視部２５２を含む機能が実現される。また、監視部２５２は、出力監視部２６１、温度監視部２６２、記録制御部２６３、記録部２６４、および、通知制御部２６５を含むように構成される。
【００８２】
レーザ制御部２５１は、操作部２３１を介して入力されるユーザからの指令を取得し、取得した指令に従って、電源制御部２０２を介して、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを制御する。また、レーザ制御部２５１は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態を示す信号を電源制御部２０２から取得する。さらに、レーザ制御部２５１は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態等を出力監視部２６１および温度監視部２６２に通知する。
【００８３】
出力監視部２６１は、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を、センサ部２２１を介して出射部センサ１９５から取得し、レーザ光の出力を監視する。また、出力監視部２６１は、レーザ光の出力異常を検出した場合、レーザ光の出力異常の発生を通知するための出力異常アラームを、レーザ制御部２５１、記録制御部２６３、および、通知制御部２６５に供給する。
【００８４】
温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を、センサ部２２１を介して温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から取得し、各測定箇所の温度を監視する。また、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を記録制御部２６３および通知制御部２６５に供給する。さらに、温度監視部２６２は、温度の異常を検出した場合、温度の異常の発生を通知制御部２６５に通知する。
【００８５】
記録制御部２６３は、各測定箇所の温度の測定結果の記録部２６４への記録を制御する。
【００８６】
記録部２６４は、例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの記録装置により構成される。
【００８７】
通知制御部２６５は、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を出力部２３２から出力させる。また、通知制御部２６５は、通信部２３３を制御して、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を外部の装置に送信する。
【００８８】
［レーザ制御監視処理］
次に、図７乃至図９を参照して、レーザ加工装置１０１により実行されるレーザ制御監視処理について説明する。なお、図７は、レーザ制御監視処理を説明するためのフローチャートを示している。図８は、レーザ加工装置１０１の出力が正常である場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示し、図９は、レーザ加工装置１０１の出力に異常が発生した場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示している。
【００８９】
なお、以下、レーザ光の出射時間、パルス間隔、強度等の加工条件が電源制御部２０２（またはレーザ制御部２５１）に予め設定されているものとする。また、この処理は、例えば、ユーザが、レーザ加工の開始の指令を、操作部２３１を介してレーザ制御部２５１に入力したとき開始される。
【００９０】
ステップＳ１において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２への出射指令の出力を開始する。また、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２への出射指令の出力を開始したことを出力監視部２６１および温度監視部２６２に通知する。なお、この出射指令は、電源制御部２０２からレーザ制御部２５１に出射完了信号が供給されるまで出力される。
【００９１】
ステップＳ２において、温度監視部２６２は、温度の監視を開始する。具体的には、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を、センサ部２２１を介して温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から取得し、各測定箇所の温度の監視を開始する。また、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を記録制御部２６３および通知制御部２６５に供給する。
【００９２】
記録制御部２６３は、例えば、所定の期間（例えば、数十秒）分の各測定箇所の温度の測定結果を記録部２６４に常時バッファリングする。すなわち、レーザ加工装置１０１の稼働中、所定の期間前から現在までの各測定箇所の温度の測定結果が、記録部２６４に常時保持される。
【００９３】
また、通知制御部２６５は、例えば、各測定箇所の温度の測定結果を図１０に示されるようなグラフにして、出力部２３２に表示させる。なお、図１０の横軸は時間を示し、縦軸は温度および出力異常アラームの値を示している。また、図１０では、説明を簡単にするために、Ａ点乃至Ｄ点の４つの測定箇所の温度のみを示している。なお、Ａ点乃至Ｄ点は、温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２により温度が測定される測定箇所のいずれかに相当する。
【００９４】
ステップＳ３において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射中信号の出力が開始されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、レーザ制御部２５１からの出射指令の供給が開始された後、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを制御して、レーザ光の出射準備を行う。そして、電源制御部２０２は、出射準備が完了した後、レーザ制御部２５１への出射中信号の出力を開始する。レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射中信号が供給されてくるまで、ステップＳ３の判定処理を繰返し、電源制御部２０２から出射中信号が供給されてきたとき、出力中信号の出力が開始されたと判定し、出力中信号の出力が開始されたことを出力監視部２６１に通知し、その後、処理はステップＳ４に進む。
【００９５】
ステップＳ４において、出力監視部２６１は、レーザ光の出力の監視を開始する。すなわち、出力監視部２６１は、センサ部２２１を介して出射部センサ１９５から供給される信号に基づいて、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を、所定の検出周期で検出する。
【００９６】
ステップＳ５において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２からパルス開始信号が出力されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、出射中信号の出力を開始した後、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄに所定の周期でパルス状の出力制御信号を出力する。レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄは、電源制御部２０２からの出力制御信号に同期して、第１集光器１４６のフラッシュランプおよび第２集光器１４８のフラッシュランプを点滅させる。これにより、出射光学系１１３からパルス状のレーザ光が出力される。また、電源制御部２０２は、出力制御信号をオンしたとき、レーザ制御部２５１にパルス状のパルス開始信号を供給し、出力制御信号をオフしたとき、レーザ制御部２５１にパルス状のパルス完了信号を供給する。
【００９７】
そして、ステップＳ５において、レーザ制御部２５１が、電源制御部２０２からパルス開始信号が出力されていないと判定した場合、処理はステップＳ６に進む。
【００９８】
ステップＳ６において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射完了信号が出力されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、予め設定されている時間だけ出射光学系１１３からレーザ光が出力された後、あるいは、予め設定されている数のパルスのレーザ光が出射光学系１１３から出力された後、出射中信号の出力を停止し、パルス状の出射完了信号をレーザ制御部２５１に供給する。
【００９９】
そして、ステップＳ６において、レーザ制御部２５１が、電源制御部２０２から出射完了信号が出力されていないと判定した場合、処理はステップＳ５に戻る。その後、ステップＳ５において、パルス開始信号が出力されたと判定されるか、ステップＳ６において、出射完了信号が出力されたと判定されるまで、ステップＳ５およびＳ６の処理が繰返し実行される。
【０１００】
一方、ステップＳ５において、レーザ制御部２５１は、パルス開始信号が出力されたと判定した場合、パルス開始信号が出力されたことを出力監視部２６１に通知し、その後、処理はステップＳ７に進む。
【０１０１】
ステップＳ７において、出力監視部２６１は、レーザ光が正常に出力されてたか否かを判定する。出力監視部２６１は、出射部センサ１９５により検出されたレーザ光の強度が所定の閾値未満である場合、レーザ光が正常に出力されていないと判定し、処理はステップＳ８に進む。
【０１０２】
ステップＳ８において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２からパルス完了信号が出力されたか否かを判定する。パルス完了信号が出力されていないと判定された場合、処理はステップＳ７に戻る。その後、ステップＳ７において、レーザ光が正常に出力されたと判定されるか、ステップＳ８において、パルス完了信号が出力されたと判定されるまで、ステップＳ７およびＳ８の処理が繰返し実行される。
【０１０３】
一方、ステップＳ７において、出力監視部２６１は、出射部センサ１９５により検出されたレーザ光の強度が所定の閾値以上である場合、レーザ光が正常に出力されたと判定し、処理はステップＳ５に戻り、ステップＳ５以降の処理が実行される。
【０１０４】
一方、ステップＳ８において、パルス完了信号が出力されたと判定された場合、すなわち、レーザ光が正常に出力される前に、パルス完了信号が出力された場合、処理はステップＳ９に進む。例えば、図９の例では、レーザ光が正常に出力される前に、時刻ｔ１においてパルス完了信号が出力されているため、ステップＳ８の判定処理の後、処理はステップＳ９に進む。
【０１０５】
ステップＳ９において、出力監視部２６１は、レーザ制御部２５１、記録制御部２６３、および、通知制御部２６５に出力異常アラームを出力する。
【０１０６】
ステップＳ１０において、電源制御部２０２は、レーザ制御部２５１の制御の基に、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを停止する。
【０１０７】
ステップＳ１１において、レーザ加工装置１０１は、アラーム処理を行う。具体的には、記録制御部２６３は、レーザ光の出力異常が発生した前後の所定の期間（例えば、数十秒）の各測定箇所の温度の時系列のデータ（履歴データ）を、レーザ光の出力異常が発生した日時とともに記録部２６４に記録する。
【０１０８】
この各測定箇所の温度の履歴データを用いることにより、レーザ光の出力異常の原因の特定が容易になる。例えば、図１０に示される例では、レーザ光の出力異常が検出された時刻ｔ１において、出力異常アラームの値が０から１に変化している。その後、Ａ点の温度が急激に上昇し、所定の故障閾値を超えている。従って、レーザ光の出力異常の原因が、Ａ点の部品またはその近傍にあることを容易に特定することができる。
【０１０９】
このように、履歴データにおいて故障閾値を超えている測定箇所を検出することにより、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。なお、故障閾値は、測定箇所毎に任意の値に設定することが可能である。
【０１１０】
なお、レーザ光の出力異常が発生してから、Ａ点の温度が上昇するまでの間にタイムラグが存在するのは、主に温度センサの反応速度が要因である。すなわち、温度センサは、測定箇所の温度の変化に反応するのに所定の時間（例えば、１秒程度）を要するため、上述したタイムラグが発生している。
【０１１１】
また、図１０は温度の測定結果の一例であり、例えば、レーザ光の出力異常が検出される前に、異常が発生した箇所の温度が上昇する場合もある。
【０１１２】
また、通知制御部２６５は、例えば、ハンディターミナル１１４の出力部２３２に、レーザ光の出力異常が発生したことを通知する通知画面やメッセージを表示させたり、アラーム音を出力させたりする。さらに、通知制御部２６５は、例えば、ハンディターミナル１１４の通信部２３３に、所定の通信方式に従って、レーザ光の出力異常が発生したことを通知する電子メール等を、外部のコンピュータや携帯電話機などの装置に送信させる。
【０１１３】
その後、レーザ制御監視処理は終了する。
【０１１４】
一方、ステップＳ６において、レーザ制御部２５１は、出射完了信号が出力されたと判定した場合、出射完了信号が出力されたことを出力監視部２６１に通知し、レーザ制御監視処理は終了する。すなわち、この場合、レーザ光が正常に出射され、レーザ加工が正常に行われた後、レーザ制御監視処理が終了する。
【０１１５】
以上のようにして、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することが可能になる。その結果、より迅速に出力異常に対する対策をとることができ、レーザ加工装置１０１をより迅速に復旧させることができる。
【０１１６】
＜２．変形例＞
［温度を記録するタイミング］
なお、以上の説明では、各測定箇所の温度の測定結果を所定の期間バッファリングしておき、レーザ光の出力異常が発生した前後の各測定箇所の温度を記録する例を示したが、例えば、各測定箇所の温度の測定結果のバッファリングを行わずに、出力異常が発生した後の温度のみを記録するようにすることも可能である。
【０１１７】
また、例えば、レーザ加工装置１０１の稼働中の各測定箇所の温度の履歴データを常時記録するようにしてもよい。この場合、記録するデータの容量の観点から、温度を記録するサンプリング周期は、例えば、レーザ光の出力異常の発生時に温度を記録するサンプリング周期より長い周期（例えば、数秒単位）に設定することが望ましい。
【０１１８】
そして、例えば、図１１に示されるように、各測定箇所の温度の履歴データをグラフ化して、ハンディターミナル１１４の出力部２３２に表示することにより、経時劣化や汚れなどの要因により温度が上昇傾向にある部品を容易に把握することができる。例えば、図１１の例では、Ｄ点の部品の温度が上昇傾向にあることが分かる。これにより、例えば、Ｄ点の部品をメインテナンスしたり、交換したりすることにより、レーザ光の出力異常の発生を未然に防止することができる。
【０１１９】
また、過去の各測定箇所の温度の履歴データを分析することにより、レーザ加工装置１０１の過去の動作状態を確認したり、レーザ加工装置１０１の運転は継続されていたが、何らかの警告が発生されていた場合、その原因を詳細に調査したりすることができる。
【０１２０】
［温度の常時監視］
また、レーザ加工装置１０１の稼働中の温度を常時監視し、所定の警告閾値を超えた測定箇所が検出された場合、例えば、その測定箇所と温度を出力部２３２に表示したり、通信部２３３を介して、電子メール等により外部の装置に通知したりして、ユーザに警告するようにしてもよい。なお、警告閾値は、故障閾値より低い温度の範囲で、測定箇所毎に任意の温度に設定することが可能である。
【０１２１】
さらに、レーザ加工装置１０１の稼働中の温度を常時監視し、故障閾値を超えた測定箇所が検出された場合、レーザ光の出力を停止するようにすることも可能である。
【０１２２】
［レーザ加工装置の構成の変形例］
また、本発明を適用可能なレーザ加工装置の種類は、特定のものに限定されるものではない。例えば、レーザ加工装置１０１のような固体レーザの他、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザなどにも本発明を適用することが可能である。
【０１２３】
［その他の変形例］
また、例えば、ハンディターミナル１１４の機能を、レーザ加工装置１０１の本体部１１１に設けたり、コンピュータなどの他の情報処理装置により実現するようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、以上の説明では、記録部２６４をレーザ加工装置１０１の内部に設ける例を示したが、レーザ加工装置１０１の外部に設けるようにしてもよい。また、各測定箇所の温度の履歴データを、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクもしくは半導体メモリなどのリムーバブルメディアに記録するようにしてもよい。
【０１２５】
また、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１２６】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１２７】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０１ レーザ加工装置
１１１ 本体部
１１２ 光ファイバ
１１３ 出射光学系
１１４ ハンディターミナル
１２１ａ乃至１２１ｄ レーザ電源
１２３ レーザヘッド
１２４ 制御系
１３１ 発振器
１３２ 入射光学系
１４４ 共振器
１４４ａ 全反射ミラー
１４４ｂ ミラー
１４６ 第１集光器
１４６Ａ，１４６Ｂ フランジ
１４８ 第２集光器
１４８Ａ，１４８Ｂ フランジ
１６１ ガラスアパーチャ
１６２ ミラー
１６３ 折り返しミラー
１６４ リレーレンズ
１６５ａ乃至１６５ｄ 光路切替器
１６６ａ乃至１６６ｄ 入射光学器
１６８ ビームダンパ
１８１ 入射部
１８２ 出射部
１８３ ノズル
１９１ ミラー
１９５ 出射部センサ
２０１ 主制御部
２０２ 電源制御部
２０３ 光路制御監視部
２２１ センサ部
２３２ 出力部
２３３ 通信部
２５１ レーザ制御部
２５２ 監視部
２６１ 出力監視部
２６２ 温度監視部
２６３ 記録制御部
２６４ 記録部
２６５ 通知制御部
ＴＳ１乃至ＴＳ２２ 温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法に関し、特に、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定できるようにしたレーザ加工装置およびレーザ加工装置の異常監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置のレーザ光の出射部にフォトダイオードを利用したセンサを設置して、センサの受光量を監視することにより、レーザ光の出力を監視していた。しかし、この方法では、レーザ光の出力が停止したり、強度が低下したりするといったレーザ光の出力異常を検出することはできても、その原因までは特定することができなかった。
【０００３】
そこで、従来、レーザ光源から加工ヘッドにレーザ光を伝送する光ファイバの入射端および出射端のレンズ系の近傍に、各レンズ系内の迷光を検出するための受光器をそれぞれ設け、その受光器の出力を比較することにより、光ファイバの破断を検出することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来、光ファイバを介してレーザ加工ヘッドに入射するレーザ光の強度、および、加工対象となるワークで反射されてレーザ加工ヘッドに入射する反射光の強度を測定し、その測定結果に基づいて、光ファイバの異常と、ワークの加工部の異常またはレーザ加工ヘッド内の光学部品の異常とを切り分けることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３８７５１号公報
【特許文献２】特開２００７−３８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、レーザ加工装置の高出力化が進んでおり、高出力のレーザ光により装置内の部品が破損し、レーザ光の出力異常が発生するケースが増加している。
【０００７】
一方で、レーザ加工装置が連続稼動する工場などにおいては、レーザ光の出力異常が発生した場合に、より迅速に原因を特定し、レーザ加工装置を復旧させることが望まれている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、光ファイバの破断以外の原因を特定することができなかった。
【０００９】
また、特許文献２に記載の発明では、光ファイバの異常と、ワークの加工部の異常またはレーザ加工ヘッド内の光学部品の異常とを切り分けることは可能であるが、それ以上の原因を特定するには、さらに詳細な調査が必要である。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置は、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力を監視する出力監視手段と、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定する温度測定手段とを備える。
【００１２】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置においては、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力が監視され、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度が測定される。
【００１３】
従って、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００１４】
このレーザ加工装置は、例えば、液晶ディスプレイ、太陽電池パネル、各種の基板等の加工を行うレーザ加工装置、あるいは、レーザ溶接および切断を行うレーザ加工装置により構成される。この出力監視手段は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサにより構成される。この温度測定手段は、例えば、サーミスタにより構成される。
【００１５】
また、温度を測定する対象となる複数の部品は、例えば、ガラスアパーチャ、各種ミラー、各種レンズ、光路切替器、光ファイバ、ノズル、レーザ光を発振する発振器の共振器および集光器などにより構成される。さらに、各部品における温度の測定箇所は、例えば、当該部品にレーザ光が入射される位置、当該部品においてレーザ光が通過する位置、当該部品からレーザ光が出射される位置、および、当該部品と他の部品とが接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍とされる。
【００１６】
このレーザ加工装置においては、レーザ光の出力の異常が検出された場合、測定手段により測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する記録制御手段をさらに設けることができる。
【００１７】
これにより、より確実にレーザ光の出力異常の原因を特定することができる。
【００１８】
このレーザ加工装置においては、前記複数の部品は、レーザ光を発振するレーザ発振器、レーザ発振器から出射されたレーザ光を出射光学系に導く導光部、および、出射光学系のうちのいずれかにそれぞれ設けられる。
【００１９】
これにより、レーザ発振器、導光部、または、出射光学系に設けられた部品が起因のレーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００２０】
このレーザ加工装置においては、前記導光部は、レーザ発振器からレーザ光が入射される入射光学系と、入射光学系と出射光学系とを接続する光ファイバとを備え、この温度測定手段には、入射光学系と光ファイバの接続部の近傍、および、出射光学系と光ファイバの接続部の近傍の温度を少なくとも測定させることができる。
【００２１】
これにより、光ファイバの破断や接続異常を容易かつ迅速に検出することができる。
【００２２】
このレーザ加工装置においては、温度測定手段により測定された各測定箇所の温度を監視する温度監視手段と、温度が所定の閾値を超えた測定箇所がある場合に通知するように制御する通知制御手段とさらに設けることができる。
【００２３】
これにより、異常が発生する可能性が高い部品を特定し、レーザ光の出力異常を未然に防止することができる。
【００２４】
このレーザ加工装置においては、各測定箇所の温度を所定の周期で記録部に記録するように制御する記録制御手段をさらに設けることができる。
【００２５】
これにより、レーザ加工装置の過去の動作状態を分析することが可能になる。
【００２６】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置の異常監視方法は、レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、加工対象物に向けてレーザ光を出射する出射光学系からのレーザ光の出力の異常を監視する方法であって、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定し、出射光学系からのレーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御するステップを含む。
【００２７】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置の異常監視方法においては、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度が測定され、出射光学系からのレーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度が記録部に記録される。
【００２８】
従って、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【００２９】
このレーザ加工装置は、例えば、液晶ディスプレイ、太陽電池パネル、各種の基板等の加工を行うレーザ加工装置、もしくは、レーザ溶接および切断を行うレーザ加工装置により構成される。
【００３０】
また、温度を測定する対象となる複数の部品は、例えば、ガラスアパーチャ、各種ミラー、各種レンズ、光路切替器、光ファイバ、ノズル、レーザ光を発振する発振器の共振器および集光器などにより構成される。さらに、各部品における温度の測定箇所は、例えば、当該部品にレーザ光が入射される位置、当該部品においてレーザ光が通過する位置、当該部品からレーザ光が出射される位置、および、当該部品と他の部品とが接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍とされる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用したレーザ加工装置の本体部の構成例を示す図である。
【図２】本発明を適用したレーザ加工装置の発振器の構成例を示す図である。
【図３】本発明を適用したレーザ加工装置の入射光学系の構成例を示す図である。
【図４】本発明を適用したレーザ加工装置の出射光学系の構成例を示す図である。
【図５】本発明を適用したレーザ加工装置の制御系の一部の構成例を示すブロック図である。
【図６】レーザ加工装置の制御系の主制御部により実現される機能の一部の構成例を示すブロック図である。
【図７】レーザ制御監視処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】レーザ加工装置の出力が正常である場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示す図である。
【図９】レーザ加工装置の出力に異常が発生した場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示す図である。
【図１０】レーザ加工装置の各測定箇所の温度の測定結果の例を示すグラフである。
【図１１】レーザ加工装置の各測定箇所の温度の測定結果の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００３４】
＜実施の形態＞
［レーザ加工装置の構成例］
図１乃至図５は、本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示す図である。図１は、レーザ加工装置１０１の本体部１１１の構成例を示す図である。図２は、レーザ加工装置１０１の発振器１３１の構成例を示す図である。図３は、レーザ加工装置１０１の入射光学系１３２の構成例を示す図である。図４は、レーザ加工装置１０１の出射光学系１１３の構成例を示す図である。図５は、レーザ加工装置１０１の制御系１２４の一部の構成例を示すブロック図である。
【００３５】
図１に示されるように、レーザ加工装置１０１は、本体部１１１、光ファイバ１１２、出射光学系１１３、および、ハンディターミナル１１４を含むように構成される。本体部１１１と出射光学系１１３は、光ファイバ１１２を介して接続されている。また、ハンディターミナル１１４は、本体部１１１に内蔵されている制御系１２４に接続されている。
【００３６】
本体部１１１の下段には、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄ、および、冷却部１２２が内蔵されている。また、本体部１１１の上段には、発振器１３１（図２）および入射光学系１３２（図３）からなるレーザヘッド１２３が内蔵されている。なお、図１では、図を分かりやすくするために、レーザヘッド１２３を構成する部品の一部のみを図示している。また、本体部１１１には、上述したように制御系１２４が内蔵されている。
【００３７】
［発振器の構成例］
図２に示されるように、発振器１３１は、ガイド光発振器１４１、ミラー１４２、ミラー１４３、共振器１４４、第１共振器シャッタ１４５、第１集光器１４６、第２共振器シャッタ１４７、および、第２集光器１４８を含むように構成される。
【００３８】
共振器１４４は、全反射ミラー１４４ａ、および、所定の透過率のミラー１４４ｂにより構成され、全反射ミラー１４４ａおよびミラー１４４ｂは、第１集光器１４６を挟んで互いに平行になるように配置されている。そして、レーザ電源１２１ａ，１２１ｂにより第１集光器１４６のフラッシュランプが点灯されると、第１集光器１４６内のレーザ媒質（例えば、Nd:YAG）が励起され、レーザ媒質内で誘導放出が発生する。誘導放出により発生した光は、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂの間を往復することにより増幅され、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂとの間の光の損失を上回る増幅が得られたとき、ミラー１４４ｂから第２集光器１４８の方向にレーザ光が出射される。第２集光器１４８に入射したレーザ光は、レーザ電源１２１ｃ，１２１ｄにより第２集光器１４８のフラッシュランプが点灯され、第２集光器１４８内のレーザ媒質（例えば、Nd:YAG）が励起され、レーザ媒質内で誘導放出が発生することにより、増幅されて第２集光器１４８から出射される。第２集光器１４８から出射されたレーザ光は、入射光学系１３２に入射する。
【００３９】
なお、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄから第１集光器１４６のフラッシュランプおよび第２集光器１４８のフラッシュランプにパルス電流を供給し、フラッシュランプを所定の間隔で点滅させることにより、第２集光器１４８から入射光学系１３２にパルス状のレーザ光が出射される。
【００４０】
ガイド光発振器１４１、ミラー１４２、およびミラー１４３は、レーザ光の光路を調整するために用いられる。また、第１共振器シャッタ１４５および第２共振器シャッタ１４７は、全反射ミラー１４４ａとミラー１４４ｂの間の光路を遮断し、発振器１３１からのレーザ光の出力を停止するために用いられる。
【００４１】
［入射光学系の構成例］
図３に示されるように、入射光学系１３２は、ガラスアパーチャ１６１、ミラー１６２、折り返しミラー１６３、リレーレンズ１６４、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄ、入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄ、ミラー１６７、ビームダンパ１６８、エネルギモニタ１６９、および、レーザダイオード１７０ａ，１７０ｂを含むように構成される。入射光学系１３２は、光ファイバ１１２とともに、発振器１３１から出射されたレーザ光を出射光学系１１３に導く導光部としての機能を有する。
【００４２】
発振器１３１から入射光学系１３２に入射したレーザ光は、ガラスアパーチャ１６１により光径が調整され、所定の透過率のミラー１６２により、その一部がエネルギモニタ１６９の方向に反射され、残りがミラー１６２を透過する。ミラー１６２を透過したレーザ光は、折り返しミラー１６３によりリレーレンズ１６４の方向に反射され、リレーレンズ１６４を透過し、光路切替器１６５ａに入射する。
【００４３】
光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄは、レーザ光の光路の切替えに用いられる。より具体的には、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄにより、レーザ光の光路は、入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄまたはミラー１６７のいずれかに入射するように設定される。
【００４４】
入射光学器１６６ａは、光ファイバ１１２を介して出射光学系１１３に接続されている。そして、入射光学器１６６ａから出射されたレーザ光は、光ファイバ１１２を介して出射光学系１１３に入射する。なお、図１に示されるように、光ファイバ１１２は、本体部１１１の天面に設けられているアタッチメント１２５ａにより、本体部１１１の天面において、その位置が固定される。
【００４５】
なお、本実施形態では、入射光学器１６６ａのみに出射光学系１１３を接続する例を示しているが、入射光学器１６６ｂ乃至１６６ｄにも、それぞれ光ファイバを介して出射光学系を接続することが可能である。すなわち、レーザ加工装置１０１は、レーザ光の出力系統を最大４系統まで増やすことが可能である。また、図１では、アタッチメント１２５ａ，１２５ｂの２つのアタッチメントのみを図示しているが、各出力系統の光ファイバ用に合計４つのアタッチメントが設けられる。
【００４６】
なお、レーザ光の出力系統の数は、その一例であり、４系統以外の数にすることも可能である。
【００４７】
また、光路切替器１６５ａ，１６５ｂにより、レーザ光がミラー１６７に入射するように設定されている場合、レーザ光は、ミラー１６７により反射されてビームダンパ１６８に入射する。なお、この光路に設定することにより、発振器１３１の稼動を停止させずに、外部へのレーザ光の出力を一時的に停止させることができる。
【００４８】
エネルギモニタ１６９は、ミラー１６２により反射されたレーザ光の強度を検出することにより、発振器１３１から出力されるレーザ光の強度を監視する。
【００４９】
レーザダイオード１７０ａ，１７０ｂは、レーザ光の光路の調整用の光を出力する。
【００５０】
［出射光学系の構成例］
図４に示されるように、出射光学系１１３は、入射部１８１、出射部１８２、ノズル１８３、観察部１８４、および、カメラ１８５を含むように構成される。入射部１８１は、出射部１８２の側面の上端付近に設けられ、光ファイバ１１２に接続されている。ノズル１８３は、出射部１８２の下端に設けられている。観察部１８４は、出射部１８２の上端に設けられている。カメラ１８５は、観察部１８４の上端に接続されている。
【００５１】
出射部１８２には、所定の透過率（例えば、０．５％）のミラー１９１、レンズ１９２、レンズ１９３、および、シールドガラス１９４が内蔵されている。また、出射部１８２の側面の入射部１８１と対向する位置には、フォトセンサなどからなる出射部センサ１９５が設けられている。
【００５２】
観察部１８４には、フィルタ１９６が内蔵されている。
【００５３】
入射光学系１３２の入射光学器１６６ａから出射されたレーザ光は、光ファイバ１１２により伝送され、入射部１８１に入射した後、ミラー１９１に入射し、一部がミラー１９１を透過し、残りがレンズ１９２の方向に反射される。
【００５４】
レンズ１９２の方向に反射されレーザ光は、レンズ１９２によりコリメートされ、レンズ１９３およびシールドガラス１９４を透過した後、ノズル１８３の先端から加工対象物（不図示）に向けて出射され、加工対象物に照射される。このとき、レンズ１９３により、加工対象物の加工面においてレーザ光が集光される。
【００５５】
一方、ミラー１９１を透過したレーザ光は、出射部センサ１９５に入射し、出射部センサ１９５によりその強度（光量）が検出される。
【００５６】
カメラ１８５は、ノズル１８３、シールドガラス１９４、レンズ１９３、レンズ１９２、フィルタ１９６等を介して、加工対象物の加工部分の撮影を行う。
【００５７】
［温度センサの設置位置の例］
レーザ加工装置１０１においてレーザ光の出力異常が発生する場合、ほとんどのケースにおいて、レーザ光の光路上の１つまたは複数の部品がレーザ光により破損する。また、レーザ光により破損した部分は、非常に高温になる。そこで、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、レーザ光が入射される位置、レーザ光が通過する位置、レーザ光が出射される位置、および、光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定するように、温度センサが設置されている。これにより、レーザ光の出力異常が発生したときに、高温になっている部品を検出することにより、レーザ光の出力異常が発生した原因を容易かつ迅速に特定することが可能になる。
【００５８】
ここで、図２乃至図４を参照して、温度センサの設置位置の具体例について説明する。
【００５９】
例えば、レーザ光の光路上のレンズ、ミラーなどの光学部品の汚れ、経時劣化または損傷が生じている部分にレーザ光が入射すると、その部分が加熱され、焼損したり、変色したりする。そして、焼損または変色した部分で、レーザ光の光路にズレが生じたり、レーザ光が拡散したり、レーザ光の一部または全部が遮断されたりして、レーザ光の出力異常が発生する。
【００６０】
なお、光学部品の汚れは、例えば、埃などの異物が付着したり、堆積することにより発生する。また、光学部品の損傷は、例えば、外から力が加わったり、レーザ加工装置１０１が振動したりすることにより発生する。
【００６１】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上の光学部品であって、汚れ、経時劣化または損傷によりレーザ光の出力異常を誘発する可能性のある光学部品に、温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の共振器１４４（全反射ミラー１４４ａおよびミラー１４４ｂ）、入射光学系１３２のガラスアパーチャ１６１、ミラー１６２、折り返しミラー１６３、リレーレンズ１６４、および、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄ、並びに、出射光学系１１３のミラー１９１に、温度センサＴＳ１、温度センサＴＳ４、温度センサＴＳ７乃至ＴＳ１４、および、温度センサＴＳ２１がそれぞれ設置されている。
【００６２】
また、例えば、レーザ光の光路上の部品のレーザ光が出射される部分など（例えば、ノズル１８３の出射部など）において、出射したレーザ光の反射光や戻り光が照射され、レーザ光が照射された部分が加熱され、破損する場合がある。そして、破損した部分で、レーザ光の光路のズレが生じたり、レーザ光が拡散したり、レーザ光の一部または全部が遮断されたりして、レーザ光の出力異常が発生する。
【００６３】
従って、レーザ加工装置１０１では、反射光や戻り光により破損する可能性がある部分に温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の第２集光器１４８のフランジ１４８Ｂ、並びに、出射光学系１１３の入射部１８１の光ファイバ１１２が接続される部分の近傍、およびノズル１８３に、温度センサＴＳ６、温度センサＴＳ２０、および、温度センサＴＳ２２がそれぞれ設置されている。例えば、第２集光器１４８のフランジ１４８Ｂには、第２集光器１４８から出射されたレーザ光の反射光が照射される可能性があり、入射部１８１と光ファイバ１１２の接続部、および、ノズル１８３には、加工対象物に照射されたレーザ光の反射光（いわゆる、戻り光）が照射される可能性がある。
【００６４】
さらに、例えば、レーザ光の光路の調整不良により、レーザ光の出力異常が発生するとともに、レーザ光の光路上の部品の入射部において、レーザ光が正常な位置に入射されず、その近傍に照射され、レーザ光が照射された部分が加熱され、破損する場合がある。
【００６５】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路の調整不良により破損する可能性がある部分に温度センサが設置されている。具体的には、発振器１３１の第１集光器１４６の両端のフランジ１４６Ａ，１４６Ｂ、および、第２集光器１４８のフランジ１４８Ａに、温度センサＴＳ２、温度センサＴＳ３、および、温度センサＴＳ５が、それぞれ設置されている。
【００６６】
また、例えば、レーザ光の光路上で複数の部品を接続する場合、その接続が正常になされていないと、レーザ光の光路にズレが生じ、レーザ光の出力異常が発生するとともに、接続部にレーザ光が照射され、破損する場合がある。
【００６７】
従って、レーザ加工装置１０１では、レーザ光の光路上において、複数の部品を接続する接続部の近傍に温度センサが設置されている。具体的には、入射光学系１３２の入射光学器１６６ａ乃至１６６ｄの光ファイバ１１２との接続部の近傍、および、出射光学系１１３の入射部１８１の光ファイバ１１２との接続部の近傍に、温度センサＴＳ１６乃至ＴＳ１８および温度センサＴＳ２０が、それぞれ設置されている。
【００６８】
さらに、レーザ光の出力異常の原因を特定する目的とは異なるが、ビームダンパ１６８に温度センサＴＳ１９が設置されている。これは、ビームダンパ１６８は、レーザ光を一時的に遮断するために用いられるので、レーザ光による焼損が発生しやすいためである。
【００６９】
なお、各温度センサは、レーザ光の光路から外れた位置であって、レーザ光の光路になるべく近い位置に設置することが望ましい。すなわち、各温度センサは、レーザ光の一部または全部を遮断することなく、レーザ光の出力異常が発生した場合に温度が上昇することが想定される位置の近傍に設置されることが望ましい。
【００７０】
また、図２乃至図４に示した温度センサの設置位置は、その一例であり、必要に応じて設置位置を増やしたり、減らしたりすることが可能である。また、より確実に温度の異常を検出できるように、例えば、図２乃至図４に示した設置位置において、複数の温度センサを設置するようにしてもよい。
【００７１】
［制御系およびハンディターミナルの構成例］
図５に示されるように、レーザ加工装置の制御系１２４は、主制御部２０１、電源制御部２０２、および、光路制御監視部２０３を含むように構成される。また、ハンディターミナル１１４は、操作部２３１、出力部２３２、および、通信部２３３を含むように構成される。
【００７２】
主制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、および、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの記録装置などにより構成され、レーザ加工装置１０１の各部の動作の制御を行う。
【００７３】
電源制御部２０２は、例えば、複数の回路等が設けられた電源制御基板により構成される。電源制御部２０２は、エネルギモニタ１６９から、レーザ光の強度の検出結果を取得し、主制御部２０１に供給する。また、電源制御部２０２は、主制御部２０１の制御の基に、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄに指令を出し、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄのオンおよびオフ、並びにパワーを制御する。さらに、電源制御部２０２は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態等を示す信号をレーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄから取得し、主制御部２０１に供給する。
【００７４】
光路制御監視部２０３は、レーザ光の光路を制御したり、レーザ光の監視を行ったりする。光路制御監視部２０３は、センサ部２２１およびドライバ２２２ａ乃至２２２ｄを含むように構成される。
【００７５】
センサ部２２１は、例えば、複数の回路等が設けられたセンサ基板により構成される。センサ部２２１は、温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から、各測定箇所の温度の測定結果を取得する。また、センサ部２２１は、出射光学系１１３の出射部センサ１９５から、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を取得する。そして、センサ部２２１は、各測定箇所の温度、および、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を主制御部２０１に供給する。
【００７６】
なお、本実施形態では、出射光学系１１３が１つのみ設けられ、出射部センサ１９５が１つだけセンサ部２２１に接続される例を示したが、出射光学系１１３が２つ以上設けられる場合、各出射光学系１１３の出射部センサ１９５が、それぞれセンサ部２２１に接続される。
【００７７】
ドライバ２２２ａ乃至２２２ｄは、主制御部２０１の制御の基に、光路切替器１６５ａ乃至１６５ｄを制御し、レーザ光の光路を切替える。
【００７８】
ハンディターミナル１１４の操作部２３１は、例えば、各種のキー、ボタン、スイッチ等の操作手段により構成され、ユーザがレーザ加工装置１０１に対して各種の指令を入力するときに操作される。操作部２３１は、ユーザにより入力された指令を主制御部２０１に供給する。
【００７９】
出力部２３２は、例えば、表示装置、音声出力装置、ランプ、ブザーなどにより構成される。出力部２３２は、主制御部２０１の制御の基に、画像、音声、光などにより、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を出力する。
【００８０】
通信部２３３は、主制御部２０１の制御の基に、所定の通信方式により、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を外部の装置に送信する。また、通信部２３３は、所定の通信方式により、各種の情報を外部の装置から受信し、主制御部２０１に供給する。
【００８１】
［主制御部により実現される機能の構成例］
次に、図６を参照して、主制御部２０１により実現される機能の一部の構成例について説明する。主制御部２０１により、レーザ制御部２５１および監視部２５２を含む機能が実現される。また、監視部２５２は、出力監視部２６１、温度監視部２６２、記録制御部２６３、記録部２６４、および、通知制御部２６５を含むように構成される。
【００８２】
レーザ制御部２５１は、操作部２３１を介して入力されるユーザからの指令を取得し、取得した指令に従って、電源制御部２０２を介して、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを制御する。また、レーザ制御部２５１は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態を示す信号を電源制御部２０２から取得する。さらに、レーザ制御部２５１は、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄの状態等を出力監視部２６１および温度監視部２６２に通知する。
【００８３】
出力監視部２６１は、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を示す信号を、センサ部２２１を介して出射部センサ１９５から取得し、レーザ光の出力を監視する。また、出力監視部２６１は、レーザ光の出力異常を検出した場合、レーザ光の出力異常の発生を通知するための出力異常アラームを、レーザ制御部２５１、記録制御部２６３、および、通知制御部２６５に供給する。
【００８４】
温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を、センサ部２２１を介して温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から取得し、各測定箇所の温度を監視する。また、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を記録制御部２６３および通知制御部２６５に供給する。さらに、温度監視部２６２は、温度の異常を検出した場合、温度の異常の発生を通知制御部２６５に通知する。
【００８５】
記録制御部２６３は、各測定箇所の温度の測定結果の記録部２６４への記録を制御する。
【００８６】
記録部２６４は、例えば、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどの記録装置により構成される。
【００８７】
通知制御部２６５は、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を出力部２３２から出力させる。また、通知制御部２６５は、通信部２３３を制御して、レーザ加工装置１０１の状態等を示す情報を外部の装置に送信する。
【００８８】
［レーザ制御監視処理］
次に、図７乃至図９を参照して、レーザ加工装置１０１により実行されるレーザ制御監視処理について説明する。なお、図７は、レーザ制御監視処理を説明するためのフローチャートを示している。図８は、レーザ加工装置１０１の出力が正常である場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示し、図９は、レーザ加工装置１０１の出力に異常が発生した場合の各種の信号のタイミングチャートの例を示している。
【００８９】
なお、以下、レーザ光の出射時間、パルス間隔、強度等の加工条件が電源制御部２０２（またはレーザ制御部２５１）に予め設定されているものとする。また、この処理は、例えば、ユーザが、レーザ加工の開始の指令を、操作部２３１を介してレーザ制御部２５１に入力したとき開始される。
【００９０】
ステップＳ１において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２への出射指令の出力を開始する。また、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２への出射指令の出力を開始したことを出力監視部２６１および温度監視部２６２に通知する。なお、この出射指令は、電源制御部２０２からレーザ制御部２５１に出射完了信号が供給されるまで出力される。
【００９１】
ステップＳ２において、温度監視部２６２は、温度の監視を開始する。具体的には、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を、センサ部２２１を介して温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２から取得し、各測定箇所の温度の監視を開始する。また、温度監視部２６２は、各測定箇所の温度の測定結果を記録制御部２６３および通知制御部２６５に供給する。
【００９２】
記録制御部２６３は、例えば、所定の期間（例えば、数十秒）分の各測定箇所の温度の測定結果を記録部２６４に常時バッファリングする。すなわち、レーザ加工装置１０１の稼働中、所定の期間前から現在までの各測定箇所の温度の測定結果が、記録部２６４に常時保持される。
【００９３】
また、通知制御部２６５は、例えば、各測定箇所の温度の測定結果を図１０に示されるようなグラフにして、出力部２３２に表示させる。なお、図１０の横軸は時間を示し、縦軸は温度および出力異常アラームの値を示している。また、図１０では、説明を簡単にするために、Ａ点乃至Ｄ点の４つの測定箇所の温度のみを示している。なお、Ａ点乃至Ｄ点は、温度センサＴＳ１乃至ＴＳ２２により温度が測定される測定箇所のいずれかに相当する。
【００９４】
ステップＳ３において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射中信号の出力が開始されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、レーザ制御部２５１からの出射指令の供給が開始された後、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを制御して、レーザ光の出射準備を行う。そして、電源制御部２０２は、出射準備が完了した後、レーザ制御部２５１への出射中信号の出力を開始する。レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射中信号が供給されてくるまで、ステップＳ３の判定処理を繰返し、電源制御部２０２から出射中信号が供給されてきたとき、出力中信号の出力が開始されたと判定し、出力中信号の出力が開始されたことを出力監視部２６１に通知し、その後、処理はステップＳ４に進む。
【００９５】
ステップＳ４において、出力監視部２６１は、レーザ光の出力の監視を開始する。すなわち、出力監視部２６１は、センサ部２２１を介して出射部センサ１９５から供給される信号に基づいて、出射光学系１１３から出射されるレーザ光の強度を、所定の検出周期で検出する。
【００９６】
ステップＳ５において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２からパルス開始信号が出力されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、出射中信号の出力を開始した後、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄに所定の周期でパルス状の出力制御信号を出力する。レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄは、電源制御部２０２からの出力制御信号に同期して、第１集光器１４６のフラッシュランプおよび第２集光器１４８のフラッシュランプを点滅させる。これにより、出射光学系１１３からパルス状のレーザ光が出力される。また、電源制御部２０２は、出力制御信号をオンしたとき、レーザ制御部２５１にパルス状のパルス開始信号を供給し、出力制御信号をオフしたとき、レーザ制御部２５１にパルス状のパルス完了信号を供給する。
【００９７】
そして、ステップＳ５において、レーザ制御部２５１が、電源制御部２０２からパルス開始信号が出力されていないと判定した場合、処理はステップＳ６に進む。
【００９８】
ステップＳ６において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２から出射完了信号が出力されたか否かを判定する。具体的には、電源制御部２０２は、予め設定されている時間だけ出射光学系１１３からレーザ光が出力された後、あるいは、予め設定されている数のパルスのレーザ光が出射光学系１１３から出力された後、出射中信号の出力を停止し、パルス状の出射完了信号をレーザ制御部２５１に供給する。
【００９９】
そして、ステップＳ６において、レーザ制御部２５１が、電源制御部２０２から出射完了信号が出力されていないと判定した場合、処理はステップＳ５に戻る。その後、ステップＳ５において、パルス開始信号が出力されたと判定されるか、ステップＳ６において、出射完了信号が出力されたと判定されるまで、ステップＳ５およびＳ６の処理が繰返し実行される。
【０１００】
一方、ステップＳ５において、レーザ制御部２５１は、パルス開始信号が出力されたと判定した場合、パルス開始信号が出力されたことを出力監視部２６１に通知し、その後、処理はステップＳ７に進む。
【０１０１】
ステップＳ７において、出力監視部２６１は、レーザ光が正常に出力されてたか否かを判定する。出力監視部２６１は、出射部センサ１９５により検出されたレーザ光の強度が所定の閾値未満である場合、レーザ光が正常に出力されていないと判定し、処理はステップＳ８に進む。
【０１０２】
ステップＳ８において、レーザ制御部２５１は、電源制御部２０２からパルス完了信号が出力されたか否かを判定する。パルス完了信号が出力されていないと判定された場合、処理はステップＳ７に戻る。その後、ステップＳ７において、レーザ光が正常に出力されたと判定されるか、ステップＳ８において、パルス完了信号が出力されたと判定されるまで、ステップＳ７およびＳ８の処理が繰返し実行される。
【０１０３】
一方、ステップＳ７において、出力監視部２６１は、出射部センサ１９５により検出されたレーザ光の強度が所定の閾値以上である場合、レーザ光が正常に出力されたと判定し、処理はステップＳ５に戻り、ステップＳ５以降の処理が実行される。
【０１０４】
一方、ステップＳ８において、パルス完了信号が出力されたと判定された場合、すなわち、レーザ光が正常に出力される前に、パルス完了信号が出力された場合、処理はステップＳ９に進む。例えば、図９の例では、レーザ光が正常に出力される前に、時刻ｔ１においてパルス完了信号が出力されているため、ステップＳ８の判定処理の後、処理はステップＳ９に進む。
【０１０５】
ステップＳ９において、出力監視部２６１は、レーザ制御部２５１、記録制御部２６３、および、通知制御部２６５に出力異常アラームを出力する。
【０１０６】
ステップＳ１０において、電源制御部２０２は、レーザ制御部２５１の制御の基に、レーザ電源１２１ａ乃至１２１ｄを停止する。
【０１０７】
ステップＳ１１において、レーザ加工装置１０１は、アラーム処理を行う。具体的には、記録制御部２６３は、レーザ光の出力異常が発生した前後の所定の期間（例えば、数十秒）の各測定箇所の温度の時系列のデータ（履歴データ）を、レーザ光の出力異常が発生した日時とともに記録部２６４に記録する。
【０１０８】
この各測定箇所の温度の履歴データを用いることにより、レーザ光の出力異常の原因の特定が容易になる。例えば、図１０に示される例では、レーザ光の出力異常が検出された時刻ｔ１において、出力異常アラームの値が０から１に変化している。その後、Ａ点の温度が急激に上昇し、所定の故障閾値を超えている。従って、レーザ光の出力異常の原因が、Ａ点の部品またはその近傍にあることを容易に特定することができる。
【０１０９】
このように、履歴データにおいて故障閾値を超えている測定箇所を検出することにより、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。なお、故障閾値は、測定箇所毎に任意の値に設定することが可能である。
【０１１０】
なお、レーザ光の出力異常が発生してから、Ａ点の温度が上昇するまでの間にタイムラグが存在するのは、主に温度センサの反応速度が要因である。すなわち、温度センサは、測定箇所の温度の変化に反応するのに所定の時間（例えば、１秒程度）を要するため、上述したタイムラグが発生している。
【０１１１】
また、図１０は温度の測定結果の一例であり、例えば、レーザ光の出力異常が検出される前に、異常が発生した箇所の温度が上昇する場合もある。
【０１１２】
また、通知制御部２６５は、例えば、ハンディターミナル１１４の出力部２３２に、レーザ光の出力異常が発生したことを通知する通知画面やメッセージを表示させたり、アラーム音を出力させたりする。さらに、通知制御部２６５は、例えば、ハンディターミナル１１４の通信部２３３に、所定の通信方式に従って、レーザ光の出力異常が発生したことを通知する電子メール等を、外部のコンピュータや携帯電話機などの装置に送信させる。
【０１１３】
その後、レーザ制御監視処理は終了する。
【０１１４】
一方、ステップＳ６において、レーザ制御部２５１は、出射完了信号が出力されたと判定した場合、出射完了信号が出力されたことを出力監視部２６１に通知し、レーザ制御監視処理は終了する。すなわち、この場合、レーザ光が正常に出射され、レーザ加工が正常に行われた後、レーザ制御監視処理が終了する。
【０１１５】
以上のようにして、レーザ光の出力異常の原因を容易かつ迅速に特定することが可能になる。その結果、より迅速に出力異常に対する対策をとることができ、レーザ加工装置１０１をより迅速に復旧させることができる。
【０１１６】
＜２．変形例＞
［温度を記録するタイミング］
なお、以上の説明では、各測定箇所の温度の測定結果を所定の期間バッファリングしておき、レーザ光の出力異常が発生した前後の各測定箇所の温度を記録する例を示したが、例えば、各測定箇所の温度の測定結果のバッファリングを行わずに、出力異常が発生した後の温度のみを記録するようにすることも可能である。
【０１１７】
また、例えば、レーザ加工装置１０１の稼働中の各測定箇所の温度の履歴データを常時記録するようにしてもよい。この場合、記録するデータの容量の観点から、温度を記録するサンプリング周期は、例えば、レーザ光の出力異常の発生時に温度を記録するサンプリング周期より長い周期（例えば、数秒単位）に設定することが望ましい。
【０１１８】
そして、例えば、図１１に示されるように、各測定箇所の温度の履歴データをグラフ化して、ハンディターミナル１１４の出力部２３２に表示することにより、経時劣化や汚れなどの要因により温度が上昇傾向にある部品を容易に把握することができる。例えば、図１１の例では、Ｄ点の部品の温度が上昇傾向にあることが分かる。これにより、例えば、Ｄ点の部品をメインテナンスしたり、交換したりすることにより、レーザ光の出力異常の発生を未然に防止することができる。
【０１１９】
また、過去の各測定箇所の温度の履歴データを分析することにより、レーザ加工装置１０１の過去の動作状態を確認したり、レーザ加工装置１０１の運転は継続されていたが、何らかの警告が発生されていた場合、その原因を詳細に調査したりすることができる。
【０１２０】
［温度の常時監視］
また、レーザ加工装置１０１の稼働中の温度を常時監視し、所定の警告閾値を超えた測定箇所が検出された場合、例えば、その測定箇所と温度を出力部２３２に表示したり、通信部２３３を介して、電子メール等により外部の装置に通知したりして、ユーザに警告するようにしてもよい。なお、警告閾値は、故障閾値より低い温度の範囲で、測定箇所毎に任意の温度に設定することが可能である。
【０１２１】
さらに、レーザ加工装置１０１の稼働中の温度を常時監視し、故障閾値を超えた測定箇所が検出された場合、レーザ光の出力を停止するようにすることも可能である。
【０１２２】
［レーザ加工装置の構成の変形例］
また、本発明を適用可能なレーザ加工装置の種類は、特定のものに限定されるものではない。例えば、レーザ加工装置１０１のような固体レーザの他、液体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザなどにも本発明を適用することが可能である。
【０１２３】
［その他の変形例］
また、例えば、ハンディターミナル１１４の機能を、レーザ加工装置１０１の本体部１１１に設けたり、コンピュータなどの他の情報処理装置により実現するようにしてもよい。
【０１２４】
さらに、以上の説明では、記録部２６４をレーザ加工装置１０１の内部に設ける例を示したが、レーザ加工装置１０１の外部に設けるようにしてもよい。また、各測定箇所の温度の履歴データを、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクもしくは半導体メモリなどのリムーバブルメディアに記録するようにしてもよい。
【０１２５】
また、上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０１２６】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１２７】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０１ レーザ加工装置
１１１ 本体部
１１２ 光ファイバ
１１３ 出射光学系
１１４ ハンディターミナル
１２１ａ乃至１２１ｄ レーザ電源
１２３ レーザヘッド
１２４ 制御系
１３１ 発振器
１３２ 入射光学系
１４４ 共振器
１４４ａ 全反射ミラー
１４４ｂ ミラー
１４６ 第１集光器
１４６Ａ，１４６Ｂ フランジ
１４８ 第２集光器
１４８Ａ，１４８Ｂ フランジ
１６１ ガラスアパーチャ
１６２ ミラー
１６３ 折り返しミラー
１６４ リレーレンズ
１６５ａ乃至１６５ｄ 光路切替器
１６６ａ乃至１６６ｄ 入射光学器
１６８ ビームダンパ
１８１ 入射部
１８２ 出射部
１８３ ノズル
１９１ ミラー
１９５ 出射部センサ
２０１ 主制御部
２０２ 電源制御部
２０３ 光路制御監視部
２２１ センサ部
２３２ 出力部
２３３ 通信部
２５１ レーザ制御部
２５２ 監視部
２６１ 出力監視部
２６２ 温度監視部
２６３ 記録制御部
２６４ 記録部
２６５ 通知制御部
ＴＳ１乃至ＴＳ２２ 温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記加工対象物に向けて前記レーザ光を出射する出射光学系からの前記レーザ光の出力を監視する出力監視手段と、
前記レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、前記レーザ光が入射される位置、前記レーザ光が通過する位置、前記レーザ光が出射される位置、および、前記光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定する温度測定手段と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光の出力の異常が検出された場合、前記測定手段により測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する記録制御手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記複数の部品は、前記レーザ光を発振するレーザ発振器、前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を前記出射光学系に導く導光部、および、前記出射光学系のうちのいずれかにそれぞれ設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記導光部は、
前記レーザ発振器から前記レーザ光が入射される入射光学系と、
前記入射光学系と前記出射光学系とを接続する光ファイバと
を備え、
前記温度測定手段は、前記入射光学系と前記光ファイバの接続部の近傍、および、前記出射光学系と前記光ファイバの接続部の近傍の温度を少なくとも測定する
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記温度測定手段により測定された各測定箇所の温度を監視する温度監視手段と、
温度が所定の閾値を超えた測定箇所がある場合に通知するように制御する通知制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
各測定箇所の温度を所定の周期で記録部に記録するように制御する記録制御手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、前記加工対象物に向けて前記レーザ光を出射する出射光学系からの前記レーザ光の出力の異常を監視する方法であって、
前記レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、前記レーザ光が入射される位置、前記レーザ光が通過する位置、前記レーザ光が出射される位置、および、前記光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定し、
前記出射光学系からの前記レーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する
ステップを含むレーザ加工装置の異常監視方法。
【請求項１】
レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、
前記加工対象物に向けて前記レーザ光を出射する出射光学系からの前記レーザ光の出力を監視する出力監視手段と、
前記レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、前記レーザ光が入射される位置、前記レーザ光が通過する位置、前記レーザ光が出射される位置、および、前記光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定する温度測定手段と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光の出力の異常が検出された場合、前記測定手段により測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する記録制御手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記複数の部品は、前記レーザ光を発振するレーザ発振器、前記レーザ発振器から出射された前記レーザ光を前記出射光学系に導く導光部、および、前記出射光学系のうちのいずれかにそれぞれ設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記導光部は、
前記レーザ発振器から前記レーザ光が入射される入射光学系と、
前記入射光学系と前記出射光学系とを接続する光ファイバと
を備え、
前記温度測定手段は、前記入射光学系と前記光ファイバの接続部の近傍、および、前記出射光学系と前記光ファイバの接続部の近傍の温度を少なくとも測定する
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記温度測定手段により測定された各測定箇所の温度を監視する温度監視手段と、
温度が所定の閾値を超えた測定箇所がある場合に通知するように制御する通知制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
各測定箇所の温度を所定の周期で記録部に記録するように制御する記録制御手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
レーザ光を用いて加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、前記加工対象物に向けて前記レーザ光を出射する出射光学系からの前記レーザ光の出力の異常を監視する方法であって、
前記レーザ光の光路上の複数の部品の所定の位置であって、前記レーザ光が入射される位置、前記レーザ光が通過する位置、前記レーザ光が出射される位置、および、前記光路上の他の部品と接続される位置のうちの少なくとも１箇所の近傍の温度を測定し、
前記出射光学系からの前記レーザ光の出力の異常が検出された場合、測定された各測定箇所の温度を記録部に記録するように制御する
ステップを含むレーザ加工装置の異常監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２４０３６１（Ｐ２０１１−２４０３６１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３９２９（Ｐ２０１０−１１３９２９）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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