JP7398622B2 - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工システム - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工システムに関する。

レーザ加工システムは、ワークの切断、溶接、穴開け等のレーザ加工を行う。レーザ加工システムにおいて、レーザ加工ヘッドは、レーザ発振器から出射されて光ファイバを介して導かれたレーザ光を、ワークに照射する。レーザ加工ヘッドには、レーザ光を集光してワークに照射するための集光光学系が設けられている。

例えば、特許文献１に係るレーザ加工機（レーザ加工ヘッド）は、光ファイバから出射されたレーザ発振器からのレーザ光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートされたレーザ光をワークに対して集光照射する集光レンズと、を備える。コリメートレンズ及び集光レンズは、光軸方向に移動可能に設けられている。コリメートレンズと集光レンズとの間には、コリメートレンズで平行光束に矯正されたレーザ光の光軸を直角に偏向するベンドミラーが設けられている。コリメートレンズと集光レンズとを光軸方向へ移動させることによって、集光レンズにおける集光直径が変換可能となる。

特開２００９－２２６４７３号公報

ところで、近年、例えば近赤外と青色のような互いに波長の異なる２種類のレーザ光を用いた、ハイブリットレーザ加工システムが知られている。ハイブリットレーザ加工システムは、互いに波長の異なる２種類のレーザ光をレーザ加工ヘッドで同一光軸上に組み合わせて、当該組み合せた２種類のレーザ光各々をワークに集光照射する。ハイブリットレーザ加工システムは、２種類のレーザ光の長所を活かしたり、短所を補完し合ったりすることができるので、１種類のレーザ光のみを用いた従来のレーザ加工システムに比較して、多くの利点を有する。

このようなハイブリットレーザ加工システムでは、ワークに照射される各レーザ光の集光位置やスポット径等の集光状態を検出して、各集光状態を所望の状態に微調整する必要がある。例えば、各レーザ光の集光位置を検出して、各集光位置を、互いに一致させたり、あるいは所定の間隔でずらしたりする。また、例えば、各レーザ光のスポット径を検出して、各スポット径を所定のサイズに拡縮する。

従来のハイブリットレーザ加工システムでは、ワークに照射される各レーザ光の集光状態をレーザ加工中にリアルタイムで検出することが困難であったため、各集光状態を調整するためには、レーザ加工を一度中断する等の必要があり、面倒であった。

本開示は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリットレーザ加工おいて、ワークに照射される各レーザ光の集光状態を、リアルタイムで検出及び調整することにある。

本開示に係るレーザ加工ヘッドは、互いに異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を組み合わせてワークに照射するレーザ加工ヘッドであって、上記第２レーザ光を上記第１レーザ光に交差する方向に曲げるベンドミラーと、上記第１レーザ光の大部分を上記ワーク側に透過するとともに上記第２レーザ光の大部分を上記ワーク側に反射するダイクロイックミラーと、上記ダイクロイックミラーと上記ワークとの間において、上記第１レーザ光及び上記第２レーザ光各々を集光して上記ワークに照射するワーク側集光レンズと、上記ダイクロイックミラーにより反射した上記第１レーザ光の残部及び上記ダイクロイックミラーを透過した上記第２レーザ光の残部各々を受光する光検出器と、上記ダイクロイックミラーと上記光検出器との間において、上記第１レーザ光及び上記第２レーザ光各々を集光して上記光検出器に照射する検出側集光レンズと、上記ワーク側の像面における上記第１レーザ光及び上記第２レーザ光の少なくとも一方の集光状態であるワーク側集光状態を調整する調整手段と、を備え、上記光検出器は、上記光検出器側の像面における上記第１レーザ光及び上記第２レーザ光の上記少なくとも一方の集光状態であって上記ワーク側集光状態に対応する検出側集光状態を検出しており、上記ワーク側集光状態は、上記検出側集光状態に基づいて上記調整手段によって調整される。

本開示に係るレーザ加工システムは、上記レーザ加工ヘッドと、上記第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、上記第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、上記第１レーザ光を上記第１レーザ発振器から上記レーザ加工ヘッドへ伝送する第１光ファイバと、上記第２レーザ光を上記第２レーザ発振器から上記レーザ加工ヘッドへ伝送する第２光ファイバと、を備える。

本開示によれば、ハイブリットレーザ加工おいて、ワークに照射される各レーザ光の集光状態を、リアルタイムで検出及び調整することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係るレーザ加工システムを模式的に示す。 図２は、レーザ加工ヘッドの内部構造を模式的に示す概略構成図であって、第１レーザ光の集光位置と第２レーザ光の集光位置とが互いに一致した場合を示す。 図３は、図２のＩＩＩ矢視において、ワーク側の像面における各レーザ光の集光状態を示す。 図４は、図２のＩＶ矢視において、イメージセンサ側の像面における各レーザ光の集光状態を示す図である。 図５は、レーザ加工ヘッドの内部構造を模式的に示す図２相当図であって、第１レーザ光の集光位置と第２レーザ光の集光位置とが互いにずれた場合を示す。 図６は、図５のＶＩ矢視において、ワーク側の像面における各レーザ光の集光状態を示す図３相当図である。 図７は、図２のＶＩＩ矢視において、イメージセンサ側の像面における各レーザ光の集光状態を示す図４相当図である。 図８は、レーザ加工ヘッドの内部構造を模式的に示す図２相当図であって、第２レーザ光がデフォーカスされた場合を示す。 図９は、図８のＩＸ矢視において、ワーク側の像面における各レーザ光の集光状態を示す図３相当図である。 図１０は、図８のＸ矢視において、イメージセンサ側の像面における各レーザ光の集光状態を示す図４相当図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（レーザ加工システム）
図１は、本実施形態に係るレーザ加工システム（レーザ加工装置）１を示す。レーザ加工システム１は、互いに波長の異なる２種類のレーザ光を用いたハイブリットレーザ加工システムであり、ワークＷの切断、溶接、穴開け等のレーザ加工を行う。

レーザ加工システム１は、レーザ加工ヘッド（レーザ照射ヘッド）１０と、第１レーザ発振器２及び第２レーザ発振器３と、第１光ファイバ４及び第２光ファイバ５と、マニピュレータ６と、制御装置７と、を備える。

第１レーザ発振器２は、第１レーザ光Ａを出射（発振）する。第２レーザ発振器３は、第２レーザ光Ｂを出射（発振）する。第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとは、互いに波長が異なる。第１レーザ光Ａは、近赤外光であり、その波長が９００ｎｍ～１２００ｎｍ程度である。第２レーザ光Ｂは、青色光であり、その波長が４００ｎｍ～４５０ｎｍ程度である。一般に、レーザ加工には近赤外光が適用されるが、銅への吸収率が良い等との理由から、近年、青色光もレーザ加工に適用されつつある。

第１光ファイバ４は、第１レーザ光Ａを、第１レーザ発振器２からレーザ加工ヘッド１０へ伝送する。第２光ファイバ５は、第２レーザ光Ｂを、第２レーザ発振器３からレーザ加工ヘッド１０へ伝送する。

レーザ加工ヘッド１０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂを、同一光軸上に組み合わせて、当該組み合わせた第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を、ワークＷの表面Ｗ１に照射する。レーザ加工ヘッド１０の詳細については、後述する。

マニピュレータ６は、先端にレーザ加工ヘッド１０が取り付けられ、レーザ加工ヘッド１０を移動させる。制御装置７は、マニピュレータ６の動作及び各レーザ発振器２，３によるレーザ光Ａ，Ｂの発振を制御する。制御装置７は、レーザ加工ヘッド１０の内部における後述するアクチュエータの動作を制御してもよい。

（レーザ加工ヘッド）
図２は、レーザ加工ヘッド１０の内部構造を示す。なお、図２におけるＸ，Ｙ，Ｚは直交座標系における各方向を示し、Ｘ，Ｙが前後左右の水平方向、Ｚが上下方向（鉛直方向）である。また、各レーザ光Ａ，Ｂの光軸（各レーザ光Ａ，Ｂにおける光束の代表となる仮想的な光線）の延びる方向を、「光軸方向」という。光軸方向は、直交座標系Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて常に一定ではなく、各レーザ光Ａ，Ｂの進行に応じて変化し得る。

レーザ加工ヘッド１０は、筐体１１の内部に設けられた集光光学系によって、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を集光してワークＷに照射する。レーザ加工ヘッド１０は、集光光学系として、第１コリメートレンズ２０と、第２コリメートレンズ２１と、ベンドミラー３０と、ダイクロイックミラー４０と、ワーク側集光レンズ５０と、光検出器としてのイメージセンサ６０と、検出側集光レンズ７０と、アパーチャー７１と、調整手段の一部としてのミラー側アクチュエータ８０と、調整手段の一部としての第１レンズ側アクチュエータ８１と、調整手段の一部としての第２レンズ側アクチュエータ８２と、を備える。

筐体１１内の入射部１２には、第１光ファイバ４からの第１レーザ光Ａ及び第２光ファイバ５からの第２レーザ光Ｂが、互いに並行に、Ｚ方向に入射する。入射部１２において、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂは、互いに並行に、Ｚ方向に直進する。

第１コリメートレンズ２０は、第１レーザ光Ａを、コリメート（平行光化）する。第２コリメートレンズ２１は、第２レーザ光Ｂを、コリメート（平行光化）する。各レーザ光Ａ，Ｂは、各コリメートレンズ２０，２１によって略平行光となる。

ベンドミラー３０は、第１レーザ光Ａの光軸に並行な第２レーザ光Ｂの光軸を、第１レーザ光Ａの光軸に交差する方向に、具体的には直交する方向（Ｙ方向）に、曲げる。

ダイクロイックミラー４０は、特定の波長領域の光の大部分を透過し、それ以外の波長領域の光の大部分を反射するミラーである。本実施形態では、ダイクロイックミラー４０は、裏面４１側から入射した第１レーザ光Ａの大部分を表面４２側に略真直ぐに透過するとともに、表面４２側から入射した第２レーザ光Ｂの大部分を表面４２側に略直角に反射する。一方、ダイクロイックミラー４０は、裏面４１側から入射した第１レーザ光Ａの残部を裏面４１側に略直角に反射するとともに、表面４２側から入射した第２レーザ光Ｂの残部を裏面４１側に略真直ぐに透過する。

ダイクロイックミラー４０を透過した第１レーザ光Ａの大部分及びダイクロイックミラー４０により反射した第２レーザ光Ｂの大部分の光軸方向進行側には、レーザ加工ヘッド１０の照射部（照射口）１３を介して、ワークＷが配置されている。すなわち、ダイクロイックミラー４０は、第１レーザ光Ａの大部分をワークＷ側に透過するとともに、第２レーザ光Ｂの大部分をワークＷ側に反射する。

各レーザ光Ａ，Ｂの大部分とは、例えば、エネルギー換算で、ダイクロイックミラー４０に入射する前の各レーザ光Ａ，Ｂの９５％～９９．９％程度である。各レーザ光Ａ，Ｂの残部とは、例えば、エネルギー換算で、ダイクロイックミラー４０に入射する前の各レーザ光Ａ，Ｂの０．１％～５％程度である。

ワーク側集光レンズ５０は、光軸方向において、ダイクロイックミラー４０とワークＷとの間に、配置されている。ワーク側集光レンズ５０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を集光する。そして、ワーク側集光レンズ５０は、集光した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を、照射部１３を介して、ワークＷの表面Ｗ１に照射する。ワーク側集光レンズ５０は、色収差補正機能を有してもよい。ワーク側集光レンズ５０によって照射される各レーザ光Ａ，Ｂの光軸方向は、Ｚ方向に略一致する。

イメージセンサ６０は、その受光面６１に結像させた光の明暗を電荷の量に光電変換し、それを読み出して電気信号に変換する撮像素子である。イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０の裏面４１側に、配置されている。具体的には、イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０により反射した第１レーザ光Ａの残部及びダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの残部の光軸方向進行側に、配置されている。すなわち、イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０により反射した第１レーザ光Ａの残部及びダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの残部各々を、受光面６１で受光する。

検出側集光レンズ７０及びアパーチャー７１は、光軸方向において、ダイクロイックミラー４０とイメージセンサ６０との間に、配置されている。検出側集光レンズ７０は、光軸方向において、アパーチャー７１よりもイメージセンサ６０側に位置する。検出側集光レンズ７０は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を集光する。そして、検出側集光レンズ７０は、集光した第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂ各々を、イメージセンサ６０の受光面６１に照射する。検出側集光レンズ７０は、色収差補正機能を有してもよい。アパーチャー７１は、各レーザ光Ａ，Ｂにおける余分な光束を遮断して、瞳径を小さくする。検出側集光レンズ７０によって照射される各レーザ光Ａ，Ｂの光軸方向は、Ｙ方向に略一致する。

ミラー側アクチュエータ８０は、ベンドミラー３０の傾きを、変化させる。ミラー側アクチュエータ８０は、例えば、モータやピエゾ素子等で構成されている。ミラー側アクチュエータ８０によるベンドミラー３０の傾き変化によって、ベンドミラー３０により曲げられる第２レーザ光Ｂの光軸の向きが、変化する。これにより、第２レーザ光Ｂの後述する集光位置が変化する。

第１レンズ側アクチュエータ８１は、第１コリメートレンズ２０を、光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。第１レンズ側アクチュエータ８１は、例えば、モータやピエゾ素子等で構成されている。第２レンズ側アクチュエータ８２は、第２コリメートレンズ２１を、光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。第２レンズ側アクチュエータ８２は、例えば、モータやピエゾ素子等で構成されている。各レンズ側アクチュエータ８１，８２による各コリメートレンズ２０，２１の光軸方向（Ｚ方向）における移動によって、各レーザ光Ａ，Ｂの後述するスポット径が変化する。

なお、各レンズ側アクチュエータ８１，８２によって各コリメートレンズ２０，２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる際、各コリメートレンズ２０，２１は、必ずしも光軸方向（Ｚ方向）に真直ぐに移動するのではなく、光軸方向に直交する水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に多少動いたり、多少傾いたりすることがある。

（各レーザ光の集光状態）
本実施形態に係るレーザ加工ヘッド１０は、ワークＷ側の像面における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光状態を、イメージセンサ６０によって間接的に検出可能としたことを、特徴とする。なお、「集光状態」とは、集光位置、スポット径、ボケ量等の種々の集光態様を包括したものである。

以下、各レーザ光Ａ，Ｂの集光状態について、図２～４を参照しながら説明する。図３は、ワークＷ側の像面における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光状態であるワーク側集光状態Ｓｉを、示す。図４は、イメージセンサ６０側の像面おける第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの集光状態である検出側集光状態Ｓｊを、示す。「ワークＷ側の像面」とは、ワークＷ側における光軸方向（Ｚ方向）に直交する面（Ｘ，Ｙ平面）であり、例えばワークＷの表面Ｗ１をいう。「イメージセンサ６０側の像面」とは、イメージセンサ６０側における光軸方向に直交する面であり、例えばイメージセンサ６０の受光面６１をいう。図３，４における色の濃淡は、各レーザ光Ａ、Ｂのエネルギー量を示しており、各レーザ光Ａ，Ｂの色（波長）とは関係ない。

先ず、ワーク側集光状態Ｓｉについて、図２，３を参照しながら説明する。実際のワーク側集光状態Ｓｉは、例えば、ワークＷを除いて、代わりにイメージセンサを配置し、当該イメージセンサによって各レーザ光Ａ，Ｂを直接検出することによって確認できる。

ワーク側集光状態Ｓｉは、ワークＷの表面Ｗ１（ワークＷ側の像面）における第１レーザ光Ａの集光位置であるワーク側第１集光位置Ｐａｉと、ワークＷの表面Ｗ１（ワークＷ側の像面）における第２レーザ光Ｂの集光位置であるワーク側第２集光位置Ｐｂｉと、を含む。

また、ワーク側集光状態Ｓｉは、ワークＷの表面Ｗ１（ワークＷ側の像面）における第１レーザ光Ａのスポット径であるワーク側第１スポット径Ｄａｉと、ワークＷの表面Ｗ１（ワークＷ側の像面）における第２レーザ光Ｂのスポット径であるワーク側第２スポット径Ｄｂｉと、を含む。なお、本実施形態において、「スポット径」は、任意の像面（例えば、ワークＷの表面Ｗ１やイメージセンサ６０の受光面６１）におけるレーザ光の直径を意味し、必ずしも、レーザ光の集光点における直径に限定されない。

次に、検出側集光状態Ｓｊについて、図２，４を参照しながら説明する。検出側集光状態Ｓｊは、イメージセンサ６０によって、検出される。

検出側集光状態Ｓｊは、イメージセンサ６０の受光面６１（イメージセンサ６０側の像面）における第１レーザ光Ａの集光位置である検出側第１集光位置Ｐａｊと、イメージセンサ６０の受光面６１（イメージセンサ６０側の像面）における第２レーザ光Ｂの集光位置である検出側第２集光位置Ｐｂｊと、を含む。

また、検出側集光状態Ｓｊは、イメージセンサ６０の受光面６１（イメージセンサ６０側の像面）における第１レーザ光Ａのスポット径である検出側第１スポット径Ｄａｊと、イメージセンサ６０の受光面６１（イメージセンサ６０側の像面）における第２レーザ光Ｂのスポット径である検出側第２スポット径Ｄｂｊと、を含む。

図２～４に示すように、検出側集光状態Ｓｊは、ワーク側集光状態Ｓｉに対応する。具体的には、検出側第１集光位置Ｐａｊは、ワーク側第１集光位置Ｐａｉに対応する。検出側第２集光位置Ｐｂｊは、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉ対応する。検出側第１スポット径Ｄａｊは、ワーク側第１スポット径Ｄａｉに対応する。検出側第２スポット径Ｄｂｊは、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉに対応する。例えば、ワーク側第１集光位置Ｐａｉが移動すれば、これに対応して、検出側第１集光位置Ｐａｊも移動する。ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが移動すれば、これに対応して、検出側第２集光位置Ｐｂｊも移動する。ワーク側第１スポット径Ｄａｉが拡縮すれば、これに対応して、検出側第１スポット径Ｄａｊも拡縮する。ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが拡縮すれば、これに対応して、検出側第２スポット径Ｄｂｊも拡縮する。

イメージセンサ６０で検出側集光状態Ｓｊを検出することによって、ワーク側集光状態Ｓｉを、間接的にリアルタイムで（同時に）、検出することができる。

（集光状態の調整）
ワーク側集光状態Ｓｉは、検出側集光状態Ｓｊに基づいて、調整手段（ミラー側アクチュエータ８０、第１レンズ側アクチュエータ８１，第２レンズ側アクチュエータ８２）によって、調整される。

（集光位置の調整）
先ず、各レーザ光Ａ，Ｂの集光位置の調整方法について、説明する。図２～４は、第１レーザ光Ａの集光位置と第２レーザ光Ｂの集光位置とが互いに一致した場合を示す。すなわち、図２，３に示すように、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとは、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）において、互いに一致している。これに対応して、図２，４に示すように、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとは、互いに一致している。

図５～７は、第１レーザ光Ａの集光位置と第２レーザ光Ｂの集光位置とが互いにずれた場合を示す。すなわち、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとは、水平方向のうちのＹ方向において、互いにずれている。これに対応して、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとは、互いにずれている。

図２，５に示すように、ミラー側アクチュエータ８０によりベンドミラー３０の傾きを変化させることによって、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉと検出側第２集光位置Ｐｂｊとが、互いに対応するように移動する。すなわち、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが移動した分だけ、検出側第２集光位置Ｐｂｊも移動する。

ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの位置関係（例えば差分Ｈｉ）は、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとの位置関係（例えば差分Ｈｊ）に基づいて、ミラー側アクチュエータ８０によりベンドミラー３０の傾きを変化させることによって、調整される。

例えば、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉがワーク側第１集光位置Ｐａｉに一致しない状態（図５，６参照）から、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉをワーク側第１集光位置Ｐａｉに一致させたい場合（図２，３参照）、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとの差分Ｈｊに基づいて（図５，７参照）、ベンドミラー３０の傾きにフィードバックする。すなわち、イメージセンサ６０で差分Ｈｊを観察しながら、ミラー側アクチュエータ８０によりベンドミラー３０の傾きを変化させて、差分Ｈｊがゼロになるように、検出側第２集光位置Ｐｂｊを検出側第１集光位置Ｐａｊに一致させる（図２，４参照）。これにより、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが、ワーク側第１集光位置Ｐａｉに一致するように（ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの差分Ｈｉがゼロになるように）、調整される（図２，３参照）。

同様に、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとが互いに一致した状態（図２，３参照）から、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの差分Ｈｉを敢えて積極的に設けたい場合（図５，６参照）も、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとの差分Ｈｊに基づいて、ベンドミラー３０の傾きにフィードバックする。すなわち、イメージセンサ６０で差分Ｈｊを観察しながら、ミラー側アクチュエータ８０によりベンドミラー３０の傾きを変化させて、差分Ｈｊが所定の値になるように、検出側第１集光位置Ｐａｊに対して検出側第２集光位置Ｐｂｊを移動させる（図５，７参照）。これにより、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの差分Ｈｉが、所定の値に調整される（図５，６参照）。

さらに、図５，６に示すように、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが、ワーク側第１集光位置Ｐａｉよりも、レーザ加工方向Ｆ（レーザ加工ヘッド１０のワークＷに対する移動方向）における前側（進行側）に位置するように、調整されてもよい。

（スポット径の調整）
次に、各レーザ光Ａ，Ｂのスポット径の調整方法について、説明する。図２～４は、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂのいずれもデフォーカス（集光位置の光軸方向における像面からのずれ）されていない場合を示す。この場合、図２，３に示すように、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉは、光軸方向において、ワークＷの表面Ｗ１上に位置している。これに対応して、図２，４に示すように、検出側第２集光位置Ｐｂｉは、光軸方向において、イメージセンサ６０の受光面６１上に位置している。この場合、図２，３に示すように、ワーク側第１スポット径Ｄａｉ及びワーク側第２スポット径Ｄｂｉは、いずれも小さい。これに対応して、図２，４に示すように、検出側第１スポット径Ｄａｊ及び検出側第２スポット径Ｄｂｊは、いずれも小さい。

図８～１０は、第２レーザ光Ｂがデフォーカスされた場合を示す。この場合、図８，９に示すように、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉは、光軸方向において、ワークＷの表面Ｗ１からずれて、ワーク側集光レンズ５０側に寄っている。これに対応して、図８，１０に示すように、検出側第２集光位置Ｐｂｉは、光軸方向において、イメージセンサ６０の受光面６１からずれて、検出側集光レンズ７０側に寄っている。そして、図８，９に示すように、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが大きくなっている。これに対応して、図８，１０に示すように、検出側第２スポット径Ｄｂｊが大きくなっている。

図２，８に示すように、第２レンズ側アクチュエータ８２により第２コリメートレンズ２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉと検出側第２スポット径Ｄｂｊとが、互いに対応するように拡縮する。すなわち、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが拡大すると、検出側第２スポット径Ｄｂｊも拡大する。ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが縮小すると、検出側第２スポット径Ｄｂｊも縮小する。

ワーク側第２スポット径Ｐａｉは、検出側第２スポット径Ｄｂｊに基づいて、第２レンズ側アクチュエータ８２により第２コリメートレンズ２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、調整される。

例えば、第２レーザ光Ｂがデフォーカスされた状態（図８～１０参照）から、第２レーザ光Ｂがデフォーカスされていない状態（図２～４参照）に移行したい場合、検出側第２スポット径Ｄｂｊに基づいて、第２コリメートレンズ２１の光軸方向（Ｚ方向）における位置にフィードバックする。すなわち、イメージセンサ６０で検出側第２スポット径Ｄｂｊを観察しながら（図８，１０参照）、第２レンズ側アクチュエータ８２により第２コリメートレンズ２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させて（図２，８参照）、検出側第２スポット径Ｄｂｊを小さくする（図２，４参照）。これにより、第２レーザ光Ｂのデフォーカス状態が是正され、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが、小さくなる（図２，３参照）。

図示しないが、第１レンズ側アクチュエータ８１により第１コリメートレンズ２０を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、ワーク側第１スポット径Ｄａｉと検出側第１スポット径Ｄａｊとが、互いに対応するように拡縮する。そして、ワーク側第１スポット径Ｄａｉは、検出側第１スポット径Ｄａｊに基づいて、第１レンズ側アクチュエータ８１により第１コリメートレンズ２０を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、調整される。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、イメージセンサ６０は、ダイクロイックミラー４０により反射した第１レーザ光Ａの残部及びダイクロイックミラー４０を透過した第２レーザ光Ｂの残部各々を、受光する。これにより、ワーク側集光状態Ｓｉに対応する検出側集光状態Ｓｊを、イメージセンサ６０によって検出することができる。すなわち、イメージセンサ６０は、検出側集光状態Ｓｊを検出することによって、ワーク側集光状態Ｓｉを、間接的にリアルタイムで検出することができる。

そして、ワーク側集光状態Ｓｉを、検出側集光状態Ｓｊに基づいて、調整手段（ミラー側アクチュエータ８０、第１レンズ側アクチュエータ８１、第２レンズ側アクチュエータ８２）によって、リアルタイムで調整することができる。

以上の通り、ハイブリットレーザ加工おいて、ワークＷに照射される各レーザ光Ａ，Ｂの集光状態Ｓｉを、リアルタイムで検出及び調整することができる。

具体的には、イメージセンサ６０は、検出側第１集光位置Ｐａｊ及び検出側第２集光位置Ｐｂｊを検出することによって、ワーク側第１集光位置Ｐａｉ及びワーク側第２集光位置Ｐｂｉを、間接的にリアルタイムで検出することができる。

そして、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉを、検出側第２集光位置Ｐｂｊに基づいて、ミラー側アクチュエータ８０によりベンドミラー３０の傾きを変化させることによって、移動させることができる。これにより、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの位置関係（差分Ｈｉ）を、検出側第１集光位置Ｐａｊと検出側第２集光位置Ｐｂｊとの位置関係（差分Ｈｊ）に基づいて、リアルタイムで調整することができる。

例えば、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの位置ずれ（Ｈｉ＞０、図５，６参照）を、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとが互いに一致するように（Ｈｉ＝０、図３参照）、是正することができる。これにより、第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとを、同一光軸上に揃えることができる。

特に、各コリメートレンズ２０，２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる際に、各コリメートレンズ２０，２１が、光軸方向に直交する水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）に、意図せず、動いたり傾いたりしてしまうことがある。この場合、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとが、意図せず、互いにずれてしまうことがある。本実施形態に係るレーザ加工ヘッド１０は、このような意図しない位置ずれを是正するのに、非常に有効である。

また、図５，６に示すように、ワーク側第１集光位置Ｐａｉとワーク側第２集光位置Ｐｂｉとの差分Ｈｉ（＞０）を敢えて意図的に設けるとともに、さらに、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉを、ワーク側第１集光位置Ｐａｉよりも、レーザ加工方向Ｆにおける前側に、意図的に位置付けることができる。これにより、ワークＷが例えば銅である場合に、銅への吸収率の高い青色光からなる第２レーザ光Ｂを、近赤外光からなる第１レーザ光Ａよりも早く、ワークＷに照射することができる。すなわち、青色光によるプリヒート（予備加熱）を行うことができる。

イメージセンサ６０は、検出側第１スポット径Ｄａｊを検出することによって、ワーク側第１スポット径Ｄａｉを、間接的にリアルタイムで検出することができる。そして、ワーク側第１スポット径Ｄａｉを、検出側第１スポット径Ｄａｊに基づいて、第１レンズ側アクチュエータ８１により第１コリメートレンズ２０を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、拡縮させることができる。これにより、ワーク側第１スポット径Ｄａｉを、検出側第１スポット径Ｄａｊに基づいて、リアルタイムで調整することができる。ワーク側第１スポット径Ｄａｉが小さくなるように調整することによって、第１レーザ光Ａのデフォーカスを是正することができる。

同様に、イメージセンサ６０は、検出側第２スポット径Ｄｂｊを検出することによって、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉを、間接的にリアルタイムで検出することができる。そして、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉを、検出側第２スポット径Ｄｂｊに基づいて、第２レンズ側アクチュエータ８２により第２コリメートレンズ２１を光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって、拡縮させることができる。これにより、ワーク側第２スポット径Ｄｂｉを、検出側第２スポット径Ｄｂｊに基づいて、リアルタイムで調整することができる。ワーク側第２スポット径Ｄｂｉが小さくなるように調整することによって、第２レーザ光Ｂのデフォーカスを是正することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

第２レーザ光Ｂがデフォーカスされた場合について、ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが、光軸方向において、ワークＷの表面Ｗ１からずれて、ワーク側集光レンズ５０側に寄った場合を例示したが（図８～１０参照）、これに限定されない。ワーク側第２集光位置Ｐｂｉが、光軸方向において、ワークＷの表面Ｗ１からずれて、ワーク側集光レンズ５０から離れる側（ワークＷの内部側）に寄ってもよい。この場合、検出側第２集光位置Ｐｂｊは、光軸方向において、イメージセンサ６０の受光面６１からずれて、検出側集光レンズ７０から離れる側（イメージセンサ６０の内部側）に寄るようになる。第１レーザ光Ａについても、同様である。

ワーク側集光状態Ｓｉ及び検出側集光状態Ｓｊは、各レーザ光Ａ，Ｂのボケ量を、含んでもよい。

調整手段として、ダイクロイックミラー４０の傾きを調整するアクチュエータを、含んでもよい。

ワーク側集光状態Ｓｉは、ワークＷ側の像面における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの両方の集光状態を含む必要はなく、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの少なくとも一方の集光状態（例えばスポット径）を含めばよい。これに対応して、検出側集光状態Ｓｊは、イメージセンサ６０側の像面における第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの両方の集光状態を含む必要はなく、第１レーザ光Ａ及び第２レーザ光Ｂの少なくとも一方の集光状態（例えばスポット径）を含めばよい。

本実施形態では、第１レーザ光Ａを近赤外光、第２レーザ光Ｂを青色光としたが、これに限定されない。第２レーザ光Ｂは、銅への吸収率という観点から、青色光の代わりに、緑色光（波長：４５０ｎｍ～５５０ｎｍ程度）としてもよい。また、第１レーザ光Ａを青色光又は緑色光、第２レーザ光Ｂを近赤外光としてもよい。また、青色光又は緑色光、及び近赤外光以外を用いてもよい。第１レーザ光Ａと第２レーザ光Ｂとは、互いに波長が同じでもよい。

本開示は、レーザ加工ヘッド及びレーザ加工システムに適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。

Ｆ レーザ加工方向
Ｗ ワーク
Ｗ１ 表面（像面）
Ｓｉ ワーク側集光状態
Ｓｊ 検出側集光状態
Ａ 第１レーザ光
Ｐａｉ ワーク側第１集光位置
Ｄａｉ ワーク側第１スポット径
Ｐａｊ 検出側第１集光位置
Ｄａｊ 検出側第１スポット径
Ｂ 第２レーザ光
Ｐｂｉ ワーク側第２集光位置
Ｄｂｉ ワーク側第２スポット径
Ｐｂｊ 検出側第２集光位置
Ｄｂｊ 検出側第２スポット径
Ｈｉ 差分（位置関係）
Ｈｊ 差分（位置関係）
１ レーザ加工システム
２ 第１レーザ発振器
３ 第２レーザ発振器
４ 第１光ファイバ
５ 第２光ファイバ
１０ レーザ加工ヘッド
２０ 第１コリメートレンズ
２１ 第２コリメートレンズ
３０ ベンドミラー
４０ ダイクロイックミラー
５０ ワーク側集光レンズ
６０ イメージセンサ（光検出器）
６１ 受光面
７０ 検出側集光レンズ
８０ ミラー側アクチュエータ（調整手段）
８１ 第１レンズ側アクチュエータ（調整手段）
８２ 第２レンズ側アクチュエータ（調整手段）

Claims (7)

1. 互いに異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を組み合わせてワークに照射するレーザ加工ヘッドであって、
   前記第２レーザ光を前記第１レーザ光に交差する方向に曲げるベンドミラーと、
   前記第１レーザ光の大部分を前記ワーク側に透過するとともに前記第２レーザ光の大部分を前記ワーク側に反射するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーと前記ワークとの間において、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光各々を集光して前記ワークに照射するワーク側集光レンズと、
   前記ダイクロイックミラーにより反射した前記第１レーザ光の残部及び前記ダイクロイックミラーを透過した前記第２レーザ光の残部各々を受光する光検出器と、
   前記ダイクロイックミラーと前記光検出器との間において、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光各々を集光して前記光検出器に照射する検出側集光レンズと、
   前記ワーク側の像面における前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の少なくとも一方の集光状態であるワーク側集光状態を調整する調整手段と、
   を備え、
   前記光検出器は、該光検出器側の像面における前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の前記少なくとも一方の集光状態であって前記ワーク側集光状態に対応する検出側集光状態を検出しており、
   前記ワーク側集光状態は、前記検出側集光状態に基づいて前記調整手段によって調整される、レーザ加工ヘッド。
2. 請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記ワーク側集光状態は、前記ワーク側の像面における前記第１レーザ光の集光位置であるワーク側第１集光位置と、前記ワーク側の像面における前記第２レーザ光の集光位置であるワーク側第２集光位置と、を含み、
   前記検出側集光状態は、前記光検出器側の像面における前記第１レーザ光の集光位置であって前記ワーク側第１集光位置に対応する検出側第１集光位置と、前記光検出器側の像面における前記第２レーザ光の集光位置であって前記ワーク側第２集光位置に対応する検出側第２集光位置と、を含み、
   前記調整手段は、前記ベンドミラーの傾きを変化させることにより前記ワーク側第２集光位置及び前記検出側第２集光位置を互いに対応するように移動させるミラー側アクチュエータを含み、
   前記ワーク側第１集光位置と前記ワーク側第２集光位置との位置関係は、前記検出側第１集光位置と前記検出側第２集光位置との位置関係に基づいて前記ミラー側アクチュエータによって調整される、レーザ加工ヘッド。
3. 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記ワーク側第２集光位置が、前記ワーク側第１集光位置に一致するように調整される、レーザ加工ヘッド。
4. 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記第１レーザ光は、近赤外光であり、
   前記第２レーザ光は、青色光又は緑色光であり、
   前記ワーク側第２集光位置が、前記ワーク側第１集光位置よりもレーザ加工方向における前側に位置するように調整される、レーザ加工ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記第１レーザ光をコリメートする第１コリメートレンズを備え、
   前記ワーク側集光状態は、前記ワーク側の像面における前記第１レーザ光のスポット径であるワーク側第１スポット径を含み、
   前記検出側集光状態は、前記光検出器側の像面における前記第１レーザ光のスポット径であって前記ワーク側第１スポット径に対応する検出側第１スポット径を含み、
   前記調整手段は、前記第１コリメートレンズを光軸方向に移動させることにより前記ワーク側第１スポット径及び前記検出側第１スポット径を互いに対応するように拡縮する第１レンズ側アクチュエータを含み、
   前記ワーク側第１スポット径は、前記検出側第１スポット径に基づいて前記第１レンズ側アクチュエータによって調整される、レーザ加工ヘッド。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
   前記第２レーザ光をコリメートする第２コリメートレンズを備え、
   前記ワーク側集光状態は、前記ワーク側の像面における前記第２レーザ光のスポット径であるワーク側第２スポット径を含み、
   前記検出側集光状態は、前記光検出器側の像面における前記第２レーザ光のスポット径であって前記ワーク側第２スポット径に対応する検出側第２スポット径を含み、
   前記調整手段は、前記第２コリメートレンズを光軸方向に移動させることにより前記ワーク側第２スポット径及び前記検出側第２スポット径を互いに対応するように拡縮する第２レンズ側アクチュエータを含み、
   前記ワーク側第２スポット径は、前記検出側第２スポット径に基づいて前記第２レンズ側アクチュエータによって調整される、レーザ加工ヘッド。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ加工ヘッドと、
   前記第１レーザ光を出射する第１レーザ発振器と、
   前記第２レーザ光を出射する第２レーザ発振器と、
   前記第１レーザ光を前記第１レーザ発振器から前記レーザ加工ヘッドへ伝送する第１光ファイバと、
   前記第２レーザ光を前記第２レーザ発振器から前記レーザ加工ヘッドへ伝送する第２光ファイバと、を備える、レーザ加工システム。

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