DE69206084T2

DE69206084T2 - Heizapparat mit Lichtstrahl.

Info

Publication number: DE69206084T2
Application number: DE69206084T
Authority: DE
Inventors: Koji Fujii; Nobuyuki Haji; Minoru Yamada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: CA2069132C; US5335309A; DE69206084D1; EP0531624B1; CA2069132A1; EP0531624A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lichtstrahlheizvorrichtung, die durch Bündeln von Licht aus einer Strahlungslampe lokales Heizen möglich macht und geeignet ist zum Heizen zum Löten, Entfernen einer Beschichtung eines dünnen Polyurethandrahts oder für eine Wärmebehandlung eines Kunststoffes usw.

Beschreibung des Standes der Technik

In den vergangenen Jahren sind Lichtstrahlheizvorrichtungen weit verbreitet verwendet worden, in denen Licht aus einer Strahlungslampe gebündelt und auf ein Ende einer optischen Faser einfallen gelassen wird und von einem anderen Ende von dieser emittiertes Licht durch Verwenden eines optischen Systems gebündelt wird, um einen zu heizenden Gegenstand, der in der Nähe eines Lichtbündelungspunktes angeordnet ist, zu heizen. Bei dieser Vorrichtung wird ein Ellipsoidreflexionsspiegel zum Reflektieren und Bündeln des Lichts verwendet, ein lichtemittierender Bereich in der Strahlungslampe wird an einem ersten Brennpunkt von diesem angeordnet und ein lichtaufnehmendes Ende der optischen Faser wird an einem zweiten Brennpunkt von diesem angeordnet, um die in der Strahlungslampe erzeugte Lichtenergie effektiv zu nutzen.
Bei einer solchen konventionellen Lichtstrahlheizvorrichtung ist der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe nach Einstellung der Position des ersten Brennpunkts mittels eines Lampenanpaßmechanismus festgelegt, wenn der Betrieb aufgenommen wird. Der lichtemittierende Bereich bewegt sich wegen der danach durch Lichtstrahlung erzeugten thermischen Ausdehnung der Strahlungslampe und des Elektrodenverbrauchs der Strahlungslampe. Im Ergebnis wird die auf den zweiten Brennpunkt gebündelte und auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser auftreffende Lichtenergie vermindert. Selbst wenn der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe im vorhinein mit dem Lampenanpaßmechanismus auf eine aus dem ersten Brennpunkt verschobene Position angeordnet wird unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung und des Elektrodenverbrauchs, wird das gebündelte Licht nicht korrekt auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser fokussiert, bis die Strahlungslampe die im vorhinein in Betracht gezogene Temperatur erreicht oder während der Elektrodenverbrauch bis zu einem gewissen Ausmaß fortschreitet. Im Ergebnis wird der zu heizende Gegenstand mit einer niedrigen Lichtenergie geheizt, und die Lichtenergie der Strahlungslampe kann nicht effektiv genutzt werden. Da der Elektrodenverbrauch weiter fortschreitet, kommt der lichtemittierende Bereich aus der Position des ersten Brennpunkts heraus, und die Heizbedingungen bezüglich des zu heizenden Gegenstandes verschlechtern sich ähnlich wie oben, und die Lichtenergie der Strahlungslampe kann nicht effektiv genutzt werden. Wenn darüber hinaus die Lebensdauer der Strahlungslampe abgelaufen ist und eine neue Strahlungslampe eingepaßt wird, ist es erforderlich, den lichtemittierenden Bereich der neuen Strahlungslampe mittels des Lampenanpaßmechanismus bei allen solchen Gelegenheiten auf die Position des ersten Brennpunktes wiedereinzustellen. Im besonderen ist es, um den zu heizenden Gegenstand unter effektiver Ausnutzung der Lichtenergie der Strahlungslampe zu heizen, erforderlich, den Lampenanpaßmechanismus ständig einzustellen, um den lichtemittierenden Bereich der Strahlungslampe an der Position des ersten Brennpunkts anzuordnen. Wegen der geringen Effizienz einer solchen Einstellarbeit war es unmöglich, die Lichtenergie der Strahlungslampe effektiv zu nutzen. Ferner besteht die Notwendigkeit, die Lichtenergie zum Heizen des zu heizenden Gegenstandes auf einer vorbestimmten Intensität zu halten und ferner bei der Verwendung der Lichtstrahlheizvorrichtung für gewerbliche Zwecke eine hohe Reproduzierbarkeit zu erreichen. Somit waren solche Arbeiten wie die Einstellung eines elektrischen Stroms einer Leistungsversorgungsschaltung mittels einer Ausgangsbefehlsschaltung zum Halten der Lichtenergie auf einem vorbestimmten Wert erforderlich. Bei dieser Arbeit ist es erforderlich, die Heizarbeit auszusetzen, und einen Lichtstrahlausgang, der von einem an einem anderen Ende der optischen Faser vorgesehenen Linsenhalter ausgegeben wird, mit einem Leistungsmeßgerät oder dergleichen zu messen und zu bestätigen.
Um die gleichen Verwendungsbedingungen wieder zu erhalten, mußte diese Arbeit jedes Mal, wenn der oben beschriebene Schwankungsfaktor auftrat, ausgeführt werden. Da die Arbeitseffizienz abgesenkt wurde, war diese Arbeit jedoch nicht praktisch.

ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zum Lösen der oben beschriebenen Probleme eine Lichtstrahlheizvorrichtung zu schaffen, die Lichtenergie einer Strahlungslampe nutzen und eine Reproduzierbarkeit bei der Verwendung beim Heizen sicherstellen kann und exzellente Steuerbarkeit, Ansprechverhalten, Stabilität und Wartungsfreundlichkeit aufweist.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, weist eine Lichtstrahlheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf mit einer Strahlungslampe, einem Ellipsoidreflexionsspiegel zum Bündeln von Licht der Strahlungslampe, einer optischen Faser, in die das gebündelte Licht eingegeben wird, einem Photodetektor, der die Lichtintensität an dem lichtaufnehmenden Ende der optischen Faser mit einer Beziehung zwischen der Lichtintensität und einer Erfassungsposition der lichtaufnehmenden Endfläche erfaßt, einem Strahlungslampenanpaßmechanismus mit einem Antriebsmechanismus, der den lichtemittierenden Bereich der Strahlungslampe auf eine optionale Position in der Nähe des ersten Brennpunkts des Ellipsoidreflexionsspiegels bewegen kann, einem photoelektrischen Wandler zum photoelektrischen Umwandeln eines optischen Ausgangs des Photodetektors und einer Arithmetikansteuerschaltung zum Berechnen einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsstrecke der Strahlungslampe aus dem Ausgang des photoelektrischen Wandlers und Ausgeben eines Ansteuersignals an den Antriebsmechanismus des Strahlungslampenanpaßmechanismus und ferner mit einer Arithmetikschaltung zum Berechnen der auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser auftreffenden Gesamtlichtenergiemenge, einer Ausgangsbefehlsschaltung zum Einstellen einer Heizausgangsleistung, einer Fehlerverstärkungsschaltung zum Verstärken eines Fehlers zwischen dem Befehlswert der Ausgangsbefehlsschaltung und dem Ausgangswert der Arithmetikschaltung und einer Leistungsversorgungsschaltung, die die der Strahlungslampe zugeführte elektrische Leistung optional einstellen kann entsprechend dem Ausgangswert der Fehlerverstärkungsschaltung. Der Photodetektor ist ferner durch Herausnehmen einer Einzelleitung der Faserelementleitungen, die die optische Faser bilden, aus einem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser aufgebaut.
Wenn bei einer Lichtstrahlheizvorrichtung ein lichtemittierender Bereich einer Strahlungslampe an dem ersten Brennpunkt des Ellipsoidreflexionsspiegels angeordnet ist und das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser an dem zweiten Brennpunkt angeordnet ist, zeigt die Intensität des auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser gebündelten Lichts eine fast symmetrische glockenförmige Verteilung. Wenn ferner der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe in der Nähe des ersten Brennpunkts auf und ab, nach rechts und nach links und vor und zurück bewegt wird, werden die Höhe der glockenförmigen Verteilung und die axiale Position mit der maximalen Intensität verändert.
Bei einer Lichtstrahlheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird die Lichtintensität an dem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser unter Verwendung eines Photodetektors erfaßt, ein Lichtintensitätssignal nach photoelektrischer Wandlung in eine Arithmetikansteuerschaltung eingegeben und der Antriebsmechanismus des Strahlungslampenanpaßmechanismus in einer Richtung, in der sich die Lichtintensität erhöht, betätigt. Wenn das Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser und die zentrale Achse der glockenförmigen Verteilung aufeinanderfallengelassen werden, indem eine solche Auf- und Ab-, Rechtsund Links-, Vor- und Zurückbetätigung sukzessive ausgeführt wird, ist es möglich, den ersten Brennpunkt des Ellipsoidreflexionsspiegels und den lichtemittierenden Bereich der Strahlungslampe automatisch und sehr genau aufeinander fallen zu lassen. Die Lichtenergie der Strahlungslampe wird auf diese Weise effektiv genutzt. Ferner zeigt die glockenförmige Verteilung eine einer Gaußschen Intensitätsverteilung sehr nahe Verteilungsform. Die Gaußsche Intensitätsverteilungskurve wird durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt.
I(r) = I(0)exp(-2r²/w&sub0;²) ... (1). wobei: r: radialer Abstand; w&sub0;: Gaußscher Strahlradius; I(r): Intensität im Abstand r; und I(0): Intensität an der zentralen Achse.
Ferner wird die Gesamtenergie P(r) innerhalb des Radius r durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt: P(r) (πw&sub0;²/2)I(0)[1-exp(-2r²/w&sub0;²)]
So wird die auf die optische Faser auftreffende Gesamtlichtenergiemenge erhalten, wenn r, I(0) und w&sub0; bekannt sind. Unter der Annahme, daß der Radius der optischen Faser r ist, ist es möglich, die auf die optische Faser auftreffende Energie zu erhalten, indem der durch Messen der den Erfassungspositionen an dem lichtaufnehmenden Ende der optischen Faser entsprechenden Lichtintensität erhaltene Maximalwert gemessen wird, der Maximalwert der Lichtintensität zu I(0) gemacht wird und dann w&sub0; durch Verwenden des Ausdrucks (1) erhalten wird. Wenn ferner die Verteilung der Lichtintensität separat gemessen wird, w&sub0; im vorhinein gemessen wird, und I(0) mit einem an dem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser angeordneten Photodetektor erfaßt wird, wird eine Beziehung P(r) = a I(0) ( ist eine Konstante) erhalten und ist es möglich, die auf die optische Faser auftreffende Lichtenergie in einer Arithmetikschaltung unter Verwendung der obigen Beziehung zu berechnen. Wenn der Fehler zwischen dem Wert der auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser auftreffenden Lichtenergie, der wie oben beschrieben gemessen wird, und dem Befehlswert der Ausgangsbefehlsschaltung erhalten wird, und der Ausgangswert der Leistungsversor gungschaltung entsprechend dem Fehler zum Steuern der der Strahlungslampe zugeführten elektrischen Leistung verändert wird, wird es möglich, die auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser auftreffende Lichtenergie konstant zu machen. Es ist dementsprechend möglich, den zu heizenden Gegenstand in konstanten Heizbedingungen zu halten, wodurch es immer möglich ist, gewünschte Heizbedingungen zu reproduzieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm einer Struktur einer Lichtstrahlheizvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Diagramm einer Lichtintensitätsverteilung an einem lichtaufnehmenden Ende einer optischen Faser, wenn ein lichtemittierender Bereich einer Strahlungslampe an einem ersten Brennpunkt eines Ellipsoidreflexionsspiegels angeordnet ist;
Fig. 3 ist ein Diagramm zum Erklären einer Zustandsveränderung einer Lichtintentsitätsverteilung an einem lichtaufnehmenden Ende einer optischen Faser, wenn der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe aus dem ersten Brennpunkt bewegt wird;
Fig. 4 ist ein Diagramm einer Struktur einer Lichtstrahlheizvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Diagramm zum Erklären einer Lichtintensitätsverteilung und einer Gaußschen Intensitätsverteilung an einem lichtaufnehmenden Ende einer optischen Faser;
Fig. 6 ist ein Diagramm einer Struktur einer konventionellen Lichtstrahlheizvorrichtung; und
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Lampenpositionseinstellmechanismus einer konventionellen Lichtstrahlheizvorrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

(Ausführungsbeispiel 1)
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
Lichtstrahlvorrichtungen dieser Sorte mit einer Struktur wie in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt waren bisher vorherrschend und populär. Diese Struktur wird im folgenden anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird eine Strahlungslampe 1, etwa eine Xenonlampe, von einem Lampenanpaßmechanismus 2 mit einer manuellen Positionseinstellfunktion gehalten, und ein lichtemittierender Bereich der Lampe 1 wird so eingestellt, daß er an einem ersten Brennpunkt 4 eines Ellipsoidreflexionsspiegels 3 positioniert ist. Aus einer Leistungsversorgungsschaltung 19 wird entsprechend einem Befehlswert einer Ausgangsbefehlsschaltung 20 ein elektrischer Eingangsstrom zugeführt. Ein zentraler Teil eines lichtaufnehmenden Endes einer optischen Faser 5 ist durch eine Montageklammer (nicht gezeigt) so befestigt, daß es an einem zweiten Brennpunkt 6 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 positioniert ist. In einem Linsenhalter 7 ist ein optisches Linsensystem zum Bündeln des von einem emittierenden Ende der optischen Faser 5 emittierten Lichtes eingebaut. Fig. 7 zeigt eine Struktur des Lampenanpaßmechanismus 2, die die Position der Strahlungslampe 1 durch Drehen entsprechender Einstellwellen nach oben und nach unten, links und rechts bzw. vorne und hinten einstellen kann. Wenn bei der oben beschriebenen Struktur der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 durch Einstellen des Lampenanpaßmechanismus 2 an dem ersten Brennpunkt 4 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 angeordnet ist, das lichtaufnehmende Ende -der optischen Faser 5 an dem zweiten Brennpunkt 6 festgelegt ist und die Strahlungslampe 1 eingeschaltet ist, wird das gebündelte Licht aus dem Linsenhalter 7 aus dem anderen Ende der optischen Faser 5 abgestrahlt, wodurch es möglich wird, einen zu heizenden Gegenstand (nicht gezeigt) zu heizen. An einem oberen Teil des Lampenanpaßmechanismus ist ein Kühlventilator zum Kühlen der Strahlungslampe 1 vorgesehen.
Eine Lichtstrahlheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung stellt einen verbesserten Typ der oben beschriebenen konventionellen Vorrichtung dar.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Strahlungslampe 1 in einen Lampenanpaßmechanismus eingepaßt. Der Lampenanpaßmechanismus 2 besteht aus einem Z-Achsenschlitten 21 versehen mit einem Z-Achsenmotor 22 zum Bewegen der Lampe 1 in der vertikalen Richtung, einem X-Achsenschlitten 23 versehen mit einem X- Achsenmotor 24 zum Bewegen der Lampe 1 in einer horizontalen Richtung und einem Y-Achsenschlitten 25 versehen mit einem Y- Achsenmotor 26 zum Bewegen der Lampe 1 in einer Längsrichtung.
Der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 ist in der Nähe eines ersten Brennpunkts 4 eines Ellipsoidreflexionsspiegels 3 positioniert, und ein lichtaufnehmendes Ende einer optischen Faser 5 ist an einem zweiten Brennpunkt 6 angeordnet, der ein weiterer Brennpunkt des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 ist. Ferner ist ein Photodetektor 8 dadurch aufgebaut, daß eine Einzelleitung der Faserelementleitungen aus dem Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 herausgenommen ist. Der Ausgang dieses Photodetektors 8 wird in einen photoelektrischen Wandler 9 eingegeben und in eine Arithmetik- Ansteuerschaltung 10 eingegeben, nachdem er in eine elektrische Größe umgewandelt worden ist. Die Arithmetik-Ansteuerschaltung 10 ist aus einem A/D-Wandler 11, einer Mikrocomputerschaltung 12 mit einer Eingangs-/Ausgangsschnittstelle, einer Speicherschaltung 13, einer X-Achsenmotoransteuerschaltung 14, einer Y-Achsenmotoransteuerschaltung 15 und einer Z- Achsenmotoransteuerschaltung 16 aufgebaut. Die X-Achsenmotoransteuerschatlung 14 ist mit dem X-Achsenmotor 24 verbunden, die Y-Achsenmotoransteuerschaltung 15 ist mit dem Y-Achsenmotor 26 verbunden und entsprechend ist die Z-Achsenmotoran steuerschaltung 16 mit dem Z-Achsenmotor 22 verbunden.
Der Betrieb der oben beschriebenen Struktur wird nun beschrieben. Die Strahlungslampe 1 wird mit Hilfe einer externen Leistungsversorgung (nicht gezeigt) eingeschaltet, um einen festgelegten Helligkeitsfluß zu emittieren. Da der lichtemittierende Bereich an dem ersten Brennpunkt 4 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 angeordnet ist, wird das emittierte Licht mit einer in Fig. 2 gezeigten glockenförmigen Lichtintensitätsverteilung, ausgedrückt durch den Ausdruck (1), auf den zweiten Brennpunkt 6 gebündelt, d. h. auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser 5. Der Photodetektor 8 ist an dem Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 angeordnet, erfaßt die Lichtintensität an dem Zentrum der optischen Faser 5 und liefert ein Ausgangssignal entsprechend der Lichtintensität.
In dem Fall, daß der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 aus der Position des ersten Brennpunktes durch eine thermische Veränderung der Lampe, Elektrodenverbrauch oder Formunterschieden zwischen der Ersatzlampe und der ursprünglichen Lampe herausrutscht, verändert sich die gebündelte Lichtintensitätsverteilung, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn der lichtemittierende Bereich exakt an dem ersten Brennpunkt angeordnet ist, ergibt sich der Graph a. Wenn der lichtemit tierende Bereich in einer vertikalen Richtung verschoben ist, wird der Spitzenwert wie mit dem Graph b gezeigt abgesenkt. Wenn der lichtemittierende Bereich ferner in einer horizontalen oder longitudinalen Richtung bewegt wird, verrutscht die Achse der Verteilung, wie mit den Graphen c oder d gezeigt. Zum Beispiel zeigt der Graph c eine Verteilung, bei der der lichtemittierende Bereich nach links bewegt ist, und der Graph d eine Verteilung, bei der der lichtemittierende Bereich nach rechts bewegt ist.
Die Lichtintensität am Zentrum der optischen Faser 5 wird durch den photoelektrischen Wandler 9 nach Erfassung durch den Photodetektor 8 in eine elektrische Größe umgewandelt und ferner von dem A/D-Wandler 11 in einen Digitalwert A umgewandelt. Die Mikrocomputerschaltung 12 speichert diesen Digitalwert A&sub0; in der Speicherschaltung 13 und dreht dann über die X-Achsenmotoransteuerschaltung 14 den X-Achsenmotor 24 um einen festen Betrag in einer vorbestimmten Richtung zur Bewegung der in den Lampenanpaßmechanismus 2 eingepaßten Strahlungslampe 1 in der x-Achsenrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die der Drehung um einen festgelegten Betrag entsprechende Bewegungsstrecke auf einen 0,1 mm Schritt eingestellt. Der von dem Photodetektor 8 erfaßte Wert verändert sich aufgrund der Bewegung und im Ergebnis verändert sich der Ausgangswert A&sub1; des photoelektrischen Wandlers 9 und des A/D- Wandlers 11 ebenfalls. Die Mikrocomputerschaltung 12 vergleicht den Wert A&sub1; mit dem in der Speicherschaltung 13 gespeicherten Wert A&sub0; und speichert A&sub1; anstelle von A&sub0; in der Speicherschaltung 13, wenn der Ausgangswert erhöht ist, d&sub1; h. A&sub0; < A&sub1; und dreht den X-Achsenmotor 24 um einen festgelegten Betrag in der gleichen Richtung weiter. Nachdem der durch Umwandeln des Ausgangswertes des Photodetektors 8 durch den photoelektrischen Wandler 9 und den A/D-Wandler 11 erzeugte Wert A&sub2; erhalten ist, vergleicht dann die Mikrocomputerschaltung 12 wiederum A&sub1; mit A&sub2;. Wenn ferner der Ausgangswert vermindert ist, d. h. A&sub0; > A&sub1; führt die Mikrocomputerschaltung 12 den gleichen Prozeß durch, außer daß der X-Achsenmotor 24 in einer umgekehrten Richtung gedreht und die Strahlungslampe 1 in einer umgekehrten Richtung bewegt wird.
Auf diese Weise wird der X-Achsenmotor 24 n-mal um einen vorbestimmten Betrag bei jedem Mal gedreht, und ein in der Speicherschaltung 13 gespeicherter n-ter Wert An-1 und ein beim n-ten Mal nach photoelektrischer Wandlung und A/D-Wandlung des Ausgangswerts des Photodetektors 8 erhaltener Wert An werden miteinander verglichen. Wenn als Resultat des obigen die Beziehung An-1 ≥ An erhalten wird, wird die Bewegung in der X-Achsenrichtung beendet. Dann kann die Position der Bewegungsbeendigung auf die (n-1)-te Position festgelegt werden, und zwar auf die Weise, daß der X-Achsenmotor 24 um den festgelegten Betrag in einer umgekehrten Richtung zu der Bewegungsrichtung vor der Beendigung gedreht wird. Nach der Korrektur der Position des lichtemittierenden Bereichs der Strahlungslampe 1 bezüglich der X-Achsenrichtung werden Positionskorrekturoperationen für den lichtemittierenden Bereich in der Y-Achsenrichtung und ferner in der Z-Achsenrichtung durchgeführt. Das Verfahren der Operation ist das gleiche wie das oben beschriebene Verfahren der Positionskorrektur bezüglich der X-Achsenrichtung, und es besteht nur der Unterschied, daß die Verarbeitung durch die Mikrocomputerschaltung 12 so verläuft, daß die X-Achsenmotoransteuerschaltung 14, die Y-Achsenmotoransteuerschaltung 15 oder die Z-Achsenmotoransteuerschaltung 16 gewählt wird.
Wie oben beschrieben, wird die Lichtintensität an dem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Endes der aufnehmenden Faser 5 mit Hilfe des an dem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 angeordneten Photodetektors 8 erfaßt, wird ein Lichtintensitätssignal nach photoelektrischer Umwandlung durch den photoelektrischen Wand-1er 9 in die Arithmetik-Ansteuerschaltung 10 eingegeben, wird der Antriebsmechanismus des Lampenanpaßmechanismus 2 betätigt und wird der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung sukzessive in eine Richtung, in der die Lichtin tensität ansteigt, bewegt, wodurch das Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 und die zentrale Achse der Verteilung des durch den Ellipsoidreflexionsspiegel 3 gebündelten Lichts aufeinander fallen und es ferner ermöglicht wird, die Lichtverteilung mit der Maximalintensität zu erhalten. In anderen Worten: Da der erste Brennpunkt 4 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 und der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 automatisch und mit hoher Genauigkeit aufeinander fallen gelassen werden, ist es möglich, die Lichtenergie der Strahlungslampe 1 effektiv zu nutzen.
Übrigens ist die Bewegungsstrecke des lichtemittierenden Bereichs in diesem Ausführungsbeispiel durch 0,1 mm Schritte durch Drehung der Motoren der entsprechenden Achsen um einen vorbestimmten Betrag realisiert, jedoch kann die Steuergeschwindigkeit durch Variieren dieses Wertes entsprechend einer Veränderungsrate des Ausgangswerts des Photodetektors 8 beschleunigt werden. Ferner kann die Steuergeschwindigkeit auch durch gleichzeitiges Ausführen der Bewegung in den entsprechenden Achsenrichtungen beschleunigt werden. In der Beschreibung dieses Ausführungsbeipiels werden die Axialpositionen mit Spitzenwerten der Lichtintensität in der X-, der Y-, und der Z-Achsenrichtung für jede Achse beim ersten Versuch bestimmt&sub1; Jedoch kann die Bewegungsrichtung des lichtemittierenden Bereichs der Strahlungslampe 1 durch einen Fehler zwischen der optischen Achsenrichtung des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 und der Bewegungsrichtung des Lampenanpaßmechanismus 2 beeinflußt sein, und der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 kann von dem ersten Brennpunkt 4 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 abweichen. Daher wird die Genauigkeit verbessert, wenn der gleiche Prozeß mehrere Male wiederholt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein befriedigendes Ergebnis durch dreimaliges Wiederholen des Prozesses erreicht.

(Ausführungsbeispiel 2)

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 4 sind eine Strahlungslampe 1, eine Lampenanpaßmechanismus 2, ein Ellipsoidreflexionsspiegel 3, ein Brennpunkt 4, eine optische Faser 5, ein zweiter Brennpunkt 6, ein Photodetektor 8 und ein photoelektrischer Wandler 9 gleich denen der in der Fig. 1 gezeigten Struktur, und der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 fällt mit dem ersten Brennpunkt 4 zusammen, und zwar nach dem in dem Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Verfahren, mit manueller Einstellung und dergleichen. Unterschiedlich von der in Fig. 1 gezeigten Struktur ist, daß der Ausgang des photoelektrischen Wandlers 1 in eine arithmetische Schaltung 17 eingegeben wird, die arithmetische Schaltung 17 die gesamte auf die oben beschriebene optische Faser 5 auftreffende Lichtenergiemenge berechnet, ihr Ausgang mit einem Ende des Eingangs einer Fehlerverstärkungsschaltung 18 verbunden ist, ein Ausgang einer Ausgangsbefehlsschaltung 20 zum Einstellen des Heizausgangs auf einen vorbestimmten Wert mit einem anderen Ende davon verbunden ist und ein Fehlersignal der Fehlerverstärkungsschaltung 18 mit einer Leistungsversorgungsschaltung 19 zum Verändern ihres Ausgangsstroms und dadurch Verändern der Gesamtlicht energiemenge verbunden ist.
Als nächstes wird der Betrieb der oben beschriebenen Struktur beschrieben. Die Leistungsversorgungsschaltung 19 führt der Strahlungslampe 1 einen elektrischen Strom zu, um sie einzuschalten. Für jeden Typ der Strahlungslampe 1 ist eine geeignete Charakteristik der Leistungsversorgungsschaltung 19 zu wählen. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Strahlungslampe 1 eine Xenonlampe verwendet, und als Leistungsversorgungscharakteristik wird eine Konstantstromcharakteristik verwendet. Da der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 an dem ersten Brennpunkt 4 des Ellipsoidreflexionsspiegels 3 angeordnet ist, wird das erzeugte Licht in einer in Fig. 5 gezeigten glockenförmigen Lichtintensitätsverteilung auf den zweiten Brennpunkt 6 gebündelt, d. h. auf das Licht aufnehmende Ende der optischen Faser 5. Hier wird der Abstand r mit w&sub0;, genannt Gaußscher Strahlradius, normalisiert, bei dem die relative Lichtintensität e&supmin;² wird. Wie oben beschrieben, kommt diese Lichtintensitätsverteilung einer Gaußschen Intensitätsverteilung nah, und der Gaußsche Strahlradius w&sub0; ist zuvor gemessen worden. Da das Meßende des Photodetektors 8 am Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 angeordnet ist wird ein Wert I&sub0; entsprechend der Lichtintensität am Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 erfaßt. Wenn der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 wegen einer thermischen Veränderung der Lampe, Elektrodenabtrags oder eines Unterschieds aufgrund verschiedener Lampenexemplare vor und nach dem Austausch der Lampe eine andere Leuchtcharakteristik hat, verändert sich die Lichtintensität am Zentrum des lichtaufnehmenden Endes in der Intensitätsverteilung des gebündelten Lichts, während die Verteilungscharakteristik bleibt, wie sie ist, und der erfaßte Wert des Photodetektors 8 ändert sich und wird 11. Die Lichtintensität am Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 wird in eine elektrische Größe umgewandelt, nachdem sie von dem Photodetektor 8 erfaßt worden ist, und ferner in die Arithmetikschaltung 17 eingegeben, wo die Gesamtlichtenergiemenge (P(r) = Pw), die auf das lichtaufnehmende Ende auftrifft, nach dem Ausdruck (2) berechnet wird. Wenn der erfaßte Wert des Photodetektors 8 I&sub0; oder I&sub1; ist, ist der Ausgangswert der Arithmetikschaltung 17 Pw&sub0; bzw&sub1; Pw&sub1;. Der in ein Ende der Fehlerverstärkungsschaltung 18 eingegebene Wert der Ausgangsbefehlsschaltung 20 wird auf einen der auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser 5 auftreffenden Lichtenergie ensprechenden Wert Pw&sub0; eingestellt. Im Ergebnis wird in die Fehlerverstärkungschaltung 18 ein Fehler (ΔP = Pw&sub0; - Pw&sub1;) eingegeben, wenn der erfaßte Wert des Photodetektors 8 I&sub1; ist, das verstärkte Ausgangssignal wird ein Ausgangssteuersignal der Steuerversorgungsschaltung 19 und der elektrische Ausgangsstrom aus der Leistungsversorgungschaltung 19 verändert sich zu Pw&sub0; von Pw&sub1; in einer Richtung, um ΔP auf Null zu vermindern.
Auf diese Weise ist es möglich, die auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser 5 auftreffende Gesamtlicht energiemenge immer konstant zu steuern und den zu heizenden Gegenstand bei den erwünschten Bestrahlungsbedingungen zu heizen, selbst in dem Fall, daß der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe 1 wegen einer thermischen Veränderung der Lampe Elektrodenabtrag oder eines Unterschieds zwischen Lam penexemplaren vor und nach dem Austausch der Lampe eine andere Leuchtcharakteristik hat.
Übrigens ist der Photodetektor 8 durch Anordnen einer Einzelfaserelementleitung am Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser 5 aufgebaut. Wenn um das Zentrum des lichtaufnehmenden Endes eine Anzahl von Faserelementleitungen installiert sind und ihre Positionsinformation bekannt ist, wird es jedoch möglich, die auf die optische Faser 5 auftreffende Lichtenergie unter Verwendung der oben beschriebenen Ausdrücke (1) und (2) zu berechnen und die Verarbeitung durch die Arithmetikschaltung 17 zu korrigieren, selbst wenn zwischen der Lichtintensitätsverteilung und der Gaußschen Intensitätsverteilung an dem lichtaufnehmenden Ende ein Unterschied besteht, und dadurch eine Stabilisierung und eine genauere Wiedergabe des Strahlungsausgangs zu erreichen.
Ferner ist es natürlich klar, daß das erste und das zweite Ausführungsbeispiel gleichzeitig ausgeführt werden können.
Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich, wird nach der vorliegenden Erfindung die Lichtintensität an dem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser mit Hilfe eines Photodetektors erfaßt, der die Lichtintensität an dem lichtaufnehmenden Ende der optischen Faser mit einer Beziehung zwischen der Lichtintentsität und der Erfassungsposition an der lichtaufnehmenden Fläche erfassen kann, z. B. eines aus einem im zentralen Teil der optischen Faser angeordneten Faserelement aufgebauten Photodetektors. Diese Lichtintensität wird photoelektrisch umgewandelt, und das Lichtintensitätssignal nach photoelektrischer Wandlung wird in die Arithmetiksteuerschaltung eingegeben, der Antriebsmechanismus des Strahlungslampenanpaßmechanismus wird entsprechend dem Berechnungsresultat betätigt und der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe wird in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung sukzessive in einer Richtung, in der die Lichtintensität ansteigt, bewegt. Damit ist es möglich, das Zentrum des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser und die zentrale Achse der Verteilung des durch den Ellipsoidreflexionsspiegel gebündelten Lichts aufeinander fallen zu lassen und darüber hinaus die Lichtverteilung der maximalen Intensität zu erhalten. Da im besonderen der erste Brennpunkt des Ellipsoidreflexionsspiegels und der lichtemittierende Bereich der Strahlungslampe automatisch und sehr genau aufeinander fallen gelassen werden, ist es möglich, die Lichtenergie der Strahlungslampe effektiv zu nutzen. Es ist ferner auch möglich, Fluktuationen der Ausgangslichtstrahlung bei einer Deformation der Elektrode wegen Elektrodenabtrag und thermischer Ausdehnung der Strahlungslampe zu vermeiden, wodurch die Fokussiereinstellzeit beim Austausch der Strahlungslampe erheblich vermindert wird. Es ist somit möglich, eine Lichtstrahlheiz- Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sehr effizient ist, bezüglich des Lichtstrahlungsausgangs stabilisiert ist und leicht zu warten ist. Ferner wird aus dem Lichtintensitätssignal nach der photoelektrischen Wandlung mit Hilfe der Arithmetikschaltung auf der Basis der Lichtintensität und der Positionsinformation auf der lichtaufnehmenden Endfläche der optischen Faser ein der auf das lichtaufnehmende Ende der optischen Faser auftreffenden Lichtenergie entsprechender Wert erhalten, und der Ausgang der Leistungsversorgungsschaltung zum Versorgen der Strahlungslampe mit Leistung wird zum Beheben des Fehlers zwischen diesem Wert und dem Befehlswert, der durch die Ausgangsbefehlsschaltung eingestellt ist, verändert, um dadurch die auf die optische Faserendfläche auftreffende Lichtenergie auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Damit ist es möglich, eine Lichtstrahlheizvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der der Lichtstrahlungsausgang stabilisiert ist, eine Reproduzierbarkeit bei der Benutzung sichergestellt werden kann, wenn die Vorrichtung zum Heizen benutzt wird, und sowohl die Steuerbarkeit als auch das Ansprechverhalten beim Einstellen der gewünschten Bedingungen exzellent sind.

Claims

1. Lichtstrahlheizvorrichtung mit:

einer Strahlungslampe (1) mit einem lichtemittierendem Bereich zum Emittieren von Licht;

einem Ellipsoidreflexionsspiegel (3) mit einem ersten Brennpunkt (4) und einem zweiten Brennpunkt zum Bündeln des Lichts aus der Strahlungslampe (1);

einer optischen Faser (5), die Elementfasern beinhaltet und ein lichtaufnehmendes Ende, auf das das gebündelte Licht auftrifft, aufweist;

einem Photodetektor (8) zum Lichtintensität-Erfassen an dem lichtaufnehmenden Ende, der ein der Lichtintensität entsprechendes optisches Ausgangssignal liefert und eine der erfaßten Lichtintensität entsprechende Erfassungsposition auf einer Oberfläche des lichtaufnehmenden Endes erkennt;

einem Strahlungslampenanpaßmechanismus (2) versehen mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen des lichtemittierenden Bereichs der Strahlungslampe (1) in eine optionale Position in der Nähe des ersten Brennpunkts (4) des Ellipsoidreflexionsspiegels (3);

gekennzeichnet durch einen photoelektrischen Wandler (9) zum photoelektrischen Umwandeln des optischen Ausgangssignals des Photodetektors (8) in ein elektrisches Ausgangssignal; und

eine das elektrische Ausgangssignal empfangende Arithmetik-Ansteuerschaltung (10) zum Berechnen einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsstrecke der Strahlungslampe (1) aus dem elektrischen Ausgangssignal und Liefern eines Ansteuersignals an den Antriebsmechanismus.

2. Lichtstrahlheizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Photodetektor (8) zumindest eine aus einem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser (5) genommene Elementfaser aufweist.

3. Lichtstrahlheizvorrichtung mit:

einer Strahlungslampe (1) mit einem lichtemittierenden Bereich zum Emittieren von Licht;

einer optischen Faser (5), die Elementfasern beinhaltet und ein lichtaufnehmendes Ende, auf das das gebündelte Licht auftrifft, aufweist; gekennzeichnet durch

einen Photodetektor (8) zum Lichtintensität-Erfassen an dem lichtaufnehmenden Ende, der ein der Lichtintensität entsprechendes optisches Ausgangssignal liefert und eine der erfaßten Lichtintensität entsprechende Erfassungsposition auf einer Oberfläche des lichtaufnehmenden Endes erkennt;

einen photoelektrischen Wandler (9) zum photoelektrischen Umwandeln des optischen Ausgangssignals des Detektors (8) in ein elektrisches Ausgangssignal;

eine das elektrische Ausgangssignal empfangende Arithmetikschaltung (17) zum Berechnen einer Gesamtenergie des auf das lichtaufnehmende Ende auftreffenden Lichts und Liefern eines die Gesamtenergie anzeigenden Gesamtleistungssignals;

eine Ausgangsbefehlsschaltung (20) zum Liefern eines einem eingestellten Heizausgangswert der Vorrichtung entsprechenden Befehlssignals;

eine Fehlerverstärkungschaltung (18) zum Verstärken einer Differenz zwischen dem Gesamtleistungssignal und dem Befehlssignal und Liefern eines der Differenz entsprechenden Fehlersignals; und

eine Leistungsversorgungsschaltung (19) zum Versorgen der Strahlungslampe mit einer dem Fehlersignal entsprechenden elektrischen Leistung.

4. Lichtstrahlheizvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Photodetektor (8) zumindest eine aus einem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser (5) genommene Elementfaser aufweist.

5. Lichtstrahlheizvorrichtung mit:

einer optischen Faser (5), die Elementfasern beinhaltet und ein lichtaufnehemdes Ende, auf das das gebündelte Licht auftrifft, aufweist;

einem Strahlungslampenanpaßmechanismus (2) versehen mit einem Antriebsmechanismus zum Bewegen des lichtemittieren den Bereichs der Strahlungslampe (1) in einer optionalen Position in der Nähe des ersten Brennpunkts (4) des Ellipsoidreflexionsspiegels (3);

gekennzeichnet durch einen photoelektrischen Wandler (9) zum photoelektrischen Umwandeln des optischen Ausgangssignals des Detektors (8) in ein elektrisches Ausgangssignal;

eine das elektrische Ausgangssignal empfangende Arithmetik-Ansteuerschaltung (10) zum Berechnung einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsstrecke der Strahlungslampe (1) aus dem elektrischen Ausgangssignal und Liefern eines Ansteuersignals an den Antriebsmechanismus;

6. Lichtstrahlheizvorrichtung nach Anspruch 51 bei der der Photodetektor (8) zumindest eine aus einem zentralen Teil des lichtaufnehmenden Endes der optischen Faser (5) genommene Elementfaser aufweist.