JP2003071561A - 光加熱装置とその加工方法およびこれを用いた生産設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガイド光用の光を単芯ファイバ内に入れるこ
とができないためガイド光で加工位置を狙うことができ
ないという課題があった。 【解決手段】 単芯ファイバの末端部には集光レンズ機
構があり、単芯ファイバから出射された光線を集光する
役割を果たす。この集光レンズ機構の集光レンズ部を脱
着可能な構造とし、集光レンズを代わりにガイド光を出
射するガイド光ユニットを取り付け可能な構造とする。
この構造により、光ファイバ内にガイド光用の光ファイ
バが無くとも、容易に加工狙い位置を決めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電子部品
のはんだ付け等の局部非接触加熱源として利用される半
導体レーザ加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ加熱装置の構成図を
図３及び図４に示す。図３において、１８は制御装置、
１９は電源、２０は半導体レーザ光源部、２１はバンド
ル光ファイバ、２２は集光レンズ機構、２３はガイド光
用光源、２４は被加工物である。

【０００３】図４において、２５はバンドル光ファイバ
の端面、２６はガイド光用光源２３に接続された光ファ
イバである。

【０００４】半導体レーザ光源部２０は、内部に複数の
レーザ発光部があり、発光部の直後に配置されたレンズ
を介して、一つの発光部に対して一本の光ファイバが結
合された構造となっている。

【０００５】したがってバンドル光ファイバ２１は一つ
一つのレーザ発光部に対応した光ファイバを束ねた構造
になっている。

【０００６】ただしバンドル光ファイバ２１のうち、1
本の光ファイバは、半導体レーザ光源部２０に結合され
ておらず、外部に引き出されており、ガイド光用光源２
３に接続されている。

【０００７】このガイド用光源２３に接続された光ファ
イバ２６はバンドル光ファイバ端面２５の中心に位置す
る。

【０００８】以上のように、バンドル光ファイバ２１の
中心の１本の光ファイバはガイド光用であり、その他の
光ファイバは半導体レーザ光用である。

【０００９】バンドル光ファイバ２１から出射したガイ
ド光あるいは半導体レーザ光の光線を集光レンズ機構２
２で集光する。

【００１０】ガイド光（可視光）が出射される場合は照
射位置の狙いの用途であり、半導体レーザ光が出射され
る場合には被加工物２４を加熱する用途となる。

【００１１】ガイド光と半導体レーザ光は制御装置で切
り替えて使用するため、同時に照射することはない。

【００１２】例えば、半導体レーザ加熱装置で非接触局
所はんだ付け施工を行う場合、集光レンズ機構２２を例
えばロボット等の外部装置の先端に保持させる。

【００１３】まずガイド光を照射し、非加工物２４のは
んだ付け部の加熱の狙い位置を外部装置に教示する。

【００１４】教示後、制御装置１８によりガイド光から
半導体レーザ光に切り替え、被加工物２４のはんだ付け
部の加熱位置に半導体レーザ光を照射し、非接触局所は
んだ付け施工を行う。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ加
熱装置は、半導体レーザ光源部２０からバンドル光ファ
イバ２１の出射端まで一体構造であり、分離させること
ができなかった。

【００１６】そこでバンドル光ファイバの部分で分離可
能な構造を考える場合、光ファイバを延長したいとき、
光ファイバを分離部から接続する必要がある。

【００１７】このとき分離部から接続する光ファイバに
はバンドル光ファイバを使用することができない。

【００１８】なぜなら接続前のバンドル光ファイバと接
続後のバンドル光ファイバの、１本１本の光ファイバ位
置を完全に一致させて接続することは困難となるためで
ある。したがって分離部から接続する光ファイバは、接
続前のバンドル光ファイバのバンドル径と同径の単芯フ
ァイバとなる。

【００１９】この場合、単芯ファイバには半導体レーザ
光のみが透過することになるため、ガイド光用の光を単
芯ファイバ内に入れることができない。

【００２０】したがってガイド光で照射位置を狙うこと
ができないという課題があった。

【００２１】本発明では、上記課題を解決する半導体レ
ーザ加熱装置の構成を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、光源と、前記光源から発
生する光エネルギーを伝達する伝達手段と、前記光エネ
ルギーを照射する被加工物と前記伝達手段の間に設けた
光学手段を備え、それぞれ焦点距離が異なる光学手段の
うち少なくとも一つを着脱自在に保持するユニットを設
け、被加工物への加工部位を示すガイド光ユニットを前
記ユニットの光学手段の保持部分に着脱自在に設けたも
のである。

【００２３】請求項２記載の本発明は、光源として半導
体レーザを用い、前記半導体レーザに電力を供給する半
導体レーザ用電源と、前記電源を制御する制御手段を設
け、前記制御手段はガイド光ユニットに電力を供給する
ガイド光用電源を制御する請求項１記載のものである。

【００２４】請求項３記載の本発明は、制御手段に、半
導体レーザ用電源と、ガイド光用電源のいずれかを動作
させる選択手段を設けた請求項２記載のものである。

【００２５】請求項４記載の本発明は、光学手段とガイ
ド光ユニットのいずれのユニットが装着されたか検出す
る検出手段を設け、前記検出手段からの信号に基づいて
制御手段が半導体レーザ用電源とガイド光用電源のいず
れかを動作させる請求項１から３のいずれかに記載のも
のである。

【００２６】請求項５記載の本発明は、被加工物の加工
位置を示す数値データを外部機器から制御手段に入力
し、これらを記憶する記憶手段を設けた請求項１から４
のいずれかに記載のものである。

【００２７】請求項６記載の本発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の光加熱装置の調整方法において、光
源からの光エネルギーを照射する前に、ガイド光ユニッ
トをユニットに装着し、被加工物へガイド光を照射した
後、少なくとも被加工物またはユニットの位置を直接ま
たは数値データで調整し、その後、調整した位置に基づ
いて光源からの光エネルギーを照射して被加工物を加工
する加工方法である。

【００２８】請求項７記載の本発明は、請求項１から５
のいずれかに記載の光加熱装置を配置した生産設備であ
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】上記構成により、接続する光ファ
イバが単芯ファイバでガイド光用の光を単芯ファイバ内
に入れることができなくても、ガイド光ユニットを使用
することで照射位置を狙うことが可能となる。 （実施の形態）以下、本発明の一実施の形態例について
説明する。

【００３０】本発明の一実施の形態例について、図１、
図２に基づいて説明する。

【００３１】図１において１は記憶手段で、制御手段２
と情報を受け渡しできるようにしている。この制御手段
２は電源３を制御するようにしており、電源３を半導体
レーザ光源部４に接続して、制御手段２で電源３を介し
て半導体レーザ光源部４を制御している。

【００３２】半導体レーザ光源部４のレーザ光出力部分
にバンドル光ファイバ５を接続し、このバンドル光ファ
イバ５はファイバ接続部６で単芯ファイバ７の一端に接
続している。単芯ファイバ７の他端は集光レンズ機構８
に接続しており、半導体レーザ光源部４から出力したレ
ーザ光をバンドル光ファイバ５、ファイバ接続部６、単
芯ファイバ７を介して集光レンズ機構８に入力するよう
に構成している。

【００３３】この構成において、通常の加工時には集光
レンズ機構８に取り付けた集光レンズ１２によって被加
工物１３にレーザ光を照射するようにしている。

【００３４】一方、加工前等に被加工物の加工位置とレ
ーザ光の位置合わせを行う場合には、集光レンズ１２を
取り外し、ガイド光ユニット９を集光レンズ機構８に取
り付けてガイド光を被加工物に照射して、位置合わせを
行う。

【００３５】このガイド光ユニット９は集光レンズ機構
８に取り付けた時に単芯ファイバ７の他端の軸芯上にガ
イド光を照射するように小型ガイド光用光源１０を設け
ていて、小型ガイド光用光源１０は電源ケーブル１１で
電源３に接続している。

【００３６】そして、集光レンズ機構８に集光レンズ１
２かガイド光ユニット９の何れが取り付けられているの
か検出するための検出手段１４を設け、この検出手段１
４の信号を制御手段２に入力している。この制御手段２
には半導体レーザ光源部４か小型ガイド光用光源１０の
いずれかに制御対象を切りかえるための動作プログラム
が内蔵されている。

【００３７】図２は、集光レンズ機構８の移動機構を示
す図で、集光レンズ機構８は外部機器１５に取り付けら
れており、この外部機器１５はＸＹＺの直交座標系にお
いてＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向のそれぞれの方向に
駆動するテーブル駆動装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃから
構成されていて、集光レンズ機構８を被加工物１３に対
してＸ軸Ｙ軸Ｚ軸のそれぞれの方向に移動可能にしてい
る。

【００３８】そして、この外部機器１５のテーブル駆動
装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃは現在位置を検出するため
の検出手段（図示せず）を設けており、これらの検出手
段の信号を被加工物に対するレーザ光またはガイド光照
射位置として制御手段２に入力する構成にしている。

【００３９】そして、位置データについては、記憶手段
１に加工プログラムとして記憶している。

【００４０】次に動作について説明する。

【００４１】例えば被加工物１３に半導体レーザ光で被
接触局所はんだ付け施工を実施する際、まず、集光レン
ズ機構８にガイド光ユニット９を装着し、被加工物１３
のはんだ付け狙い位置にガイド光を照射し位置決めを行
う。

【００４２】そして位置データを外部機器１５を通じて
制御手段２に取り込み、記憶手段１に記憶する。

【００４３】全ての加工位置を記憶したら、次に集光レ
ンズ機構８からガイド光ユニット９を外し、集光レンズ
１２を装着する。

【００４４】そして記憶手段１に記憶した位置データに
基づき、集光レンズ機構８あるいは被加工物１３を移動
させ、半導体レーザ光を被加工物１３に照射し、被接触
局所はんだ付け施工を行う。

【００４５】なお、図２に示すように、例えば直交ロボ
ット等の外部機器１５の先端部に集光レンズ機構８を取
り付け、加熱加工を行う光加熱装置を生産設備中に配置
することができる。

【００４６】以上のように本日の形態例では、接続する
光ファイバを単芯ファイバ７とし、ガイド光用の光を単
芯ファイバ７内に入れることができなくても、ガイド光
ユニット９を使用することで照射位置を狙うことが可能
となる。またガイド光ユニット９を用いれば、ガイド光
用の光ファイバを持たないようなバンドル光ファイバで
あっても同様の機能を有することが可能となる。

【００４７】また、小型ガイド光用光源１０と半導体レ
ーザ光源部４の電源３を制御する制御手段２を有してい
るため、小型ガイド光用光源１０と半導体レーザ光源部
４を独立に制御する手間が省ける。

【００４８】さらに、制御手段２には半導体レーザ光源
部４か小型ガイド光用光源１０のいずれかに切り替える
ための動作プログラムが内蔵されているため、容易にい
ずれかに切り替え動作させることができる。

【００４９】さらに、集光レンズ機構８にはガイド光ユ
ニット９または集光レンズ１２のいずれが装着されてい
るかを判別する検出手段１４が内蔵されているため、制
御手段２は集光レンズ機構８の状態を判断できる。この
構成により、例えば集光レンズ機構８にガイド光ユニッ
ト９が装着されているにも関わらず、半導体レーザ光を
照射してしまうというような誤作動を防止することがで
きる。

【００５０】さらに、制御装置２は外部機器１５から被
加工物１３の加工位置を示す位置データを取り込み、記
憶手段１に記憶させることができるので、外部機器の記
憶手段に頼る必要がなくなる。

【００５１】さらに、ガイド光ユニット９の使用によ
り、半導体レーザ光の伝達手段がバンドル光ファイバ、
単芯ファイバに関わらず、いずれの場合においても、正
確に加工位置を狙うことが可能となり、容易にその位置
データを記憶し、加工に反映できる。したがって光ファ
イバの種類に限定されずに加工位置を狙える利点があ
る。

【００５２】さらに、図２に示すように、例えば直交ロ
ボット等の外部機器１６の先端部に集光レンズ機構８を
取り付け、加熱加工を行う生産設備を構成することで、
光ファイバの種類に限定されずに加工位置を狙え、かつ
容易に位置データを記憶し、正確に加工できる設備が可
能となる。

【００５３】また、被加工物上の一点あるいは被加工物
から離れた位置に基準位置を設け、この基準位置をガイ
ド光の狙い位置の原点として記憶させておくことによ
り、被加工物の加工位置データが数値データとして入力
されれば、原点からの座標変換によって自動的に加工位
置に集光レンズ機構８を移動させて加工することができ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、接続する光ファイバが単芯ファイバでガイド光用の
光を単芯ファイバ内に入れることができなくても、ガイ
ド光ユニットを使用することで照射位置を狙うことが可
能となり、加工精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における半導体レーザ加熱
装置の概要図

【図２】本発明の一実施形態における生産設備の概要図

【図３】従来の半導体レーザ加熱装置の概要図

【図４】従来のバンドル光ファイバの出射端の構成図

【符号の説明】

１ 記憶手段 ２ 制御手段 ３ 電源 ４ 半導体レーザ光源部 ５ バンドル光ファイバ ６ ファイバ接続部 ７ 単芯ファイバ ８ 集光レンズ機構 ９ ガイド光ユニット １０ 小型ガイド光用光源 １１ 電源ケーブル １２ 集光レンズ １３ 被加工物 １４ 検出手段 １５ 外部機器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土師 信幸 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA58 AA61

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源から発生する光エネルギ
   ーを伝達する伝達手段と、前記光エネルギーを照射する
   被加工物と前記伝達手段の間に設けた光学手段を備え、
   それぞれ焦点距離が異なる光学手段のうち少なくとも一
   つを着脱自在に保持するユニットを設け、被加工物への
   加工部位を示すガイド光ユニットを前記ユニットの光学
   手段の保持部分に着脱自在に設けた光加熱装置。
2. 【請求項２】光源として半導体レーザを用い、前記半導
   体レーザに電力を供給する半導体レーザ用電源と、前記
   電源を制御する制御手段を設け、前記制御手段はガイド
   光ユニットに電力を供給するガイド光用電源を制御する
   請求項１記載の光加熱装置。
3. 【請求項３】制御手段に、半導体レーザ用電源と、ガイ
   ド光用電源のいずれかを動作させる選択手段を設けた請
   求項２記載の光加熱装置。
4. 【請求項４】光学手段とガイド光ユニットのいずれのユ
   ニットが装着されたか検出する検出手段を設け、前記検
   出手段からの信号に基づいて制御手段が半導体レーザ用
   電源とガイド光用電源のいずれかを動作させる請求項１
   から３のいずれかに記載の光加熱装置。
5. 【請求項５】被加工物の加工位置を示す数値データを外
   部機器から制御手段に入力し、これらを記憶する記憶手
   段を設けた請求項１から４のいずれかに記載の光加熱装
   置。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の光加熱
   装置の調整方法において、光源からの光エネルギーを照
   射する前に、ガイド光ユニットをユニットに装着し、被
   加工物へガイド光を照射した後、少なくとも被加工物ま
   たはユニットの位置を直接または数値データで調整し、
   その後、調整した位置に基づいて光源からの光エネルギ
   ーを照射して被加工物を加工する加工方法。
7. 【請求項７】請求項１から５のいずれかに記載の光加熱
   装置を配置した生産設備。