JP2006041406A - Laser heating equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば半導体レーザから出射されたレーザ光を集光し、この集光したレーザ光によりはんだ付けや溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱設備に関するものである。 The present invention relates to a laser heating facility that condenses laser light emitted from, for example, a semiconductor laser and performs heat treatment such as soldering or welding with the collected laser light.
従来、レーザ光を用いた非接触な加熱処理を行う装置としてレーザ加熱設備があり、たとえば特許文献1に開示されている。
このレーザ加熱設備(レーザ加熱装置)は、複数のレーザダイオードを積み重ねてなるレーザダイオードモジュールと、レーザダイオードモジュールに電力を供給する電源と、レーザダイオードモジュールの備える複数のレーザダイオードが出射するレーザ光を視準化するコリメートレンズと、視準化されたレーザ光を集光する集光レンズにより構成されている。
Conventionally, there is a laser heating facility as an apparatus for performing non-contact heat treatment using laser light, which is disclosed in
This laser heating facility (laser heating device) includes a laser diode module in which a plurality of laser diodes are stacked, a power supply for supplying power to the laser diode module, and laser light emitted from the plurality of laser diodes included in the laser diode module. The collimating lens for collimation and the condensing lens for condensing the collimated laser beam are used.
この構成により、レーザダイオードから出射されたレーザ光はコリメートレンズにより視準化され、この視準化されたレーザ光は集光レンズにより集光される。
このように、集光されたレーザ光により、合焦点に置かれている被加熱物に対して半田付けや溶接などの加熱処理を行うことができる。
With this configuration, the laser light emitted from the laser diode is collimated by the collimator lens, and the collimated laser light is collected by the condenser lens.
In this way, heat treatment such as soldering or welding can be performed on the object to be heated placed at the focal point by the focused laser beam.
またレーザダイオードモジュールより出射されたレーザ光の発生量を補正する発光量補正回路を形成し、レーザダイオードの劣化に伴う発光量の低下に応じて、レーザダイオードモジュールへ供給される電流を増加させてレーザ光の発光量を一定に制御している。すなわち、レーザダイオードモジュールへ供給されるパルス状の電流を発生する電流発生回路を備え、発光量補正回路として、レーザダイオードモジュールより出射されたレーザ光を検出する光検出器と、電流発生回路からレーザダイオードモジュールへ供給される電流量を検出する電流量検出器と、この光検出器により検出された電流量と電流量検出器により検出された電流量を減算する減算器と、この減算器の出力値を周波数へ変換するΔI/周波数変換回路(ΔI/F)と、波形記憶装置より出力される、ヒートプロファイルの電圧値を周波数へ変換する電圧/周波数変換回路(V/F)と、電圧/周波数変換回路より出力された周波数(目標値)よりΔI/周波数変換回路(ΔI/F)から出力された周波数(フィードバック値)を減算し、前記電流発生回路へ出力する周波数減算器を備えている。
しかし、上記従来のレーザ加熱設備(レーザ加熱装置)の構成によると、レーザダイオードの劣化に伴う発光量の低下に応じて、レーザダイオードモジュールへ供給される電流を増加させてレーザ光の発光量を一定に制御しているが、波形記憶装置より出力されるヒートプロファイルの電圧値の設定が予め設定されているため、レーザダイオードからの実際の発熱量(温度上昇)に対応してレーザ発光量を一定とする、レーザダイオードへ供給する電流を、現場で簡単に設定変更できないという問題がある。また従来の発光量補正回路は複雑で、装置の製造コストが高くなるという問題がある。 However, according to the configuration of the above conventional laser heating equipment (laser heating device), the current supplied to the laser diode module is increased in accordance with the decrease in the light emission amount accompanying the deterioration of the laser diode, thereby reducing the light emission amount of the laser light. Although it is controlled to a constant value, the voltage value of the heat profile output from the waveform storage device is set in advance, so the amount of laser emission is adjusted in accordance with the actual amount of heat generated from the laser diode (temperature rise). There is a problem that the current supplied to the laser diode, which is constant, cannot be easily changed on site. In addition, the conventional light emission amount correction circuit is complicated, and there is a problem that the manufacturing cost of the apparatus becomes high.
そこで本発明は、所定温度内でレーザダイオードへ供給する電流の設定を現場で簡単に設定変更でき、よって所定温度内でレーザダイオードへ供給する電流を補償でき、また装置の製造コストを削減できるレーザ加熱設備を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention can easily change the setting of the current supplied to the laser diode within the predetermined temperature in the field, so that the current supplied to the laser diode within the predetermined temperature can be compensated, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. The purpose is to provide heating equipment.
前記した目的を達成するために、本発明の請求項1記載のレーザ加熱設備は、物質を溶解させるレーザ光を光軸センタを中心に出射するワンチップ半導体レーザ光源を具備するレーザ加熱装置と、前記レーザ加熱装置のワンチップ半導体レーザ光源へ出力する駆動電流を制御する電流制御回路を設けたワンチップ半導体レーザ光源電源装置を備え、前記レーザ加熱装置と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置が電力用ケーブルで接続されているレーザ加熱設備であって、前記レーザ加熱装置は、前記ワンチップ半導体レーザ光源が具備されているヒートシンクと、前記ヒートシンクに密着または埋め込まれ、前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度を測定する温度センサを備え、前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置は、前記電流制御回路へ指令する目標駆動電流値および駆動時間を設定する電流波形調整手段を備え、前記温度センサにより測定される前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度を入力し、前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度特性を求め、温度変動にともなう出力変動を補正するように、前記電流波形調整手段により設定される前記目標駆動電流値を求めるための温度測定回路を備えたことを特徴としたものである。
In order to achieve the above object, a laser heating apparatus according to
また、請求項2記載のレーザ加熱設備は、請求項1に記載の発明であって、前記電流波形調整手段は、前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する第1目標駆動電流値を設定する第1電流用可変抵抗器と、前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する第2目標駆動電流値を設定する第2電流用可変抵抗器と、前記第1目標駆動電流値を出力する駆動時間である第1設定時間を設定する第1タイマ用可変抵抗器と、前記第2目標駆動電流値を出力する駆動時間である第2設定時間を設定する第2タイマ用可変抵抗器を有し、前記電流制御回路は、前記電流波形調整手段により設定された第1目標駆動電流値、前記第1設定時間、前記第2目標駆動電流値、および前記第2設定時間に基づいて前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する駆動電流を制御することを特徴としたものである。
The laser heating equipment according to
そして、請求項3記載のレーザ加熱設備は、請求項1または請求項2に記載の発明であって、前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置はL型シャーシを備えており、前記L型シャーシを他のフレームに取り付けて放熱が行なわれることを特徴としたものである。
The laser heating facility according to
さらに、請求項4記載のレーザ加熱設備は、物質を溶解させるレーザ光を光軸センタを中心に出射するワンチップ半導体レーザ光源を具備するレーザ加熱装置と、前記レーザ加熱装置のワンチップ半導体レーザ光源へ出力する駆動電流を制御する電流制御回路を設けたワンチップ半導体レーザ光源電源装置を備え、前記レーザ加熱装置と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置が電力用ケーブルで接続されているレーザ加熱設備であって、前記レーザ加熱装置は、前記ワンチップ半導体レーザ光源の前方、且つ前記光軸センタ上でレーザ偏光方向を直線通過する方向に配置されている偏光プリズムと、前記偏光プリズムの一側方に設けられ、前記偏光プリズムで反射された前記ワンチップ半導体レーザ光源から照射されたレーザ光の反射光を検出する第1光センサと、前記偏光プリズムの他側方に設けられ、前記レーザ光の戻光を検出する第2光センサを備え、前記電流制御回路は、前記第1光センサにより検出された前記反射光と前記第2光センサにより検出された前記レーザ光の戻光を減算して前記レーザ光のフィードバック値を求め、予め設定されている前記レーザ光の指令値と前記レーザ光のフィードバック値が一致するように電流制御を行うことを特徴としたものである。
The laser heating apparatus according to
しかも、請求項5記載のレーザ加熱設備は、請求項4に記載の発明であって、前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置は、前記第1光センサにより検出された戻光を表示する表示手段を備えることを特徴としたものである。
Moreover, the laser heating facility according to
また、請求項6記載のレーザ加熱設備は、物質を溶解させるレーザ光を光軸センタを中心に出射するワンチップ半導体レーザ光源を具備するレーザ加熱装置と、前記レーザ加熱装置のワンチップ半導体レーザ光源へ出力する駆動電流を制御する電流制御回路を設けたワンチップ半導体レーザ光源電源装置を備え、前記レーザ加熱装置と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置が電力用ケーブルで接続されているレーザ加熱設備であって、前記レーザ加熱装置は、前記ワンチップ半導体レーザ光源の前方、且つ前記光軸センタ上でレーザ偏光方向を直線通過する方向に配置されている偏光プリズムと、前記偏光プリズムの一側面に設けられている可視光ワンチップ半導体レーザ光源を備え、前記電力用ケーブルは、前記ワンチップ半導体レーザ光源と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置を接続する第1プラス電源ラインと、前記可視光ワンチップ半導体レーザ光源と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置を接続する第2プラス電源ラインから構成され、これら第1プラス電源ラインおよび第2プラス電源ラインはそれぞれ、前記ワンチップ半導体レーザ光源および前記可視光ワンチップ半導体レーザ光源に所望の動作電圧を供給するよう、線形および線の長さを調整して、線間抵抗が所望の値となるよう形成されていることを特徴としたものである。
The laser heating facility according to
本発明のレーザ加熱設備は、予め温度センサにより測定されたワンチップ半導体レーザ光源の温度に基づいて、温度測定回路によりワンチップ半導体レーザ光源の温度特性を求め、この温度特性に基づいて、電流波形調整手段により第1目標駆動電流値,第2目標駆動電流値,第1設定時間,第2設定時間を設定し、電流制御回路より第1目標駆動電流値を第1設定時間の間、続いて第2目標駆動電流値を第2設定時間の間、ワンチップ半導体レーザ光源へ出力することにより、温度上昇に伴うワンチップ半導体レーザ光源のレーザ光の出力低下を補償することができ、また上記各目標駆動電流および設定時間を現場で間単に設定変更することができるため、ワンチップ半導体レーザ光源より安定したレーザ光を出射することができる。 The laser heating facility of the present invention obtains the temperature characteristic of the one-chip semiconductor laser light source by the temperature measurement circuit based on the temperature of the one-chip semiconductor laser light source measured in advance by the temperature sensor, and based on this temperature characteristic, the current waveform The first target drive current value, the second target drive current value, the first set time, and the second set time are set by the adjusting means, and the first target drive current value is continuously set for the first set time by the current control circuit. By outputting the second target drive current value to the one-chip semiconductor laser light source for the second set time, it is possible to compensate for the decrease in the output of the laser light from the one-chip semiconductor laser light source due to the temperature rise. Since the target drive current and set time can be simply changed on site, stable laser light can be emitted from the one-chip semiconductor laser light source.
また、ワンチップ半導体レーザ光源電源装置内に電圧調整を行う複雑な回路を備える必要が無いため、レーザ加熱設備におけるワンチップ半導体レーザ光源電源装置の製造コストを大幅に低減することができる。 Further, since it is not necessary to provide a complicated circuit for adjusting the voltage in the one-chip semiconductor laser light source power supply device, the manufacturing cost of the one-chip semiconductor laser light source power supply device in the laser heating facility can be greatly reduced.
(実施の形態1)
以下に、本発明の実施の形態1におけるレーザ加熱設備について、図面を参照しながら説明する。なお、レーザ加熱装置からレーザ光を出射する方向を前方向、この前方向とは逆の方向を後方向、これらの前後方向Xと水平面上で直角な方向を左右方向Yとする。また上下方向をZとする。
(Embodiment 1)
Below, the laser heating equipment in
図1に本発明の実施の形態1におけるレーザ加熱設備の構成を示す。
図1(a),図1(b)に示すように、レーザ光の集光部に向けて物質を溶解させるレーザ光を出射するレーザ加熱装置1は、アルマイト処理されたアルミニウム合金(Al合金)により形成されているホルダー本体2Aとホルダー本体2Aの上部に搭載されるホルダカバー2Bとから形成されているホルダー2と、ホルダー本体2Aの内面のうち、左右側面および下面に設けられている熱伝導絶縁シート3と、ホルダカバー2Bの下面に設けられているインジニウムシート(以下、Inシートという)4と、各熱伝導絶縁シート3およびInシート4と当接して設けられているヒートシンク(銅ブロック)5と、ヒートシンク5の前面に固定ネジ6により固定され、レーザ光Lを光軸センタ7を中心に出射する出射部8を有するワット級ワンチップ半導体レーザ(LD)(ワンチップ半導体レーザ光源の一例)9と、ホルダー2の前方において光軸センタ7を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の出射部8から出射されるレーザ光Lを集光させる非球面レンズ10と、非球面レンズ10を保持し、非球面レンズ10の前方に位置する場所に可視光カットフィルタ11Aが設けられているレンズ保持部11と、ヒートシンク5に接続されているプラス電源ライン12Aと、ヒートシンク5に接続されている第1マイナス電源ライン12Bと、ワット級ワンチップ半導体レーザ9に接続されている第2マイナス電源ライン12Cを有する電力用ケーブル12と、ヒートシンク5に内蔵され、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度を測定するサーミスタ(温度センサの一例)13Aと、このサーミスタ13Aに接続されているサーミスタ用ケーブル(温度センサ用ケーブルの一例)13と、ワット級ワンチップ半導体レーザ9から出射されるレーザ光Lの戻光を検知するフォトダイオード(光センサ)14Aと、このフォトダイオード14Aに接続されているフォトダイオード用ケーブル(光センサ用ケーブルの一例)14と、ホルダカバー2Bの各角部に上下方向Zに設けられ、ホルダー2を取り付け板15などに取り付ける取付ネジ16などから構成されている。なお、レーザ加熱装置1は、前記プラス電源ライン12Aと第1マイナス電源ライン12Bと第2マイナス電源ライン12Cからなる電力用ケーブル12によりワット級ワンチップ半導体レーザ電源装置21(以下、LD電源装置という)(詳細は後述する)と接続されている。
FIG. 1 shows the configuration of the laser heating equipment in
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a
なお、各ケーブル12,13,14をホルダー2内に挿入する際、ホルダー2における各ケーブル12,13,14の挿入部分には黒色シール材17が設けられ、各ケーブル12,13,14が固定されている。
When the
上記ワット級ワンチップ半導体レーザ9に形成されている出射部8は、スロー方向の発光幅が0.5mm、ファースト方向の発光幅が1μmとされている。なお、出射部8におけるスロー方向の発光幅は0.05mm〜0.5mmであればよい。また、上記非球面レンズ10は、レンズの明るさを示すF値がF4〜F9、下位口数NAが0.3以上の非球面レンズを使用する。
The emission part 8 formed in the watt-class one-
次に、上記レーザ加熱装置1を駆動制御するLD電源装置21の構成を説明する。
図2,図3に示すように、LD電源装置21は、側板部22Aと底板部22Bから形成されているL型シャーシ22と、底板部22Bに支持体23を介して設けられているワット級ワンチップ半導体レーザ基板(以下、LD基板という)24と、LD基板24を覆うように配置されたカバー25内に設けられているスイッチング電源26から構成されている。
Next, the configuration of the LD
As shown in FIGS. 2 and 3, the LD
上記LD基板24は、外部よりAC100Vを入力する電源用コネクタ31と、サーミスタ用ケーブル13と接続されるサーミスタ用端子台32と、フォトダイオード用ケーブル14と目標駆動電流Iをオン・オフするスイッチ(切換部)35とが接続される端子台33と、レーザ加熱装置1のワット級ワンチップ半導体レーザ9へ駆動電流Iを出力する出力用端子34と、ワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力する第1目標駆動電流I1を設定する第1電流用トリマー抵抗(第1電流用可変抵抗器)38Aと、ワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力する第2目標駆動電流I2を設定する第2電流用トリマー抵抗(第2電流用可変抵抗器)38Bと、第1目標駆動電流I1を出力する時間である第1設定時間T1を設定する第1タイマ用トリマー抵抗(第1タイマ用可変抵抗器)39Aと、第2目標駆動電流I2を出力する時間である第2設定時間T2を設定する第2タイマ用トリマー抵抗(第2タイマ用可変抵抗器)39Bと、目標駆動電流I(第1駆動電流I1)の出力のスタートおよびストップを行う第1スイッチ40A,LD電源装置21の動作モード(例えばCWモードやPLSモード)を選択する第2スイッチ40B,最大出力電流(3.3Aもしくは8A)を選択する第3スイッチ40Cを有するディップスイッチ40などを備えている。なお、第1電流用トリマー抵抗38Aと、第2電流用トリマー抵抗38Bと、第1タイマ用トリマー抵抗39Aと、第2タイマ用トリマー抵抗39Bとにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力する駆動電流Iを設定する電流波形調整手段41が形成されている。
The
またLD基板24には、サーミスタ13Aにより測定(検出)されるワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度を入力し、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度特性を得るための温度測定回路42と、スイッチ35および電流波形調整手段41と接続され、電流波形調整手段41により設定された駆動電流Iを出力する電流制御回路43が設けられている。なお、温度測定回路42には、温度測定回路42が測定した温度を表示する手段として、例えば温度表示器(温度表示手段)44が接続されている。
Further, the temperature of the watt class one-
なお、このLD電源装置21は、L型シャーシ22を他のフレームに取り付けることにより放熱を行う自然空冷式とされている。
以下に、上記した実施の形態1における作用を、図4、図5を参照しながら説明する。
The LD
Hereinafter, the operation in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、予めサーミスタ13Aでワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度を測定して、温度測定回路42によりワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度特性を得て、温度表示器44に計測された温度を表示させる。
First, the temperature of the watt class one-
ここで、ワット級ワンチップ半導体レーザ9から出力されるレーザ光Lが一定のパワーを得るためには、図5の実線に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度が25℃、LD基板24から出力される駆動電流がIVのとき、LD基板24から出力される駆動電流Iとワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度との関係を示すグラフの傾き(以下、グラフの傾きという)がθ1となる必要がある。
Here, in order to obtain a constant power for the laser light L output from the watt-class one-
このため、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の発熱により温度が上昇した場合、温度測定回路42により、図5の一点鎖線に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度上昇によりワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度が上昇してグラフの傾きがθ2となる温度特性が得られるため、グラフの傾きがθ1となるよう、電流波形調整手段41により調整する。
Therefore, when the temperature rises due to the heat generated by the watt-class one-
すなわち、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度が10℃上昇した場合、25℃地点でのグラフの傾きをθ1とするためには、所定時間経過後、目標駆動電流Iを5%〜7%程度増加させる必要があるため、グラフの傾きがθ1となるよう、電流波形調整手段41により調整する。
That is, when the temperature of the watt-class one-
次に、上記ワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度特性に基づいて、以下の手順により、LD基板24の出力用端子34から出力される目標駆動電流Iの設定を電流波形調整手段41により行う。
Next, based on the temperature characteristics of the watt-class one-
1、第1電流用トリマー抵抗38Aにより、第1設定時間T1内にワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力される第1目標駆動電流値I1を設定する。
2、第2電流用トリマー抵抗38Bにより、第2設定時間T2内にワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力される第2目標駆動電流値I2を設定する。
1. The first target drive current value I 1 output to the watt class one-
2. The second target drive current value I 2 output to the watt class one-
3、第1タイマ用トリマー抵抗39Aにより、第1設定時間T1の長さを設定する。
4、第2タイマ用トリマー抵抗39Bにより、第2設定時間T2の長さを設定する。
5、スイッチ35をオン、またはディップスイッチ40の第1スイッチ40Aをオン(スタート)にする。
3, the first timer trimmer resistor 39A, sets the length of the first set time T 1.
4, the second timer trimmer resistor 39B, sets the length of the second set time T 2.
5. Turn on the
以上の手順により、第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2が設定されると、電流制御回路43によりこれら設定値に基づいて、図4に示すように、第1設定時間T1の間、LD基板24の出力用端子34より第1目標駆動電流I1がワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力され、第1設定時間T1経過後、第2設定時間T2の間においては、LD基板24の出力用端子34より第2目標駆動電流I2がワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力され、スイッチ35をオフ、またはディップスイッチ40の第1スイッチ40Aをオフ(ストップ)、または設定された第1設定時間T1および第2設定時間T2が経過することにより、上記目標駆動電流Iの出力が停止される。なお、設定された第1設定時間T1および第2設定時間T2の経過後、もしくは第1設定時間T1および第2設定時間T2の経過中に、一度スイッチ35をオフさせ、再度スイッチ35をオンすることにより、目標駆動電流Iは再び出力される。
When the first target drive current value I 1 , the second target drive current value I 2 , the first set time T 1 , and the second set time T 2 are set by the above procedure, the
このように、予めサーミスタ13Aにより測定されたワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度に基づいて、温度測定回路42によりワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度特性を求め、この温度特性に基づいて、電流波形調整手段41により第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2を設定し、電流制御回路43より第1目標駆動電流I1を第1設定時間の間、続いて第2目標駆動電流I2を第2設定時間の間、ワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力することにより、温度上昇に伴うワット級ワンチップ半導体レーザ9のレーザ光Lの出力低下を、第2目標駆動電流値I2を上昇させることにより補償する。
Thus, based on the temperature of the watt class one-
以上のように実施の形態1によれば、予めサーミスタ13Aにより測定されたワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度に基づいて、温度測定回路42によりワット級ワンチップ半導体レーザ9の温度特性を求め、この温度特性に基づいて、電流波形調整手段41により第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2を設定し、電流制御回路43より第1目標駆動電流I1を第1設定時間の間、続いて第2目標駆動電流I2を第2設定時間の間、ワット級ワンチップ半導体レーザ9へ出力することにより、温度上昇に伴うワット級ワンチップ半導体レーザ9のレーザ光Lの出力低下を補償することができ、また上記各目標駆動電流I1,I2および設定時間T1,T2を現場で間単に設定変更することができるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ9より安定したレーザ光Lを出射することができる。
As described above, according to the first embodiment, the temperature characteristic of the watt class one-
また、実施の形態1によれば、LD電源装置21内に電圧調整を行う複雑な回路(APC回路等)を備える必要が無いため、レーザ加熱設備におけるLD電源装置21の製造コストを大幅に低減することができる。
In addition, according to the first embodiment, since it is not necessary to provide a complicated circuit (APC circuit or the like) that performs voltage adjustment in the LD
また、実施の形態1の如く、フレキシブルプリント配線板用コネクタ(FPC用コネクタ)や電子デバイス等の被加熱部に対してはんだ付けを行う際、2つのレーザ加熱装置に、それぞれ異なる第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2を設定することも可能である。この構成により、一方のレーザ加熱装置から第1目標駆動電流値I1を先行して出力してレーザ光を出力した後に、他方のレーザ加熱装置から一方のレーザ加熱装置に設定された第1目標駆動電流値I1より遅れて第2目標駆動電流値I2を出力してレーザ光を出力することにより、すなわち各レーザ加熱装置から加工対象物に対して異なるタイミングでレーザ光Lを出射することにより、余熱効果を利用し、アライメント(位置調整)を行いながらはんだ付けを行うことができる。 In addition, as in the first embodiment, when soldering a heated portion such as a flexible printed wiring board connector (FPC connector) or an electronic device, different first target drives are used for the two laser heating devices. It is also possible to set the current value I 1 , the second target drive current value I 2 , the first set time T 1 , and the second set time T 2 . With this configuration, a first targets set by the output from one laser heating device prior to the first target drive current value I 1 after outputting the laser beam, on one of the laser heating apparatus from the other laser heating device By outputting the second target drive current value I 2 with a delay from the drive current value I 1 and outputting the laser beam, that is, the laser beam L is emitted from each laser heating device to the object to be processed at different timings. Thus, it is possible to perform soldering while performing alignment (position adjustment) using the residual heat effect.
なお、実施の形態1では、第1電流用トリマー抵抗38A,第2電流用トリマー抵抗38B,第1タイマ用トリマー抵抗39A,第2タイマ用トリマー抵抗39Bにより、目標駆動電流を出力する時間(第1設定時間T1,第2設定時間T2)および目標駆動電流の値(第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2)を2段に分けていたが、電流用トリマー抵抗およびタイマ用トリマー抵抗を増設等することにより、目標駆動電流を出力する時間および目標駆動電流の値を2段以上に分けてもよい。 In the first embodiment, the time (first time) during which the target drive current is output by the first current trimmer resistor 38A, the second current trimmer resistor 38B, the first timer trimmer resistor 39A, and the second timer trimmer resistor 39B. 1 set time T 1 , second set time T 2 ) and target drive current values (first target drive current value I 1 , second target drive current value I 2 ) are divided into two stages, but the current trimmer The time for outputting the target drive current and the value of the target drive current may be divided into two or more stages by adding resistors and timer trimmer resistors.
また、実施の形態1では、ホルダカバー2Bの下面にInシート4が設けられていたが、熱伝導絶縁シートであってもよい。
また、実施の形態1では、サーミスタ13Aに接続されているサーミスタ用ケーブル13とフォトダイオード14Aに接続されているフォトダイオード用ケーブル14が使用されていたが、図6に示すように、ホルダー2の後方に設けられている本体側コネクタ51と、本体側コネクタ51と連結され、LD電源装置21に接続されているコネクタケーブル52の先端に設けられているケーブル側コネクタ53を具備したレーザ加熱設備であってもよい。なお、レーザ加熱装置1内には、フォトダイオード14Aがワット級ワンチップ半導体レーザ9の出射部8と同じ空間Sの光を検出するように配置されている。
In the first embodiment, the In
Further, in the first embodiment, the
図7に示すように、上記レーザ加熱装置1の本体側コネクタ51は、サーミスタ13Aの一端と接続されている第1ピン51Aと、サーミスタ13Aの他端と接続されている第2ピン51Bと、フォトダイオード14Aの一端と接続されている第3ピン51Cと、フォトダイオード14Aの他端およびリレー54の電磁石54Aの一端と接続されている第4ピン51Dと、リレー54の電磁石54Aの他端と接続されている第5ピン51Eを備えている。なお、上記リレー54の接点部(NC)54Bは、ワット級ワンチップ半導体レーザ9と接続されるとともに、LD基板24の出力用端子34と接続されている。
As shown in FIG. 7, the main
なお、第1ピン51Aおよび第2ピン51Bは、コネクタケーブル52を介してLD電源装置21の温度測定回路42と接続され、第3ピン51Cは、コネクタケーブル52を介してLD電源装置21のパワー測定回路56と接続され、第4ピン51Dは、コネクタケーブル52を介してLD電源装置21内のグランド57に接地され、第5ピン51Eは、コネクタケーブル52を介してLD電源装置21の電源VCC58と接続されている。また、電流制御回路43には、フォトダイオード14Aによって計測されたワット級ワンチップ半導体レーザ9のレーザパワーの最終値が、設定範囲内であるかを比較する比較制御部43Aが設けられている。
The
次に、上記レーザ加熱設備における作用を、図8,図9に基づいて説明する。
まず、ケーブル側コネクタ53を本体側コネクタ51にプラグインしていないとき、リレー54の接点部54Bはショートしている。そして、プラグインしたとき、リレー54の電磁石54Aが動作して、接点部54Bのショートが解除、すなわちオープンとなるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ9を静電気から保護することができる。
Next, the operation of the laser heating facility will be described with reference to FIGS.
First, when the
そして、上述したように電流波形調整手段41により、図8に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ9のレーザパワー(第1設定時間T1において3W,第2設定時間T2において5W)を設定して電力波形Aを出力し、電力波形Bの第2設定時間T2におけるレーザパワーの出力が10%ダウンして4.5Wとなり、次に出力される電力波形Cのレーザパワーが、ワット級ワンチップ半導体レーザ9の半導体レーザ素子が劣化することにより、第1設定時間T1および第2設定時間T2においてそれぞれ10%ダウンして第1設定時間T1におけるレーザパワーが2.7W、第2設定時間T2におけるレーザパワーが4.5Wとなった場合、パワー測定回路56は、電力波形Cのレーザパワーの最終値(4.5W)を、フォトダイオード14Aにより測定し、その最終値を比較制御部43Aへ出力する。
Then, as described above, the current waveform adjusting means 41 causes the laser power of the watt class one-chip semiconductor laser 9 (3 W at the first set time T 1 and 5 W at the second set time T 2 ) as shown in FIG. set and outputs a power waveform a, 4.5 w next output is 10% down of the laser power in the second set time T 2 of the power waveform B, then the laser power of the power waveform C to be output, watts As the semiconductor laser element of the class one-
ここで、比較制御部43Aは、その最終値が設定範囲内(例えば4.75W〜5.25W、すなわち第2設定時間T2で設定された5Wの±5%、設定範囲は任意に設定変更可能)であるかどうかを比較し、図9に示すように、上記最終値が設定範囲外であれば、すなわちエラー検知されれば、次に出力される電力波形Dが、当初設定された電力波形Aのレーザパワーの値となるよう、電流制御回路43により電力補償を行う。なお、図9に示すように、一度測定された電力波形の最終値は、次の電力波形の最終値が測定されるまでラッチされる。
Here, the
これにより、エラー検知された電力波形の後に出力される電力波形に対して、電力補償を行うことができるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ9より所望のレーザパワーを有するレーザ光を出射することができ、また温度補償も有効な状態のままであるため、温度変動があっても上記所望のレーザパワーを出射するために必要な電流が確保される。
As a result, power compensation can be performed on the power waveform output after the power waveform in which an error has been detected, so that laser light having a desired laser power can be emitted from the watt-class one-
なお、上記では電力波形Cのレーザパワーの最終値を比較制御部43Aへ出力していたが、電力波形Bのレーザパワーの最終値を比較制御部43Aへ出力してもよい。すなわち、はじめにエラー検知された電力波形の最終値を比較制御部43Aへ出力してもよく、また設定された回数、エラー検知された後の電力波形の最終値を比較制御部43Aへ出力してもよい。
In the above description, the final value of the laser power of the power waveform C is output to the
また、上記では電力波形の最終値を測定していたが、電流波形におけるいずれかのポイントを測定して、エラー検知を行ってもよい。
(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2におけるレーザ加熱設備について、図面を参照しながら説明する。
In the above description, the final value of the power waveform is measured. However, an error may be detected by measuring any point in the current waveform.
(Embodiment 2)
Below, the laser heating equipment in
図10に本発明の実施の形態2におけるレーザ加熱設備の構成を示す。なお、実施の形態2におけるレーザ加熱装置については、実施の形態1とほぼ同一の構成であるため、詳細な説明を省略し、要部のみ説明する。 FIG. 10 shows the configuration of the laser heating facility in the second embodiment of the present invention. Note that the laser heating apparatus according to the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted and only the main part will be described.
図10に示すように、レーザ光の集光部に向けて物質を溶解させる(偏光方向が上下方向となっている)レーザ光を出射するレーザ加熱装置61は、アルマイト処理されたアルミニウム合金(Al合金)により形成されているホルダー62と、ヒートシンク63の前面に固定され、レーザ光Lを光軸センタ64を中心に出射する出射部65を有するワット級ワンチップ半導体レーザ(LD)(ワンチップ半導体レーザ光源の一例)66と、ワット級ワンチップ半導体レーザ66の前方において光軸センタ64を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ66の出射部65から出射されるレーザ光Lを集光させ、BK7等で形成されている非球面レンズ67と、非球面レンズ67を保持し、非球面レンズ67の前方に位置する場所に可視光カットカバーガラス68Aを有するレンズ保持部68と、ワット級ワンチップ半導体レーザ66と非球面レンズ67の間で、且つ光軸センタ64上でレーザ偏光方向を直線通過する方向に配置されているPBSプリズム(偏光ビームスプリッターともいう)(偏光プリズムの一例)69と、PBSプリズム69の前後方向における左側(一側方)、すなわちホルダー62内部の左側面(一側面)に設けられ、PBSプリズム69で反射されたワンチップ半導体レーザ66から照射されたレーザ光Lの反射光を検出する第1フォトダイオード(第1PD)(第1光センサの一例)70Aと、PBSプリズム69の前後方向における右側(他側方)、すなわちホルダー62内部の右側面(他側面)に設けられ、レーザ光Lの戻光LBを検出する第2フォトダイオード(第2PD)(第2光センサの一例)70Bなどから構成されている。なお、第1フォトダイオード70Aと第2フォトダイオード70Bは、PBSプリズム69を介してそれぞれ対向して設けられている。また、非球面レンズ67と可視光カットカバーガラス68AにはARコートが施されている。
As shown in FIG. 10, a
また、ワンチップ半導体レーザ光源電源装置(以下、LD電源装置という)71は、第2フォトダイオード70Bにより検出されたレーザ光Lの戻光LBを検出する戻光検出回路72と、第2フォトダイオード70Bが検出した戻光LBと第1フォトダイオード70Aが検出したPBSプリズム69にて反射されたレーザ光Lにより、レーザ加熱装置61を駆動させる駆動電流を制御する電流制御回路73を備えている。なお、レーザ加熱装置61とLD電源装置71は、電力用ケーブル79により接続されている。
Also, one-chip semiconductor laser light source power supply (hereinafter, LD power supply hereinafter) 71, a
また、戻光検出回路72には、第2フォトダイオード70Bが検出した戻光LBのパワーを表示する戻光レベル表示器(表示手段の一例)72Aが接続されている。
電流制御回路73は、第1フォトダイオード70Aにより検出された反射光のパワーP1(電流I1)と第2フォトダイオード70Bにより検出されたレーザ光Lの戻光LBのパワーP2(電流I2)を減算してレーザ光Lのフィードバック値である第1差分PF(電流IF)を求め、予め設定されているレーザ光Lの指令値である指令パワーPV(電流IV)とレーザ光Lのフィードバック値が一致するように電流制御を行う。
Further, the
The
詳細に説明すると、電流制御回路73は、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光L、すなわち反射光のパワーP1(電流I1)から第2フォトダイオード70Bが検出する戻光LBのパワーP2(電流I2)を減算して第1差分PF(電流IF)を算出する第1減算器74と、第1減算器74で算出されたフィードバック値である第1差分PF(電流IF)の値と指令部76(後述する)で設定されている指令パワーPV(電流IV)(指令値の一例)(後述する)の値(単位)との調整を行い、調整後の第1差分PF(電流IF)を出力するファンクション部75と、指令パワーPV(電流IV)を出力する指令部76と、指令部76より出力された指令パワーPV(電流IV)から、出射されたレーザ光のフィードバック値である第1差分PF(電流IF)を減算して第2差分PR(電流IR)を算出する第2減算器77と、第2差分PR(電流IR)を入力し、この第2差分PR(電流IR)をなくすように電流制御を行う電流制御部78などにより構成されている。なお、電流制御部78は、電力用ケーブル79内のプラス電源ライン79Aを介してワット級ワンチップ半導体レーザ66と接続されており、またLD電源装置71内のグランド80は電力用ケーブル79内のマイナス電源ライン79Bを介してヒートシンク63と接続されている。
More specifically, the
以下に、上記した実施の形態2における作用を、図10を参照しながら説明する。
まず、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mにない場合、ワット級ワンチップ半導体レーザ66の出射部65から出射されるレーザ光Lは上下方向Zに偏光しているため、99%以上がPBSプリズム69を透過し、1%以下がPBSプリズム69にて反射される。このPBSプリズム69にて反射されたレーザ光Lは、第1フォトダイオード70Aに検出され、第1減算器74に入力される。なお、上述したように非球面レンズ67と可視光カットカバーガラス68AにはARコートが施されているため、これらからの戻光LBはない。
Hereinafter, the operation in the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, when the processing object X is not in the condensing part (processing point) M of the laser light L, the laser light L emitted from the
ここで、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aにすす等の汚れが付着すると、これらの汚れにより反射する偏光特性を失った戻光LBが発生し、この戻光LBの一部はPBSプリズム69にて反射される。この戻光LBは、第2フォトダイオード70Bに検出され、第1減算器74に入力されるとともに、戻光検出回路72に入力され、戻光レベル表示器73に戻光レベルが表示される。
Here, the dirt such as soot
このように、戻光検出回路72により、戻光レベルを検出することができるため、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aの汚れ具合が判断される。
上述したように、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光LのパワーP1(例えば0.05W)(電流I1)および第2フォトダイオード70Bが検出する戻光LBのパワーP2(例えば0.01W)(電流I2)を入力した第1減算器74は、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光LのパワーP1(電流I1)から第2フォトダイオード70Bが検出する戻光LBのパワーP2(電流I2)を減算して第1差分PF(0.04W)(電流IF)を算出し、ファンクション部75により単位調整され(4W)、単位調整された第1差分PF(4W)(電流IF)を第2減算器77に出力する。
Thus, since the return light level can be detected by the return
As described above, the power P 1 (for example, 0.05 W) (current I 1 ) of the laser light L reflected by the
次に、上記第1差分PF(4W)(電流IF)および指令部76から出力されている指令パワーPV(例えば5W)(電流IV)を入力した第2減算器77は、指令部76から出力されている指令パワーPV(電流IV)から第1差分PF(電流IF)を減算して第2差分PR(1W)(電流IR)を算出し、この第2差分PR(電流IR)を電流制御部78へ出力する。
Next, the
そして、上記第2差分PR(電流IR)を入力した電流制御部78は、この第2差分PR(電流IR)をなくすよう電流制御(電流補償)を行い、この電流補償された電流を電力用ケーブル79のプラス電源ライン79Aを介してワット級ワンチップ半導体レーザ66へ出力する。
Then, the second differential P R (current I R)
このように、電流制御回路73により、レーザ加熱装置61を駆動させる駆動電流の電流制御が行われることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ66から出射されるレーザ光Lを所望のパワーとする。
In this manner, the
また、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mに配置された場合、ワット級ワンチップ半導体レーザ66から出射されたレーザ光Lの発光波長は、PBSプリズム69にて透過され、加工によって生じる加工光や熱線は、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aによりほとんどカットされる。
Further, when the processing object X is arranged at the condensing part (processing point) M of the laser beam L, the emission wavelength of the laser beam L emitted from the watt-class one-
ここで、集光部(加工点)Mでの戻光LBは偏光特性を失っており、この戻光LBの一部は、PBSプリズム69にて反射され、第2フォトダイオード70Bに検出されて、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mにない場合と同様に電流補償が行われるが、わずかな戻光LBが残るため、加工対象物Xを加工する際は、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mにない場合に電流補償された電流値を固定して、その電流をワット級ワンチップ半導体レーザ66へ出力した方がよい。
Here, Modohikari L B in the collecting unit (working point) M have lost polarization characteristics, some of the Modohikari L B is reflected by the
以上のように実施の形態2によれば、電流制御回路73により、レーザ加熱装置61を駆動させる駆動電流の電流制御が行われ、ワット級ワンチップ半導体レーザ66から出射されるレーザ光Lを所望のパワーとすることができるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ66より安定したレーザ光Lを出射することができる。
As described above, according to the second embodiment, the
また、実施の形態2によれば、戻光検出回路72により、戻光レベルを検出することができるため、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aの汚れ具合を判断することができる。
Further, according to the second embodiment, since the return light level can be detected by the return
なお、実施の形態2では、ワット級ワンチップ半導体レーザ66と非球面レンズ67の間にPBSプリズム69が配置されていたが、ガラス板を配置してもよい。しかし、ガラス板を配置した場合、ガラス板の反射ロスが7%程度になるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ66への戻光LBが若干増えることとなる。
In the second embodiment, the
なお、実施の形態2では、ホルダー62内に、PBSプリズム69で反射されたワンチップ半導体レーザ66から照射されたレーザ光Lの反射光を検出する第1フォトダイオード70Aと、レーザ光Lの戻光LBを検出する第2フォトダイオード70Bが設けられていたが、第1フォトダイオード70Aだけ設けてもよい。このとき、第1減算器74は、レーザ光Lの戻光LBのパワーP2(電流I2)を減算することはなく、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光L、すなわち反射光のパワーP1(電流I1)のみを第1差分PF(電流IF)として第2減算器77へ出力する。
(実施の形態3)
以下に、本発明の実施の形態3におけるレーザ加熱設備について、図面を参照しながら説明する。
In the second embodiment, the
(Embodiment 3)
Below, the laser heating equipment in
図11により本発明の実施の形態3におけるレーザ加熱設備の構成を説明する。なお、実施の形態3におけるレーザ加熱装置については、実施の形態1とほぼ同一の構成であるため、詳細な説明を省略し、要部のみ説明する。
The configuration of the laser heating equipment in
図11に示すように、レーザ光の集光部に向けて物質を溶解させるレーザ光を出射するレーザ加熱装置91は、アルマイト処理されたアルミニウム合金(Al合金)により形成されているホルダー92と、前部が立方体形状に切りかかれて突状部93Aが形成されているヒートシンク93と、ヒートシンク93の前面および突状部93Aに当接して固定され、レーザ光Lを光軸センタ94を中心に出射する出射部95を有するワット級ワンチップ半導体レーザ(LD)(ワンチップ半導体レーザ光源の一例)96と、ホルダー92の前方において光軸センタ94を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ96の出射部95から出射されるレーザ光Lを集光させる、BK7等で形成されている非球面レンズ97と、非球面レンズ97を保持し、非球面レンズ97の前方に位置する場所に可視光カットカバーガラス98Aが設けられているレンズ保持部98と、ヒートシンク93の突状部93Aに埋め込まれたフォトダイオード(PD)(光センサの一例)99と、ワット級ワンチップ半導体レーザ96と非球面レンズ97の間に配置され、且つフォトダイオード99(突状部93A)と当接して設けられているPBSプリズム(偏光ビームスプリッターともいう)(プリズムの一例)100と、PBSプリズム100においてフォトダイオード99が当接している側面と反対側の側面に設けられている可視光ワット級ワンチップ半導体レーザ(可視光LD)(可視光ワンチップ半導体レーザ光源の一例)101と、ヒートシンク93の一側面に貼り付けられているサーミスタ(温度センサの一例)102などにより構成されている。なお、可視光LD101は、アライメント調整をした後、UV接着によりPBSプリズム100に固定されている。また、レーザ加熱装置91は、電力用ケーブル103により、ワット級ワンチップ半導体レーザ96へ出力する駆動電流を制御する電流制御回路106Aを有するワット級ワンチップ半導体レーザ電源装置106(以下、LD電源装置という)(詳細は後述する)と接続されている。
As shown in FIG. 11, a
また、図11,図12に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ96は、電力用ケーブル103内の第1プラス電源ライン103Aを介してレーザ加熱装置91へ駆動電流を供給するワンチップ半導体レーザ光源電源装置106のLD+と接続され、可視光LD101は、電力用ケーブル103内の第2プラス電源ライン103Bを介してLD電源装置106のLD+と接続されるとともに、第2マイナス電源ライン105を介してヒートシンク93と接続され、ヒートシンク93のLD−は、電力用ケーブル103内の第1マイナス電源ライン103Cを介してLD電源装置106のLD−と接続されている。なお、サーミスタ102は、サーミスタ用ケーブル(温度センサ用ケーブルの一例)104を介してLD電源装置106のサーミスタ用端子に接続されている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the watt-class one-
上記第1プラス電源ライン103Aおよび第2プラス電源ライン103Bはそれぞれ、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101に所望の動作電圧が供給されるよう、各プラス電源ライン103A,103Bの線形や線の長さ等を調整して、各プラス電源ライン103A,103Bの線間抵抗103D,103Eが所望の値である0.1Ωとなるよう形成されている。なお、上記第1マイナス電源ライン103Cおよび第2マイナス電源ライン105は、シールド線により形成されており、線間抵抗は無いものとみなす。
The first positive
以下に、上記した実施の形態3における作用を、図13を参照しながら説明する。
通常、LD電源装置106の出力電圧は2.2Vである。また、ワット級ワンチップ半導体レーザ96が所望のレーザパワー(光出力)POを得るときに必要な動作電圧は1.7V、動作電流は5A(5A〜10A)であり、可視光LD101が所望のレーザパワー(光出力)POを得るときに必要な動作電圧は2.2V、動作電流は0.03A(数10mA)である。
Hereinafter, the operation in the third embodiment will be described with reference to FIG.
Usually, the output voltage of the LD
ここで、LD電源装置106からワット級ワンチップ半導体レーザ96へ動作電流5Aが供給された場合、第1プラス電源ライン103Aの線間抵抗103Dが0.1Ωであるため、0.5Vの電圧降下が発生し、図13の実線に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ96には1.7Vの電圧が供給され、ワット級ワンチップ半導体レーザ96から所望のレーザパワーPOが出力される。
Here, when the operating current 5A is supplied from the LD
また、LD電源装置106から可視光LD101へ動作電流0.03Aが供給された場合、第2プラス電源ライン103Bの線間抵抗103Eが0.1Ωであるため、0.003Vの電圧降下が発生し、図13の一点鎖線に示すように、可視光LD101には2.197V、すなわち約2.2Vの電圧が供給され、可視光LD101から所望のレーザパワーPOが出力される。
Further, when the operating current 0.03A is supplied from the LD
このように、各プラス電源ライン103A,103Bはそれぞれ、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101に上記所望の動作電圧が供給されるよう、電力用ケーブル103における各プラス電源ライン103A,103Bの線形や線の長さ等を調整して、適宜、線間抵抗が所望の値となるよう形成されることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101から所望のレーザパワーPOが出力される。
In this way, the positive
以上のように実施の形態3によれば、各プラス電源ライン103A,103Bはそれぞれ、電力用ケーブル103における各プラス電源ライン103A,103Bの線形や線の長さ等が調整されて、適宜、各プラス電源ライン103A,103Bの線間抵抗が所望の値となるよう形成されることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101にはそれぞれ、所望の動作電圧が供給されるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101より安定したレーザ光を出射することができる。
As described above, according to the third embodiment, each of the positive
また、実施の形態3によれば、LD電源装置106内に電圧調整を行う複雑な回路(APC回路等)を備える必要が無いため、レーザ加熱設備におけるLD電源装置106の製造コストを大幅に低減することができる。
(実施の形態4)
以下に、本発明の実施の形態4におけるレーザ加熱設備について、図面を参照しながら説明する。
Further, according to the third embodiment, since it is not necessary to provide a complicated circuit (APC circuit or the like) that performs voltage adjustment in the LD
(Embodiment 4)
Below, the laser heating equipment in
図14により本発明の実施の形態4におけるレーザ加熱設備の構成を説明する。なお、実施の形態4におけるレーザ加熱装置については、実施の形態1から実施の形態3をもとに構成されているため、詳細な説明を省略し、要部のみ説明する。また、上記各実施の形態1、2、3と同一部材のものについては同一番号を付す。
The structure of the laser heating equipment in
図14に示すように、レーザ光Lの集光部Mに向けて物質を溶解させるレーザ光Lを出射するレーザ加熱装置111は、実施の形態2をもとに構成されており、実施の形態2におけるヒートシンク63およびワット級ワンチップ半導体レーザ66の部分の構成に代わり、実施の形態3におけるヒートシンク93,ワット級ワンチップ半導体レーザ96,PBSプリズム100,可視光LD101,サーミスタ102の構成を備えている。
As shown in FIG. 14, a
上記構成にともない、LD電源装置112には、サーミスタ102により測定(検出)されるワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度を入力し、ワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度特性を得るための温度測定回路113が設けられており、温度測定回路113には、温度測定回路113が測定した温度を表示する手段として、例えば温度表示器114が接続されている。なお、温度測定回路113は、サーミスタ102とサーミスタ用ケーブル115により接続されている。
With the above configuration, the temperature of the LD
また、指令部76には、実施の形態1の第1電流用トリマー抵抗(第1電流用可変抵抗器)121Aと、第2電流用トリマー抵抗(第2電流用可変抵抗器)121Bと、第1タイマ用トリマー抵抗(第1タイマ用可変抵抗器)122Aと、第2タイマ用トリマー抵抗(第2タイマ用可変抵抗器)122Bと、第1スイッチ123A,第2スイッチ123B,第3スイッチ123Cを有するディップスイッチ123と、スイッチ(切換部)124が接続されている。なお、第1電流用トリマー抵抗121Aと、第2電流用トリマー抵抗121Bと、第1タイマ用トリマー抵抗122Aと、第2タイマ用トリマー抵抗122Bとにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96へ出力する駆動電流Iを設定する電流波形調整手段125が形成されている。
The
また、電流制御回路73は、電力用ケーブル116内の第1プラス電源ライン116Aを介してワット級ワンチップ半導体レーザ96と接続されるとともに、電力用ケーブル116内の第2プラス電源ライン116Bを介して可視光LD101と接続され、またLD電源装置112内のグランド117は、電力用ケーブル116内のマイナス電源ライン116Cを介してヒートシンク93のLD−と接続されている。
The
以下に、上記した実施の形態4における作用を、図14を参照しながら説明する。
まず、上記実施の形態1と同様に、予めサーミスタ102でワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度を測定して、温度測定回路113によりワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度特性を得て、温度表示器114に計測された温度を表示させる。そして、ワット級ワンチップ半導体レーザ96から出力されるレーザ光Lが一定のパワーを得られるよう、上記温度特性に基づいて、各駆動電流値を電流波形調整手段125により調整する。
Hereinafter, the operation in the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
First, as in the first embodiment, the temperature of the watt class one-
そして、第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2が設定され、スイッチ124もしくはディップスイッチ123の第1スイッチ123Aがオンされると、指令部76から第1設定時間T1の間、第1目標駆動電流I1が、指令パワーPV(駆動電流IV)として第2減算器77を介して電流制御部78へ出力され、第1設定時間T1経過後、第2設定時間T2の間においては、第2目標駆動電流I2が、指令パワーPV(駆動電流IV)として第2減算器77を介して電流制御部78へ出力され、電流制御部78により指令パワーPV(駆動電流IV)に応じた駆動電流がワット級ワンチップ半導体レーザ96へ出力される。またスイッチ124をオフ、またはディップスイッチ123の第1スイッチ123Aをオフ(ストップ)、または設定された第1設定時間T1および第2設定時間T2が経過することにより、上記指令パワーPV(駆動電流IV)の出力が停止される。なお、設定された第1設定時間T1および第2設定時間T2の経過後、もしくは第1設定時間T1および第2設定時間T2の経過中に、一度スイッチ124をオフさせ、再度スイッチ124をオンすることにより、指令パワーPV(駆動電流IV)は再び出力される。
Then, the first target drive current value I 1 , the second target drive current value I 2 , the first set time T 1 , and the second set time T 2 are set, and the
このとき、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mにない場合において、ワット級ワンチップ半導体レーザ96の出射部95から出射されるレーザ光Lは、上下方向Zに偏光しているため、99%以上がPBSプリズム100およびPBSプリズム69を透過し、1%以下がPBSプリズム69にて反射される。このPBSプリズム69にて反射されたレーザ光Lは、第1フォトダイオード70Aに検出され、第1減算器74に入力される。
At this time, when the processing object X is not in the condensing part (processing point) M of the laser light L, the laser light L emitted from the
ここで、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aにすす等の汚れが付着すると、これらの汚れにより反射する偏光特性を失った戻光LBが発生し、この戻光LBの一部はPBSプリズム69にて反射される。この戻光LBは、第2フォトダイオード70Bに検出され、第1減算器74に入力されるとともに、戻光検出回路72に入力され、戻光レベル表示器72Aに戻光レベルが表示される。
Here, the dirt such as soot
このように、戻光検出回路72により、戻光レベルを検出することができるため、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aの汚れ具合が判断される。
また、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光L(反射光)のパワーP1(例えば0.05W)(電流I1)および第2フォトダイオード70Bが検出する戻光LBのパワーP2(例えば0.01W)(電流I2)を入力した第1減算器74は、第1フォトダイオード70Aが検出するPBSプリズム69にて反射されたレーザ光LのパワーP1(電流I1)から第2フォトダイオード70Bが検出する戻光LBのパワーP2(電流I2)を減算して、出射されたレーザ光のフィードバック値である第1差分PF(0.04W)(電流IF)を算出し、ファンクション部75により単位調整され(4W)、単位調整された第1差分PF(4W)(電流IF)を第2減算器77に出力する。
Thus, since the return light level can be detected by the return
Further, the power P 1 (for example, 0.05 W) (current I 1 ) of the laser light L (reflected light) reflected by the
次に、上記第1差分PF(電流IF)(4W)および指令部76から出力されている指令パワーPV(例えば5W)(駆動電流IV)を入力した第2減算器77は、指令部76から出力されている指令パワーPV(駆動電流IV)から第1差分PF(電流IF)を減算して第2差分PR(1W)(電流IR)を算出し、この第2差分PR(電流IR)を電流制御部78へ出力する。
Next, the
そして、上記第2差分PR(電流IR)を入力した電流制御部78は、この第2差分PR(電流IR)をなくすよう電流制御(電流補償)を行い、この電流補償された電流を、電力用ケーブル116の第1プラス電源ライン116Aを介してワット級ワンチップ半導体レーザ96、および第2プラス電源ライン116Bを介して可視光LD101へ出力する。
Then, the second differential P R (current I R)
なお、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mに配置された場合は、加工対象物Xがレーザ光Lの集光部(加工点)Mにない場合に電流補償された電流値を固定して、その電流をワット級ワンチップ半導体レーザ96へ出力した方がよい。
In addition, when the processing object X is arranged in the condensing part (processing point) M of the laser light L, current compensation is performed when the processing object X is not in the condensing part (processing point) M of the laser light L. It is better to fix the current value and output the current to the watt class one-
このように、電流制御回路73により、レーザ加熱装置111を駆動させる駆動電流の電流制御が行われることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96から出射されるレーザ光Lを所望のパワーとする。
In this way, the
ここで、電流制御回路73により電流補償されたワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101へ出力される電流は、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101を駆動させるための所望の動作電流となっている。
Here, the current output to the watt class one-
このため、電力用ケーブル116における各プラス電源ライン116A,116Bの線形や線の長さ等を調整することにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101には所望の動作電圧が供給されるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101から所望のレーザパワーPOが出力される。
Therefore, a desired operating voltage is supplied to the watt-class one-
以上のように実施の形態4によれば、予めサーミスタ102により測定されたワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度に基づいて、温度測定回路113によりワット級ワンチップ半導体レーザ96の温度特性を求め、この温度特性に基づいて、電流波形調整手段125により第1目標駆動電流値I1,第2目標駆動電流値I2,第1設定時間T1,第2設定時間T2を設定し、第1目標駆動電流I1を第1設定時間の間、続いて第2目標駆動電流I2を第2設定時間の間、ワット級ワンチップ半導体レーザ96へ出力することにより、温度上昇に伴うワット級ワンチップ半導体レーザ96のレーザ光Lの出力低下を補償することができ、また上記各目標駆動電流I1,I2および設定時間T1,T2を現場で間単に設定変更することができるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ96より安定したレーザ光Lを出射することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the temperature characteristic of the watt class one-
また、実施の形態4によれば、LD電源装置112内にレーザ加熱装置111を駆動させる動作電圧の電圧調整を行う複雑な回路(APC回路等)を備える必要が無く、したがってレーザ加熱設備におけるLD電源装置112の製造コストを大幅に低減することができる。
Further, according to the fourth embodiment, it is not necessary to provide a complicated circuit (APC circuit or the like) for adjusting the operating voltage for driving the
また、実施の形態4によれば、電流制御回路73により、レーザ加熱装置111を駆動させる駆動電流の電流制御が行われることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96から出射されるレーザ光Lを所望のパワーとすることができるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ96より安定したレーザ光Lを出射することができる。
Further, according to the fourth embodiment, the
また、実施の形態4によれば、戻光検出回路72により、戻光レベルを検出することができるため、非球面レンズ67や可視光カットカバーガラス68Aの汚れ具合を判断することができる。
Further, according to the fourth embodiment, since the return light level can be detected by the return
また、実施の形態4によれば、各プラス電源ライン116A,116Bはそれぞれ、電力用ケーブル116における各プラス電源ライン116A,116Bの線形や線の長さ等が調整されて、適宜、各プラス電源ライン116A,116Bの線間抵抗が所望の値となるよう形成されることにより、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101にはそれぞれ、所望の動作電圧が供給されるため、ワット級ワンチップ半導体レーザ96および可視光LD101より安定したレーザ光Lを出射することができる。
In addition, according to the fourth embodiment, the positive
1,61,91 レーザ加熱装置
7,64,94 光軸センサ
9,66,96 ワット級ワンチップ半導体レーザ(ワンチップ半導体レ
ーザ光源)
13A サーミスタ(温度センサ)
21,71,106 ワット級ワンチップ半導体レーザ電源装置(ワンチップ
半導体レーザ光源電源装置)
22 L型シャーシ
38A 第1電流用トリマー抵抗(第1電流用可変抵抗器)
38B 第2電流用トリマー抵抗(第2電流用可変抵抗器)
39A 第1タイマ用トリマー抵抗(第1タイマ用可変抵抗器)
39B 第2タイマ用トリマー抵抗(第2タイマ用可変抵抗器)
41 電流波形調整手段
42 温度測定回路
43 電流制御回路
62 ホルダー
67 非球面レンズ
68 レンズ保持部
68A 可視光カットカバーガラス
69 PBSプリズム
70A 第1フォトダイオード(第1光センサ)
70B 第2フォトダイオード(第2光センサ)
71A 戻光検出手段
71B 電流制御手段
93 ヒートシンク
93A 突状部
99 フォトダイオード(光センサ)
100 PBSプリズム
101 可視光ワット級ワンチップ半導体レーザ(可視光ワンチ
ップ半導体レーザ光源)
103 電力用ケーブル
103A 第1プラス電源ライン
103B 第2プラス電源ライン
L レーザ光
I 駆動電流
I1 第1駆動電流
I2 第2駆動電流
T1 第1設定時間
T2 第2設定時間
1, 61, 91
-The light source)
13A thermistor (temperature sensor)
21, 71, 106 Watt-class one-chip semiconductor laser power supply (one-chip
Semiconductor laser light source power supply device)
22 L-
38B Trimmer resistor for second current (variable resistor for second current)
39A Trimmer resistor for first timer (variable resistor for first timer)
39B Trimmer resistor for second timer (variable resistor for second timer)
41 current waveform adjusting means 42
70B Second photodiode (second optical sensor)
71A Return light detection means 71B Current control means 93
100
Semiconductor laser light source)
103
Claims (6)
前記レーザ加熱装置は、
前記ワンチップ半導体レーザ光源が具備されているヒートシンクと、
前記ヒートシンクに密着または埋め込まれ、前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度を測定する温度センサ
を備え、
前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置は、
前記電流制御回路へ指令する目標駆動電流値および駆動時間を設定する電流波形調整手段
を備え、
前記温度センサにより測定される前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度を入力し、前記ワンチップ半導体レーザ光源の温度特性を求め、温度変動にともなう出力変動を補正するように、前記電流波形調整手段により設定される前記目標駆動電流値を求めるための温度測定回路
を備えたこと
を特徴とするレーザ加熱設備。 A laser heating device including a one-chip semiconductor laser light source that emits a laser beam that dissolves a substance around an optical axis center; and a current control circuit that controls a drive current output to the one-chip semiconductor laser light source of the laser heating device. A laser heating facility comprising a provided one-chip semiconductor laser light source power supply device, wherein the laser heating device and the one-chip semiconductor laser light source power supply device are connected by a power cable,
The laser heating device
A heat sink provided with the one-chip semiconductor laser light source;
A temperature sensor that is closely or embedded in the heat sink and measures the temperature of the one-chip semiconductor laser light source;
The one-chip semiconductor laser light source power supply device is
A current waveform adjusting means for setting a target drive current value and a drive time for instructing the current control circuit;
The temperature of the one-chip semiconductor laser light source measured by the temperature sensor is input, the temperature characteristic of the one-chip semiconductor laser light source is obtained, and the current waveform adjusting means is set to correct the output fluctuation due to the temperature fluctuation A laser heating facility comprising a temperature measurement circuit for obtaining the target drive current value.
前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する第1目標駆動電流値を設定する第1電流用可変抵抗器と、
前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する第2目標駆動電流値を設定する第2電流用可変抵抗器と、
前記第1目標駆動電流値を出力する駆動時間である第1設定時間を設定する第1タイマ用可変抵抗器と、
前記第2目標駆動電流値を出力する駆動時間である第2設定時間を設定する第2タイマ用可変抵抗器
を有し、
前記電流制御回路は、前記電流波形調整手段により設定された第1目標駆動電流値、前記第1設定時間、前記第2目標駆動電流値、および前記第2設定時間に基づいて前記ワンチップ半導体レーザ光源へ出力する駆動電流を制御すること
を特徴とする請求項1記載のレーザ加熱設備。 The current waveform adjusting means includes
A first current variable resistor for setting a first target drive current value to be output to the one-chip semiconductor laser light source;
A second current variable resistor for setting a second target drive current value to be output to the one-chip semiconductor laser light source;
A first timer variable resistor for setting a first set time which is a drive time for outputting the first target drive current value;
A second timer variable resistor for setting a second set time which is a drive time for outputting the second target drive current value;
The current control circuit includes the one-chip semiconductor laser based on the first target drive current value, the first set time, the second target drive current value, and the second set time set by the current waveform adjusting unit. 2. The laser heating equipment according to claim 1, wherein a driving current output to the light source is controlled.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザ加熱設備。 3. The laser heating facility according to claim 1, wherein the one-chip semiconductor laser light source power supply device includes an L-shaped chassis, and the L-shaped chassis is attached to another frame to dissipate heat. .
前記レーザ加熱装置は、
前記ワンチップ半導体レーザ光源の前方、且つ前記光軸センタ上でレーザ偏光方向を直線通過する方向に配置されている偏光プリズムと、
前記偏光プリズムの一側方に設けられ、前記偏光プリズムで反射された前記ワンチップ半導体レーザ光源から照射されたレーザ光の反射光を検出する第1光センサと、
前記偏光プリズムの他側方に設けられ、前記レーザ光の戻光を検出する第2光センサ
を備え、
前記電流制御回路は、前記第1光センサにより検出された前記反射光と前記第2光センサにより検出された前記レーザ光の戻光を減算して前記レーザ光のフィードバック値を求め、予め設定されている前記レーザ光の指令値と前記レーザ光のフィードバック値が一致するように電流制御を行うこと
を特徴とするレーザ加熱設備。 A laser heating device including a one-chip semiconductor laser light source that emits a laser beam that dissolves a substance around an optical axis center; and a current control circuit that controls a drive current output to the one-chip semiconductor laser light source of the laser heating device. A laser heating facility comprising a provided one-chip semiconductor laser light source power supply device, wherein the laser heating device and the one-chip semiconductor laser light source power supply device are connected by a power cable,
The laser heating device
A polarizing prism disposed in front of the one-chip semiconductor laser light source and in a direction that linearly passes a laser polarization direction on the optical axis center;
A first optical sensor that is provided on one side of the polarizing prism and detects reflected light of the laser light emitted from the one-chip semiconductor laser light source reflected by the polarizing prism;
A second optical sensor provided on the other side of the polarizing prism for detecting the return light of the laser beam;
The current control circuit obtains a feedback value of the laser light by subtracting the reflected light detected by the first optical sensor and the return light of the laser light detected by the second optical sensor, and is set in advance. A laser heating facility, wherein current control is performed so that a command value of the laser beam and a feedback value of the laser beam coincide with each other.
前記第1光センサにより検出された戻光を表示する表示手段を備えること
を特徴とする請求項4記載のレーザ加熱設備。 The one-chip semiconductor laser light source power supply device is
The laser heating facility according to claim 4, further comprising display means for displaying the return light detected by the first optical sensor.
前記レーザ加熱装置は、
前記ワンチップ半導体レーザ光源の前方、且つ前記光軸センタ上でレーザ偏光方向を直線通過する方向に配置されている偏光プリズムと、
前記偏光プリズムの一側面に設けられている可視光ワンチップ半導体レーザ光源
を備え、
前記電力用ケーブルは、前記ワンチップ半導体レーザ光源と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置を接続する第1プラス電源ラインと、前記可視光ワンチップ半導体レーザ光源と前記ワンチップ半導体レーザ光源電源装置を接続する第2プラス電源ラインから構成され、これら第1プラス電源ラインおよび第2プラス電源ラインはそれぞれ、前記ワンチップ半導体レーザ光源および前記可視光ワンチップ半導体レーザ光源に所望の動作電圧を供給するよう、線形および線の長さを調整して、線間抵抗が所望の値となるよう形成されていること
を特徴とするレーザ加熱設備。 A laser heating device including a one-chip semiconductor laser light source that emits a laser beam that dissolves a substance around an optical axis center; and a current control circuit that controls a drive current output to the one-chip semiconductor laser light source of the laser heating device. A laser heating facility comprising a provided one-chip semiconductor laser light source power supply device, wherein the laser heating device and the one-chip semiconductor laser light source power supply device are connected by a power cable,
The laser heating device
A polarizing prism disposed in front of the one-chip semiconductor laser light source and in a direction that linearly passes a laser polarization direction on the optical axis center;
A visible light one-chip semiconductor laser light source provided on one side of the polarizing prism;
The power cable connects a first plus power line connecting the one-chip semiconductor laser light source and the one-chip semiconductor laser light source power device, and connects the visible light one-chip semiconductor laser light source and the one-chip semiconductor laser light source power device. The first plus power line and the second plus power line supply a desired operating voltage to the one-chip semiconductor laser light source and the visible one-chip semiconductor laser light source, respectively. A laser heating facility, wherein the linear resistance and the line length are adjusted so that the resistance between the lines becomes a desired value.
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