JPH0760729B2 - 光ビーム加熱装置 - Google Patents

光ビーム加熱装置

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JPH0760729B2
JPH0760729B2 JP25335991A JP25335991A JPH0760729B2 JP H0760729 B2 JPH0760729 B2 JP H0760729B2 JP 25335991 A JP25335991 A JP 25335991A JP 25335991 A JP25335991 A JP 25335991A JP H0760729 B2 JPH0760729 B2 JP H0760729B2
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孝治 藤井
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Panasonic Holdings Corp
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  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ランプからの光を
集光することによって局部加熱を可能にした光ビーム加
熱装置であって、はんだ付け用の加熱、細径ポリウレタ
ン線の皮膜除去、あるいは樹脂の加熱加工などに適した
光ビーム加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、発光ランプからの光を集光し、光
ファイバーの一端に入射させ、他端より出射した光を光
学系を用いて集光し、集光点付近に置かれた被加熱物を
加熱する光ビーム加熱装置は非接触局部加熱装置として
広く使用され始めている。この装置は、発光ランプで発
生する光エネルギーを有効に利用するため、反射,集光
のため楕円反射鏡を使用し、その第一焦点に発光ランプ
の発光部を位置させ、第二焦点に光ファイバーの受光端
を位置させている。従来、この種の光ビーム装置は図
4,図5に示すような構成が一般的であった。以下、そ
の構成について図4および図5を参照しながら説明す
る。図4に示すように、キセノンランプ等の発光ランプ
1は手動の位置調整機能を持ったランプ取付機構2によ
り保持され、発光部が楕円反射鏡3の第一焦点4に位置
するように調整される。光ファイバー5の受光端中央部
は楕円反射鏡3の第二焦点6の位置にくるよう取付金具
(図示せず)で固定される。レンズホルダー7は光ファ
イバー5の出射端より出射した光を集光する光学レンズ
系が組み込まれている。図5はランプ取付機構2の構成
を示したもので、上下,左右,前後各方向に各調整軸を
図示のように回転させて発光ランプ1の位置を調整する
ことができる。上記構成において、ランプ取付機構2を
調整し発光ランプ1の発光部を楕円反射鏡3の第一焦点
4に配置し、光ファイバー5の受光端を第二焦点6に固
定し、発光ランプ1を点灯すればレンズホルダー7より
集光された光が照射され、被加熱物(図示せず)を加熱
できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光ビ
ーム加熱装置では、発光ランプ1の発光部はランプ取付
機構2により使用開始時に第一焦点4の位置に調整後固
定されたままであるので、光照射によりその後発生する
発光ランプ1の熱膨張に起因する発光部の移動、および
発光ランプ1の電極消耗により発光部の移動等の変動に
よって第二焦点6に集光され光ファイバー5の受光端に
入射する光エネルギーが減少してしまう。また、熱膨
張,電極消耗を考慮し、発光ランプ1の発光部をあらか
じめ第一焦点4からずらした位置にランプ取付機構2に
より配置しても、発光ランプ1があらかじめ考慮した温
度に達するまで、あるいは、電極消耗がある程度進行す
るまでの間、光エネルギーの低い状態で被加熱物を加熱
することになり発光ランプ1の光エネルギーを有効に利
用できない。電極消耗についてはさらに進行するため、
発光部が第一焦点4の位置からはずれてゆき、被加熱物
の加熱条件が低下してしまうことには変わりはなく発光
ランプ1の光エネルギーの有効な利用はできない。さら
に、発光ランプ1の寿命が到来し新しい発光ランプ1を
取り付けた場合、その都度新しい発光ランプ1の発光部
をランプ取付機構2により、第一焦点4の位置に再調整
する必要がある。すなわち、被加熱物を発光ランプ1の
光エネルギーを有効に利用して加熱するためには、常に
ランプ取付機構2を調整して発光ランプ1の発光部を第
一焦点4の位置に配置する必要があるが、このような調
整作業は能率が悪く、そのため発光ランプ1の光エネル
ギーを有効に利用できなかった。
【0004】本発明は上記課題を解決するもので、発光
ランプの光エネルギーを有効に利用でき、操作性,保守
性共に良好な光ビーム加熱装置を提供することを目的と
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
すめために、発光ランプと、その発光ランプの集光する
楕円反射鏡と、集光された光が入力される光ファイバー
と、前記光ファイバーを構成するファイバー素線の一本
を光ファイバーの受光端中央部より取り出してなる光検
出器と、前記発光ランプの発光部を前記楕円反射鏡の第
一焦点付近の任意の位置に移動可能な駆動機構を備えた
発光ランプ取付機構と、前記光検出器の光出力を光電変
換する光電変換器と、前記光電変換器の出力より発光ラ
ンプの移動方向と移動量を演算し前記発光ランプ取付機
構の駆動機構に駆動信号を出力する演算駆動回路を備え
てる。
【0006】
【作用】以下図面により作用の説明を行う。図2は発光
ランプの発光部を楕円反射鏡の第一焦点に位置させ、第
二焦点に光ファイバーの受光端を置いた場合、光ファイ
バー受光端に集光された光強度の分布を示したもので、
ほぼ軸対称な釣り鐘型の分布となる。また、発光ランプ
の発光部を第一焦点付近で上下,左右,前後方向に移動
させた場合は、図3に示すように釣り鐘型分布の形状、
および最大強度をあたえる位置が変化する。図面上で
は、発光点を上下,左右に移動させた状態を示し、前後
方向に移動させた場合は示されていないが、左右方向の
変化と同一の変化が90度回転した方向に発生する。本
発明は前記した構成により、光ファイバーの受光端中央
部に位置した光検出器により光ファイバー受光端中央部
の光強度を検出し、光電変換後の光強度信号を演算駆動
回路に入力し、発光ランプ取付機構の駆動機構を光強度
が増加する方向に作動させる。この作動を上下,左右,
前後各方向に順次行うことで光ファイバー受光端の中心
と釣り鐘型光分布の中心軸を一致させ、すなわち、楕円
反射鏡の第一焦点と発光ランプの発光部を自動的に精度
よく一致させることにより発光ランプの光エネルギーを
有効に利用するものである。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図1に示すように、ランプ取付機構
2は、上下方向(以降Z軸)スライダー21とZ軸モー
タ22、左右方向(以降X軸)スライダー23とX軸モ
ータ24、前後方向(以降Y軸)スライダー25とY軸
モータ26とからなり、このランプ取付機構2には発光
ランプ1が取り付けられている。発光ランプ1の発光部
は楕円反射鏡3の第一焦点4付近に位置しており、楕円
反射鏡3のもう一つの焦点である第二焦点6には、光フ
ァイバー5の受光端が配置されている。また光ファイバ
ー5の受光端の中心よりファイバー素線の一本を取り出
し、光検出器8を構成し、この光検出器8の出力は光電
変換器9に入力され、電気量に変換後演算駆動回路10
に入力される。演算駆動回路10はAD変換器11、入
出力インターフェイスを含んだマイコン回路12、記憶
回路13、X軸モータ駆動回路14、Y軸モータ駆動回
路15、Z軸モータ駆動回路16により構成されてお
り、X軸モータ駆動回路14はX軸モータ24に、Y軸
モータ駆動回路15はY軸モータ26に、Z軸モータ駆
動回路16はZ軸モータ22にそれぞれ接続されてい
る。
【0008】上記構成において動作を説明すると、発光
ランプ1は外部電源(図示せず)により一定光束で点灯
されており、発光部が楕円反射鏡3の第一焦点4にある
ので発光した光は第二焦点6、すなわち、光ファイバー
5の受光端に図2に示す釣り鐘状の光強度の分布で集光
される。光検出器8は光ファイバー5の受光端の中心に
位置しており、光ファイバー5の中心における光強度に
応じた値を検出している。発光ランプ1の発光部が、ラ
ンプの熱変化,電極の摩耗,またはランプ交換によるラ
ンプ個体差により第一焦点位置からずれた場合は図3に
示すように集光された光強度分布は変化する。光ファイ
バー5の中心における光強度は光検出器8により検出後
光電変換器9により電気量に変換され、さらにAD変換
器11によりデジタル値A0に変換される。マイコン回
路12はこのデジタル値A0を記憶回路13にストア
と、次にX軸モータ駆動回路14を介してX軸モータ2
4を所定方向に一定量回転させランプ取付機構2に取り
付けられた発光ランプ1をX軸方向に移動させる。本実
施例ではこの移動量は0.1mmに設定した。移動により
光検出器8の検出値が変化し、さらに、光電変換器9、
AD変換器11の出力値A1も変化する。マイコン回路
12はこの値A1と記憶回路13にストアしてある値A0
と比較し、増加A0<A1しておけば記憶回路13にA0
の代わりにA1をストアし、さらに同方向にX軸モータ
24を一定量回転させ、光検出器8の出力値を光電変換
器9、AD変換器11により変換した値A2を得た後、
再度A1とA2を比較する。また、減少A0>A1している
場合は、X軸モータ24を逆方向に回転させ、発光ラン
プ1を逆方向に移動させることが異なるのみで、マイコ
ン回路12は同一の処理を行う。
【0009】このように、X軸モータ24を所定量ずつ
n回回転させ、n回目の記憶回路13をストアされた値
n-1とn回目に光検出器8の出力値を光電変換、AD
変換した後の値Anを比較し、その結果An-1≧Anとな
ればX軸方向の移動は終了する。この時、移動の終了位
置は直前までの移動方向と逆方向に一定量X軸モータ2
4を回転させn−1回目の位置としてもよい。X軸方向
にたいする発光ランプ1の発光部の位置修正の後、Y軸
方向、およびZ軸方向の発光部の位置修正動作を行う。
動作方向は前述のX軸方向に対する位置修正方向と同一
であり、マイコン回路12の処理がX軸モータ駆動回路
14か、Y軸モータ駆動回路15か、Z軸モータ駆動回
路16かを選択する違いがあるだけなので省略する。
【0010】このように、光ファイバー5の受光端中央
部に位置した光検出器8により光ファイバー5の受光端
中央部の光強度を検出し、光電変換器9による光電変換
後の光強度信号を演算駆動回路10に入力し、ランプ取
付機構2の駆動機構を作動させ、光強度が増加する方向
にX軸方向,Y軸方向,Z軸方向に順次発光ランプ1の
発光部を移動させることにより光ファイバー5の受光端
の中央と楕円反射鏡3により集光された光分布の中心軸
を一致させ、しかも最大強度の光分布を得ることができ
る。すなわち、楕円反射鏡3の第一焦点4と発光ランプ
1の発光部を自動的に精度よく一致させているので、発
光ランプ1の光エネルギーを有効に利用できる。
【0011】なお、本実施例では各軸モータの所定量回
転による発光部の移動量を0.1mmとして実現したが、
この値は光検出器8の出力値変化率に応じて変化させ、
制御速度を速めてもよい。また、連続して各軸方向の移
動を行う事でも制御速度を速めることができる。さら
に、実施例の説明ではX,Y,Z軸方向に対する光強度
のピーク値を与える位置決定は各軸一回で終了とした
が、発光ランプ1の発光部移動方向は、楕円反射鏡3の
光軸方向とランプ取付機構2の移動方向との誤差が含ま
れ、楕円反射鏡3の第一焦点4と発光ランプ1の発光部
の一致精度に誤差を含む場合があり、このため数回同一
処理を繰り返すと精度が向上する。本実施例では3回繰
り返すことで良好な結果が得られた。
【0012】
【発明の効果】以上の説明からあきらかなように本発明
によれば、光ファイバーの受光端中央部に位置した光検
出器により光ファイバー受光端中央部の光強度を検出
し、光電変換後の光強度信号を演算駆動回路に入力し、
発光ランプ取付機構の駆動機構を作動させ、光強度が増
加する方向にX軸方向,Y軸方向,Z軸方向に順次発光
ランプの発光部を移動させることにより光ファイバー受
光端の中心と楕円反射鏡により集光された光分布の中心
軸を一致させ、しかも最大強度の光分布を得ることがで
きる。すなわち、楕円反射鏡の第一焦点と発光ランプの
発光部を自動的に精度よく一致させているので、発光ラ
ンプの光エネルギーを有効に利用し、発光ランプの電極
消耗,熱膨張による電極変形時の光照射出力の変動を防
止し、発光ランプ交換時における焦点位置合わせ調整時
間を大幅に短縮でき、効率が良く、光照射出力が安定し
た、メンテナンスが容易な光ビーム加熱装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光ビーム加熱装置の構成を示す図
【図2】発光ランプの発光部が楕円反射鏡の第一焦点上
にある場合の光ファイバー受光端における光強度分布図
【図3】発光ランプの発光部が第一焦点より移動した場
合の光ファイバー受光端における光強度分布の変化状態
説明図
【図4】従来の光ビーム加熱装置の構成を示す図
【図5】光ビーム加熱装置のランプ位置調整機構の一例
を示す外観斜視図
【符号の説明】
1 発光ランプ 2 発光ランプ取付機構 3 楕円反射鏡 5 光ファイバー 8 光検出器 9 光電変換器 10 演算駆動回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光ランプと、その発光ランプの光を集
    光する楕円反射鏡と、集光された光が入力される光ファ
    イバーと、前記光ファイバーを構成するファイバー素線
    の一本を光ファイバーの受光端中央部より取り出してな
    る光検出器と、前記発光ランプの発光部を前記楕円反射
    鏡の第一焦点付近の任意の位置に移動可能な駆動機構を
    備えた発光ランプ取付機構と、前記光検出器の光出力を
    光電変換する光電変換器と、前記光電変換器の出力より
    発光ランプの移動方向と移動量を演算し前記発光ランプ
    取付機構の駆動機構に駆動信号を出力する演算駆動回路
    を備えたことを特徴とする光ビーム加熱装置。
JP25335991A 1991-08-29 1991-10-01 光ビーム加熱装置 Expired - Fee Related JPH0760729B2 (ja)

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