JPS63290697A - レ−ザ加熱装置の熱量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、レーザを熱源として加熱対象に切断、焼き入
れあるいは溶接などの加工を行う際に、レーザのパワー
を制御し、熱量を時間の経過とともに適切な値に制御す
る方法に係る。

従来技術 例えば特開昭５８−１６１３９６号の発明は、はんだ付
けの熱源として、レーザビームを用い、レーザのエネル
ギーやその照射時間、およびはんだの供給速度やタイミ
ングなどを予め設定し、標準的なシーケンスに基づいて
、プログラム制御を実行している。

ところが、このようなプロゲラＪ、制御では、同一仕様
の電子部品でも、加熱部分の熱容量が製品ごとに異なっ
ているため、個々の電子部品について最適な加熱特性が
得られな（なる。

そこで、特許出願人は、特願昭６１−１３７７０８号の
発明で、レーザの照射過程で、加熱対象の温度を一定の
時間ごとに測定し、その測定結果と目標の温度との大小
関係の程度に応じ、レーザパワーの指令値に適切な係数
を掛けることによって、レーザパワーの修正を行うこと
を提案している。このような修正方法によると、製品ご
とに熱容量が異なっていても、ある程度の範囲で追従が
可能である。

しかし、一方で、加熱対象の種類が変化したときなど、
目標の温度と実際の温度との差、つまり偏差が予定の偏
差よりも大きく外れてしまうと、実際の温度が目標の温
度に到達しないままの状態となる。すなわち、加熱対象
の熱容量が大きく変化するか、または予測外の熱的な外
乱が作用すると、目標の時間温度変化曲線が得られない
ことになる。

もっとも、上記の発明は、レーザはんだ付けのみを対象
としているため、そのような不都合は現実に発生しない
ものの、このようなレーザ加熱が他の加工分野例えば溶
接や焼き入れ、あるいは切断などに用いられると、加熱
対象の熱的状態が加工対象に応じて大きく変動するため
、上記の修正方法は、そのまま利用できないことになる
。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、加熱対象の熱的特性や加
熱過程での外乱に応じて、レーザパワーの値を大きな範
囲で柔軟に修正できるようにし、加熱対象を目標の時間
温度変化曲線に沿って、忠実に追従できるようにするこ
とである。また、本発明の他の目的は、このような熱量
の制１ｆｆｌｌ過程で、加熱状態の良否を簡単に判別で
きるようにすることである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、修正すべき時点で、前回の温度上昇
勾配とそれに対応するレーザパワー値とから、次回の目
標温度に対応する次回のレーザパワー値を演算により求
め、この求められた次回のレーザパワー値に基づいて、
現在のレーザパワー値を修正するようにしている。ここ
で、次回のレーザパワー値は、具体例によれば、実際の
温度上昇曲線の偏角によって、比例式を基礎として求め
られる。

また、加熱状態の良否は、制御過程でのレーザパワー値
の積分値を標準の積分値と比較することにより、あるい
は各時点のレーザパワー値と予め設定した標準の許容誤
差とを比較することによって、プログラムの分野で簡単
に判断できる。

加熱装置の一例 第１図は、レーザ加熱値Ｗ１の概要を示している。

このレーザ加熱装置１は、加熱対象２を加熱するために
、レーザ発振器３を備えており、また力１１熱対象２の
加熱点２ａの温度を測定するために、温度センサー４を
備えている。上記レーザ発振器３は、レーザ制御器５の
制御下に置かれ、レーザを光学系６を介して加熱対象２
の加熱点２ａに向けて照射する。一方、温度センサー４
は、例えば赤外線センサーなどの温度検出端７で加熱点
２ａの温度を非接触状態で測定する。

そして、上記レーザ制御器５は、主制御装置８によって
制御される関係にある。すなわち、この主制御装置８は
、入力側で温度センサー４のほか、入力装置９にも接続
されており、また出力側でレーザ制御器５のほか、ディ
スプレイ１０に接続されており、また外部メモリ１１に
も双方向的に接続されている。

そして、本発明の熱量制御方法は、上記主制御装置８の
プログラムによって実行される。

本発明の熱量制御方法。

第２図ないし第４図は、本発明の熱■制御方法を主制御
装置８のプログラムとして表している。

まず、第２図は準備段階のフローチャー１・を示してい
る。まず、プログラムの開始段階で、オペレータは、初
期値として目標温度Ｔａｉ　　（ｉ＝１．２・・ｎ）サ
ンプリング時刻ｉ（ｉ＝１．２・・ｎ）、係数などを入
力してから、レーザをオンの状態に設定するとともに、
サンプリングのためのサンプリング用のカウンタをオン
とし、さらに温度測定開始の指令を与える。

これらの入力値は、必要に応じ、ディスプレイ１０によ
って表示される。また、このときの目標温度Ｔａｉは、
第５画人に示すように、サンプリング時刻ｉに対応する
目標温度Ｔａｉとして、時間温度変化曲線上に表される
。

このあと、制御プログラムは、本発明の方法に基づいて
、第３図のフローチャートを実行していく。

あるサンプリング時刻ｉにおいて、現在の温度が測定さ
れ、続いて測定温度Ｔ＝−ｚ　、Ｔｉ−＋　、Ｔｔおよ
び目標温度Ｔａ盈。、が読み込まれる。その次の段階で
、次回のレーザパワー値Ｐｉが演算により求められる。

そのときの演算式は、第６図Ａ、Ｂから、下記のように
して求められる。

まず、時点での偏角αｉ、α、−１は、温度勾配の差と
して、次のようにして求められる。

α＋　　・（Ｔａ＝−ｔ　　　　　　Ｔｒ　　）／Δ　
ｔ　　　　　（Ｔｉ　　　　　Ｔｔ−＋）／　Δ　Ｌα
ｉ−１・（Ｔ（Ｔｉ−＋）／Δｔ’　　（Ｔｉ−＋　　
　Ｔｔ−ｚ）／Δｔまた、補正量ΔＰｉは、比例関係か
ら次式で計算できる。

α　、−１：　Δ　Ｐ　五−１＝　α　五　　：　　Δ
　Ｐ　よΔＰ、＝α、・ΔＰｉ−１／αｉ−１−−−−
−−−−（１１結局、求めるレーザパワー値Ｐｉは、下
記で与えられる。

Ｐ、＝ｐ、−，＋ΔＰ、 ＝Ｐｉ−１＋αｉ　・ΔＰｉ−１／αｉ−＋　−一−−
（２１次の段階で、そのレーザパワー値Ｐｉば、適当な
係数を掛けた状態で、主制御装置８からレーザ制御器５
に、補正のための指令値として送り込まれるため、レー
ザ制御器５は、その新たなレーザパワー値Ｐｉに基づい
て、レーザ発振器３のレーザパワーを第５図Ｂおよび第
６図Ｂのように修正していく。

このあと、測定温度Ｔ！およびレーザパワー値Ｐｉは、
外部メモリ１２に転送され、そこで記憶される。

このような過程の後に、全部のサンプリング回数が終了
したかどうかの判断（ｉ＞ｎ）が行われ、まだサンプリ
ング時間が残っているときには、以上の一連のプログラ
ムを次の新たなサンプリング時刻ｉ＋ｌについて繰り返
す。しかし、全サンプリング回数が終了したときには、
加熱動作を終了するために、レーザオフ、サンプリング
用のカウンタオフの状態に設定され、また温度測定指令
も取り消され、温度測定終了となる。

このようなあとに、第４図の加熱状態の判別プログラム
が開始される。まず、最初に主制御装置８は、外部メモ
リ１２からレーザパワー値■）、を順次読み出し、それ
ぞれの、レーザパワー値Ｐ８について標準の許容範囲に
あるかどうかの判断を順次進めていく。全てのサンプリ
ング時刻ｉについて実際のレーザパワー値Ｐ、が第５図
Ｃのように許容範囲内（Ｐ＋　＜Ｐｔ　くＰｚ　）に納
まっているとき、加熱状態が正常と判断される。しかし
、あるサンプリング時について、実際のレーザパワー値
Ｐムが許容範囲から外れているときには、主制御袋で８
は、その状態を判断し、例えばディスプレイ１０によっ
て、そのときのサンプリング時刻ｉとともに異常状態を
表示する。

次に、実際のレーザパワー値Ｐ、の全ての和が求められ
、それが標準の範囲内（Σｐ、＜Σｐ。

〈Σｐｚ）にあるかどうかの判断がなされる。レーザパ
ワー値Ｐ、の全ての和が標準の範囲内にあるとき、加熱
状態は正常と判断される。しかし、その範囲外になった
とき、加熱状態は異常状態と判断され、ディスプレイ１
０によって異常信号が表示された後、一連のプログラム
が終了する。

このようにして、加熱状態は、それぞれのサンプリング
時間ごとの実際のレーザパワー値Ｐｉとそのときの許容
範囲との比較、およびレーザパワー値Ｐｉの総和と標準
の値との比較によって行われるが、これらはいずれか一
方のみが行われれば足りる。また、これらの２つの判断
過程で、双方が異常の状態となったときに、実際の加熱
状態が異常であると判断することもできる。

発明の効果 本発明では、サンプリングの時刻で、前回の加熱状態か
ら次回の目標の加熱状態を考慮しながら、レーザパワー
の補正が順次行われていくため、加熱対象の熱容量が急
変しても、あるいは加熱過程で大きな熱的外乱が作用し
たときでも、レーザの補正が柔軟に対応して目標値に追
従するため、実際の加熱状態の温度が目標の時間温度変
化曲線に沿った状態で正確に制御できる。また、加熱過
程の終了後に、レーザパワーと標単値との比較によって
、加熱状態の良否が自動的に判別できるため、加熱状態
の確認が過去の熱的特性の変化から容易に判別できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザ加熱装置のブロック線図、第２図ないし
第４図は熱量制御方法のフローチャート図、第５図は時
間温度変化曲線および時間レーザパワー変化曲線のグラ
フ、第６図はレーザパワー値演算式の説明図である。 １・・レーザ加熱装置、２・・加熱対象、３・・レーザ
発振器、４・・温度センサー、５・・レーザ制御器、６
・・光学系、７・・温度検出端、８・・主側１１１１装
置、９・・入力装置、１０・・ディスプレイ、１１・・
外部メモリ。 第１図 第２図 第３図 小 第４図 θＤ 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱点にレーザを照射し、その加熱点の温度を時
   間温度変化曲線に沿って加熱するレーザ加熱装置におい
   て、加熱点の温度を所定の時間ごとに順次測定する温度
   測定過程と、予め設定してある時間温度変化曲線上での
   現在および次回の目標温度を読み込みかつ前回の測定温
   度を読み出す読み出し過程と、前回の測定温度、現在の
   測定温度、現在の目標温度および次回の目標温度から次
   回のレーザパワー値を計算により求める演算過程と、こ
   の演算過程で求められたレーザパワー値に基づいてレー
   ザパワー値を修正する補正過程とからなることを特徴と
   するレーザ加熱装置の熱量制御方法。
2. （２）一定の時間ごとに指定されたレーザパワー値のす
   べての和がある標準の値の範囲内にあるとき、正常加熱
   と判断し、その範囲外にあるとき、異常過熱の状態と判
   断することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレ
   ーザ過熱装置の熱量制御方法。
3. （３）所定時間ごとに指定されたレーザパワー値が予め
   設定してある標準のパワー時間変化曲線の許容誤差範囲
   内にあるとき、加熱正常状態と判断し、範囲外にあると
   き、異常過熱の状態と判断することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のレーザ加熱装置の熱量制御方法。