TWI811542B - 光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置 - Google Patents

光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置 Download PDF

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Abstract

本發明之課題係使用包含簡易之光電感測器的雷射加工裝置，正確地測定雷射光之樹脂透射率，而進行適切之雷射樹脂熔接。本發明之光電感測器包含載置由雷射光透射性樹脂構成之工件(W1)的載置台(33a)、具有雷射二極體(41)與會聚透鏡(45)之投光手段(4)、在與載置台(33a)同一平面上的位置接收通過檢測區域(DA)之雷射光(LB)的光電二極體(52)，從會聚透鏡(45)投射之雷射光(LB)的光軸設定成在與光電二極體(52)之入射面直交的方向入射，並且將焦點聚焦在光電二極體(52)之入射面，藉測定在進行實際之樹脂熔接的熔接部分之以雷射光(LB)給予的熱量，而正確地算出用於熔接之熱量。

Description

光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置
本發明係關於包含投光手段及受光手段之光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置，詳而言之，其係有關於在將樹脂疊合後以雷射進行熔接時，適於判別雷射透射性樹脂之雷射熔接的樹脂透射率之光電感測器、使用此光電感測器之雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、依據所測定之樹脂透射率的雷射樹脂熔接方法、用於此雷射樹脂熔接方法之雷射加工裝置。
要將樹脂疊合後以雷射進行熔接，係於雷射光吸收性樹脂之頂面疊合雷射光透射性樹脂，從雷射光透射性樹脂側照射雷射光，在樹脂彼此之界面熔融而進行熔接。此時，要使雷射透射雷射光透射性樹脂，適切地加熱其與雷射光吸收性樹脂之界面的熔接部分，需適度地賦予熔接部分適切之熱量。因此，在熔接之樹脂中了解雷射光透射性樹脂之透射率很重要。
是故，在記載於圖12所示之專利文獻1的發明中，於執行雷射熔接前，預先從測定用光源109經由光纖112及光學系統110將光線111照射至透射材104。藉以檢測器108測定透射透射材104之光線111的量，可以運算裝置106算出透射材104之透射率。依據此透射率，控制雷射光源101之輸出。
藉此，從雷射光源101經由光纖107及光學系統102，照射至熔接部分之雷射光103的強度係依透射材104之透射率的大小而變化。因此，由於給予熔接部分之吸收材105的表面適度之大小的能量，故在吸收材105之表面可獲得適當之大小的發熱，而可進行高品質之雷射熔接。
又，記載於圖13所示之專利文獻2的發明並非以雷射所行之熔接，而是以雷射所行之分割。在此，為進行雷射加工，除了從基板P之入射面Pu側經由透鏡246a往射出面Pd側照射之第1雷射光245a外，亦將從斜向經由透鏡246b對基板P之材料變質部247照射之第2雷射光245b以透射光量檢測部亦即受光元件2151檢測透射光量，運算第2雷射光245b之透射率。藉此，可判斷是否以良好精確度於基板P內部形成材料變質部247。結果，藉判定是否於基板P內部形成材料變質部247後分割基板P，可抑制分割不良。
若為記載於專利文獻1或專利文獻2之發明，藉預先測定雷射光之樹脂透射率，可進行適切之雷射加工。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報2004-243629號 [專利文獻2]日本專利公開公報2007-319881號
[發明欲解決之課題]
此種雷射樹脂熔接係在許多業界及領域利用之技術，疊合後熔接之樹脂材料亦涉及多方面，使用於樹脂添加了阻燃劑之阻燃樹脂的材料作為該樹脂材料之一的情況亦多。由於在阻燃樹脂，阻燃劑呈添加作為雜質之狀態，故雷射光因阻燃劑擴散，雷射光之樹脂透射率降低。
是故，如圖11所示，在雷射樹脂熔接時，在雷射光透射性樹脂W1與雷射光吸收性樹脂W2之界面的熔接部分WP，於雷射光透射性樹脂W1形成窄之溝狀部分。如此進行，有使雷射光透射性樹脂W1之厚度D薄而使雷射光LB易透射之情形。
在專利文獻1，從測定用光源109對透射材104照射光線111，以於下方拉開間隔之檢測器108測定透射透射材104之光線111的量。此時，當透射率低時，有光量不足之情形，又，測定用光線之徑為諸如鹵素光源之粗光線時，有無法正確測量狹窄溝狀部分之虞。
又，在專利文獻2，依據雷射光245b之透射量，可辨識材料之改質狀態。然而，相對於加工用雷射光245a，從不同角度照射雷射光245b，而與實際之加工面為不同之處。再者，由於受光元件2151與加工面拉開間隔，故有無法正確測量透射率之虞。又，當傾斜照射時，無法正確地測量狹窄之溝狀部分。
因此，為了要正確地測定透射率，使用了大型分光儀。在此種分光儀中，將光之光束寬度縮小，以與加工用雷射光近似之波長大輸出，藉此，即使為諸如光之樹脂透射率低的阻燃樹脂之材料，亦可正確地測定。
然而，在此種大型分光儀，設備龐大，且需作成遵循規格之試件等，特別在組入製造產線來簡易迅速地測定雷射光之樹脂透射率這點並不易。
本發明係鑑於上述情形而作成，其目的係提供可以簡易之結構正確地測定雷射光之樹脂透射率的光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置。 [解決問題之手段]
本發明之光電感測器的要旨係包含載置台、投光手段及受光手段，該載置台載置工件；該投光手段具有發出射出光之發光元件、及使從該發光元件射出之光往檢測區域會聚之會聚手段；該受光手段將來自該會聚手段並通過該檢測區域之光於沿著其光軸之方向在與該載置台同一平面上的位置接收；從該投光手段投射之光的光軸設定成在與該受光手段之入射面直交的方向入射，並且將焦點聚焦在該受光手段之入射面。
又，本發明之不同態樣的光電感測器之要旨係包含載置台、投光手段及受光手段，該載置台載置工件；該投光手段具有發出射出光之發光元件、及使從該發光元件射出之光會聚後往檢測區域形成平行光之準直手段；該受光手段將從該準直手段通過該檢測區域之光於與其光軸直交之方向在與該載置台同一平面上的位置接收；從該投光手段射出之光的光軸設定成在與該受光手段之入射面直交的方向入射。
在該光電感測器中，該發光元件亦可為雷射二極體，該光電感測器具有芯徑比該雷射二極體之發光區域窄小的光纖，由該投光手段經由該光纖射出且以該受光手段接收之光小於該雷射二極體之發光區域。
此時，該光纖亦可以單模構成。 該光電感測器亦可包含顯示測定之樹脂透射率的顯示部。
本發明之雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法之要旨係包含下列步驟：準備上述任一項之光電感測器；僅將作為熔接對象之複數的樹脂所含之使雷射透射的雷射光透射性樹脂以其熔接之面載置於該受光手段之入射面；及測定該雷射光透射性樹脂之雷射光透射率亦即樹脂透射率。
又，本發明之雷射樹脂熔接方法的要旨係包含下列步驟：準備包含顯示部之光電感測器；將作為雷射熔接之對象的複數之樹脂所含的使雷射透射之透射性樹脂載置於該光電感測器之該載置台；測定該雷射光透射性樹脂之雷射光透射率亦即樹脂透射率；依據顯示於該顯示部之樹脂透射率，設定雷射加工裝置之加工條件；以該所設定之加工條件藉該雷射加工裝置進行該透射性樹脂之雷射熔接。
又，本發明之雷射加工裝置的要旨係包含上述任一項之光電感測器、及雷射加工裝置本體，該雷射加工裝置本體射出與該光電感測器射出之雷射的波長相同或近似之波長的雷射。
再者，本發明之另一態樣的雷射加工裝置之要旨係包含上述任一項之光電感測器及雷射加工裝置本體；該雷射加工裝置本體接收以該光電感測器測定並從該光電感測器發送之雷射光的樹脂透射率之資料，而依據該資料，進行雷射加工。 [發明之效果]
根據本發明之光電感測器、雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法、雷射樹脂熔接方法、雷射加工裝置，可以簡易之結構正確地測定雷射光之樹脂透射率。
[用以實施發明之形態]
(第1實施形態) ＜雷射加工裝置1之全體結構＞ 圖1係顯示本實施形態之雷射加工裝置1的結構之示意圖。圖2係顯示以雷射光所行的樹脂熔接之原理的示意圖。如圖1所示，雷射加工裝置1包含雷射加工裝置本體2及光電感測器3。
如圖2所示，雷射樹脂熔接(雷射熔接)使用具有由雷射光透射性樹脂構成之工件W1及由雷射光吸收性樹脂構成之工件W2的工件W。在光電感測器3，僅預先使用工件W1，測定工件W1之雷射光透光性樹脂的雷射光透射率T(以下稱為「樹脂透射率T」)，將其資料傳送(發送)至雷射加工裝置本體2作為雷射樹脂熔接中之樹脂透射率T，雷射加工裝置本體2收取此樹脂透射率T之資料，進行雷射樹脂熔接。
＜雷射加工裝置本體2之全體結構＞ 雷射加工裝置本體2係例如眾所皆知之雷射加工裝置，其對載置於工件載置台之一例亦即台24的工件W以三維方式照射雷射光26，進行切斷、開孔以及熔接。在雷射加工裝置本體2，於台24載置工件W2，於其頂面重疊工件W1，以玻璃板25固定。在控制部21，依據所接收之樹脂透射率T的資料，將控制信號傳送至驅動器亦即投光電路22，在投光電路22，將雷射光26之輸出最適當化後將驅動信號傳送至投光手段23。當以投光手段23照射雷射光26時，雷射光26大部分透射玻璃板25，接著，一面以一定比率散射衰減一面透射雷射光透射性樹脂亦即工件W1。此雷射光26在玻璃板25幾乎未轉換成熱，在由雷射光透射樹脂構成之工件W1亦被抑制從光轉換成熱。因而，工件W1不致因熱而熔融。然後，當雷射光26到達由雷射光吸收性樹脂構成之工件W2時，工件W2吸收雷射光26而使之轉換成熱。如此一來，工件W2因該熱而熔融，並且使該熱傳導至工件W1，工件W1之溫度亦上升，與工件W2之界面的部分熔融。因此，熔融之工件W2與工件W1混合，當冷卻而固化時，便熔接。
＜阻燃樹脂＞ 工件W1由於當雷射光之樹脂透射率T越高，發熱便越少，越易進行雷射樹脂熔接，故要求某程度之雷射光的樹脂透射率T。再者，為了熔接，而要求因加熱熔融，當冷卻時便固化之熱熔融性樹脂。
在此，可以此熔接方法結合之複數的樹脂材料之一亦即透射性樹脂材料可舉諸如以下之樹脂材料為例。諸如PP(聚丙烯)、PC(聚碳酸酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯二烯共聚物)、PA(聚醯胺)之透射性佳的樹脂材料等。又，透射性較低之樹脂材料使用了諸如PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)或PPS(聚伸苯硫醚)。
順帶一提，在本實施形態中，用於工件W1之雷射光透光性樹脂可舉阻燃樹脂為例。阻燃樹脂有諸如四氟乙烯之氟樹脂或矽橡膠等。然而，由於雷射光之樹脂透射率T低，故亦有於透射性高之樹脂摻入例如氫氧化鋁、氫氧化鎂等阻燃填料而確保阻燃性之情形。此時，由於阻燃填料自身無雷射光之透射性，故入射至工件W1之雷射光26在內部照至填料而散射，於到達熔接部分WP前大幅衰減。因而，需依據工件W1之雷射光26的樹脂透射率T，調整雷射光26之輸出。
＜雷射加工裝置本體2之控制部21、投光電路22、投光手段23＞ 是故，在本實施形態之雷射加工裝置1，以控制部21依據樹脂透射率T，運算雷射光26之衰減率，對投光電路22發出投光輸出之指示。驅動器亦即投光電路22對投光手段23施加預定電力，而照射雷射光26。
在本實施形態中，為進行充分之熔接，雷射光之樹脂透射率T以大約30%以上為理想。因而，藉在生產線之上游側以光電感測器3判定例如樹脂透射率T是否為30%以上，可於加工前檢查熔接不良。當然，適當之樹脂透射率T因樹脂之種類、雷射之種類、波長等而不同。
＜雷射加工裝置本體2之投光手段23＞ 投光手段23在此實施形態使用波長為1070nm之Yb：光纖雷射。可舉例如松下電器股份有限公司之VL-W1A00等雷射振盪器為例。從此雷射振盪器經過預定光學系統照射基本波長(1070nm)之雷射光26。此時，將雷射光26之焦點S的Z方向之位置訂定成對準在工件W1與工件W2之界面的熔接部分WP。舉例而言，投光手段23具有調整焦點距離之光學系統時，藉調整焦點距離，可使雷射光26之焦點S的Z方向之位置對準熔接部分WP。又，亦可藉調整投光手段23與台24之相對位置，使雷射光26之焦點S的Z方向之位置對準熔接部分WP。
如圖1所示，於雷射加工裝置本體2連接有光電感測器3。接著，參照圖3~8，說明光電感測器3。 ＜光電感測器3之全體結構＞ 圖3係顯示光電感測器3之外觀的立體圖。光電感測器3於背面側(圖3之右方裡面側)具有板狀柱體32，而作為光電感測器3全體之框架，於其上部具有長方體之箱狀上部殼體31。在此上部殼體31之下方，寬度及深度與上部殼體3大致相等，高度方向較大之下部殼體33與上部殼體31隔著間隔配設。此下部殼體33之頂面作為載置台33a。於此載置台僅將由雷射光透射性樹脂構成之工件W1使熔接部分WP朝下來載置。
於下部殼體33之前面具有由顯示動作之LED等構成的顯示燈33b、具有顯示文字之液晶畫面的顯示部33c、具有用以操作之按鈕的操作開關33d。又，用以連接於雷射加工裝置本體2之連接纜線33e從下部殼體33之下面延伸而出。
接著，參照圖4，就光電感測器3之內部作說明。圖4係為了內部之說明而卸除蓋之狀態的光電感測器3之立體圖。柱體32於背面側(在圖4為左方裡面側)從上端延伸配置至下端。
＜上部殼體31之內部構造＞ 於上部殼體31之內部配設投光手段4之一部分。在下端水平之板狀基台31a設於柱體32，此基台31a於稍微前側形成有於鉛直方向貫穿之大約長方形的開口部31b。構成投光手段4之準直透鏡44以由複數之要件構成的固定具46固定於此開口部31b。此固定具46具有固定具46a、46b(參照圖5)，以固定於柱體32之XYZ移動台47支撐。XYZ移動台47可於X方向(平行於柱體32之水平左右方向)及Y方向(垂直於柱體32之水平前後方向)微動，而將雷射光之光軸對受光手段5調整XY平面內(入射面內)之位置。又，可於Z方向(沿著光軸之方向)微動，而可對受光手段5調整成光束會聚於一點。特別是工件W1之折射率不同時，亦可調整成光束準確地會聚於熔接部分WP。 此外，亦可省略XY方向或Z方向之移動。
＜下部殼體33之內部構造＞ 在下部殼體33，構成配置於其上端之載置台33a的板狀窗框33f水平地支撐於柱體32。窗框33f於與上部殼體31之開口31b在鉛直方向對向之位置開設了大約長方形之窗部33g(參照圖6)。於此窗部33g配置受光手段5。
於柱體32之下方內側配設有構成受光手段5之受光基板57、構成投光手段4之投光基板48。於投光基板48配置雷射二極體41(以下亦稱為「LD41」)，在此振盪之雷射光以光纖纜線42沿著柱體32導出至上部殼體31。又，於顯示部33c之裡面側內部配置有具有控制基板60(參照圖7)之控制手段6。此光纖纜線42係單模之光纖纜線，本實施形態之光纖纜線42的芯徑係5.3μm。
＜投光手段4＞ 圖5係投光手段4之一部分的分解立體圖。圖7係顯示光電感測器3的電性結構之方塊圖。
投光手段4從控制手段6之控制基板60收到控制信號，以驅動器亦即投光電路40使投光手段4之發光元件的一例亦即LD41發光而發出射出光，藉由準直透鏡44等光學系統投射。
在此，參照圖5，說明使LD41發光，經由準直透鏡44等光學系統投光之結構。 首先，如圖4所示，驅動器亦即投光基板48接收來自控制手段6之控制信號，投光基板48將驅動電流供至LD41，LD41振盪。以LD41振盪之雷射光從光纖纜線42引導至準直透鏡44，照射至光電二極體52之入射面亦即檢測區域。
＜LD(雷射二極體)41＞ 發光元件之一例亦即LD41具有預定發光區域，本實施形態之LD41的發光區域為大於光纖纜線42之芯徑5.3μm的發光區域，該發光區域之形狀基本上為矩形。本實施形態之LD41的發光區域之徑從1.01mm至數mm。藉通過光纖纜線42，形成為均一截面形狀係圓形之光線。又，來自光纖纜線42之射出接近點光源。即，從LD41射出之雷射光LB以預定之光纖纜線42整形。
LD41適於使用例如法比-培羅特半導體雷射(Fabry-Perot laser diode)等，振盪模式係單模，波長係λ=1064nm。
由於以雷射加工裝置本體2之雷射振盪器(投光手段23)射出的雷射光波長為λ=1070nm，故與以LD41射出之雷射光的波長嚴格來說並不相同，為近似之波長。構成工件W1之雷射光透射樹脂的樹脂透射率T對波長大幅變化。因而，由於即使藉光電感測器3以與從雷射加工裝置本體2射出之雷射光的波長大為不同之波長、例如波長λ=780~850nm之紅外光測定樹脂透射率T，在雷射加工裝置本體2，仍顯示不同之樹脂透射率T，故無法測定在雷射加工裝置本體2之熔接時的樹脂透射率T。
在本實施形態中，若以λ=1064nm測定樹脂透射率時，即使以λ=1070nm加工，亦可以可容許之樹脂透射率T的誤差加工。又，藉容許此種實用上沒有問題之誤差，而使用低價之雷射二極體，藉此，可更低價地製造光電感測器3。即，即使投光手段23之雷射光的波長與LD41之雷射光的波長嚴格來說並不相同，只要以各波長測定之樹脂透射率T的誤差為實用上之容許範圍，投光手段23之雷射光的波長具有與LD41之雷射光的波長近似之波長而不同亦可。此「與LD41之雷射光的波長近似(嚴格來說並不相同)之波長」亦可解釋為包含在與LD41之雷射光的波長同一範圍內。
＜光纖纜線42＞ 光纖纜線42使端面位於與LD41之發光區域對向的位置，而從此處導入雷射光。誠如上述，LD41之發光區域的徑從1.01mm至數mm，相對於此，光纖纜線42之芯徑為5.3μm。因而，以LD41振盪之光以聚光透鏡聚合，從光纖纜線42之端部輸入。光纖纜線42根據其目的，有階變折射率多模光纖(SI)、梯度折射率多模光纖(GI)等種類，在本實施形態中，採用通用單模光纖(SM)。此係藉使芯徑小而使模式為一個之光纖，不致產生在多模可見之因模式不同而引起的傳播信號之變形，而具有頻帶極寬之特性。由於通用之單模光纖在1310nm頻帶有零色散波長，故傳輸損失低而具有優異之特性。因而，以LD41振盪之雷射光LB的焦點S不致偏移，而可使焦點S正確地集中於光電二極體52之入射面亦即檢測區域DA。
具體而言，此光纖纜線42係單模之光纖纜線，此光纖之芯徑在實施形態為5.3μm。
＜光連接器43＞ 光纖纜線42從下部殼體33之投光基板48沿著柱體32，被引導至上部殼體31。於光纖纜線42之端部連接旋入型FC光連接器43，如圖5所示，藉固定具46a將諸套圈以彈簧按壓密合，而連接於準直手段之一例亦即準直透鏡44。在光纖纜線42之端部，使用芯線傳遞而至之雷射光發散地發出球面波。進行將套圈端面研磨成球面而使在連接部之反射小的UPC研磨(超PC)而使光纖之諸芯密合良好。
＜準直透鏡44(準直手段)＞ 準直透鏡44以固定具46b在預定位置支撐於柱體32，而使此雷射光之球面波會聚而形成平行光。準直透鏡44可適於以例如附有可調整型非球面透鏡之準直透鏡(f=2.0mm)等實施。
此外，在本實施形態之準直透鏡44中，比平行光會聚0.3°左右。再者，由於在本實施形態之準直透鏡44，準直透鏡44自身有焦點設備，故亦可利用此焦點設備。此時，準直透鏡44可謂兼具會聚透鏡45(參照圖9)之功能。
如圖8所示，在本實施形態中，通過準直透鏡44之雷射光LB使焦點S聚焦於光電二極體52之入射面的檢測區域DA。即，檢測區域DA與焦點S、還有熔接部分WP形成為一致之點。
此外，在載置由雷射光透射性樹脂構成之工件W1的狀態下，調整透射樹脂之際的折射引起之焦點S偏移，而更正確地進行對焦。 ＜受光手段5＞ 圖6係光電感測器3之部分分解立體圖。一面參照圖6，一面就受光手段5作說明。窗框33f(參照圖4)之窗部33g以透明之薄樹脂製透明導電性薄膜51覆蓋。在該薄膜下方，光電二極體(Photo-Diode)52在使入射面密合於該透明導電性薄膜51之位置藉由接著劑配置。亦即，光電二極體52之入射面與載置台33a位於同一平面上。光電二極體52連接固定於收容在ロ字型固定部53之PD基板54，並以L型金屬零件55固定於柱體32。PD基板54以圖中未示之導線連接於受光基板57。
＜光電二極體52＞ 光電二極體52使用順應投光手段4之發光元件的一例亦即LD41之波長的光電二極體。本實施形態之光電二極體52為Si光電二極體，在190~1100nm之波長具有靈敏度，對應投光手段4之LD41的波長1064nm。
(本實施形態之作用) ＜樹脂透射率T之測定＞ 接著，參照圖8，就本實施形態之樹脂透射率的測定方法作說明。當從光纖纜線42之終端射出雷射光LB之球面波時，便入射至準直透鏡44。當此雷射光LB入射至準直透鏡44時，比平行光會聚0.3°左右，而形成為會聚光。接著，入射至雷射光透射性樹脂之工件W1，一面以阻燃填料將雷射光LB擴散衰減，一面將焦點S聚焦在光電二極體52之入射面、即檢測區域DA。此檢測區域DA與圖11所示之熔接部分WP一致。因而，根據本實施形態之樹脂透射率的測定方法，可正確地推定實際之熔接部分WP承受的熱能。
又，當雷射光LB為會聚光時，雷射光LB通過之光束具有一定面積。因此，即使特定路徑之雷射光LB因阻燃填料擴散而未到達檢測區域DA，其他路徑之雷射光LB亦會通過工件W1而到達檢測區域DA。因此，可測定多個路徑之雷射光LB的平均，測定值之偏差變小。
＜控制手段6＞ 接著，參照圖7，說明光電感測器3之控制手段的電性結構及作用。
光電感測器3包含構成控制手段6之控制基板60。控制基板60具有眾所皆知之電腦的結構，一面參照時鐘電路61，一面進行光電感測器3之控制。具體而言，將控制信號送至搭載於投光手段4之投光基板48的投光電路40。收到控制信號之投光電路40對LD41施加預定電壓而使LD41發光。投光電路40以光電二極體(圖中未示)監測該雷射光LB，反饋後，以APC49(自動輸出控制裝置、Automatic Power Control)，調整成一定光量。
從LD41射出之雷射光透射工件W1後入射至光電二極體52。入射至光電二極體52之雷射光將對應入射光之電流以I/V放大器(電流/電壓轉換電路)56將電流I轉換成電壓V。之後，經過放大器62，以控制基板60之A/D轉換手段63轉換成數位信號，送至控制基板60之控制電路。在控制基板60，比較在無工件W1之狀態下以教導方式預先測定而設定之相當於樹脂透射率100%的基準值與所接收之數位信號，算出工件W1之樹脂透射率T。 由於此基準值因LD41之惡化、光學系統之污損、或溫度條件而有需要修正之情形，故亦可預先設定而隨時在校驗加以修正，或每次在無工件W1下以教導方式設定。
＜顯示手段＞ 此樹脂透射率T顯示於顯示部33c。顯示部33c以液晶面板構造成可顯示文字，樹脂透射率以文字顯示。
＜IO-Link＞ 樹脂透射率T藉由I/O鏈結64將資料傳送至I/O鏈結主站65。
IO-Link係為了藉點對點之雙向數位通訊對現場匯流排及工業乙太網路(註冊商標)系統連接感測器或致動器而設計之工業介面規格(IEC 61131-9)。
藉與控制裝置(PLC)通訊感測器或致動器之運作狀況及識別資訊，可向管理者提供以往以人工作業管理之工廠內的各感測器或致動器之狀態及資訊。藉此，係實現可進行工廠之系統管理的自動化之系統構築的技術。
I/O鏈結主站65具複數之埠，可對一個埠連接一個元件，而可同時進行與複數之元件的通訊。因此，藉由此I/O鏈結主站65，將資料輸送至雷射加工裝置本體2。接收此資料之雷射加工裝置本體2在控制部21算出熔接工件W1之際的加工資料(加工條件)。加工資料之例可舉從投光手段23照射之雷射光的輸出、雷射光之照射時間、雷射照射之重複頻率(脈衝數)、投光手段23與台24之相對移動速度等、或該等之組合等為例。又，雖圖中未示，在投光手段23具有掃描手段這方面，相對移動速度亦可舉雷射光之掃描速度作為加工資料(加工條件)之例。
(本實施形態之效果) 根據上述實施形態之雷射加工裝置1，可獲得如以下之效果。 (1)在上述實施形態，由於在雷射加工裝置1之雷射樹脂熔接中，於熔接前可以光電感測器3測定加工之雷射光透射性樹脂的樹脂透射率T，故可以適切之輸出進行雷射樹脂熔接之作業。
(2)特別將光電感測器3配置於製造產線之上游。預先測定進行雷射樹脂熔接之工件W1的加工之位置的樹脂透射率T。又，若在製造產線之下游，在該位置加工，可在線內極有效率地無等待時間立即進行品質高之雷射樹脂熔接。
(3)用於測定之光電感測器3可使用LD41，而構成簡易且低價之結構。 (4)由於雷射光係使光纖之芯徑小於LD41之發光區域的徑來射出測定用光線，故可正確地測定形成溝狀之熔接部分。
(5)使用會聚透鏡45，將雷射光會聚，透射雷射光透射樹脂亦即工件W1而將焦點S聚焦在受光手段亦即光電二極體52之入射面。因此，由於可在與實際之熔接部分WP相同之處的檢測區域DA測定樹脂透射率，故可進行正確之測定。
(6)由於特別藉使用會聚光，而將不同於一直線之雷射光的大範圍作為路徑而入射至工件W1，故特別是諸如含有雷射光不透射之不燃性填料的阻燃樹脂之樹脂透射率T低的樹脂，亦可正確地測定樹脂透射率T。
(7)由於測定用LD41之波長與雷射加工用雷射之波長同等，故可準確地測定雷射光透射性樹脂之雷射光的波長之透射特性。 (8)由於測定用雷射光在與加工用雷射光相同之路徑測定，故可獲得正確之測定結果。
(9)又，藉使用I/O鏈結主站65，可根據以光電感測器3測定之樹脂透射率T進行工廠之生產管理的自動化。 (10)由於具有顯示部，而可顯示測定之樹脂透射率T，故可離線利用光電感測器3。即，按照在此測定之樹脂透射率T，藉手動控制雷射加工裝置本體2之輸出除以樹脂透射率T，藉此，可使雷射加工裝置本體2之輸出適當。
(11)因此，由於本實施形態之光電感測器3易外裝或加裝，故既有之生產設備亦可易導入。 (變形例)此外，上述實施形態亦可如以下變更。
＜會聚透鏡45＞ 圖9係變更上述實施形態的投影光學系統之例。在上述實施形態，準直透鏡44自身作為會聚手段而將以準直透鏡44準直之雷射光LB形成為會聚光。然而，將準直透鏡44本身作為可形成完全平行光之原始準直手段，還具有會聚透鏡45。而且，亦可構造成將以此會聚透鏡45會聚之雷射光LB在光電二極體52之入射面、即檢測區域DA，對準焦點S。
·藉如此構成，以準直透鏡44先形成為光束之徑較大的平行光，以會聚透鏡45使此平行光會聚，將焦點S聚焦在檢測區域DA，藉此，可使雷射光LB以較大之範圍通過工件W1。因此，可使工件W1之樹脂透射率T更平均化，而進行正確之測定。
·又，亦可進行使擴散小之設計，而可使用更小之面積的光電二極體52，故可小型化。 ·再者，當對象之厚度改變時，需再調整會聚徑，但亦可使功率密度增高，而使S/N比提高。
(第2實施形態) 接著，參照圖10，說明本發明之第2實施形態的雷射加工裝置1。此外，由於第2實施形態係僅變更第1實施形態之投光手段4的結構之結構，故關於同樣之部分，省略其詳細之說明。
在第1實施形態中，於準直透鏡44之下游具有會聚透鏡45，而將平行光轉換成會聚光。又，構造成將焦點S聚焦在光電二極體52之入射面的檢測區域DA。在本實施形態中，以準直透鏡44形成為使雷射光LB之光束的徑縮小之直線狀平行光而從投光手段4射出之光的光軸設定成在與光電二極體52之入射面直交的方向入射。
此外，雖省略圖示，亦可以準直透鏡44先形成為平行光，再以會聚透鏡會聚而形成為會聚光，進而，縮小完光束的徑之後，以凹透鏡等準直而形成為徑較小之平行光。
因而，根據第2實施形態，除了記載於第1實施形態之效果(1)~(4)、(7)~(11)外，還可獲得以下之效果。 (12)由於雷射光LB形成為使光束之徑小的直線狀平行光而從投光手段4射出，故焦點深度無限大，焦點S之調節基本上不需要。因此，即便使投光手段4與受光手段5之距離變化，基本上雷射光LB可在檢測區域DA、即熔接部分WP匯集於一點而測定。因而，當工件W1之大小較大時，只要使投光手段4與受光手段5之距離大，便可測定。又，當工件W1薄時，藉使投光手段4與受光手段5的距離小，可使雷射光LB之位置精確度高，或使功率之衰減小。
(13)又，即使設於工件W1之熔接部分WP的溝狀部分之寬度窄時，亦無干擾其壁面而無法正確地測定樹脂透射率T這樣之情形。 (14)在本實施形態中，由於可使結構為不使用會聚透鏡45，故可使光學系統更單純化，而可使光電感測器3之結構更簡易。
(實施形態之變形例) 此外，上述實施形態亦可如以下變更。 ○若以圖像辨識界定工件W1之複數的位置，測定該部分之樹脂透射率T，即使熔接部分WP各自之厚度不同時，亦可各自以適當之雷射輸出加工。
○載置台33a不限於光電二極體52之周圍擴展的平面，亦可為光電二極體52之大小。換言之，結構亦可為對光電感測器3之受光面，將光電二極體52配置於同一平面上，載置台33a兼作受光面。藉如此構成，即使工件W1之下方有突起狀部分時，亦有可避免熔接部分WP從光電二極體52浮起之情形。 ○實施形態之光電感測器3的LD41例示Nd：YVO4雷射，發光元件亦可使用例如波長近似之λ=1064nm的Nd：YAG(釹：釔鋁石榴石)等雷射二極體。
以上，一面參照圖式，一面就各種實施形態作了說明，本發明不限於此例是無須贅言的。明顯可知只要為該業者，在記載於申請專利範圍之範疇內，可想到各種變更例或修正例，而可了解該等當然亦屬於本發明之技術範圍。又，在不脫離揭示之旨趣的範圍，亦可任意組合上述實施形態之各構成要件。
1:雷射加工裝置 2:雷射加工裝置本體 3:光電感測器 4:投光手段 5:受光手段 6:控制手段 21:控制部 22:投光電路 23:投光手段 24:台 25:玻璃板 26:雷射光 31:上部殼體 31a:基台 31b:開口部 32:柱體 33:下部殼體 33a:載置台 33b:顯示燈 33c:可顯示文字之顯示部 33d:操作開關 33e:連接纜線 33f:窗框 33g:窗部 40:投光電路 41:LD(雷射二極體、發光元件) 42:光纖纜線 43:光連接器 44:準直透鏡(準直手段) 45:會聚透鏡(會聚手段) 46:固定具 46a:固定具 46b:固定具 47:XYZ移動台 48:投光基板 49:APC 51:透明導電性薄膜 52:光電二極體(受光元件) 53:ロ字型固定具 54:PD基板 55:L型金屬零件 56:I/V放大器 57:受光基板 60:控制基板 61:時鐘電路 62:放大器 63:A/D轉換手段 64:I/O鏈結 65:I/O鏈結主站 102:光學系統 104:透射材 105:吸收材 106:運算裝置 107:光纖 110:光學系統 111:光線 112:光纖 109:測定用光源 245a:第1雷射光 245b:第2雷射光 246a:透鏡 246b:透鏡 247:材料變質部 2151:受光元件 D:(熔接部分之工件W1的)厚度 DA:檢測區域 P:基板 Pd:射出面 Pu:入射面 LB:雷射光 S:焦點 T:(雷射樹脂熔接中之)樹脂透射率 WP:熔接部分 W:工件 W1:工件(雷射光透射性樹脂) W2:工件(雷射光吸收性樹脂) X:方向 Y:方向 Z:方向
圖1係顯示第1實施形態之雷射加工裝置全體的示意圖。 圖2係顯示第1實施形態之以雷射光所行的樹脂熔接之原理的示意圖。 圖3係顯示第1實施形態之光電感測器的外觀之立體圖。 圖4係第1實施形態之光電感測器的蓋卸除之立體圖。 圖5係第1實施形態之光電感測器的投光手段之分解立體圖。 圖6係第1實施形態之光電感測器的受光手段之分解立體圖。 圖7係顯示第1實施形態之光電感測器的結構之方塊圖。 圖8係顯示第1實施形態之樹脂透射率的測定方法之示意圖。 圖9係顯示第1實施形態之樹脂透射率的測定方法之變更例的示意圖。 圖10係顯示第2實施形態之樹脂透射率的測定方法之示意圖。 圖11係顯示本實施形態之以雷射光所行的樹脂熔接之例的示意圖。 圖12係顯示先前技術之光電感測器的示意圖。 圖13係顯示先前技術之光電感測器的示意圖。
33a:載置台
42:光纖纜線
44:準直透鏡(準直手段)
45:會聚透鏡(會聚手段)
52:光電二極體(受光元件)
DA:檢測區域
LB:雷射光
S:焦點
W1:工件(雷射光透射性樹脂)

Claims (9)

  1. 一種光電感測器，包含：載置台，用來載置工件；投光裝置，具有發出射出光之發光元件、及使從該發光元件射出之光往檢測區域會聚之會聚裝置；受光裝置，將從該會聚裝置通過該檢測區域之光，於沿著其光軸之方向在與該載置台同一平面上的位置予以接收；從該投光裝置投射之光的光軸，係設定成在與該受光裝置之入射面直交的方向入射，並將焦點聚焦在該受光裝置之入射面。
  2. 一種光電感測器，包含：載置台，用來載置工件；投光裝置，具有發出射出光之發光元件、及使從該發光元件射出之光會聚後往檢測區域形成為平行光之準直裝置；受光裝置，其將從該準直裝置通過該檢測區域之光，於與其光軸直交之方向在與該載置台同一平面上的位置予以接收；從該投光裝置射出之光的光軸，係設定成在與該受光裝置之入射面直交的方向入射。
  3. 如請求項1或請求項2之光電感測器，其中，該發光元件係雷射二極體，該光電感測器具有芯徑比該雷射二極體之發光區域窄小的光纖， 由該投光裝置經由該光纖射出且以該受光裝置接收之光，小於該雷射二極體之發光區域。
  4. 如請求項3之光電感測器，其中，該光纖以單模構成。
  5. 如請求項1或請求項2之光電感測器，更包含：顯示部，其顯示所測定之樹脂透射率。
  6. 一種雷射樹脂熔接中的樹脂透射率的測定方法，包含下列步驟：準備如請求項1~5中任一項之光電感測器；僅將作為雷射熔接對象之複數的樹脂所含之使雷射透射的雷射光透射性樹脂以其熔接之面載置於該受光裝置之入射面；及測定該雷射光透射性樹脂之雷射光透射率亦即樹脂透射率。
  7. 一種雷射樹脂熔接方法，包含下列步驟：準備如請求項5之光電感測器；將作為雷射熔接之對象的複數之樹脂所包含的使雷射透射之雷射光透射性樹脂載置於該光電感測器之該載置台；測定該雷射光透射性樹脂之雷射光透射率亦即樹脂透射率；依據顯示於該顯示部之樹脂透射率，設定雷射加工裝置之加工條件；及以該所設定之加工條件藉由該雷射加工裝置進行該雷射光透射性樹脂之雷射熔接。
  8. 一種雷射加工裝置，包含：如請求項1~5中任一項之光電感測器；及雷射加工裝置本體，其射出與該光電感測器所射出之雷射的波長相同或近似之波長的雷射。
  9. 一種雷射加工裝置，包含：如請求項1~5中任一項之光電感測器；及雷射加工裝置本體，其接收由該光電感測器所測定且從該光電感測器發送之雷射光的樹脂透射率之資料，並依據該資料進行雷射加工。
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