JP5042013B2 - レーザ加熱装置 - Google Patents
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Description
以下の実施の形態では、受光面で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する赤外線センサを設ける。そして、レーザ加熱・加工処理を行う前に、前記赤外線センサの出力信号とマスタの被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め求めておく。そして、実際のレーザ加熱・加工処理時には、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射される光のうちの前記レーザ光の波長の光を除く赤外線を、前記赤外線センサの前記受光面へ導き、前記赤外線センサにより生成された信号と予め求めた前記関係式とを基に前記被加熱対象物の温度を算出する。
図1に本実施の形態1におけるレーザ加熱装置の構成を示す。レーザ加熱装置は、被加熱対象物にレーザ光を照射して該被加熱対象物を加熱する。
図8に本実施の形態2におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図1に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
図9に本実施の形態3におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図1、8に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
上記各実施の形態1〜3におけるレーザ加熱装置では、加工点に形成されるレーザ光の形状(レーザ照射範囲)がスポット状(真円状)に限定される。そのため、上記各実施の形態1〜3におけるレーザ加熱装置では、FPIC(field programmable interconnect component)やFPC(フレキシブルプリント配線板)等のようにランドと樹脂基板が並んでいる加工面への対応が十分ではない。
本実施の形態4におけるレーザ加熱装置は、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にするための光学系として、ハーフミラー13と加工面の間に、集光レンズに代えてシリンドリカルレンズを配置した点が前述の実施の形態3と異なる。
本実施の形態4では、温度観測域(被加熱対象物およびその周辺部)25から放射または反射される光を受光し、レーザ光の波長の光を除く赤外線を赤外線センサ9の受光面10へ導くとともに、可視光をカメラ18へ導く光学系が、ハーフミラー13と集光レンズ8と折り返しミラー26と2つのレーザ光カットフィルタ6、17により構成される。
図10(a)において、被加熱対象物の温度が予め設定された設定温度Tsとなるようにレーザパワーを制御するレーザ制御装置27は、レーザ出射部1と、被加熱対象物の温度を算出する温度レベル変換回路(温度測定部)28と、設定温度Tsを設定するためのボリューム29と、レーザ出射部1が備えるレーザダイオード(LD素子)へ供給する電流を制御する制御部30とを備える。また、レーザ制御装置27は、図示しないが、プリアンプ14の出力信号レベルとFPIC23の各ランドに塗布された半田の実測温度(例えば各ランドに塗布された半田の実測温度の平均値や、特定のランドに塗布された半田の実測温度など)とのキャリブレーション値(較正値)の関係式を予め格納する格納部を具備する。
ボリューム29には設定温度Tsが予め設定されており、制御部30は、温度レベル変換回路28の出力信号(被加熱対象物の温度に相当する)とボリューム29により発生する信号(設定温度Tsに相当する)とを基に、被加熱対象物の温度が設定温度Tsとなるように、レーザ出射部1へ供給する電流を制御する。
図11に本実施の形態5におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図1、8、9、10に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
折り返しミラー33には、赤外線を反射し、可視光を透過する薄膜コートもしくは薄膜フィルタが施されている。折り返しミラー33は、シリンドリカルレンズ22を介して、温度観測域25から放射または反射される光を受光し、赤外線を反射してコリメートレンズ12へ導くとともに、可視光を透過して集光レンズ8へ導く。
本実施の形態5では、レーザ出射部1は、LD素子34、集光レンズ35、折り返しミラー36、赤外線センサ9、およびプリアンプ14を備える。
図12に本実施の形態6におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図1、8〜11に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
また、スキャンミラー37は、往復揺動しながら温度観測域25から放射ないし反射される赤外線を反射し、スキャンミラー37を介して光ファイバ11のクラッド部33へ戻す。
(実施の形態7)
図13に本実施の形態7におけるレーザ加熱装置の構成を示す。但し、図1、8〜12に基づいて説明した部材と同一の部材には同一符号を付して、説明を省略する。
(実施の形態8)
本実施の形態8におけるレーザ加熱装置は、光ファイバを用いることなく、レーザ出射部が備えるLD素子(レーザダイオード)から出射されるレーザ光そのものにより加工面を照射する点が上記した実施の形態1〜7と異なる。
本実施の形態9におけるレーザ加熱装置は、集光レンズを用いることなく、2個のLD素子(レーザダイオード)により、加工面に形成されるレーザ光の形状を長方形状等にする点が、前述の実施の形態8と異なる。
本実施の形態10におけるレーザ加熱装置は、レーザ出射部がコリメートレンズや、赤外線センサ、レーザ光カットフィルタ、集光レンズを備える点が前述の実施の形態9と異なる。以下、本実施の形態10におけるレーザ加熱装置のレーザ出射部について、図面を交えて説明する。
上側可動体50の下面側には、上側可動体50よりも長さと幅が小さい下側可動体51が2つのネジ49により固定される。下側可動体51は、2つのネジ49のネジ締め量で突起部52を支点にシーソ状に動く。下側可動体51には、コリメートレンズ43がLD素子40のレーザ出射端面前方に位置するように接合されている。このように、当該レーザ出射部1は、コリメートレンズ43の固定位置をLD素子40のレーザ出射端面に対し上下方向に調整可能な構成となっている。したがって、レーザ出射部1によれば、レーザ照射範囲24の位置を任意に変化させることができる。なお、突起部52は上側可動体50、下側可動体51のいずれに設けてもよい。
nWクラスの赤外線を通常の制御回路が動作するmVクラスの信号レベルにまで増幅しようとすると、赤外線センサの出力信号レベルを増幅するためのプリアンプとしてハイゲインアンプが必要となる。しかし、ハイゲインアンプとしてどんなに高級なオペアンプを用いたり温度補償機能を備えたオペアンプを用いても、そのアンプ出力は大きくドリフト変化する。
2 集光レンズ
3 半田
4 プリント基板
5 ランド
6 レーザ光カットフィルタ
7 可視光カットフィルタ
8 集光レンズ
9 赤外線センサ
10 受光面
11 光ファイバ
12 コリメートレンズ
13 ハーフミラー
14 プリアンプ
15 メータ
16 ホットミラー
17 レーザ光カットフィルタ
18 カメラ
19 アパーチャ
20 光路軸
21 加工点検出視野
22 シリンドリカルレンズ
23 FPIC
24 レーザ照射範囲
25 温度観測域
26 折り返しミラー
27 レーザ制御装置
28 温度レベル変換回路
29 ボリューム
30 制御部
31 コア部
32 クラッド部
33 折り返しミラー
34 LD素子
35 集光レンズ
36 折り返しミラー
37 スキャンミラー
38 回転軸
39 スキャンミラー
40 LD素子
41 シリンドリカルレンズ
42 レーザ光
43 コリメートレンズ
44 レーザ光
45 ヒートシンク
46 加工面
47 ホルダ
48 上蓋
49 ネジ
50 上側可動体
51 下側可動体
52 突起部
Claims (1)
- 被加熱対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ出射部と、
受光面で受光した赤外線の分光放射輝度の積算値に基づいた信号を生成する赤外線センサと、
可視光を撮像する撮像装置と、
前記レーザ光を受光して、その受光した前記レーザ光を前記被加熱対象物へ向けて出射するとともに、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射される光を受光するミラーを含み、前記被加熱対象物やその周辺部から放射または反射され、前記ミラーで受光された光のうち、前記レーザ光の波長の光を除く赤外線を前記赤外線センサの受光面へ導き、可視光を前記撮像装置へ導く光学系と、
前記赤外線センサにより生成された信号のレベルと前記被加熱対象物の実測温度とのキャリブレーション値の関係式を予め格納する格納部と、
前記赤外線センサにより生成された信号と前記関係式を基に前記被加熱対象物の温度を算出する温度測定部と、
を備え、
前記レーザ出射部は、
前記レーザ光を出射する2個以上のレーザダイオードと、
前記各レーザダイオードから出射される前記各レーザ光のFAST方向の広がりを抑えるためのレンズと、
前記レンズが接合され、前記各レーザダイオードのレーザ出射端面に対する前記レンズの位置を、加工面において前記各レーザ光のSLOW方向のレーザパワー密度分布の一部が干渉するように調整可能な調整機構と、
を備え、前記レンズからの前記各レーザ光により加工面におけるレーザ照射範囲を長方形状ないし楕円形状にする
ことを特徴とするレーザ加熱装置。
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