專利名稱:激光加工裝置、激光加工溫度測定裝置、激光加工方法及激光加工溫度測定方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于利用激光進(jìn)行焊接等加工時測定加工區(qū)域溫度的激光加工裝置、激光加工溫度測定裝置、激光加工方法及激光加工溫度測定方法。
背景技術(shù):
目前,可以知道利用激光進(jìn)行開孔、切斷或焊接等的各種加工的技術(shù)。例如,在特開平5-42336號公報中公示了通過激光連接部件的方法。在該方法中,在具有吸收YAG激光器發(fā)生的激光的性質(zhì)的第1熱塑性樹脂部件上,重疊具有透過激光性質(zhì)的第2熱塑性樹脂部件。然后,通過第2熱塑性樹脂部件從YAG激光器向第1熱塑性樹脂部件照射激光,將第1熱塑性樹脂部件加熱熔融后,將第1熱塑性樹脂部件和第2熱塑性樹脂部件焊接。
在進(jìn)行激光加工時,為了防止加工不良,管理加工區(qū)域的溫度變得重要。在檢測加工區(qū)域的溫度時,使用利用從加工區(qū)域熱輻射的光的放射溫度計等。例如,在特平開5-261576號公報中,公示了在通過激光來焊接被加工物時管理被加工物表面溫度的加熱加工裝置。在這種加熱加工裝置上,將來自被加工物表面的熱輻射的光分割為多個,用透過各自不同波長光的濾波器使分割了的光透過。然后,通過透過濾波器的不同波長光的強度比,檢測表面溫度,通過該檢測出的表面溫度控制被加工物的表面溫度。
發(fā)明內(nèi)容
但是,在利用激光來焊接彼此各樹脂部件時,有時不能高精度地檢測焊接溫度,由于不能正常管理焊接溫度而發(fā)生焊接不良。特別是在激光焊接中,除了YAG激光器等固體激光器之外,也使用高功率的半導(dǎo)體激光器。在利用半導(dǎo)體激光器焊接彼此各樹脂部件時通過放射溫度計檢測焊接區(qū)域溫度的情況下,不能正確地檢測焊接溫度。另外,在特開平5-261576號公報中,對于在焊接彼此各樹脂部件時焊接溫度的檢測,沒有任何記載。
所以,本發(fā)明的目的在于提供一種可以在利用激光進(jìn)行焊接等加工時高精度地檢測加工溫度的激光加工裝置、激光加工溫度測定裝置、激光加工方法及激光加工溫度測定方法。
本發(fā)明的激光加工裝置是通過向被加工部件照射激光而加工被加工部件的激光加工裝置,其特征在于包括產(chǎn)生激光的激光器;將激光器產(chǎn)生的激光聚光到加工區(qū)域的光學(xué)器件;和,設(shè)置在被加工部件和光學(xué)器件之間、截斷被激光激發(fā)而在光學(xué)器件中發(fā)生的熒光波長的濾波器;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用被濾波器截斷的波長的光。
根據(jù)這種激光加工裝置,依靠濾波器在加工之前在光學(xué)器件中發(fā)生的熒光之中預(yù)先除去波長為測定加工溫度的觀測波長的光。因此,由于與在光學(xué)器件中發(fā)生的觀測波長的波長相同的熒光不從加工區(qū)域放射,所以如果使用在加工區(qū)域熱輻射出來的光之中用該濾波器除去的波長的光,則可以不受由光學(xué)器件的熒光引起的雜光的影響而正確地檢測加工區(qū)域的溫度。
本發(fā)明的激光加工裝置是通過向被加工部件照射激光而加工被加工部件的激光加工裝置,其特征在于包括產(chǎn)生激光的激光器;將激光器產(chǎn)生的激光聚光到加工區(qū)域的第1光學(xué)器件;和,設(shè)置在被加工部件和第1光學(xué)器件之間、截斷被激光激發(fā)而在第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光波長的第2光學(xué)器件;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用被第2光學(xué)器件截斷的波長的光。
根據(jù)這種激光加工裝置,由于通過在第2光學(xué)器件上實施的用于抑制反射損失的涂層等,在加工之前在第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光之中預(yù)先除去波長為測定加工溫度的觀測波長的光。因此,由于與在第1光學(xué)器件中發(fā)生的觀測波長的相同的熒光不從加工區(qū)域放射,所以如果使用在加工區(qū)域熱輻射出來的光之中用該第2光學(xué)器件除去的波長的光,則可以不受由第1光學(xué)器件的熒光引起的雜光的影響而正確地檢測加工區(qū)域的溫度。
另外,本發(fā)明的上述激光加工裝置,也可以構(gòu)成濾波器或第2光學(xué)器件,以便截斷激光的振蕩波長以外的波長。
根據(jù)這種激光加工裝置,由于在加工之前在光學(xué)器件上產(chǎn)生的熒光之中將在加工中不需要的振蕩波長以外的波長的光除去,所以在從加工區(qū)域發(fā)射出的光中完全不包含在光學(xué)器件上產(chǎn)生的熒光。
本發(fā)明的激光加工溫度測定裝置,是測定在用上述激光加工裝置進(jìn)行加工時的加工區(qū)域溫度的激光加工溫度測定裝置,其特征在于包括基于在被從加工區(qū)域熱輻射出來的光之中被濾波器或第2光學(xué)器件截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測器件。
根據(jù)這種激光加工溫度測定裝置,由于在溫度檢測器件中使用不混入在光學(xué)器件中發(fā)生的雜光(熒光的一部分或全部)的熱輻射光作為觀測波長的光,可以檢測加工溫度,所以可以高精度地檢測加工溫度。
本發(fā)明的激光加工方法,是通過向被加工部件照射激光而加工被加工部件的激光加工方法,其特征在于包括產(chǎn)生激光的激光發(fā)生工序;將在激光發(fā)生工序中產(chǎn)生的激光用光學(xué)系統(tǒng)聚光到加工區(qū)域的聚光工序;和,在進(jìn)行加工之前用濾波器截斷被激光激發(fā)而在光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光波長的熒光截斷工序,在測定加工區(qū)域的溫度時,使用在熒光截斷工序中被截斷的波長的光。
根據(jù)這種激光加工方法,由于通過濾波器在加工之前在光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光之中將波長為測定加工溫度的觀測波長的光預(yù)先除去,所以可以基于不混入雜光的熱輻射光正確地檢測加工區(qū)域的溫度。
本發(fā)明的激光加工方法,是通過向被加工部件照射激光而加工被加工部件的激光加工方法,其特征在于包括產(chǎn)生激光的激光發(fā)生工序;將在激光發(fā)生工序中產(chǎn)生的激光用第1光學(xué)系統(tǒng)聚光到加工區(qū)域的聚光工序;和,用第2光學(xué)系統(tǒng)將被激光激發(fā)而在第1光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光波長截斷的熒光截斷工序;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用在熒光截斷工序中被截斷的波長的光。
根據(jù)這種激光加工方法,依靠在第2光學(xué)器件中實施的用于抑制反射損失的涂層等,在加工之前在第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光之中預(yù)先除去波長為測定加工溫度的觀測波長的光,所以可以基于不混入雜光的熱輻射光而正確地檢測加工區(qū)域的溫度。
本發(fā)明的激光加工溫度測定方法,是測定在用上述激光加工方法進(jìn)行加工時的加工區(qū)域溫度的激光加工溫度測定方法,其特征在于包括基于從加工區(qū)域熱輻射出來的光之中在熒光截斷工序中被截斷了的波長的光檢測溫度的溫度檢測工序。
根據(jù)這種激光加工溫度測定方法,由于可以使用不混入在光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的雜光(熒光的一部分或全部)的熱輻射光作為觀測波長的光,檢測加工溫度,所以可以高精度地檢測加工溫度。
本發(fā)明的激光加工裝置,是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工裝置,其特征在于包括產(chǎn)生激光的半導(dǎo)體激光器;和,設(shè)置在半導(dǎo)體激光器和樹脂部件之間、截斷在半導(dǎo)體激光器中產(chǎn)生的光之中在測定焊接區(qū)域溫度時波長為觀測波長的光的濾波器;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用被濾波器截斷的波長的光。
根據(jù)這種激光加工裝置,依靠濾波器在焊接之前從半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中將波長為測定焊接溫度的觀測波長的光除去。因此,由于與半導(dǎo)體激光器發(fā)生的觀測波長相同的波長的光不從焊接區(qū)域(加工區(qū)域)放射,所以如果使用在焊接區(qū)域內(nèi)熱輻射出來的光之中被該濾波器除去的波長的光,則可以不受半導(dǎo)體激光器引起的雜光的影響而正確地檢測焊接區(qū)域的溫度(加工溫度)。
本發(fā)明的激光加工裝置,是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工裝置,其特征在于包括產(chǎn)生激光的半導(dǎo)體激光器;和,將半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光聚光到焊接區(qū)域的同時、截斷在半導(dǎo)體激光器中產(chǎn)生的光之中在測定焊接區(qū)域的溫度時波長為觀測波長的光的光學(xué)器件;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用被光學(xué)器件截斷了的波長的光。
根據(jù)這種激光加工裝置,依靠在光學(xué)器件中實施的用于抑制反射損失的涂層等,在焊接之前預(yù)先除去半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中波長為測定焊接溫度的觀測波長的光。因此,由于與半導(dǎo)體激光器發(fā)生的觀測波長的波長相同的光不從焊接區(qū)域放射,所以如果使用在焊接區(qū)域內(nèi)熱輻射出來的光之中被該濾波器除去的波長的光,則可以不受半導(dǎo)體激光器引起的雜光的影響而正確地檢測焊接區(qū)域的溫度。
另外,本發(fā)明的上述激光加工裝置,也可以構(gòu)成濾波器或光學(xué)器件,以便截斷半導(dǎo)體激光器的振蕩波長以外的波長的光。
根據(jù)該激光加工裝置,由于在焊接之前從半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中將焊接時不需要的振蕩波長以外的波長的光除去,所以從焊接區(qū)域放射的光中完全不包含半導(dǎo)體激光器發(fā)生的振蕩波長以外的光。
另外,本發(fā)明的上述激光加工裝置,也可以構(gòu)成濾波器或光學(xué)器件,以便將波長從1100nm到2800nm范圍的光截斷。
根據(jù)這種激光加工裝置,由于從半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中將適于在樹脂焊接中的檢測焊接溫度的波長范圍的從1100nm到2800nm的波長的光在焊接之前除去,所以在從焊接區(qū)域中放射的光中完全不包含由半導(dǎo)體激光器發(fā)生的對于檢測焊接溫度來說的雜光。另外,在用比1100nm短的波長的光進(jìn)行檢測的焊接溫度中,難以進(jìn)行彼此各樹脂部件的焊接。另外,比2800nm長的波長的光,由于不透過樹脂部件,所以在樹脂部件的搭接焊時,不能用于檢測焊接溫度。
本發(fā)明的激光加工溫度測定裝置,是在用上述激光加工裝置進(jìn)行焊接時測定焊接區(qū)域溫度的激光加工溫度測定裝置,其特征在于包括基于從焊接區(qū)域熱輻射出來的光之中被濾波器或光學(xué)器件截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測器件。
根據(jù)這種激光加工溫度測定裝置,由于在溫度檢測器件中可以使用不混入在半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的雜光(振蕩波長以外的光的一部分或全部)的熱輻射光作為觀測波長的光,檢測焊接溫度(加工溫度),所以可以高精度地檢測加工溫度。
本發(fā)明的激光加工方法,它是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工方法,其特征在于包括用半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的激光發(fā)生工序;和,在進(jìn)行焊接之前用濾波器截斷在激光發(fā)生工序中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域溫度時波長為觀測波長的光的濾波工序;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用在濾波工序中被截斷了的波長的光。
根據(jù)這種激光加工方法,由于依靠濾波器在半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中將波長為測定焊接溫度的觀測波長的光在焊接之前預(yù)先除去,所以可以基于不混入雜光的熱輻射光,正確地檢測焊接區(qū)域的溫度。
本發(fā)明的激光加工方法,是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工方法,其特征在于包括用半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的激光發(fā)生工序;和,利用將在激光發(fā)生工序中發(fā)生的激光聚光到焊接區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)、將在激光發(fā)生工序中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域的溫度時波長為觀測波長的光進(jìn)行截斷的濾波工序;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用在濾波工序中被截斷了的波長的光。
根據(jù)這種激光加工裝置,由于依靠在光學(xué)系統(tǒng)中實施的用于抑制反射損失的涂層等,將在由半導(dǎo)體激光器發(fā)生的光之中波長為測定焊接溫度的觀測波長的光在焊接之前預(yù)先除去,所以可以基于不混入雜光的熱輻射光,正確地檢測焊接區(qū)域的溫度。
本發(fā)明的激光加工溫度測定方法,是測定用上述激光加工方法進(jìn)行焊接時的焊接區(qū)域溫度的激光加工溫度測定方法,其特征在于包括基于從上述焊接區(qū)域熱輻射出來的光之中在濾波工序中被截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測工序。
根據(jù)這種激光加工溫度測定方法,由于可以使用不混入在半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的雜光(振蕩波長以外的一部分或全部)的熱輻射光作為觀測波長的光,檢測焊接溫度,所以可以高精度地檢測加工溫度。
圖1是本發(fā)明的第1及第4實施方式的樹脂焊接裝置的整體構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明的第1實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置及第1截止濾波器的側(cè)面圖。
圖3是表示從半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的雜光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖4是表示在向樹脂部件上照射光時所照射的光的波長與樹脂部件的光的透過率之間關(guān)系的圖。
圖5是表示從半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的振蕩波長的激光和附加光及在焊接區(qū)域發(fā)生的熱輻射光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖6是表示從圖1的半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的振蕩波長的激光和附加光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖7是將波長和透過率的關(guān)系作為圖1的第1截止濾波器的特性表示的圖。
圖8是表示從圖1的半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的光通過了第1截止濾波器后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
圖9是表示從圖1的焊接區(qū)域發(fā)射出的光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖10是將波長和透過率的關(guān)系作為圖1的第2截止濾波器的特性表示的圖。
圖11是表示從圖1的焊接區(qū)域發(fā)射出的光通過了第2截止濾波器后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
圖12是本發(fā)明的第2及第5實施方式的樹脂焊接裝置的整體構(gòu)成圖。
圖13是本發(fā)明的第2實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置及第1截止濾波器的側(cè)面圖。
圖14是本發(fā)明的第3及第6實施方式的樹脂焊接裝置的整體構(gòu)成圖。
圖15是第3實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置的側(cè)面圖。
圖16是將波長和透過率的關(guān)系作為圖15的聚光透鏡的涂層特性表示的圖。
圖17是表示在圖14的半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)生的光通過了聚光透鏡后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
圖18是表示從圖14的焊接區(qū)域發(fā)射出的光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖19是將波長和透過率的關(guān)系作為圖14的帶通濾波器的特性表示的圖。
圖20是表示從圖14的焊接區(qū)域中發(fā)射出的光通過了帶通濾波器后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
圖21是第4實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置及第1截止濾波器的側(cè)面圖。
圖22是第5實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置及第1截止濾波器的側(cè)面圖。
圖23是第6實施方式的樹脂焊接裝置的半導(dǎo)體激光裝置的側(cè)面圖。
具體實施例方式
以下,參照
本發(fā)明的激光加工裝置、激光加工溫度測定裝置、激光加工方法及激光加工溫度測定方法的實施方式。
本發(fā)明為了高精度地檢測在通過激光進(jìn)行各種加工時的加工溫度,不使雜光混入從加工區(qū)域熱輻射出來的光內(nèi)。
在本發(fā)明中,搞清了該雜光有時包含在用于將激光聚光的光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光,在進(jìn)行加工之前將在光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的熒光之中波長為用于檢測加工溫度的觀測波長的光除去。因此,在本發(fā)明中,通過濾波器或激光器的聚光透鏡等的光學(xué)系統(tǒng)(涂層等),截斷波長為該觀測波長的光。
另外,在本發(fā)明中,搞清了該雜光有時包含半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的振蕩波長以外的光,在進(jìn)行焊接之前將在半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的光之中波長為用于檢測焊接溫度的觀測波長的光除去。因此,在本發(fā)明中,通過濾波器或半導(dǎo)體激光器的聚光透鏡等的光學(xué)系統(tǒng),截斷波長為該觀測波長的光。
這樣,在本實施方式中,將本發(fā)明應(yīng)用于利用激光進(jìn)行彼此各樹脂部件搭接焊的樹脂焊接裝置中。本實施方式的樹脂焊接裝置,為了發(fā)射出激光而具備半導(dǎo)體激光裝置,為了檢測焊接區(qū)域的焊接溫度而具備樹脂溫度測定裝置,基于樹脂溫度測定裝置所檢測的焊接溫度來管理焊接溫度。
在第1到第3實施方式中,雜光有時包含在用于將激光聚光的光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光。在第1及第2實施方式中,通過截止濾波器來截止在半導(dǎo)體激光裝置的光學(xué)器件中發(fā)生的熒光,特別是,在第1實施方式中,使用直接聚光型作為半導(dǎo)體激光裝置,在第2實施方式中,使用纖維輸出型作為半導(dǎo)體激光裝置,另外,在第3實施方式中,通過在半導(dǎo)體激光裝置(直接聚光型)的聚光透鏡上進(jìn)行的涂層,截止熒光之中的一部分。
另外,在第4到第6實施方式中,雜光有時包含在半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的振蕩波長以外的光。在第4及第5實施方式中,利用截止濾波器截止在半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)生的振蕩波長以外的光,特別是,在第4實施方式中,使用直接聚光型作為半導(dǎo)體激光裝置,在第5實施方式中,使用纖維輸出型作為半導(dǎo)體激光裝置,另外,在第6實施方式中,利用在半導(dǎo)體激光裝置(直接聚光型)的聚光透鏡上進(jìn)行的涂層,截止振蕩波長以外的光之中的一部分。
(第1實施方式)首先,對于第1實施方式進(jìn)行說明。參照圖1對于樹脂焊接裝置1A的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是第1實施方式的樹脂焊接裝置1A的整體構(gòu)成圖。
樹脂焊接裝置1A,在將焊接溫度控制在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的同時,一邊將作為被焊接部件的上側(cè)樹脂部件UR(例如丙烯酸樹脂)和下側(cè)樹脂部件DR(例如ABS樹脂)加壓一邊進(jìn)行搭接焊的裝置。為此,樹脂焊接裝置1A具備加壓裝置10、半導(dǎo)體激光裝置20A、第1截止濾波器30、第2截止濾波器40、樹脂溫度測定裝置50A、機械手裝置60及管理裝置70。
上側(cè)樹脂部件UR具有透過半導(dǎo)體激光裝置20A的振蕩波長的激光LB的性質(zhì)。另一方面,下側(cè)樹脂部件DR具有吸收半導(dǎo)體激光裝置20A的振蕩波長的激光LB的性質(zhì)。因此,在樹脂焊接裝置1A中,從半導(dǎo)體激光裝置20A射出的激光LB透過上側(cè)樹脂部件UR,在下側(cè)樹脂部件DR的表面之中將被與上側(cè)樹脂部件UR焊接的區(qū)域(焊接區(qū)域)DA吸收。由于這種吸收,焊接區(qū)域DA被加熱熔融。而且,上側(cè)樹脂部件UR的表面之中被焊接的區(qū)域(焊接區(qū)域)UA被該熱加熱熔融,上側(cè)樹脂部件UR與下側(cè)樹脂部件DR被焊接。
加壓裝置10將上側(cè)樹脂部件UR與下側(cè)樹脂部件DR加壓。這時由于如果在焊接區(qū)域DA與焊接區(qū)域UA之間有間隙的話,即使將焊接區(qū)域DA加熱熔融,該熱也難于傳導(dǎo)到焊接區(qū)域UA。因此,將發(fā)生焊接不良。由此,通過加壓裝置10將焊接區(qū)域DA與焊接區(qū)域UA加壓而使它們緊密接觸。
加壓裝置10具有底板11、壓板12、調(diào)整部13、13及控制部14。在底板11的上面搭載下側(cè)樹脂部件DR,在下側(cè)樹脂部件DR的上面搭載上側(cè)樹脂部件UR。壓板12用透過激光LB的材質(zhì)構(gòu)成,被配置在底板11的上方。這樣,壓板12將在底板11上重疊搭載的下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR壓入。調(diào)整部13、13根據(jù)來自控制部14的控制信號將壓板12沿上下方向移動,調(diào)整底板11與壓板12之間的距離??刂撇?4根據(jù)來自管理裝置70的指令信號將用于使壓力控制在基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)的控制信號送到調(diào)整部13、13。
參照圖2說明半導(dǎo)體激光裝置20A。圖2是半導(dǎo)體激光裝置20A及第1截止濾波器30的側(cè)面圖。
半導(dǎo)體激光裝置20A向焊接區(qū)域DA照射激光LB(振蕩波長810nm),將上側(cè)樹脂部件UR與下側(cè)樹脂部件DR加熱熔融。為此,半導(dǎo)體激光裝置20A具有裝置本體21及控制部22。裝置本體21根據(jù)來自控制部22的控制信號發(fā)生激光LB,將所發(fā)生的激光LB聚光向焊接區(qū)域DA射出??刂撇?2根據(jù)來自管理裝置70的指令信號將用于控制照射條件(強度、焦點徑等)的控制信號發(fā)送到裝置本體21。
裝置本體21具有半導(dǎo)體激光器21a、第1校準(zhǔn)透鏡21b、…、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d。半導(dǎo)體激光器21a具有平板狀電極21e、21f,在該平板狀電極21e、21f之間通過散熱片21g將多個激光陣列21h、…層疊,形成激光陣列組。各激光陣列21h形成使多個激光射出點21i、…排列成一列的構(gòu)造,從各激光射出點21i、…射出激光LB。然后,第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d形成將在半導(dǎo)體激光器21a中發(fā)生的激光LB向焊接區(qū)域DA聚光的光學(xué)器件。
第1校準(zhǔn)透鏡21b相對于激光陣列21h配置在激光LB的射出方向前方而且與激光陣列21h平行,設(shè)置在每個激光陣列21h上。第1校準(zhǔn)透鏡21b為圓柱形透鏡,將從激光陣列21h的各激光射出點21i射出的激光LB向激光陣列21h的短方向(=半導(dǎo)體激光器21a的激光射出點21i的排列方向)聚光。
第2校準(zhǔn)透鏡21c相對于第1校準(zhǔn)透鏡21b、…配置在激光LB的射出方向前方而且與在激光陣列21h、…的層疊方向上排成一列的激光射出點21i、…平行,設(shè)置在每個激光陣列21h、…的層疊方向上的激光射出點21i、…的列上。第2校準(zhǔn)透鏡21c為柱狀凸透鏡,將從各激光射出點21i射出的激光LB向激光陣列21h的長方向聚光。
聚光透鏡21d相對于第2校準(zhǔn)透鏡21c配置在激光LB的射出方向前方。聚光透鏡21d具有規(guī)定的焦點距離,將平行光聚光到焦點(焊接區(qū)域DA)上。
在裝置本體21中,根據(jù)來自控制部22的控制信號在平板狀電極21e、21f間發(fā)生電壓,根據(jù)該電壓從各激光射出點21i射出激光LB。這樣,在裝置本體21中,使從各激光射出點21i射出的激光LB利用第1校準(zhǔn)透鏡21b相對于激光陣列21h的短方向成為平行光,而且,利用第2校準(zhǔn)透鏡21c相對于激光陣列21h的長方向成為平行光。最后,在裝置本體21中,用聚光透鏡21d將作為平行光的激光LB向焊接區(qū)域DA聚光。
如上那樣,半導(dǎo)體激光裝置20A是從多個激光射出點21i射出激光LB、將多個激光LB聚集的高輸出的激光裝置。另外,半導(dǎo)體激光裝置20A是用本體裝置21將激光LB聚光的同時、向焊接區(qū)域DA直接射出的直接聚光型。而且,半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21可以依靠機械手裝置60自由地移動上下位置,調(diào)整激光LB的焦點位置。另外,半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21可以依靠機械手裝置60自由地移動水平位置,調(diào)整焊接速度或焊接位置。
在此,參照圖3,說明通過實驗判明半導(dǎo)體激光裝置的情況。圖3是表示從半導(dǎo)體激光裝置射出的附加光(在此是熒光)的波長與強度之間關(guān)系的圖。而在附圖及說明書中所說的“附加光”的情況下,是指在半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)生的光之中,半導(dǎo)體激光器的振蕩波長以外的光。
半導(dǎo)體激光裝置按照射出單一的振蕩波長的激光(例如810nm)那樣構(gòu)成。但是,進(jìn)行了各種實驗的結(jié)果搞清了半導(dǎo)體激光裝置也射出附加光。圖3中橫軸為波長、縱軸為光的強度,表示相對于振蕩波長為810nm及920nm的從半導(dǎo)體激光裝置中射出的附加光的波長的強度的特性。從圖3可知,在半導(dǎo)體激光裝置中不論振蕩波長如何,射出與振蕩波長相比長波長的從1300nm到2100nm的附加光(紅外線)。這種附加光的強度,從1300nm附近到1400nm附近急劇地增大,而從1400nm附近開始漸漸地減小。另外,這種附加光的強度是相對于振蕩波長的激光的強度而小6位以上的強度。
作為從半導(dǎo)體激光裝置射出附加光的原因之一,是第1校準(zhǔn)透鏡、第2校準(zhǔn)透鏡和聚光透鏡等半導(dǎo)體激光裝置的光學(xué)器件產(chǎn)生熒光。這是因為,在這些光學(xué)器件中,吸收從半導(dǎo)體激光器射出的激光而處于激發(fā)狀態(tài),所以發(fā)生比那種激光的振蕩波長長的熒光。順便提一下,在第1實施方式的半導(dǎo)體激光裝置20A中,射出如圖6所示那樣的振蕩波長(810nm)的激光LB及作為附加光的熒光。圖6是表示從半導(dǎo)體激光裝置射出的振蕩波長的激光和附加光(在此為熒光)的波長與強度之間關(guān)系的圖,橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。
參照圖4說明樹脂部件的特性。圖4是表示在向樹脂部件上照射光時所照射的光的波長與樹脂部件的光的透過率之間關(guān)系的圖。
圖4中的橫軸是向樹脂部件上照射的光的波長,縱軸為樹脂部件的光的透過率,表示ABS樹脂(白),聚氯乙烯(透明)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(透明)、聚碳酸酯(透明)、丙烯酸樹脂(透明)的5種樹脂部件的特性。從圖4可知,5種樹脂部件都具有幾乎不透過比2800nm波長長的光。因此,在搭接焊中,在檢測焊接溫度時,由于在放射溫度計中是利用透過上層樹脂部件的熱輻射光檢測焊接溫度,所以不能利用比2800nm波長長的熱輻射光。
另外,在焊接彼此各樹脂部件時,由于焊接溫度低于200~400度,所以為了通過放射溫度計由200度左右的低溫度的熱輻射光檢測焊接溫度,需要使用比1100nm的波長長的熱輻射光。因此,在搭接焊中,在檢測焊接溫度時,在放射溫度計中需要使用波長為從1100nm到2800nm范圍的光作為觀測波長。
參照圖5說明在用半導(dǎo)體激光裝置進(jìn)行搭接焊時的熱輻射光的波長及半導(dǎo)體激光裝置的附加光的波長與觀測波長之間的關(guān)系。圖5是表示從半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的振蕩波長的激光和附加光(在此為熒光)及在焊接區(qū)域發(fā)生的熱輻射光的波長與強度之間關(guān)系的圖。
圖5中的橫軸為光的波長,縱軸為光的強度,表示振蕩波長(810nm)的激光、作為附加光的熒光、熱輻射光的各特性。由圖5可知,作為熒光和熱輻射光的輸出特性是在1400nm到2100nm的波長范圍內(nèi)重合。另外,熒光的強度如上述的那樣是比振蕩波長的激光的強度小6位以上的強度。另一方面,由于在焊接彼此各樹脂部件時焊接溫度低,所以熱輻射光的強度也小,是受熒光影響的強度。而且,在進(jìn)行彼此各樹脂部件的搭接焊時,作為放射溫度計的觀測波長來說,如上述那樣,使用從1100nm到2800nm范圍內(nèi)的波長。因此,可以認(rèn)為,目前在進(jìn)行彼此各樹脂部件的搭接焊時,在用放射溫度計檢測焊接溫度的情況下,作為從半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)射出附加光的熒光對于熱輻射光來說成為雜光,所以不能由熱輻射光正確地檢測焊接溫度。
因此,如果在半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)生的熒光之中將在放射溫度計中用于溫度檢測的觀測波長的光在焊接之前除去的話,雜光不混入熱輻射光。在這種情況下,完全除去熒光,或者,除去作為放射溫度計的觀測波長范圍的從1100nm到2800nm的光,能夠可靠地排除雜光。
回到樹脂焊接裝置1A的說明,參照圖2、圖7及圖8,對第1截止濾波器30進(jìn)行說明。圖7是將波長和透過率的關(guān)系作為第1截止濾波器30的特性表示的圖。圖8是表示從半導(dǎo)體激光裝置20A發(fā)射出的光通過了第1截止濾波器30后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
第1截止濾波器30是在進(jìn)行焊接之前、將從半導(dǎo)體激光裝置20A發(fā)射出的熒光LB完全截斷的濾波器。圖7中的橫軸為波長,縱軸為透過率,表示第1截止濾波器30的透過特性(實線)。由圖7可知,第1截止濾波器30為了在使振蕩波長為810nm的激光LB可靠地通過的同時、截斷作為附加光的熒光FB光,具有透過波長比1200nm短的光的特性(即,具有將雜光完全截斷的特性)。使從半導(dǎo)體激光裝置20A發(fā)射出的振蕩波長的激光LB及熒光FB通過具有這種特性的第1截止濾波器30的話,如圖8所示的那樣,僅通過振蕩波長的激光LB。圖8中的橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。
第1截止濾波器30,設(shè)置在半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21和上側(cè)樹脂部件UR之間且是激光LB及熒光FB通過的位置上,同時,伴隨著裝置本體21的移動而移動。在這種移動的結(jié)構(gòu)中,也可以通過機械手裝置60與裝置本體21一起移動。
另外,作為第1截止濾波器30的作用來說,只要是在從半導(dǎo)體激光裝置20A發(fā)射出的熒光FB之中截斷一部分范圍或全部范圍的波長即可。因此,作為第1截止濾波器30的配置來說,除了與半導(dǎo)體激光裝置20A獨立分開地配置在外側(cè)以外,只要是在發(fā)生熒光FB的一部分范圍或全范圍的波長的光學(xué)器件的靠焊接區(qū)域DA、UA一側(cè)的話,也可配置在半導(dǎo)體激光裝置20A的內(nèi)部。另外,在第1截止濾波器30的配置中,希望配置在激光LB的光束擴散的部位(能量密度低的部位)。這是因為,半導(dǎo)體激光裝置20A的輸出高,在將激光LB聚光的部位能量密度高,第1截止濾波器30會受熱而損害之故。
參照圖9、圖10及圖11,說明第2截止濾波器40。圖9是表示從焊接區(qū)域DA、UA放射出的光的波長與強度之間關(guān)系的圖。圖10是將波長和透過率的關(guān)系作為第2截止濾波器的特性表示的圖。圖11是表示從焊接區(qū)域DA、UA放射出的光通過了第2截止濾波器40后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
第2截止濾波器40是將從焊接區(qū)域DA、UA放射出來的光之中將從半導(dǎo)體激光裝置20A放射出的振蕩波長的激光LB截斷的濾波器。圖9中的橫軸為光的波長,縱軸為光的強度,表示從焊接區(qū)域DA、UA發(fā)射出來的光。從圖9可知,在焊接區(qū)域DA、UA中,將從半導(dǎo)體激光裝置20A放射出的振蕩波長的激光LB的一部分反射的同時,發(fā)生熱輻射光RB。來自該焊接區(qū)域DA、UA的振蕩波長的激光LB在檢測焊接區(qū)域DA、UA的焊接溫度時成為雜光。因此,如圖10所示的那樣,第2截止濾波器40為了在可靠地透過熱輻射光RB的同時截斷振蕩波長為810nm的激光LB,具有使波長比1100nm長的光透過的特性。如果使從焊接區(qū)域DA、UA放射出的光通過具有這種特性的第2截止濾波器40,如圖11所示的那樣,僅僅熱輻射光RB通過。圖10及圖11中的橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。
第2截止濾波器40,設(shè)置在上側(cè)樹脂部件UR和樹脂溫度測定裝置50A的聚光部51之間的同時,伴隨著焊接位置的移動而移動。在這種移動的結(jié)構(gòu)中,也可以通過機械手裝置60與半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21一起移動。
樹脂溫度測定裝置50A是利用來自焊接區(qū)域DA、UA的熱輻射光RB測定焊接溫度的放射溫度計。順便提一下,樹脂溫度測定裝置50A既可以是根據(jù)熱輻射光RB之中的單一觀測波長(例如,1800nm)的光來檢測溫度的單色式放射溫度計,也可以是根據(jù)熱輻射光RB之中的多個觀測波長(例如,1800nm和2000nm的兩種波長)的光來檢測溫度的多色式放射溫度計。
樹脂溫度測定裝置50A具備聚光部51、光纖52及溫度檢測部53。聚光部51將來自焊接區(qū)域DA、UA而通過了第2截止濾波器40的熱輻射光RB聚光。為此,聚光部51被設(shè)置在可以可靠地接受熱輻射光RB的位置上,同時可以伴隨著焊接位置的移動而移動。在這種移動的結(jié)構(gòu)中,也可以通過機械手裝置60與半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21一起移動。光纖52將在聚光部51上聚光了的熱輻射光RB向溫度檢測部53傳送。另外,樹脂溫度測定裝置50A還具有檢測焊接位置的功能。
溫度檢測部53使光纖52所傳送的聚光的熱輻射光RB成為校準(zhǔn)光后,從該校準(zhǔn)光中抽出1個或2個以上觀測波長的光。然后,在溫度檢測部53中,將各觀測波長的光聚光射入至紅外線檢測器中,在紅外線檢測器中將各觀測波長的光通過光電變換變換為電信號。另外,在溫度檢測部53中,根據(jù)該各觀測波長的電信號計算出焊接溫度。
機械手裝置60是控制激光LB的焦點位置、焊接位置或焊接速度等的裝置,使半導(dǎo)體激光裝置20A的本體裝置21進(jìn)行三維移動。另外,也可以將機械手裝置60按照使第1截止濾波器30、第2截止濾波器40及樹脂溫度測定裝置50A的聚光部51進(jìn)行三維移動那樣地構(gòu)成。
機械手裝置60具有前端部61、手臂部62及控制部63。前端部61,安裝有裝置本體21及根據(jù)需要的第1截止濾波器30、第4截止濾波器40、聚光部51,隨著手臂部62的動作,使裝置本體21等進(jìn)行三維移動。手臂部62是根據(jù)來自控制部63的控制信號使前端部61進(jìn)行三維移動的多關(guān)節(jié)的手臂??刂撇?3根據(jù)來自管理裝置70的信號將用于移動前端部61的控制信號發(fā)送到手臂部62。
管理裝置70是統(tǒng)一管理樹脂焊接裝置1A的裝置,與加壓裝置10的控制部14、半導(dǎo)體激光裝置20A的控制部22、樹脂溫度測定裝置50A的溫度檢測部53及機械手裝置60的控制部63連接。
在管理裝置70中,根據(jù)用樹脂溫度測定裝置50A檢測出的焊接溫度,按照焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)那樣,控制半導(dǎo)體激光裝置20A的照射條件(強度、焦點徑等)、激光LB的焦點位置、焊接速度等。為此,在管理裝置70中,接收表示由溫度檢測部53檢測出的焊接溫度的信號的同時,將指令信號發(fā)送到控制部22及控制部63中。另外,在管理裝置70中,根據(jù)來自壓力傳感器(未圖示)的上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)樹脂部件DR之間的檢測壓力,按照其壓力在基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)那樣,控制加壓裝置10的調(diào)整部13。為此,在管理裝置70中,在接收表示由壓力傳感器(未圖示)檢測出的壓力的信號的同時,將指令信號發(fā)送到控制部14中。
管理裝置70存儲由多個組合得到的樹脂部件UR、DR與基準(zhǔn)溫度范圍之間的關(guān)系,根據(jù)作為焊接對象的2個樹脂部件UR、DR,設(shè)定基準(zhǔn)溫度范圍?;鶞?zhǔn)溫度范圍,設(shè)定在上側(cè)樹脂部件UR及下側(cè)樹脂部件DR的熔融溫度以上且分解溫度以下的范圍內(nèi)。另外,管理裝置70存儲多個組合的樹脂部件UR、DR和基準(zhǔn)壓力溫度范圍之間的關(guān)系,根據(jù)作為焊接對象的2個樹脂部件UR、DR,設(shè)定基準(zhǔn)壓力范圍。另外,管理裝置70存儲在焊接中樹脂部件UR、DR與焊接溫度、壓力之間的關(guān)系。這樣,在管理裝置70中,通過在焊接后,將焊接不良時的焊接溫度、壓力及焊接良好時的焊接溫度、壓力的數(shù)據(jù),反映到基準(zhǔn)溫度范圍、基準(zhǔn)壓力范圍和照射條件等,進(jìn)一步改善焊接不良率。
接下來,參照圖1到圖11,對樹脂焊接裝置1A的動作進(jìn)行說明。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1A中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間加壓。另外,在樹脂焊接裝置1A中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1A中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,按照使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)那樣,從半導(dǎo)體激光裝置20A射出激光LB。
在這種情況下,半導(dǎo)體激光裝置20A不僅發(fā)射出振蕩波長的激光LB,也發(fā)射出在第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d中發(fā)生的熒光FB(參照圖6)。但是,該熒光FB被第1截止濾波器30所截斷。因此,僅有透過了第1截止濾波器30、壓板12及上側(cè)樹脂部件UR的振蕩波長的激光LB到達(dá)下側(cè)焊接部件DR的焊接區(qū)域DA(參照圖8)。
激光LB在到達(dá)焊接區(qū)域DA之后,激光LB在焊接區(qū)域DA被吸收,焊接區(qū)域DA被加熱熔融。另外,上側(cè)樹脂部件UR的焊接區(qū)域UA被該熱加熱熔融,上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)焊接部件DR被焊接起來。這時,在焊接區(qū)域DA、UA中,發(fā)生熱輻射光RB的同時,反射一部分激光LB(參照圖9)。
但是,在焊接區(qū)域DA、UA上被反射的激光LB被第2截止濾波器40所截斷。因此,僅是透過了第2截止濾波器40的熱輻射光RB到達(dá)樹脂溫度測定裝置50A的聚光部51(參照圖11)。即,相對于熱輻射光RB為雜光的光完全不入射到聚光部51上。
因此,在樹脂溫度測定裝置50A中,僅根據(jù)熱輻射光RB,高精度地檢測穩(wěn)定的焊接溫度。然后,根據(jù)該高精度的焊接溫度,在管理裝置70中,控制半導(dǎo)體激光裝置20A的照射條件(強度、焦點徑等)和由機械手裝置60而得到的激光LB的焦點位置、焊接速度等。另外,在管理裝置70中,根據(jù)壓力傳感器(未圖示)檢測出的壓力,控制由加壓裝置10而得到的樹脂部件DR、UR間的壓力。然后,在樹脂焊接裝置1A中,根據(jù)這些被控制的照射條件、焦點位置、焊接速度及壓力等射出激光LB的同時,在樹脂部件DR、UR間施加壓力,一邊改變焊接位置,一邊以基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)的壓力而且以基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的焊接溫度進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。
根據(jù)第1實施方式的樹脂焊接裝置1A,在入射到焊接區(qū)域DA之前,將在檢測焊接溫度時作為雜光的在光學(xué)器件中發(fā)生的熒光FB用第1截止濾波器30可靠地除去,因此可以利用樹脂溫度測定裝置50A高精度地檢測焊接溫度。因此,在樹脂溫度測定裝置1A中,可以進(jìn)行穩(wěn)定的焊接溫度管理,降低焊接不良率。另外,根據(jù)樹脂焊接裝置1A,依靠只在目前的結(jié)構(gòu)上追加第1截止濾波器30的簡單結(jié)構(gòu),可以提高焊接溫度的檢測精度。
(第2實施方式)接下來,對第2實施方式進(jìn)行說明。參照圖12說明樹脂焊接裝置1B的結(jié)構(gòu)。圖12是第2實施方式的樹脂焊接裝置1B的整體構(gòu)成圖。另外,在第2實施方式中,對于與第1實施方式的樹脂焊接裝置1A相同的結(jié)構(gòu)加注同樣的符號,省略其說明。
樹脂焊接裝置1B是將焊接溫度控制在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的同時、一邊將作為被焊接部件的上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)樹脂部件DR加壓、一邊進(jìn)行搭接焊的裝置。為此,樹脂焊接裝置1B具有加壓裝置10、半導(dǎo)體激光裝置20B、第1截止濾波器30、第2截止濾波器40、樹脂溫度測定裝置50A、機械手裝置60及管理裝置70。另外,樹脂焊接裝置1B相對于第1實施方式的樹脂焊接裝置1A,僅在半導(dǎo)體激光器20B的結(jié)構(gòu)是纖維輸出型這點上不同。
參照圖13,說明半導(dǎo)體激光裝置20B。圖13是半導(dǎo)體激光裝置20B及第1截止濾波器30的側(cè)面圖。
半導(dǎo)體激光裝置20B向焊接區(qū)域DA照射激光LB(振蕩波長810nm),將上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)樹脂部件DR加熱熔融。為此,半導(dǎo)體激光裝置20B具有裝置本體23、光纖24、射出部25及控制部22。裝置本體23根據(jù)來自控制部22的控制信號發(fā)生激光LB,將所發(fā)生的激光LB聚光后向光纖24射出。光纖24將來自裝置本體23的激光LB傳送到射出部25。射出部25將被光纖24傳送來的激光LB聚光后向焊接區(qū)域DA射出。控制部22根據(jù)來自管理裝置70的指令信號將用于控制照射條件(強度、焦點徑等)的控制信號發(fā)送到裝置本體23中。
裝置本體23與第1實施方式的裝置本體21同樣地具有半導(dǎo)體激光器21a、第1校準(zhǔn)透鏡21b、…、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d。在裝置本體23中,與裝置本體21同樣,從各激光射出點21i射出激光LB,將該激光LB用第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d聚光。但是,在裝置本體23中,不象裝置本體21那樣向焊接區(qū)域DA射出,而是使聚光了的激光LB射入光纖24中。
射出部25具有校準(zhǔn)透鏡25a及聚光透鏡25b。校準(zhǔn)透鏡25a被與相對于用光纖24所傳送的激光LB的射出方向垂直地配置。校準(zhǔn)透鏡25a使光纖24所傳送的激光LB成為平行光。聚光透鏡25b被配置在相對于校準(zhǔn)透鏡25a在激光LB的射出方向前方而且與校準(zhǔn)透鏡25a平行地配置。聚光透鏡25b具有規(guī)定的焦點距離,將平行光聚光到焦點(焊接區(qū)域DA)。順便提一下,在第2實施方式中,在射出部25的校準(zhǔn)透鏡25a及聚光透鏡25b上也發(fā)生熒光FB。
如以上那樣,半導(dǎo)體激光裝置20B是從多個激光射出點21i射出激光LB、將多個激光LB聚集的高輸出的激光裝置。另外,半導(dǎo)體激光裝置20B用裝置本體23將激光LB聚光,將聚光了的激光LB用光纖24傳送,從射出部25向焊接區(qū)域DA射出的纖維輸出型。另外,半導(dǎo)體激光裝置20B通過機械手裝置60使射出部25可以自由地移動上下方向的位置,調(diào)整激光LB的焦點位置。另外,半導(dǎo)體激光裝置20B通過機械手裝置60使射出部25可以自由地移動水平方向的位置,調(diào)整焊接速度和焊接位置。
第1截止濾波器30,在設(shè)置在半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25和上側(cè)樹脂部件UR之間而且使激光LB及作為附加光的熒光FB通過的位置上的同時,伴隨著半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25的移動而移動。作為第1截止濾波器30的作用來說,只要是如上述那樣,在進(jìn)行焊接之前,在從半導(dǎo)體激光裝置20B射出的熒光FB之中截斷一部分范圍或全部范圍的波長即可。因此,作為第1截止濾波器30的配置來說,除了與半導(dǎo)體激光裝置20B獨立分別地配置在外側(cè)以外,只要是在發(fā)生熒光FB的一部分范圍或全范圍的波長的光學(xué)器件靠焊接區(qū)域DA、UA一側(cè)的話,也可以配置在半導(dǎo)體激光裝置20B的內(nèi)部。
現(xiàn)在,參照圖12及圖13,說明樹脂焊接裝置1B的動作。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1B中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間施加壓力。另外,在樹脂焊接裝置1B中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1B中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi),從半導(dǎo)體激光裝置20B射出激光LB。
這時,在半導(dǎo)體激光裝置20B中,將在裝置本體23中發(fā)生后聚光的激光LB射入光纖24。然后在半導(dǎo)體激光裝置20B中,用光纖24將激光LB傳送到射出部25,在射出部25中聚光后將激光LB射出。
就激光LB從半導(dǎo)體激光裝置20B射出以后的動作來說,在樹脂焊接裝置1B中,由于與第1實施方式的樹脂焊接裝置1A的動作相同,所以省略其說明。另外,在第2實施方式中,不僅第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡21d,而且射出部25的校準(zhǔn)透鏡25a及聚光透鏡25b中也發(fā)生熒光FB,該發(fā)生的熒光FB也從射出部25射出。
根據(jù)第2實施方式的樹脂焊接裝置1B,除了第1實施方式的樹脂焊接裝置1A的效果之外,由于在半導(dǎo)體激光裝置20B中以與裝置本體23獨立分別地構(gòu)成射出部25,故可以使射出激光LB的空間節(jié)省。
(第3實施方式)接下來,說明第3實施方式。參照圖14說明樹脂焊接裝置1C的結(jié)構(gòu)。圖14是第3實施方式的樹脂焊接裝置1C的整體結(jié)構(gòu)圖。另外,在第3實施方式中,對于與第1實施方式的樹脂焊接裝置1A相同的結(jié)構(gòu)加注同樣的符號,省略其說明。
樹脂焊接裝置1C是將焊接溫度控制在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的同時、一邊將作為被焊接部件的上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)樹脂部件DR加壓、一邊進(jìn)行搭接焊的裝置。為此,樹脂焊接裝置1C具有加壓裝置10、半導(dǎo)體激光裝置20C、樹脂溫度測定裝置50C、機械手裝置60及管理裝置70。另外,樹脂焊接裝置1C相對于第1實施方式的樹脂焊接裝置1A,在不用第1截止濾波器30截斷熒光FB而是通過在半導(dǎo)體激光器20C的光學(xué)器件上進(jìn)行的涂層來截斷熒光FB的一部分波長這點上不同。
參照圖15、圖16及圖17,說明半導(dǎo)體激光裝置20C。圖15是半導(dǎo)體激光裝置20C的側(cè)面圖。圖16是將波長和透過率之間的關(guān)系作為聚光透鏡26a的涂層26b的特性表示的圖。圖17是表示在半導(dǎo)體激光裝置20C中發(fā)生的光通過了聚光透鏡26a后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
半導(dǎo)體激光裝置20C向焊接區(qū)域DA照射激光LB(振蕩波長810nm),將上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)樹脂部件DR加熱熔融。為此,半導(dǎo)體激光裝置20C具有裝置本體26及控制部22。裝置本體26根據(jù)來自控制部22的控制信號發(fā)生激光LB,將所發(fā)生的激光LB聚光后向焊接區(qū)域DA射出。控制部22根據(jù)來自管理裝置70的指令信號將用于控制照射條件(強度、焦點徑等)的控制信號發(fā)送到裝置本體26中。
裝置本體26具有半導(dǎo)體激光器21a、第1校準(zhǔn)透鏡21b、…、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡26a。由于裝置本體26中,僅是聚光透鏡26a與第1實施方式的裝置本體21不同的結(jié)構(gòu),所以僅對聚光透鏡26a進(jìn)行說明。另外,第1校準(zhǔn)透鏡21b及第2校準(zhǔn)透鏡21c是將在半導(dǎo)體激光器21a中發(fā)生的激光LB聚光到焊接區(qū)域DA的第1光學(xué)器件,聚光透鏡26a是將由于激光LB的激發(fā)而在第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光FB的一部分范圍的波長截斷的第2光學(xué)器件。
聚光透鏡26a被配置在相對于第2校準(zhǔn)透鏡21c的激光LB的射出方向的前方。聚光透鏡26a具有規(guī)定的焦點距離,將平行光聚光到焦點(焊接區(qū)域DA)。另外,在聚光透鏡26a中,為了抑制反射的損失,在透鏡表面實施適合于激光LB振蕩波長的防反射的涂層26b。這種涂層26b由于不是充分考慮了激光LB振蕩波長以外的波長區(qū)域的涂層,所以具有將在第1校準(zhǔn)透鏡21b及第2校準(zhǔn)透鏡21c中發(fā)生的熒光FB之中的一部分波長的光FB1截斷的特性。圖16中的橫軸是光的波長,縱軸是光的透過率,表示涂層26b的透過特性(實線)。由圖16可知,涂層26b具有使810nm的振蕩波長的激光LB可靠地透過的同時,將作為附加光的熒光FB之中的一部分波長范圍(1600nm到1900nm)的光(以下,稱為涂層截斷的熒光)FB1截斷的特性。使從半導(dǎo)體激光器21a發(fā)射出的振蕩波長的激光LB及熒光FB透過實行了具有這種特性的涂層26b的聚光透鏡26a的話,如圖17所示,從振蕩波長的激光LB及熒光FB中除去了一部分波長范圍(1600nm到1900nm)的光(以下稱透過涂層的熒光)FB2通過。圖17中橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。
另外,即使在聚光透鏡26a中也發(fā)生熒光FB,但在樹脂溫度測定裝置50C中不使用該聚光透鏡26a中發(fā)生的熒光FB的波長范圍內(nèi)的波長作為觀測波長即可。另外,采用了在聚光透鏡26a上實施涂層26b的結(jié)構(gòu),但也可以在第2校準(zhǔn)透鏡21c上實施具有將在第1校準(zhǔn)透鏡21b中發(fā)生的熒光FB的一部分范圍的波長截斷的特性的涂層。
在裝置本體26中,根據(jù)來自控制部22的控制信號在平板狀電極21e、21f間發(fā)生電壓,根據(jù)該電壓從各激光射出點21i射出激光LB。這樣,在裝置本體26中,使從各激光射出點21i、…射出的激光LB利用第1校準(zhǔn)透鏡21b相對于激光陣列21h的短方向成為平行光,另外,利用第2校準(zhǔn)透鏡21c相對于激光陣列21h的長方向成為平行光。最后,在裝置本體26中,用聚光透鏡26a將作為平行光的激光LB向焊接區(qū)域DA聚光。此時,由于在聚光透鏡26a上涂敷了涂層26b,在裝置本體26中,不射出波長范圍為1600nm到1900nm的光FB1。因此,在樹脂溫度測定裝置50C中,將該1600nm到1900nm的波長范圍作為觀測波長的話,在熱輻射光RB中不混入雜光。
參照圖18、圖19及圖20,說明樹脂溫度測定裝置50C。圖18是表示從焊接區(qū)域DA、UA發(fā)射出的光的波長與強度之間關(guān)系的圖。圖19是將波長和透過率之間的關(guān)系作為帶通濾波器54a的特性表示的圖。圖20是表示從焊接區(qū)域DA、UA發(fā)射出的光通過帶通濾波器54a后的光的波長和強度之間關(guān)系的圖。
樹脂溫度測定裝置50C是利用來自焊接區(qū)域DA、UA的熱輻射光RB測定焊接溫度的放射溫度計。順便提一下,樹脂溫度測定裝置50C既可以是根據(jù)熱輻射光RB之中的單一觀測波長的光來檢測溫度的單色式放射溫度計,也可以是根據(jù)熱輻射光RB之中的多個觀測波長的光來檢測溫度的多色式放射溫度計。特別是,樹脂溫度測定裝置50C,觀測波長范圍被限定,被限定于由在半導(dǎo)體激光裝置20C的聚光透鏡26a上實施的涂層26b所截斷的從1600nm到1900nm的波長范圍內(nèi)。
樹脂溫度測定裝置50C具備聚光部51、光纖52及溫度檢測部54。在樹脂溫度測定裝置50C中,由于僅是溫度檢測部54與第1實施方式的樹脂溫度測定裝置50C不同的結(jié)構(gòu),所以僅對溫度檢測部54進(jìn)行說明。圖18中橫軸是光的波長,縱軸是光的強度,表示在焊接區(qū)域DA、UA放射的光。由圖18可知,在焊接區(qū)域DA、UA中,在反射從半導(dǎo)體激光裝置20C射出的振蕩波長的激光LB的一部分及透過涂層的熒光FB2的一部分的同時,發(fā)生熱輻射光RB。來自該焊接區(qū)域DA、UA的振蕩波長的激光LB及透過涂層的熒光FB2,在檢測焊接區(qū)域DA、UA的焊接溫度時成為雜光。因此,在樹脂溫度測定裝置50C中,在溫度檢測部54,除去振蕩波長的激光LB及透過涂層的熒光FB2。
因此,溫度檢測部54具備帶通濾波器54a。帶通濾波器54a是設(shè)置在接收用光纖52傳送的光的位置、而僅僅使被光纖52傳送的相當(dāng)于從焊接區(qū)域DA、UA放射的光之中被半導(dǎo)體激光裝置20C的涂層26b所截斷的波長范圍(1600nm~1900nm)的熱輻射光RB1透過的濾波器。帶通濾波器54a,如圖19所示,具有使比被涂層26截斷的波長范圍(1600nm~1900nm)在短波長一側(cè)長一些而在長波長一側(cè)短一些的波長范圍的熱輻射光(以下稱為“透過帶通濾波器的熱輻射光”)RB1可靠地透過的特性。使從焊接區(qū)域DA、UA放射的光通過具有這種特性的帶通濾波器54a的話,如圖20所示,僅使比1600nm~1900nm在短波長一側(cè)長一些而在長波長一側(cè)短一些的波長范圍的熱輻射光RB1透過。圖19及圖20中的橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。
透過了帶通濾波器54a后,在溫度檢測部54中,使透過帶通濾波器的熱輻射光RB1成為校準(zhǔn)光后,從該校準(zhǔn)光中抽出1個或2個以上的觀測波長的光。該觀測波長被設(shè)定為透過帶通濾波器54a的波長范圍內(nèi)的波長。這樣,在溫度檢測部54中,使各觀測波長的光聚光后射入紅外線檢測器,在紅外線檢測器中將各觀測波長的光通過光電變換變換為電信號。另外,在溫度檢測部54中,根據(jù)該各觀測波長的電信號計算出焊接溫度。
現(xiàn)在,參照圖14到圖20,說明樹脂焊接裝置1C的動作進(jìn)行說明。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1C上,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間施加壓力。另外,在樹脂焊接裝置1C中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20C的裝置本體26等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1C中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi),從半導(dǎo)體激光裝置20C射出激光LB。
此時,在半導(dǎo)體激光裝置20C中,不僅發(fā)射出振蕩波長的激光LB,也發(fā)射出在第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡26a中發(fā)生的熒光FB。但是,在半導(dǎo)體激光裝置20C中,該熒光FB之中的一部分的波長范圍的光FB1被聚光透鏡26a的涂層26b所截斷。因此,透過了涂層26b、壓板12及上側(cè)樹脂部件UR的振蕩波長的激光LB及透過涂層的熒光FB2到達(dá)下側(cè)焊接部件DR的焊接區(qū)域DA(參照圖17)。
激光LB在到達(dá)焊接區(qū)域DA之后,激光LB在焊接區(qū)域DA被吸收,焊接區(qū)域DA被加熱熔融。另外,上側(cè)樹脂部件UR的焊接區(qū)域UA被該熱所加熱熔融,上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)焊接部件DR被焊接起來。這時,在焊接區(qū)域DA、UA中,在發(fā)生熱輻射光RB的同時,反射激光LB及透過涂層的熒光FB2的一部分(參照圖18)。
這樣,在樹脂溫度測定裝置50C中,熱輻射光RB、激光LB及透過涂層的熒光FB2到達(dá)聚光部51,用光纖52傳送到溫度檢測部54。溫度檢測部54中,通過帶通濾波器54a截斷激光LB及透過涂層的熒光FB2及熱輻射光RB的一部分,僅使透過帶通濾波器的熱輻射光RB1透過。即,通過帶通濾波器54a除去成為雜光的光。
因此,在溫度檢測部54中,僅根據(jù)透過帶通濾波器的熱輻射光RB1,高精度地檢測焊接溫度。然后,根據(jù)該高精度的焊接溫度,在管理裝置70中,控制半導(dǎo)體激光裝置20C的照射條件(強度、焦點徑等)、由機械手裝置60而得到的激光LB的焦點位置、焊接速度等。另外,在管理裝置70中,根據(jù)壓力傳感器(未圖示)檢測出的壓力,控制由加壓裝置10而得到的樹脂部件DR、UR間的壓力。然后,在樹脂焊接裝置1C中,根據(jù)這些被控制的照射條件、焦點位置、焊接速度及壓力等射出激光LB的同時,在樹脂部件DR、UR間施加壓力,一邊改變焊接位置,一邊以基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)的壓力而且以基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的焊接溫度進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。
根據(jù)第3實施方式的樹脂焊接裝置1C,在入射到焊接區(qū)域DA之前,將在檢測焊接溫度時作為雜光的在第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光FB之中的一部分波長范圍的光利用在聚光透鏡26a上實施的涂層26b除去,因此可以在樹脂溫度測定裝置50C中高精度地檢測焊接溫度。因此,在樹脂焊接裝置1C中,穩(wěn)定地進(jìn)行焊接溫度管理,降低焊接不良率。另外,根據(jù)樹脂焊接裝置1C,由于通過在半導(dǎo)體激光裝置20C的光學(xué)器件上通常實行的涂層26b截斷熒光FB之中的一部分光,所以不需要另外的截止濾波器等。因此,在樹脂焊接裝置1C中,可以低成本地提高焊接溫度的檢測精度。
(第4實施方式)接下來,對于第4實施方式進(jìn)行說明。如圖1所示,第4實施方式的樹脂焊接裝置1D由于具備與第1實施方式的樹脂焊接裝置1A相同的結(jié)構(gòu),所以省略其說明。但是,第4實施方式的樹脂焊接裝置1D,如圖21所示,在用第1截止濾波器30截斷半導(dǎo)體激光器21a自身發(fā)出的振蕩波長以外的光AB這一點上,與第1實施方式的樹脂焊接裝置1A不同(即,將第1實施方式的說明中的“熒光FB”考慮為“振蕩波長以外的光AB”的話,與第4實施方式幾乎相當(dāng))。
其理由是,作為從半導(dǎo)體激光裝置射出附加光(在半導(dǎo)體激光裝置中發(fā)生的光之中,半導(dǎo)體激光器的振蕩波長以外的光)的原因之一,有來自半導(dǎo)體激光器自身的振蕩波長以外的光的發(fā)生??梢哉J(rèn)為,特別是在高輸出型的半導(dǎo)體激光器的情況下,從多個激光射出點發(fā)生激光,發(fā)生各種波長的激光。作為在這種半導(dǎo)體激光器發(fā)生的原因來說,存在從半導(dǎo)體內(nèi)部的雜質(zhì)能級或缺陷能級發(fā)光的可能性。即,由于焊接用的半導(dǎo)體激光器輸出高,所以其諧振器例如具有縱為1μm、橫為100μm的大小。從該諧振器輸出1W的激光的話,激光功率密度為1MW/cm2以上??梢哉J(rèn)為如果是這樣的激光率密度的話,可能會從構(gòu)成諧振器的半導(dǎo)體內(nèi)部的雜質(zhì)能級或缺陷能級等發(fā)生振蕩波長以外的光。
順便提一下,在第4實施方式的半導(dǎo)體激光裝置20A中,射出如圖6所示那樣的振蕩波長(810nm)的激光LB及作為附加光的振蕩波長以外的光AB。圖6是表示從半導(dǎo)體激光裝置發(fā)射出的振蕩波長的激光和附加光(在此,是來自半導(dǎo)體激光器自身的振蕩波長以外的光)的波長與強度之間關(guān)系的圖。橫軸為光的波長,縱軸為光的強度。因此,圖5及圖7中的“附加光”在第4實施方式中作為“振蕩波長以外的光”。
作為第4實施方式的第1截止濾波器30的作用來說,只要是在進(jìn)行焊接之前,將從半導(dǎo)體激光裝置20A發(fā)射出的振蕩波長以外的光AB截斷即可。因此,作為第1截止濾波器30的配置來說,除了與半導(dǎo)體激光裝置20A獨立分別地配置在外側(cè)以外,也可配置在半導(dǎo)體激光裝置20A的內(nèi)部。例如,也可以配置在第1校準(zhǔn)透鏡21b和第2校準(zhǔn)透鏡21c之間、第2校準(zhǔn)透鏡21c和聚光透鏡21d之間等。另外,第1截止濾波器30的配置中,希望配置在激光LB的光束擴散的部位(能量密度低的部位)。這是由于半導(dǎo)體激光裝置20A的輸出高,在將激光LB聚光的部位能量密度高,第1截止濾波器30會受熱而損害之故。
現(xiàn)在,參照圖1、圖3到圖11及圖21,對于樹脂焊接裝置1D的動作進(jìn)行說明。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1D上,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間施加壓力。另外,在樹脂焊接裝置1D中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20A的裝置本體21等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1D中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi),從半導(dǎo)體激光裝置20A射出激光LB。
此時,半導(dǎo)體激光裝置20A不僅發(fā)射出振蕩波長的激光LB,也發(fā)射出振蕩波長以外的光AB(參照圖6)。但是,該振蕩波長以外的光AB被第1截止濾波器30所截斷。因此,僅透過了第1截止濾波器30、壓板12及上側(cè)樹脂部件UR的振蕩波長的激光LB到達(dá)下側(cè)焊接部件DR的焊接區(qū)域DA(參照圖8)。
激光LB在到達(dá)焊接區(qū)域DA之后,激光LB在焊接區(qū)域DA被吸收,焊接區(qū)域DA被加熱熔融。另外,上側(cè)樹脂部件UR的焊接區(qū)域UA被這種熱所加熱熔融,上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)焊接部件DR被焊接起來。這時,在焊接區(qū)域DA、UA中,在發(fā)生熱輻射光RB的同時,反射一部分激光LB(參照圖9)。
但是,在焊接區(qū)域DA、UA上被反射的激光LB被第2截止濾波器40所截斷。因此,僅透過了第2截止濾波器40的熱輻射光RB到達(dá)樹脂溫度測定裝置50A的聚光部51。(參照圖11)。即,對于熱輻射光RB為雜光的光完全不入射到聚光部51。
因此,在樹脂溫度測定裝置50A中,僅根據(jù)熱輻射光RB,高精度地檢測穩(wěn)定的焊接溫度。然后,根據(jù)該高精度的焊接溫度,在管理裝置70中,控制半導(dǎo)體激光裝置20A的照射條件(強度、焦點徑等)和由機械手裝置60而得到的激光LB的焦點位置、焊接速度等。另外,在管理裝置70中,根據(jù)壓力傳感器(未圖示)檢測出的壓力,控制由加壓裝置10而得到的樹脂部件DR、UR間的壓力。然后,在樹脂焊接裝置1D中,根據(jù)這些被控制的照射條件、焦點位置、焊接速度及壓力等射出激光LB的同時,在樹脂部件DR、UR間施加壓力,一邊改變焊接位置,一邊以基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)的壓力而且以基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的焊接溫度進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。
根據(jù)第4實施方式的樹脂焊接裝置1D,在入射到焊接區(qū)域DA之前,將在檢測焊接溫度時作為雜光的振蕩波長以外的光AB利用第1截止濾波器30除去,故可以在樹脂溫度測定裝置50A中高精度地檢測焊接溫度。因此,在樹脂溫度測定裝置1D中,可以進(jìn)行穩(wěn)定的焊接溫度管理,降低焊接不良率。另外,根據(jù)樹脂焊接裝置1D,依靠只在目前的結(jié)構(gòu)上追加第1截止濾波器30這樣的簡單結(jié)構(gòu),可以提高焊接溫度的檢測精度。
(第5實施方式)接下來,對于第5實施方式進(jìn)行說明。如圖12所示,由于第5實施方式的樹脂焊接裝置1E具有與第2實施方式的樹脂焊接裝置1B同樣的結(jié)構(gòu),所以省略其說明。但是,第5實施方式的樹脂焊接裝置1E,如圖22所示,在用第1截止濾波器30截斷半導(dǎo)體激光器21a自身發(fā)出的振蕩波長以外的光AB這一點上,與第2實施方式的樹脂焊接裝置1B不同(即,將第2實施方式的說明中的“熒光FB”考慮為“振蕩波長以外的光AB”的話,與第5實施方式幾乎相當(dāng))。
第5實施方式的第1截止濾波器30,在設(shè)置在半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25和上側(cè)樹脂部件UR之間而且是使激光LB及作為附加光的振蕩波長以外的光AB通過的位置上的同時,伴隨著半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25的移動而移動。作為第1截止濾波器30的作用來說,如上述那樣,只要在進(jìn)行焊接之前,將從半導(dǎo)體激光裝置20B發(fā)射出的振蕩波長以外的光AB截斷即可。因此,作為第1截止濾波器30的配置來說,除了與半導(dǎo)體激光裝置20B獨立分別地配置在外側(cè)以外,也可配置在半導(dǎo)體激光裝置20B的內(nèi)部。例如,也可以配置在第1校準(zhǔn)透鏡21b和第2校準(zhǔn)透鏡21c之間、第2校準(zhǔn)透鏡21c和聚光透鏡21d之間、聚光透鏡21d和光纖24之間、校準(zhǔn)透鏡25a和聚光透鏡25b之間等。
現(xiàn)在,參照圖12及圖22,對樹脂焊接裝置1E的動作進(jìn)行說明。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1E上,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間施加壓力。另外,在樹脂焊接裝置1E中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20B的射出部25等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1E中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi),從半導(dǎo)體激光裝置20B射出激光LB。
這時,在半導(dǎo)體激光裝置20B中,將在裝置本體23中發(fā)生后聚光了的激光LB射入光纖24。然后,在半導(dǎo)體激光裝置20B中,用光纖24將激光LB傳送到射出部25,在射出部25中聚光后將激光LB射出。
對于激光LB從半導(dǎo)體激光裝置20B射出以后的動作來說,在樹脂焊接裝置1E中,由于與第4實施方式的樹脂焊接裝置1D的動作相同,所以省略其說明。
根據(jù)第5實施方式的樹脂焊接裝置1E,除了第4實施方式的樹脂焊接裝置1D的效果之外,由于在半導(dǎo)體激光裝置20B中與裝置本體23獨立分別地構(gòu)成射出部25,故可以使射出激光LB的空間節(jié)省。
(第6實施方式)接下來,對于第6實施方式進(jìn)行說明。如圖14所示,由于第6實施方式的樹脂焊接裝置1F具有與第3實施方式的樹脂焊接裝置1C同樣的結(jié)構(gòu),所以省略其說明。但是,第6實施方式的樹脂焊接裝置1F,如圖23所示,在通過在半導(dǎo)體激光裝置20C的光學(xué)器件上實施涂層來截斷半導(dǎo)體激光器21a自身發(fā)出的振蕩波長以外的光AB的一部分這一點上,與第3實施方式的樹脂焊接裝置1C不同(即,將第3實施方式的說明中的“熒光FB”考慮為“振蕩波長以外的光AB”的話,與第6
第6實施方式的聚光透鏡26a,配置在相對于第2校準(zhǔn)透鏡21c在激光LB的射出方向的前方。聚光透鏡26a具有規(guī)定的焦點距離,將平行光聚光到焦點(焊接區(qū)域DA)。另外,為了抑制反射損失,在聚光透鏡26a表面上實施適合于激光LB的振蕩波長的防反射的涂層26b。這種涂層26b由于不是充分考慮了激光LB的振蕩波長以外的波長區(qū)域的涂層,所以具有將振蕩波長以外的光AB之中的一部分的波長的光AB1截斷的特性。由圖16可知,涂層26b具有使810nm的振蕩波長的激光LB可靠地透過的同時、將作為附加光的振蕩波長以外的光AB之中的一部分的波長范圍(1600nm到1900nm)的光(以下,稱為“涂層截斷的振蕩波長以外的光”)AB1截斷的特性。使從半導(dǎo)體激光器21a發(fā)射出的振蕩波長的激光LB及振蕩波長以外的光AB通過實行了具有這種特性的涂層26b的聚光透鏡26a的話,如圖17所示,從振蕩波長的激光LB及振蕩波長以外的光AB中除去了一部分波長范圍(1600nm到1900nm)的光(以下,稱為“透過涂層的振蕩波長以外的光”)AB2通過。
另外,采用了在聚光透鏡26a上實施了涂層26b的結(jié)構(gòu),但也可以在作為半導(dǎo)體激光裝置20C的其它光學(xué)器件的第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c上實施涂層。另外,第1校準(zhǔn)透鏡21b、第2校準(zhǔn)透鏡21c及聚光透鏡26a是將在半導(dǎo)體激光器21a中發(fā)生的激光向焊接區(qū)域DA聚光的光學(xué)器件。
現(xiàn)在,參照圖14、圖16到圖20及圖23,對樹脂焊接裝置1F的動作進(jìn)行說明。
首先,將下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR搭接地設(shè)置在底板11的規(guī)定位置上。這樣,在樹脂焊接裝置1F上,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過加壓裝置10在下側(cè)樹脂部件DR和上側(cè)樹脂部件UR之間施加壓力。另外,在樹脂焊接裝置1F中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,通過機械手裝置60使半導(dǎo)體激光裝置20C的裝置本體26等移動到初始位置。然后,在樹脂焊接裝置1F中,根據(jù)來自管理裝置70的指令,使焊接溫度在基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi),從半導(dǎo)體激光裝置20C射出激光LB。
此時,在半導(dǎo)體激光裝置20C中,不僅發(fā)射出振蕩波長的激光LB,也發(fā)射出振蕩波長以外的光AB。但是,在半導(dǎo)體激光裝置20C中,通過聚光透鏡26a的涂層26b來截斷振蕩波長以外的光AB之中的一部分的波長范圍的光AB1。因此,僅透過了涂層26b、壓板12及上側(cè)樹脂部件UR的振蕩波長的激光LB及透過涂層的振蕩波長以外的光AB2到達(dá)下側(cè)焊接部件DR的焊接區(qū)域DA(參照圖17)。
激光LB在到達(dá)焊接區(qū)域DA之后,激光LB在焊接區(qū)域DA被吸收,焊接區(qū)域DA被加熱熔融。另外,上側(cè)樹脂部件UR的焊接區(qū)域UA被這種熱所加熱熔融,上側(cè)樹脂部件UR和下側(cè)焊接部件DR被焊接起來。這時,在焊接區(qū)域DA、UA中,在發(fā)生熱輻射光RB的同時,反射激光LB及透過涂層的振蕩波長以外的光AB2的一部分(參照圖18)。
這樣,在樹脂溫度測定裝置50C中,這樣,熱輻射光RB、激光LB及透過涂層的振蕩波長以外的光AB2到達(dá)聚光部51,用光纖52傳送到溫度檢測部54。在溫度檢測部54中,通過帶通濾波器54a來截斷激光LB及透過涂層的振蕩波長以外的光AB2及熱輻射光RB的一部分,僅使透過帶通濾波器的熱輻射光RB1透過。即,通過帶通濾波器54a來除去成為雜光的光。
因此,在溫度檢測部54中,僅根據(jù)透過帶通濾波器的熱輻射光RB1,高精度地檢測穩(wěn)定的焊接溫度。然后,根據(jù)該高精度的焊接溫度,在管理裝置70中,控制半導(dǎo)體激光裝置20C的照射條件(強度、焦點徑等)、由機械手裝置60而得到的激光LB的焦點位置、焊接速度等。另外,在管理裝置70中,根據(jù)壓力傳感器(未圖示)檢測出的壓力,控制由加壓裝置10而得到的樹脂部件DR、UR間的壓力。然后,在樹脂焊接裝置1F中,根據(jù)這些被控制的照射條件、焦點位置、焊接速度及壓力等射出激光LB的同時,在樹脂部件DR、UR之間施加壓力,一邊改變焊接位置,一邊以基準(zhǔn)壓力范圍內(nèi)的壓力而且以基準(zhǔn)溫度范圍內(nèi)的焊接溫度進(jìn)行穩(wěn)定的焊接。
根據(jù)第6實施方式的樹脂焊接裝置1F,在入射到焊接區(qū)域DA之前,將在檢測焊接溫度時作為雜光的振蕩波長以外的光AB之中的一部分的波長范圍的光利用在聚光透鏡26a上實施的涂層26b除去,故可以在樹脂溫度測定裝置50C中高精度地檢測焊接溫度。因此,在樹脂溫度測定裝置1F中,進(jìn)行焊接溫度的管理,降低焊接不良率。另外,根據(jù)樹脂焊接裝置1F,由于通過在半導(dǎo)體激光裝置20C的光學(xué)器件上通常實行的涂層26b來截斷振蕩波長以外的光AB之中的一部分的光,因此不需要另外的截止濾波器等。因此,在樹脂焊接裝置1F中可以低成本地提高焊接溫度的檢測精度。
以上,對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明,但本發(fā)明不限于上述的實施方式而可以用各種方式實施。
例如,在本實施方式中,適用于彼此各樹脂部件的搭接焊,但也可以適用于彼此各樹脂部件的對接焊等其它樹脂焊接,也可以適用于焊接以外的開孔或切斷等的其它加工。
另外,在第1到第3實施方式中,為了截斷在半導(dǎo)體激光裝置的光學(xué)器件的所有透鏡上發(fā)生的熒光而將截斷雜光的第1截止濾波器配置在半導(dǎo)體激光裝置的外側(cè),但也可調(diào)查光學(xué)器件的各透鏡的熒光波長特性,而將截斷光學(xué)器件之中的特定透鏡的熒光波長范圍的第1截止濾波器配置在特定透鏡的靠焊接區(qū)域側(cè),將在樹脂溫度測定裝置所使用的觀測波長設(shè)定在用該第1截止濾波器截斷的波長范圍內(nèi)。順便提一下,在多個透鏡中熒光的波長范圍重疊的情況下,需要將第1截止濾波器配置在其波長范圍重疊的多個透鏡的靠焊接區(qū)域側(cè)。
另外,在本實施方式中采用將雜光全部截斷的濾波器構(gòu)成第1截止濾波器,但也可以采用僅僅截斷觀測波長為1100nm到2800nm的濾波器,也可以采用僅僅截斷在樹脂溫度測定裝置中所用的單一或多個觀測波長的光的濾波器。
另外,在本實施方式中,在半導(dǎo)體激光裝置中使用了第1及第2校準(zhǔn)透鏡,但也可以使用球形透鏡等其它的透鏡。
另外,在第3及第6實施方式中,通過在聚光透鏡上實施的涂層來截斷熒光的一部分波長范圍的光,但也可以是通過在半導(dǎo)體激光裝置的光學(xué)器件上實施的涂層之外的手段、例如利用光學(xué)透鏡等的透過特性等來截斷熒光。另外,也可以不是直接聚光型,而是纖維輸出型。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明,由于在進(jìn)行加工之前從在光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的光之中截斷波長為用于檢測溫度的觀測波長的光,所以在檢測加工溫度時,雜光不混入觀測波長的熱輻射光。因此,可以高精度地檢測加工溫度,通過穩(wěn)定的加工溫度管理,可降低加工不良的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種激光加工裝置,通過向被加工部件照射激光從而加工被加工部件,其特征在于包括發(fā)生激光的激光器;將所述激光器發(fā)生的激光聚光到加工區(qū)域的光學(xué)器件;和設(shè)置在所述被加工部件和所述光學(xué)器件之間、將被所述激光激發(fā)而在所述光學(xué)器件中發(fā)生的熒光的波長截斷的濾波器;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用被所述濾波器截斷了的波長的光。
2.一種激光加工裝置,通過向被加工部件照射激光從而加工被加工部件,其特征在于包括發(fā)生激光的激光器;將所述激光器發(fā)生的激光聚光到加工區(qū)域的第1光學(xué)器件;和設(shè)置在所述被加工部件和所述第1光學(xué)器件之間、將被所述激光激發(fā)而在所述第1光學(xué)器件中發(fā)生的熒光的波長截斷的第2光學(xué)器件;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用被所述第2光學(xué)器件截斷了的波長的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置,其特征在于所述濾波器或所述第2光學(xué)器件,將所述激光的振蕩波長以外的波長截斷。
4.一種激光加工溫度測定裝置,在用權(quán)利要求1或2所述的激光加工裝置進(jìn)行加工時,測定加工區(qū)域的溫度,其特征在于包括基于從所述加工區(qū)域熱輻射出來的光之中被所述濾波器或所述第2光學(xué)器件截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測器件。
5.一種激光加工方法,通過向被加工部件照射激光從而加工被加工部件,其特征在于包括發(fā)生激光的激光發(fā)生工序;將在所述激光發(fā)生工序中發(fā)生的激光用光學(xué)系統(tǒng)聚光到加工區(qū)域的聚光工序;和在進(jìn)行加工之前利用濾波器將被所述激光激發(fā)而在所述光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光的波長截斷的熒光截斷工序;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用在所述熒光截斷工序中被截斷了的波長的光。
6.一種激光加工方法,通過向被加工部件照射激光從而加工被加工部件,其特征在于包括發(fā)生激光的激光發(fā)生工序;將在所述激光發(fā)生工序中發(fā)生的激光用第1光學(xué)系統(tǒng)聚光到加工區(qū)域的聚光工序;和利用第2光學(xué)系統(tǒng)將被所述激光激發(fā)而在所述第1光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的熒光的波長截斷的熒光截斷工序;在測定加工區(qū)域的溫度時,使用在所述熒光截斷工序中被截斷了的波長的光。
7.一種激光加工溫度測定方法,它是測定在用權(quán)利要求5或6所述激光加工方法進(jìn)行加工時的加工區(qū)域溫度的激光加工溫度測定方法,其特征在于包括基于從所述加工區(qū)域熱輻射出來的光之中在所述熒光截斷工序中被截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測工序。
8.一種激光加工裝置,它是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工裝置,其特征在于包括發(fā)生激光的半導(dǎo)體激光器;和設(shè)置在所述半導(dǎo)體激光器和所述樹脂部件之間、將在所述半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域溫度時波長為觀測波長的光截斷的濾波器;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用所述被濾波器截斷了的波長的光。
9.一種激光加工裝置,它是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工裝置,其特征在于包括發(fā)生激光的半導(dǎo)體激光器;和將所述半導(dǎo)體激光器發(fā)生的激光聚光到焊接區(qū)域的同時、將在所述半導(dǎo)體激光器中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域的溫度時波長為觀測波長的光截斷的光學(xué)器件;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用被所述光學(xué)器件截斷了的波長的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的激光加工裝置,其特征在于所述濾波器或所述光學(xué)器件,將波長為所述半導(dǎo)體激光器的振蕩波長以外的光截斷。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的激光加工裝置,其特征在于所述濾波器或所述光學(xué)器件,將波長為從1100nm到2800nm范圍的光截斷。
12.一種激光加工溫度測定裝置,它是在用權(quán)利要求8或9所述的激光加工裝置進(jìn)行焊接時測定焊接區(qū)域溫度的激光加工溫度測定裝置,其特征在于包括基于從所述焊接區(qū)域熱輻射出來的光之中被所述濾波器或所述光學(xué)器件截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測器件。
13.一種激光加工方法,它是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工方法,其特征在于包括用半導(dǎo)體激光器發(fā)生激光的激光發(fā)生工序;和在進(jìn)行焊接之前利用濾波器將在所述激光發(fā)生工序中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域溫度時波長為觀測波長的光截斷的濾波工序;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用在所述濾波工序中被截斷了的波長的光。
14.一種激光加工方法,它是利用激光焊接彼此各樹脂部件的激光加工方法,其特征在于包括用半導(dǎo)體激光器發(fā)生激光的激光發(fā)生工序;和利用將在所述激光發(fā)生工序中發(fā)生的激光聚光到焊接區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)、將在所述激光發(fā)生工序中發(fā)生的光之中在測定焊接區(qū)域的溫度時波長為觀測波長的光進(jìn)行截斷的濾波工序;在測定焊接區(qū)域的溫度時,使用在濾波工序中被截斷了的波長的光。
15.一種激光加工溫度測定方法,它是測定用權(quán)利要求13或14所述的激光加工方法進(jìn)行焊接時的焊接區(qū)域溫度的激光加工溫度測定方法,其特征在于包括基于從所述焊接區(qū)域熱輻射出來的光之中在濾波工序中被截斷了的波長的光來檢測溫度的溫度檢測工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以高精度地檢測在利用激光進(jìn)行焊接加工時的加工溫度的激光加工裝置、激光加工溫度測定裝置、激光加工方法及激光加工溫度測定方法。激光加工裝置1A是,通過向被加工部件DR、UR照射激光LB來加工被加工部件DR、UR,其特征在于包括發(fā)生激光LB的激光器(半導(dǎo)體激光裝置20A);將在激光器中發(fā)生的激光LB聚光到加工區(qū)域DA、UA的光學(xué)器件;和,設(shè)置在被加工部件DR、UR和光學(xué)器件之間、將被激光LB激發(fā)而在光學(xué)器件中發(fā)生的熒光FB的波長截斷的濾波器30;在測定加工區(qū)域DA、UA的溫度時,使用被濾波器30截斷的波長的光。
文檔編號H01S3/00GK1662341SQ0381449
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者松本聰, 小杉壯 申請人:浜松光子學(xué)株式會社