(57)【要約】【課題】レーザダイオードの経年劣化により光出力値が低下して来ても、校正開始の１操作だけで自動校正が行われ、出力値を指示するだけでその出力値が得られるレーザ樹脂溶着機の実現。【解決手段】レーザダイオード11の電流対出力特性曲線のうち、直線近似が可能な範囲内で２つの電流値点Ｉ１とＩ２を選んで校正用電流値指示手段２から駆動電流設定部５へ設定指示し、その電流をレーザダイオード11に流したときの出力値Ｐ１とＰ２を光パワーメータ９で測定し、このＩ１、Ｐ１とＩ２、Ｐ２の２組の値から係数算出器８で近似直線式の１次係数および定数を求め、Ｐを変数とするＩの直線式をレーザ出力設定関数器４に設定し、レーザ出力値指示手段３から出力値を指示すると、その出力に必要な電流値が駆動電流設定部５へ設定されるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（イ）〜（リ）の各手段を具備することを特徴とする校正手段付レーザ樹脂溶着機。
（イ）校正動作を開始するための校正開始手段
（ロ）レーザダイオードに流す駆動電流値を設定する駆動電流設定部
（ハ）校正開始手段に対する校正開始操作により、前記駆動電流設定部に対し、校正用の２つの電流値Ｉ１とＩ２（Ｉ２＞Ｉ１）を時を異ならせて設定指示する校正用電流値指示手段
（ニ）レーザダイオードに、前記駆動電流設定部に設定された値の電流を流すレーザ駆動部
（ホ）レーザダイオードに実際に流れている電流値を検出測定する駆動電流検出器
（へ）レーザダイオードに前記電流値Ｉ１およびＩ２を流したときのレーザダイオードのＩ１およびＩ２に対する出力パワーＰ１およびＰ２を測定する光パワーメータ
（ト）前記駆動電流検出器からの検出電流値Ｉ１およびＩ２と前記光パワーメータからの出力パワー値Ｐ１およびＰ２を受けて、次の数式
Ｐ＝ａＩ＋ｂ
のＩおよびＰに（Ｉ１、Ｐ１）および（Ｉ２、Ｐ２）を代入して係数ａおよび定数ｂを算出する係数算出器
（チ）所望のレーザ出力値を指示するレーザ出力値指示手段
（リ）前記係数算出器で算出された係数ａと定数ｂとを受け、前記数式の変換式である次の数式
Ｉ＝（Ｐ−ｂ）／ａ
により、前記レーザ出力値指示手段で指示されたレーザダイオード出力Ｐを出力させるために必要な電流値Ｉを算出し、前記電流値Ｉ１、Ｉ２の設定が終了した後の前記駆動電流設定部へ電流値Ｉを設定するレーザ出力設定関数器
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いたレーザ樹脂溶着機におけるレーザダイオードの経年劣化等による駆動電流対レーザ出力特性の変化に応じて、レーザダイオード出力対駆動電流の近似関数の係数を補正し、経年劣化があっても、指定した通りのレーザダイオード出力が得られるようにする技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ樹脂溶着は、樹脂材料にレーザ光を照射して発熱させ、その熱により樹脂を溶融させて接着するものであり、その接着の品質を保つにはレーザの出力が規定値であることが必要である。然るに半導体レーザは経年劣化があり、期間が経過すると同じ駆動電流を流してもレーザ出力が低下し溶着の品質を同一に保てないことになる。
また、温度によって出力が変動する性質もある。
【０００３】
そこで従来は、レーザ出力を一定にするために次のような方法が採られて来た。
その１は、レーザ出力の一部を分岐して光センサで受光し、光センサの出力する光電流を電圧に変換して、この電圧を基準値と比較し、その差が小さくなるように半導体レーザの駆動回路へ負帰還をかけて、レーザの光出力が一定になるようにするという方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
その２は、一定期間毎にレーザ出力を光パワーメータで実際に測定し、出力設定値が複数点（Ｐ１、Ｐ２…ＰＮ）ある場合に、各設定値を指定したときの実際の光パワーメータによる測定値がＰ′１、Ｐ′２…Ｐ′Ｎであった場合に、その変動率Ｐ′１／Ｐ１、Ｐ′２／Ｐ２…Ｐ′Ｎ／ＰＮを算出し、それを拠り所にして実際に必要な出力値を得るように設定するという方法である（出願人、発明者の実地経験および見聞による）。
【特許文献１】特公平７−９５６０８号公報（３頁６行〜下から２行、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、その１の方法では、レーザ出力が光センサの方へ分岐させた分だけ弱くなるうえ、分岐比率がビームモードの影響を受け易く、また、光センサは応答性の速いフォトダイオード等の半導体センサを用いる必要があるが、そのため温度ドリフトの影響を受け易いという問題がある。
【０００６】
その２の方法は、分岐はせず、全レーザ出力を光パワーメータで測定するから分岐上の問題はなく、また光パワーメータは温度ドリフトの影響を受けないという利点はあるが、手間がかかるうえ、はや装置の出力設定パネルに表示されている数値とは異なる出力値となるため操作者が設定ミスを犯し易いという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ユーザ或いは操作者は、校正開始の単純操作（例えば、釦を押すとかタッチキーをタッチするとか、スイッチを入れるとか）を行いさえすれば、装置内に持っているレーザダイオード出力対駆動電流の近似関数の係数が自動校正され、レーザダイオードに経年劣化があったとしてもなおレーザ出力値を指定すれば、その通りの出力値が得られるレーザ樹脂溶着機を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために下記の手段構成を有する。
本発明の構成は、下記（イ）〜（リ）の各手段を具備することを特徴とする校正手段付レーザ樹脂溶着機である。
（イ）校正動作を開始するための校正開始手段
（ロ）レーザダイオードに流す駆動電流値を設定する駆動電流設定部
（ハ）校正開始手段に対する校正開始操作により、前記駆動電流設定部に対し、校正用の２つの電流値Ｉ１とＩ２（Ｉ２＞Ｉ１）を時を異ならせて設定指示する校正用電流値指示手段
（ニ）レーザダイオードに、前記駆動電流設定部に設定された値の電流を流すレーザ駆動部
（ホ）レーザダイオードに実際に流れている電流値を検出測定する駆動電流検出器
（へ）レーザダイオードに前記電流値Ｉ１およびＩ２を流したときのレーザダイオードのＩ１およびＩ２に対する出力パワーＰ１およびＰ２を測定する光パワーメータ
（ト）前記駆動電流検出器からの検出電流値Ｉ１およびＩ２と前記光パワーメータからの出力パワー値Ｐ１およびＰ２を受けて、次の数式
Ｐ＝ａＩ＋ｂ
のＩおよびＰに（Ｉ１、Ｐ１）および（Ｉ２、Ｐ２）を代入して係数ａおよび定数ｂを算出する係数算出器
（チ）所望のレーザ出力値を指示するレーザ出力値指示手段
（リ）前記係数算出器で算出された係数ａと定数ｂとを受け、前記数式の変換式である次の数式
Ｉ＝（Ｐ−ｂ）／ａ
により、前記レーザ出力値指示手段で指示されたレーザダイオード出力Ｐを出力させるために必要な電流値Ｉを算出し、前記電流値Ｉ１、Ｉ２の設定が終了した後の前記駆動電流設定部へ電流値Ｉを設定するレーザ出力設定関数器
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザ樹脂溶着機は、使用しているレーザダイオードの駆動電流対レーザダイオード出力特性が図１の曲線Ａのような特性である場合、直線近似が可能な範囲において、これを数式１のような１次関数に置き換える。
【００１０】
【数１】
2009262427.tif 000003
【００１１】
そして、係数ａ、定数ｂを定めるべく直線近似可能な範囲内で、２点の駆動電流値Ｉ１とＩ２を設定し、Ｉ１を流したときのレーザダイオード出力がＰ１１、Ｉ２を流したときのレーザダイオード出力がＰ１２とした場合、これを数式１に代入して
Ｐ１１＝ａＩ１＋ｂ
Ｐ１２＝ａＩ２＋ｂ
この２式より
ａ＝（Ｐ１２−Ｐ１１）／（Ｉ２−Ｉ１）
ｂ＝（Ｐ１１Ｉ２−Ｐ１２Ｉ１）／（Ｉ２−Ｉ１）
を求め、これを数式１に代入した数式２からＩを変数Ｐの関数とする数式３を求め、これにより所望のレーザダイオード出力Ｐを指定すれば、そのために流すべき電流値が得られるようになっている。
【００１２】
【数２】
2009262427.tif 000004
【００１３】
【数３】
2009262427.tif 000005
【００１４】
このことは、レーザダイオードが経年劣化により出力が低下して図１の曲線Ｂのようになったとしても、この曲線Ｂについて、校正を行えば、曲線Ａについて述べたことと全く同じことが行われ、数式３のＰ１１をＰ２１に置き換え、Ｐ１２をＰ２２に置き換えた数式４が得られる。
【００１５】
【数４】
2009262427.tif 000006
【００１６】
今、レーザダイオードの出力をＰｄとしたいとき、経年劣化前であれば図１の曲線Ａに対応する数式３の直線によって駆動電流がＩａとなり、経年劣化を校正した後は、曲線Ｂに対応する数式４の直線によって同じＰｄに対する駆動電流はＩｂとなり劣化を補うべくＩａより大きな値となる。
【００１７】
以上のように、本発明のレーザ樹脂溶着機によれば、校正開始手段に対する開始操作のみで、経年劣化が自動校正されるので、操作者は、所望のレーザダイオード出力値を指定するだけで指定した通りの出力が得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
校正開始操作手段はワンタッチ操作が可能なものとし、ワンタッチ後一定時間内に自動校正され、使用可能状態に自動復帰するようにしておくのが最良の形態である。
これに伴って、レーザダイオードから出力されるレーザ光は、校正時には校正開始操作と連動して光パワーメータに向くようにし、校正完了後は樹脂溶着機としての使用方向に復帰するようにしておくのが最良の実施形態である。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明のレーザ樹脂溶着機の実施例を図面を参照して説明する。
図２は、本発明レーザ樹脂溶着機におけるレーザダイオードの経年劣化に対する校正手段の機能ブロック図である。
校正開始ボタン１を押すと、校正用電流値指示手段２は、駆動電流設定部５へまず電流値Ｉ１を指示設定する。
この電流値Ｉ１は、図１の駆動電流対レーザダイオード出力特性において、特性曲線のうち直線近似が可能な範囲における直線との交点のうち下の交点の電流値である。
【００２０】
この電流値が設定されるとレーザ駆動部６は、レーザ駆動用直流電源ユニット７からレーザダイオード１１へ電流Ｉ１を流すようにする。レーザ駆動部６とレーザダイオード１１の間には、実際にレーザダイオード１１に流れる電流を検出し測定する駆動電流検出器１０が設けられている。
レーザダイオード１１に駆動電流が流れるとレーザ光を発し、このレーザ光は、通常使用時には溶着しようとする樹脂に向けて照射されるが、校正動作中は光パワーメータ９へ向けて照射される。光パワーメータは測定したレーザダイオード出力値Ｐ１を係数算出器８へ送出する。駆動電流検出器１０もこのときの測定電流値Ｉ１を係数算出器８へ送出する。
【００２１】
係数算出器８ではこのＩ１とＰ１を一時記憶する。
それが終ると、校正用電流値指示手段２は、電流値Ｉ２を指示設定する。この電流値Ｉ２は図１において、直線近似が可能な範囲における直線との交点のうち、上の交点の電流値である。
以下、Ｉ１のときと同様にして、駆動電流検出器１０からは測定電流値Ｉ２が、また、光パワーメータ９からはレーザダイオード出力値Ｐ２がそれぞれ係数算出器８へ送られ、一時記憶される。
【００２２】
係数算出器８では、一時記憶している（Ｉ１、Ｐ１）と（Ｉ２、Ｐ２）を数式１に代入して、連立１次方程式を立て、これより未知数である係数ａと定数ｂを算出する。
既知数となった係数ａと定数ｂはレーザ出力設定関数器４へ送出される。
これで校正動作が完了する。それ以後、駆動電流設定部５はレーザ出力設定関数器４からの電流値により駆動電流を設定することになる。
レーザ出力設定関数器４は、数式１をＩに関して解いた、Ｐを変数とする下記の数式５の演算機能を有している。
【００２３】
【数５】
2009262427.tif 000007
【００２４】
これは、レーザダイオードの出力値Ｐを入力すると出力値Ｐを得るためにレーザダイオードに流すべき電流Ｉが直線近似式で算出されるということである。
経年劣化により、レーザダイオードの特性曲線が図１の曲線Ａから曲線Ｂへのように変化してくると、校正を再度行うことにより、係数ａと定数ｂの値が変って来て、常に出力値Ｐを指示しさえすれば、流すべき必要な電流値Ｉが算出されることとなる。
所望のレーザダイオード出力値は、レーザ出力値指示手段３からレーザ出力設定関数器４へ入力され、数式５のＰに入ることになる。
【００２５】
以上のように、レーザダイオードに経年劣化があっても校正を行うことによって、レーザ出力値指示手段３から所望の出力値を入力しさえすれば、そのレーザ出力値を得るための駆動電流値が算出されて、その電流がレーザダイオードに流れ、所望のレーザダイオード出力が得られるということになる。
【００２６】
以上の機能ブロックのうち、校正開始ボタン１を押した後、決まった時間の間に電流値Ｉ１と同Ｉ２の設定指示を出す校正用電流値指示手段２や、駆動電流検出器１０からＩ１、Ｉ２の電流値データを受け、光パワーメータからＰ１、Ｐ２のデータを受けて、係数ａと定数ｂを算出する係数算出器８や、係数ａと定数ｂを含む１次関数によって、レーザ出力値を指示されるとその出力値に対応する駆動電流を算出して、駆動電流設定部５へ設定指示するレーザ出力設定関数器４等の動作は、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むＣＰＵによって行われる。
【００２７】
図３は、そのような実際の機器構成例を示したブロック図である。
校正開始ボタン１が押されると、その信号はバス２０を経由してＣＰＵ１７へ送られる。そうするとＣＰＵ１７はＲＡＭ１９に格納されている電流値Ｉ１をバス２０を通じて、駆動電流設定部５へ送り設定させる。この情報がレーザ出力制御部１４を経て、レーザ駆動部６に達するとレーザ駆動部６はレーザ駆動用直流電源ユニット７からの電流Ｉ１をレーザダイオード１１へ流すようにする。
【００２８】
駆動電流検出器１０は、レーザ駆動部６からレーザダイオード１１への途中で実際に流れている電流を検出し、その電流値をレーザ出力制御部１４と、バス２０を経由してＣＰＵ１７とへ送る。レーザ出力制御部１４は、駆動電流設定部５から設定電流値Ｉ１の情報を受けており、駆動電流検出器１０からの電流値をＩ１と比較し、Ｉ１より小さければ大きくするように、逆にＩ１より大きければ小さくするようにレーザ駆動部６を制御する。要するに、レーザダイオード１１に実際に流れる電流値が駆動電流設定部５に設定されたＩ１に維持されるように負帰還制御をかけているということであり、本発明に必須の手段ではない。
【００２９】
こうして、レーザダイオード１１にＩ１の駆動電流が流れるとレーザ光を発し、このレーザ光は、光ファイバーケーブル１６を経てレーザ射出ユニット１５へ送られ、ここから光パワーメータ９に入射される。
なお、光パワーメータ９へ入射させるのは校正のときだけであって、樹脂溶着のときは溶着対象である樹脂に向けられる。光パワーメータ９はレーザダイオード１１の出力パワーを測定し、その値をＰ１としてバス２０を通じてＣＰＵ１７へ送る。
【００３０】
この一連の動作が終るとＣＰＵ１７は、次に電流値Ｉ２を駆動電流設定部５へ設定させるようにする。そして、Ｉ１を設定したときと同様にして駆動電流検出器１０で検出した電流値をＩ２としてＣＰＵ１７へ送るとともに、光パワーメータ９で駆動電流Ｉ２におけるレーザダイオード１１の出力パワーを測定し、その値をＰ２としてＣＰＵ１７へ送る。
ＣＰＵ１７では、送られて来た電流値Ｉ１とレーザ出力値Ｐ１、および電流値Ｉ２とレーザ出力値Ｐ２の２組の数値を、レーザ出力値Ｐを変数とする駆動電流値Ｉの一次関数の数式１へ代入し、得られる連立１次方程式から未知数ａ、ｂを算出する。
これにより校正動作は終了する。この校正動作は校正開始ボタンを押してから一定の時間内に行われる。
ＣＰＵ１７には、数式１を電流Ｉについて解いた数式５が用意されており、前記算出されたａ、ｂは数式５のａ、ｂに入れられる。
【００３１】
以上の結果、出力値指示部２１から、レーザダイオード１１に出力させたい出力値を入力すると、ＣＰＵ１７は数式５によって算出した電流値を、バス２０を通じて駆動電流設定部５へ送り設定する。その結果、レーザダイオード１１にはこの電流値の駆動電流が流れ、出力値指示部２１で指定した値のレーザダイオード出力が得られることになる。
【００３２】
このように、本発明のレーザ樹脂溶着機では、レーザダイオードの経年劣化により、当初と同じ値の駆動電流を流しても当初と同じレーザ出力が得られなくなって来ても、校正開始ボタン１を押すという１操作を行うと、出力低下率の算出や、その低下率を用いた電流値の換算など行わなくとも、所望の出力値を出力値指示部２１から入力するだけで、所望の出力が得られるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の原理を説明するための駆動電流対レーザダイオード出力特性図である。
【図２】本発明のレーザ樹脂溶着機における校正手段の機能ブロック図である。
【図３】本発明のレーザ樹脂溶着機の実際の機器構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  校正開始ボタン
２  校正用電流値指示手段
３  レーザ出力値指示手段
４  レーザ出力設定関数器
５  駆動電流設定部
６  レーザ駆動部
７  レーザ駆動用直流電源ユニット
８  係数算出器
９  光パワーメータ
１０  駆動電流検出器
１１  レーザダイオード
１２  レーザ駆動制御部
１３  制御部
１４  レーザ出力制御部
１５  レーザ射出ユニット
１６  光ファイバーケーブル
１７  ＣＰＵ
１８  ＲＯＭ
１９  ＲＡＭ
２０  バス
２１  出力値指示部
【図１】
2009262427.tif 000008
【図２】
2009262427.tif 000009
【図３】
2009262427.tif 000010