具体实施方式
下面,基于具体的实施方式,对本发明的点焊NC数据生成方法进行说明。
图1表示具备基于所输入的信息而生成NC数据的运算装置10的自动焊接装置。图5表示基于由运算装置10所决定的NC数据、对焊料喷射速度以及与印刷基板相对的喷头的高度进行控制从而执行焊接的焊接装置25。
在以微型计算机为主要部分而构成的运算装置10的输入端上,连接有在对焊接对象即印刷基板进行设计制作时所使用的基板设计CAD系统21、以及对在印刷基板上进行安装的安装位置和元器件的信息进行管理的元器件信息系统22。在运算装置10的输出端上,连接有图5所示的焊接装置25。而且,在运算装置10上,连接有对利用焊接进行安装已经结束的印刷基板进行检查的焊接检查设备23、以及对焊接前和焊接中的印刷基板的翘曲进行检测的基板翘曲传感器24。
运算装置10的结构如下。
运算装置10包括连接盘信息获取单元11、元器件信息获取单元12、热容量计算单元13、喷头种类决定单元14、焊料喷射速度计算单元15、喷头动作决定单元16、喷头高度修正单元17、以及NC数据输出单元18。
连接盘信息获取单元11从基板设计CAD系统21获取连接盘信息D1。图2(a)是由连接盘信息获取单元11所获取到的连接盘信息D1的例子。在连接盘信息D1中,包括对于焊接部位的连接盘位置的、离开基板原点的X方向和Y方向的位置、X方向和Y方向的外形尺寸、面积、厚度、比重、以及比热等。
元器件信息获取单元12从元器件信息系统22获取元器件信息D2。图2(b)是由元器件信息获取单元12所获取到的元器件信息D2的例子。在元器件信息D2中,包括对于焊接部位的元器件位置的、离开基板原点的X方向和Y方向的位置、X方向和Y方向的外形尺寸、面积、长度、比重、以及比热等。
热容量计算单元13根据从连接盘信息获取单元11输出的连接盘信息D1、以及从元器件信息获取单元12输出的元器件信息D2,对焊接部位的热容量进行计算。
例如,在图2中,通过下式进行计算,即:
焊接部位的热容量=连接盘热容量+元器件的引线部的热容量
连接盘热容量=面积×厚度÷1000×比重×比热
元器件的引线部的热容量=面积×长度÷1000×比重×比热
这里,元器件的热容量是指元器件的引线部分的热容量。以下,将引线部分的热容量称为元器件热容量。
另外,在也想考虑元器件的主体信息的热容量的情况下,可以通过下式进行计算,即:
元器件主体热容量=面积×厚度÷1000×比重×比热×系数
再与焊接部位的热容量相加。所谓元器件主体热容量,是指与元器件的引线部相连接的元器件主体部分的热容量。若计算中不仅包含元器件热容量,连元器件主体热容量也包含,则可以进一步求出精度更高的热容量。
另一方面,在无法获取元器件信息D2的情况下,还可以通过“元器件热容量=连接盘信息D1的钻孔孔径×系数×虚拟长度÷1000×比重×比热”,虚拟地计算出元器件热容量。图2(c)表示热容量计算的结果。
喷头种类决定单元14根据从连接盘信息获取单元11所获得的连接盘形状尺寸、以及可以安装于与运算装置10的输出端相连接的图5所示的焊接装置25上的喷头51的喷头信息来决定喷头种类。图3(a)是喷头信息的例子。在喷头信息中,包括形状、喷头孔的X方向的尺寸(孔X尺寸)、喷头孔的Y方向的尺寸(孔Y尺寸)、面积、最大喷射速度、以及喷射量比热量系数。喷头种类选择为例如满足“连接盘信息D1的外形尺寸的最大值≤喷头信息的孔尺寸”的喷头中的面积最小的喷头。
另外,焊料喷射小于喷头孔,从而可以利用喷头高度将进行焊接的连接盘面积控制在规定范围内。在图2(a)的连接盘信息D1的情况下,由于在连接盘的X、Y外形尺寸中,最大外形为10mm,因此,选择X、Y孔尺寸中的任意一个尺寸在10mm以上的喷头中的面积最小的N-R1005喷头。这里,喷头孔尺寸X、Y中的任意一个尺寸在10mm以上即可的原因是,由于可以对喷头的角度进行控制,因此,即使在只有一个尺寸较大的情况下也可以使用。
焊料喷射速度计算单元15根据从热容量计算单元13输出的焊接部位的热容量、从喷头种类决定单元14输出的喷头种类、以及预热温度,对焊料喷射速度和焊接时间进行计算。例如,通过下式进行计算,即:
焊接升温=焊接温度-预热温度
焊接所需要的热量=焊接升温×焊接部位的热容量
焊料喷射速度=标准喷射速度系数×最大喷射速度
焊接时间=焊接所需要的热量÷(焊料喷射速度×喷射量比热量系数)
图3(b)是所计算出的焊料喷射速度和焊接时间的例子。
这里,标准喷射速度系数是喷射速度与可以持续正常流过喷射的、最大喷射速度之比,最大喷射速度是产生喷射的电动机的最大转速。
喷头动作决定单元16根据从连接盘信息获取单元11获得的连接盘位置、以及从焊料喷射速度计算单元15输出的焊接时间,来决定能在确保质量的同时减少焊接时间的、喷头的动作。例如,通过从热容量小的元器件到热容量大的元器件进行焊接,可以实现稳定的质量。即,生成NC数据,以从焊接时间较短的焊接部位到焊接时间较长的焊接部位进行焊接。例如,在图3(b)中,最好按照焊接时间0.40秒、0.72秒、2.16秒的顺序进行焊接。由此,可以减小各点间的所需要的热容量之差而逐渐地施加热量,从而使质量稳定。
首先,对X01-01的焊接位置进行焊接。从连接盘信息D1的Y外形尺寸可知为纵向较长的连接盘形状。由于连接盘位置以连接盘中心坐标来表示,因此,将向Y负方向移动Y外形尺寸/2(5/2)=2.5mm的位置设为喷头的开始位置(X:124mm、Y:46.5mm),将向Y正方向移动2.5mm的位置设为喷头的结束位置(X:124mm、Y:51.5mm)。设焊接高度为元器件信息D2的焊接长度(2mm)+间隔(例如0.5mm)=2.5mm。这里,所谓焊接长度,是指以基板面为基准、从该位置到需要进行焊接的元器件的引线前端为止的长度。设移动速度为移动距离/焊接时间=5mm/0.4s=12.5mm/s。另外,由于连接盘X外形尺寸为3mm,喷头短边尺寸在Y方向上为5mm,因此,将喷头角度设为90度。这里,所谓喷头角度,是将用喷头信息所定义的状态设为0度。由于喷头具有旋转机构,因此,将相对于0度的旋转角度设为喷头角度。X方向与基板移动的方向相同。
在喷头形状的X方向和Y方向的尺寸不同的情况、或在方形喷头的情况下,对喷头角度进行调整,使连接盘形状包含在喷头形状之内。对该例子来说,由于连接盘纵向较长,而喷头横向较长,因此,使喷头旋转90度以将其控制在纵向较长状态。将移动时高度设为2.5mm。下一个焊接部位提取焊接时间为0.72秒的焊接部位之中的、与X01-01最接近的焊接部位,从而对CN02-02的焊接位置进行焊接。根据连接盘信息D1的外形尺寸,设喷头开始位置与结束位置相同。将焊接高度设为元器件信息D2的焊接长度(2mm)+间隔(例如0.5mm)=2.5mm。由于喷头不需要移动,因此在焊接时间内进行待机。
另外,由于连接盘XY外形尺寸为8mm,因此,将喷头角度设为0度。将移动时高度设为2.5mm。同样地,对CN02-01、R01-01、R01-02的焊接位置进行焊接。图4表示NC数据的例子。
另外,利用焊接检查设备23对在上述预先计算出的条件(NC数据)下进行焊接的基板进行了检查,喷头动作决定单元16获取到该检查的检查结果,在判断为焊接位置不良的情况下,根据该不良状态对喷头动作进行修正。例如,在焊料桥接不良状态的情况下,在移动时使高度进一步向下方移动(例如4.0mm),以抑制焊接位置移动时的焊料喷射的影响。另一方面,在焊料较少的不良状态的情况下,根据作为检查结果的焊接形状尺寸测定数据,使焊接喷头向焊料较少部位的移动延长(例如+1.0mm),以增加焊料喷射量。
此外,在对喷头动作进行修正后,也可以再次进行检查,并进行修正。
喷头高度修正单元17基于从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲信息,对喷头动作决定单元16所决定的喷头的动作进行修正。具体而言,是基于从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲信息,对喷头动作决定单元16所决定的喷头高度进行修正。例如,在所获取到的基板翘曲信息为焊接位置R01-01、+1mm的情况下,由于向上方(=在以基板30的下表面为原点的情况下高度的负方向)翘曲1mm,因此,进行修正,使焊接高度为2.5mm-1mm=1.5mm。
NC数据输出单元18以焊接装置25能读入的格式输出如上所述那样生成的NC数据。
基于图5(a)、(b)以及图6、图7,对基于从NC数据输出单元18输出的NC数据而运行的焊接装置25的结构进行说明。
在图5(a)中,喷头51相对于固定的印刷基板30向右侧移动来进行焊接。在贯穿设置于印刷基板30的连接盘31的元器件孔中,插入设置有元器件42的引线部41。在贯穿设置于印刷基板30的连接盘32的元器件孔中,插入设置有元器件44的引线部43。在贯穿设置于印刷基板30的连接盘33的元器件孔中,插入设置有元器件46的引线部45。
以NC数据的顺序的升序,利用从前端喷出焊料喷射52的喷头51进行焊接。此外,焊接装置25基于焊料喷射速度计算单元15的结果,将各个焊接部位上的焊料喷射52的速度控制为适当值。
使位于原点的喷头51沿垂直方向、水平方向移动,在移动到作为第一焊接部位的焊接开始位置的连接盘31的附近之后,移动到焊接高度。由此,焊料喷射52只在指定的时间与连接盘31和引线41相接触而进行焊接。图5(b)表示喷头51的垂直移动和水平移动。由于这种情况下的连接盘31的大小小于或等于使用中的喷头51的直径,因此,到达连接盘31的下方位置的喷头51向连接盘31的中心位置上升,在上升位置使焊料喷射52只在指定的时间与连接盘31和引线41相接触,之后喷头51下降到焊料喷射52不与印刷基板30相接触的位置。朝着下一个焊接部位的喷头51以该下降的状态进行水平移动。
由于下一个焊接部位的连接盘32的大小大于使用中的喷头51的直径,而且热容量较大,因此,喷头51在移动到连接盘32和引线43的焊接开始位置之后,上升至焊接高度。然后,喷头51保持上升位置不变,以指定的移动速度向焊接结束位置进行水平移动并进行焊接。到达焊接结束位置的喷头51下降到焊料喷射52不与印刷基板30相接触的位置。朝着下一个焊接部位的喷头51以该下降的状态进行水平移动。
由于下一个焊接部位的连接盘33的大小大于使用中的喷头51的直径,而且热容量较大,因此,在移动到连接盘33和引线45的焊接开始位置之后,移动至焊接高度。然后,以指定的移动速度移动至焊接结束位置并进行焊接。
这样,从热容量较小的焊接部位按顺序向热容量较大的部位进行焊接,从而可以使焊料喷射稳定以确保焊接质量。
用图6对从焊接检查设备23获取的检查结果为在连接盘32和引线43的焊接部位上因焊料不足而产生焊接不良的情况下的动作进行说明。
根据作为焊接检查设备23中的测定结果的焊接形状尺寸测定数据,利用喷头动作决定单元16判明在焊接结束位置附近焊料较少的情况下,在下一次对同一部位进行焊接时,喷头动作决定单元16如图6(a)所示,在焊接开始位置上使喷头51上升至比以虚拟线所示的正常高度要高规定高度(例如1.0mm)的位置,并使喷头51保持该比正常位置要高1.0mm的上升位置不变而水平移动到焊接结束位置。然后,在将喷头51在焊接结束位置上保持正常的待机时间之后,使喷头51开始向焊料喷射52不与印刷基板30相接触的位置下降,从而来改善焊料不足的焊接不良。
另外,如图6(b)所示,在下一次对同一部位进行焊接时,在焊接开始位置上,使喷头51上升至以实线所示的正常高度。然后,进行水平移动,使到达以虚拟线所示的正常的结束位置的喷头51在同一位置上以比正常的待机时间要长规定时间(例如+0.1秒)的时间进行待机之后,再使喷头51开始向焊料喷射52不与印刷基板30相接触的位置下降,从而来改善焊料不足的焊接不良。
在上述说明中,在因焊料不足而发生焊接不良的情况下,通过使喷头51上升得比正常的高度要高,防止了焊接不良,但也可以将喷头51的高度保持为正常高度不变,而使喷头动作决定单元16根据能从焊接检查设备23获取到的焊接的测定结果,对焊料喷射52的高度进行修正,从而预先防止焊接不良。具体而言,在喷头动作决定单元16判断为因焊料不足而导致焊接不良的情况下,下一次对同一焊接部位进行数据修正,从而根据焊料不足的程度,使得在使喷头51上升至正常高度的情况下的焊料喷射52的高度比正常高度要高。以该修正后的焊料喷射52的高度,使喷头51水平移动到焊接结束位置。另外,由于每种喷头的这种焊料喷射高度与焊料喷射速度之间的关系都不相同,因此,喷头动作决定单元16分别准备了转换式以进行计算。
在上述说明中,根据焊接结果,对喷头51的高度或焊料喷射52的高度进行控制,从而防止了焊接不良,但也可以根据焊接结果,同时对喷头51的高度以及焊料喷射52的高度这两者适当地进行控制,从而防止焊接不良。
用图7(a)、(b)对在连接盘32和引线43的焊接部位上发生基板翘曲的情况下的动作进行说明。
在印刷基板30如图7(a)所示向上方翘曲的情况下,当保持喷头51的上升高度为正常高度不变时,焊料喷射52与焊接部位的连接盘32和引线43之间的接触不足。因此,在喷头高度修正单元17根据从基板翘曲传感器24获得的基板翘曲信息判断为向上方翘曲1.0mm的情况下,喷头高度修正单元17如图7(b)所示,根据印刷基板30的翘曲量,使焊接开始位置的喷头51上升得比正常的高度要高,在这里为比正常的高度要高1.0mm,从而预先防止焊接不良。
此外,在对运算装置10未附加基板翘曲传感器24的情况下,也可以从别的装置获得基板翘曲的信息以进行修正。最好是用基板翘曲传感器24对焊接位置上的基板的翘曲进行测定。
如上所述,对以下内容进行了说明:即,基于作为从基板设计CAD系统21和元器件信息系统22获取的设计信息的、连接盘信息D1和元器件信息D2,在短时间内可以生成成为基准的NC数据。而且,通过将从焊接检查设备23、基板翘曲传感器24等测定装置获取的结果反映于NC数据,可以生成能在短时间内实现高质量的焊接的NC数据,从而可以保持焊接部位的高质量,并能缩短生产时间。
在上述说明中,在判断为印刷基板30向上方翘曲的情况下,通过使喷头51上升得比正常高度要高而防止了焊接不良,但也可以将能从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲信息如图1中虚拟线所示那样输入至喷头动作决定单元16,以代替将能从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲信息如图1中实线所示那样输入至喷头高度修正单元17,使喷头动作决定单元16根据能从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲信息,对焊料喷射52的高度进行修正,从而预先防止焊接不良。具体而言,在喷头动作决定单元16从基板翘曲传感器24获取的焊接部位的基板翘曲信息的内容是向上方翘曲的情况下,对数据进行修正,从而根据从基板翘曲传感器24获取的基板翘曲量,使得在使喷头51上升至正常高度的情况下的焊料喷射52的高度上升得比正常高度要高。以该修正后的焊料喷射52的高度,使喷头51水平移动到焊接结束位置。然后,在将喷头51在焊接结束位置上保持正常的待机时间之后,一边使喷头51开始向焊料喷射52不与印刷基板30相接触的位置下降,一边使焊料喷射速度恢复到指定速度,从而来改善焊料不足的焊接不良。另外,由于每种喷头的这种焊料喷射高度与焊料喷射速度之间的关系都不相同,因此,喷头动作决定单元16分别准备了转换式以进行计算。在像这样以正常高度对喷头51的高度进行控制而不管基板翘曲信息如何、并根据基板翘曲信息对焊料喷射52的高度进行控制的情况下,可以向NC数据输出单元18提供喷头动作决定单元16的输出,而无需图1所示的喷头高度修正单元17。
在上述说明中,根据基板翘曲信息对喷头51的高度或焊料喷射52的高度进行控制,从而防止了焊接不良,但也可以使喷头动作决定单元16和喷头高度修正单元17从基板翘曲传感器24获取基板翘曲信息,并根据基板翘曲的状况,同时对喷头51的高度和焊料喷射52的高度这两者适当地进行控制,从而防止焊接不良。
如上所述,基于作为从基板设计CAD系统21和元器件信息系统22获取的设计信息的、连接盘信息D1和元器件信息D2,在短时间内可以生成成为基准的NC数据。而且,通过将从焊接检查设备23、基板翘曲传感器24等测定装置获取的结果反映于NC数据,可以生成能在短时间内实现高质量的焊接的NC数据,从而可以保持焊接部位的高质量,并能缩短生产时间。
在上述说明中,在将到达焊接结束位置的喷头51移动到下一个焊接部位时,在使喷头51下降从而使焊料喷射52不与印刷基板30相接触之后,使喷头51进行水平移动,并使其在焊接开始位置上升,但在焊接结束位置与下一个焊接位置之间没有会成为障碍的东西的情况下,在移动到下一个焊接部位时,可以使喷头51不下降而向下一个焊接开始位置水平移动,从而更迅速地实现焊接。
在上述各实施方式中,运算装置10从基板设计CAD系统21获取连接盘信息D1,并从元器件信息系统22获取元器件信息D2,但也可以从安装工程系统获取连接盘信息D1,或从安装工程系统、安装设备NC数据、以及检查设备数据获取元器件信息D2。
这里,安装工程系统是将CAD数据作为输入并对基板布线规则、元器件相邻干涉等进行检查从而在生产前提出基板及元器件的问题的系统。