JP2004337911A - 光加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被はんだ付け部位の半田位置を検出し、適正量のはんだの送給を可能とする光半田付け装置を提供する。
【解決手段】光エネルギーを出力する光エネルギー出力手段１と、前記光エネルギーを被加工物６に導く第１の光路２と、前記第１の光路に配置した光エネルギーを整形する光学手段４と、前記光路の一部を共有し、かつ、前記被加工物からの光を受光手段８に導く第２の光路９と、少なくとも前記光学手段と被加工物の相対位置を変更する駆動手段１０と、被加工物の被加工部位近傍へ糸はんだを送給する糸はんだ送給手段１１を備え、少なくとも前記糸はんだの先端部分の位置を検出する糸はんだ先端位置検出手段を設け、被加工部位に糸はんだの先端部分が位置しないときに未はんだを検出する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エネルギーを使用する光加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光エネルギーによる加工手段においては、光エネルギーを出力する光エネルギー出力手段と、前記光エネルギーを被加工物に導く第１の光路と、前記第１の光路に配置した光エネルギーを整形する光学手段と、前記光路の一部を共有し、かつ、前記被加工物からの光を受光手段に導く第２の光路と、少なくとも前記光学手段と被加工物の相対位置を変更する駆動手段と、被加工物の被加工部位近傍へ糸はんだを送給する糸はんだ送給手段を備え、前記糸はんだの先端部分の位置検出は設けず、はんだ送給量を、送給時間と送給速度で決めていた。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のはんだ付けに対するはんだ送給方法は、被加工物の被加工部位にてはんだの先端部位の位置検出はしておらず、はんだの先端部分が被加工部位に対し短くても、長くても、ある決められたはんだ送給時間、送給速度にてはんだが供給される。このため被加工部位に適正量のはんだが送給されず、過剰はんだ、または、未はんだとなり品質確保が困難であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、光エネルギーを出力する光エネルギー出力手段と、前記光エネルギーを被加工物に導く第１の光路と、前記第１の光路に配置した光エネルギーを整形する光学手段と、前記光路の一部を共有し、かつ、前記被加工物からの光を受光手段に導く第２の光路と、少なくとも前記光学手段と被加工物の相対位置を変更する駆動手段と、被加工物の被加工部位近傍へ糸はんだを送給する糸はんだ送給手段を備え少なくとも前記糸はんだの先端部分の位置を検出する糸はんだ先端位置検出手段を設け、被加工部位に糸はんだの先端部分が位置しないときに未はんだを検出することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１、９、１０を用いて説明する。
【０００７】
１は光エネルギーを出力する光エネルギー出力手段であり、加工エネルギー源。２は光エネルギーを被加工物に導く光エネルギーの（第１の）光路を示す。３はハーフミラーであり、光エネルギーの波長成分を透過させ、可視光成分を反射させる特性をもつ。４は光エネルギーを整形する光学手段であり、光エネルギー出力手段から出る光を必要なビーム径に集光する。その集光特性は光エネルギー光源の発散特性に合わせて設定されている。５は着脱可能な保護ガラスであり、加工時に発生する異物が光学手段４に付着することを防ぐ。異物付着により光エネルギー出力が低下した場合に保護ガラス５を交換することで、光出力を回復させ、メンテナンスを容易にする。６は本装置の加工対象である被加工物。７は被加工物の光を受光手段に導くためのミラー。８は被加工物の画像と糸はんだ先端部位を見るための受光手段。９は受光手段の光路を示す。これら光エネルギー出力手段１から第２の光路９で加工ヘッドを構成している。１０は被加工物と光学手段４との相対位置を変えるための駆動手段。１１は糸はんだ送給装置。１２は糸はんだの先端形状を検出する先端形状検出手段である。
【０００８】
以上のように構成された光加工装置について、その動作を説明する。
【０００９】
まず光エネルギー出力手段１から出た光は第１の光路２に沿ってハーフミラー３を透過し、光エネルギー整形手段４に入り、ここで必要な大きさに集光され、保護ガラス５を経て、被加工物上６に照射される。この集光された光で被加工物６を加工する。被加工物６で反射した光は保護ガラス５、光学手段４を経てハーフミラー３で第２の光路９に反射し、ミラー７で再度反射後、受光手段８に入る。光エネルギーを集光して局所加熱を行うため、被加工物に対する熱影響を抑えられ、加工ヘッドと被加工物を相対移動させる駆動手段１０を設けているため、加工領域を拡大することができる。また、糸はんだ送給手段１１を設けているので、加工ヘッドによって光ビームを被加工物の所定の部位に照射し、加熱された照射部位にはんだを送り込み、はんだ付け加工を行うことができる。被加工部位にはんだ付けする前もしくは後に先端形状検出手段１２により、糸はんだノズル１３から送給されるはんだ１４の先端が図１０に示すような正常な場合は適正な位置にあるとして判定し、はんだ１４の先端が図１１に示すような以上の場合には適正な位置にないとして判断し未はんだとして検出する。
【００１０】
この構成により、適正量のはんだを送給することができ、過剰はんだ、未はんだを防ぎ、被加工物に適したはんだ付け条件が実現でき高品質はんだ付けが行うことができる。
【００１１】
なお、光エネルギーの具体例としてレーザ、ランプ、受光手段としてはカメラ、先端形状検出手段として画像認識装置、画像補正手段としてレンズがある。
【００１２】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について図２を用いて説明する。
【００１３】
図において、光エネルギー出力手段１からはんだ１４は実施の形態１と同じ構成なので、その説明を省略する。
【００１４】
本実施の形態では、加工ヘッドが被加工物６に対して重力の働く方向で下側に配置されており、被加工物６の下側面を加工することができるようになっている。
【００１５】
本構成および配置により、被加工物６の加工面が下側にあっても、被加工物６を反転させる必要がないので反転装置が不要になり、被加工物６の反転に伴う位置ズレ、被加工部およびその上に搭載された部品等の脱落の恐れがなくなる。
【００１６】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について図３を用いて説明する。
【００１７】
図において、光エネルギー出力手段１からはんだ１４は実施の形態１と同じ構成なので、その説明を省略する。
【００１８】
本実施の形態では、受光手段８により得られた被加工物６の画像を表示する表示手段１５と、加工ヘッドの位置を検出する認識手段１６と、加工位置検出手段１７を設けている。
【００１９】
加工位置検出手段１７は加工ヘッド位置認識手段１６の情報から加工ヘッドから照射される光ビームの位置を検出する。この信号は表示手段１５に送られ、画像として表示される。また被加工物６の画像は受光手段８により電気信号に変換され、表示手段１５により被加工物６の加工部位の画像として表示される。この表示画像により加工部位が小さい、または加工部位が被加工物の下側にあるために肉眼では見ることが困難な加工部位であっても容易に観察することができ、またその位置にずれがある場合でも容易に確認することができ、位置教示および修正確認作業が容易に行うことができるものである。
【００２０】
なお、加工位置検出手段の具体例としてコンピュータ、表示手段としてＣＲＴ、ＬＣＤ表示装置がある。
【００２１】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００２２】
図において光エネルギー出力手段１から加工位置検出手段１７の構成は実施の形態３と同じなので、その説明を省略する。
【００２３】
本実施の形態では、位置検出修正手段１８を設けている。
【００２４】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００２５】
加工位置検出手段１７は加工ヘッド位置認識手段１６の情報から前記加工ヘッドから照射される光ビームの位置を検出する。この信号は表示手段１５に送られ、画像として表示される。また被加工物６の画像は受光手段８により電気信号に変換され、表示手段１５により被加工物６の加工部位の画像として表示される。ここで加工位置検出修正手段１８は前記受光手段８による被加工物６の加工部位の位置と前記加工ヘッドから照射される光ビームの位置と差を検知し、その情報を加工位置検出手段１７に送る。加工位置検出手段１７はこの誤差位置情報により駆動手段１０により位置誤差がなくなるように前記加工ヘッドを位置決めさせ、加工ヘッドの光エネルギー出力手段１を操作して加工を行う。この位置検出、修正動作により、被加工物の位置決め精度が低くても、加工位置精度を確保することが可能である。
【００２６】
なお、加工ヘッド位置認識手段の具体例として駆動手段のエンコーダ、位置検出修正手段として画像認識装置がある。
【００２７】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００２８】
図において光エネルギー出力手段１から位置検出修正手段１８の構成は実施の形態４と同じなので、その説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態では、画像記憶手段１９を設けている。
【００３０】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００３１】
加工位置検出手段１７は加工ヘッド位置認識手段１６の情報から前記加工ヘッドから照射される光ビームの位置を検出する。この信号は表示手段１５に送られ、画像として表示される。また被加工物６の画像は受光手段８により電気信号に変換され、表示手段１５により被加工物６の加工部位の画像として表示される。加工ヘッドは被加工物６に対し重力の働く方向に設置されており、駆動手段１０により、加工ヘッドと被加工物６の相対位置を変えることができる。画像記憶手段１７には被加工物６の画像データが記憶されている。画像記憶手段１７はその画像を表示手段１３に表示する。現在の光ビーム照射位置もまた加工位置検出手段１５により表示手段１３に表示される。この画像記憶手段により、被加工物の画像を見ながら加工部位の教示をオフラインでも行うことができるようになる。
【００３２】
画像データの具体例としてＣＡＤデータ、スキャナ画像またはカメラ画像がある。
【００３３】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態について図５を用いて説明する。
【００３４】
図において光エネルギー出力手段１から画像記憶手段１９の構成は実施の形態５と同じなので、その説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態では、光学手段４によって歪んだ画像を補正するための画像歪み修正手段２０をミラー７と受光手段８の間に設けている。
【００３６】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００３７】
被加工物６から出た光は保護ガラス５、光学手段４を経てハーフミラー３で第２の光路９に反射し、ミラー７で再度反射後、画像歪補正手段２０を経て、受光手段８に入る。この受光手段８の前に配置した画像歪修正手段２０により、画像のひずみが小さくすることができ、教示や修正確認作業時、認識補正時にも精度を低下される恐れがない。
【００３８】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態について図６を用いて説明する。
【００３９】
図において光エネルギー出力手段１から画像歪み修正手段２０の構成は実施の形態６と同じなので、その説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態では、付着物を判定するための数種類の異なる色彩の付着物判定部位２１を設けている。
【００４１】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００４２】
駆動手段１０により、被加工物６及び付着物判定部位２１と加工ヘッドとの相対位置を変えることができるので、加工ヘッドを付着物判定部位２１まで移動後、付着物の付着状況を前記受光手段８で検出する。付着状況によっては、加工前にエラー停止することで、作業者にメンテナンス作業の必要性を訴えることができる。こうして、保護ガラス５が常に正常な状態で加工することができ、高品質で安定したはんだ付け加工を継続することが可能である。なお、付着物判定には、数種類の異なる色彩の判定パターンを用意しておくことで、様々な付着状態にも対応可能である。
【００４３】
（実施の形態８）
本発明の第８の実施の形態について図７を用いて説明する。
【００４４】
図において光エネルギー出力手段１から付着物判定部位２１の構成は実施の形態７と同じなので、その説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態では、はんだ先端部の適正な状態に保つため、不要部分を捨てはんだとして溶融付着させるためのはんだ溶融部位２２と、はんだ溶融部位２２をはんだ融点以上に加熱するためのはんだ溶融部位加熱手段２３を設けている。
【００４６】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００４７】
先端形状検出手段１２により、糸はんだの先端形状状態を判定し、異常と判定された場合、駆動手段１０により、糸はんだ先端部をはんだ溶融部位に移動させ、はんだ溶融部位加熱手段２３によりはんだ融点以上に加熱されたはんだ溶融部位２２に接近させ、糸はんだ供給手段１１により糸はんだを送給し、はんだ溶融部位に押し当てることで、先端の不要な部位をはんだ溶融部位２２に溶融、付着させる。このとき、半田溶融部位はあらかじめ加熱しておいてもよく、あるいは、必要時のみ急速加熱を加えて融点以上に加熱するということでもよい。
【００４８】
こうして、糸はんだ先端状態を常に正常な状態で保つことができ、高品質で安定したはんだ付け加工を継続することが可能である。
【００４９】
（実施の形態９）
本発明の第９の実施の形態について図８を用いて説明する。
【００５０】
図において光エネルギー出力手段１からはんだ溶融部位加熱手段２３の構成は実施の形態８と同じなので、その説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態では、不要はんだ落下防止部２４を設けている。
【００５２】
本構成による光加工装置について、その動作を説明する。
【００５３】
糸はんだ先端部が異常な状態で、特に、折れ曲がったような場合にそのまま、はんだ溶融部位２２に押し当てた場合、折れ曲がり部のみ溶融することになり、折れ曲がった糸はんだ先端部が下に落下してしまうおそれがあるが、前記不要はんだ落下防止部２４により、それを受け止める構造になっているため、保護ガラスなどに付着することがない。こうして、糸はんだ先端状態を正常な状態で保ちながら、その他の部位も正常状態に保ちながら、高品質で安定したはんだ付け加工を継続することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、糸はんだ先端部分の位置検出をもたせることで、適正量のはんだを送給することができ、過剰はんだ、未はんだを防ぎ、被加工物に適したはんだ付け条件が実現でき高品質はんだ付けが行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における説明図
【図２】本発明の実施の形態２における説明図
【図３】本発明の実施の形態３における説明図
【図４】本発明の実施の形態４、５における説明図
【図５】本発明の実施の形態６における説明図
【図６】本発明の実施の形態７における説明図
【図７】本発明の実施の形態８における説明図
【図８】本発明の実施の形態９における説明図
【図９】糸はんだ先端形状が正常状態の場合の説明図
【図１０】糸はんだ先端形状が異常状態の場合の説明図
【符号の説明】
１ 光エネルギー出力手段
２ 第１の光路
３ ハーフミラー
４ 光学手段
５ 保護ガラス
６ 被加工物
７ ミラー
８ 受光手段
９ 第２の光路
１０ 駆動手段
１１ 糸はんだ送給手段
１２ 先端形状検出手段
１３ 糸はんだノズル
１４ はんだ

Claims (9)

1. 光エネルギーを出力する光エネルギー出力手段と、前記光エネルギーを被加工物に導く第１の光路と、前記第１の光路に配置した光エネルギーを整形する光学手段と、前記光路の一部を共有し、かつ、前記被加工物からの光を受光手段に導く第２の光路と、少なくとも前記光学手段と被加工物の相対位置を変更する駆動手段と、被加工物の被加工部位近傍へ糸はんだを送給する糸はんだ送給手段を備え少なくとも前記糸はんだの先端部分の位置を検出する糸はんだ先端位置検出手段を設け、被加工部位に糸はんだの先端部分が位置しないときに未はんだを検出する光加工装置。
2. 少なくとも前記光学手段と第２の光路と受光手段を保持する加工ヘッドを、被加工物に対して重力の働く方向に配置した請求項１記載の光加工装置。
3. 少なくとも前記被加工物の被加工部位を示す画像を表示する表示手段と、少なくとも前記光学手段により整形された光エネルギーが被加工物に照射されたときに光エネルギーが位置する被加工物の部位を導き出す加工位置検出手段と、前記加工位置検出手段で導き出した加工位置を、被加工物の被加工部位に対応して前記表示手段に表示する請求項１または２記載の光加工装置。
4. 加工位置検出手段は、少なくとも前記光学手段と第２の光路と画像歪修正手段と受光手段を保持する加工ヘッドの位置を検出するセンサーと、前記光学手段により整形された光エネルギーが被加工物に照射されたときに光エネルギーが位置する被加工物の部位と前記センサーの位置との差をオフセットする位置検出修正手段を備えた請求項３記載の光加工装置。
5. 前記被加工物の被加工部位を示す画像を予め記憶する記憶手段を設けた請求項３または４記載の光加工装置。
6. 前記第２の光路の前記第１の光路とは異なる位置で、かつ、前記受光手段の前に画像歪修正手段を設けた請求項１から５の何れかに記載の光加工装置。
7. 前記光学手段に付着する付着物と異なる色彩の判定部位を設け、光学手段を前記判定部位に位置させて光学手段への付着物の付着状況を前記受光手段で検出する請求項１から６の何れかに記載の光加工装置。
8. 前記糸はんだの先端部分の形状を検出する糸はんだ先端形状検出手段と、前記被加工部位とは異なる位置に配置したはんだ溶融部位を設け、前記糸はんだの先端部分が不要なときに駆動手段で糸はんだの先端を前記はんだ溶融部位へ移動させ、光エネルギーを糸はんだの先端部分に照射する請求項１から７の何れかに記載の光加工装置。
9. はんだ溶融部位は、溶融した糸はんだを保持する部材で形成した請求項８記載の光加工装置。

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