JP2007190576A - Laser type soldering apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、レーザーを使用してICやLSIなどの電子部品やその他のワークを精密にはんだ付けするためのレーザー式はんだ付け装置に関するものである。 The present invention relates to a laser soldering apparatus for precisely soldering electronic parts such as IC and LSI and other workpieces using a laser.
レーザーを使用してはんだ付けする技術は既に公知である。この技術は、投射ヘッドからプリント基板等のはんだ付けポイントに向けてレーザービームを投射し、このレーザービームの熱で糸はんだを溶融させてはんだ付けするもので、非接触ではんだ付けを行うことができるという利点がある。 The technique of soldering using a laser is already known. In this technology, a laser beam is projected from a projection head toward a soldering point on a printed circuit board, etc., and the solder is melted and soldered by the heat of this laser beam. There is an advantage that you can.
ところで、一般にはんだ付けの良否は、はんだ付け時の加熱温度によって大きく左右され、加熱温度が高すぎても低すぎてもその品質は低下する。また、レーザービームを正しくはんだ付けポイントに投射することと、このはんだ付けポイントに糸はんだを正確に送り込むことも、はんだ付けの品質を高める上で重要である。 By the way, generally the quality of soldering is greatly influenced by the heating temperature at the time of soldering, and the quality deteriorates even if the heating temperature is too high or too low. In addition, it is important to improve the quality of soldering by correctly projecting the laser beam to the soldering point and accurately feeding the thread solder to the soldering point.
ところが、レーザーを使用してはんだ付けを行う場合、レーザーはエネルギー量であるため、レーザービームの投射によってはんだ付けポイントの温度が実際に何度になっているかを知ることは困難である。また、同じ形状を有する複数のワークを次々にはんだ付けする場合、通常は、最初のワークでティーチングを行って基準設定を行ったあと、その設定のまま後続のワークを次々にはんだ付けするが、ワーク相互間で基板に対するセット位置が僅かにずれている場合もあり、その場合には、はんだ付けポイントに対するレーザービームの投射位置や糸はんだの供給位置がずれ、不良はんだを生じることになる。 However, when performing soldering using a laser, since the laser is the amount of energy, it is difficult to know how many times the temperature of the soldering point is actually due to the projection of the laser beam. Also, when soldering multiple workpieces with the same shape one after another, usually, after performing teaching with the first workpiece and setting the reference, the subsequent workpieces are soldered one after another with that setting. In some cases, the set position with respect to the substrate is slightly shifted between the workpieces. In this case, the projection position of the laser beam relative to the soldering point and the supply position of the thread solder are shifted, resulting in defective solder.
一方、特許文献1には、レーザーを使用して被溶接材を溶接する際に、溶接部付近から放射される赤外線を受光することによって該溶接部の温度を検出し、検出された温度の時間的特性に基づいて溶接の良否を判定する技術について開示されている。
しかし、この技術は、検出された温度によって溶接結果の良否を判定するだけで、溶接温度を適正な温度に保つことはできない。しかも、はんだ付け装置ではないため、糸はんだを供給するための機構を備えていない。従って、この技術をそのままはんだ付け装置に応用することはできない。
However, this technique cannot determine the welding temperature at an appropriate temperature only by determining the quality of the welding result based on the detected temperature. And since it is not a soldering apparatus, the mechanism for supplying the thread solder is not provided. Therefore, this technique cannot be applied to a soldering apparatus as it is.
そこで本発明の目的は、レーザー式のはんだ付け装置において、はんだ付けポイントの温度を測定しかつ制御してはんだ付けを適正な温度で行うことができるようにすると同時に、はんだ付けポイントに対するレーザービームの投射と糸はんだの供給とを正確に行うことができるようにして、はんだ付けの品質を高めることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to measure and control the temperature of a soldering point in a laser type soldering apparatus so that soldering can be performed at an appropriate temperature, and at the same time, the laser beam to the soldering point is The aim is to improve the soldering quality by allowing the projection and the supply of the thread solder to be performed accurately.
上記目的を達成するため、本発明のはんだ付け装置は、レーザービームを出力するレーザー発振器、上記レーザー発振器から出力されたレーザービームをはんだ付けポイントに向けて投射する投射ヘッド、上記はんだ付けポイントに糸はんだを供給するはんだ供給装置、上記投射ヘッドにレーザービームと光軸を一致させて取り付けられたCCDカメラ、該CCDカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、上記レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うための補正信号を制御装置に出力する画像処理装置、はんだ付け時に上記はんだ付けポイントから放射される赤外線を受光することによって該はんだ付けポイントの温度を測定する温度測定装置、上記温度測定装置による測定温度に基づいて上記レーザー発振器の出力及び/又は投射時間を制御するレーザーコントローラ、自動はんだ付けのためにはんだ付け装置全体を制御する上記制御装置、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a soldering apparatus according to the present invention includes a laser oscillator that outputs a laser beam, a projection head that projects the laser beam output from the laser oscillator toward a soldering point, and a yarn that is applied to the soldering point. Based on the solder supply device for supplying the solder, the CCD camera attached to the projection head so that the laser beam and the optical axis coincide, the image data by the CCD camera and the reference setting by teaching, for each soldering object, An image processing apparatus that outputs a correction signal to the control device for correcting the position of the laser beam and the soldering point and correcting the position of the tip of the solder wire with respect to the soldering point, and radiating from the soldering point during soldering The soldering poi by receiving infrared rays A temperature measuring device for measuring the temperature of the solder, a laser controller for controlling the output and / or projection time of the laser oscillator based on the temperature measured by the temperature measuring device, and the whole soldering device for automatic soldering. And a control device.
本発明において好ましくは、上記温度測定装置が、上記はんだ付けポイントから放射される赤外線を上記投射ヘッドを通じてレーザービームの光軸に沿って受光するように構成されていることである。 In the present invention, preferably, the temperature measuring device is configured to receive infrared rays emitted from the soldering point along the optical axis of the laser beam through the projection head.
また、本発明においては、上記CCDカメラが撮像したはんだ付けポイントの画像を映し出すためのモニターを有し、このモニターの画面上には、上記レーザービームの光軸上に位置する照準点が設けられていて、この画面を見ながら上記ティーチングを行うことにより、上記照準点とはんだ付けポイントとの位置合わせと、該はんだ付けポイントに対する糸はんだの先端の位置決めとを行うように構成されていることが望ましい。
この場合、上記レーザー発振器と温度測定装置のうち少なくともレーザー発振器がテスト用の光源を有し、上記ティーチングの際にこの光源から上記レーザービームの光軸に沿ってテスト光をはんだ付けポイントに照射可能なるように構成されていても良い。
In the present invention, there is a monitor for displaying an image of the soldering point imaged by the CCD camera, and an aiming point located on the optical axis of the laser beam is provided on the screen of the monitor. In addition, by performing the teaching while viewing this screen, the alignment of the aiming point and the soldering point and the positioning of the tip of the thread solder with respect to the soldering point may be performed. desirable.
In this case, at least the laser oscillator of the laser oscillator and the temperature measuring device has a test light source, and the test light can be irradiated from the light source to the soldering point along the optical axis of the laser beam during the teaching. You may be comprised so that it may become.
さらに本発明においては、上記温度測定装置による測定温度とCCDカメラによる画像データとに基づいてはんだ付けの良否を判定可能なるように構成することもできる。 Furthermore, in the present invention, it can be configured such that the quality of soldering can be determined based on the temperature measured by the temperature measuring device and the image data obtained by the CCD camera.
本発明によれば、はんだ付けポイントの温度を測定してレーザー発振器の出力及び投射時間を制御することにより、該はんだ付けポイントを適正な温度に保つことができ、この結果、品質の良いはんだ付けを行うことができる。また、CCDカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うため、これによってもはんだ付けの品質を高めることができる。 According to the present invention, by measuring the temperature of the soldering point and controlling the output and projection time of the laser oscillator, the soldering point can be maintained at an appropriate temperature, and as a result, good quality soldering is achieved. It can be performed. Further, based on the image data by the CCD camera and the reference setting by teaching, the position correction of the laser beam and the soldering point and the position correction of the tip of the thread solder with respect to the soldering point are performed for each soldering object. Therefore, the quality of soldering can be improved also by this.
図1は本発明に係るレーザー式はんだ付け装置の好ましい代表的な実施形態を例示するもので、このはんだ付け装置は、多関節型ロボットの作業アームに取り付けるための投射ヘッド1を有し、レーザー発振器2から出力されるレーザービームBを、この投射ヘッド1を通じてはんだ付け対象物(ワーク)3のはんだ付けポイント3aに投射してはんだ付けするものである。
FIG. 1 illustrates a preferred exemplary embodiment of a laser soldering apparatus according to the present invention. This soldering apparatus has a
上記はんだ付け装置はまた、上記レーザー発振器2を制御するためのレーザーコントローラ4と、上記はんだ付けポイント3aに糸はんだ6を供給するためのはんだ供給装置5と、はんだ付け時に上記はんだ付けポイント3aから放射される赤外線を受光することによって該はんだ付けポイント3aの温度を測定する温度測定装置7と、ロボット全体の制御を行う制御装置8とを備えている。
The soldering device also includes a
上記投射ヘッド1は、縦向に配設されて下端に投射口10aを有する円筒形のケーシング10を有し、このケーシング10の内部に、上記レーザービームBの光軸Lに沿って、上下一対の光学レンズ11a,11bと、これらの光学レンズ11a,11bよりも上方の位置にそれぞれ光軸Lに対して45度傾斜するように配設された2つのハーフミラー12,13とを備えている。下方の第1ハーフミラー12は、レーザービームBは反射するが可視光線と赤外線は透過させ、上方の第2ハーフミラー13は、赤外線を反射するが可視光線は透過させるものである。
The
上記ケーシング10の側面の上記第1ハーフミラー12に対応する位置には、レーザー発振器2に通じる光ファイバ15の先端が接続され、この光ファイバ15を通じて上記第1ハーフミラー12にレーザービームBが供給されるようになっている。供給されたレーザービームBは、この第1ハーフミラー12により反射され、上方の第1光学レンズ11aで平行光にされたあと、下方の第2光学レンズ11bで集光されてはんだ付けポイント3aに投射され、糸はんだ6を溶融させてはんだ付けを行う。
上記レーザービームBのビーム径は、径の異なる複数の導光孔を備えたシャッターを通すことによって大小切り換えられるようになっているが、このシャッターの図示は省略されている。なお、このシャッターは、例えば上記投射ヘッド1の側面の上記第1ハーフミラー12に対応する位置に設けることができる。
A tip of an
The beam diameter of the laser beam B can be changed in size by passing through a shutter having a plurality of light guide holes having different diameters, but the illustration of the shutter is omitted. In addition, this shutter can be provided in the position corresponding to the said
また、上記ケーシング10の側面の上記第2ハーフミラー13に対応する位置には、上記温度測定装置7に通じる光ファイバ16の先端が接続され、この光ファイバ16を通じて上記赤外線を受光するようになっている。即ち、はんだ付け時に主として溶けたはんだから放射される赤外線は、上記投射ヘッド1を通じて上記レーザービームBの光軸Lに沿って受光され、2つの光学レンズ11a,11bと第1ハーフミラー12とを透過したあと、上方の第2ハーフミラー13により反射され、光ファイバ15を通じて上記温度測定装置7に送られることにより、該温度測定装置7に内蔵された温度センサで温度が測定される。
A tip of an
上記温度測定装置7からの温度測定信号はレーザーコントローラ4に送られ、測定温度に基づいて、最適なはんだ付けが行われるように上記レーザー発振器2からのレーザー出力や投射時間等が制御される。これらの出力及び投射時間と加熱温度との関係は、予め上記レーザーコントローラ4に設定されており、この設定データと実際の測定温度とに基づいて必要な演算が施され、その演算結果に基づいて測定温度に関連する適正な出力及び/又は投射時間が選択されて上記レーザー発振器2が制御されるようになっている。
このように、はんだ付け時にはんだ付けポイント3aの実際の温度を測定し、適正な温度ではんだ付けが行われるようにレーザー出力や投射時間等を制御することにより、品質の良いはんだ付けを行うことが可能となる。
The temperature measurement signal from the
In this way, high-quality soldering is performed by measuring the actual temperature of the
また、上記投射ヘッド1の上端部には、レーザービームBと光軸Lを一致させてCCDカメラ19が取り付けられている。このCCDカメラ19は、上記2つの光学レンズ11a,11bと2つのハーフミラー12,13とからなる光学系を通じてはんだ付けポイント3aの画像を撮像するもので、このCCDカメラ19で撮像されたはんだ付けポイント3aの画像は、画像処理装置20に取り込まれると共に、モニター21の画面21a上に映し出されるようになっている。
A
上記モニター21の画面21a上には、上記レーザービームBの光軸L上に中心を有する照準点22が表示されている。この照準点22は、上記レーザービームBの位置をビームスポットとして間接的に表示するもので、縦横2本ずつのライン23a,23a及び23b,23bで囲まれた矩形の領域で表されている。この照準点22は、上記2つのライン23a,23a及び23b,23bの間隔を変えることにより、上記シャッター等で決められたレーザービームBの実際のビーム径に合わせて大きさを変更可能であると共に、画面上の位置を移動可能である。
しかし、上記照準点22は、上述したように交叉する縦横2本のラインで区画したものである必要はなく、線で円や四角形などに囲んだものであっても良い。
On the
However, the aiming
そして、ティーチング時に、図2に示すように、上記画面21a上で照準点22(ビームスポット)とはんだ付けポイント3a及び糸はんだ6の先端との位置関係を観察しながら、制御装置8で上記投射ヘッド1と上記はんだ付け対象物3が搭載されているテーブル26とを相対的に変位させると共に、上記はんだ供給装置5を制御して糸はんだ6の延出長さ及び位置を調整することにより、上記照準点22とはんだ付けポイント3a及び糸はんだ6の先端の位置が、図2(a)に示す未調整の状態から、同図(b)示すように、上記照準点22とはんだ付けポイント3aとが適正な割合で重なり合うように位置合わせされると共に、このはんだ付けポイント3a(従って照準点22)に対して糸はんだ6の先端6aが適正な間隔を保つように位置決めされる。
Then, at the time of teaching, as shown in FIG. 2, while observing the positional relationship between the aiming point 22 (beam spot), the
なお、上記ティーチングの模様は上記モニター21の画面21a上で確認することができるが、その際、分かり易いように、上記レーザー発振器2にLEDなどのテスト用の光源28を設け、この光源28からのテスト光28aを、上記光ファイバー15から上記光学系を通じてはんだ付けポイント3aにビームスポットとして照射することができる。これにより、エネルギーの大きいレーザービームBをティーチング時に実際に投射する必要がないので、安全である。なお、上記テスト光の照射は、ティーチングが終了すると停止される。
The teaching pattern can be confirmed on the
一方、上記温度測定装置7においては、温度検出領域の中心が上記レーザービームBの光軸Lと一致しているため、上記ティーチングにより照準点22とはんだ付けポイント3aとの位置合わせが行われれば、この温度検出領域も必ず該はんだ付けポイント3aに位置合わせされることになる。このため、特にその状況を上記モニター21で確認する必要はないが、もし必要であれば、この温度測定装置7にもLEDなどのテスト用光源29を設け、この光源29からのテスト光を上記上記光学系を通じてはんだ付けポイント3aに照射することもできる。
On the other hand, in the
かくして、はんだ付け対象物3上の各はんだ付けポイント3aに対して上記ティーチングが行われることにより、はんだ付けポイント3aの数や配置あるいは距離等について自動運転に必要な諸条件が基準設定されたあと、制御装置8のはんだ付け開始釦を押すと、上記投射ヘッド1からレーザービームBが投射されると共に、はんだ供給装置5から糸はんだ6が所定量ずつ繰り出され、各はんだ付けポイント3aが次々と自動的にはんだ付けされる。このとき、上記投射ヘッド1から窒素ガスなどの不活性ガスを噴射することにより、この不活性ガスの雰囲気中ではんだ付けを行うように構成することもできる。
Thus, after the above teaching is performed on each
一つのはんだ付け対象物3のはんだ付けが終わると、テーブル26が移動して次の新たなはんだ付け対象物3が送り込まれ、そのはんだ付けが同様に行われる。このとき、はんだ付け対象物3が同じ形状をしていれば、改めてティーチングをやり直すことなくそのまま引き続いてはんだ付けを行うことができる。しかし、実際には、各はんだ付け対象物3を基板上にセットするとき、互いに僅かに位置ずれを生じている場合もあり、その場合には、上記照準点22とはんだ付けポイント3aとの位置がずれたり、該はんだ付けポイント3aに対する糸はんだ6の先端6aの位置がずれたりするため、不良はんだを生じることになる。
When the soldering of one soldering object 3 is finished, the table 26 moves and the next new soldering object 3 is sent in, and the soldering is performed in the same manner. At this time, if the soldering object 3 has the same shape, it is possible to continue soldering without performing teaching again. However, in practice, when each soldering object 3 is set on the substrate, there may be a slight misalignment with each other. In this case, the positions of the aiming
そこで、新たなはんだ付け対象物3をはんだ付けする前に、上記画像処理装置20により、上記照準点22とはんだ付けポイント3aとの間の位置補正と、該はんだ付けポイント3aに対する糸はんだ6の先端6aの位置補正とを行うようにしている。即ち、この画像処理装置20には、上記ティーチングにより、上記ビームスポットとはんだ付けポイント3aとの適正な位置関係、及び、はんだ付けポイント3aに対する糸はんだ6の先端6aの適正な位置関係が基準データとして記憶されていて、これらの基準データと上記CCDカメラ19からの実際の画像データとに基づいて必要な演算が行われ、それらの位置ずれを補正するための補正信号が上記制御装置8に出力される。
Therefore, before the new soldering object 3 is soldered, the
この補正信号を受けて上記制御装置8は、上記投射ヘッド1とテーブル26とを相対的に変位させることによって上記ビームスポットとはんだ付けポイント3aとの位置関係を正しく補正すると共に、上記はんだ供給装置5を制御して上記糸はんだ6の先端の位置補正を行う。そして、その後に上述したはんだ付けが行われるようになっている。
Upon receiving this correction signal, the
上記画像処理装置20には、上記温度測定装置7による測定温度と、上記CCDカメラ19による画像データとに基づいて、はんだ付けの良否を判定する機能を持たせることもできる。即ち、はんだ付けの品質は、はんだ付け時の加熱温度(溶融したはんだの温度)によってある程度決まることと、CCDカメラ19による画像データからはんだ付け部位の状態や未はんだの有無等が観察できることから、上記画像処理装置20でそれらを検出し、制御信号として出力したり、表示装置に表示することもできる。
The
かくして上記はんだ付け装置は、はんだ付け時にはんだ付けポイント3aの実際の温度を測定し、適正な温度ではんだ付けが行われるようにレーザー出力や投射時間等を制御するよにしているため、品質の良いはんだ付けを行うことが可能となる。
しかも、ティーチング時に、上記照準点22とはんだ付けポイント3aとの位置合わせと、このはんだ付けポイント3aに対する糸はんだ6の先端6aの位置決めを行い、さらに、新たなはんだ付け対象物3をはんだ付けする毎に、CCDカメラ19による画像データとティーチングにより設定される基準データとに基づいて、上記画像処理装置20により、上記照準点22とはんだ付けポイント3aとの間の位置補正と、該はんだ付けポイント3aに対する糸はんだ6の先端6aの位置補正とを行うようにしているため、確実かつ高精度のはんだ付けを行うことが可能である。
Thus, the soldering apparatus measures the actual temperature of the
Moreover, during teaching, the aiming
1 投射ヘッド
2 レーザー発振器
3a はんだ付けポイント
4 レーザーコントローラ
5 はんだ供給装置
6 糸はんだ
6a 先端
7 温度測定装置
8 制御装置
19 CCDカメラ
20 画像処理装置
21 モニター
21a 画面
22 照準点
25 制御装置
28,29 光源
B レーザービーム
L 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記レーザー発振器から出力されたレーザービームをはんだ付けポイントに向けて投射する投射ヘッド、
上記はんだ付けポイントに糸はんだを供給するはんだ供給装置、
上記投射ヘッドにレーザービームと光軸を一致させて取り付けられたCCDカメラ、
該CCDカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、上記レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うための補正信号を制御装置に出力する画像処理装置、
はんだ付け時に上記はんだ付けポイントから放射される赤外線を受光することによって該はんだ付けポイントの温度を測定する温度測定装置、
上記温度測定装置による測定温度に基づいて上記レーザー発振器の出力及び/又は投射時間を制御するレーザーコントローラ、
自動はんだ付けのためにはんだ付け装置全体を制御する上記制御装置、
を有することを特徴とするレーザー式はんだ付け装置。 A laser oscillator that outputs a laser beam,
A projection head that projects the laser beam output from the laser oscillator toward a soldering point;
A solder supply device for supplying thread solder to the soldering point,
CCD camera attached to the projection head with the laser beam and optical axis aligned,
Based on the image data by the CCD camera and the reference setting by teaching, the position correction of the laser beam and the soldering point and the position correction of the tip of the thread solder with respect to the soldering point are performed for each soldering object. An image processing device for outputting a correction signal to the control device,
A temperature measuring device that measures the temperature of the soldering point by receiving infrared rays emitted from the soldering point during soldering;
A laser controller for controlling the output and / or projection time of the laser oscillator based on the temperature measured by the temperature measuring device;
The above control device for controlling the entire soldering device for automatic soldering,
A laser soldering apparatus characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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