JP2015091615A - 自動半田付けシステム - Google Patents

Abstract

【課題】多品種対応の自動半田付けシステムを提供すること。
【解決手段】画像システム３００と、把持具が実装され、画像システムの案内により対象物を把持し、半田付けされる製品の位置に対象物を載置するよう構成された第１マニピュレータ１００と、ヒータが実装され、製品の位置にヒータの加熱部を載置して製品の位置に配置された半田材料を加熱し且つ対象物を製品に半田付けするよう構成された第２マニピュレータ２００とを具備する構成とした。プログラム制御された自動半田付けシステムは、プログラムの制御の下で複雑な製品に半田付け作業を自動で行うことができ、半田付けの作業効率及び精度を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、製品を自動的に半田付けするための半田付けシステム、特に、例えば回路基板上に電気部材を半田付けするためのプログラム制御された自動半田付けシステムに関する。

従来技術において、例えば半田付けされる製品上の数百もの小さなピン等の複雑で小さな構造物を半田付けすることは極めて困難である。導体ワイヤを製品上の数百もの小さなピンを半田付けする間、作業者は小さなピンを拡大する拡大鏡を使用しなければならない。拡大鏡の支援があっても、作業には作業者の多大な時間及び労力を要する。１個の製品の半田付けを完了させるために作業者が数日を費やすこともある。また、手作業による半田付け作業の精度は低い。

本発明は、上述の不利の少なくとも一面を克服又は緩和するためになされたものである。

本発明によれば、半田付けされるべき小さな構造物に製品を迅速且つ精度よく半田付けするよう構成された、プログラム制御された自動半田付けシステムが提供される。

本発明の一態様に係るプログラム制御された自動半田付けシステムは、画像システムと、把持具が実装され、画像システムの案内により対象物を把持し、半田付けされる製品の位置に対象物を載置するよう構成された第１マニピュレータと、ヒータが実装され、製品の位置にヒータの加熱部を載置して製品の位置に配置された半田材料を加熱し且つ対象物を製品に半田付けするよう構成された第２マニピュレータとを具備する。

本発明の典型的な一実施形態によれば、製品に対象物を半田付けする間、把持具は、製品の位置に対象物を保持し、対象物の位置がずれることを防止する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、プログラム制御された自動半田付けシステムは、製品を所定位置に保持するよう構成された固定装置をさらに具備する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、半田材料は、製品に予め印刷された導電ペースト、製品上に予め融合又は溶融された半田合金、又は半田付けの際に製品に供給される溶接ワイヤである。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、半田材料は、半田付けの際に製品に供給される溶接ワイヤであり、自動半田付けシステムは、マニピュレータに実装されると共に、画像システムの案内により溶接ワイヤを半田される製品の位置に供給するための溶接ワイヤ供給機構をさらに具備する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、プログラム制御された自動半田付けシステムは、マニピュレータに実装されると共に、溶接ワイヤの加熱前に、画像システムの案内によりフラックスを半田付けされる製品の位置にコーティングするためのフラックスコーティング機構をさらに具備する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、対象物は、製品に半田付けされるピン、又は製品のピンに半田付けされる導体ワイヤであり、導体ワイヤを把持するよう構成された第１把持具及びピンを把持するよう構成された第２把持具の一方又は両方は、第１マニピュレータに実装される。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、対象物は、製品のピンに半田付けされる導体ワイヤであり、自動半田付けシステムは、マニピュレータに実装されると共に、画像システムの案内により導体ワイヤを所定長さに切断するための切断機構をさらに具備する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、プログラム制御された自動半田付けシステムは、マニピュレータに実装されると共に、画像システムの案内により製品を把持することにより固定装置に製品を挿入し、固定装置から製品を除去するよう構成された第３把持具をさらに具備する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、第３把持具は第１マニピュレータに実装され、溶接ワイヤ供給機構、フラックスコーティング機構及び切断機構は、第２マニピュレータに実装される。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、溶接ワイヤ供給機構、フラックスコーティング機構、切断機構及び第３把持具は、異なるマニピュレータに実装される。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、溶接ワイヤ供給機構、フラックスコーティング機構、切断機構及び第３把持具の少なくとも２つは、同一のマニピュレータに実装される。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、画像システムは少なくとも１台のカメラを有する。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、溶接ワイヤ供給機構、フラックスコーティング機構、切断機構、第１把持具、第２把持具及び第３把持具が実装されるマニピュレータは、多自由度ロボットである。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、溶接ワイヤ供給機構、フラックスコーティング機構、切断機構、第１把持具、第２把持具及び第３把持具は、ロボットの端アームに実装される。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、固定装置は第３マニピュレータに実装され、製品の現在位置での半田付けが完了した後、半田付けされる製品の次の位置が次の位置上での半田付け作業を行う目標位置に到達するよう、第３マニピュレータが製品を移動させる。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、製品は回路基板である。

本発明の別の典型的な実施形態によれば、ヒータは半田付けアイロンヘッドである。

本発明の上述した様々な典型的実施形態に係る自動半田付けシステムは、プラグラム制御の下で複雑な製品に自動で半田付け作業をし、半田付け作業効率及び半田付け精度を向上させる。

また、本発明の典型的な一実施形態に係る自動半田付けシステムは、互いに協働する２台以上のロボットを有する。半田付け作業用の全ての工具は、ロボットに実装される。これにより、製品を半田付けする全工程の間、ロボットは、予めプログラムされた制御プログラムに基づき、画像システムの案内により半田付け作業を自動で完了することができ、作業者を要しない。これにより、複雑な製品を半田付けの作業効率及び精度が大きく向上する。

本発明の上述した特徴及び他の特徴は、添付図面を参照して本発明の典型的な実施形態を詳細に説明することにより明白になるであろう。

本発明の一実施形態に係るプログラム制御された自動半田付けシステムを示す斜視図である。 図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの部分拡大図である。 図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの第１ロボットを示す斜視図である。 図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの第２ロボットを示す斜視図である。

以下、本発明の典型的な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、同じ参照番号は同じ要素を表す。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化され、以下に説明する実施形態に限定するものと解釈してはならない。むしろ、本発明の開示が徹底的且つ完全であり、当業者に本開示の概念が伝わるように、これらの実施形態が提供される。

以下の詳細な説明において、開示された実施形態を徹底的に理解するために、説明の目的で多数の具体的な詳細が説明される。しかし、１以上の実施形態は、これらの具体的な詳細無しで実施可能であることは明白であろう。他の例では、図面を簡略化するために、周知の構造及び装置を概略的に示す。

本発明の全体概念によれば、画像システムと、把持具が実装され、画像システムの案内により対象物を把持し、製品が半田付けされる位置に対象物を載置するように構成された第１マニピュレータと、ヒータが実装され、製品の位置にヒータの加熱部を配置して製品の位置に配置された半田材料を加熱し且つ対象物を製品に半田付けするよう構成された第２マニピュレータとを具備する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプログラム制御された自動半田付けシステムを示す斜視図である。図２は、図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの部分拡大図である。

図１及び図２に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、プログラム制御された自動半田付けシステムは、画像システム３００、第１マニピュレータ（第１ロボット）１００及び第２マニピュレータ（第２ロボット）を主に具備する。第１マニピュレータ１００に把持具１１０が実装される。第１マニピュレータ１００は、画像システム３００の案内により対象物を把持し、製品５００が半田付けされる位置に対象物を載置するよう構成される。第２マニピュレータ２００にヒータ２１０が実装される。第２マニピュレータ２００は、製品５００の位置にヒータ２１０の加熱部を配置し、製品５００の位置に配置された半田材料を加熱し、対象物を製品５００に半田付けするよう構成される。

図１及び図２に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、第１マニピュレータ１００及び第２マニピュレータ２００の各々は、例えば、６軸ロボット又は他の任意のタイプのロボット等の多自由度ロボットである。別の実施形態において、ロボットはＳＣＡＲＡロボットであってもよい。ロボットは、自動で移動し、予めプログラムされた制御プログラムに基づいて半田付け作業を互いに協働して行う。

図３は、図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの第１ロボット１００（第１マニピュレータとも称される）を示す斜視図である。

図１ないし図３に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、第１ロボット１００の端アーム１０１に、導体ワイヤ（図示せず）を把持するよう構成された第１把持具１１０が実装される。

図３に図示された実施形態において、第１把持具１１０は、開閉して導体ワイヤを把持するよう構成された少なくとも２本の指部を有する。

導体ワイヤを把持する第１把持具１１０のみが第１ロボット１００に実装されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ピン又は任意の他のタイプの部材を把持するよう構成された第２把持具が第１ロボット１００に実装されてもよい。すなわち、実際のニーズに従って、１種類以上の把持具が第１ロボット１００に実装されてもよい。

図１及び図２に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、プログラム制御された自動半田付けシステムは、固定装置４００をさらに具備する。固定装置４００は、製品５００を所定位置に保持するよう構成される。本発明の典型的な一実施形態において、半田付けされる製品５００は、印刷回路基板又は半田付けされる任意の他の電気装置であってもよい。

図示されていないが、本発明の典型的な一実施形態において、プログラム制御された自動半田付けシステムは第３把持具をさらに具備してもよい。第３把持具はマニピュレータに実装され、例えば第１ロボット１００又は第２ロボット２００に実装されてもよい。第３把持具は、製品５００を半田付けする前に画像システム３００の案内により製品５００を把持して固定装置４００に挿入し、或いは半田付け後に画像システム３００の案内により製品５００を把持して固定装置４００から除去するよう構成される。

本発明の典型的な一実施形態において、半田材料は、製品５００上に予め印刷された導電ペースト、製品５００上に予め融合又は溶融された半田合金、又は半田付けの間、製品５００に供給される溶接ワイヤであってもよい。

図４は、図１のプログラム制御された自動半田付けシステムの第２ロボット２００（第２マニピュレータとも称される）を示す斜視図である。

図２及び図４に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、半田材料は、半田付けの間、製品５００に供給される溶接ワイヤである。この場合、図２及び図４に示されるように、自動半田付けシステムは、例えば第２ロボット２００に実装された溶接ワイヤ供給機構２２０をさらに具備する。溶接ワイヤ供給機構２２０は、画像システム３００の案内により製品５００が半田付けされる位置に溶接ワイヤを供給するよう構成される。

図２及び図４を参照すると、本発明の典型的な一実施形態において、プログラム制御された自動半田付けシステムは、例えば第２ロボット２００に実装されたフラックスコーティング機構２３０をさらに具備してもよい。フラックスコーティング機構２３０は、溶接ワイヤを加熱する前に、画像システム３００の案内により半田付けされる製品５００の位置にフラックスをコーティングするよう構成される。

本発明の典型的な一実施形態において、対象物は、製品５００に半田付けされるピンや、製品５００のピンに半田付けされる導体ワイヤからなる。この場合、ピンを把持するよう構成された第２把持具は、第１マニピュレータ１００に実装されてもよい。

図１ないし図４に図示された実施形態において、対象物は、製品５００のピンに半田付けされる導体ワイヤである。図２及び図４に示されるように、自動半田付けシステムは、例えば第２ロボット２００に実装される切断機構２４０をさらに具備する。切断機構２４０は、画像システム３００の案内により導体ワイヤを所定長さに切断するよう構成される。

図１ないし図４に図示される実施形態において、製品５００を把持する第３把持具は第１ロボット１００に実装され、溶接ワイヤ供給機構２２０、フラックスコーティング機構２３０及び切断機構２４０は第２ロボット２００に実装される。

図４に示されるように、溶接ワイヤ供給機構２２０、フラックスコーティング機構２３０及び切断機構２４０は、第２ロボット２００の端アーム２１０に実装される。

本発明の典型的な一実施形態において、図４に示されるように、ヒータ２１０及び溶接ワイヤ供給機構２２０は、第２ロボット２００の端アーム２０１に固定された第１取付け板（図示せず）に実装される。フラックスコーティング機構２３０及び切断機構２４０は、第２ロボット２００の端アーム２０１に固定された第２取付け板（図示せず）に実装される。図示の実施形態において、第１取付け板は、第２取付け板に対してほぼ直交する方向を向く。

本発明は図示の実施形態に限定されないことに留意されたい。例えば、本発明の別の典型的な実施形態において、溶接ワイヤ供給機構２２０、フラックスコーティング機構２３０、切断機構２４０及び第３把持具は、例えば異なるロボット等の異なるマニピュレータに実装されてもよい。本発明のさらに別の実施形態において、溶接ワイヤ供給機構２２０、フラックスコーティング機構２３０、切断機構２４０及び第３把持具のうちの少なくとも２つは、同一のマニピュレータに実装されてもよい。

本発明の典型的な一実施形態において、溶接ワイヤ供給機構２２０、フラックスコーティング機構２３０、切断機構２４０、第１把持具、第２把持具及び第３把持具が実装されるマニピュレータは、多自由度ロボットであってもよい。

図１に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、画像システム３００は、少なくとも１台のＣＣＤカメラを具備する。本発明の典型的な一実施形態において、画像システム３００は、ＣＣＤカメラの光軸が互いに直交するように２台以上のＣＣＤカメラを具備する。

図示されていないが、本発明の典型的な一実施形態において、固定装置４００は、例えば回転機構や並進機構等の第３マニピュレータに実装されてもよい。この場合、製品の現在位置で半田付けが完了した後、第３マニピュレータは、半田付けされる製品の次の位置が次の位置での半田付け作業を行う目標位置に到達するよう、製品を移動させる。半田付けされる製品の位置が正規のパターンで、例えば均等な間隔の円又は線で配置される場合、第３マニピュレータを設ける必要がある。この場合、第３マニピュレータは、半田付けされる製品の位置を一つずつ目標位置に簡単且つ精度よく移動させることができる。このようにして、画像システムにより製品の位置を視覚的に識別する必要を無くし、半田付け作業効率が増大する。

本発明の典型的な一実施形態において、ヒータ２１０は半田付けアイロンヘッドであってもよい。

本発明の典型的な一実施形態において、切断機構２４０は鋏バイトカッタであってもよい。

図１に示されるように、本発明の典型的な一実施形態において、第１ロボット１００、第２ロボット２００及び固定装置４００は、同一の作業プラットフォーム１０、例えば図１に示された可動キャビネットの上プラットフォームに実装される。可動キャビネットの底面には支持脚及び車輪が取り付けられる。キャビネットを移動させる必要があるとき、支持脚が上がり、キャビネットは車輪によって自由に移動できる。

図示されていないが、プログラム制御された自動半田付けシステムは、制御装置、例えば産業用のパーソナルコンピュータをさらに具備する。制御装置は、ごみ及び水気から制御装置を保護するよう、可動キャビネットに収容される。

以下、図１ないし図４に係るプログラム制御された自動半田付けシステムの半田付け方法を詳細に説明する。

第一に、第１ロボット１００に実装された第１把持具１０が１本の導体ワイヤを把持し、画像システム３００の案内により半田付けされるよう製品５００の一位置に導体ワイヤの一端を載置し保持する。

第二に、導体ワイヤの長さが画像システム３００の識別に基づいた所定長さと等しいかどうかを決定し、導体ワイヤの長さが所定長さより長い場合、第２ロボット２００に実装された切断機構２４０が、画像システム３００の案内により導体ワイヤが所定長さになるように切断する。

第三に、第２ロボット２００に実装されたフラックスコーティング機構２３０が、画像システム３００の案内により半田付けされる製品５００の位置にフラックスをコーティングする。

第四に、第２ロボット２００に実装された溶接ワイヤ供給機構２２０が、画像システム３００の案内により半田付けされる製品５００の位置に溶接ワイヤを精度よく供給する。

最後に、第２ロボット２００に実装されたヒータ２１０の加熱部が、画像システム３００の案内により製品５００の位置に載置され、製品５００の位置に配置された溶接ワイヤを加熱し、導体ワイヤを製品５００に半田付けする。

製品５００の現在位置の半田付けが完了した後、半田付けされる製品５００の全ての位置が半田付けされるまで、上述の工程を繰り返して半田付けされる製品の次の位置を半田付けすることができる。上述の実施形態が説明目的であり、限定するものではないことが当業者には理解されよう。例えば、当業者であれば上述の実施形態に対して多くの変更をなすことができ、異なる実施形態で説明された様々な特徴は、構成又は原理において矛盾することなく、互いに自由に組み合わせることができる。

いくつかの実施形態が図示され説明されたが、本開示の原理及び真髄から逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変形又は変更をすることが可能であることは当業者であれば理解するであろう。

本明細書で使用されているように、単数で謳われた部材は、複数を排除することが明示されていない限り、複数の部材又は工程を排除しないものと理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」の表示は、謳われた特徴を含む追加の実施形態の存在を排除するものと解釈されることを意図していない。また、逆であることが明示されない限り、特定の特性を有する単一又は複数の部材を「具備する」又は「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような部材を有してもよい。

１００ 第１マニピュレータ
１０１ 端アーム
１１０ 把持具
２００ 第２マニピュレータ
２０１ 端アーム
２１０ ヒータ
２２０ 溶接ワイヤ供給機構
２３０ フラックスコーティング機構
２４０ 切断機構
３００ 画像システム
４００ 固定装置
５００ 製品

Claims (18)

1. 画像システム（３００）と、
   把持具（１１０）が実装され、前記画像システムの案内により対象物を把持し、半田付けされる製品（５００）の位置に前記対象物を載置するよう構成された第１マニピュレータ（１００）と、
   ヒータ（２１０）が実装され、前記製品の位置に前記ヒータの加熱部を載置して前記製品の位置に配置された半田材料を加熱し且つ前記対象物を前記製品に半田付けするよう構成された第２マニピュレータ（２００）と
   を具備することを特徴とするプログラム制御された自動半田付けシステム。
2. 前記製品に前記対象物を半田付けする間、前記把持具は、前記製品の位置に前記対象物を保持し、前記対象物の位置がずれることを防止することを特徴とする請求項１記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
3. 前記製品を所定位置に保持するよう構成された固定装置（４００）をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
4. 前記半田材料は、前記製品に予め印刷された導電ペースト、前記製品上に予め融合又は溶融された半田合金、又は半田付けの際に前記製品に供給される溶接ワイヤであることを特徴とする請求項３記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
5. 前記半田材料は、半田付けの際に前記製品に供給される溶接ワイヤであり、
   マニピュレータに実装されると共に、前記画像システムの案内により前記溶接ワイヤを半田される前記製品の位置に供給するよう構成された溶接ワイヤ供給機構（２２０）をさらに具備することを特徴とする請求項３記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
6. 前記マニピュレータに実装されると共に、前記溶接ワイヤの加熱前に、前記画像システムの案内によりフラックスを半田付けされる前記製品の位置にコーティングするためのフラックスコーティング機構（２３０）をさらに具備することを特徴とする請求項５項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
7. 前記対象物は、前記製品に半田付けされるピン、又は前記製品のピンに半田付けされる導体ワイヤであり、
   前記導体ワイヤを把持するよう構成された第１把持具及び前記ピンを把持するよう構成された第２把持具の一方又は両方は、前記第１マニピュレータに実装されることを特徴とする請求項６項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
8. 前記対象物は、前記製品の前記ピンに半田付けされる導体ワイヤであり、
   前記自動半田付けシステムは、マニピュレータに実装されると共に、前記画像システムの案内により前記導体ワイヤを所定長さに切断するための切断機構（２４０）をさらに具備することを特徴とする請求項７項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
9. マニピュレータに実装されると共に、前記画像システムの案内により前記製品を把持することにより前記固定装置に前記製品を挿入し、前記固定装置から前記製品を除去するよう構成された第３把持具をさらに具備することを特徴とする請求項８項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
10. 前記第３把持具は前記第１マニピュレータに実装され、
    溶接ワイヤ供給機構、前記フラックスコーティング機構及び前記切断機構は、前記第２マニピュレータに実装されることを特徴とする請求項９項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
11. 前記溶接ワイヤ供給機構、前記フラックスコーティング機構、前記切断機構及び前記第３把持具は、異なるマニピュレータに実装されることを特徴とする請求項９項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
12. 前記溶接ワイヤ供給機構、前記フラックスコーティング機構、前記切断機構及び前記第３把持具の少なくとも２つは、同一のマニピュレータに実装されることを特徴とする請求項９項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
13. 前記画像システムは少なくとも１台のカメラを有することを特徴とする請求項１項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
14. 前記溶接ワイヤ供給機構、前記フラックスコーティング、前記切断機構、前記第１把持具、前記第２把持具及び前記第３把持具が実装される前記マニピュレータは、多自由度ロボットであることを特徴とする請求項９項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
15. 前記溶接ワイヤ供給機構、前記フラックスコーティング機構、前記切断機構、前記第１把持具、前記第２把持具及び前記第３把持具は、前記ロボットの端アーム（１０１，２０１）に実装されることを特徴とする請求項１４項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
16. 前記固定装置は第３マニピュレータに実装され、
    前記製品の現在位置での半田付けが完了した後、半田付けされる前記製品の次の位置が次の位置上での半田付け作業を行う目標位置に到達するよう、前記第３マニピュレータが前記製品を移動させることを特徴とする請求項１５項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
17. 前記製品は回路基板であることを特徴とする請求項１項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。
18. 前記ことを特徴とする請求項１項記載のプログラム制御された自動半田付けシステム。

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