JP2015131312A - レーザ溶接方法及びレーザ溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接対象部の公差に拘らず溶接対象部の適切な位置に適切な量の溶加材を供給することができ、これによって、溶接品質の安定化を図ることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムを提供する。【解決手段】溶接対象部に供給された半田Ｓをレーザ光Ｌにより溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接システム１０を用いたレーザ溶接方法において、半田Ｓの先端部及び溶接対象部を撮像ユニット３８で撮像することにより得られた画像情報から溶接対象部の位置情報及び半田先端位置情報を算出する。そして、算出された溶接対象部の位置情報及び半田先端位置情報に基づいて半田Ｓの先端及び溶接対象部を位置決めする。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの溶接対象部に供給された溶加材をレーザ光により溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムに関する。

レーザ溶接は、例えば、熱交換器の冷却フィンや宝飾品の微小部品等のろう付けに用いられており、近年では、プリント配線板への電子部品の半田付けに対しての適用が検討されている。

この種のレーザ半田付けは、例えば、半田供給装置のノズルから溶接対象部に供給された糸半田をレーザ光により溶融させることにより行われる。しかしながら、このようなレーザ半田付けでは、半田付け毎に糸半田の先端の溶融状態が異なることにより当該糸半田の先端位置にばらつきが生じるため、溶接対象部に適切な量の糸半田を正確に供給することは容易ではない。そこで、例えば、特許文献１には、半田付けを行う毎に糸半田の先端位置を認識することにより、溶接対象部への糸半田の供給量をコントロールする半田供給装置が提案されている。

特開２０１２−１３５７７４号公報

しかしながら、上述した特許文献１のような従来技術では、溶接対象部の公差（寸法公差や組立公差）が考慮されていないので、糸半田の先端と溶接対象部との位置関係に当該溶接対象部の公差寸法のばらつきが生じてしまう。そうすると、溶接対象部の適切な位置に適切な量の糸半田（溶加材）を供給することができないおそれがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、溶接対象部の公差に拘らず溶接対象部の適切な位置に適切な量の溶加材を供給することができ、これによって、溶接品質の安定化を図ることができるレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムを提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ溶接方法は、ワークの溶接対象部に供給された溶加材をレーザ光により溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接方法において、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を撮像手段で撮像することにより所定の画像情報を取得する画像情報取得工程と、前記画像情報取得工程で取得された前記画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する算出工程と、前記算出工程で算出された前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報に基づいて前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を位置決めする位置決め工程と、を行うことを特徴とする。

本発明に係るレーザ溶接方法によれば、所定の画像情報から算出した溶接対象部の位置情報及び溶加材の先端位置情報に基づいて前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を位置決めする。これにより、溶接対象部の公差に拘らず溶接対象部の適切な位置に適切な量の溶加材を供給することができるので、溶接品質の安定化を図ることができる。

上記レーザ溶接方法において、前記画像情報取得工程では、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより画像情報を取得し、前記算出工程では、前記画像情報取得工程で取得された前記画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出してもよい。

このような方法によれば、１回の撮像により溶接対象部の位置情報及び溶加材の先端位置情報を算出することができるので、レーザ溶接の工数の削減を図ることができる。

上記レーザ溶接方法において、前記画像情報取得工程は、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第１画像情報を取得する第１撮像工程と、少なくとも前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第２画像情報を取得する第２撮像工程と、を有し、前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報と前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報との差分を抽出することにより差分画像情報を生成する画像処理工程をさらに行い、前記算出工程では、前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報又は前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出し、前記画像処理工程で生成された前記差分画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出してもよい。

このような方法によれば、溶加材の先端形状とワークの形状とが重なり当該溶加材の先端形状を認識することができない場合であっても、差分画像情報から溶加材の先端位置情報を算出しているので、溶加材の先端位置情報を正確に算出することができる。

上記レーザ溶接方法において、前記画像情報取得工程は、無地面に対応して配置された前記溶加材の先端部を含む領域を撮像することにより第１画像情報を取得する第１撮像工程と、少なくとも前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第２画像情報を取得する第２撮像工程と、を有し、前記算出工程では、前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出し、前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出してもよい。

このような方法によれば、無地面に対応して配置された溶加材の先端部を含む領域を撮像して得られた第１画像情報から溶加材の先端位置情報を算出しているので、溶加材の先端位置情報を正確に算出することができる。また、この場合、差分画像情報を生成する必要もないため制御を簡素化することができる。

上記レーザ溶接方法において、前記算出工程では、前記画像情報取得工程で取得された画像情報から前記溶加材の先端部の形状を算出し、前記算出工程で算出された前記溶加材の先端部の形状に基づいて当該溶加材の良否判定を行う判定工程をさらに行ってもよい。

このような方法によれば、所定の画像情報から算出した溶加材の先端部の形状に基づいて溶加材の良否判定を行うため、溶加材の先端部の異常形状による溶接不良を抑制することができる。よって、溶接品質のさらなる安定化を図ることができる。

上記レーザ溶接方法において、前記位置決め工程で位置決めされた前記溶加材の先端位置及び前記溶接対象部の位置のそれぞれが所定の設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する確認工程をさらに行い、前記溶加材の先端位置及び前記溶接対象部の位置のうちの少なくともいずれか一方が前記設定位置の許容範囲内にないと前記確認工程で判定された場合、前記画像情報取得工程、前記算出工程、及び前記位置決め工程を再度行ってもよい。

このような方法によれば、溶加材の先端及び溶接対象部を所定の設定位置の許容範囲内に確実に位置決めすることができるので、溶接品質の一層の安定化を図ることができる。

本発明に係るレーザ溶接システムは、ワークの溶接対象部に供給された溶加材をレーザ光により溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接システムにおいて、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する算出部と、前記算出部で算出された前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報に基づいて前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を位置決めする位置決め制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記レーザ溶接システムにおいて、前記算出部は、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出してもよい。

上記レーザ溶接システムにおいて、前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第１画像情報と少なくとも前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第２画像情報との差分を抽出することにより差分画像情報を生成する画像処理部をさらに備え、前記算出部は、前記第１画像情報又は前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出し、前記差分画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出してもよい。

上記レーザ溶接システムにおいて、前記算出部は、無地面に対応して配置された前記溶加材の先端部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第１画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出し、少なくとも前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出してもよい。

上記レーザ溶接システムにおいて、前記算出部は、前記撮像手段にて撮像することにより得られた画像情報から前記溶加材の先端部の形状を算出し、前記算出部で算出された前記溶加材の先端部の形状に基づいて当該溶加材の良否を判定する判定部をさらに備えていてもよい。

本発明によれば、所定の画像情報から算出した溶接対象部の位置情報及び溶加材の先端位置情報に基づいて溶加材の先端及び溶接対象部を位置決めするので、溶接対象部の公差に拘らず溶接対象部の適切な位置に適切な量の溶加材を供給することができ、溶接品質の安定化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接システムを示したブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ溶接方法を説明するフローチャートである。 算出工程を説明するフローチャートである。 位置決め工程を説明するフローチャートである。 確認工程を説明するフローチャートである。 図６Ａは図２の第１撮像工程を説明する平面図であり、図６Ｂは図２の第２撮像工程を説明する平面図である。 図７Ａは図２の第１撮像工程で撮像された第１画像であり、図７Ｂは図２の第２撮像工程で撮像された第２画像であり、図７Ｃは図２の画像処理工程で生成された差分画像である。 図８Ａは半田の先端部の形状が異常形状である第１の例を示す平面図であり、図８Ｂは半田の先端部の形状が異常形状である第２の例を示す平面図である。 位置決め工程を説明する平面図である。 半田付け工程を説明する平面図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法を説明するフローチャートである。 図１１の確認工程を説明するフローチャートである。 図１３Ａは図１１の第１撮像工程を説明する平面図であり、図１３Ｂは図１１の第２撮像工程を説明する平面図である。 図１４Ａは図１１の第１撮像工程で撮像された第１画像であり、図１４Ｂは図１１の第２撮像工程で撮像された第２画像である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ溶接方法を説明するフローチャートである。 図１５の確認工程を説明するフローチャートである。 図１５の撮像工程を説明する平面図である。 図１５の撮像工程で撮像された画像である。

以下、本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るレーザ溶接システム１０は、ワークＷの溶接対象部２００ａ、２００ｂに供給された溶加材としての半田Ｓをレーザ光Ｌにより溶融させて溶接対象部２００ａ、２００ｂを半田付け（溶接）するレーザ半田付けシステムとして構成されている。本実施形態では、レーザ溶接システム１０を用いてスルーホール実装を行う例について説明するが、レーザ溶接システム１０を用いて表面実装を行うことも当然可能である。

図１及び図６Ａに示すように、ワークＷは、複数（図６Ａでは２つ）の溶接対象部２００ａ、２００ｂを有している。溶接対象部２００ａは、プリント配線板２０２に形成されたスルーホール２０４ａの外周側に形成された円環状のランド２０６ａと、スルーホール２０４ａに挿通された電子部品２０８の端子２１０ａとを含む。これと同様に、溶接対象部２００ｂは、プリント配線板２０２に形成されたスルーホール２０４ｂの外周側に形成された円環状のランド２０６ｂと、スルーホール２０４ｂに挿通された電子部品２０８の端子２１０ｂとを含む。なお、各図面において、ランド２０６ａ及び端子２１０ａの間隔（スルーホール２０４ａ）とランド２０６ｂ及び端子２１０ｂの間隔（スルーホール２０４ｂ）とを誇張して示している。各ランド２０６ａ、２０６ｂには、導電パターン２１２ａ、２１２ｂが電気的に接続されている。

このような溶接対象部２００ａ、２００ｂは、公差（寸法公差及び組立公差）を有している。そのため、各溶接対象部２００ａ、２００ｂにおいて、ランド２０６ａ、２０６ｂと端子２１０ａ、２１０ｂの位置関係には、ばらつきが生じることがある。本実施形態では、溶接対象部２００ａではランド２０６ａの中心位置と端子２１０ａの中心位置とが一致せずにずれているが、溶接対象部２００ｂではランド２０６ｂの中心位置と端子２１０ｂの中心位置とが一致している。

図１に示すように、レーザ溶接システム１０は、ワークＷをその平面と平行な方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能に支持するステージ１２と、ワークＷに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ装置１４と、溶接対象部２００ａ、２００ｂに半田Ｓ（糸半田）を供給する半田供給装置１６と、制御部（制御手段）１８と、表示部２０とを備える。

レーザ装置１４は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器２２と、レーザ発振器２２から発振されたレーザ光Ｌを伝送する光ファイバ２４と、光ファイバ２４から出射されたレーザ光ＬをワークＷに向けて出射する出射ユニット２６とを有している。

レーザ発振器２２は、ＬＤ電源と、ＬＤ電源の駆動電流に基づいて所定波長のレーザ光Ｌを発振するＬＤとを有する。ＬＤ電源は、制御部１８からのレーザ制御信号に基づいて駆動電流をＬＤに供給する。ＬＤは、ＬＤ電源から供給された駆動電流に対応した出力のレーザ光Ｌを発振する。また、ＬＤは、いわゆるＦＣ−ＬＤ（ファイバーカップリングレーザダイオード）として構成することができる。ただし、レーザ発振器２２は、上記の構成に限定されることなく、種々の構成を採用することができる。

出射ユニット２６は、光ファイバ２４から出射されてコリメートレンズ２８で平行化されたレーザ光ＬをワークＷに向けて反射するミラー３０と、ミラー３０で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ３２と、集光レンズ３２を保護するための保護ガラス３４とを含む。ミラー３０は、レーザ光Ｌを反射すると共にレーザ光Ｌの波長とは異なる波長の光を透過する。ミラー３０としては、例えば、汎用の誘電体多層膜ミラーを用いることができる。

また、出射ユニット２６は、集光レンズ３６及び撮像ユニット（撮像手段）３８をさらに有している。集光レンズ３６は、ミラー３０を透過した光（可視光ＶＬ）を撮像ユニット３８に集光する。撮像ユニット３８は、集光レンズ３６で集光された可視光ＶＬを受光してワークＷを撮像するものであって、その視軸がワークＷに向けて照射されるレーザ光Ｌの光軸と同軸になっている。撮像ユニット３８で撮像された情報（画像情報）は、制御部１８に出力される。撮像ユニット３８としては、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。

半田供給装置１６は、半田Ｓが巻回されたリール４０と、リール４０から半田Ｓを送り出すためのローラ部４２と、リール４０及びローラ部４２を支持する支持部４３と、リール４０から送り出された半田Ｓを溶接対象部２００ａ、２００ｂに導くノズル４４とを有している。支持部４３は、出射ユニット２６に固定されている。

ノズル４４は、出射ユニット２６に対して溶接対象部２００ａ、２００ｂの並び方向（Ｙ方向）に移動可能に構成されたスライダ４６に支持されている。これにより、スライダ４６を出射ユニット２６に対して移動させることにより半田先端をＹ方向に移動させることができる。半田供給装置１６は、任意の構成を採用することができ、例えば、レーザ装置１４とは独立してワークＷに対して移動可能に設けられていてもよいことは勿論である。

制御部１８は、ステージ駆動制御部４８、レーザ発振制御部５０、半田供給制御部５２、スライダ駆動制御部５４、撮像制御部５６、記憶部５８、画像処理部６０、算出部６２、表示制御部６４、判定部６６を有する。

ステージ駆動制御部４８は、ステージ１２をＸ方向及びＹ方向に移動させる。レーザ発振制御部５０は、レーザ発振器２２に所定のレーザ制御信号を出力してレーザ発振器２２からレーザ光Ｌを発振させる。半田供給制御部５２は、半田供給装置１６のローラ部４２を駆動制御して半田Ｓの送り及び戻しを行う。スライダ駆動制御部５４は、スライダ４６を駆動制御して半田供給装置１６のノズル４４をＹ方向にスライドさせる。

撮像制御部５６は、撮像ユニット３８を制御して半田Ｓの先端部及び溶接対象部２００ａ、２００ｂを撮像する。記憶部５８は、撮像ユニット３８から出力された画像情報を記憶する。画像処理部６０は、撮像ユニット３８にて撮像された複数の画像情報から差分画像情報を抽出する。

算出部６２は、溶接対象部２００ａ、２００ｂの位置情報（ランド位置情報及び端子位置情報）並びに半田先端位置情報を算出する。本実施形態において、ランド位置情報はランド２０６ａ、２０６ｂの中心位置（ランド位置Ｐ１）の情報を言い、端子位置情報は端子２１０ａ、２１０ｂの中心位置（端子位置Ｐ２）の情報を言う。また、算出部６２は、半田Ｓの先端部の形状を算出する。表示制御部６４は、撮像ユニット３８により撮像された画像（第１画像７０及び第２画像７４）及び画像処理部６０により生成された差分画像７６を表示部２０に表示させる。

判定部６６は、溶接対象部２００ａ、２００ｂの位置が所定の設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する。すなわち、判定部６６は、ランド位置Ｐ１がランド設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定し、端子位置Ｐ２が端子設定位置の許容範囲にあるか否かを判定する。また、判定部６６は、半田先端位置Ｐ３が半田先端設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する。さらに、判定部６６は、半田Ｓの先端部の形状が異常形状であるか否かを判定する。

本実施形態に係るレーザ溶接システム１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、当該レーザ溶接システム１０を用いたレーザ溶接方法（レーザ半田付け方法）について図２〜図１０を参照しながら説明する。

先ず、制御部１８は溶接準備工程を行う（図２のステップＳ１）。すなわち、スライダ駆動制御部５４がスライダ４６をＹ方向に移動させ且つ半田供給制御部５２がローラ部４２を駆動制御して半田Ｓを送ることにより半田Ｓの先端部を撮像ユニット３８の撮像範囲内に配置する。また、ステージ駆動制御部４８は、ステージ１２をＸ方向及びＹ方向に移動させることにより半田付けを行う溶接対象部２００ａを撮像ユニット３８の撮像範囲内のレーザ光Ｌの照射可能位置に配置する。

続いて、第１撮像工程において、撮像ユニット３８は、溶接対象部２００ａ及び半田Ｓの先端部を含む第１領域６８を撮像する（ステップＳ２、図６Ａ参照）。第１撮像工程で撮像された画像情報（第１画像情報）は、制御部１８に出力されて記憶部５８に記憶される。なお、このとき、表示制御部６４は、第１撮像工程で撮像された第１画像７０を表示部２０に表示させてもよい（図７Ａ参照）。

次に、制御部１８は移動工程を行う（ステップＳ３、図６Ｂ参照）。すなわち、半田Ｓの先端部が撮像ユニット３８の撮像範囲外に位置するように半田Ｓを移動させる。本実施形態では、半田供給制御部５２がローラ部４２を駆動制御して半田Ｓを戻す。ただし、移動工程では、スライダ駆動制御部５４がスライダ４６を駆動制御して半田ＳをＹ方向に移動させても構わない。また、移動工程では、半田供給制御部５２及びスライダ駆動制御部５４が半田ＳをＸ方向及びＹ方向に移動させてもよいことは言うまでもない。

その後、第２撮像工程において、撮像ユニット３８は、溶接対象部２００ａを含み半田先端部を含まない第２領域７２を撮像する（ステップＳ４、図６Ｂ参照）。第２撮像工程で撮像された画像情報（第２画像情報）は、制御部１８に出力されて記憶部５８に記憶される。なお、このとき、表示制御部６４は、第２撮像工程で撮像された第２画像７４を表示部２０に表示させてもよい（図７Ｂ参照）。

そして、画像処理工程において、画像処理部６０は、記憶部５８に記憶されている第１画像情報及び第２画像情報から差分画像情報を生成する（ステップＳ５）。これにより、第１画像情報のうちの半田先端部のみが抽出される。なお、このとき、表示制御部６４は、画像処理工程で生成された差分画像７６を表示部２０に表示させてもよい（図７Ｃ参照）。

続いて、制御部１８は算出工程を行う（ステップＳ６）。すなわち、算出部６２は、第１画像情報又は第２画像情報からランド位置情報を算出する（図３のステップＳ２０）。また、算出部６２は、第１画像情報又は第２画像情報から端子位置情報を算出する（ステップＳ２１）。

さらに、算出部６２は、差分画像情報から半田先端位置情報を算出する（ステップＳ２２）。さらにまた、算出部６２は、差分画像情報から半田Ｓの先端部の形状を算出する（ステップＳ２３）。

続いて、表示制御部６４は、ランド位置情報、端子位置情報、及び半田先端位置情報を表示部２０に表示させる（図２のステップＳ７）。そして、判定部６６は、算出された半田Ｓの先端部の形状が異常形状であるか否かを判定する（ステップＳ８）。換言すれば、判定部６６は、半田Ｓの先端部の形状に基づいて半田Ｓの良否を判定する。

すなわち、判定部６６は、半田付けの品質に影響を与えるような半田Ｓの先端部の形状である場合に、異常形状であると判定する。本実施形態において、判定部６６は、例えば、半田Ｓの先端部が過度に球状に膨出していた場合（図８Ａ参照）に、半田Ｓの供給量が適切な量よりも多くなるので半田Ｓの先端部の形状が異常形状であると判定する。また、判定部６６は、例えば、半田Ｓの先端部が過度に湾曲していた場合（図８Ｂ参照）に、半田Ｓを適切な半田供給位置に供給することができなくなるので半田Ｓの先端部の形状が異常形状ではないと判定する。

半田Ｓの先端部の形状が異常形状であると判定部６６で判定された場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御部１８はレーザ溶接システム１０（ステージ１２、レーザ装置１４、及び半田供給装置１６）の動作を停止する（ステップＳ９）。これにより、半田Ｓの先端部の異常形状による溶接不良が抑制される。この段階で今回のフローチャートは終了する。なお、このステップＳ９では、例えば、半田供給装置１６の図示しない自動半田切断機構（カッタ）が半田Ｓの先端部を切断したり、例えば、半田供給装置１６が異常であることを報知することにより、ユーザに半田Ｓの先端部の切断又はリール４０の交換を促したりしてもよい。この場合、ステップＳ９の処理の後、ステップＳ１以降の処理を行うことができる。

一方、半田Ｓの先端部の形状が異常形状ではない（許容形状である）と判定部６６で判定された場合（ステップＳ８：ＮＯ）、制御部１８は位置決め工程を行う（ステップＳ１０）。すなわち、ステージ駆動制御部４８は、算出されたランド位置情報に基づいてステージ１２をＸ方向及びＹ方向に移動させることによりランド位置Ｐ１を所定のランド設定位置に補正する（図４のステップＳ３０）。これにより、レーザ光Ｌを溶接対象部２００ａの所望の位置に照射することができる。

さらに、制御部１８は半田先端位置Ｐ３を半田先端設定位置に補正する（ステップＳ３１、図９参照）。具体的には、スライダ駆動制御部５４は、算出された半田先端位置情報に基づいてスライダ４６をＹ方向に移動させることにより、Ｙ方向の半田先端位置Ｐ３を端子位置Ｐ２に対応させる。また、半田供給制御部５２は、算出された半田先端位置情報に基づいてローラ部４２を回転させて半田Ｓを送る又は戻すことによりＸ方向の半田先端位置Ｐ３と端子位置Ｐ２との間隔を所定長さにする。

その後、制御部１８は確認工程を行う（図２のステップＳ１１）。この確認工程では、図５に示すように、第１撮像工程（ステップＳ４０）、移動工程（ステップＳ４１）、第２撮像工程（ステップＳ４２）、画像処理工程（ステップＳ４３）、算出工程（ステップＳ４４）、及び表示工程（ステップＳ４５）が順次行われる。

このステップＳ４０〜ステップＳ４５までの処理は、上述したステップＳ２〜ステップＳ７までの処理と同様であるので、その詳細な説明を省略する。ただし、ステップＳ４４の算出工程では、図３のステップＳ２０〜ステップＳ２２までの処理が行われステップＳ２３の処理は行われない。

次に、判定部６６は、ランド位置Ｐ１がランド設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ４６）。ランド位置Ｐ１がランド設定位置の許容範囲内にないと判定部６６で判定された場合（ステップＳ４６：ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理を行う。

ランド位置Ｐ１がランド設定位置の許容範囲内にあると判定部６６で判定された場合（ステップＳ４６：ＹＥＳ）、判定部６６は、半田先端位置Ｐ３が半田先端設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ４７）。半田先端位置Ｐ３が半田先端設定位置の許容範囲内にないと判定部６６で判定された場合（ステップＳ４７：ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理を行う。

半田先端位置Ｐ３が半田先端設定位置の許容範囲内にあると判定部６６で判定された場合（ステップＳ４７：ＹＥＳ）、制御部１８は、半田付け工程を行う（図２のステップＳ１２）。

この半田付け工程では、半田供給制御部５２がローラ部４２を駆動制御して半田Ｓの供給を開始する。このとき、半田先端位置Ｐ３は半田先端設定位置の許容範囲内にあるため、溶接対象部２００ａの適切な位置に半田Ｓが供給される。

また、レーザ発振制御部５０がレーザ発振器２２を駆動制御してレーザ発振器２２からレーザ光Ｌを発振させる。レーザ発振器２２から発振されたレーザ光Ｌは、光ファイバ２４から出射されてコリメートレンズ２８で平行化された後、ミラー３０で反射して集光レンズ３２により供給が開始された半田Ｓに向けて集光照射される。このとき、ランド位置Ｐ１がランド設定位置の許容範囲内にあると共に端子位置Ｐ２が端子設定位置の許容範囲内にあるため溶接対象部２００ａの適切な位置（半田供給位置）にレーザ光Ｌを容易且つ確実に照射させることができる（図１０参照）。

そして、レーザ光Ｌが照射された半田Ｓは、溶融してランド２０６ａの全体に濡れ拡がり端子２１０ａ及びランド２０６ａが半田付けされるに至る。その後、レーザ発振制御部５０がレーザ発振器２２からのレーザ光Ｌの発振を停止すると共に半田供給制御部５２がローラ部４２を制御して半田Ｓの送りを停止する。

半田付け工程では、半田Ｓの供給開始前にランド２０６ａにレーザ光Ｌを照射し、ランド２０６ａを予備的に加熱してもよい。こうすれば、ランド２０６ａに対する半田Ｓの濡れ性をよくすることができる。

次に、制御部１８は、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了したか否かを判定する（ステップＳ１３）。全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了していないと制御部１８で判定された場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理を行う。すなわち、本実施形態では、溶接対象部２００ａの半田付けが完了した後、溶接対象部２００ｂの半田付けの処理が開始される。溶接対象部２００ｂの半田付けの説明は、上述した溶接対象部２００ａの半田付けと同様であるので省略する。

一方、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了したと制御部１８が判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、今回のフローチャートは終了する。

本実施形態によれば、画像情報取得工程（第１撮像工程及び第２撮像工程）で得られた第１画像情報又は第２画像情報からランド位置情報及び端子位置情報を算出し、差分画像情報から半田先端位置情報を算出している（ステップＳ６）。そして、溶接対象部２００ａ、２００ｂの位置情報（ランド位置情報）及び半田先端位置情報に基づいて溶接対象部２００ａ、２００ｂ及び半田Ｓの先端を位置決めしている（ステップＳ１０）。

これにより、各溶接対象部２００ａ、２００ｂによってランド位置Ｐ１に対する端子位置Ｐ２が異なる場合であっても溶接対象部２００ａ、２００ｂの組立状態に応じて半田先端位置Ｐ３を調整することができる。よって、溶接対象部２００ａ、２００ｂの公差に拘らず溶接対象部２００ａ、２００ｂの適切な位置に適切な量の半田Ｓを供給することができるので、溶接品質の安定化を図ることができる。

本実施形態では、第１画像７０において、導電パターン２１２ａと半田先端部とが重なっているため、半田Ｓの先端部の形状を正確に認識することができないことがある。しかしながら、このような場合であっても、差分画像情報に基づいて半田先端位置情報及び半田Ｓの先端部の形状を算出しているので、半田先端位置情報及び半田Ｓの先端部の形状を正確に算出することができる。

また、差分画像情報から算出した半田Ｓの先端部の形状に基づいて半田Ｓの良否判定を行っているので（ステップＳ８）、半田Ｓの先端部の形状の異常による溶接不良を抑制することができる。よって、溶接品質のさらなる安定化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、位置決め工程後の確認工程において、ランド位置Ｐ１及び半田先端位置Ｐ３が所定の設定位置の許容範囲内にない場合に、ステップＳ１〜ステップＳ１０までの処理が再度行われる。これにより、ランド２０６ａ、２０６ｂ及び半田Ｓの先端のそれぞれを所定の設定位置の許容範囲内に確実に位置決めすることができるので、溶接品質の一層の安定化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ溶接方法について図１１〜図１４Ｂを参照しながら説明する。なお、第２実施形態に係るレーザ溶接方法は、第１実施形態で説明したレーザ溶接システム１０と同様のものが用いられる。また、本実施形態に係るレーザ溶接方法において、上述した第１実施形態に係るレーザ溶接方法の工程と同様の工程についての詳細な説明は省略する。後述する第３実施形態についても同様である。

本実施形態では、先ず、制御部１８が溶接準備工程を行う（図１１のステップＳ５０）。すなわち、図１３Ａに示すように、スライダ駆動制御部５４がスライダ４６をＹ方向に移動させ且つ半田供給制御部５２がローラ部４２を駆動制御して半田Ｓの送り又は戻しを行うことにより半田Ｓの先端部を撮像ユニット３８の撮像範囲内に配置する。また、スライダ駆動制御部５４は、ステージ１２を移動させてプリント配線板２０２のうち導電パターン２１２ａ、２１２ｂが形成されていない無地面を半田Ｓの先端部に対応する位置に配置する。なお、スライダ駆動制御部５４は、ステージ１２を移動させてプリント配線板２０２以外の部材の無地面を半田Ｓの先端部に対応する位置に配置してもよい。

続いて、第１撮像工程において、撮像ユニット３８は、プリント配線板２０２の無地面に対応して配置された半田Ｓの先端部を含む第１領域７８を撮像する（ステップＳ５１）。第１撮像工程で撮像された画像情報（第１画像情報）は、制御部１８に出力されて記憶部５８に記憶される。なお、このとき、表示制御部６４は、第１撮像工程で撮像された第１画像８０を表示部２０に表示させてもよい（図１４Ａ参照）。

次に、制御部１８は移動工程を行う（ステップＳ５２）。すなわち、ステージ駆動制御部４８は、ステージ１２を移動させて撮像ユニット３８の撮像範囲内に溶接対象部２００ａを配置する。

その後、第２撮像工程において、撮像ユニット３８は、少なくとも溶接対象部２００ａを含む第２領域８２を撮像する（ステップＳ５３、図１３Ｂ参照）。本実施形態では、第２領域８２には、半田Ｓの先端部が含まれているが半田Ｓの先端部は含まれていなくても構わない。第２撮像工程で撮像された画像情報（第２画像情報）は、制御部１８に出力されて記憶部５８に記憶される。なお、このとき、表示制御部６４は、第２撮像工程で撮像された第２画像８４を表示部２０に表示させてもよい（図１４Ｂ参照）。

そして、制御部１８は算出工程を行う（ステップＳ５４）。すなわち、算出部６２は、第２画像情報からランド位置情報を算出する（図３のステップＳ２０）。また、算出部６２は、第２画像情報から端子位置情報を算出する（ステップＳ２１）。さらに、算出部６２は、第１画像情報から半田先端位置情報を算出する（ステップＳ２２）。さらにまた、算出部６２は、第１画像情報から半田Ｓの先端部の形状を算出する（ステップＳ２３）。

続いて、表示制御部６４は、ランド位置情報、端子位置情報、及び半田先端位置情報を表示部２０に表示させる（図１１のステップＳ５５）。そして、半田Ｓの先端部の形状が異常形状であると判定部６６で判定された場合（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、制御部１８はレーザ溶接システム１０の動作を停止し（ステップＳ５７）、今回のフローチャートは終了する。

一方、半田Ｓの先端部の形状が異常形状ではないと判定部６６で判定された場合（ステップＳ５６：ＮＯ）、制御部１８は位置決め工程を行う（ステップＳ５８）。この位置決め工程では、図４のステップＳ３０及びステップＳ３１の処理が行われる。

その後、制御部１８は確認工程を行う（ステップＳ５９）。この確認工程では、図１２に示すように、第１撮像工程（ステップＳ７０）、移動工程（ステップＳ７１）、第２撮像工程（ステップＳ７２）、算出工程（ステップＳ７３）、及び表示工程（ステップＳ７４）が順次行われる。このステップＳ７０〜ステップＳ７４の処理は、上述したステップＳ５１〜ステップＳ５５までの処理と同様である。ただし、ステップＳ７３の算出工程では、図３のステップＳ２０〜ステップＳ２２までの処理が行われステップＳ２３の処理は行われない。

次に、判定部６６は、ステップＳ７５及びステップＳ７６の処理を行う。このステップＳ７５及びステップＳ７６の処理は、上述した第１実施形態のステップＳ４６及びステップＳ４７の処理と同様である。

続いて、制御部１８は、半田付け工程を行った（図１１のステップＳ６０）後で、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了していない場合（ステップＳ６１：ＮＯ）には、ステップＳ５０の処理に戻り次の溶接対象部２００ｂの半田付けを開始する。一方、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了している場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）には、今回のフローチャートは終了する。

本実施形態によれば、プリント配線板２０２の無地面に対応して配置された半田Ｓの先端部を含む第１領域６８を撮像して得られた第１画像情報から半田先端位置情報を算出しているので、半田先端位置情報を正確に算出することができる。また、この場合、差分画像情報を生成する必要もないため制御を簡素化することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ溶接方法について図１５〜図１８を参照しながら説明する。図１７から諒解されるように、第３実施形態において、ワークＷには、導電パターン２１２ａ、２１２ｂが形成されていない。すなわち、プリント配線板２０２における溶接対象部２００ａ、２００ｂの近傍は無地面となっている。

本実施形態では、先ず、制御部１８が溶接準備工程を行う（図１５のステップＳ８０）。すなわち、スライダ駆動制御部５４がスライダ４６をＹ方向に移動させ且つ半田供給制御部５２がローラ部４２を駆動制御して半田Ｓを送ることにより半田Ｓの先端部を撮像ユニット３８の撮像範囲内に配置する。また、スライダ駆動制御部５４は、ステージ１２を移動させてプリント配線板２０２のうち導電パターン２１２ａ、２１２ｂが形成されていない無地面を半田Ｓの先端部に対応する位置に配置する。

続いて、撮像工程において、撮像ユニット３８は、プリント配線板２０２の無地面に対応して配置された半田Ｓの先端部と溶接対象部２００ａとを含む領域８６を撮像する（ステップＳ８１、図１７参照）。撮像工程で撮像された画像情報は、制御部１８に出力されて記憶部５８に記憶される。なお、このとき、表示制御部６４は、撮像工程で撮像された画像８８を表示部２０に表示させてもよい（図１８参照）。

次に、制御部１８は算出工程を行う（ステップＳ８２）。すなわち、算出部６２は、記憶された画像情報からランド位置情報、端子位置情報、及び半田先端位置情報を算出する（図３のステップＳ２０〜ステップＳ２２）。また、算出部６２は、前記画像情報から半田Ｓの先端部の形状を算出する（ステップＳ２３）。

続いて、表示制御部６４は、ランド位置情報、端子位置情報、及び半田先端位置情報を表示部２０に表示させる（図１５のステップＳ８３）。そして、半田Ｓの先端部の形状が異常形状であると判定部６６で判定された場合（ステップＳ８４：ＹＥＳ）、制御部１８はレーザ溶接システム１０の動作を停止し（ステップＳ８５）、今回のフローチャートは終了する。

一方、半田Ｓの先端部の形状が異常形状ではないと判定部６６で判定された場合（ステップＳ８４：ＮＯ）、制御部１８は位置決め工程を行う（ステップＳ８６）。この位置決め工程では、図４のステップＳ３０及びステップＳ３１の処理が行われる。

その後、制御部１８は確認工程を行う（ステップＳ８７）。この確認工程では、図１６に示すように、撮像工程（ステップＳ９０）、算出工程（ステップＳ９１）、及び表示工程（ステップＳ９２）が順次行われる。このステップＳ９０〜ステップＳ９２の処理は、上述したステップＳ８１〜ステップＳ８３までの処理と同様である。ただし、ステップＳ９１の算出工程では、図３のステップＳ２０〜ステップＳ２２までの処理が行われステップＳ２３の処理は行われない。

次に、判定部６６は、ステップＳ９３及びステップＳ９４の処理を行う。このステップＳ９３及びステップＳ９４の処理は、上述した第１実施形態のステップＳ４６及びステップＳ４７の処理と同様である。

続いて、制御部１８は、半田付け工程を行った（図１５のステップＳ８８）後で、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了していない場合（ステップＳ８９：ＮＯ）には、ステップＳ８０の処理に戻り次の溶接対象部２００ｂの半田付けを開始する。一方、全ての溶接対象部２００ａ、２００ｂの半田付けが完了している場合（ステップＳ８９：ＹＥＳ）には、今回のフローチャートは終了する。

本実施形態によれば、半田Ｓの先端部及び溶接対象部２００ａ、２００ｂを含む領域８６を撮像することにより取得される画像情報に基づいてランド位置情報、端子位置情報、半田先端位置情報、及び半田Ｓの先端部の形状を算出している。これにより、１回の撮像によりこれら位置情報及び半田Ｓの先端部の形状を算出することができるので、レーザ溶接の工数の削減を図ることができる。

本発明に係るレーザ溶接方法及びレーザ溶接システムは、上述の第１〜第３実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。上述した実施形態では、レーザ半田付けについて説明したが、レーザ光により溶加材としてのろう材を溶融させて複数のワークを溶接するレーザロウ付けについて本発明に係るレーザ溶接システム及びレーザ溶接方法を適用してもよい。

１０…レーザ溶接システム １２…ステージ
１４…レーザ装置 １６…半田供給装置
１８…制御部 ２０…表示部
２２…レーザ発振器 ３８…撮像ユニット（撮像手段）
４８…ステージ駆動制御部 ５０…レーザ発振制御部
５２…半田供給制御部 ５６…撮像制御部
６０…画像処理部 ６２…算出部
６４…表示制御部 ６６…判定部
６８、７８…第１領域 ７０、８０…第１画像
７２、８２…第２領域 ７４、８４…第２画像
７６…差分画像 ２００ａ、２００ｂ…溶接対象部
２０２…プリント配線板 ２０４ａ、２０４ｂ…スルーホール
２０６ａ、２０６ｂ…ランド ２０８…電子部品
２１０ａ、２１０ｂ…端子 ２１２ａ、２１２ｂ…導電パターン
Ｌ…レーザ光 Ｓ…半田
Ｗ…ワーク

Claims (11)

1. ワークの溶接対象部に供給された溶加材をレーザ光により溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接方法において、
   前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を撮像手段で撮像することにより所定の画像情報を取得する画像情報取得工程と、
   前記画像情報取得工程で取得された前記画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する算出工程と、
   前記算出工程で算出された前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報に基づいて前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を位置決めする位置決め工程と、を行う、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 請求項１記載のレーザ溶接方法において、
   前記画像情報取得工程では、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより画像情報を取得し、
   前記算出工程では、前記画像情報取得工程で取得された前記画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
3. 請求項１記載のレーザ溶接方法において、
   前記画像情報取得工程は、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第１画像情報を取得する第１撮像工程と、
   少なくとも前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第２画像情報を取得する第２撮像工程と、を有し、
   前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報と前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報との差分を抽出することにより差分画像情報を生成する画像処理工程をさらに行い、
   前記算出工程では、前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報又は前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出し、前記画像処理工程で生成された前記差分画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出する、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
4. 請求項１記載のレーザ溶接方法において、
   前記画像情報取得工程は、無地面に対応して配置された前記溶加材の先端部を含む領域を撮像することにより第１画像情報を取得する第１撮像工程と、
   少なくとも前記溶接対象部を含む領域を撮像することにより第２画像情報を取得する第２撮像工程と、を有し、
   前記算出工程では、前記第１撮像工程で取得された前記第１画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出し、前記第２撮像工程で取得された前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出する、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
   前記算出工程では、前記画像情報取得工程で取得された画像情報から前記溶加材の先端部の形状を算出し、
   前記算出工程で算出された前記溶加材の先端部の形状に基づいて当該溶加材の良否判定を行う判定工程をさらに行う、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ溶接方法において、
   前記位置決め工程で位置決めされた前記溶加材の先端位置及び前記溶接対象部の位置のそれぞれが所定の設定位置の許容範囲内にあるか否かを判定する確認工程をさらに行い、
   前記溶加材の先端位置及び前記溶接対象部の位置のうちの少なくともいずれか一方が前記設定位置の許容範囲内にないと前記確認工程で判定された場合、前記画像情報取得工程、前記算出工程、及び前記位置決め工程を再度行う、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
7. ワークの溶接対象部に供給された溶加材をレーザ光により溶融させて当該溶接対象部を溶接するレーザ溶接システムにおいて、
   前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段にて撮像された画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報に基づいて前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を位置決めする位置決め制御手段と、を備える、
   ことを特徴とするレーザ溶接システム。
8. 請求項７記載のレーザ溶接システムにおいて、
   前記算出部は、前記溶加材の先端部及び前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた画像情報から前記溶接対象部の位置情報及び前記溶加材の先端位置情報を算出する、
   ことを特徴とするレーザ溶接システム。
9. 請求項７記載のレーザ溶接システムにおいて、
   前記溶加材の先端及び前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第１画像情報と少なくとも前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第２画像情報との差分を抽出することにより差分画像情報を生成する画像処理部をさらに備え、
   前記算出部は、前記第１画像情報又は前記第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出し、前記差分画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出する、
   ことを特徴とするレーザ溶接システム。
10. 請求項７記載のレーザ溶接システムにおいて、
    前記算出部は、無地面に対応して配置された前記溶加材の先端部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第１画像情報から前記溶加材の先端位置情報を算出し、少なくとも前記溶接対象部を含む領域を前記撮像手段にて撮像することにより得られた第２画像情報から前記溶接対象部の位置情報を算出する、
    ことを特徴とするレーザ溶接システム。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項に記載のレーザ溶接システムにおいて、
    前記算出部は、前記撮像手段にて撮像することにより得られた画像情報から前記溶加材の先端部の形状を算出し、
    前記算出部で算出された前記溶加材の先端部の形状に基づいて当該溶加材の良否を判定する判定部をさらに備える、
    ことを特徴とするレーザ溶接システム。

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