JP2017051975A - 教示ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の熟練度にかかわらず設定位置の教示に必要な時間が短縮され、仕上がりの品質も安定する教示ユニットを提供する。【解決手段】ダミースリーブ３１の先端開口３４に光ファイバー３２の先端を保持することにより、光ファイバー３２の先端は設定位置Ｐへ供給される糸はんだ片１８が落下する位置とほぼ同一となる。光ファイバー３２は、仮想的な糸はんだ片１８となって、スリーブ１２の先端部２２に供給される糸はんだ片１８の視点を提供する。作業者は、スリーブ１２の先端部２２へ供給される糸はんだ片１８と視点が一致する光ファイバー３２で撮影した先端視野画像５１を用いて、駆動機構部１４によって装置１０を駆動しながら設定位置Ｐを教示することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、スリーブはんだ付け装置ではんだ付けを実行する設定位置を教示する教示ユニットに関する。

基板に各種の電子部品をはんだ付けするはんだ付け装置として、従来のリフローやフロー型に代えて、スリーブはんだ付け装置が提案されている。スリーブはんだ付け装置は、糸状のはんだを供給して溶融する筒状のスリーブがはんだ付けを実行する設定位置へ移動することにより、局所的なはんだ付けを行なうことができる。スリーブは、設定位置で基板に接することにより基板を加熱する。そして、この加熱された基板にスリーブを通して糸はんだが供給される。これにより、供給された糸はんだが溶融し、電子部品は基板にはんだ付けされる。

糸はんだを設定位置へ運搬するスリーブは、例えばロボットなどの駆動機構部によって駆動される。従来、スリーブを駆動する駆動機構部は、目視によって設定位置の教示が行なわれている。すなわち、スリーブの先端を目視ではんだ付けを実行する位置にあわせ、このあわせた位置を設定位置として駆動機構部に教示している。しかしながら、電子部品およびこの電子部品が固定される基板のスルーホールなどは大変小さい。そのため、教示を実行する作業者は、目を設定位置に近づけることが難しく、目視による正確な位置あわせは極めて困難である。すなわち、目視による場合、はんだ付け位置は側方からしか確認できない。そのため、はんだ付け位置が微小であることも相まって、正確な位置の調整は極めて困難である。そこで、目視によって設定位置を仮設定した後、はんだ付けの良否を参考に設定位置を試行錯誤によって微調整しながら教示しているのが現状である。特に、一つ当たり数十点のはんだ付け位置が必要となる電子部品の場合、設定位置の教示に極めて長時間を必要とする。また、熟練の作業者であっても設定位置の教示に多大な時間を必要とするだけでなく、作業者の熟練度などによってはんだ付けの仕上がり品質に差が生じるという問題がある。

特開２００９−２００１９６号公報

そこで、本発明の目的は、作業者の熟練度にかかわらず設定位置の教示に必要な時間が短縮され、仕上がりの品質も安定する教示ユニットを提供することにある。

請求項１記載の発明では、スリーブと同一形状に形成されたダミースリーブを用いている。ダミースリーブは、糸はんだを運搬するスリーブと同一の形状であることから、筒状に形成されている。ダミースリーブの先端開口は、糸はんだを供給するスリーブの供給口に対応している。スリーブの供給口は、糸はんだが供給される設定位置に対向する。この先端開口に撮影手段を保持することにより、撮影手段は先端開口へ落下する糸はんだとほぼ同一の位置に設けられる。すなわち、撮影手段は、仮想的な糸はんだとなって、スリーブの供給口から供給される糸はんだの視点を提供する。作業者は、スリーブで供給される糸はんだと視点が一致する撮影手段で撮影した画像を用いて、駆動機構部によってダミースリーブを駆動しながら、設定位置を教示する。そのため、作業者は、試行錯誤を繰り返すことなく、撮影手段で撮影した画像を見ながら設定位置の教示を行なうことができる。すなわち、供給される糸はんだの視点からはんだ付け位置の教示が可能となる。その結果、教示位置の精度が向上し、熟練度の低い作業者であっても位置のずれの正確な把握が容易になる。したがって、作業者の熟練度にかかわらず設定位置の教示に必要な時間が短縮でき、仕上がりの品質も安定させることができる。

請求項２記載の発明では、撮影手段は、光ファイバーとカメラとを有している。光ファイバーは、先端がダミースリーブの先端開口に保持される。これにより、光ファイバーは、先端開口における画像をカメラに提供する。光ファイバーは、糸はんだと同様に長く細い部材である。そのため、はんだ付けを行なうスリーブをそのままダミースリーブとしても利用可能である。したがって、スリーブをダミースリーブと共通して使用することができる。また、スリーブとダミースリーブとが共通化することにより、はんだ付け位置を教示するときと、実際にはんだ付けを実行するときとで条件の共通化が容易になる。したがって、はんだ付けの仕上がり品質のさらなる向上を達成することができる。

一実施形態による教示ユニットを示す模式的な断面図 スリーブはんだ付け装置を示す模式的な断面図 一実施形態による教示ユニットを用いるロボット教示装置の構成を示す概略的なブロック図 一実施形態による教示ユニットのカメラで撮影した先端視野画像を含む表示の一例を示す模式図 一実施形態による教示ユニットのカメラで撮影した先端視野画像を含む表示の一例を示す模式図

以下、教示ユニットの一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、スリーブはんだ付け装置は、単に「装置」と省略する。
まず、図２に示すスリーブはんだ付け装置１０について説明する。装置１０は、切断部１１、スリーブ１２およびピン部材１３を備える。これら装置１０を構成する切断部１１、スリーブ１２およびピン部材１３は、一体となって図３に示す駆動機構部１４によって図２の左右のｘ軸方向、図２の紙面前後のｙ軸方向および図２の上下のｚ軸方向の３つの軸方向へ移動する。駆動機構部１４は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３つの軸方向へ装置１０を駆動する、例えば多軸の汎用ロボットなどが用いられる。駆動機構部１４は、３つの軸方向へ装置１０を駆動可能であれば、汎用ロボットに限らず装置１０に専用の運搬機器などを用いてもよい。

切断部１１は、連続して供給される糸状の糸はんだ１５を切断する。切断部１１は、上刃１６および下刃１７を有している。上刃１６は、下刃１７に対して図２の左右に移動可能である。図２に示すように上刃１６が下刃１７に対して右側へ移動することにより、上刃１６および下刃１７に保持された糸はんだ１５は切断される。糸はんだ１５は、切断されることにより、糸はんだ片１８となってスリーブ１２側へ落下する。以下、糸はんだ１５を切断することによって生成する破片は、「糸はんだ片１８」と称する。したがって、「糸はんだ１５」と「糸はんだ片１８」とは、実質的に同一である。上刃１６は、糸はんだ１５を保持する保持部１９を有している。保持部１９は、切断前の糸はんだ１５がスリーブ１２側へ落下しないように保持する。下刃１７は、切断された糸はんだ片１８、およびピン部材１３が進入可能な穴２１を有している。

スリーブ１２は、例えばセラミックなどにより筒状に形成されている。スリーブ１２は、軸方向において一方の端部が重力方向で切断部１１の下部に接続している。これにより、切断部１１で切断された糸はんだ１５は、糸はんだ片１８となってスリーブ１２の内側を経由して下方へ落下する。スリーブ１２は、先端部２２およびヒータ２３を有している。先端部２２は、スリーブ１２の軸方向において切断部１１と反対側に位置する端部である。ヒータ２３は、スリーブ１２の径方向において外周側に設けられており、セラミックで形成されたスリーブ１２を加熱する。ヒータ２３によって発生した熱は、スリーブ１２の先端部２２に伝わり、先端部２２へ落下した糸はんだ片１８を加熱して溶融させるとともに、先端部２２と対向する基板２４を加熱する。スリーブ１２の先端部２２は、基板２４のはんだ付け位置である設定位置Ｐに対向する。このように、糸はんだ片１８は、基板２４に予め設定されている設定位置Ｐへスリーブ１２によって運搬される。筒状のスリーブ１２は、先端部２２に開口する供給口２５を有している。スリーブ１２の内側を落下する糸はんだ片１８は、この供給口２５から基板２４の設定位置Ｐへ供給される。基板２４は、例えばプリント基板などであり、スルーホール２６やビアホールなどを有している。装置１０は、この基板２４に搭載される各種の電子部品２７をはんだ付けする。なお、装置１０は、電子部品２７に限らず、基板２４との接合が求められる各種の部品をはんだ付けすることもできる。

ピン部材１３は、切断されたはんだ片１８をスリーブ１２の内側へ送り込む。糸はんだ１５の切断によって生成した糸はんだ片１８は、通常であれば切断された後、自重によってスリーブ１２側へ落下する。一方、糸はんだ１５は、溶融したはんだのなじみをよくするために、例えば松ヤニなどの粘度の高いフラックスが充填されている。そのため、上刃１６の移動によって切断された糸はんだ片１８は、漏出したフラックスによって下刃１７に付着し、スリーブ１２側への落下が妨げられることがある。ピン部材１３は、糸はんだ１５の切断のために上刃１６が図２の右方へ移動すると、切断された糸はんだ片１８と同軸の延長線上に移動する。そして、ピン部材１３は、ピン駆動部２９によって図２の下方へ駆動される。これにより、ピン部材１３は、穴２１を通して下刃１７に付着している糸はんだ片１８をスリーブ１２の内側へ送り込む。ピン駆動部２９は、ピン部材１３を図２のｚ軸方向へ往復駆動する。

以上のように構成された装置１０は、駆動機構部１４によりｘ軸およびｙ軸方向へ駆動され、設定位置Ｐの上方へ移動する。装置１０は、設定位置Ｐの上方へ移動すると、駆動機構部１４によってｚ軸方向において下方へ駆動され、スリーブ１２の先端部２２が基板２４に接する。スリーブ１２の先端部２２が基板２４に接することにより、基板２４は設定位置Ｐにおける加熱が開始される。これとともに、切断部１１は、上刃１６の移動によって糸はんだ１５を切断する。切断された糸はんだ１５は、糸はんだ片１８となってスリーブ１２の内側を経由して先端部２２へ落下する。先端部２２へ落下した糸はんだ片１８は、スリーブ１２の供給口２５から基板２４の設定位置Ｐへ供給されると同時に、先端部２２によって加熱されて溶融する。溶融した糸はんだ片１８は、基板２４と電子部品２７とをはんだ付けする。設定位置Ｐにおけるはんだ付けが完了すると、駆動機構部１４は、装置１０をｚ軸方向において上方へ駆動し、装置１０を次の設定位置Ｐ’へ駆動する。これらの処理を繰り返すことにより、基板２４に複数設定されている設定位置Ｐにおいてはんだ付けが繰り返される。

次に、図１に示す教示ユニット３０について説明する。
教示ユニット３０は、上述した装置１０を駆動する駆動機構部１４に、はんだ付けを行なう設定位置Ｐを教示する際に用いられる。本実施形態の教示ユニット３０は、ダミースリーブ３１、撮影手段としての光ファイバー３２およびカメラ３３を備えている。ダミースリーブ３１は、装置１０のスリーブ１２と同一の形状に形成されている。すなわち、ダミースリーブ３１は、スリーブ１２と同一の筒状に形成されている。このダミースリーブ３１は、スリーブ１２の供給口２５に対応する位置に先端開口３４を有している。これにより、ダミースリーブ３１の先端開口３４は、スリーブ１２の供給口２５と同様に、設定位置Ｐが設定された基板２４と対向する。ダミースリーブ３１は、スリーブ１２と同様に装置１０の切断部１１の下部に接続される。駆動機構部１４の教示を実行するとき、装置１０は、ダミースリーブ３１を取り付けた状態で駆動機構部１４によって駆動される。なお、ダミースリーブ３１は、はんだ付けで用いるスリーブ１２と同一のものを使用してもよい。この場合、実際のはんだ付けを行なうときに用いるスリーブ１２は、教示を行なうときのダミースリーブ３１として用いられる。

光ファイバー３２は、ダミースリーブ３１の内周側に挿入されている。光ファイバー３２は、その先端がダミースリーブ３１の先端開口３４に保持されている。光ファイバー３２は、一部がダミースリーブ３１の内周側に挿入されるとともに、残りの部分がダミースリーブ３１の外周側に引き出されている。そして、光ファイバー３２は、先端開口３４と反対側の端部がカメラ３３に接続されている。すなわち、光ファイバー３２は、その全長のうち先端側の一部がダミースリーブ３１の内側に挿入され、その先端がダミースリーブ３１の先端開口３４に保持されている。そして、光ファイバー３２は、残りの部分がダミースリーブ３１の外側に引き出され、先端と反対側の端部がカメラ３３に接続している。これにより、カメラ３３は、ダミースリーブ３１の先端開口３４に保持された光ファイバー３２の先端の画像を撮影する。カメラ３３は、先端開口３４で撮影した画像を、電子データとして出力する。

なお、撮影手段は、先端の画像を電子データに変換可能であればカメラ３３に限らない。例えば、カメラ３３の構成からレンズなどの機構を省略し、光ファイバー３２の先端における画像を光電変換素子で直接電子データに変換する構成としてもよい。また、カメラ３３を糸はんだ片１８に近い大きさまで小型化が可能であれば、光ファイバー３２を用いることなくダミースリーブ３１の先端開口３４にカメラ３３を取り付ける構成としてもよい。さらに、撮影した画像をカメラ３３へ転送可能であれば、光ファイバー３２に限らず用いることができる。例えば撮像素子と発信部とを有する小型の撮像部を先端開口３４に設け、有線または無線によって撮像部で撮影した画像をカメラ３３で撮影する構成としてもよい。このように、撮影手段は、先端開口３４における画像が取得可能であれば、本実施形態の例に限らず適用することができる。

教示ユニット３０は、図３に示すようにロボット教示装置４０に接続して用いられる。具体的には、ロボット教示装置４０は、駆動機構部１４であるロボットにはんだ付け位置である設定位置Ｐを教示する際に、駆動機構部１４と接続されるとともに、本実施形態の教示ユニット３０のカメラ３３に接続される。ロボット教示装置４０は、制御部４１、入力部４２および表示部４３を有している。ロボット教示装置４０の入力部４２および表示部４３は、例えばタッチパネルなどによって一体に構成してもよい。また、ロボット教示装置４０は、制御部４１、入力部４２および表示部４３が一体となったティーチングペンダントとして構成してもよい。入力部４２は、例えば機械的なスイッチやタッチスイッチを有しており、制御部４１に対して教示点の決定など、作業者による各種の指示の入力を受け付ける。表示部４３は、例えば液晶や有機ＥＬのディスプレイを有しており、駆動機構部１４の座標やカメラ３３で撮影した画像など、駆動機構部１４の教示に必要な情報を視覚的に表示する。制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータで構成されている。

制御部４１は、ＲＯＭまたは外部メモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、ロボット教示装置４０の制御、およびロボット教示装置４０による設定位置Ｐの教示における各種の処理を制御する。教示ユニット３０のカメラ３３は、撮影した先端開口３４における画像を、電子データとしてロボット教示装置４０の制御部４１へ出力する。ロボット教示装置４０の制御部４１は、このカメラ３３から入力された電子データに基づく画像を表示部４３に表示する。これにより、作業者は、ロボット教示装置４０の表示部４３に表示された先端開口３４の画像を見ながら、駆動機構部１４の教示を実行する。具体的には、作業者は、ロボット教示装置４０の入力部４２を用いて装置１０を駆動する駆動機構部１４の移動を入力する。駆動機構部１４は、このロボット教示装置４０に入力された指示を受けて、装置１０を指示に応じた位置へ駆動する。

表示部４３は、例えば図４に示すような先端視野画像５１を表示する。つまり、表示部４３は、先端開口３４における光ファイバー３２を通してカメラ３３で撮影した画像を、先端視野画像５１として表示する。先端視野画像５１は、光ファイバー３２を通してカメラ３３がダミースリーブ３１の先端開口３４で撮影したほぼ円形状の画像である。そのため、ダミースリーブ３１が設定位置Ｐにあるとき、先端視野画像５１は、基板２４のスルーホール２６、およびスルーホール２６の近傍に設けられているランド５２などを含む画像である。表示部４３は、カメラ３３で撮影した設定位置Ｐの近傍を、例えば実寸の１００倍程度に拡大して表示する。また、表示部４３は、ダミースリーブ３１を含む装置１０を駆動する駆動機構部１４の位置を座標表示５３として表示する。さらに、表示部４３は、教示する設定位置Ｐの精度を高めるために、視野の中心５４を基準として目印となるｘ軸罫線５５およびｙ軸罫線５６を表示してもよい。この視野の中心５４は、スリーブ１２の内側を落下する糸はんだ片１８の落下目標と一致する。

上記の教示ユニット３０を用いた設定位置Ｐの教示について説明する。
設定位置Ｐの教示を実行する前、駆動機構部１４に取り付けられた装置１０は、基板２４に接しないように基板２４から上方へ離れた位置にある。作業者は、ロボット教示装置４０を用いて装置１０を設定位置Ｐの上方へ移動させる。このとき、先端開口３４に先端が保持された光ファイバー３２は、設定位置Ｐのスルーホール２６から離れている。そのため、表示部４３に表示される先端視野画像５１は、図５に示すようにスルーホール２６の周囲を上方からカメラ３３で引いて撮影した画像となる。このとき、駆動機構部は１４、設定位置Ｐへの精密な位置合わせが行なわれていない。

設定位置Ｐとなるスルーホール２６の上方へ装置１０が移動すると、作業者は、駆動機構部１４によって装置１０を基板２４側へ下降させる。これにより、ダミースリーブ３１が取り付けられた装置１０は、駆動機構部１４によってｚ軸に沿って下方へ移動する。そのため、表示部４３に表示される先端視野画像５１は、図４に示すようにスルーホール２６の周囲に接近してカメラ３３で撮影した画像となる。そして、作業者は、表示部４３に表示された先端視野画像５１、ならびに教示における位置合わせの参考となるｘ軸罫線５５およびｙ軸罫線５６を利用して、設定位置Ｐとなるスルーホール２６の位置を合わせる。すなわち、作業者は、駆動機構部１４によってダミースリーブ３１が取り付けられた装置１０の位置をｘ軸方向およびｙ軸方向へ微調整し、ダミースリーブ３１が取り付けられた装置１０を基板２４の設定位置Ｐにあわせる。

図４に示すようにダミースリーブ３１が取り付けられた装置１０が設定位置Ｐにあわせられると、この位置を設定位置Ｐとして保存する。すなわち、作業者は、装置１０の位置を設定位置Ｐにあわせると、このときの座標表示５３に対応する駆動機構部１４の座標を、設定位置Ｐに対応する座標として図示しない記憶部に保存する。作業者は、例えば表示部４３とタッチパネルとして一体になった入力部４２、または専用のスイッチなどを用いて、設定位置Ｐに対応する座標を設定座標（ｘ，ｙ，ｚ）として保存する。ここで、設定座標（ｘ，ｙ，ｚ）のうち、「ｚ＝０」は、スリーブ１２またはダミースリーブ３１と基板２４とが接する位置である。そのため、ロボット教示装置４０は、この設定座標（ｘ，ｙ，０）を設定位置Ｐにおけるはんだ付け位置として記憶する。このように、作業者は、設定位置Ｐを教示する。設定位置Ｐが設定位置Ｐｎ（ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）として複数ある場合、作業者は表示部４３に表示された先端視野画像５１を参考にしながらすべての設定位置Ｐｎについて教示を行なう。なお、「ｚ＝０」は、例えば教示ユニット３０を用いて設定位置Ｐを教示する前に、装置１０に取り付けられたダミースリーブ３１と基板２４とを接触させることにより、予め教示することができる。

以上説明した一実施形態では、スリーブ１２と同一形状に形成されたダミースリーブ３１を用いている。このダミースリーブ３１の内周側に挿入された光ファイバー３２は、先端がダミースリーブ３１の先端開口３４に保持されている。この先端開口３４に光ファイバー３２の先端を保持することにより、光ファイバー３２の先端は設定位置Ｐへ供給される糸はんだ片１８が落下する位置と同一となる。すなわち、光ファイバー３２は、仮想的な糸はんだ片１８となって、スリーブ１２の先端部２２に供給される糸はんだ片１８の視点を提供する。糸はんだ片１８の視点と一致する光ファイバー３２の先端の画像は、カメラ３３によって撮影される。作業者は、スリーブ１２の先端部２２へ供給される糸はんだ片１８と視点が一致する光ファイバー３２で撮影した先端視野画像５１を用いて、駆動機構部１４によって装置１０を駆動しながら設定位置Ｐを教示する。そのため、作業者は、試行錯誤を繰り返すことなく、カメラ３３で撮影した先端視野画像５１を見ながら設定位置Ｐの教示を行なうことができる。したがって、作業者の熟練度にかかわらず設定位置Ｐの教示に必要な時間が短縮でき、仕上がりの品質も安定させることができる。

また、一実施形態では、はんだ付けを行なう位置として複数の設定位置Ｐｎがある場合でも、一つの設定位置Ｐの教示に必要な時間が短縮される。そのため、例えば集積回路素子のように多数の端子に対応するはんだ付けが必要な場合でも、はんだ付けのための設定位置Ｐｎを短時間で正確に教示することができる。

また、一実施形態では、光ファイバー３２は、先端がダミースリーブ３１の先端開口３４に保持される。光ファイバー３２は、糸はんだ１５および糸はんだ片１８と同様に長く細い部材である。そのため、はんだ付けを行なう際に用いるスリーブ１２をそのままダミースリーブ３１としても利用可能である。したがって、スリーブ１２をダミースリーブ３１と共通して使用することができ、部品を容易に共通化することができる。また、スリーブ１２とダミースリーブ３１とが共通化することにより、はんだ付け位置Ｐを教示するときと、実際にはんだ付けを実行するときとで条件の共通化が容易になる。したがって、教示の準備作業が簡略化されるとともに、条件の共通化によってはんだ付けの仕上がり品質のさらなる向上を達成することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は装置（スリーブはんだ付け装置）、１２はスリーブ、１４は駆動機構部、１５は糸はんだ、１８は糸はんだ片、２４は基板、２５は供給口、３０は教示ユニット、３１はダミースリーブ、３２は光ファイバー（撮影手段）、３３はカメラ（撮影手段）、３４は先端開口を示す。

Claims (2)

1. 糸状のはんだである糸はんだを予め基板に設定された設定位置へ駆動機構部で駆動されるスリーブで運搬して前記設定位置ではんだ付けを行なうスリーブはんだ付け装置において、前記スリーブが取り付けられた前記駆動機構部に前記設定位置を教示するための教示ユニットであって、
   前記スリーブと同一の形状に形成され、前記基板と対向する位置に、前記スリーブにおいて前記糸はんだが前記設定位置へ供給される供給口に対応する先端開口を有するダミースリーブと、
   前記先端開口に設けられ、前記先端開口で画像を撮影する撮影手段と、
   を備える教示ユニット。
2. 前記撮影手段は、
   前記ダミースリーブの内周側に挿入され、先端が前記先端開口に保持されている光ファイバーと、
   前記光ファイバーの前記先端開口と反対側の端部に設けられ、前記光ファイバーを通して前記先端開口側の画像を撮影するカメラと、
   を有する請求項１記載の教示ユニット。

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