以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
図1は、実施形態に係るはんだこて管理システム1000の構成を示すブロック図である。はんだこて管理システム1000は、複数のはんだこて制御装置100と、複数のはんだこて200と、複数の温度測定装置300と、コンピュータ装置400と、を備える。
はんだこて200は、ハンドル部210と、カートリッジ220と、を備える。カートリッジ220は、ハンドル部210に対して取り付けおよび取り外し可能にされている。カートリッジ220の先端がこて先221である。
はんだこて200の用途は、はんだ付けに限らない。はんだこて200は、はんだ吸取器ではんだを吸い取るために、はんだを溶かすことに用いられてもよいし、基板にはんだ付けされた電子部品に対して、はんだを溶かして、電子部品を基板から取り外すことに用いられてもよい。後者の用途のはんだこて200は、ホットツイーザー(hot tweezers)と称される。
温度測定装置300は、こて先221の温度を測定する。温度測定装置300は、オペレータがこて先221の温度を管理するために用いられる。温度測定装置300の数は、はんだこて制御装置100の数より少なくてもよい。例えば、複数のはんだこて制御装置100が1つの温度測定装置300を共用してもよい。
はんだこて制御装置100は、ケーブルCBによって、ハンドル部210と接続されている。このように、はんだこて制御装置100は、はんだこて200と電気的接続可能に、はんだこて200と分離して設けらている。はんだこて制御装置100は、こて先221の温度を制御する機能等を有する。
コンピュータ装置400は、複数のはんだこて制御装置100とネットワークNWによって接続されている。コンピュータ装置400は、例えば、ディスクトップ型、ノート型、タブレット型などのパーソナルコンピュータ、スマートフォンである。ネットワークNWは、例えば、インターネット、イントラネットである。コンピュータ装置400は、カートリッジ220に備えられる不揮発性メモリ224(図2)に記録されている情報を収集する機能等を有する。
図2は、はんだこて200の電気的構成を示すブロック図である。カートリッジ220は、こて先221と、ヒータ部222と、温度センサ223と、不揮発性メモリ224と、を備える。
ヒータ部222は、こて先221を加熱する。ヒータ部222の方式は、例えば、発熱体(ニクロム線、セラミックス等)によって、こて先221を加熱する方式でもよいし(抵抗加熱方式)、こて先221を発熱させる方式でもよい(高周波誘導加熱方式)。
温度センサ223は、こて先221の付近に配置され、こて先221の温度の測定に用いられるセンサである。温度センサ223は、例えば、熱電対である。温度センサ223を用いて測定されたこて先221の温度を管理するために、温度測定装置300が用いられる。
不揮発性メモリ224は、情報を繰り返し書き込みが可能であり、カートリッジ220のID等の所定の情報(以下、カートリッジ情報CI)を記憶する。カートリッジ情報CIは、カートリッジ220のIDに加えて、例えば、こて先221の形状、こて先221のサイズ等である。不揮発性メモリ224は、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)である。
ハンドル部210は、マイコン211を備える。マイコン211は、例えば、はんだこて制御装置100からの命令に従って、不揮発性メモリ224に記憶されているカートリッジ情報CIを不揮発性メモリ224から読み出して、はんだこて制御装置100へ送信する機能、はんだこて制御装置100からの命令に従って、不揮発性メモリ224にカートリッジ情報CIを書き込む機能を有する。
ハンドル部210とはんだこて制御装置100とは、ケーブルCBによって接続されている。ケーブルCBは、ヒータ部222に電力を供給する電力線と、温度センサ223の出力信号を送る信号線と、マイコン211との通信に用いられる通信線と、を含む。電力線搬送通信を用いれば、信号線および通信線が不要となる。
図3は、はんだこて制御装置100の機能ブロック図である。はんだこて制御装置100は、制御処理部101と、通信部102と、温度制御部103と、電圧測定部104と、電流測定部105と、入力部106と、表示制御部107と、表示部108と、識別部109と、第1記憶部110と、測定部111と、判定部112と、第2記憶部113と、報知部114と、を備える。
制御処理部101は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及び、HDD(Hard Disk Drive)等のハードウェアプロセッサ、並びに、制御処理部101の機能を実行するためのプログラムおよびデータ等によって実現される。以上説明したことは、温度制御部103、表示制御部107、識別部109、測定部111、判定部112についても同様のことが言える。
通信部102は、ハンドル部210に備えられるマイコン211(図2)と通信する機能を有する。詳しくは、通信部102は、マイコン211とシリアル通信をするために、例えば、UART(Universal A synchronous Receiver Transmitter)を備える。実施形態では有線通信を例にしているが、無線通信でもよい(例えば、IrDA(Infrared Data Association)規格などの赤外線通信、Bluetooth(登録商標))。
通信部102は、ネットワークNWと通信する機能を有する。詳しくは、通信部102は、例えば、産業用イーサネット用のインターフェースを備える(イーサネットは登録商標である)。実施形態では有線通信を例にしているが、無線通信でもよい(例えば、無線LAN)。
通信部102は、温度測定装置300と通信する機能を有する。詳しくは、通信部102は、温度測定装置300のマイコン302とシリアル通信をするために、例えば、UARTを備える。実施形態では有線通信を例にしているが、無線通信でもよい(例えば、IrDA規格などの赤外線通信、Bluetooth(登録商標))。
電圧測定部104は、ヒータ部222に印加されている電圧を測定する回路である。電流測定部105は、ヒータ部222に供給されている電流を測定する回路である。ヒータ部222と、電圧測定部104と、電流測定部105との接続関係が、図8によって示されている。図8のヒーターは、ヒータ部222と対応し、電圧計Vは、電圧測定部104と対応し、電流計Iは、電流測定部105と対応する。
図3を参照して、電圧測定部104および電流測定部105は、ヒータ部222に電力を供給する電力線(この電力線は、ケーブルCBに含まれている)にそれぞれ接続されている。電流測定部105は、ヒータ部222のアース端子とアースとの間に直列接続されている。電圧測定部104は、ヒータ部222の電源端子とアースとの間に直列に接続されている。
温度制御部103は、フィードバック制御によって、ヒータ部222の温度を制御し、これにより、こて先221の温度を設定温度にする。詳しくは、温度制御部103は、カートリッジ220に備えられる温度センサ223が示す温度と、電圧測定部104が測定した電圧と、電流測定部105が測定した電流と、を基にして、温度センサ223が示す温度を設定温度にするための電力量を算出し、この電力量をヒータ部222に与える制御をする。
電力量の制御について詳しく説明する。温度制御部103は、外部AC電源からの交流を全波整流し、全波整流で得られたパルスのうち、ヒータ部222に供給するパルスの数を調節し、これにより、ヒータ部222に供給する電力を制御する。所定数のパルスの生成に要する時間が1サイクルとする。例えば、所定数が21パルスとする。60Hzの交流の場合、交流が全波整流されると、1秒間に120パルスが生成される。1パルスの生成に要する時間は、0.00833・・・秒となる。よって、21パルスの生成に要する時間(1サイクル)は、0.175秒(=21×0.00833・・・)となる。
50Hzの交流の場合、交流が全波整流されると、1秒間に100パルスが生成される。1パルスの生成に要する時間は、0.01秒となる。よって、21パルスの生成に要する時間(1サイクル)は、0.21秒(=21×0.01)となる。
電力量の制御は、上記方式に限定されず、他の方式でもよい(例えば、PWM制御(Pulse Width Modulation))。
入力部106は、オペレータが、はんだこて制御装置100に各種の入力をするための装置である。各種の入力の具体例を説明する。オペレータは、入力部106を操作して、設定温度をはんだこて制御装置100に入力する。オペレータは、入力部106を操作して、カートリッジ220に備えられる不揮発性メモリ224に記憶されているカートリッジ情報CIの読み出し、書き込みをする命令を入力する。入力部106は、ハードキー(ボタン、スイッチ等)およびソフトキー(タッチパネル)の少なくとも一方によって実現される。
表示制御部107は、表示部108に各種のデータ、情報を表示する。例えば、表示制御部107は、表示部108に、設定温度を表示させたり、カートリッジ情報CIを表示させたりする。表示部108は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ(Organic Light Emitting Diode display)である。
識別部109は、こて先221が負荷状態か否かを識別する。ワークをはんだ付けするために、こて先221がワークに接触したとき、こて先221の熱が、ワークおよびはんだに伝導し、こて先221の温度が設定温度より低くなる。こて先221の温度が設定温度から所定量(例えば、5度)以上低下したとき、これを負荷状態と称する。これに対して、アイドリング状態がある。アイドリング状態とは、こて先221が非接触であり(こて先221がワークと接触していない)、かつ、こて先221の温度が設定温度を含む所定範囲内に保たれた状態である。こて先221の温度が設定温度にされるとは、こて先221の温度が設定温度に到達し、アイドリング状態にされることである。なお、ワークとは、はんだ付けの対象となる電子部品および基板のランド(電子部品がはんだ付けされる部分)少なくとも一方を含む意味である。
図4は、アイドリング状態および負荷状態において、温度制御部103の制御に従って、ヒータ部222に供給されるパルス数の例を説明する説明図である。1サイクルが0.175秒とする。アイドリング状態のとき、ヒータ部222に供給される電力量は比較的少ない(室温に応じて、ヒータ部222に供給される電力量は異なる)。図4の(a)は、アイドリング状態において、ヒータ部222に供給されるパルス数の例である。温度制御部103は、アイドリング状態を保つために、例えば、8パルスをヒータ部222に供給するサイクルと、0パルスをヒータ部222に供給するサイクルとを交互に繰り返す。
温度制御部103は、負荷状態のとき、アイドリング状態よりもヒータ部222に供給する電力量を多くして、アイドリング状態に戻す制御をする。温度制御部103は、負荷状態が大きくなるにしたがって(こて先221の温度と設定温度との差が大きくなる)、ヒータ部222に供給する電力量を多くし、負荷状態が小さくなるにしたがって(こて先221の温度と設定温度との差が小さくなる)、ヒータ部222に供給する電力量を少なくする。
例えば、2つの負荷状態を例にして説明する。図4の(b)は、比較的小さい負荷状態において(こて先221の温度と設定温度との差が比較的小さい)、ヒータ部222に供給されるパルス数の例である。温度制御部103は、例えば、8パルスをヒータ部222に供給するサイクルを繰り返す。図4の(c)は、比較的大きい負荷状態において(こて先221の温度と設定温度との差が比較的大きい)、ヒータ部222に供給されるパルス数の例である。温度制御部103は、例えば、16パルスをヒータ部222に供給するサイクルを繰り返す。
なお、1サイクルで21パルスをヒータ部222に供給された状態で、1サイクルの電力量が測定され、これを21で割ることにより、1パルスの電力量が分かる。
図3を参照して、第1記憶部110は、フラッシュメモリ、HDD等によって実現され、第1電力量を予め記憶する。第1電力量は、アイドリング状態において、はんだこて200に供給される電力量である。はんだこて200に供給される電力量とは、ヒータ部222に供給される電力量である。第1電力量の計算に用いる期間(時間)は、1サイクルとする。
第1電力量の測定方法について詳しく説明する。図3および図4を参照して、測定部111は、アイドリング状態において、電流測定部105が測定した電流と電圧測定部104が測定した電圧とを用いて、1サイクルの電力量e1を、下記式を用いて算出する。
e1=I1×V2×S
I1は、アイドリング状態において、電流測定部105が測定した電流である。V1は、アイドリング状態において、電圧測定部104が測定した電圧である。Sは、1サイクルである。
アイドリング状態では、1サイクルにおいて、21パルスの全部がヒータ部222に供給されるのではなく、所定数N(例えば、8)のパルスが、ヒータ部222に供給される。また、アイドリング状態では、ヒータ部222にパルスが供給されないサイクルがある。ここでは、ヒータ部222にパルスを供給するサイクルと供給しないサイクルとが交互に繰り返されるとする。測定部111は、以下の式を用いて、第1電力量E1を算出する。
E1=(N÷21×e1)÷2
測定部111によって、設定温度毎に第1電力量E1が予め測定されている。第1記憶部110は、各設定温度について、第1電力量E1と対応付けたテーブルを予め記憶している。
測定部111は、第2電力量から第1電力量を引いた第3電力量を測定する。第2電力量は、こて先221が負荷状態のときに、はんだこて200に供給される電力量である。第1電力量は、こて先221がアイドリング状態のときに、はんだこて200に供給される電力量である。第3電力量は、第2電力量から第1電力量を引いた電力量である。従って、負荷状態のとき、ワークとはんだには、第3電力量で発生した熱エネルギーが加えられることになる(正確には、第3電力量で発生した熱エネルギーから、ワークとはんだから空気中に放射した熱エネルギーを引いた熱エネルギーが加えられる)。言い換えれば、第3電力量は、負荷状態において、ワークとはんだに対する熱負荷である。
第3電力量が少なすぎれば、ワークとはんだが加熱不足となり、第3電力量が多すぎれば、ワークとはんだが過加熱となる。実施形態に係るはんだこて制御装置100によれば、第3電力量を測定できるので、はんだ付けのトレーサビリティを確保したい要請に応えることができる。
なお、電力量(第1電力量、第2電力量、第3電力量)は、電気によるエネルギーであり、電力量の単位はジュールである。
第2電力量の計算に用いる時間(期間)は、1サイクルとする。第2電力量の測定方法について詳しく説明する。
測定部111は、負荷状態のとき、電流測定部105が測定した電流と電圧測定部104が測定した電圧とを用いて、1サイクルの電力量e2を、下記式を用いて算出する。
e2=I2×V2×S
I2は、負荷状態において、電流測定部105が測定した電流である。V2は、負荷状態において、電圧測定部104が測定した電圧である。Sは、1サイクルである。
負荷状態では、1サイクルにおいて、21パルスの全部がヒータ部222に供給されるではなく、所定数N(例えば、8、16)のパルスが、ヒータ部222に供給される。測定部111は、以下の式を用いて、第2電力量E2を算出する。
E2=N÷21×e2
測定部111は、負荷状態が解消されるまで、第2電力量を1サイクル(所定期間)の単位で繰り返し測定し、第2電力量から第1電力量を引いた値を、1サイクル(所定期間)の単位で繰り返し算出し、この値を積算する。この積算値が第3電力量となる。第3電力量の測定が終了する前に、表示制御部107が表示部108に積算値を表示させてもよい。これにより、オペレータは、第3電力量の途中経過を知ることができる。
例えば、負荷状態からアイドリング状態に戻ったタイミングが、負荷状態の解消としてもよいし、こて先221がワークとはんだから離れたタイミングが、負荷状態の解消としてもよい。こて先221がワークとはんだから離れるとは、例えば、こて先221の温度の低下が止まり、こて先221の温度が小刻みに変動した状態から、設定温度に向けて上昇を開始するタイミングである。
測定部111は、負荷状態が解消したとき、第3電力量の測定を終了する。測定部111は、この時点での上記積算値を第3電力量と確定する。
判定部112は、測定部111が測定している第3電力量が、しきい値を超えるか否かを判定する。しきい値は、第1しきい値と第2しきい値とがある。第1しきい値は、ワークとはんだが加熱不足か否かの判定に用いられる。第1しきい値は、ワークとはんだが加熱不足か否かの境界値より大きい(僅かに大きい)。このような値によれば、第3電力量が第1しきい値を超えたことが報知されたときに、こて先221がワークとはんだから離れても、ワークとはんだが加熱不足になることはない。
第2しきい値は、ワークとはんだが過加熱か否かの判定に用いられる。第2しきい値は、第1しきい値より大きい。第2しきい値は、ワークとはんだが過加熱か否かの境界値より小さい(僅かに小さい)。このような値によれば、第3電力量が第2しきい値を超えたことが報知されたときに、こて先221がワークとはんだから離れれば、ワークとはんだが過加熱になることはない。
2つのしきい値(第1しきい値、第2しきい値)で説明するが、第1しきい値だけでもよいし、第2しきい値でけでもよい。
しきい値(第1しきい値、第2しきい値)は、はんだ付けの条件によって異なるので、はんだ付けの条件に応じて、しきい値を予め決める必要がある。はんだ付けの条件を構成するパラメータとして、例えば、こて先221のサイズ、こて先221の形状、ワークのサイズ、ワークの材質、はんだの種類、こて先221の設定温度がある。これらのパラメータの1つでも異なれば、異なる条件のはんだ付けとなる。
しきい値は、熟練オペレータによって調べられる。詳しく説明する。熟練オペレータが、はんだこて制御装置100を用いて、同じ条件の下で、はんだ付けを繰り返し、第1しきい値となる第3電力量、第2しきい値となる第3電力量をそれぞれ調べる。オペレータは、はんだ付けの条件を異ならせ、第1しきい値となる第3電力量、第2しきい値となる第3電力量をそれぞれ調べる。
第2記憶部113には、複数の条件のそれぞれについて、条件としきい値(第1しきい値、第2しきい値)とが対応付けられたテーブル1131が予め記憶される。条件A、条件B、条件Cを例にして説明する。条件Aと、条件Aの下で調べられたしきい値(第1しきい値、第2しきい値)とが対応付けられており、条件Bと、条件Bの下で調べられたしきい値(第1しきい値、第2しきい値)とが対応付けられており、条件Cと条件Cの下で調べられたしきい値(第1しきい値、第2しきい値)とが対応付けられている。第2記憶部113は、フラッシュメモリ、HDD等によって実現される。
第2の記憶部113の替わりに、カートリッジ220に備えられる不揮発性メモリ224に、テーブル1131が予め記憶されていてもよい。
報知部114は、第3電力量がしきい値(第1しきい値、第2しきい値)を超えたと判定されたとき、報知する。オペレータは、作業中、こて先221に視線を集中させているので、音声で報知することが好ましい。音声の場合、報知部114は、スピーカとアンプとにより実現される。オペレータが第1しきい値と第2しきい値とを区別できるために、第3電力量が第1しきい値を超えたときに鳴らされる音と、第3電力量が第2しきい値を超えたときに鳴らされる音とは、異ならせることがが好ましい。報知は、音声でなく画像ですることもできる。画像の場合、報知部114は、表示制御部107と表示部108とにより実現される。
第3電力量の測定動作について説明する。図5Aおよび図5Bは、これを説明するフローチャートである。図2、図3および図5Aを参照して、オペレータは、はんだ付け作業をする前に、入力部106を用いて、はんだ付けの条件をはんだこて制御装置100に入力する。判定部112は、テーブル1131を参照して、入力された条件に対応付けられた第1しきい値および第2しきい値を第2記憶部113から読み出す(ステップS1)。判定部112は、第3電力量が、これらのしきい値を超えるか否かを判定する。
テーブル1131が不揮発性メモリ224に記憶されている態様では、ステップS1の前に次の処理をする。制御処理部101は、所定のタイミングで、ハンドル部210に備えられるマイコン211に対して、不揮発性メモリ224に記憶されているテーブル1131を読み出す命令をする。通信部102は、この命令に従って、マイコン211へテーブル1131の読出命令を送信し、読出命令に応じてマイコン211から送信されてきたテーブル1131を受信する。制御処理部101は、テーブル1131を第2記憶部113に記憶させる。
第3電力量の測定動作の説明に戻る。温度制御部103は、こて先221の温度を設定温度にするフィードバック制御を実行している。測定部111は、このフィードバック制御の設定温度に対応付けられた第1電力量を第1記憶部110から読み出す(ステップS2)。識別部109は、フィードバック制御の状態で、アイドリング状態から負荷状態へ遷移したか否かを判定する(ステップS3)。識別部109は、遷移していないと判定したとき(ステップS3でNo)、ステップS3の処理を繰り返す。
識別部109は、アイドリング状態から負荷状態へ遷移したと判定したとき(ステップS3でYes)、測定部111は、第3電力量の測定を開始する(ステップS4)。
図2、図3および図5Bを参照して、識別部109は、負荷状態から負荷状態の解消へ遷移したか否かを判定する(ステップS5)。識別部109が、遷移したと判定したとき(ステップS5でYes)、測定部111は、第3電力量の測定を終了する(ステップS6)。測定部111は、この時点での上記積算値を第3電力量として確定する。表示制御部107は、確定された第3電力量を表示部108に表示させる(ステップS7)。
識別部109が、負荷状態から負荷状態の解消へ遷移していないと判定したとき(ステップS5でNo)、判定部112は、測定部111が測定した第3電力量が第1しきい値を超えたか否かを判定する(ステップS8)。判定部112は、第3電力量が第1しきい値を超えていないと判定したとき(ステップS8でNo)、識別部109はステップS5の処理をする。
判定部112は、第3電力量が第1しきい値を超えたと判定したとき(ステップS8でYes)、オペレータに報知する(ステップS9)。これにより、オペレータは、はんだこて200によって加熱されているワークとはんだが、加熱不足でないことを認識できる。
ステップS9後、識別部109は、こて先が負荷状態から負荷状態の解消へ遷移したか否かを判定する(ステップS10)。識別部109が、遷移したと判定したとき(ステップS10でYes)、測定部111は、第3電力量の測定を終了する(ステップS6)。測定部111は、この時点での上記積算値を第3電力量として確定する。表示制御部107は、確定された第3電力量を表示部108に表示させる(ステップS7)。
識別部109が、負荷状態から負荷状態の解消へ遷移していないと判定したとき(ステップS10でNo)、判定部112は、測定部111が測定した第3電力量が第2しきい値を超えたか否かを判定する(ステップS11)。判定部112は、第3電力量が第2しきい値を超えていないと判定したとき(ステップS11でNo)、識別部109はステップS10の処理をする。
判定部112は、第3電力量が第2しきい値を超えたと判定したとき(ステップS11でYes)、オペレータに報知する(ステップS12)。これにより、オペレータは、こて先221をワークとはんだから離さなければ、ワークとはんだが過加熱になることを認識できる。
ステップS12後、識別部109は、こて先が負荷状態から負荷状態の解消へ遷移したか否かを判定する(ステップS13)。識別部109は、遷移していないと判定したとき(ステップS12でNo)、識別部109は、ステップS13の処理を繰り返す。
識別部109が、遷移したと判定したとき(ステップS13でYes)、測定部111は、第3電力量の測定を終了する(ステップS6)。測定部111は、この時点での上記積算値を第3電力量として確定する。表示制御部107は、確定された第3電力量を表示部108に表示させる(ステップS7)。
実施形態の主な効果を説明する。はんだこて制御装置100は、第1しきい値および第2しきい値を用いて、第3電力量を監視する(図5BのステップS8、ステップS9、ステップS11、ステップS12)。これにより、はんだ付け不良を防止することができる。このようなはんだこて制御装置100によれば、オペレータの経験と勘に頼らないはんだ付けを実現することができる。
以下は、本発明の創作の基になった米国仮出願(US62/543,797)の内容である。この米国仮出願は、図6に示すように、システム10、制御ステーション20、センサ装置28、ホストマシン40、メモリ素子92が含まれる。システム10は、はんだこて管理システム1000と対応し、制御ステーション20は、はんだこて制御装置100と対応し、センサ装置28は、温度測定装置300と対応し、ホストマシン40は、コンピュータ装置400と対応し、メモリ素子92は、不揮発性メモリ224と対応する。
米国仮出願において、発明の名称は、コンポジットはんだ付け、はんだ除去ステーション・システムとされている。
米国仮出願において、概要として、以下の記載がされている。はんだ付け加熱具、負荷検出機能、チップ管理、自動チップ温度校正、カートリッジ/ハンドル位置・移動検知、インタラクティブ機能の拡張機能を含むはんだ付けおよびはんだ除去ステーションおよびシステム。
米国仮出願において、発明の要約として、以下の記載がされている。本発明は、制御ステーションを含む交換可能システムの構成要素、ハンドルおよびカートリッジを含む加熱ツール、関連するセンサ装置およびコンポーネントに関してであり、コンポーネントは、イントラネットまたはインターネット経由でホストまたはサーバに接続を可能にする。制御ステーションは、はんだ付け加熱具、負荷検出機能、チップ管理、自動チップ温度校正、カートリッジ/ハンドル位置・移動検知の制御と相互作業、及び、ゲートウエイまたはホストシステムの双方向機能の拡張機能を含む。
米国仮出願の発明の詳細な説明には、以下の記載がされている。
図6は、本発明のシステム10のブロックおよび概略図を提供する。システム10は、制御ステーション20の周囲に構成され、ケーブルアセンブリ22を介してハンドル24およびカートリッジ26に接続される。制御ステーション20は、カートリッジ26に制御信号および電力を供給し、オペレータがはんだ付けまたははんだ除去操作を行うために使用する。制御ステーション20は、ゲートウェイボックス30およびホストマシン40と同様に、様々なセンサ装置28と通信するように構成されている。ホストマシン40は、保護されたイントラネットシステムの構成要素であってもよく、代替的にインターネットに接続することもできる。
制御ステーション20は、フロントパネル20Aおよびリアパネル20Bを有し、図6に横向に示されている。フロントパネル20Aでは、制御ステーション20は表示部50、例えば液晶ディスプレイ(LCD)を有するが、例えば、発光ダイオード(LED)ディスプレイを使用することもできる。フロントパネル20Aは、また、ケーブルアセンブリ22への接続を可能にするソケット52と、制御ステーション20の電力供給をオン/オフするための電源スイッチ54とを含む。フロントパネル20Aは、また、操作ボタン56A、56B、56C、56Dとして示される多数の制御またはデータ入力部品を含む。データ入力部品は、例えばトグルスイッチ、ノブ、ダイアル、およびタッチまたは光学センサを含む任意の数の電気部品であってもよい。
制御ステーション20のリアパネル20Bは、電源ソケット60、回路基板ドック62および1つ以上のコネクタポート64を含む。図6は、例えばカバープレート70、RS232C用ボード72、変換用ボード74、USB用ボード76およびLAN用ボード78を含む回路基板ドック62に取り付けられる種々の項目を図式的に示す。これらのボード72、74、76、78の各々は、制御ステーション20をゲートウェイボックス30またはホストマシン40に接続するために適切なケーブルで使用することができる。また、ボードは、制御自動化テクノロジーのイーサネット(EtherNetCAT)、産業用イーサネットプロトコル(EtherNet/IP)、CAN(Controller Area Network)、UART((Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)やI2C(Inter−Integrated Circuit)、SPI(Serial Peripheral Interface)のいずれかでも使用できる。
センサ装置28は、1つ以上の温度計80、バーコードリーダー82、及び/またはRFIDリーダー84を含んでもよい。システム10は、有線温度計80、バーコードリーダー82およびRFIDリーダー84が、制御ステーション20によって使用され得るデータに変換される変換ボックス86に結合されてもよい。
図6は、また、カートリッジ26を固定するハンドル24を概略的に示す。ハンドル24は、加速度センサ90を含み、カートリッジ26は、例えば、PROM、EPROMまたはEEPROMなどのメモリ素子92を含むことができる。メモリ素子92は、変更できない(固定データ)カートリッジ26のタイプに特有の情報を格納するために使用され、制御ステーション20(可変データ)によってメモリに書き込まれる情報を格納することができる。固定データは、例えば、それぞれのカートリッジ26のシリアル番号、チップ形状データ、および、工場の設定温度データを含むことができる。可変データは、プログラムされた設定温度データ、温度のオフセット値、累積負荷回数、累積通電時間、累積はんだ操作、および、鉛はんだでの使用を含むことができる。累積負荷回数は、非はんだ操作を考慮することや(したがって累積はんだ操作より数が多い)、電力時間の合計となることができる。
[負荷検出機能]
制御ステーション20は、好ましくは各はんだ付け作業中にカートリッジ26の熱負荷を識別および定量化するための負荷検出機能を含む。はんだが液化した温度まで部品を加熱したときに生じる熱負荷と、はんだを液化するめに必要な負荷を検出し、負荷の時間を計ることにより、各はんだ付けの各負荷サイクルを測定、カウント、監視することができる。特定のカートリッジ26に関連する負荷サイクルをカウントすることにより、カートリッジ寿命を監視することができる。加えて、負荷サイクルを測定することにより、各はんだ付け動作のはんだ負荷を記録し、以下に更に説明するように作業のトレーサビリティに使用することができる。また、制御ステーション20が特定のはんだ付けに対して定義された負荷サイクルを記録すると、制御ステーション20は、後続のはんだ付けの負荷サイクルが定義された負荷サイクルの許容範囲外であるときにオペレータに指示を与えることができる。
図7は、はんだ付けカートリッジ26の使用に応じた、時間間隔ブロックにおけるカートリッジ26の通電または通電サイクルを図式的に示す。図7に示すように、カートリッジ26は、60Hzサイクルで電力を供給され、負荷または電力量は、0.175秒すなわち21パルス毎に決定される。通電の長さは、サイクルによって変化する。例えばカートリッジ26が50Hzで電力を供給された時、負荷あるいは通電量は、0.21秒すなわち21パルス毎に決定される。通電負荷量は、カートリッジチップに設置された温度センサによって測定される実際の温度と設定温度の差に応じて決定される。通常、チップ温度が設定温度点の電力レベルでアイドリングしている場合、設定温度と温度センサで測定された実際の温度との差は小さくなり、負荷量は最小であると判断される。はんだ付け動作が開始されると、カートリッジ26からワークに熱が転送され、制御ステーション20がカートリッジ26への出力を増加させるため、カートリッジ26の負荷は増加する。カートリッジ26に通電するエネルギーの量が増加したり、量が同じであっても、通電サイクルの回数が増加すると、システム10は、はんだ付け負荷が加えられていると判断する。カートリッジ26への通電のために供給されるエネルギー量がアイドリング状態に近づくと、制御ステーション20は、はんだ付け負荷が終了したと判断する。はんだ付け負荷は、1サイクル(0.175秒、21パルス)では検出されず、熱負荷が印加される期間内の総エネルギーに基づいて決定される。
負荷判定の前述の説明は、この方法の例示として提供される。負荷の識別方法は、変化するかもしれず、また、ヒータ性能などの回路部品の他の要素の変化に対応するように適合する必要がある場合もある。しかしながら負荷を検出するには、設定温度と温度センサによって測定された実際のチップ温度の温度差を識別することが好ましい。
図8は、負荷検出回路の簡略化された概略図である。この実施形態では、制御ステーション20は、供給電圧Vおよび供給電流Iを検出する。検出されたVおよびIから、投入エネルギーWを計算することができる(V×I=W)。制御ステーション20は、次のように、時間Sにわたる投入エネルギーWの積として、ジュールJでの熱負荷を計算する(W×S=J)。カートリッジチップにはんだ付け負荷がない場合のアイドル状態では、制御ステーション20は、所定の時間間隔でアイドル負荷Jiを測定する。負荷が検出されると、制御ステーション20は、はんだ付け負荷が加えられるSsの期間にわたって、はんだ付け熱負荷エネルギーJsを算出する。
W×Ss=Js
負荷中のエネルギーJsおよびアイドル状態のエネルギーJiから、制御ステーション20は、はんだ付け動作に使用されるジュールJtlの熱負荷を算出することができる(Js−Ji=Jtl)。この算出されたJtlは負荷に対する投入エネルギーであり、定義された負荷サイクルとして設定され得る。
図9は、負荷検出機能のためのソフトウェアのプログラム論理図である。負荷検出サイクルの“START”100は、制御ステーション20がオンになっており、カートリッジ26が電力供給されているときはいつでも、負荷検出機能が作動するように、すべての制御サイクルで開始される。ステップ102で、カートリッジチップ温度センサの温度が低下したか否かを判定する。Yesの場合、ステップ104において、制御ステーション20は、カートリッジヒータ駆動電圧Vを測定する。ステップ106において、制御ステーション20は、カートリッジヒータ駆動電流Iを測定する。ステップ108において、制御ステーション20は、カートリッジ26の必要な追加の投入エネルギーを算出する。ステップ110で、追加の投入エネルギーEがカートリッジ26に送られる。ステップ112において、制御ステーション20は、負荷が除去またはクリアされたかどうか、すなわちはんだ付け機能が完了したか否かを判定する。ステップ112において、判定がYesである場合、制御ステーション20は、はんだ付け動作のためにカートリッジ26に供給される総負荷時間と総投入エネルギーを決定する。次に、ステップ116において、制御ステーション20は、負荷のためのメモリフィールドの値を増加させる。サイクル完了後、制御ステーション20は、ENDステップ118に進む。ステップ102の判定がNoである場合、制御ステーション20は、ENDステップ118に進む。また、ステップ112において負荷状態が解除されないと、制御ステーション20は、ENDステップ118に進む。
[チップ管理機能]
図6に関して前述したように、カートリッジ26は、例えばPROM、EPROMまたはEEPROMなどのメモリ素子92を含むことができる。メモリ素子92は、変更できないカートリッジ26のタイプ(固定データ)に特有の情報を記憶するために使用され、制御ステーション20(可変データ)によってメモリに書き込まれる情報を記憶することができる。固定データは、特定のカートリッジ26の識別およびデザイン要求に固有の情報を含む。はんだカートリッジチップは、特定のはんだ付け作業のために多くの異なるデザインを持つ事ができる。したがって、カートリッジチップは、例えば、尖っていても、丸くても、三角形の、面取りされた円錐形、正方形長方形またはのみ型であってもよく、様々なサイズおよび寸法のものであってもよい。チップのデザインおよびチップの熱質量の両方は、カートリッジ26内の発熱体からカートリッジチップを介してハンダ付けされるワークへの熱の供給に影響を与える。
非常に小さいチップは、カートリッジ26の発熱体から熱エネルギーを効率的に伝達するが、その熱質量が低いということは、チップが最初にワークに接触すると、チップ温度が急速に低下し、容易に感知され、制御ステーション20に供給される電力を増加させる。比較すると、より大きいチップは、チップ温度を維持するためにより高い電力レベルを必要とするが、そのより大きなサイズ、したがってより大きな熱質量バランスによりチップがワークに接触し熱のワークへの伝達が始まった時にチップ温度はそれほど低下しない。
本発明のシステム10は、かなりの数の異なるはんだ付けおよびはんだ除去ツール、したがって多種多様な異なるヒーター形状およびカートリッジチップデザインとともに使用されるように構成されている。したがって、カートリッジ26およびカートリッジチップに関する特定の情報を記憶するカートリッジ26内のメモリ素子92のオプションを提供することが有益である。例えば、各カートリッジ26には、カートリッジ26がハンドル24に挿入され、制御ステーション20の電源が投入されたときに制御ステーション20によって読み取られる固有のシリアル番号が割り当てられてもよい。シリアル番号の第1の部分は、特定のカートリッジシリーズのモデル番号を識別し、シリアル番号の第2の部分は、モデル番号内の個々のカートリッジ26を一意に識別することができる。制御ステーション20は、制御ステーション20のメモリに記憶されたルックアップテーブルを参照して、シリアル番号の第1の部分を読み取ることができ、カートリッジ26の特定のモデル番号に共通の特性を識別することができる。例えば、特性には、設定温度ならびに最小および最大動作温度が含まれてもよい。あるいは、制御ステーション20は、カートリッジ26のシリアル番号を読み取ってもよく、次いで、制御ステーション20は、特定のカートリッジ26に関する特定の情報または操作指示のために、ホストマシン40に直接またはゲートウェイボックス30を介して問い合わせることができる。
カートリッジ26のメモリ素子92は、カートリッジ26およびそのこて先に関する様々な情報でプログラムされてもよい。例えば、メモリ素子92は、先端形状、制御ステーション20が特定のカートリッジモデルに対してカートリッジ26に使用すべき設定温度、カートリッジ26に特有のオフセット温度、「使用した負荷」はカートリッジ26がコンポーネントをはんだ付けするために使用された回数を反映した数、カートリッジ26のために合計の“電源投入”時間をメモリにプログラムされてもよい。メモリ素子92は、また、はんだ付け作業に使用される平均エネルギーを記録するようにプログラムされてもよく、制御ステーション20が特定のはんだ付け動作を監視するために使用されるはんだ付けパラメータのユーザプログラミングを可能にしてもよい。
制御ステーション20は、それ自体のプログラミングに基づいて、または、ホストマシン40に命令を問い合わせることによって、カートリッジ26のメモリ素子92の情報を読み取ることができ、メモリ素子92からプログラムされたデータを利用して、特定のカートリッジ26へ電力の供給制御や使用を制御する。例えば、制御ステーション20は、カートリッジ26の設定温度データを読み取り、オペレータの設定温度を設定して表示することができる。設定温度は、カートリッジ26が製造されるときに設定されてもよいし、特定のはんだ付け作業またははんだのために制御ステーション20を使用してオペレータによってプログラムされてもよい。設定温度は、制御ステーション20に指示を与えるホストマシン40によって設定することもできる。カートリッジ26の特定のモデルシリーズは全て同様の設定温度を有することができるが、それぞれのこて先は特有である可能性もあり、例えば、その使用履歴のために、電源投入時の先端の温度が設定温度と異なる場合がある。したがって、こて先温度センサまたは外部温度計に基づいて実際の先端温度を比較することによって、制御ステーション20は、特定のカートリッジ26のオフセット温度を決定することができる。オフセット温度は、メモリ素子92に記録され、標準チップ温度電力レベルをオフセットチップ温度電力レベルに調整する事に用いられる。
メモリ素子92は、また、カートリッジ26に加えられた全負荷時間およびカートリッジ26の総作動時間の記録を維持してもよい。これらのカウントのデータを使用してホストマシン40にアップロードすることができる。この情報は、繰り返しはんだ付け作業に使用される特定のカートリッジ26に対する寿命予測のベースラインを確立し、カートリッジ26が早期に故障する時を認識するのに有用であり得る。特定のカートリッジモデルに対してベースラインが確立されると、制御ステーション20またはホストマシン40は、交換カートリッジが予想される耐用年数の終わりに近づいていることを認識することができる。
メモリ素子92は、また、カートリッジ26が最初に鉛入りはんだを使用した時に作動する「鉛はんだ」フラグを含み得る。「鉛はんだ」フラグは、鉛フリーでなければならないワークの相互汚染を回避するように、鉛を含有するはんだを以前に使用した特定のカートリッジ26を使用しないように作業者に警告するため、制御ステーション20によって使用されてもよい。メモリ素子92の情報は、制御ステーション20に、視覚信号またはオーディオ信号のいずれかによってオペレータに警告を出力させるために使用されてもよく、オペレータが警告信号に肯定的に肯定応答するまで、オペレータが特定のカートリッジ26を使用するのを防止するために使用されてもよい。例えば、制御ステーション20は、警告を出すことができ、制御ステーション20によって「鉛はんだ」フラグが読み取られた場合、カートリッジ26に電力を供給することができない。その場合、オペレータは、「鉛はんだ」警告を確認し、ボタン56A〜56Dのいずれかを有効にしてカートリッジ26の電源を入れても良いことを制御ステーション20に確認する。「鉛はんだ」フラグは、どの制御ステーション20でも読み取られる事が特に重要で、制御ステーション20が最初にフラグを作動させてなかったとしても、ワークステーション(作業場所)の間でカートリッジ26を借りた場合や交換した場合に偶然にワークを相互に汚染する事がない。好ましくは、「鉛はんだ」フラグは、一旦作動されると、偶然または意図的にリセットすることができないメモリ素子92内のメモリの一部に書き込まれることが好ましい。
制御ステーション20またはホストマシン40のための例示的なカートリッジチップ管理プログラムが図10Aおよび図10Bに示されている。カートリッジチップ管理プログラムの「開始」200は、新しいカートリッジ26がハンドル24に挿入されると開始され、制御ステーション20の電源が入る。カートリッジチップ管理プログラムの「開始」200は、制御ステーション20またはホストマシン40にプログラムされたスケジュールで定期的に起動することもできる。
ステップ202では、カートリッジこて先が取り外されたか交換されたかあるいはグリップが制御ステーション20に接続されていないかを検出するハンドルエラーまたはカートリッジセンサーエラーの結果、制御ステーション20がリセットされているかどうかが判定される。ハンドルエラーやセンサーエラーが発生し、その後エラーが訂正されシステムがエラーから復帰し、制御ステーション20を最初に電源が入った時、プログラムはステップ204に進み、制御ステーション20はメモリ素子92に記憶されたデータを問い合わせる。ステップ206において、制御プログラムは、メモリ素子92からのデータが、“鉛はんだ”フラグが含まれているかを決定する。イエスならば、プログラムはステップ208に進み、プログラムは制御ステーション20上に表示または警報を出力して、カートリッジ26が鉛はんだと共に使用されたことをオペレータに知らせる。
ステップ202またはステップ206において、判定が否定である場合、ステップ208の後、プログラムはステップ210に進む。ステップ210で、プログラムは、カートリッジ26の設定温度を読み取るコマンドがあるかどうかを判定する。ステップ210での判定がイエスであれば、プログラムはステップ212に進み、プログラムは制御ステーション20の設定温度をカートリッジ26のメモリ素子92から検索された設定温度に変更する。ステップ212の後、またはステップ210での判定が否定である場合、プログラムはステップ214に進む。
ステップ214で、プログラムは、オフセット温度を読み取る命令があるかどうかを判定する。そのようなコマンドがあれば、メモリ素子92からオフセット温度が読み取られ、次いでプログラムはステップ216に進み、プログラムはメモリ素子92から検索されたオフセット温度値を用いて制御設定温度を変更する。ステップ216の後、またはステップ214の否定判定のときには、ステップ218に進む。ステップ218で、プログラムは、更新された設定温度をメモリ素子92に書き込むコマンドがあるかどうかを判定する。判定がYESである場合、プログラムはステップ220に進み、制御ステーション20は、ハンドル24を介してコマンドを送信する メモリ素子92に記憶されているカートリッジ26の設定温度を更新するようにカートリッジ26に指示する。ステップ220の後、または、ステップ218の否定判定の後、プログラムはステップ222に進む。ステップ222において、プログラムは、新しいオフセット温度値を書き込むよう指示があるかどうかを判定する。そのような指示があれば、プログラムはステップ224に進み、プログラムはオフセット温度の新しいデータをハンドル24を介してカートリッジ26内のメモリ素子92に送る。ステップ224の後、または、ステップ222で否定の判定の後、プログラムはステップ226に進む。
ステップ226では、タイミング機能が開始され、プログラムは1分が経過したかどうかを判断する。1分が経過したと判断し、カートリッジ26が制御ステーション20によって電源が投入された1分毎に、プログラムはステップ228で機能を実行して、メモリ素子92の「電源投入」データフィールドの次の1分の増加を更新する。ステップ228の後、または、ステップ226で否定の判定の後(1分がタイムアウトしていないとき)には、プログラムはステップ230に進む。ステップ230では、カートリッジ26ははんだ付け事象に等しい負荷がかかったかが判断される。はんだ付け事象が発生したと判定された場合、カートリッジ26が経験したエネルギー負荷に基づき、プログラムはステップ232へと進む。ステップ232において、プログラムはメモリ素子92に負荷回数を更新する。ステップ232の後、または、ステップ230における否定の判定の後、プログラムはステップ234に進み、チップ管理プログラムを終了する。
前述のプログラム記述は単なる例示であり、メモリ素子92に格納された他のデータ要素を利用するためにチップ管理プログラムの追加の機能を組み込むためのサブルーチンを補足することができる。
[自動温度調整および校正記録]
図6のシステム10は、制御ステーション20に接続されたハンドル24内に取り外し可能に挿入されるカートリッジ26を示す。上述のように、カートリッジ26は、任意の数のこて先形状を有することができる。しかしながら、一般に、各カートリッジ26は、加熱要素と温度センサとを含む。温度センサは、こて先温度を正確に監視しようとするために、一般にこて先の内側および近傍に位置する熱電対であってもよい。温度センサにおける温度は、熱電対の起電力に基づいて制御ステーション20によって決定される。
図6は、また、制御ステーション20およびカートリッジ26の外部の一対の温度計80を示す。温度計は、図6に示すように、変換ボックス86を介して制御ステーション20に直接接続された配線であってもよい。あるいは、温度計80は、赤外線、光学的、Bluetooth(登録商標)または無線周波数データリンクを介して制御ステーション20に送信する。外部温度計80によって感知された温度は、カートリッジ26のチップ内部の温度センサの精度を監視するために使用されてもよい。電源が投入されたチップカートリッジの温度計80によって測定された温度が、カートリッジ26内の温度センサによって決定される温度と異なる場合、制御ステーション20はカートリッジ26の設定温度を更新する。
さらに、2つの温度測定値の差によって、制御ステーション20がカートリッジ26内のメモリ素子92に記録することができる調整値が提供される。制御ステーション20は、また、カートリッジ26内のメモリ素子92に校正結果データを記録し、校正結果データをホストマシン40に報告することもできる。
制御ステーション20は、受け入れ可能なオフセットの大きさに関するプログラムされた制限パラメータを含むことができる。したがって、制御ステーション20は、固定された数、例えば10度、50度またはさらには100度よりも大きなオフセットを許容しないことができる。
図11は、カートリッジ26のオフセット温度を更新するための基本的なプログラム論理図のステップを示す。開始ステップ300において、制御ステーション20は、オフセット温度決定モードで動作するように制御され、カートリッジ26は制御されたレベルで電力供給され、プログラムはステップ302に進む。ステップ302において、 制御ステーション20は、温度計80からカートリッジチップ温度信号を受信しているか決定する。ステップ302での判定がYESの場合、プログラムはステップ304に直接進むか、任意のステップ303に進む(不図示)。ステップ303(不図示)のケースは、温度計80が制御ステーション20に接続されているとき温度計80からの温度信号がカートリッジ26内の温度センサで接続された温度の許容範囲にあるかを判定する。
温度計80からの温度信号が、許容範囲内にない場合、制御ステーション20は、温度計80がこて先カートリッジ温度を実際に測定していないことを感知し、ステップ312まで進む。しかし、ステップ302において、温度計80が測定したチップ温度が適切な範囲内にある場合、温度計測定値は受け入れられ、プログラムはステップ304に進む。ステップ304において、制御ステーションは、温度計80によって決定されたチップ温度を、カートリッジ温度センサから求めた温度と比較しオフセット値を算出する。カートリッジ温度センサの性能および精度が経時的に低下する可能性があるので、オフセット値は正数または負数であってもよいことに留意されたい。
ステップ304の後、プログラムはステップ306に進み、オフセット値が許容範囲内にあるかどうかの判定が行われる。ステップ306でオフセット値が許容範囲内にある場合、プログラムはステップ308に進み、制御ステーション20は新しいオフセット値を確認し、カートリッジ26のメモリ素子92に新しいオフセット値を書き込む。ステップ306でオフセット値が許容範囲外であると判定された場合、プログラムはステップ310に進む。ステップ310では、範囲外オフセット値は破棄され、制御ステーション20はオフセット値が許容できないことをオペレータに警告する。例えば、50度を超えるオフセット値は、許容範囲外であるとみなされ、制御ステーション20は、カートリッジ26が不良であるという表示を表示することができる。308または312の完了後、および、ステップ302で否定の判定が行われた後、プログラムはステップ312に進み、そこでプログラムは終了する。
前述のプログラム記述は単に例示的なものであり、温度計80およびメモリ素子92に記憶されたデータ構成要素の追加の機能を組み込むためのサブルーチンを補足することができる。
[モーションセンサ]
図6に表されるシステム10のハンドル24は、好ましくは加速度センサ34を含む。加速度センサ34は、好ましくは6軸加速度センサで、ハンドル24、すなわちカートリッジ26のあらゆる動きを反映させて制御ステーション20に出力信号を提供する。制御ステーション20は、加速度センサ34により提供されたデータ信号を使用し、カートリッジ26の動作やオペレータの使用をモニターできる。故に、予め決められた時間(たとえば1分)に制御ステーション20が加速度センサ34の動きを示す信号を受けなかった場合、制御ステーション20は工具が使用されていないと判断し、電力保存の為、あるいはこて先寿命を延ばすためパワーを下げるか「スリープ」モードに移行できる。
代替的に、加速度センサ34がハンドル24の自由落下を示す信号を提供した場合、制御ステーション20は、直ちにカートリッジ26への電力を切ることができる。あるいはさらに、制御ステーション20は、加速度センサ34から提供されたデータを使用し、オペレータがカートリッジ26のこて先をクリーニングしていると結論付けることができる。これは加速度センサ34の動きが典型的な半田付けの動作と違い、クリーニングパッドへのブラシストロークを示すからである。
図12はスリープまたはシャットオフモードに制御するため加速度センサのデータを使用する、基本的なプログラムの論理ダイアグラムのステップを表す。加速度センサプログラムは、制御ステーション20がONになっている間、定期的に起動する。代替的に、プログラムは一定の時間間隔(例えば30秒)、制御ステーション20が加速度センサ34からデータ信号を受信しなかった場合起動することができる。プログラムは「スタート」ステップ400で開始し、ステップ402に進む。ステップ402では加速度センサ34が実行可能な状態かを確認する出力信号を提供するため、制御ステーション20が加速度センサ34にコマンドクエリ信号(問合せ指令信号)を送る。プログラムは次にステップ404に進み、加速度センサ34から実行信号を受信したかを判断する。
信号が受信されない場合、プログラムは実行信号を受信するまでステップ404を繰り返し行い、受信するとステップ406に移行する。ステップ406では、制御プログラムは加速度センサ34のハンドル24の動きを示す信号をモニターする。ハンドル24の動きを示す信号を受信すると、プログラムはステップ408に進み、プログラムはスリープまたは自動シャットオフタイマーを再起動させ、プログラムは終了ステップ414に進む。しかしながら、ステップ406で制御ステーション20がハンドル24の動きを示す信号を一定時間受信しなかった場合(例えば30秒や60秒)、プログラムはステップ410に進んでもよく、一定時間のタイマーがタイムアウトしたかどうかの判定が行われる。
タイムアウトしていない場合、システムはステップ406に戻り、タイムアウトした場合、動きがないため使用していないと仮定され、プログラムはステップ412にすすみ、カートリッジ26への電力をオフにする。ステップ412からステップ414に進み、ステップ406でカートリッジ26への電力を再開する加速度センサ34により一定時間スリープモードから起動されなかった場合、スリープを継続する。
上記のプログラムの記述は単に説明的で、加速度センサ34の更なる機能を取り入れるサブルーチンにより補足されうる。例えば、9.8m/s2に等しい加速度センサ34の信号をモニターし、ハンドル24の自由落下を反映し、直ちにカートリッジ26の電力を停止するなどである。
[モノのインターネット(IoT)適合性]
図6に示されるシステム10は、制御ステーション20、ゲートウェイボックス30およびホストマシン40を含む。図示されるように、システム10は、バーコードリーダ82およびRFIDリーダー84を含むセンサ装置28を含むこともできる。
リーダー82および84は、例えば、回路基板、電気部品、またはオペレータがはんだ付けしている電気部品または装置のワークと同様、はんだ付け装置上または内部のバーコードまたはRFIDタグをスキャンまたは読み取るために使用されてもよい。ワークは、リーダー82および84のうちの1つによって読み取り可能な固有のシリアル番号を有し、シリアル番号が制御ステーション20およびホストマシン40に報告されてもよい。ホストマシン40、および必要に応じて制御ステーション20は、ワークのシリアル番号に関連するはんだ付けの記録を保持することができる。
ゲートウェイボックス30は、ホストマシン40への多数の個々の制御ステーション20の相互接続を可能にする。図示のように、ゲートウェイボックス30は、8つのデータポートを含み、8つの制御ステーション20、20−2、20−3、20−4などへの接続を可能にする。ホストマシン40に報告される制御ステーション20の数が増加すると、ホストマシン40は、制御ステーション20、カートリッジ26内のメモリ素子92、およびセンサ装置28から相当量の情報を収集することができる。
図13は、システム10のコンポーネントおよびシステム10内の通信を提供するそれらの主要サブコンポーネントのブロック図を提供する。図示のように、制御ステーション20は、中央処理ユニット(CPU)500、インターフェースコンバーター502、赤外線受信機504、RFIDリーダー506、および少なくとも1つのデータポート508を含むことができる。ゲートウェイボックス30は、CPU510と、インターフェースコンバーター512と、イーサネットインターフェース514とを含む。インターフェースコンバーター512は、複数のデータポート508に接続されるように構成されており、これにより、多数の制御ステーション20や、例えばブロワー、排気ファンおよび除去器などの関連するはんだ付けシステム装置との接続が可能になる。ホストマシン40は、関連メモリを伴うCPU520、インターフェースボード522、出力ボード524、データポート526、および、モニタ530、キーボード532、マウスまたはトラックパッド534、オーディオシステム536などのインタラクティブ装置528も含む。
図13のブロック図に概略的に示されるように、制御ステーション20のCPU500は、制御ステーション20のインターフェースコンバーター502、データポート508、データポート508に接続されたワイヤーハーネス、および、ゲートウェイボックス30のインターフェースコンバーター512を介してゲートウェイボックス30のCPU510に接続されてもよい。ゲートウェイボックス30は、CPU510内で多数の制御ステーション20からの信号を処理し、イーサネットインターフェース514、データポート516、ホストマシン40のデータポート526につながるイーサネットケーブル、ホストマシン40のインターフェースボード522を介してホストマシン40にデータを出力する。インターフェースボード522はCPU520に接続され、制御ステーション20からのデータを処理し、そのデータをその関連メモリに格納する。インタラクティブ装置528は、オペレータがホストマシン40にしたがって制御ステーション20と相互作用することを可能にする。
図13に概略的に示されているように、カートリッジ26のハンドル24、またはカートリッジ26自体は、インターフェース552を介したハードワイヤ接続を通じるか、制御ステーション20の赤外線受信機504と通信する赤外線送信機554を使用して制御ステーション20との通信を許可するため、インターフェース552を通じての有線接続または赤外線送信機554に接続されたCPU550を含むことができる。上記のカートリッジ26のハンドル24またはカートリッジ26自体の制御ステーション20とのデータ通信は赤外線以外のRFIDなどの他の無線通信手段であってもよい。同様に、温度計80はインターフェース562を介したハードワイヤ接続か、または制御ステーション20の赤外線受信機504と通信する赤外線送信機564使用して、制御ステーション20との通信を許可するため、CPU560とインターフェース562または赤外線送信機564を含むことができる。温度計80の無線通信も赤外線以外の無線通信手段であってもよい。
制御ステーションバーコードリーダー82およびRFIDリーダー84および温度計80の外部は、変換ボックス86を介して制御ステーション20に接続されると、図13に概略的に示される。ただし、変換装置86は制御ステーション20内の基板であってもよい。
図13のシステム10の概略図は、システム10の相互通信能力、およびシステム10によってサポートされ、IoTと相互作用するはんだ付け動作および構成要素に関するデータの通信を示す。例えば、オペレータがバーコードまたはRFIDデバイスを含むワークまたはデバイス上で作業を開始すると、オペレータは、適切なスキャナ82または84でワークまたはデバイスをスキャンし、制御ステーション20がデバイス識別し、ホストマシン40に報告できる。ホストマシン40が、ワークまたはデバイスに8つのはんだ付けがあることを予測するようにプログラムされている場合、ホストマシン40は、オペレータに直接または制御ステーション20を介して警告を出力し、8つのはんだ付け作業の各セットの後に次のワークまたはデバイスをスキャンするようオペレータに促す。
ホストマシン40がはんだ付けされるワークまたはデバイスを識別するデータを備えている場合、ホストマシン40は、特定のワークに必要なはんだ付けステップを通じてオペレータをガイドするワークステーションのモニタ530に出力を提供することができる。はんだ付け動作中、制御ステーション20は、各はんだ付け動作に関する情報を記録し、ホストマシン40に情報を報告する。例えば、制御ステーション20は、上述のようにカートリッジ26に加えられた負荷に基づいて8つのはんだ付けイベントを識別し、各はんだ付けが成功したことを確認することができる。また制御ステーション20は、例えば、バーコードまたはRFIDデバイスによって識別された特定カートリッジ26の使用をホストマシン40に報告し、データを記録し、カートリッジ26のメモリ素子92内の使用データを更新するため、制御ステーション20に出力命令を与える。オペレータがワークまたはデバイス上のはんだ付けを完了し、はんだ付けされる次のワークをスキャンすると、ホストマシン40は、8つの必要なはんだ付けが完了したことを確認するデータを持つ。
後続ワークのはんだ付けプロセス中に、制御ステーション20が7つのはんだ付けのみをホストマシン40に提供する場合、ホストマシン40は、例えば、8つのはんだ付けタスクを実行するよう、画面または音声で促し、オペレータに警告するようプログラムされてもよい。また、ホストマシン40は、シリアル番号に基づいて特定のワークに関連する各はんだ付けタスクのデータを記録することができ、そのため、その後の試験や使用の際に不具合やサービスの問題が発生した場合には、ワークに行われたはんだ付け作業をリコールすることができる。
制御ステーション20およびホストマシン40の通信能力は、予想されるはんだ付け、使用されるまたははんだ付けされる材料、カートリッジ26に関する情報と共に制御ステーション20を効率的にプログラムするために使用されてもよい。
例えば、新規プロジェクトまたは生産サイクルの開始時に、ホストマシン40は、はんだ付けされるワークの回路上の設計制約により、特定のタイプのカートリッジ設計を使用するように各制御ステーションを指示し、カートリッジ26の最小および最大動作温度だけでなく、特定の設定温度を提供することもできる。
また、ホストマシン40は、各カートリッジ26のオフセット温度要件の記録を保持することができるので、例えばシリアルナンバーに基づき、カートリッジ26が制御ステーション20間で共有される場合、各制御ステーション20は、カートリッジ26にメモリ素子92がない場合でも、特定のカートリッジ26のオフセット温度要件に対する更新を受け取ることができる。あるいは、ホストマシン40はチップシリアル番号またはチップ形状を受信または認識することによって、特定のチップに対するオフセット温度要件の記録を維持し、回収することができる。あるいは、ホストマシン40は、特定のはんだ付けタスクと特定のカートリッジ設計に必要な電力量が5〜10ジュールの範囲であることを制御ステーション20に通知することができる。制御ステーション20またはホストマシン40が、はんだ付け動作中にその範囲外の電力使用を識別する場合、制御ステーション20は、はんだ付け動作もしくはカートリッジ26自体の欠陥をオペレータに警告することができる。また、所定の電力使用量は、制御ステーション20に表示されてもよく、トレーニングプロセスにおいても有益であり、新人オペレータは、はんだ付け動作の進行状況を確認できる。
システム10のIoT互換性とホストマシン40によって管理されるデータとは、オペレータおよびエンドユーザに大きな利益を提供する。例えば、前述の例の8つのはんだ付けの各々に関連するはんだ付けデータがホストマシン40に記録される場合、データは、バーコードまたはRFIDデバイスによって特定された特定のデバイスに後続の欠陥や不良が発生した場合にリコールおよびレビューされ得る。制御ステーション20が使用されている施設については、システム10のIoT互換性を使用して、特定の制御ステーション20またはオペレータの生産速度を監視することができる。この情報はまた、有能なオペレータが訓練を提供することによって新人オペレータの訓練を支援するために使用される。また、ホストマシン40は、種々の異なるカートリッジ26のライフサイクルに関する情報を保持し、交換を命じるべきタイミングを識別することができる。上記の例で述べたように、ホストマシン40は、ワークが新しい要求、要件または制限を有する場合、多数の制御ステーション20を効率的に更新して、設定温度および温度範囲などの制御パラメータを書き換えることができる。ホストマシン40は、多数の制御ステーション20に接続し、データを受信することができるので、ホストマシン40は、非効率的または不適切に動作する制御ステーション20を識別するようプログラムされてもよい。
システム10のIoT互換性とホストマシン40によって管理されるデータはまた、システムコンポーネントのサプライヤーに大きな利益を提供する。例えば、ホストマシン40がインターネットに接続されている場合、ホストマシン40は、カートリッジ使用データをシステムのサプライヤーに報告し、製造プロセスにおいて有用であり得るフィードバックを提供し、カートリッジ交換要件を識別することができる。また、制御ステーション20のソフトウェア更新は、更新を効率的に実施するため、インターネットを使用してホストマシン40に配信されることができる。
図13に示されるシステム10の制御ステーション20、ゲートウェイボックス30、ホストマシン40、インタラクティブ装置528、変換ボックス86、温度計80、及びハンドル24とカートリッジ26のデータの相互通信は有線であってもよいし、無線であってもよい。
本発明は、図に関連して詳細に説明されてきたが、システムは他の構成要素を含み、他の機能を可能にすることができることを理解すべきである。当業者は、上述の開示は、例示及び仕様のためのものであり、図は本発明を説明するために提供され、本発明を実施する可能性のあるモードを制限するものではないと理解するであろう。本発明の範囲は、添付の請求項およびそれに相当する等価物によってのみ定義される。
米国仮出願のクレームには、以下の記載がされている。
(1)電気装置の半田付け及び半田除去に使用するシステムで、以下を含むシステム:
中央プロセスユニットとオペレーションプログラムを含む制御ステーションであって、前記制御ステーションは、さらに、前記制御ステーションをホストマシンに接続されることを可能にする出力インターフェイスを含み、それが前記制御ステーションがホストマシンに操作データを出力し、指令をホストマシンから受け取ることを可能にし;
ケーブルアセンブリ;
前記ケーブルアセンブリにより前記制御ステーションに接続されるハンドル;
前記ハンドルにより通電され、前記ハンドルに着脱可能に挿入されるカートリッジで、前記カートリッジはカートリッジの使用に特有の情報を保存するメモリ要素を含む。
(2)上記(1)によるシステムであって、前記制御ステーションは、さらに
ディスプレイ、制御ボタン、電源スイッチおよびソケットを含むフロントパネルと電源ソケット、コネクタポート、回路基板ドックを有するリアパネルとを有するケースからなり、
前記回路基板ドックは標準コネクタ基板、変換用ボード、USB用ボードまたはLAN用ボードのうち少なくとも1つの、または制御自動化テクノロジーのイーサネット、産業用イーサネットプロトコル、CAN、UARTやI2C、SPIのいずれかのボードを受けるよう形成されている。
(3)上記(1)によるシステムであって、複数の第一コミュニケーションポートと少なくとも一つの第二コミュニケーションポートを有するゲートウェイボックスからなり、前記複数の第一コミュニケーションポートの少なくとも一つは前記制御ステーションと前記ゲートウェイボックスに接続され、第二コミュニケーションポートはホストマシンに接続され、それにより前記ゲートウェイボックスは制御ステーションからホストマシンに接続される。
(4)上記(1)によるシステムで、前記ハンドルは加速度センサを含み、前記加速度センサは前記ケーブルアセンブリを通じて前記制御ステーションに加速度データを出力し、前記制御ステーションはカートリッジの不使用や動きをモニタするために前記加速度データを使用するプログラムを含み、制御ステーションが予め決められた時間の間、前記加速度センサから動きを示す信号を受信しなかった場合、制御ステーションはカートリッジが使用されていないと判断し、加速度センサが前記ハンドルの自由落下を示す加速度データを提供した場合、前記制御ステーションはカートリッジへのパワーを直ちに遮断し、加速度センサにより提供された加速度データが典型的な半田付け操作の動きとは違いブラシストロークを示した場合、制御ステーションはクリーニング操作を認識する。
(5)上記(1)によるシステムで、カートリッジ特有の情報を保存する前記メモリ要素は以下のグループのみ(consisting of)から選択されるカートリッジ特有の前記情報のためのデータフィールドを含む;カートリッジシリアルナンバー、カートリッジこて先形状データ、工場設定温度データ、プログラムされた設定温度データ、温度オフセット値データ、与えられた負荷カウントデータ、合計通電時間データ、合計はんだオペレーションデータ、鉛入りはんだ使用のデータ。
(6)上記(1)によるシステムで、さらに前記制御ステーションに温度データを提供するよう形成された温度計からなり、特定のカートリッジのオフセット温度を計算するため前記制御ステーションは前記温度計からの前記温度データを使用するためのプログラムを有する。
(7)上記(1)によるシステムで、前記制御ステーションに接続された少なくとも1つのセンサ装置を更に含み、前記少なくとも1つのセンサ装置は温度計、バーコードリーダー、RFIDリーダーのみの(consisting of)グループから選択される。
(8)上記(1)によるシステムで、半田付けされるワークピースに関連する半田付けオペレーションデータをホストマシンに報告するため、前記制御ステーション内のプログラムに半田付けされるワークピースのバーコードまたはRFIDタグをスキャンする、前記制御ステーションに接続されたバーコードリーダーまたはRFIDリーダーをさらに備える。
(9)上記(1)によるシステムで、前記制御ステーションは前記カートリッジに送られるパワーをモニターするプログラムをさらに備え、前記カートリッジにより経験されたエネルギー負荷に基づきそれぞれの半田付けオペレーションの完了を識別する。
(10)はんだ付け作業に使用するためのシステムであって、以下の構成を持つ。
少なくとも1つの制御ステーションであって中央処理装置と関連回路と、ディスプレイ、制御ボタン、電源スイッチとソケットを含むフロントパネルおよび電源ソケット、コネクタポートと基板ドックを持つリアパネルを備えたケースを有し、前記回路基板ドックは、少なくとも一つの標準コネクタボード、変換ボード、USB接続ボードまたはLANボード、または制御自動化テクノロジーのイーサネット、産業用イーサネットプロトコル、CAN、UARTやI2C、SPIのいずれかのボードのうち少なくとも1つを受け入れるように構成され、
ゲートウェイボックスであって、中央演算処理装置、インターフェース変換器とイーサネットインターフェースとを有し、双方は中央処理装置と協働し、前記ゲートウェイボックスは複数の制御ステーションへの接続を可能にする複数のデータポートを備え、
ホストマシンであって前記ゲートウェイボックスに電気的に接続され、前記ホストマシンは、はんだ付け作業およびカートリッジ使用に関する情報を受信、処理および記憶するための中央処理装置および関連メモリを備え、
前記制御ステーションの前記ソケットに係合するように構成された基端部と、カートリッジを受け入れるためのハンドルに終端する先端部とを有し、前記ハンドルが前記ケーブルアセンブリによって前記制御ステーションに接続されているケーブルアセンブリと、
少なくとも1つのはんだ付けカートリッジであってハンドル内に着脱可能に挿入及び電力供給され、前記カートリッジに固有の情報を記憶する記憶素子を含み、前記記憶素子に記憶するカートリッジに特有の前記情報は、カートリッジシリアル番号、カートリッジ チップ形状データ、工場設定温度データ、プログラム設定温度データ、温度オフセット値データ、適用負荷カウントデータ、総電力時間データ、総はんだ作業データ、および鉛はんだ使用のデータ(のみ)からなるグループから選択される。
(11)上記(10)によるシステムであって、前記カートリッジの前記メモリ要素は、カートリッジシリアル番号、カートリッジ先端形状データ、および工場設定温度データ(のみ)からなるグループから選択された前記カートリッジに固有の情報の固定データメモリと;プログラム設定温度データ、温度オフセット値データ、適用負荷カウントデータ、総通電時間データ、総はんだ付け作業データ、及び鉛はんだ使用データ(のみ)からなるグループから選択されたカートリッジの使用履歴に特有の情報の可変データメモリとを含む。
(12)上記(10)によるシステムであって、前記カートリッジの前記メモリ要素は、カートリッジのシリアル番号、カートリッジ先端形状データ、を含む前記カートリッジに固有の情報のためのデータフィールドを有する固定データメモリを含み、プログラムされた設定温度データ、温度オフセット値データ、適用負荷カウントデータ、総電力時間データ、総はんだ付け作業データ、および鉛はんだデータの使用を含むカートリッジの使用履歴に特有の情報のためのデータフィールドを有する可変データメモリを含む。
(13)上記(10)によるシステムであって、前記ハンドルは加速度センサを含み、前記加速度センサは、前記ケーブルアセンブリを介して前記制御ステーションに加速度データを出力し、前記制御ステーションは、前記加速度データを使用して前記カートリッジの不使用および動きを監視するプログラムを含み、前記制御ステーションが、前記加速度センサからの所定の時間の動きを示す信号を受信しない場合、前記カートリッジが使用されていないと判断し、前記カートリッジをパワーダウンするか、前記加速度センサが前記ハンドルの自由落下を示す加速度データを提供する場合、前記制御ステーションは、前記カートリッジへの電力を直ちに遮断するか、または前記加速度センサによって提供される加速度データが、はんだ付け動作の典型的な動作に対抗してブラシで拭う動きである場合、制御ステーションはクリーニング動作を認識する。
(14)上記(10)によるシステムであって、前記制御ステーションは、前記カートリッジに供給される電力を監視し、前記カートリッジが受けるエネルギー負荷に基づいて各はんだ付け作業の完了を識別するプログラムをさらに備え、前記プログラムは、前記メモリ素子に、適用された負荷カウントデータ、合計電力供給時間データおよび合計はんだ付け作業データのうちの1つまたは複数を更新する書き込み命令をさらに提供する。
(15)上記(14)によるシステムであって、前記制御ステーションの前記プログラムは、各はんだ付け作業の完了を示すカートリッジ使用データ信号を前記ホストマシンに出力する。
(16)上記(10)によるシステムであって、前記制御ステーションに温度データを提供するように構成された温度計をさらに備え、前記制御ステーションは、前記温度計からの前記温度データを使用して特定のカートリッジのオフセット温度を計算するプログラムを有する。
(17)上記(10)によるシステムであって、前記制御ステーションに接続された少なくとも1つのセンサデバイスをさらに備え、前記少なくとも1つのセンサデバイスは、温度計、バーコードリーダ、およびRFIDリーダからなるグループから選択される。
(18)上記(10)によるシステムであって、さらに前記はんだ付けされるべきワークピースのバーコードやRFIDタグをスキャンするための前記制御ステーションに接続されたバーコードリーダーまたはRFIDリーダーを持ち、前記制御ステーション内のプログラムが、ワークピースに関連したはんだ付け作業のデータをホストマシンに報告する事を可能にする。
(19)はんだ付けシステムで使用するための制御ステーションであって、
中央処理装置(CPU)であって、ディスプレイ、制御ボタン、電源スイッチとソケットを有するフロントパネルおよび電源ソケット、コネクタポート、回路基板ドックとを有するリアパネルを有するケース内の動作プログラム及び関連する回路を持ち、 前記回路基板ドックは、標準コネクタボード、変換ボード、USBコネクタボードまたはLANボードまたは制御自動化テクノロジーのイーサネット、産業用イーサネットプロトコル、CAN、UARTやI2C、SPIのいずれかのボードのうちの少なくとも1つを受け入れる様に構成され、
前記制御ステーションがホストマシンに接続され、前記制御ステーションが前記ホストマシンにはんだ付け作業データを出力し、前記ホストマシンから命令を受け取ることを可能にする出力インターフェースと、
前記動作プログラムには、カートリッジの不使用および移動を監視するための加速度データを利用するプログラム、外部温度計からの温度データを使用して特定のカートリッジのオフセット温度を計算するプログラム、カートリッジに伝達された電力を監視し、カートリッジによって経験されたエネルギー負荷に基づいて各はんだ付け作業の完了を特定するプログラム、カートリッジのメモリ要素に書き込み命令を提供して、適用された負荷カウントデータ、合計電力供給時間データおよび合計はんだ付け作業データを記憶素子に書き込む命令をするプログラムを有する。
(20)上記(19)による制御ステーションであって、赤外線温度計からの温度データ提供するために前記CPUに接続された赤外線受信器、バーコードを読み取る為のバーコードリーダー、およびRFIDデータを読み取る為のRFIDリーダーをさらに備え、前記RFIDリーダは前記CPUに接続されていることを特徴とする。