JP2020040089A - Laser type soldering method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はんだ付けの状態の画像を画像処理することにより、前記画像処理に得た情報をフィードバックして、出射ユニットから出射されたレーザー光の照射エネルギーの制御を機械的に迅速且つ細かい範囲で行わせるはんだ付け方法とその装置に関する。 The present invention performs image processing of an image of a soldering state, feeds back information obtained in the image processing, and mechanically quickly and precisely controls the irradiation energy of laser light emitted from the emission unit. The present invention relates to a soldering method and an apparatus for the soldering.
半導体デバイスなどの電子部品を搭載したプリント配線基板があらゆる機器の電子回路に搭載されて使用されている。プリント配線基板に電子部品のリードを取り付けるにははんだ付けを避けて通ることができず、大量生産に向けて生産現場ではさまざまな方法で自動化が進められている。 2. Description of the Related Art Printed wiring boards on which electronic components such as semiconductor devices are mounted have been used in electronic circuits of various devices. The mounting of electronic component leads on printed wiring boards cannot be avoided without soldering, and automation is being promoted in various ways at production sites for mass production.
従来の自動はんだ付け装置（例えば、リフロー炉）においては、気温、湿度、部品の組合せ精度、加工精度など制御の難しい要因が存在する場合でも、電子部品を装着したプリント配線基板を炉内に連続的に流し、はんだ付け作業を行っている。そして、はんだづけ作業後のはんだ付け部分の形状検査を行い、不良品を次工程に送らないよう取り組んでいる。言い換えると不良品の発生を抑えることには寄与していない。 In a conventional automatic soldering machine (for example, a reflow furnace), even if there are difficult-to-control factors such as temperature, humidity, component combination accuracy, and processing accuracy, a printed wiring board with electronic components mounted is continuously placed in the furnace. And soldering work. After soldering, we inspect the shape of the soldered part and work to prevent defective products from being sent to the next process. In other words, it does not contribute to suppressing the occurrence of defective products.
このようなはんだ付け作業の改善として、はんだ付けしながらはんだ付け部分を検査できるレーザー光によるはんだ付け技術が注目され、これまでに多数提案されている。その一つとして特許文献１や特許文献２に開示されているような技術がある。
特許文献１に記載の技術は、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、という事実に着目したもので、はんだ付け装置に併設された温度測定装置によって、はんだ付け部分（例えば、プリント配線基板のスルーホールの周囲に設けられた銅端子と電子機器のリードとのはんだ付け部分）毎に該部分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部分の温度を測定し、該測定温度に基づいてレーザー発振器の出力及び／又は投射時間を制御するというものである。
As an improvement of such a soldering operation, a laser beam soldering technique capable of inspecting a soldered portion while soldering has attracted attention, and many soldering techniques have been proposed so far. As one of them, there is a technique disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2.
The technique described in Patent Literature 1 focuses on the fact that the quality of soldering is largely determined by the heating temperature at the time of soldering, and the quality is deteriorated when the heating temperature is too high or too low. The temperature measurement device attached to the soldering device radiates from each soldering portion (for example, a soldering portion between a copper terminal provided around a through hole of a printed wiring board and a lead of an electronic device). The temperature of the soldered portion is measured by receiving the infrared rays, and the output and / or projection time of the laser oscillator is controlled based on the measured temperature.
これに対して特許文献２に記載の技術は、はんだ付け部分におけるはんだの面積を検出し、このはんだの面積に基づいてはんだ付け状態を検査しながらはんだ付けを行うようにしたものがある。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, there is a technique in which the area of the solder in the soldered portion is detected, and the soldering is performed while inspecting the soldering state based on the area of the solder.
この分野におけるはんだ付けは、１つのプリント配線基板に数多くのはんだ付け箇所が密集しており、しかも上記のように大量生産という現場の要求もあり、１箇所のはんだ付けには極めて短時間で完了することが要求されている。そしてそのはんだ付け対象物は、例えばＸＹテーブルにセットされたプリント配線基板に無数に穿設されたスルーホールの周囲の銅端子と、前記基板に搭載された熱容量の極めて小さい電子部品のリードである。それ故、このはんだ付けにおける温度測定と、この温度測定に基づいてフィードバックされる温度コントロールは極めて迅速に行われなければならない。 In this field of soldering, a large number of soldering spots are concentrated on one printed wiring board, and there is also a requirement for mass production as described above, so soldering at one spot can be completed in a very short time Is required. The objects to be soldered are, for example, copper terminals around through holes innumerably formed in a printed wiring board set on an XY table, and leads of electronic components having extremely small heat capacity mounted on the board. . Therefore, the temperature measurement in this soldering and the temperature control fed back based on this temperature measurement must be performed very quickly.
処が、レーザー装置の出力制御は、上記温度検出装置からのフィードバック信号に基づいて行われるが、その応答速度はその構造上、要求される速度に対応できていない。しかも、出力レベルの切り替え幅は大きく、細かい温度制御に対応することができない。そのため、現状では最初のはんだ付けで条件設定を行い、以降のはんだ付けは設定された条件で連続的に行っている。しかしながら、雰囲気温度の変化やはんだ付け対象物の品質のばらつき（糸はんだの品質や供給精度、供給タイミング、銅端子の表面状態その他）など様々な要因で次第に最初の条件設定から外れることがあり、そのような場合、大量のはんだ不良を生ずることがあった。 However, the output control of the laser device is performed based on the feedback signal from the temperature detection device, but its response speed cannot correspond to the required speed due to its structure. In addition, the switching width of the output level is large, and it is not possible to cope with fine temperature control. Therefore, at present, the conditions are set in the first soldering, and the subsequent soldering is performed continuously under the set conditions. However, the initial condition setting may gradually deviate due to various factors such as changes in the ambient temperature and variations in the quality of the soldering object (quality of thread solder, supply accuracy, supply timing, surface condition of copper terminals, etc.) In such a case, a large amount of solder failure may occur.
特許文献２に記載の技術は、上記のようにはんだの面積に基づいてはんだ付け状態を検査しつつはんだ付けする方法であるが、はんだの存在する領域の面積の検出を行うことができたとしても、上記のようにレーザー装置の出力制御が対応できず、上記と同様、最初のはんだ付けによってはんだ付け条件を設定し、以後のはんだ付けは、その条件に従ってはんだ付け作業を続けざるを得なかった。 The technique described in Patent Document 2 is a method of performing soldering while inspecting the soldering state based on the area of the solder as described above, but assuming that the area of the area where the solder exists can be detected. Also, as described above, the output control of the laser device could not cope, as in the above, soldering conditions were set by initial soldering, and subsequent soldering had to continue soldering work according to the conditions. Was.
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、実際のはんだ部分の外観（外観形状やはんだの溶融状態）の画像処理を通じてリアルタイムに個々のはんだ状況を把握し、個々のはんだ部分に照射されるレーザー光の照射エネルギー量を機械的に素早くコントロールすることができるレーザー式はんだ付け方法とその装置を提供することをその課題とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and grasps individual solder conditions in real time through image processing of the actual appearance (appearance shape and solder melting state) of a solder portion, and It is an object of the present invention to provide a laser-type soldering method and an apparatus that can mechanically and quickly control the irradiation energy of a laser beam applied to a solder portion.
請求項１に記載の発明は、レーザー式はんだ付け方法に関し、
はんだ付け部分６８に糸はんだ１７を供給しつつはんだ付け部分６８にレーザー光Ｌを照射して前記糸はんだ１７の被照射部分を溶融し、はんだ付け対象物６０をはんだ付けすると共に、当該はんだ付け部分６８の外観画像Ｇ１を録取して、事前に記憶されている良品はんだ付け部分の外観画像Ｇ０と比較しつつはんだ付け作業を行うレーザー式はんだ付け方法において、
前記はんだ付け部分６８を照射している前記レーザー光Ｌを横切った状態で移動可能に設置され、複数段階にわたって前記レーザー光Ｌの照射エネルギー量を変更する複数のフィルタＦａ〜Ｆｎを設け、
前記はんだ付け部分６８の外観画像Ｇ１が良品と判断できる許容範囲内であれば、次のはんだ付け部分に移動してはんだ付け作業を継続し、
良品と判断できる許容範囲外であれば、前記複数のフィルタＦａ〜Ｆｎを移動させて最適なフィルタＦｋを選択し、前記レーザー光Ｌの照射エネルギー量を最適の照射エネルギー量に変更することを特徴とするレーザー式はんだ付け方法である。
The invention according to claim 1 relates to a laser soldering method,
A laser beam L is applied to the soldering portion 68 while supplying the thread solder 17 to the soldering portion 68 to melt the irradiated portion of the thread solder 17, and the soldering target 60 is soldered. In a laser-type soldering method in which the appearance image G1 of the portion 68 is recorded and compared with the appearance image G0 of the good soldering portion stored in advance, and the soldering operation is performed,
A plurality of filters Fa to Fn which are installed movably across the laser beam L irradiating the soldering portion 68 and change the irradiation energy amount of the laser beam L over a plurality of stages;
If the appearance image G1 of the soldered portion 68 is within the allowable range in which it can be determined that the product is good, the process moves to the next soldered portion and the soldering operation is continued.
If it is out of an allowable range that can be determined as a non-defective product, the plurality of filters Fa to Fn are moved to select an optimum filter Fk, and the irradiation energy amount of the laser beam L is changed to the optimum irradiation energy amount. Laser type soldering method.
上記外観画像Ｇ０・Ｇ１は、はんだ付け部分６８の静止画像と動画画像とがあり、少なくともいずれか一方が用いられる。静止画像ははんだ付け部分６８のはんだ付け完了時の外観形状（或いは、はんだ付け作業開始から終了までの間で、一定時間間隔で多数の静止画像）を撮影したものであり、動画画像ははんだ付け作業の開始から終了までの一連の画像で、そのはんだ付け作業における糸はんだ１７の流れ状態を観察することができる。静止画像或いは動画画像更にはその両方の比較を行うことにより、リアルタイムで正確なはんだの良否を機械的に判断することができる。
上記複数のフィルタＦａ〜Ｆｎは通過するレーザー光Ｌの通過エネルギー量を０〜１００％の間で、複数段にわたって機械的に変更することができるようになっており、画像処理の結果を即座に反映できるようになっている。
The appearance images G0 and G1 include a still image and a moving image of the soldered portion 68, and at least one of them is used. The still image is a photograph of the appearance of the soldered portion 68 at the time of completion of the soldering (or a number of still images at fixed time intervals from the start to the end of the soldering operation). With a series of images from the start to the end of the work, the flow state of the thread solder 17 in the soldering work can be observed. By comparing a still image, a moving image, or both, it is possible to mechanically judge the quality of solder accurately in real time.
The plurality of filters Fa to Fn can mechanically change the passing energy amount of the passing laser beam L in a range of 0 to 100% over a plurality of stages, and immediately change the result of image processing. It can be reflected.
請求項２は、請求項１に記載のレーザー式はんだ付け方法において、
はんだ付け部分６８の外観画像Ｇ１が、良品はんだ付け部分の最終時点の外観画像Ｇ０に近似し、良品はんだ付けが完了したと判断される範囲内に入った時、糸はんだ１７の供給を停止して、当該はんだ付け部分６８におけるはんだ付け作業を終了することを特徴とする。
Claim 2 is the laser-type soldering method according to claim 1,
When the appearance image G1 of the soldered portion 68 is close to the appearance image G0 at the end of the non-defective soldering portion and falls within a range in which it is determined that the non-defective soldering has been completed, the supply of the thread solder 17 is stopped. Thus, the soldering operation at the soldered portion 68 is terminated.
請求項３は、請求項１又は２に記載のレーザー式はんだ付け方法において、
レーザー光Ｌの通過エネルギー量を変更するための複数のフィルタＦａ〜Ｆｎに変え、或いは前記複数のフィルタＦａ〜Ｆｎと共に用いられ、前記レーザー光Ｌを前記はんだ付け部分６８に対して近接又は離間させ、前記はんだ付け部分６８における前記レーザー光Ｌの照射面積を変更することを特徴とする。
Claim 3 is the laser-type soldering method according to claim 1 or 2,
The laser light L is changed to a plurality of filters Fa to Fn for changing the amount of passing energy of the laser light L, or used together with the plurality of filters Fa to Fn, and the laser light L is moved toward or away from the soldering portion 68. The irradiation area of the laser beam L on the soldering portion 68 is changed.
この場合、レーザー光Ｌの最大照射面積は、はんだ付け部分６８におけるレーザー光Ｌの照射可能範囲、例えば、電子部品６５のリード６６がはんだ付けされる銅端子６３を越えない範囲で照射面積の増減が行われる。 In this case, the maximum irradiation area of the laser beam L increases or decreases the irradiation area of the laser beam L in the soldering portion 68, for example, a range in which the lead 66 of the electronic component 65 does not exceed the copper terminal 63 to be soldered. Is performed.
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載のレーザー式はんだ付け方法を実行する装置Ａに関し、
はんだ付け対象物６０に向かってレーザー光Ｌを出射口５から照射する出射ユニット１と、
前記出射口５の前方にて前記レーザー光Ｌを横切った状態で移動可能に設置され、前記レーザー光Ｌの照射エネルギー量を複数段階にわたって変更する複数のフィルタＦａ〜Ｆｎと、
前記フィルタＦａ〜Ｆｎを移動させるフィルタ移動部３０と、
前記はんだ付け部分６８の外観画像Ｇ１を録取し、デジタルデータとして出力するカメラ４０と、
良品はんだ付け部分の外観画像Ｇ０からはんだ付けが良品と判断される許容範囲を良品データとして予め記憶し、且つ前記カメラ４０からの外観画像Ｇ１のデジタルデータを記憶する記憶装置５２と、
前記はんだ付け部分６８の外観画像Ｇ１のデジタルデータと前記良品データとを記憶装置５２から呼び出して両者を比較し、
前記はんだ付け部分６８のデジタルデータが許容範囲内の場合には、次のはんだ付け部分に移動させてはんだ作業を継続させ、
許容範囲外の場合には、フィルタ移動部３０を駆動させてフィルタＦａ〜Ｆｎを交換し、レーザー光Ｌのはんだ付け部分６８に対する照射エネルギー量を最適値に変更する制御部５０とで構成されたレーザー式はんだ付け装置である。
The invention according to claim 4 relates to an apparatus A that executes the laser-type soldering method according to claims 1 to 3,
An emission unit 1 for irradiating the laser beam L from the emission port 5 toward the soldering target 60;
A plurality of filters Fa to Fn that are installed movably in front of the emission port 5 in a state of traversing the laser light L and change an irradiation energy amount of the laser light L in a plurality of stages;
A filter moving unit 30 that moves the filters Fa to Fn;
A camera 40 for recording an appearance image G1 of the soldered portion 68 and outputting the image as digital data;
A storage device 52 that previously stores, as good product data, an allowable range in which soldering is determined to be good from the appearance image G0 of the good product soldering portion, and stores digital data of the appearance image G1 from the camera 40;
The digital data of the appearance image G1 of the soldered portion 68 and the non-defective product data are called from the storage device 52 and compared with each other.
If the digital data of the soldering part 68 is within the allowable range, the soldering part 68 is moved to the next soldering part to continue the soldering operation,
If it is out of the allowable range, the filter moving unit 30 is driven to replace the filters Fa to Fn, and the control unit 50 changes the irradiation energy amount of the laser beam L to the soldering portion 68 to an optimum value. It is a laser type soldering device.
請求項５は、請求項４のレーザー式はんだ付け装置Ａにおいて、
前記フィルタ移動部３０は、出射口５の前方にて前記レーザー光Ｌを横切った状態で回転する回転円板３２と、前記回転円板３２の回転中心を中心とする円上に配置された複数のフィルタＦａ〜Ｆｎとで構成されていることを特徴とする。
Claim 5 is the laser-type soldering apparatus A according to claim 4,
The filter moving unit 30 includes a rotating disk 32 that rotates in front of the emission port 5 while traversing the laser beam L, and a plurality of filters arranged on a circle about the rotation center of the rotating disk 32. And the filters Fa to Fn.
請求項６は、請求項４又は５に記載のレーザー式はんだ付け装置Ａにおいて、
前記レーザー光Ｌを横切るように配置され、前記レーザー光Ｌの照射と遮断との切り替えを行うシャッター２６が更に配置されていることを特徴とする。
Claim 6 is the laser-type soldering apparatus A according to claim 4 or 5,
A shutter 26 is provided so as to cross the laser beam L and switch between irradiation and cutoff of the laser beam L.
シャッター２６を設けることで、はんだが過熱状態となった時に、はんだ付け部分６８を照射しているレーザー光Ｌを瞬時に機械的に遮断することができ、はんだ付け部分６８の過熱を抑制することができる。 By providing the shutter 26, when the solder is overheated, the laser beam L irradiating the soldered portion 68 can be instantaneously mechanically shut off, and the overheating of the soldered portion 68 can be suppressed. Can be.
本発明は、上記のように出射口に臨むように設けた複数のフィルタをフィードバック制御により切り替えるようになっているので、はんだ付け中に不具合が発生すると即座にレーザー光の出射量を変更することができ、はんだ作業中においてはんだ不良の発生を大幅に減じることができる。 According to the present invention, since a plurality of filters provided so as to face the emission port are switched by feedback control as described above, the emission amount of laser light is changed immediately when a failure occurs during soldering. Therefore, the occurrence of defective solder during the soldering operation can be greatly reduced.
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１及び図２は本発明に係るレーザー式はんだ付け装置Ａの代表的な実施例を例示するもので、本実施例では、出射ユニット１、糸はんだ供給装置１０、フィルタ移動部３０、シャッター機構部２５、カメラ４０、制御部５０、記憶装置５２、はんだ付け対象物６０を載置する基台２０、及びモニター５６並びに昇降機構部２２で構成されている。ここで、カメラ４０は、第１カメラ４０ａと第２カメラ４０ｂがあるが、いずれか一方でもよい。本実施例では両方を設置した場合とする。第１カメラ４０ａは、レーザー光Ｌのはんだ付け対象物６０方向に向かう光軸Ｈに一致するように、後述する主ハウジング２ａの上端に垂直に設けられ、はんだ付け部分６８を上から撮影する。第２カメラ４０ｂは、はんだ付け部分６８を斜め上から撮影するように設置されている。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments. 1 and 2 illustrate a typical embodiment of a laser type soldering apparatus A according to the present invention. In this embodiment, an emission unit 1, a thread solder supply apparatus 10, a filter moving unit 30, a shutter mechanism It comprises a unit 25, a camera 40, a control unit 50, a storage device 52, a base 20 on which a soldering target 60 is placed, a monitor 56, and a lifting mechanism 22. Here, the camera 40 includes a first camera 40a and a second camera 40b, but either one may be used. In this embodiment, it is assumed that both are installed. The first camera 40a is vertically provided at an upper end of a main housing 2a described later so as to coincide with an optical axis H of the laser light L directed toward the soldering target 60, and photographs the soldered portion 68 from above. The second camera 40b is installed so as to photograph the soldered portion 68 obliquely from above.
はんだ付け対象物６０は、図６のように、本実施例ではプリント配線基板６１と、これに搭載された電子部品６５で、プリント配線基板６１には多数のスルーホール６２が形成されており、その周囲に銅端子６３が設けられている。電子部品６５のリード６６がスルーホール６２に挿入され、はんだ付けによってリード６６と銅端子６３とが電気的に接続される。
また、図６の右側の図のように、「スルーホール６２なし」で、リード６６が銅端子６３の上に直接はんだ付けされる場合もある。本明細書では、「スルーホール６２あり」の場合を代表例として説明する。
この銅端子６３とリード６６がはんだ付け部分６８となり、一つのプリント配線基板６１に多数のこれらはんだ付け部分６８が存在する。
As shown in FIG. 6, the soldering target 60 is a printed wiring board 61 and an electronic component 65 mounted on the printed wiring board 61 in the present embodiment, and the printed wiring board 61 has a large number of through holes 62 formed therein. A copper terminal 63 is provided therearound. The lead 66 of the electronic component 65 is inserted into the through hole 62, and the lead 66 and the copper terminal 63 are electrically connected by soldering.
Further, as shown in the right side of FIG. 6, the lead 66 may be directly soldered on the copper terminal 63 without the through hole 62. In this specification, a case where “there is a through hole 62” will be described as a representative example.
The copper terminals 63 and the leads 66 serve as soldering portions 68, and a large number of these soldering portions 68 exist on one printed wiring board 61.
はんだ付け部分６８で良品としての斜めから見た外観は、図７上右端の図に示すようにリード６６を中心に滑らかな円錐の山形で、裾野ははんだが円形の銅端子６３全体に広がった形状を呈する。「スルーホール６２なし」の場合でも、良品はんだ付けの最終形状はほぼ近似した外観を呈する。 The oblique appearance of the soldered portion 68 as a non-defective product is a smooth conical chevron centering on the lead 66 as shown in the upper right end of FIG. 7, and the solder spreads over the entire copper terminal 63 at the bottom of the solder. Take shape. Even in the case of “without the through-hole 62”, the final shape of the good soldering has an almost similar appearance.
以下、本装置Ａの構成を順次説明する。
出射ユニット１は、ハウジング２と、ハウジング２に内蔵された光学系３とで構成されている。ハウジング２は、円筒形の主ハウジング２ａとその中段の側面から水平に突出するように設けられたレーザー光Ｌ導入用の副ハウジング２ｂとで構成されている。
Hereinafter, the configuration of the device A will be described sequentially.
The emission unit 1 includes a housing 2 and an optical system 3 built in the housing 2. The housing 2 includes a cylindrical main housing 2a and a sub-housing 2b for introducing a laser beam L, which is provided so as to protrude horizontally from a middle side surface thereof.
主ハウジング２ａは、下向縦方向に配設され、下端にレーザー光Ｌの出射口５を有し、副ハウジング２ｂはその突出端にレーザー光Ｌの入射口４を有する。該入射口４は光ファイバ４ａを介して図示しないレーザー装置に接続されている。 The main housing 2a is disposed vertically downward, has an emission port 5 for laser light L at a lower end, and the sub housing 2b has an entrance 4 for laser light L at a protruding end thereof. The entrance 4 is connected to a laser device (not shown) via an optical fiber 4a.
この主ハウジング２ａの内部には副ハウジング２ｂとの接続部分において、主ハウジング２ａの中心軸（レーザー光Ｌの光軸Ｈに一致する）に対して４５度で傾斜するように配設されたハーフミラー３ａが設置されている。そしてこのハーフミラー３ａの下方において、主ハウジング２ａの中心軸に合わせて上下一対の光学レンズ３ｂ・３ｃが設置されている。
上記ハーフミラー３ａは、入射口４から入射したレーザー光Ｌを出射口５に向かって反射する働きを持ち、反射されたレーザー光Ｌは主ハウジング２ａの中心軸に一致して出射口５に向かう。
そして、主ハウジング２ａの上端から下方の出射口５に向かう可視光線はそのまま直進させて透過させる働きをもつ。
A half provided inside the main housing 2a so as to be inclined at 45 degrees with respect to the central axis of the main housing 2a (corresponding to the optical axis H of the laser light L) at a connection portion with the sub housing 2b. A mirror 3a is provided. Below the half mirror 3a, a pair of upper and lower optical lenses 3b and 3c are provided in alignment with the central axis of the main housing 2a.
The half mirror 3a has a function of reflecting the laser beam L incident from the entrance port 4 toward the exit port 5, and the reflected laser beam L matches the center axis of the main housing 2a and travels toward the exit port 5. .
Then, the visible light from the upper end of the main housing 2a toward the lower emission port 5 has a function of transmitting straight and transmitting as it is.
上記副ハウジング２ｂの端面には、光ファイバ４ａの先端が接続され、上記のようにこの光ファイバ４ａからハーフミラー３ａに向かってレーザー光Ｌが出射され、このハーフミラー３ａにより上記のように下方の出射口５に向かって反射され、下方の光学レンズ３ｂで集光されてはんだ付け部分６８に照射される。照射範囲の最大径は、銅端子６３の範囲内である。 The distal end of the optical fiber 4a is connected to the end face of the sub-housing 2b, and the laser light L is emitted from the optical fiber 4a toward the half mirror 3a as described above. The light is reflected toward the exit port 5 and is condensed by the lower optical lens 3b to irradiate the soldered portion 68. The maximum diameter of the irradiation range is within the range of the copper terminal 63.
主ハウジング２ａの上端には第１カメラ４０ａが設置されている。第１カメラ４０ａの光軸は主ハウジング２ａの中心軸、そしてハーフミラー３ａで反射され、出射口５に向かうレーザー光Ｌの光軸Ｈと一致する。第１カメラ４０ａははんだ付け部分６８を真上から撮影する。 A first camera 40a is installed at an upper end of the main housing 2a. The optical axis of the first camera 40a coincides with the central axis of the main housing 2a and the optical axis H of the laser beam L reflected by the half mirror 3a and traveling toward the light exit 5. The first camera 40a photographs the soldered portion 68 from directly above.
出射ユニット１とその付属装置は、昇降機構部２２に装着されて昇降自在となっており、はんだ付け部分６８に対してレーザー光Ｌの照射面積を可変できるようになっている。レーザー光Ｌの照射面積は、レーザー光Ｌの熱影響を受けにくい範囲に限られ、本実施例では上記のように最大限銅端子６３の範囲内に限られる。レーザー光Ｌが銅端子６３を超えてプリント配線基板６１にかかると当該部分が瞬時に高温に加熱され、含有水分や含有ガスが気体となって表面に放出され、場合によってははんだ内部に空洞を形成することがある。それ故、上記のようにレーザー光Ｌの最大照射範囲ははんだ付け対象物６０に悪影響を与えない範囲に限定される。（ただし、銅端子６３を越えたプリント配線基板６１がレーザー光Ｌの照射に耐えられる限り、銅端子６３を越えた部分まで照射範囲を拡大できる。）昇降機構部２２はフィルタＦａ〜Ｆｎと同様の働きをする（即ち、昇降機構部２２が上昇（又は下降）して照射面積が大きくなれば、単位面積当たりの照射エネルギー量は減少し、逆に焦点に近付ければ単位面積当たりの照射エネルギー量は増大する）ので、フィルタＦａ〜Ｆｎを設置する場合には、昇降機構部２２を省略することができる。勿論、両者を併用することも可能である。 The emitting unit 1 and its attachments are mounted on the elevating mechanism 22 so as to be able to move up and down, and the irradiation area of the laser beam L with respect to the soldering portion 68 can be changed. The irradiation area of the laser light L is limited to a range that is hardly affected by the heat of the laser light L. In the present embodiment, the irradiation area is limited to the maximum range of the copper terminal 63 as described above. When the laser beam L is applied to the printed wiring board 61 beyond the copper terminal 63, the portion concerned is instantaneously heated to a high temperature, and the contained moisture or contained gas is released as a gas to the surface, and in some cases, a cavity is formed inside the solder. May form. Therefore, the maximum irradiation range of the laser beam L is limited to a range that does not adversely affect the soldering target 60 as described above. (However, as long as the printed wiring board 61 beyond the copper terminals 63 can withstand the irradiation of the laser beam L, the irradiation range can be extended to the portion beyond the copper terminals 63.) The lifting mechanism 22 is the same as the filters Fa to Fn (I.e., the irradiation energy amount per unit area decreases when the raising / lowering mechanism unit 22 rises (or lowers) to increase the irradiation area, and conversely, the irradiation energy amount per unit area decreases when approaching the focal point. (The amount increases.) Therefore, when installing the filters Fa to Fn, the lifting mechanism 22 can be omitted. Of course, both can be used in combination.
出射ユニット１とその付属装置の昇降を担う昇降機構部２２は、公知の例えばリニアガイドレール２３、図示しないボールねじ機構とおよびサーボモータにより行われる。
又、１つのプリント配線基板６１では複数箇所にはんだ付けをする必要があるので、はんだ位置の変更には、昇降機構部２２から独立した基台２０に公知のＸ−Ｙ方向の移動手段を設けてプリント配線基板６１をＸ−Ｙ方向に移動するようにする。
勿論、プリント配線基板６１とレーザー光Ｌとの相対的移動は、これに限られず出射ユニット１を搭載した昇降機構部２２をＸ−Ｙテーブルに取り付け、固定状態の基台２０に対してレーザー光Ｌの位置を適宜移動可能としてもよい。
The elevating mechanism unit 22 for raising and lowering the emission unit 1 and its attached devices is performed by, for example, a known linear guide rail 23, a ball screw mechanism (not shown), and a servomotor.
In addition, since it is necessary to perform soldering at a plurality of locations on one printed wiring board 61, a known XY-direction moving means is provided on the base 20 independent of the lifting / lowering mechanism unit 22 to change the solder position. To move the printed wiring board 61 in the XY directions.
Of course, the relative movement between the printed wiring board 61 and the laser beam L is not limited to this, and the lifting mechanism 22 on which the emission unit 1 is mounted is attached to the XY table, and the laser beam is moved relative to the fixed base 20. The position of L may be appropriately movable.
糸はんだ供給装置１０は、糸はんだ１７をはんだ付け部分６８に必要長さづつ繰り出す部分で、内部にリール装着部１１と、糸はんだ１７の送り出し部１２、及びはんだ導出ノズル１５とを有している。
はんだリール１３には、その巻芯に糸はんだ１７が螺旋状かつ多重に巻き付けられている。
リール装着部１１は、糸はんだ１７が巻かれたはんだリール１３の装着保持部分であり、リール装着部１１のシャフト１１ａに該リール１３が片持ち支持されている。
送り出し部１２は、はんだ導出ノズル１５の導入開口の直前に設けられており、ガイドローラ１２ａと溝切りローラ１２ｂとで構成され、該溝切りローラ１２ｂはステッピングモータ（図示せず）によって正転・逆転するようになっている。
The thread solder supply device 10 is a portion for feeding the thread solder 17 to the soldering portion 68 by a required length, and has a reel mounting portion 11, a delivery portion 12 of the thread solder 17, and a solder outlet nozzle 15 therein. I have.
A thread reel 17 is wound spirally and multiple times around the core of the solder reel 13.
The reel mounting portion 11 is a mounting and holding portion of the solder reel 13 on which the thread solder 17 is wound, and the reel 13 is cantilevered on a shaft 11 a of the reel mounting portion 11.
The feeding section 12 is provided immediately before the introduction opening of the solder discharge nozzle 15, and is composed of a guide roller 12a and a groove cutting roller 12b. The groove cutting roller 12b is rotated forward and backward by a stepping motor (not shown). It is designed to reverse.
はんだ導出ノズル１５は、糸はんだ供給装置１０のケーシングからはんだ付け部分６８に向かって伸びた細い可撓性を持つ筒状の部材で、前記ケーシングから延びたアーム１６に支持されている。はんだリール１３から引き出された糸はんだ１７は送り出し部１２を通ってはんだ導出ノズル１５に挿入され、その出口からはんだ付け部分６８に向けて供給されるようになっている。 The solder discharge nozzle 15 is a thin flexible cylindrical member extending from the casing of the thread solder supply device 10 toward the soldering portion 68 and supported by an arm 16 extending from the casing. The thread solder 17 pulled out from the solder reel 13 is inserted into the solder outlet nozzle 15 through the feeding section 12, and is supplied from the outlet to the soldering portion 68.
溝切りローラ１２ｂは、中心部にフラックスが充填されている糸はんだ１７の側面に溝を切る機能と、該糸はんだ１７をはんだ付けのタイミングに合わせてはんだ付け部分６８に対必要量ずつ前進させたり後退させたりする機能とを有する。 The groove cutting roller 12b has a function of cutting a groove on the side surface of the thread solder 17 in which the flux is filled in the center portion, and advances the thread solder 17 to the soldering portion 68 by a required amount in accordance with the timing of soldering. And a function to retreat.
ガイドローラ１２ａは、外周に糸はんだ１７が嵌合するＶ字状のガイド溝が全周にわたって刻設されており、前記溝切りローラ１２ｂによる糸はんだ１７の前進及び後退時に、該糸はんだ１７に追随して正逆方向に従動回転するようになっている。 The guide roller 12a has a V-shaped guide groove on the outer circumference on which the thread solder 17 is fitted. The guide groove is engraved over the entire circumference, and when the thread solder 17 is advanced and retracted by the groove cutting roller 12b, the thread solder 17 is formed. It is designed to follow and rotate in the forward and reverse directions.
フィルタ移動部３０は、出射ユニット１の側方に設置され、出射ユニット１の支持板６に取り付けられたサーボモータ３１と、フィルタ取付軸３３と、複数のフィルタＦａ〜Ｆｎが設けられている回転円板３２、及び駆動歯車３７と、この駆動歯車３７に噛み合う従動歯車３８にて構成されている。
サーボモータ３１は、支持板６に下向きに取り付けられ、回転軸が支持板６から下方に突出している。この下向きに突出している回転軸に駆動歯車３７が取り付けられ、この駆動歯車３７に噛み合う従動歯車３８がフィルタ取付軸３３に取り付けられ、駆動歯車３７の正転・逆転により回転円板３２が逆転・正転するようになっている。勿論、歯車３７・３８及びフィルタ取付軸３３を省略して回転円板３２をサーボモータ３１の回転軸に直接取り付けてもよい。
The filter moving unit 30 is provided on the side of the emission unit 1 and is provided with a servomotor 31 attached to the support plate 6 of the emission unit 1, a filter attachment shaft 33, and a rotation provided with a plurality of filters Fa to Fn. It is composed of a disk 32, a drive gear 37, and a driven gear 38 that meshes with the drive gear 37.
The servomotor 31 is attached to the support plate 6 downward, and the rotation shaft projects downward from the support plate 6. A drive gear 37 is attached to the rotating shaft protruding downward, a driven gear 38 meshing with the drive gear 37 is attached to the filter attachment shaft 33, and the rotating disk 32 is rotated in the reverse direction by the forward / reverse rotation of the drive gear 37. It is designed to rotate forward. Of course, the rotating disks 32 may be directly mounted on the rotary shaft of the servomotor 31 without the gears 37 and 38 and the filter mounting shaft 33.
回転円板３２は図４に示すようにその中心に取付孔が設けられ、この取付孔にフィルタ取付軸３３が取り付けられている。そして、この取付孔を中心とする円の上に一定角度で複数のフィルタ窓が設けられ、フィルタＦａ〜Ｆｎが嵌め込まれている。各フィルタ窓のフィルタＦａ〜Ｆｎは、レーザー光Ｌの透過率が異なり、例えば、０％（透明）、１０％、２０％・・・９０％、１００％（遮光窓）というようになっている。上記０％は透明ガラス又は素通しで、透過率１００％である。後述するシャッター機構部２５を設ける場合には、遮光窓を省略することができる。逆に、遮光窓を設ける場合、シャッター機構部２５を省略することができる。ここではシャッター機構部２５を設け、遮光窓を省略する場合を採用する。 As shown in FIG. 4, a mounting hole is provided at the center of the rotating disk 32, and a filter mounting shaft 33 is mounted in the mounting hole. A plurality of filter windows are provided at a certain angle on a circle centered on the mounting hole, and filters Fa to Fn are fitted therein. The filters Fa to Fn of the respective filter windows have different transmittances of the laser light L, and are, for example, 0% (transparent), 10%, 20%... 90%, 100% (light shielding windows). . The above 0% is transparent glass or transparent, and has a transmittance of 100%. When the shutter mechanism 25 described later is provided, the light shielding window can be omitted. Conversely, when the light shielding window is provided, the shutter mechanism 25 can be omitted. Here, the case where the shutter mechanism 25 is provided and the light shielding window is omitted is adopted.
制御部５０からの指令により、サーボモータ３１がフィルタＦａ〜Ｆｎの設定角度に合わせて回転円板３２を間欠回転させ、且つ選択されたフィルタＦｋが出射口５の前面で停止する。回転は、一方向に回転させてもよいし、往復に回転させてもよい。制御部５０からの指令によりサーボモータ３１で選択されたフィルタＦａ〜Ｆｎの１つ（例えば、最適のフィルタがフィルタＦｋとすると、このフィルタＦｋ）は、その停止位置で出射口５から出射されたレーザー光Ｌの光軸Ｈに一致する。そして、選択されたフィルタＦｋの光透過率に従ってレーザー光Ｌの照射エネルギー量が決定される。このようにフィルタＦａ〜Ｆｎのいずれか１つを通過したレーザー光Ｌの照射エネルギー量は例えば１００％の解放状態から９０％〜０％までの複数段階（例えば、１０％毎）に絞られることになる。 In response to a command from the control unit 50, the servo motor 31 intermittently rotates the rotary disk 32 in accordance with the set angles of the filters Fa to Fn, and the selected filter Fk stops at the front of the emission port 5. The rotation may be performed in one direction or in a reciprocating manner. One of the filters Fa to Fn selected by the servo motor 31 in accordance with a command from the control unit 50 (for example, if the optimal filter is a filter Fk, this filter Fk) is emitted from the emission port 5 at the stop position. It coincides with the optical axis H of the laser light L. Then, the irradiation energy amount of the laser light L is determined according to the light transmittance of the selected filter Fk. In this way, the irradiation energy amount of the laser beam L that has passed through any one of the filters Fa to Fn is reduced to a plurality of steps (for example, every 10%) from a released state of 100% to 90% to 0%, for example. become.
シャッター機構部２５は、フィルタ移動部３０に並べて設けられており、開閉作動用のサーボモータ２９と、該サーボモータ２９のシャフトに設けられたプレート状のシャッター２６とで構成されている。シャッター２６は、図５に示すように長方形の板材で、サーボモータ２９のシャフトに取り付けられる通孔から離れた一方のコーナー部分に素通し窓２７が形成されている。素通し窓２７の設けられたコーナー部分の反対側のコーナー部分は孔が設けられておらず、この部分が遮光窓部２８となる。
サーボモータ２９は、素通し窓２７と遮光窓部２８のいずれかが停止位置で光軸Ｈに一致するようにシャッター２６を停止させる。該サーボモータ２９は、往復回転して、レーザー光Ｌの通過と遮断とを行う。
The shutter mechanism section 25 is provided side by side with the filter moving section 30 and includes a servomotor 29 for opening and closing operation and a plate-shaped shutter 26 provided on a shaft of the servomotor 29. The shutter 26 is a rectangular plate as shown in FIG. 5 and has a transparent window 27 at one corner away from the through hole attached to the shaft of the servomotor 29. No hole is provided in the corner portion opposite to the corner portion in which the transparent window 27 is provided, and this portion serves as a light-shielding window portion 28.
The servomotor 29 stops the shutter 26 so that either the transparent window 27 or the light shielding window 28 coincides with the optical axis H at the stop position. The servo motor 29 rotates reciprocally to pass and block the laser light L.
カメラ４０は、上記のように出射ユニット１の上端に設置され、レーザー光Ｌの光軸Ｈに合致して設けられ、はんだ付け部分６８を真上から撮影できるようになっているものと、はんだ付け部分６８に対して傾斜して設けられたものの２種類があり、前者を第１カメラ４０ａ、後者を第２カメラ４０ｂとする。第１・２カメラ４０ａ、４０ｂは両方とも設置してもよいが、いずれか一方だけでもよい。ここでは両方とも設置する場合を代表例として説明する。 The camera 40 is provided at the upper end of the emission unit 1 as described above, is provided so as to coincide with the optical axis H of the laser beam L, and can photograph the soldered portion 68 from directly above. There are two types, which are provided inclined with respect to the attachment portion 68, the former being the first camera 40a and the latter being the second camera 40b. Both the first and second cameras 40a and 40b may be installed, but only one of them may be installed. Here, a case where both are installed will be described as a representative example.
第１カメラ４０ａは、上記２つの光学レンズ３ｂ・３ｃとハーフミラー３ａとからなる光学系３を通じてはんだ付け部分６８の平面画像を撮影する。
第２カメラ４０ｂは、はんだ付け部分６８に対して斜め上から撮影できるように設置されており、斜め上から見た画像を撮影する。
カメラ４０で撮影されたはんだ付け部分６８の画像は、デジタルデータとして出力され、記憶装置５２に記憶される。必要な画像が要求に応じてモニター５６の画面２１ａ上に映し出される。
撮影された画像には、はんだ付け部分６８の静止画像と、該はんだ付け部分６８のはんだ作業開始時点から作業終了時点までの全過程を録取した動画画像の２種類がある。前記静止画像は、はんだ付け作業終了時の画像（或いは前述のようにはんだ作業開始時点から作業終了時点までの全過程で一定時間間隔で撮影した多数枚の静止画像）である。
The first camera 40a captures a planar image of the soldered portion 68 through the optical system 3 including the two optical lenses 3b and 3c and the half mirror 3a.
The second camera 40b is installed so as to be able to take an image from an obliquely upper position with respect to the soldered portion 68, and takes an image viewed from an obliquely upper position.
The image of the soldered portion 68 taken by the camera 40 is output as digital data and stored in the storage device 52. A necessary image is displayed on the screen 21a of the monitor 56 as required.
There are two types of captured images: a still image of the soldered portion 68 and a moving image in which the entire process from the start of the soldering operation to the end of the soldering of the soldered portion 68 is recorded. The still image is an image at the end of the soldering operation (or a plurality of still images photographed at a fixed time interval in the entire process from the start of the soldering operation to the end of the operation as described above).
なお、はんだ付けは作業中にフラックスが蒸発してその周囲が白煙に覆われて可視光が遮られる。従って、ここで用いられるカメラ４０は赤外線領域の光を検出可能とする機能を有しているものが好ましい。カメラ４０の種類としてはＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどがある。赤色よりも長波長の光を感知することにより、例えば、フラックス入り糸はんだ１７を使用してはんだ付けする際に発生する白煙の影響を低減させてはんだ付け状態を監視することができる。上記の理由から、補助としてはんだ付け部分６８を照らすライト（図示せず）も長波長のものが好ましい。 During the soldering, the flux evaporates during the work, and the surrounding area is covered with white smoke to block visible light. Therefore, it is preferable that the camera 40 used here has a function of detecting light in the infrared region. Examples of the type of the camera 40 include a CCD camera and a CMOS camera. By sensing light having a longer wavelength than that of red light, for example, the effect of white smoke generated when soldering using the flux-cored wire solder 17 can be reduced to monitor the state of soldering. For the above reasons, a light (not shown) for illuminating the soldered portion 68 as an auxiliary is also preferably of a long wavelength.
記憶装置５２は、本装置Ａに必要なプログラム、及び予め録取された良品はんだ付けの画像Ｇ０の良品データ、カメラ４０から送られてきた画像Ｇ１のデジタルデータ、はんだ付が良品と判断される許容範囲の良品データなどや、はんだ付けを実行するために必要なプログラムを記憶し、必要に応じて制御部５０からの指令に基づいて必要なデータを制御部５０に出力する。 The storage device 52 determines that the program necessary for the device A, the non-defective data of the pre-recorded non-defective soldering image G0, the digital data of the image G1 sent from the camera 40, and the non-defective soldering. It stores non-defective data of an allowable range and a program necessary for performing soldering, and outputs necessary data to the control unit 50 based on a command from the control unit 50 as necessary.
制御部５０は適宜のプログラムの実行を可能とするもので、画像処理装置５４を含み、はんだ付け作業中において、記憶装置５２から必要なデータを呼び出し、基準画像Ｇ０の良品データと、カメラ４０から送られてきた画像Ｇ１のデータとを比較して、そのはんだ付けの良否を判定する機能を有する。前記判断は制御部５０内の画像処理装置５４で行われる。
実行中のはんだ付けがデータの比較から正常であると判断される場合は、その状態を継続してはんだ付けを続行し、逆にそのはんだ付けがデータの比較から見て異常である場合には、レーザー光Ｌの照射エネルギー量を変更するためにフィルタ移動部３０のサーボモータ３１を駆動し、最適のフィルタＦｍを選択する。
その他、カメラ４０からの画像Ｇ１を後述するように解析してはんだ付け終了のタイミングを検出し、糸はんだ供給装置１０の動作を停止させる制御信号を出力する。
The control unit 50 enables execution of an appropriate program. The control unit 50 includes an image processing device 54. During the soldering operation, necessary data is called from the storage device 52, and the non-defective data of the reference image G0 and the It has a function of comparing the transmitted data of the image G1 to determine the quality of the soldering. The determination is made by the image processing device 54 in the control unit 50.
If the current soldering is determined to be normal from the data comparison, continue with the state and continue soldering, and if the soldering is abnormal from the data comparison, Then, the servo motor 31 of the filter moving unit 30 is driven to change the irradiation energy amount of the laser light L, and the optimum filter Fm is selected.
In addition, an image G1 from the camera 40 is analyzed as described later to detect the timing of the end of soldering, and a control signal for stopping the operation of the thread solder supply device 10 is output.
なお、はんだ付け対象物６０は、様々のものがあるが本発明ではプリント配線基板６１とこれに実装される電子部品６５で、はんだ付けの一例として、図６に示すように、プリント配線基板６１のスルーホール６２に電子部品６５のリード６６が挿入され、スルーホール６２の周囲に形成された銅端子６３とリード６６とがはんだ付けされる。その他の例としては、同図に示すように、折り曲げられたリード６６がプリント配線基板６１の銅端子６３に載置され、両者をはんだ付けする場合もある。勿論、はんだ付けはこれだけに限らない。 Although there are various soldering objects 60, in the present invention, a printed wiring board 61 and an electronic component 65 mounted thereon are used as an example of soldering, as shown in FIG. The lead 66 of the electronic component 65 is inserted into the through hole 62, and the lead 66 and the copper terminal 63 formed around the through hole 62 are soldered. As another example, as shown in the figure, a bent lead 66 may be placed on a copper terminal 63 of a printed wiring board 61 and both may be soldered. Of course, soldering is not limited to this.
次に、本発明の作用を図７に従って説明する。図６に示すように、プリント配線基板６１は、そのスルーホール６２に電子部品６５のリード６６が挿入された状態ではんだ付け位置に送られてくる。そうすると、これを第１カメラ４０ａが上から録取し、制御部５０を介してはんだ付け部分６８をレーザー光Ｌの光軸Ｈに一致する位置に停止させる。
この状態で、はんだ付け部分６８にレーザー光Ｌが出射ユニット１の出射口５から出射される。（或いは、シャッター２６を回転移動させ、遮光状態から素通し窓２７にして、出射状態のレーザー光Ｌを素通し窓２７を通してはんだ付け部分６８に照射する。）出射されたレーザー光Ｌは予め条件出しによって選択されたフィルタＦｄを通ってはんだ付け部分６８に照射される。これによりはんだ付け部分６８は適温まで予熱される。予熱は予め決められた時間で行われる（図７（ａ））。
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the printed wiring board 61 is sent to the soldering position with the leads 66 of the electronic component 65 inserted into the through holes 62. Then, the first camera 40a records this from above, and stops the soldered portion 68 via the control unit 50 at a position corresponding to the optical axis H of the laser beam L.
In this state, the laser beam L is emitted from the emission port 5 of the emission unit 1 to the soldered portion 68. (Alternatively, the shutter 26 is rotationally moved to change the light blocking state into the transparent window 27, and the emitted laser light L is irradiated to the soldered portion 68 through the transparent window 27.) The emitted laser light L is determined in advance by setting conditions. The soldered portion 68 is irradiated through the selected filter Fd. As a result, the soldered portion 68 is preheated to an appropriate temperature. The preheating is performed for a predetermined time (FIG. 7A).
予熱終了と同時に糸はんだ供給装置１０が作動して糸はんだ１７が照射範囲内に送り込まれる。送り込まれた糸はんだ１７の先端部分は瞬時に加熱されて溶け、フラックスの助けによりはんだがスルーホール６２内に流れ込み、スルーホール６２内で凝固する（図７（ｂ））。
続いて溶けたはんだは、フラックスの助けにより、リード６６とその周囲に存在する銅端子６３に流れて付着し、次第にその嵩を増す（図７（ｃ））。
嵩を増しつつリード６６に付着したはんだは、図７（ｄ）に示すようにリード６６を中心に銅端子６３を裾野とする綺麗な円錐状の山形を形成する。この状態になると、カメラ４０で撮影された画像Ｇ１と良品画像Ｇ０とはほとんど同じ形状をもつことになるので、この時点で糸はんだ１７の供給が停止される。その後、糸はんだ１７の供給がない状態で、後加熱が所定時間行われ、然る後にレーザー光Ｌの照射がシャッター２６により遮断され、冷却工程に移る（図７（ｅ））。冷却後、プリント配線基板６１は次のはんだ付け部分に相対移動させられ、はんだ付けが行われる。
At the same time as the completion of the preheating, the thread solder supply device 10 operates to feed the thread solder 17 into the irradiation range. The tip of the fed thread solder 17 is instantaneously heated and melted, and the solder flows into the through-hole 62 with the help of the flux, and solidifies in the through-hole 62 (FIG. 7B).
Subsequently, the melted solder flows to and adheres to the lead 66 and the copper terminals 63 existing around the lead 66 with the help of the flux, and the volume gradually increases (FIG. 7C).
As shown in FIG. 7D, the solder attached to the lead 66 while increasing the volume forms a beautiful conical mountain shape with the copper terminal 63 as a foot around the lead 66. In this state, the image G1 captured by the camera 40 and the non-defective image G0 have almost the same shape. At this point, the supply of the thread solder 17 is stopped. Thereafter, post-heating is performed for a predetermined time in a state where the thread solder 17 is not supplied, and thereafter, irradiation of the laser beam L is shut off by the shutter 26, and the process proceeds to a cooling step (FIG. 7E). After cooling, the printed wiring board 61 is relatively moved to the next soldering portion, and soldering is performed.
次に、はんだ付けの詳細について説明する。はんだ付け部分６８の外観は、はんだ付け作業の最初から２台のカメラ４０ａ・４０ｂで連続的に動画として録取され、記憶装置５２に送られる。そして、制御部５０の画像処理装置５４で、はんだ付け部分６８の形状が予め記憶されている良品はんだ付け部分の良品データの許容範囲内であるか否かをはんだ作業全体を通じて連続的に観察される。
そしてはんだ付け部分６８の形状が、良品はんだ付け部分の最終形状にほぼ近似した状態に達した時、上記のようにはんだ付け完了として、糸はんだ１７の供給が停止され、糸はんだ１７が糸はんだ供給装置１０側に引き戻される。一方、はんだ付け部分６８は、その後、前述のように所定時間、後加熱され、続いて冷却されてそのはんだ付け部分６８におけるはんだ付け作業が終了する。
Next, details of the soldering will be described. The appearance of the soldering portion 68 is continuously recorded as a moving image by the two cameras 40a and 40b from the beginning of the soldering operation and sent to the storage device 52. Then, the image processing device 54 of the control unit 50 continuously observes whether or not the shape of the soldering portion 68 is within the allowable range of the pre-stored non-defective product data of the non-defective soldering portion throughout the entire soldering operation. You.
Then, when the shape of the soldering portion 68 reaches a state substantially similar to the final shape of the non-defective soldering portion, the supply of the thread solder 17 is stopped as described above, and the supply of the thread solder 17 is stopped. It is pulled back to the supply device 10 side. On the other hand, the soldered portion 68 is thereafter post-heated for a predetermined time as described above, and subsequently cooled, and the soldering operation on the soldered portion 68 is completed.
上記のはんだ付け作業中で、第２カメラ４０ｂで録取された動画画像は、斜め上から観察したものであるため、はんだの挙動を明瞭に観察することができる。一方、第１カメラ４０ａは直上からの観察であるため、はんだが銅端子６３の範囲で停止しているかどうかの判断がつきやすい。この両方のデジタルデータのいずれか一方が良品データの許容範囲から外れた場合、例えば、溶けたはんだの流れ具合おかしく、外見形状が団子状態になりつつある場合や、流れが好過ぎて銅端子６３からのはみ出しそうな状態を検出すると、これと同時に制御部５０がフィルタ移動部３０を作動させ、最適のフィルタＦｋを選択して照射レーザー光Ｌに合致するように回転円板３２を回転させる。或いは、シャッター２６を回転させて照射レーザー光Ｌを遮断する（この場合、透過率０％のフィルタを選択してもよい。）。
然る後、再度の加熱が必要な場合には、適切なフィルタＦｂを選択してはんだ付け部分６８を再加熱する。必要でないと判断した場合はそのまま冷却工程に移る。これによりレーザー光Ｌの照射エネルギー量は適性に管理されて正常なはんだ付けが遂行される。
上記の一連の制御は、微小時間間隔で多数の静止画像Ｇ１を撮影し、同タイミングで撮影された基準静止画像Ｇ０と逐次比較することでも実行可能である。その意味から、観察には動画でも良いし、微小時間間隔で多数の静止画像Ｇ１を撮影する方法でも良いので、いずれか一方だけでも良いし、併用しても良い。
During the above-mentioned soldering operation, the moving image recorded by the second camera 40b is observed obliquely from above, so that the behavior of the solder can be clearly observed. On the other hand, since the first camera 40a is observed from directly above, it is easy to determine whether the solder has stopped in the range of the copper terminal 63. If either one of these digital data is out of the allowable range of the non-defective data, for example, the flow of the melted solder is strange, the appearance is in a dumpling state, or the flow is too good, and the copper terminal 63 is too good. When detecting a state that is likely to protrude from the controller, at the same time, the control unit 50 operates the filter moving unit 30 to select the optimum filter Fk and rotate the rotary disk 32 so as to match the irradiation laser light L. Alternatively, the shutter 26 is rotated to block the irradiation laser light L (in this case, a filter having a transmittance of 0% may be selected).
Thereafter, if reheating is necessary, an appropriate filter Fb is selected and the soldered portion 68 is reheated. If it is determined that it is not necessary, the process proceeds to the cooling step. Thereby, the irradiation energy amount of the laser beam L is appropriately controlled, and normal soldering is performed.
The above-described series of controls can also be executed by photographing a large number of still images G1 at minute time intervals and sequentially comparing them with a reference still image G0 photographed at the same timing. In this sense, a moving image may be used for observation, or a method of capturing a large number of still images G1 at minute time intervals. Therefore, either one of them may be used or both may be used together.
はんだ付けが終了すると、静止画像Ｇ１（動画の最終画像でもよい）によりそのはんだ付けが正常であるかどうかを良品はんだ付けの静止画像Ｇ０と比較して確認する。全体の形状の確認は傾斜して設置された第２カメラ４０ｂの斜め上から見た画像で比較するのが好ましい。銅端子６３からはんだがはみ出しているか否かを検出するのは、真上から見た第１カメラ４０ａの平面画像で比較するのが好ましい。
なお上記比較は、画像Ｇ１のデータと基準良品画像Ｇ０のデータとの差分（差分画像データ）をとり、この差分が許容範囲内か否かで、はんだ付けの良否を監視している。
When the soldering is completed, whether or not the soldering is normal is confirmed by comparing with the still image G0 of the good soldering based on the still image G1 (or the final image of the moving image). It is preferable to confirm the overall shape by comparing the image of the second camera 40b installed obliquely from an obliquely upper position. It is preferable to detect whether or not the solder has protruded from the copper terminal 63 by comparing the planar image of the first camera 40a viewed from directly above.
In the comparison, a difference (difference image data) between the data of the image G1 and the data of the reference non-defective image G0 is obtained, and the quality of the soldering is monitored based on whether or not the difference is within an allowable range.
最終チェックで、はんだ付け形状が正常な場合、次のはんだ付け部分に移る。逆に、最終チェックではんだ形状が異常と判断された場合、そのはんだ付け対象物６０におけるはんだ付け作業を中止し、当該はんだ付け対象物６０を除去した後、送られてきた次のはんだ付け対象物のはんだ付け作業に取り掛かる。 In the final check, if the soldering shape is normal, move to the next soldering part. Conversely, if the final check determines that the solder shape is abnormal, the soldering operation on the soldering object 60 is stopped, and after the soldering object 60 is removed, the next soldering object sent Work begins on soldering objects.
このようにして上記レーザー式はんだ付け装置Ａは、はんだ付け時にはんだ付け部分６８の実際のはんだ付け開始から終了まではんだの溶け具合を画像Ｇ１として観察し、適正なはんだ付けが行われるようにレーザー照射量や投射時間等を制御するようにしており、品質の良いはんだ付けを行うことが可能となる。
なお、上記装置Ａでは、フィルタＦａ〜Ｆｎによる透過率変更の事例を示したが、これに代え、或いは併用して、出射ユニット１を上下させて既述のように単位当たりの照射エネルギー量を可変するようにしてもよい。
In this way, the laser type soldering apparatus A observes the degree of melting of the solder as an image G1 from the start to the end of the actual soldering of the soldered portion 68 during soldering, and performs the laser operation so that proper soldering is performed. The irradiation amount, the projection time, and the like are controlled, so that high-quality soldering can be performed.
In the above-described apparatus A, an example of changing the transmittance by the filters Fa to Fn is shown. However, instead of this or in combination, the emission unit per unit is raised and lowered by moving the emission unit 1 up and down as described above. You may make it variable.
Ａ：レーザー式はんだ付け装置、Ｈ：レーザー光の光軸、Ｌ：レーザー光、Ｆａ〜Ｆｎ：フィルタ、Ｇ０・Ｇ１：外観画像、Ｐ：照準点、１：出射ユニット、２：ハウジング、２ａ：主ハウジング、２ｂ：副ハウジング、３：光学系、３ａ：ハーフミラー、３ｂ・３ｃ：光学レンズ、４：入射口、４ａ：光ファイバ、５：出射口、６：支持板、１０：糸はんだ供給装置、１１：リール装着部、１２：送り出し部、１２ａ：ガイドローラ、１２ｂ：溝切りローラ、１３：リール、１５：はんだ導出ノズル、１６：アーム、１７：糸はんだ、２０：基台、２２：昇降機構部、２３：リニアガイドレール、２５：シャッター機構部、２６：シャッター、２７：素通し窓、２８：遮光窓部、２９：サーボモータ、３０：フィルタ移動部、３１：サーボモータ、３２：回転円板、３３：フィルタ取付軸、３７：駆動歯車、３８：従動歯車、４０：カメラ、４０ａ：第１カメラ（垂直）、４０ｂ：第２カメラ（傾斜）、５０：制御部、５２：記憶装置、５４：画像処理装置、５６：モニター、６０：はんだ付け対象物、６１：プリント配線基板、６２：スルーホール、６３：銅端子、６５：電子部品、６６：リード、６８：はんだ付け部分 A: Laser type soldering device, H: Optical axis of laser light, L: Laser light, Fa to Fn: Filter, G0 / G1: Appearance image, P: Aiming point, 1: Emission unit, 2: Housing, 2a: Main housing, 2b: sub housing, 3: optical system, 3a: half mirror, 3b / 3c: optical lens, 4: entrance, 4a: optical fiber, 5: exit, 6: support plate, 10: thread solder supply Apparatus, 11: reel mounting part, 12: feeding part, 12a: guide roller, 12b: groove roller, 13: reel, 15: solder discharge nozzle, 16: arm, 17: thread solder, 20: base, 22: Elevating mechanism, 23: linear guide rail, 25: shutter mechanism, 26: shutter, 27: transparent window, 28: light shielding window, 29: servo motor, 30: filter moving unit, 31: servo Data, 32: rotating disk, 33: filter mounting shaft, 37: driving gear, 38: driven gear, 40: camera, 40a: first camera (vertical), 40b: second camera (tilted), 50: control , 52: storage device, 54: image processing device, 56: monitor, 60: soldering target, 61: printed wiring board, 62: through hole, 63: copper terminal, 65: electronic component, 66: lead, 68 : Soldering part
Claims (6)
前記はんだ付け部分を照射している前記レーザー光を横切った状態で移動可能に設置され、複数段階にわたって前記レーザー光の照射エネルギー量を変更する複数のフィルタを設け、
前記はんだ付け部分の外観画像が良品と判断できる許容範囲内であれば、次のはんだ付け部分に移動してはんだ付け作業を継続し、
良品と判断できる許容範囲外であれば、前記複数のフィルタを移動させて最適なフィルタを選択し、前記レーザー光の照射エネルギー量を最適の照射エネルギー量に変更することを特徴とするレーザー式はんだ付け方法。 While supplying the thread solder to the soldering portion, the laser beam is irradiated to the soldering portion to melt the irradiated portion of the thread solder, solder the object to be soldered, and record the appearance image of the soldering portion. In the laser-type soldering method of performing soldering work while comparing with the appearance image of the good soldering part stored in advance,
A plurality of filters are provided movably installed in a state of traversing the laser beam irradiating the soldering portion, and changing the irradiation energy amount of the laser beam over a plurality of steps,
If the appearance image of the soldered portion is within an allowable range that can be determined as a good product, move to the next soldered portion and continue the soldering work,
A laser type solder, wherein, if it is out of an allowable range that can be determined as a non-defective product, the plurality of filters are moved to select an optimum filter, and the irradiation energy amount of the laser beam is changed to the optimum irradiation energy amount. Attachment method.
前記出射口の前方にて前記レーザー光を横切った状態で移動可能に設置され、前記レーザー光の照射エネルギー量を複数段階にわたって変更する複数のフィルタと、
前記フィルタを移動させるフィルタ移動部と、
前記はんだ付け部分の外観画像を録取し、デジタルデータとして出力するカメラと、
良品はんだ付け部分の外観画像からはんだ付けが良品と判断される許容範囲を良品データとして予め記憶し、且つ前記カメラからの外観画像のデジタルデータを記憶する記憶装置と、
前記はんだ付け部分の外観画像のデジタルデータと前記良品データとを記憶装置から呼び出して両者を比較し、
前記はんだ付け部分のデジタルデータが前記許容範囲内の場合には、次のはんだ付け部分に移動させてはんだ作業を継続させ、
前記許容範囲外の場合には、フィルタ移動部を駆動させてフィルタを交換し、レーザー光のはんだ付け部分に対する照射エネルギー量を最適値に変更する制御部とで構成されたレーザー式はんだ付け装置。 An emission unit that irradiates a laser beam from an emission port toward an object to be soldered;
A plurality of filters installed movably in a state of crossing the laser light in front of the emission port, and changing the irradiation energy amount of the laser light over a plurality of stages,
A filter moving unit that moves the filter,
A camera that records an appearance image of the soldered portion and outputs the data as digital data,
A storage device that stores in advance the acceptable range in which the soldering is determined to be good from the appearance image of the good soldering portion as good product data, and stores digital data of the appearance image from the camera,
Digital data of the appearance image of the soldered portion and the non-defective data are called from a storage device, and both are compared,
If the digital data of the soldering part is within the allowable range, the soldering part is moved to the next soldering part to continue the soldering operation,
A laser soldering apparatus comprising: a control unit that drives the filter moving unit to replace the filter when the value is outside the allowable range, and changes the amount of irradiation energy of the laser beam to the soldering portion to an optimum value.
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