JP3562220B2 - 自動ハンダ付け装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンダ付けロボットによって自動的にハンダ付けを行う自動ハンダ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の自動ハンダ付け装置のハンダヘッド付近を示す図である。
【０００３】
ハンダコテ１００は、ハンダヘッド１０１に保持されており、このハンダヘッド１０１の基部は、図示しないハンダ付けロボットのロボットアームに取り付けられており、ロボットアームの動きによってハンダコテ１００が所定のハンダ付け箇所に導かれるようになっている。
【０００４】
ハンダ心線（糸ハンダ）を、ハンダコテ１００の先端部に自動供給する供給ノズル１０２は、供給ホルダ１０３を介して支持棒１０４に取り付けられており、この支持棒１０４は、ハンダヘッド１０１の突出した保持部１０５に保持されている。
【０００５】
かかる自動ハンダ付け装置では、ハンダヘッド１０１に保持されたハンダコテ１００が所定のハンダ付け箇所に導かれ、供給ノズル１０２からハンダコテの先端部に所定の供給角度でハンダ心線が自動供給されてハンダ付けされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、このような自動ハンダ付け装置を用いた高速なハンダ付けにおいては、極短時間でハンダ付けが行われるために、ハンダコテの熱が、ハンダ付け箇所に十分に伝わらないことになり、このため、予めハンダ付けに先立って圧縮空気の熱風をハンダ付け箇所を含む基板の広い範囲に吹き付けるなどして予備加熱を行っている。
【０００７】
しかしながら、従来の予備加熱は、ハンダ付け箇所よりも広い範囲の基板全体に亘って行われるために、ハンダ付け箇所の周辺の樹脂部品が熱変形を起こしたり、また、予備加熱から実際にハンダ付けされるまでに冷えてしまって熱効率が悪く、さらには、熱風の吹き付け方向が簡単に変更できないといった難点がある。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、ハンダ付け箇所を局所的に予備加熱できるとともに、その熱効率を高めることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１０】
すなわち、本発明の自動ハンダ付け装置は、ハンダコテを保持するハンダヘッドがハンダ付けロボットのロボットアームに取り付けられ、前記ハンダコテにハンダ心線を供給するハンダ心線供給部を備える自動ハンダ付け装置において、前記ハンダコテによりハンダ付けを行う箇所を予熱する予熱装置を備え、該予熱装置は、加熱した窒素ガスを、ハンダ付けを行う箇所に吹き付けるガラス管ヒータであり、前記予熱装置と前記ハンダ心線供給部とを一緒に前記ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動させることのできる回動手段を備え、前記回動手段は、前記ロボットアームに支持された電動モータと、この電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、この駆動プーリに従動して前記ハンダコテの軸線を中心とした周方向に回転する従動プーリと、この従動プーリと一体に回転するとともに前記ハンダ供給部および前記予熱装置を保持する保持部材が取り付けられた回転体とを備え、前記回転体の任意の回動位置の制御をシーケンスコントローラで行うようにした。
【００１６】
予熱装置は、ロボットアームの動きに応じて、ハンダコテと一体に移動するので、はんだ付けの直前に、はんだ付け箇所の予熱を行うことができ、熱効率が向上する。
【００１７】
予熱装置を、加熱した窒素ガスを、ハンダ付けを行う箇所に吹き付けるガラス管ヒータで構成しているので、エアーを使用する場合のようにハンダや基地金属が酸化されることがなく、ハンダ付け品質の向上を図ることができる。
【００１８】
また、予熱装置を、ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動する回動手段を備えているので、はんだ付け箇所に応じて最適な位置から予熱を行うことができる。
【００１９】
さらに、回動手段によって、ハンダ心線の供給位置を、ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動させることができるので、はんだ付け箇所に応じて最適な位置からハンダ心線を供給してハンダ付けを行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この実施の形態の自動ハンダ付け装置を用いたシステムの構成図である。
【００２２】
このハンダ付けシステムは、ハンダコテ１およびハンダコテ１にハンダ心線を供給する供給ノズル２等が後述のように配設されたハンダ付けロボット３と、該ロボット３の動きを制御するロボットコントローラ４と、ハンダ心線の供給やハンダコテ１の温度を検出する図示しない温度センサの出力に基づいてハンダコテ１の温度制御などを行うハンダ付けコントローラ５と、両コントローラ４，５を所定の手順で制御するシーケンサ６と、ハンダ付け対象物を撮像するＣＣＤカメラ７と、このＣＣＤカメラ７からの撮像信号を画像処理するとともに、その画像処理情報と、前記ハンダ付け対象物のＣＡＤ情報、すなわち、ハンダ付け対象物の設計上の位置情報とをマッチング処理してハンダ付け位置を補正するための補正値を演算して前記ロボットコントローラ４に与えるコンピュータ８とを備えている。
【００２３】
図２は、本発明の要部のハンダヘッド付近の部分断面図である。
【００２４】
この実施の形態の自動ハンダ付け装置は、先端に小径の発熱部９を有するハンダコテ１と、このハンダコテ１を保持するハンダヘッド１０と、このハンダヘッド１０を保持するとともに、ハンダ付けロボット３のロボットアーム１１の先端部に、連結軸１２等を介して連結された保持プレート１３と、ハンダコテ１の発熱部９にハンダ心線を供給する供給ノズル２と、ハンダ付けを行う箇所に対して高温の窒素ガスを吹き付けて予熱する予熱装置としてのガラス管ヒータ３７と、供給ノズル２を保持する供給ホルダ１４を支持棒１５を介して保持するとともに、ガラス管ヒータ３７を保持する保持部材１６と、この保持部材１６を、ハンダコテ１の軸線Ｐを中心とする周方向の任意位置に回動させる回動機構１７とを備えており、ハンダヘッド１０に保持されたハンダコテ１は、ロボットアーム１１の動きによって所定のハンダ付け箇所に導かれる。
【００２５】
この実施の形態では、ハンダ付け箇所を局所的に予備加熱するとともに、その熱効率を高めるために、上述のように、ガラス管ヒータ３７を設けており、このガラス管ヒータ３７は、ロボットアーム１１の動きに応じて、ハンダコテ１と一体に移動するように構成されており、ハンダ付けの直前にハンダ付け箇所に、高温の窒素ガスを吹き付けて予備加熱を行ってハンダコテ１をハンダ付け箇所に圧接してハンダ付けを行うものである。
【００２６】
このようにガラス管ヒータ３７を、ハンダコテ１と一体に移動するように設けてハンダ付けの直前に局所的に高温の窒素ガスを吹き付けて予備加熱を行うので、ハンダ付けに先だってハンダ付け箇所を含む広い範囲で予備加熱を行う従来例に比べて、ハンダ付け箇所の周辺の樹脂部品が熱変形を起こすといったことがなく、また、ハンダ付けの直前に予備加熱を行うので、熱効率が向上する。
【００２７】
しかも、窒素ガスを使用するので、エアーを使用する場合のようにハンダや基地金属が酸化されることがなく、ハンダ付け品質の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、この実施の形態では、ガラス管ヒータ３７からの高温窒素ガスの吹き付け方向を変えて予備加熱を行えるようにするために、上述のように、ガラス管ヒータ３７および供給ノズル２を保持する保持部材１６を、ハンダコテ１の軸線Ｐを中心とする周方向の任意の位置に回動させる回動機構１７を備えている。
【００２９】
この回動機構１７は、ロボットアーム１１の連結部に取り付けられた支持アーム２３に支持された正逆回転するステッピングモータ２４と、このステッピングモータ２４によって回転駆動される駆動プーリ２５と、この駆動プーリ２５との間でタイミングベルト２６が巻掛けられて駆動プーリ２５に従動して回転する従動プーリ２７と、この従動プーリ２７と一体に回転するとともに、供給ノズル２およびガラス管ヒータ３７を保持する保持部材１６が取り付けられた回転体２８と、この回転体２８の回転位置を検出する回転位置検出センサ２９とを備えており、従動プーリ２７とハンダヘッド１０が取り付けられている連結軸１２との間には、ベアリング３０が介装されており、連結軸１２は回転しないように構成されている。
【００３０】
この回動機構１７では、ステッピングモータ２４の正方向あるいは逆方向の回転によって駆動プーリ２５が回転駆動され、この駆動プーリ２５の回転に従動して従動プーリ２７が回転するとともに、この従動プーリ２７と一体的な回転体２８が回転してガラス管ヒータ３７が、図２の仮想線で示されるようにハンダコテ１の軸線Ｐ回りに回動するものであり、ステッピングモータ２４の制御、すなわち、ガラス管ヒータ３７の回動位置の制御は、シーケンサ６によって行われる。
【００３１】
この回動機構１７によって、ガラス管ヒータ３７を、ハンダコテ１を中心とする周方向の任意の位置に回動させて高温窒素ガスをハンダ付け箇所に吹き付けて予備加熱を行うことができる。
【００３３】
また、この実施の形態では、上述の回動機構１７によって供給ノズル２も一体的に回動できるので、ハンダ付け箇所の手前に障害物がある場合やハンダ心線の供給角度に制約があるような場合に、それらを回避するように、供給ノズル２を、ハンダコテ１の軸線Ｐを中心とする周方向の最適な位置に回動させてハンダ付けを行うことができる。
【００３４】
このハンダ付けの作業プロセスの一例を説明すると、先ず、ハンダコテ１のコテ先に、後述のエアーブローノズルなどによってエアーを吹き付けて洗浄し、ハンダコテ１をハンダ付けを行う箇所に当てる直前に、一次ハンダを供給してコテ先を濡らし、ハンダを介して熱を伝えてそのままの状態で予熱した後、二次ハンダを供給してハンダコテをハンダ付けを行う箇所に当てて加熱することにより、ハンダ付けを行うものであり、ガラス管ヒータ３７からの高温窒素ガスの吹き付けによる予備加熱は、例えば、一次ハンダの供給開始と同時に開始され、ハンダコテ１による加熱が行われている期間に亘って行うようにしてもよい。
【００３５】
なお、本発明の他の実施の形態として、回動機構１７を省略して供給ノズル２およびガラス管ヒータ３７を固定位置に設けるようにしてもよい。
【００３６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の他の実施の形態のハンダヘッド付近の部分断面図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３７】
この実施の形態では、供給位置における供給ノズル２の位置を、従来例のように、作業者が、供給ホルダのネジを緩めて手動調整することなく、ハンダコテ１の軸方向（図３の上下方向）に沿って自動調整できるように次のように構成している。
【００３８】
すなわち、この実施の形態では、ハンダ付けロボット３のロボットアーム１１の先端部に、連結軸１２等を介して固定的に取り付けられている保持プレート１３に対して、ハンダコテ１を保持するハンダヘッド１０が、ハンダコテ１の軸方向に一定の範囲Ｗで変位可能に取り付けられている。ハンダヘッド１０は、保持プレート１３と一体的な一対のガイドシャフト１９に支持されており、これらのガイドシャフト１９が挿通するハンダヘッド１０の挿通孔２０の内部には、ガイドシャフト１９に外嵌されたバネ２１が収納されており、ハンダコテ１の先端を、ハンダ付け対象物２２に押圧することにより、前記バネ２１の付勢力に抗してハンダヘッド１０が、保持プレート１３の端面に当接するまでの範囲Ｗに亘って変位できるように構成されている。
【００３９】
一方、ハンダ心線を供給する供給ノズル２は、供給位置においては、ハンダコテ１の軸方向に沿う一定の固定位置に保持されている。
【００４０】
したがって、ハンダコテ１の先端を、ハンダ付け対象物２２に押圧させる押圧量を可変することにより、ハンダヘッド１０がガイドシャフト１９に沿って変位する変位量を可変することができ、これによって、例えば図４（ａ），（ｂ） に示されるように、ハンダコテ１の先端から供給ノズル２の先端までのハンダコテ１の軸方向に沿う距離Ｄ、すなわち、ハンダコテ１に対する供給ノズル２の位置を、ハンダコテ１の軸方向に沿って可変できることになる。
【００４１】
そこで、この実施の形態では、ハンダ付けロボット３のロボットアーム１１の動きを指定するためのロボットアーム１１の座標位置を、ロボットコントローラ４で数値として入力する際に、ハンダコテ１をハンダ付け対象物２２に押圧させてハンダコテ１をその軸方向に沿って変位させる変位量が、所望の変位量、したがって、ハンダコテ１に対する供給ノズル２の位置が所望の供給位置になるように入力するものである。
【００４２】
例えば、ハンダコテ１の先端から供給ノズル２の先端までの軸方向に沿う距離を大きくしたいときには、ロボットアーム１１の座標位置を、ハンダ付け対象物２２への押圧量が少なくなるように入力することにより、ハンダ付けの対象物２２にハンダコテ１が当接することによるハンダヘッド１０の変位量が少なくなり、図４（ａ）に示されるようにハンダコテ１の先端から供給ノズル２の先端までの距離が大きくなり、逆に、ハンダコテ１の先端から供給ノズル２の先端までの距離を小さくしたいときには、ロボットアーム１１の座標位置を、ハンダ付け対象物２２への押圧量が大きくなるように入力することにより、ハンダ付けの対象物２２にハンダコテ１が押圧されることによるハンダヘッド１０の変位量が大きくなり、図４（ｂ）に示されるようにハンダコテ１の先端から供給ノズル２の先端までの距離が小さくなる。
【００４３】
このようにロボットアーム１１の動きを指定する座標を数値として入力することにより、すなわち、ロボットコントローラ４に対するプログラムによって、ハンダコテ１に対する供給ノズル２の位置を可変設定することができ、従来例のように、作業者が供給ホルダのネジを緩めて手動で供給ノズルの位置を調整するといった面倒な操作を必要とすることなく、ハンダ付けを行う部位に応じて、適切な供給位置でハンダ心線を供給できることになる。
【００４４】
すなわち、多種類の様々なハンダ付け箇所に迅速に対応させることができ、作業者による面倒な供給位置の手動変更操作を省略でき、ハンダ付け品質が安定して常に円滑に効率よく自動ハンダ付けを行うことができる。
【００４５】
その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００４６】
（実施の形態３）
図５は、本発明のさらに他の実施の形態の要部の部分断面図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４７】
この実施の形態では、ハンダ心線を供給する供給ノズル２の位置を、ハンダコテ１のコテ先の清掃時やハンダコテの交換時に、邪魔にならない位置に自動的に退避させる一方、清掃や交換の終了後に再び元の位置で自動的に復帰させることができるように、次のように構成している。
【００４８】
すなわち、この実施の形態では、供給ノズル２を、ハンダコテ１の軸線Ｐに対して傾斜させた供給位置と、ハンダコテ１の軸線Ｐに対して平行な退避位置とに亘って揺動させる揺動機構３２を備えており、供給位置は、ハンダコテ１に対して所定の供給角度でハンダ心線を供給することができる位置であり、退避位置は、供給ノズル２が邪魔になることなく、ハンダコテ１の清掃および交換作業が実施できる位置である。
【００４９】
この揺動機構３２は、供給ノズル２を揺動可能に保持する供給ホルダ１４に設けられたピニオン３３と、このピニオン３３に噛合するラック３４と、このラック３４を、供給ホルダ１４を支持する支持棒１５に沿って進退駆動するエアーシリンダ３５とを備えており、エアーシリンダ３５は、支持棒１５に固定的に取り付けられている。
【００５０】
この揺動機構３２では、エアーシリンダ３５のピストンロッド３６を進退させることによってラック３４およびピニオン３３を介して、供給ノズル２を、ハンダコテ１に対して傾斜した供給位置とハンダコテ１に平行な退避位置との間で揺動させるものである。
【００５１】
このように揺動機構３２によって供給ノズル２を揺動させるので、ハンダコテ１の清掃時やハンダコテ１の交換時には、シーケンサ６によって揺動機構３２を制御し、エアーシリンダ３５のピストンロッド３６を進出させて供給ノズル２を退避位置に揺動させて清掃あるいは交換を行い、その後、エアーシリンダ３５のピストンロッド３６を退入させて供給ノズル２を供給位置に復帰させるものである。
【００５２】
これによって、ハンダコテ１のコテ先の清掃時に、供給ノズル２が邪魔になることがなく、コテ先を十分に清掃することができる。
【００５３】
また、ハンダコテ１の交換を行った後に、供給ノズル２の位置を手動で元の位置に調整するといった面倒な作業を要することなく、交換前と同じ位置に復帰させることができる。
【００５４】
その他の構成は、図２の実施の形態と同様である。
【００５５】
なお、本発明の他の実施の形態として、エアーシリンダ３５に代えて、駆動源として正逆転モータを用いることにより、供給ノズル２の傾斜角度を任意に調整できるようにしてもよい。
【００５６】
（実施の形態４）
図６は、本発明の他の実施の形態の要部の部分断面図であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００５７】
この実施の形態では、上述の実施の形態における回動機構１７の回転体２８に取り付けされた保持部材１６に保持された支持棒１５には、ハンダ心線を供給する供給ノズル２の他に、ハンダコテ１のコテ先に、エアーを吹き付けて洗浄するためのエアーブローノズル３１が装備されており、洗浄時には、回転体２８を回転させながらエアーブローノズル３１からエアーをハンダコテ１のコテ先の全周面に吹き付けて洗浄を行うように構成している。このように、単一のエアーブローノズル３１をハンダコテ１の軸線Ｐ回りに回転させながらエアーを吹き付けてコテ先を洗浄するので、コテ先の全周面に亘って確実に洗浄して付着物を除去することができ、ハンダ付け品質の向上を図ることができる。
【００５８】
なお、コテ先に吹き付ける洗浄材は、エアーに限らず、その他の気体あるいは微粒子等を用いてもよい。
【００５９】
（その他の実施の形態）
本発明の他の実施の形態として、上述の各実施の形態を適宜組み合わせてもよく、例えば、図３の実施の形態に、図５の実施の形態を組み合わせて供給ノズル２を揺動させてもよい。
【００６０】
また、ハンダヘッド１０の取付構造は、上述の図３の実施の形態に限らず、例えば図７に示されるように、ハンダヘッド１０に、保持プレート１３のガイドシャフト１９が摺接するガイドブッシュ７０を装備し、ハンダヘッド１０の収納凹部７１と保持プレート１３との間に、圧縮コイルバネ７２を配備し、ハンダコテ１の先端を、ハンダ付け対象物に押圧することにより、前記圧縮コイルバネ７２の付勢力に抗してハンダヘッド１０が、保持プレート１３の端面に当接するまでの範囲Ｗに亘ってガイドシャフト１９に沿って円滑に変位できるようにしてもよ
【００６１】
い。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ハンダ付けを行う箇所を予熱する予熱装置を備えているので、はんだ付けを行う箇所毎に局所的な予熱を行うことができる。
【００６２】
予熱装置は、ロボットアームの動きに応じて、ハンダコテと一体に移動するので、はんだ付けの直前に、はんだ付け箇所の予熱を行うことができ、熱効率が向上する。
【００６３】
予熱装置を、加熱した窒素ガスを、ハンダ付けを行う箇所に吹き付けるガラス管ヒータで構成しているので、エアーを使用する場合のようにハンダや基地金属が酸化されることがなく、ハンダ付け品質の向上を図ることができる。
【００６４】
また、予熱装置を、ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動する回動手段を備えているので、はんだ付け箇所に応じて最適な位置から予熱を行うことができる。
【００６５】
さらに、回動手段によって、ハンダ心線の供給位置を、ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動させることができるので、はんだ付け箇所に応じて最適な位置からハンダ心線を供給してハンダ付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るハンダ付けシステムの構成図である。
【図２】本発明の要部のハンダヘッド付近の部分断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態のハンダヘッド付近の部分断面図である。
【図４】動作説明に供する拡大図である。
【図５】本発明の他の実施の形態のハンダヘッド付近の部分断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態のハンダヘッド付近の部分断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のハンダヘッドの部分断面図である。
【図８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ ハンダコテ
２ 供給ノズル
３ ハンダ付けロボット
１０ ハンダヘッド
１１ ロボットアーム
１７ 回動機構
２２ ハンダ付け対象物
２４ ステッピングモータ
２５ 駆動プーリ
２７ 従動プーリ
２８ 回転体
３７ ガラス管ヒータ

Claims (1)

1. ハンダコテを保持するハンダヘッドがハンダ付けロボットのロボットアームに取り付けられ、前記ハンダコテにハンダ心線を供給するハンダ心線供給部を備える自動ハンダ付け装置において、
   前記ハンダコテによりハンダ付けを行う箇所を予熱する予熱装置を備え、
   該予熱装置は、加熱した窒素ガスを、ハンダ付けを行う箇所に吹き付けるガラス管ヒータであり、
   前記予熱装置と前記ハンダ心線供給部とを一緒に前記ハンダコテの軸線を中心とした周方向の任意の位置に回動させることのできる回動手段を備え、
   前記回動手段は、前記ロボットアームに支持された電動モータと、この電動モータによって回転駆動される駆動プーリと、この駆動プーリに従動して前記ハンダコテの軸線を中心とした周方向に回転する従動プーリと、この従動プーリと一体に回転するとともに前記ハンダ供給部および前記予熱装置を保持する保持部材が取り付けられた回転体とを備え、
   前記回転体の任意の回動位置の制御をシーケンスコントローラで行うようにした、ことを特徴とする自動ハンダ付け装置。

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