JP3566772B2 - リフローはんだ付け装置の温度設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンベアの搬送方向に沿った炉本体内の温度プロファイルをファジィ推論により所定の温度プロファイルに制御するリフローはんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータなどの発熱体により発生する熱風を利用してクリームはんだを溶かし、コンベアにて搬送される電気部品が実装された基板をはんだ付けするリフローはんだ付け装置が知られている。このリフローはんだ付け装置は、コンベアの搬送方向に沿って所定の温度プロファイルが形成されるように、ヒータなどの発熱体やファンの入力状態が所定の入力に設定されて、所定の炉本体内にプリヒートゾーンやリフローゾーンなどのゾーンを複数の構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リフローはんだ付け装置の始動時や材質および厚さ寸法の異なる基板をはんだ付けする場合には、あらかじめ基板に熱電対などを取り付け、この基板をコンベアにて搬送して炉本体内における基板の温度プロファイルを測定し、この温度プロファイルが基板を良好にはんだ付けできる所定の温度プロファイルとなるように、リフロー条件の１つであるヒータなどの発熱体の入力を設定する。
【０００４】
しかしながら、発熱体の入力の設定は、熟練作業者が経験や勘などに基づいて複数の発熱体の入力をそれぞれ適宜操作して設定するため、設定作業が煩雑となる一方、経験の浅い作業者が設定を行うと、所定の温度曲線が得られるまで時間を要し作業効率が低下する問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、所定の部品実装基板の温度プロファイルが短時間で容易に得られるリフローはんだ付け装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法は、炉本体、この炉本体に設けられはんだ付けされる部品実装基板を搬送するコンベア、このコンベアの下方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設されたファン、および、前記コンベアの上方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設された発熱体を備えたリフローはんだ付け装置の温度設定方法において、前記炉本体内における前記コンベアの搬送方向に沿った複数位置での前記部品実装基板の温度を測定し、前記炉本体内の前記複数位置における前記部品実装基板の各目標温度と各測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により前記発熱体の入力を設定する演算を行い、この設定に基づいて前記発熱体を発熱させるものである。前記ファジィ推論とは、炉本体内の各位置およびその上下流側における前記温度差から、経験則にて決定された規則に基づいて発熱体への入力を設定するための演算を行うものである。
【０００７】
【作用】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法は、炉本体内におけるコンベアの搬送方向に沿った複数位置での部品実装基板の目標温度と測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により発熱体の入力を設定する演算をし、この設定に基づいて発熱体を発熱させるため、部品実装基板の目標温度となるように発熱体の発熱状態の設定が容易となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明のリフローはんだ付け装置の一実施例を図面を参照して説明する。
【０００９】
図２において、１は炉本体で、この炉本体１は、長手方向の両端に基板搬入口２および基板搬出口３が開口するトンネル型に形成されている。そして、この炉本体１内には長手方向を区画する区画壁４，４が複数形成され、これら区画壁４，４により長手方向に沿ってプリヒートゾーンとしての第１ないし第３の加熱室５，５やリフローゾーンとしての第４および第５の加熱室５，５が区画形成されている。また、区画壁４，４には、基板搬入口２および基板搬出口３の延長上に位置する連通口６，６が開口形成されている。
【００１０】
さらに、この炉本体１内には、両端部が基板搬入口２および基板搬出口３から露出し、区画壁４，４の連通口６，６を貫通してコンベア８が炉本体１の長手方向に沿って配設されている。また、炉本体１の各加熱室５，５には、コンベア８の下方に位置してファンであるブロア９，９がそれぞれ配設されているとともに、コンベア８の上方には発熱体としてのヒータ１０，１０が複数配設されている。また、各加熱室５，５には、窒素ガスなどの不活性ガスを流入させる図示しない流入管が接続されている。なお、この流入管は、加熱室５内の温度が一番高いリフローゾーンである第４の加熱室５にのみ接続し、この加熱室５から上下流側の第３および第５の加熱室５，５に区画壁４，４の連通口６，６を介して不活性ガスを流入させるようにしてもできる。
【００１１】
また、炉本体１の基板搬出口３側である下流側には、コンベア８に搬送されリフローはんだ付けされた電気部品を搭載する部品実装基板１２を冷却する冷却手段１３が設けられている。
【００１２】
次に、ヒータ１０の発熱をファジィ推論により制御する構成について図１を参照して説明する。
【００１３】
ヒータ１０は、図示しない商用交流電源からの電力をヒータ１０に供給する出力制御手段１５に接続され、この出力制御手段１５には、供給する電力の制御を行う制御手段１６が接続されている。
【００１４】
そして、この制御手段１６には、図示しない中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）を主構成とするメイン制御部１７が設けられている。そして、このメイン制御部１７には、メイン制御部１７から発信される信号により作動する目標温度記憶手段１８、演算手段としてのファジィ演算部１９、ファジィ規則記憶手段２０およびメンバーシップ関数記憶手段２１が接続されている。なお、目標温度記憶手段１８には、図３に示すように、コンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向に沿った部品実装基板１２の目標温度プロファイル、すなわち、面実装された各種電気部品を良好にはんだ付けできる目標温度プロファイルを構成する炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の表面温度となる目標温度が連続的となるように多数記憶されている。
【００１５】
さらに、制御手段１６には入出力プロセッサ（Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２３が接続され、この入出力プロセッサ２３の出力側にはヒータ１０を接続する出力制御手段１５が接続されている。また、この入出力プロセッサ２３の入力側には、目標温度記憶手段１８に記憶された目標温度プロファイルに対応する炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の温度プロファイルを測定する温度検出手段としての熱電対などの温度センサ２４が接続されている。なお、温度検出手段としては、温度センサ２４に限られず、赤外線温度計により部品実装基板１２の表面温度を測定するようにしてもできる。
【００１６】
また、ファジィ演算部１９は、図３に示すように、目標温度記憶手段１８に記憶された炉本体１内の長手方向に沿った各位置での目標温度Ｔｎ 、および、温度センサ２４にて検出され入出力プロセッサ２３にて算出された各目標温度Ｔｎ に対応する位置での測定温度ｔｎ の各温度差ΔＴｎ と、目標温度Ｔｎ に対してコンベア８の搬送方向である炉本体１の長手方向の上流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ−１ およびこの目標温度Ｔｎ−１ に対応する位置での測定温度ｔｎ−１ との温度差ΔＴｎ−１ と、下流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ＋１ およびこの目標温度Ｔｎ＋１ に対応する位置での測定温度ｔｎ＋１ との温度差ΔＴｎ＋１ とに基づいて、ファジィ推論を実行して、出力制御手段１５によりヒータ１０への入力を制御するための出力制御手段１５を制御する設定修正値Ｐを算出する。
【００１７】
すなわち、ファジィ規則記憶手段２０およびメンバーシップ関数記憶手段２１に、人間の経験や勘に基づく知識として、それぞれ記憶されたファジィ規則や各メンバーシップ関数に基づいて出力制御手段１５の制御を設定する設定修正値Ｐを算出する。なお、この設定修正値Ｐは、メイン制御部１７および入出力プロセッサ２３にて出力制御手段１５を制御する所定の信号に変換され、この信号に基づいて出力制御手段１５がヒータ１０に所定の入力の電力を供給して、ヒータ１０が発熱されるようになっている。
【００１８】
そして、ファジィ規則記憶手段２０には、例えば表１に示すファジィ規則が記憶されている。
【００１９】
【表１】
これらファジィ規則は、炉本体１内の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ から得られるヒータへの入力を設定する設定修正値Ｐを示している。この表１において、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ は、かなり大きい、すなわち各目標温度Ｔｎ 、Ｔｎ−１ およびＴｎ＋１ より各測定温度ｔｎ 、ｔｎ−１ およびｔｎ＋１ がかなり高い（ＰＢ）、少し大きい、すなわち各目標温度Ｔｎ 、Ｔｎ−１ およびＴｎ＋１ より各測定温度ｔｎ 、ｔｎ−１ およびｔｎ＋１ が少し高い（ＰＳ）、ほぼ０、すなわち各目標温度Ｔｎ 、Ｔｎ−１ およびＴｎ＋１ と各測定温度ｔｎ 、ｔｎ−１ およびｔｎ＋１ とがほぼ等しい（ＺＲ）、少し小さい、すなわち各目標温度Ｔｎ 、Ｔｎ−１ およびＴｎ＋１ より各測定温度ｔｎ 、ｔｎ−１ およびｔｎ＋１ が少し低い（ＮＳ）、かなり小さい、すなわち各目標温度Ｔｎ 、Ｔｎ−１ およびＴｎ＋１ より各測定温度ｔｎ 、ｔｎ−１ およびｔｎ＋１ がかなり低い（ＮＢ）の５つのファジィ変数に分けられる。なお、この表１に示すファジィ規則表は、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ がＺＲである場合である。
【００２０】
また、ヒータへの入力の設定修正値Ｐは、出力制御手段１５による入力をかなり小さくさせる旨の（ＮＢ）、入力を少し小さくさせる旨の（ＮＳ）、入力がほぼ適当である旨の（ＺＲ）、入力を少し大きくさせる旨の（ＰＳ）、入力をかなり大きくさせる旨の（ＰＢ）の５つのファジィ変数にて制御される。
【００２１】
なお、炉本体１の長手方向の端部である基板搬入口２および基板搬出口３近傍の目標温度Ｔには、上流側または下流側の目標温度Ｔがないが、これら端部の位置での目標温度Ｔ間の目標温度Ｔでは、上下流側にそれぞれ目標温度Ｔがあるため、これら中間位置での目標温度Ｔにおける各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ により求められるヒータ１０への入力の設定修正値Ｐは、三次元マトリックスとなる。すなわち、三次元マトリックスは、例えば表１に示すある位置での温度差ΔＴｎ と上流側の温度差ΔＴｎ−１ との関係で必要なファジィ規則表が、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ の５つのファジィ変数ごとに必要となる。
【００２２】
このため、例えば炉本体１に加熱室５，５を５つ設け、各加熱室５，５ごとに目標温度Ｔを１つずつ設定した場合において、表１に示すファジィ規則の表は、さらに上流側に加熱室５，５のない基板搬入口２側の第１の加熱室５およびさらに下流側に加熱室５のない基板搬出口３側の第５の加熱室５では１つずつで表されるが、中間の第２ないし第４の加熱室５，５ではファジィ規則表は三次元マトリックスとなるため、２＋３×５＝１７のファジィ規則表が必要となる。
【００２３】
そして、例えば、中間の位置での加熱室５，５の温度差ΔＴｎ がかなり小さく（ＮＢ）で、この加熱室５，５の上流側の温度差ΔＴｎ−１ がほぼ０で（ＺＲ）、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ がほぼ０（ＺＲ）であれば、ヒータ１０への入力をかなり大きくさせる旨（ＰＢ）となる。
【００２４】
また、ファジィ規則は、例えばマムダニの法則を用いた場合にｉｆ〜ｔｈｅｎの式により表すと次の通りとなる。なお、ここでは、ΔＴｎ＋１ をＺＲに固定した例を示すが、その他、ΔＴｎ＋１ がＮＢ、ＮＳ、ＰＳ、ＰＢの４パターンがある。
【００２５】
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（１）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＢ） …（２）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＢ） …（３）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（４）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（５）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（６）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（７）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（８）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（９）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（１０）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＢ） …（１１）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＢ） …（１２）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（１３）
なお、
（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
の場合には、表１に示す空白のように、他のｉｆ〜ｔｈｅｎの式により得られるファジィ規則と重複するため、設定修正値Ｐを算出する必要がない。
【００２６】
そして、メンバーシップ関数記憶手段２１に記憶されたメンバーシップ関数は、例えば、表２および図４に示すように、炉本体１内の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ に対するメンバーシップ関数と、表３および図４に示すように、ヒータ１０への入力の設定修正値Ｐに対するメンバーシップ関数で、各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢからなる。
【００２７】
【表２】
【表３】
なお、表２に示すメンバーシップ関数における数値は、各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢと各目標温度および対応する各測定温度の温度差（℃）との適合度を示し、表３に示すメンバーシップ関数における数値は、各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢとヒータ１０の温度設定のための入力を制御する設定修正値（℃）との適合度を示している。
【００２８】
そして、ファジィ演算部１９は、目標温度記憶手段１８に記憶された炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の目標温度Ｔｎ 、および、温度センサ２４にて検出され入出力プロセッサ２３にて算出された各目標温度Ｔｎ に対応する位置での部品実装基板１２の測定温度ｔｎ の各温度差ΔＴｎ と、これら目標温度Ｔｎ に対してコンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向の上流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ−１ およびこの目標温度Ｔｎ−１ に対応する位置での測定温度ｔｎ−１ との温度差ΔＴｎ−１ と、下流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ＋１ およびこの目標温度Ｔｎ＋１ に対応する位置での測定温度ｔｎ＋１ との温度差ΔＴｎ＋１ とに基づいて、メンバーシップ関数記憶手段２１に記憶されている各メンバーシップ関数から、これら炉本体１の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ に応じたファジィ変数の適合度を求める。さらに、これら各ファジィ変数の適合度に基づいてファジィ規則記憶手段２０に記憶されているファジィ規則に従って、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に応じたヒータ１０の入力やヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐを求め、この設定修正値Ｐに基づいて、ヒータ１０に電力を供給する出力制御手段を制御している。
【００２９】
次に、上記構成のリフローはんだ付け装置における目標温度である最適ヒータ温度を設定する設定方法の動作について図６および図７に示すフローチャートを参照して説明する。この設定方法は、新規の部品実装基板１２に対して生産を始める前に実施して、ヒータ温度を決定するものである。
【００３０】
なお、リフローはんだ付け装置としては、図２に示すように、加熱室５，５を５つ設けた構造について説明する。また、このリフローはんだ付け装置において、部品実装基板１２に面実装された各種電気部品を良好にはんだ付けできる所定の温度プロファイルは、ヒータ１０の数、ブロア９の出力、炉本体１の断熱効率、はんだ付けする部品実装基板１２の構成などの実験値により算出される。そして、図６に示すように、コンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向に沿った各位置における所定の温度プロファイル、すなわち目標温度プロファイルを構成する目標温度を図示しないリフローはんだ付け装置に内蔵しているコンピュータシステムに入力する（ステップ１）。
【００３１】
また、図５に示すように、はんだ付けを行う部品実装基板１２の基板本体３１、ＩＣチップ３２、ＩＣチップピン３３などの各部に、温度記録手段３４に接続された温度検出手段としての熱電対２４，２４を複数取り付ける。なお、熱電対２４，２４を温度記録手段３４に接続する図示しない電線の長さは、炉本体１の長手方向の長さより長くする。
【００３２】
そして、この温度記録手段３４に接続された熱電対２４，２４を取り付けた部品実装基板１２をあらかじめヒータ１０を加熱して恒温状態にある炉本体１内に、コンベア８にて所定の速度、すなわち実際に製品となる部品実装基板１２のはんだ付けの際の搬送速度と同速度で搬入し、炉本体１内における搬送される部品実装基板１２の表面温度を適宜測定する。
【００３３】
次に、この熱電対２４にて測定された炉本体１内の各位置における部品実装基板１２の温度を温度記録手段３４に記録するとともに、部品実装基板１２の各部の測定温度の平均値をコンピュータシステムに入力して例えばメモリに格納する（ステップ２）。そして、これら各測定温度とあらかじめコンピュータシステムに入力し目標温度記憶手段１８に記憶した各目標温度とから、炉本体１内の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ を算出し、所定の範囲内であるか否かを判断する（ステップ３）。このステップ３で、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ が所定の範囲内である場合には演算を終了し、所定の範囲内でない場合には、次に進み、ファジィ推論を実行する（ステップ４）。
【００３４】
そして、ファジィ推論の実行に際しては、図７に示すように、あらかじめコンピュータシステムに入力しメンバーシップ関数記憶手段２１に記憶したメンバーシップ関数から、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に応じて各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢの適合度を求める（ステップ１１）。
【００３５】
さらに、あらかじめコンピュータシステムに入力した前記第（１）式〜第（１３）式に示すようなファジィ規則に基づいて、全ての結論値を求める。なお、これらファジィ規則の各式から算出された結論値は、例えば図４に示す斜線部分となる。
【００３６】
すなわち、測定温度プロファイルから得られた各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ から、表１に示すファジィ規則に該当するものを全てのファジィ規則に対し、表２に示すメンバーシップ関数にあてはめ、その中から最小値（ＭＩＮ）の適合度を演算し、表３に示すメンバーシップ関数に対応させる。
【００３７】
そして、コンピュータシステムにて、ヒータ１０への入力を制御する各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢのそれぞれに対する適合度の最大値（ＭＡＸ）を求める（ステップ１２）。すなわち、表３に示すメンバーシップ関数に該当する全ての適合度に対し足算による最大値により、ヒータ１０への入力の制御の各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢを頭切りし、これらファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢおよび頭切りラインにより形成される図４に示す斜線部分の面積Ｓを求める。さらに、この面積Ｓにおける重心Ｇを求め、この重心Ｇの位置のヒータ１０への入力の設定修正値Ｐを求め（ステップ１３）、次の操作の待機状態となる。
【００３８】
この後、算出されたヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐに基づいて出力制御手段１５を調整し、この出力制御手段１５の調整により設定された入力によりヒータ１０を発熱させ、炉本体１内を目標温度プロファイルに近付ける。すなわち、例えば、
更新ヒータ温度＝旧ヒータ温度＋装置の比例定数×重心（設定修正値Ｐ）
ここで、装置の比例定数は、実験により求める
と示すように、出力制御手段１５にて設定したヒータ１０の温度に本装置の比例定数と算出した設定修正値Ｐを掛け合わせた値を加えた値が出力制御手段１５にて新たに設定し直すヒータ１０の温度となる。
【００３９】
そして、上述のように、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ をパラメータとしてファジィ推論によりヒータ１０の温度設定を変更し、再び測定温度プロファイルの測定、ファジィ推論の実行という作業を２、３回繰り返すことにより、炉本体１内の温度プロファイルが目標温度プロファイルにほぼ近似した曲線となり、ヒータ１０の温度設定の変更回数が３回以内となる。
【００４０】
上記実施例によれば、炉本体１内の各位置での温度を測定し、あらかじめ得られた目標温度プロファイルを構成する目標温度との温度差ΔＴｎ を算出するとともに、各位置の上下流側に隣接する位置での測定温度と目標温度との温度差ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ を算出し、これら温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に基づいて、各メンバーシップ関数に従ってファジィ推論を実行し、ヒータ１０のへ入力の設定修正値Ｐを求め、この設定修正値Ｐに基づいて作業者がヒータ１０への入力を制御する出力制御手段を調整するのみで、経験や勘に基づく知識を有しない作業者でも容易に短時間で所定の温度プロファイルとなる炉本体１内の温度が得られる。
【００４１】
また、炉本体１内の温度を部品実装基板１２に熱電対２４を取り付けて測定するため、炉本体１に複数の温度検出手段を配設する必要がなく、安価で容易に製造できる。
【００４２】
なお、上記実施例において、ファジィ変数としてＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢの５つに分け、ファジィ推論を実行してヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐを求めて説明したが、ファジィ変数は５つに限らず、温度条件、炉本体１の構造などにより適宜複数設けてもよい。また、ファジィ推論としてマムダニの法則を用いて説明したが、この法則に限られるものでなく、いずれの制御方法を用いてもよい。そして、設定修正値Ｐとしては、温度に限らず、出力制御手段１５によるヒータ１０への電力供給率（％）とするなど、いずれのヒータ１０の制御方法でもできる。
【００４３】
また、ヒータ１０の制御方法としては、例えば各加熱室５，５への設定を、作業者がコンピュータシステムとして組み込まれているタッチパネル画面から加熱室５の温度を２００℃にするというように入力することもできる。すなわち、コンピュータシステムでは、この入力指令により温度調節器に指示している。そして温度調節器は、ヒータ１０の近くに取り付けられた温度センサ２４を監視しながらＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により一定温度に保つようにヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。
【００４４】
さらに、リフローはんだ付け装置に、炉本体１内の各位置での温度を測定する温度センサ２４などの温度検出手段を、炉本体１内の長手方向に沿ってコンベア８にて搬送される部品実装基板１２の近傍に位置して配設するとともに、ヒータ１０への入力を制御する出力制御手段１５および温度検出手段３５が接続され出力制御手段１５を制御するファジィ推論を実行する制御手段１６を備えた制御盤などを設け、あらかじめ目標温度プロファイルを入力しておくことにより、制御手段１６にて直接出力制御手段１５を制御してヒータ１０の入力を設定し自動的に温度設定を行うようにしてもできる。さらに、ヒータ１０のみならず、ブロア９の風量を例えば１５００回転／分やコンベアの搬送速度を例えば１ｍ／分などに自動設定するようにしてもできる。このような構成により、はんだ付けする部品実装基板１２が異なる場合でも、作業者の操作が不要となり、常にきめ細かな制御ができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法によれば、炉本体内におけるコンベアの搬送方向に沿った複数位置での部品実装基板の目標温度と測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により発熱体の入力を設定する演算を行い、この設定に基づいて発熱体を発熱させるため、熟練作業者の経験や勘に基づく作業を自動化でき、比較的短時間で容易に炉本体内を搬送される部品実装基板の温度を目標温度に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法の一実施例を示すブロック構成図である。
【図２】同上リフローはんだ付け装置を示す説明図である。
【図３】同上炉本体内における部品実装基板の温度プロファイルを示すグラフである。
【図４】同上炉本体内の各位置での目標温度と測定温度との温度差および上下流における温度差のメンバーシップ関数のファジィ変数から、ヒータへの入力の設定修正値を求める作用を示す説明図である。
【図５】同上炉本体内の温度を測定する手段の構成を示す説明図である。
【図６】同上ヒータへの入力の設定修正値を求める作用を示すフローチャートである。
【図７】同上ファジィ推論を実行する作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 炉本体
８ コンベア
９ ファンであるブロア
１０ 発熱体としてのヒータ
１２ 部品実装基板
１５ 出力制御手段
１６ 制御手段
１８ 目標温度記憶手段
１９ 演算手段
２４ 温度検出手段
【産業上の利用分野】
本発明は、コンベアの搬送方向に沿った炉本体内の温度プロファイルをファジィ推論により所定の温度プロファイルに制御するリフローはんだ付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータなどの発熱体により発生する熱風を利用してクリームはんだを溶かし、コンベアにて搬送される電気部品が実装された基板をはんだ付けするリフローはんだ付け装置が知られている。このリフローはんだ付け装置は、コンベアの搬送方向に沿って所定の温度プロファイルが形成されるように、ヒータなどの発熱体やファンの入力状態が所定の入力に設定されて、所定の炉本体内にプリヒートゾーンやリフローゾーンなどのゾーンを複数の構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リフローはんだ付け装置の始動時や材質および厚さ寸法の異なる基板をはんだ付けする場合には、あらかじめ基板に熱電対などを取り付け、この基板をコンベアにて搬送して炉本体内における基板の温度プロファイルを測定し、この温度プロファイルが基板を良好にはんだ付けできる所定の温度プロファイルとなるように、リフロー条件の１つであるヒータなどの発熱体の入力を設定する。
【０００４】
しかしながら、発熱体の入力の設定は、熟練作業者が経験や勘などに基づいて複数の発熱体の入力をそれぞれ適宜操作して設定するため、設定作業が煩雑となる一方、経験の浅い作業者が設定を行うと、所定の温度曲線が得られるまで時間を要し作業効率が低下する問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、所定の部品実装基板の温度プロファイルが短時間で容易に得られるリフローはんだ付け装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法は、炉本体、この炉本体に設けられはんだ付けされる部品実装基板を搬送するコンベア、このコンベアの下方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設されたファン、および、前記コンベアの上方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設された発熱体を備えたリフローはんだ付け装置の温度設定方法において、前記炉本体内における前記コンベアの搬送方向に沿った複数位置での前記部品実装基板の温度を測定し、前記炉本体内の前記複数位置における前記部品実装基板の各目標温度と各測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により前記発熱体の入力を設定する演算を行い、この設定に基づいて前記発熱体を発熱させるものである。前記ファジィ推論とは、炉本体内の各位置およびその上下流側における前記温度差から、経験則にて決定された規則に基づいて発熱体への入力を設定するための演算を行うものである。
【０００７】
【作用】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法は、炉本体内におけるコンベアの搬送方向に沿った複数位置での部品実装基板の目標温度と測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により発熱体の入力を設定する演算をし、この設定に基づいて発熱体を発熱させるため、部品実装基板の目標温度となるように発熱体の発熱状態の設定が容易となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明のリフローはんだ付け装置の一実施例を図面を参照して説明する。
【０００９】
図２において、１は炉本体で、この炉本体１は、長手方向の両端に基板搬入口２および基板搬出口３が開口するトンネル型に形成されている。そして、この炉本体１内には長手方向を区画する区画壁４，４が複数形成され、これら区画壁４，４により長手方向に沿ってプリヒートゾーンとしての第１ないし第３の加熱室５，５やリフローゾーンとしての第４および第５の加熱室５，５が区画形成されている。また、区画壁４，４には、基板搬入口２および基板搬出口３の延長上に位置する連通口６，６が開口形成されている。
【００１０】
さらに、この炉本体１内には、両端部が基板搬入口２および基板搬出口３から露出し、区画壁４，４の連通口６，６を貫通してコンベア８が炉本体１の長手方向に沿って配設されている。また、炉本体１の各加熱室５，５には、コンベア８の下方に位置してファンであるブロア９，９がそれぞれ配設されているとともに、コンベア８の上方には発熱体としてのヒータ１０，１０が複数配設されている。また、各加熱室５，５には、窒素ガスなどの不活性ガスを流入させる図示しない流入管が接続されている。なお、この流入管は、加熱室５内の温度が一番高いリフローゾーンである第４の加熱室５にのみ接続し、この加熱室５から上下流側の第３および第５の加熱室５，５に区画壁４，４の連通口６，６を介して不活性ガスを流入させるようにしてもできる。
【００１１】
また、炉本体１の基板搬出口３側である下流側には、コンベア８に搬送されリフローはんだ付けされた電気部品を搭載する部品実装基板１２を冷却する冷却手段１３が設けられている。
【００１２】
次に、ヒータ１０の発熱をファジィ推論により制御する構成について図１を参照して説明する。
【００１３】
ヒータ１０は、図示しない商用交流電源からの電力をヒータ１０に供給する出力制御手段１５に接続され、この出力制御手段１５には、供給する電力の制御を行う制御手段１６が接続されている。
【００１４】
そして、この制御手段１６には、図示しない中央演算処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）を主構成とするメイン制御部１７が設けられている。そして、このメイン制御部１７には、メイン制御部１７から発信される信号により作動する目標温度記憶手段１８、演算手段としてのファジィ演算部１９、ファジィ規則記憶手段２０およびメンバーシップ関数記憶手段２１が接続されている。なお、目標温度記憶手段１８には、図３に示すように、コンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向に沿った部品実装基板１２の目標温度プロファイル、すなわち、面実装された各種電気部品を良好にはんだ付けできる目標温度プロファイルを構成する炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の表面温度となる目標温度が連続的となるように多数記憶されている。
【００１５】
さらに、制御手段１６には入出力プロセッサ（Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２３が接続され、この入出力プロセッサ２３の出力側にはヒータ１０を接続する出力制御手段１５が接続されている。また、この入出力プロセッサ２３の入力側には、目標温度記憶手段１８に記憶された目標温度プロファイルに対応する炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の温度プロファイルを測定する温度検出手段としての熱電対などの温度センサ２４が接続されている。なお、温度検出手段としては、温度センサ２４に限られず、赤外線温度計により部品実装基板１２の表面温度を測定するようにしてもできる。
【００１６】
また、ファジィ演算部１９は、図３に示すように、目標温度記憶手段１８に記憶された炉本体１内の長手方向に沿った各位置での目標温度Ｔｎ 、および、温度センサ２４にて検出され入出力プロセッサ２３にて算出された各目標温度Ｔｎ に対応する位置での測定温度ｔｎ の各温度差ΔＴｎ と、目標温度Ｔｎ に対してコンベア８の搬送方向である炉本体１の長手方向の上流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ−１ およびこの目標温度Ｔｎ−１ に対応する位置での測定温度ｔｎ−１ との温度差ΔＴｎ−１ と、下流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ＋１ およびこの目標温度Ｔｎ＋１ に対応する位置での測定温度ｔｎ＋１ との温度差ΔＴｎ＋１ とに基づいて、ファジィ推論を実行して、出力制御手段１５によりヒータ１０への入力を制御するための出力制御手段１５を制御する設定修正値Ｐを算出する。
【００１７】
すなわち、ファジィ規則記憶手段２０およびメンバーシップ関数記憶手段２１に、人間の経験や勘に基づく知識として、それぞれ記憶されたファジィ規則や各メンバーシップ関数に基づいて出力制御手段１５の制御を設定する設定修正値Ｐを算出する。なお、この設定修正値Ｐは、メイン制御部１７および入出力プロセッサ２３にて出力制御手段１５を制御する所定の信号に変換され、この信号に基づいて出力制御手段１５がヒータ１０に所定の入力の電力を供給して、ヒータ１０が発熱されるようになっている。
【００１８】
そして、ファジィ規則記憶手段２０には、例えば表１に示すファジィ規則が記憶されている。
【００１９】
【表１】
【００２０】
また、ヒータへの入力の設定修正値Ｐは、出力制御手段１５による入力をかなり小さくさせる旨の（ＮＢ）、入力を少し小さくさせる旨の（ＮＳ）、入力がほぼ適当である旨の（ＺＲ）、入力を少し大きくさせる旨の（ＰＳ）、入力をかなり大きくさせる旨の（ＰＢ）の５つのファジィ変数にて制御される。
【００２１】
なお、炉本体１の長手方向の端部である基板搬入口２および基板搬出口３近傍の目標温度Ｔには、上流側または下流側の目標温度Ｔがないが、これら端部の位置での目標温度Ｔ間の目標温度Ｔでは、上下流側にそれぞれ目標温度Ｔがあるため、これら中間位置での目標温度Ｔにおける各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ により求められるヒータ１０への入力の設定修正値Ｐは、三次元マトリックスとなる。すなわち、三次元マトリックスは、例えば表１に示すある位置での温度差ΔＴｎ と上流側の温度差ΔＴｎ−１ との関係で必要なファジィ規則表が、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ の５つのファジィ変数ごとに必要となる。
【００２２】
このため、例えば炉本体１に加熱室５，５を５つ設け、各加熱室５，５ごとに目標温度Ｔを１つずつ設定した場合において、表１に示すファジィ規則の表は、さらに上流側に加熱室５，５のない基板搬入口２側の第１の加熱室５およびさらに下流側に加熱室５のない基板搬出口３側の第５の加熱室５では１つずつで表されるが、中間の第２ないし第４の加熱室５，５ではファジィ規則表は三次元マトリックスとなるため、２＋３×５＝１７のファジィ規則表が必要となる。
【００２３】
そして、例えば、中間の位置での加熱室５，５の温度差ΔＴｎ がかなり小さく（ＮＢ）で、この加熱室５，５の上流側の温度差ΔＴｎ−１ がほぼ０で（ＺＲ）、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ がほぼ０（ＺＲ）であれば、ヒータ１０への入力をかなり大きくさせる旨（ＰＢ）となる。
【００２４】
また、ファジィ規則は、例えばマムダニの法則を用いた場合にｉｆ〜ｔｈｅｎの式により表すと次の通りとなる。なお、ここでは、ΔＴｎ＋１ をＺＲに固定した例を示すが、その他、ΔＴｎ＋１ がＮＢ、ＮＳ、ＰＳ、ＰＢの４パターンがある。
【００２５】
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（１）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＢ） …（２）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＢ） …（３）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（４）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（５）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（６）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（７）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（８）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＰＳ） …（９）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＳ） …（１０）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＢ） …（１１）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＺＲ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＮＢ） …（１２）
ｉｆ（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）ｔｈｅｎ（ＰｉｓＺＲ） …（１３）
なお、
（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＮＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
（ΔＴｎ ｉｓＰＢ）ａｎｄ （ΔＴｎ−１ ｉｓＰＳ）ａｎｄ （ΔＴｎ＋１ ｉｓＺＲ）
の場合には、表１に示す空白のように、他のｉｆ〜ｔｈｅｎの式により得られるファジィ規則と重複するため、設定修正値Ｐを算出する必要がない。
【００２６】
そして、メンバーシップ関数記憶手段２１に記憶されたメンバーシップ関数は、例えば、表２および図４に示すように、炉本体１内の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ に対するメンバーシップ関数と、表３および図４に示すように、ヒータ１０への入力の設定修正値Ｐに対するメンバーシップ関数で、各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢからなる。
【００２７】
【表２】
【００２８】
そして、ファジィ演算部１９は、目標温度記憶手段１８に記憶された炉本体１内の長手方向に沿った各位置での部品実装基板１２の目標温度Ｔｎ 、および、温度センサ２４にて検出され入出力プロセッサ２３にて算出された各目標温度Ｔｎ に対応する位置での部品実装基板１２の測定温度ｔｎ の各温度差ΔＴｎ と、これら目標温度Ｔｎ に対してコンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向の上流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ−１ およびこの目標温度Ｔｎ−１ に対応する位置での測定温度ｔｎ−１ との温度差ΔＴｎ−１ と、下流側の隣の位置における目標温度Ｔｎ＋１ およびこの目標温度Ｔｎ＋１ に対応する位置での測定温度ｔｎ＋１ との温度差ΔＴｎ＋１ とに基づいて、メンバーシップ関数記憶手段２１に記憶されている各メンバーシップ関数から、これら炉本体１の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ に応じたファジィ変数の適合度を求める。さらに、これら各ファジィ変数の適合度に基づいてファジィ規則記憶手段２０に記憶されているファジィ規則に従って、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に応じたヒータ１０の入力やヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐを求め、この設定修正値Ｐに基づいて、ヒータ１０に電力を供給する出力制御手段を制御している。
【００２９】
次に、上記構成のリフローはんだ付け装置における目標温度である最適ヒータ温度を設定する設定方法の動作について図６および図７に示すフローチャートを参照して説明する。この設定方法は、新規の部品実装基板１２に対して生産を始める前に実施して、ヒータ温度を決定するものである。
【００３０】
なお、リフローはんだ付け装置としては、図２に示すように、加熱室５，５を５つ設けた構造について説明する。また、このリフローはんだ付け装置において、部品実装基板１２に面実装された各種電気部品を良好にはんだ付けできる所定の温度プロファイルは、ヒータ１０の数、ブロア９の出力、炉本体１の断熱効率、はんだ付けする部品実装基板１２の構成などの実験値により算出される。そして、図６に示すように、コンベア８の搬送方向である炉本体１内の長手方向に沿った各位置における所定の温度プロファイル、すなわち目標温度プロファイルを構成する目標温度を図示しないリフローはんだ付け装置に内蔵しているコンピュータシステムに入力する（ステップ１）。
【００３１】
また、図５に示すように、はんだ付けを行う部品実装基板１２の基板本体３１、ＩＣチップ３２、ＩＣチップピン３３などの各部に、温度記録手段３４に接続された温度検出手段としての熱電対２４，２４を複数取り付ける。なお、熱電対２４，２４を温度記録手段３４に接続する図示しない電線の長さは、炉本体１の長手方向の長さより長くする。
【００３２】
そして、この温度記録手段３４に接続された熱電対２４，２４を取り付けた部品実装基板１２をあらかじめヒータ１０を加熱して恒温状態にある炉本体１内に、コンベア８にて所定の速度、すなわち実際に製品となる部品実装基板１２のはんだ付けの際の搬送速度と同速度で搬入し、炉本体１内における搬送される部品実装基板１２の表面温度を適宜測定する。
【００３３】
次に、この熱電対２４にて測定された炉本体１内の各位置における部品実装基板１２の温度を温度記録手段３４に記録するとともに、部品実装基板１２の各部の測定温度の平均値をコンピュータシステムに入力して例えばメモリに格納する（ステップ２）。そして、これら各測定温度とあらかじめコンピュータシステムに入力し目標温度記憶手段１８に記憶した各目標温度とから、炉本体１内の各位置での温度差ΔＴｎ 、これら各位置の上流側の温度差ΔＴｎ−１ 、および、下流側の温度差ΔＴｎ＋１ を算出し、所定の範囲内であるか否かを判断する（ステップ３）。このステップ３で、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ が所定の範囲内である場合には演算を終了し、所定の範囲内でない場合には、次に進み、ファジィ推論を実行する（ステップ４）。
【００３４】
そして、ファジィ推論の実行に際しては、図７に示すように、あらかじめコンピュータシステムに入力しメンバーシップ関数記憶手段２１に記憶したメンバーシップ関数から、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に応じて各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢの適合度を求める（ステップ１１）。
【００３５】
さらに、あらかじめコンピュータシステムに入力した前記第（１）式〜第（１３）式に示すようなファジィ規則に基づいて、全ての結論値を求める。なお、これらファジィ規則の各式から算出された結論値は、例えば図４に示す斜線部分となる。
【００３６】
すなわち、測定温度プロファイルから得られた各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ から、表１に示すファジィ規則に該当するものを全てのファジィ規則に対し、表２に示すメンバーシップ関数にあてはめ、その中から最小値（ＭＩＮ）の適合度を演算し、表３に示すメンバーシップ関数に対応させる。
【００３７】
そして、コンピュータシステムにて、ヒータ１０への入力を制御する各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢのそれぞれに対する適合度の最大値（ＭＡＸ）を求める（ステップ１２）。すなわち、表３に示すメンバーシップ関数に該当する全ての適合度に対し足算による最大値により、ヒータ１０への入力の制御の各ファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢを頭切りし、これらファジィ変数ＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢおよび頭切りラインにより形成される図４に示す斜線部分の面積Ｓを求める。さらに、この面積Ｓにおける重心Ｇを求め、この重心Ｇの位置のヒータ１０への入力の設定修正値Ｐを求め（ステップ１３）、次の操作の待機状態となる。
【００３８】
この後、算出されたヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐに基づいて出力制御手段１５を調整し、この出力制御手段１５の調整により設定された入力によりヒータ１０を発熱させ、炉本体１内を目標温度プロファイルに近付ける。すなわち、例えば、
更新ヒータ温度＝旧ヒータ温度＋装置の比例定数×重心（設定修正値Ｐ）
ここで、装置の比例定数は、実験により求める
と示すように、出力制御手段１５にて設定したヒータ１０の温度に本装置の比例定数と算出した設定修正値Ｐを掛け合わせた値を加えた値が出力制御手段１５にて新たに設定し直すヒータ１０の温度となる。
【００３９】
そして、上述のように、各温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ をパラメータとしてファジィ推論によりヒータ１０の温度設定を変更し、再び測定温度プロファイルの測定、ファジィ推論の実行という作業を２、３回繰り返すことにより、炉本体１内の温度プロファイルが目標温度プロファイルにほぼ近似した曲線となり、ヒータ１０の温度設定の変更回数が３回以内となる。
【００４０】
上記実施例によれば、炉本体１内の各位置での温度を測定し、あらかじめ得られた目標温度プロファイルを構成する目標温度との温度差ΔＴｎ を算出するとともに、各位置の上下流側に隣接する位置での測定温度と目標温度との温度差ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ を算出し、これら温度差ΔＴｎ 、ΔＴｎ−１ およびΔＴｎ＋１ に基づいて、各メンバーシップ関数に従ってファジィ推論を実行し、ヒータ１０のへ入力の設定修正値Ｐを求め、この設定修正値Ｐに基づいて作業者がヒータ１０への入力を制御する出力制御手段を調整するのみで、経験や勘に基づく知識を有しない作業者でも容易に短時間で所定の温度プロファイルとなる炉本体１内の温度が得られる。
【００４１】
また、炉本体１内の温度を部品実装基板１２に熱電対２４を取り付けて測定するため、炉本体１に複数の温度検出手段を配設する必要がなく、安価で容易に製造できる。
【００４２】
なお、上記実施例において、ファジィ変数としてＮＢ、ＮＳ、ＺＲ、ＰＳ、ＰＢの５つに分け、ファジィ推論を実行してヒータ１０への入力を制御する設定修正値Ｐを求めて説明したが、ファジィ変数は５つに限らず、温度条件、炉本体１の構造などにより適宜複数設けてもよい。また、ファジィ推論としてマムダニの法則を用いて説明したが、この法則に限られるものでなく、いずれの制御方法を用いてもよい。そして、設定修正値Ｐとしては、温度に限らず、出力制御手段１５によるヒータ１０への電力供給率（％）とするなど、いずれのヒータ１０の制御方法でもできる。
【００４３】
また、ヒータ１０の制御方法としては、例えば各加熱室５，５への設定を、作業者がコンピュータシステムとして組み込まれているタッチパネル画面から加熱室５の温度を２００℃にするというように入力することもできる。すなわち、コンピュータシステムでは、この入力指令により温度調節器に指示している。そして温度調節器は、ヒータ１０の近くに取り付けられた温度センサ２４を監視しながらＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により一定温度に保つようにヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行っている。
【００４４】
さらに、リフローはんだ付け装置に、炉本体１内の各位置での温度を測定する温度センサ２４などの温度検出手段を、炉本体１内の長手方向に沿ってコンベア８にて搬送される部品実装基板１２の近傍に位置して配設するとともに、ヒータ１０への入力を制御する出力制御手段１５および温度検出手段３５が接続され出力制御手段１５を制御するファジィ推論を実行する制御手段１６を備えた制御盤などを設け、あらかじめ目標温度プロファイルを入力しておくことにより、制御手段１６にて直接出力制御手段１５を制御してヒータ１０の入力を設定し自動的に温度設定を行うようにしてもできる。さらに、ヒータ１０のみならず、ブロア９の風量を例えば１５００回転／分やコンベアの搬送速度を例えば１ｍ／分などに自動設定するようにしてもできる。このような構成により、はんだ付けする部品実装基板１２が異なる場合でも、作業者の操作が不要となり、常にきめ細かな制御ができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法によれば、炉本体内におけるコンベアの搬送方向に沿った複数位置での部品実装基板の目標温度と測定温度との各温度差を演算し、前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により発熱体の入力を設定する演算を行い、この設定に基づいて発熱体を発熱させるため、熟練作業者の経験や勘に基づく作業を自動化でき、比較的短時間で容易に炉本体内を搬送される部品実装基板の温度を目標温度に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリフローはんだ付け装置の温度設定方法の一実施例を示すブロック構成図である。
【図２】同上リフローはんだ付け装置を示す説明図である。
【図３】同上炉本体内における部品実装基板の温度プロファイルを示すグラフである。
【図４】同上炉本体内の各位置での目標温度と測定温度との温度差および上下流における温度差のメンバーシップ関数のファジィ変数から、ヒータへの入力の設定修正値を求める作用を示す説明図である。
【図５】同上炉本体内の温度を測定する手段の構成を示す説明図である。
【図６】同上ヒータへの入力の設定修正値を求める作用を示すフローチャートである。
【図７】同上ファジィ推論を実行する作用を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 炉本体
８ コンベア
９ ファンであるブロア
１０ 発熱体としてのヒータ
１２ 部品実装基板
１５ 出力制御手段
１６ 制御手段
１８ 目標温度記憶手段
１９ 演算手段
２４ 温度検出手段
Claims (1)
- 炉本体、この炉本体に設けられはんだ付けされる部品実装基板を搬送するコンベア、このコンベアの下方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設されたファン、および、前記コンベアの上方にこのコンベアの搬送方向に沿って複数配設された発熱体を備えたリフローはんだ付け装置の温度設定方法において、
前記炉本体内における前記コンベアの搬送方向に沿った複数位置での前記部品実装基板の温度を測定し、
前記炉本体内の前記複数位置における前記部品実装基板の各目標温度と各測定温度との各温度差を演算し、
前記複数位置における各々の位置での前記温度差とその位置に対し前記コンベアの搬送方向の上流側および下流側に隣接する各位置での前記各温度差とからファジィ推論により前記発熱体の入力を設定する演算を行い、
この設定に基づいて前記発熱体を発熱させる
ことを特徴とするリフローはんだ付け装置の温度設定方法。
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| JP02986995A JP3566772B2 (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | リフローはんだ付け装置の温度設定方法 |
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|---|---|
| JPH08222847A JPH08222847A (ja) | 1996-08-30 |
| JP3566772B2 true JP3566772B2 (ja) | 2004-09-15 |
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|---|---|---|---|---|
| JP5236334B2 (ja) * | 2008-04-03 | 2013-07-17 | 富士機械製造株式会社 | スクリーン印刷方法及び基板温度調節機能付きスクリーン印刷装置 |
-
1995
- 1995-02-17 JP JP02986995A patent/JP3566772B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH08222847A (ja) | 1996-08-30 |
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