JP5981621B1 - ハンダ付け装置及びハンダ付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上における各部品の実装状況に応じて監視カメラ及び光源の位置を変更する必要がほとんどなく、作業性を改善することが可能なハンダ付け装置及びハンダ付け方法を提供する。【解決手段】部品がハンダ付けされる基板のハンダ付け箇所にその先端が配されるハンダごて７と、ハンダごて７の先端に糸ハンダを供給する糸ハンダ供給ユニットと、ハンダごて７の先端をハンダ付け箇所に配して部品をハンダ付けしつつ、ハンダ付けを外観検査するロボット本体と、ステイ５ｓによりハンダごて７にそれぞれ固定され、かつ、ハンダ付けを、ハンダごて７を中心とする２個の異なる方位からそれぞれ同時に撮影してロボット本体の外観検査に供する２組の監視カメラ５，５’及び光源６とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、基板のハンダ付け箇所にハンダごてを配して部品をハンダ付けしつつ、このハンダ付けを監視カメラで撮影し外観検査を行うハンダ付け装置及びハンダ付け方法に係るものである。

オートメーション化されたハンダ付け装置では、ハンダ付けとその外観検査とが工程的に分離されており、一つの基板におけるハンダ付け箇所全てのハンダ付けを終えた後に外観検査へと移り、ハンダ付けの各々について良否判定を行っていた。

しかしこのようなハンダ付け装置では、例えば何か不具合が発生してハンダ付け不良ばかり繰り返すようになっても、不具合を抱えたまま、一つの基板におけるハンダ付け箇所全てにハンダ付け不良を無駄に行った後でないと外観検査に移ることができない。したがってハンダ付け不良の発生に、ひいては不具合の発生に速やかに気付いて対処することができず、作業性の点でもコストの点でも問題があった。

そこで次に示す従来のハンダ付け装置ではハンダ付けをリアルタイム監視し、この問題を解決している。

図５は従来のハンダ付け装置の構成を示す断面図である。この従来のハンダ付け装置は特許文献１に開示されている。
図５において、１０１は従来のハンダ付け装置、１０２は基台、１０３は基板を載置するための載置部、１０３ｐは柱体、１０４は遮光ボックス、１０５は監視カメラ、１０６は赤外線を発する光源、１０７はハンダごて、１０８は糸ハンダ、１０９はハンダ供給部、１１０は制御部である。

次に動作について説明する。
ハンダ付け装置１０１では、まず基台１０２上の載置部１０３に基板Ｂが載置されると、遮光ボックス１０４により基板Ｂが載置部１０３ごと覆われて暗中状態とされる。続いて遮光ボックス１０４の中において、監視カメラ１０５に設けられた光源１０６から基板Ｂのハンダ付け箇所へ赤外線を照射する。

以上の準備が整ったら制御部１１０は、ハンダ付け箇所に対しハンダ供給部１０９から糸ハンダ１０８の供給を開始し、ハンダごて１０７によりハンダ付け箇所に部品Ｐをハンダ付けする。これと並行して制御部１１０は、監視カメラ１０５によりハンダ付けをリアルタイム監視し、得られた画像を元にハンダ付けの外観検査を行う。

この外観検査に基づく良否判定の結果が「良」であれば、制御部１１０はそのハンダ付け箇所への糸ハンダの供給を終了してハンダ付けを完了する。そして次のハンダ付け箇所があればそこへ移行し、次のハンダ付けを行う。一方、良否判定の結果が「否」であれば、制御部１１０は所定の条件の下、これをハンダ付け不良として検出する。

このようにハンダ付け装置１０１では、基板Ｂのハンダ付け箇所ごとにハンダ付けをリアルタイム監視して外観検査し、これに基づきハンダ付けの良否判定を行うようにしているので、不具合が発生してハンダ付け不良となった時点で速やかにこれに気付いて対処することが可能であり、作業性を改善でき、コスト低減を実現できる。

特許第３９６２７８２号

従来のハンダ付け装置は以上のように構成されているので、基板上における各部品の実装状況に応じて、ハンダ付け箇所が各部品に遮られないように監視カメラ及び光源の位置を適宜変更しなければならず、作業性が悪いという課題があった。

すなわち製造の現場では、パッケージング上の要請から基板の一方の面のみならず他方の面も有効に活用し、出来るだけ無駄なく各部品を基板に実装することが要求される。このため基板の一方の面に既に実装された各部品が存在し、その周辺にこれからハンダ付けする部品のリードが突出している、といった事態がしばしば起こり得る。

このような場合、従来のハンダ付け装置では、これから着手するハンダ付け箇所が実装済み部品に遮られて監視の死角とならぬように監視カメラ及び光源の位置を適宜変更する必要がある。これは作業として煩わしく、効率が良いとは言えない。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、基板上における各部品の実装状況に応じて監視カメラ及び光源の位置を変更する必要がほとんどなく、作業性を改善することが可能なハンダ付け装置及びハンダ付け方法を提供することを目的とする。

この発明に係るハンダ付け装置は、部品がハンダ付けされる基板のハンダ付け箇所にその先端が配されるハンダごてであって、該ハンダごての中心軸周りに回転可能である、ハンダごてと、このハンダごての先端にハンダを供給するハンダ供給手段と、ハンダごての先端をハンダ付け箇所に配して部品をハンダ付けしつつ、ハンダ付けを外観検査する制御手段と、Ｎを２以上の自然数としたときに、各々が、ハンダごての中心軸周りにＮ回回転対称となるように、ハンダごてに斜めにそれぞれ固定され、かつ、ハンダごての先端にそれぞれ同時に光を照射するＮ個の光源手段と、各々が、光源手段の各々と対に、ハンダごての中心軸周りにＮ回回転対称となるように、ハンダごてに上記光源手段と異なる角度で斜めにそれぞれ固定され、かつ、ハンダごての先端をそれぞれ同時に撮影して制御手段の外観検査に供するＮ個の撮影手段とを備え、ハンダごての中心軸周りの回転に伴ってＮ個の光源手段及びＮ個の撮影手段の位置が変更されるようにしたものである。

この発明によれば、基板上における各部品の実装状況に応じて撮影手段及び光源手段の位置を変更する必要がほとんどなく、作業性を改善できるという効果が得られる。

この発明の実施の形態１によるハンダ付け装置の構成を示す正面図である。 図１のハンダ付け装置におけるハンダごてユニット周辺を示す図である。 基板上における各部品の実装状況の一例を示す鳥瞰図である。 この発明の実施の形態１によるハンダ付け装置の効果をイメージ的に説明するための図である。 従来のハンダ付け装置の構成を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお各図面において、同一の又は相当する構成要素については同一の又は相当する符号を付してある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるハンダ付け装置の構成を示す正面図である。また図２は図１のハンダ付け装置におけるハンダごてユニット周辺を示す図であり、図２（ａ），図２（ｂ）はそれぞれ正面図、上面図である。

図１，図２において、１はこの実施の形態１によるハンダ付け装置、３は基板を載置するための載置部、５，５’はそれぞれ監視カメラ（撮影手段）、５ａ，５’ａはそれぞれ監視カメラ５，５’の光軸（その光学系の中心を通る対称軸。）、５ｓは監視カメラ５，５’用のステイ（固定手段）、６，６’はそれぞれ白色光を発する光源（光源手段）、６ａ，６’ａはそれぞれ光源６，６’の光軸、７はハンダごて、７ａはハンダごて７の中心軸である。図２に示す通り、ハンダごて７は中心軸７ａ周りに３６０°回転可能となっている。

また図１，図２において、９はハンダごてユニットケーブル、１０はロボット本体（制御手段）、１１はＸ方向並進運動部、１２はＺ方向並進運動部、１３はハンダごて７先端の温度を調整するヒーターユニット（制御手段）、１４はハンダごて７の先端に糸ハンダを供給する糸ハンダ供給ユニット（ハンダ供給手段）である。図２のハンダごてユニットは、監視カメラ５，５’，ステイ５ｓ，光源６，６’，ハンダごて７及びハンダごてユニットケーブル９から構成されている。なお光源６，６’用のステイなどの一部の構成については図示を省略した。

この実施の形態１を特徴付けているのは、ステイ５ｓによりハンダごて７に固定された２つの監視カメラ５，５’である。

図２（ａ）の正面図に示す通り、監視カメラ５，５’は、その光軸５ａ，５’ａがそれぞれ、水平線Ｈと６０°の角度をなしており、ハンダごて７の中心軸７ａと３０°の角度をなしている。そして監視カメラ５，５’は、ハンダごて７に遮られぬように、中心軸７ａに対し光軸５ａ，５’ａが斜めに固定されており、ハンダごて７の先端を同時に撮影できるようになっている。

また図２（ｂ）の上面図に示したように、２つの監視カメラ５，５’は、一方をハンダごて７の中心軸７ａ周りに（３６０°÷２）＝１８０°の角度だけ回転させると他方と重なるように、いわゆる２回回転対称に固定されている。

さらに図２（ａ）に示した通り、光源６，６’は、その光軸６ａ，６ａ’がそれぞれ水平線Ｈと角度３５°をなしている。そして光源６，６’は、ハンダごて７の先端へ白色光を照射するように不図示のステイによりハンダごて７にそれぞれ固定されている。

次に動作について説明する。
ハンダ付け装置１では、まずロボット本体１０上の載置部３に基板が載置されると、ロボット本体１０がハンダごてユニットをＸ方向並進運動部１１及びＺ方向並進運動部１２によりｘ軸方向及びｚ軸方向へそれぞれ適切な距離だけ並進運動させて基板へ接近させる。続いてハンダごてユニットに設けられた光源６，６’から基板のハンダ付け箇所へ白色光を照射する。

以上の準備が整ったらロボット本体１０は、ハンダごて７の先端にあるハンダ付け箇所に対し糸ハンダ供給ユニット１４から糸ハンダの供給を開始し、ハンダごて７によりハンダ付け箇所に部品をハンダ付けする。これと並行してロボット本体１０は、監視カメラ５，５’によりハンダ付けをリアルタイム監視し、得られた画像を元にハンダ付けの外観検査を行う。

この外観検査に基づく良否判定の結果が「良」であれば、ロボット本体１０はそのハンダ付け箇所への糸ハンダの供給を終了してハンダ付けを完了する。そして次のハンダ付け箇所があればそこへ移行し、次のハンダ付けを行う。一方、良否判定の結果が「否」であれば、ロボット本体１０はハンダ付けをもう一度試み、それでも良否判定の結果が「否」と出た場合にこれをハンダ付け不良として検出する。

このようにハンダ付け装置１では、基板のハンダ付け箇所ごとにハンダ付けをリアルタイム監視して外観検査し、これに基づきハンダ付けの良否判定を行うようにしているので、不具合が発生してハンダ付け不良となった時点で速やかにこれに気付いて対処することが可能であり、作業性を改善でき、コスト低減を実現できる。

そしてもう一点、従来のハンダ付け装置１０１と比較してハンダ付け装置１が有利な点について説明する。

図３は基板上における各部品の実装状況の一例を示す鳥瞰図であり、基板のスルーホールなど一部の図示を省略している。
図３において、Ｂは基板、Ｐ１〜Ｐ６，Ｐｍはハンダ付けにより基板Ｂの一方の面にそれぞれ実装された部品である。

前述したように製造の現場では、パッケージング上の要請から基板の一方の面のみならず他方の面も有効に活用し、出来るだけ無駄なく各部品を基板に実装することが要求される。このため図３（ａ）に示すように例えば、基板Ｂの一方の面に部品Ｐ１〜Ｐ６，Ｐｍがそれぞれ実装されている場合において、部品Ｐｍの周辺に、他方の面にこれからハンダ付けされる部品のリードＬｎが突出するような事態がしばしば生じる（図３（ｂ）参照。）。

ここでいま、図３（ａ）前方のブロック矢印Ｖ１の方位から鳥瞰図的視点により部品Ｐｍの周辺を眺めてみると、図３（ｂ）の拡大図に示すように、一方の面側に突出しているリードＬｎが視認される。しかしながらもし図３（ａ）左方のブロック矢印Ｖ２の方位から鳥瞰図的視点により部品Ｐｍの周辺を眺めた場合は、図３（ｃ）に示した通り、ハンダ付け箇所のリードＬｎは部品Ｐｍに遮られてしまい、視認することができない。

このため図５に示した従来のハンダ付け装置１０１において、もし監視カメラ１０５がブロック矢印Ｖ２の方位に位置している場合には、リードＬｎは実装済みの部品Ｐｍに遮られそのハンダ付けを外観検査することができない。したがって図３の基板Ｂに対し監視カメラ１０５の位置をブロック矢印Ｖ２の方位から例えばブロック矢印Ｖ１の方位へと適宜変更しなければならず、これが作業効率の低下に繋がってしまう。

これに対し、この実施の形態１によるハンダ付け装置１は、次に説明するように、この煩わしい作業を行う必要がほとんどない。

図４はこの発明の実施の形態１によるハンダ付け装置の効果をイメージ的に説明するための図である。
この図４の場合でも、図３（ｃ）の場合と同様に、既にハンダ付けされた部品Ｐｍの周辺に、これからハンダ付けされる部品ＰｎのリードＬｎが突出しており、一方の監視カメラ５や光源６の方位から見ると部品Ｐｍの一部領域Ｒ１，Ｒ２により遮られている。

しかしながらハンダ付け装置１では、一方の監視カメラ５及び光源６と２回回転対称の位置に他方の監視カメラ５’及び光源６’を設けているので、一方の監視カメラ５及び光源６による撮影が部品Ｐｎに遮られても、他方の監視カメラ５’及び光源６’によりハンダ付けの外観検査を行うことが可能となっている。

したがって、ハンダ付け装置１では、基板Ｂ上における各部品Ｐの実装状況に応じて監視カメラの位置を変更する必要がほとんどなく、従来のハンダ付け装置１０１と比較して、作業性を改善することが可能である。

このハンダ付け装置１において唯一、監視カメラ５，５’及び光源６，６’の位置を変更する必要が生じるのは、一方の監視カメラ５及び光源６による撮影が第１の部品に遮られ、同時に他方の監視カメラ５’及び光源６’による撮影が第２の部品に遮られる場合だけである。こういった事態が絶対に起こらないとは言えないので、その場合に初めて図２に示したように、ハンダごての中心軸７ａ周りにハンダごて７を適切に回転させ監視カメラ５，５’及び光源６，６’の位置を変更する。

また例えばこのような事態に対応するために、監視カメラ及び光源の数を増やして３組以上とし、３組以上の撮影手段及び光源手段によりハンダごて７の先端を同時に撮影するようにしても良い。このことにより、監視カメラ及び光源の全てによる撮影が遮られてしまう事態をより起こりにくくすることができる。

特にＮを２以上の自然数としたときに、Ｎ組（Ｎ個）の監視カメラ及び光源の各々がハンダごて７の中心軸７ａ周りにＮ回回転対称となるようにハンダごて７に固定し、かつ、Ｎ組の監視カメラ及び光源の各々がハンダごて７の先端を撮影するようにハンダごて７に固定することで、ハンダごて７の中心軸７ａ周りに各監視カメラ及び光源を最もバランス良く配することができ、監視カメラ及び光源の全てによる撮影が実装済み部品によって遮られてしまう事態を最も起こりにくくすることができる。

なお図２では、光軸５ａ，５’ａと水平線Ｈとのなす角度が６０°，光軸５ａ，５’ａと中心軸７ａとのなす角度が３０°，光軸６ａ，６ａ’と水平線Ｈとのなす角度が３５°としたが、これらの角度は適当に設計変更することが可能であり、限定されるものではない。

以上のようにこの実施の形態１によれば、部品Ｐがハンダ付けされる基板Ｂのハンダ付け箇所にその先端が配されるハンダごて７と、このハンダごて７の先端に糸ハンダを供給する糸ハンダ供給ユニット１４と、ハンダごて７の先端をハンダ付け箇所に配して部品Ｐをハンダ付けしつつ、ハンダ付けを外観検査するロボット本体１０と、ステイ５ｓによりハンダごて７にそれぞれ固定され、かつ、ハンダ付けを、ハンダごて７を中心とする２個の異なる方位からそれぞれ同時に撮影してロボット本体１０の外観検査に供する２組の監視カメラ５，５’及び光源６，６’とを備えるようにしたので、基板Ｂ上における各部品Ｐの実装状況に応じて監視カメラ５，５’及び光源６，６’の位置を変更する必要がほとんどなく、作業性を改善できる。

またこの実施の形態１によれば、２組の監視カメラ５，５’及び光源６，６’は、各々の光軸５ａ，５’ａ及び光軸６ａ，６ａ’がハンダごて７の中心軸７ａ周りに２回回転対称となるように、かつ、各々がハンダごて７の先端を撮影するように、ハンダごて７にそれぞれ固定されるようにしたので、ハンダごて７の中心軸７ａ周りに２組の監視カメラ５，５’及び光源６，６’を最もバランス良く配することができ、実装済みの部品Ｐ１〜Ｐ６，Ｐｍによって監視カメラ５，５’及び光源６，６’の撮影が遮られてしまう事態を最も起こりにくくすることができる。

１ ハンダ付け装置、３ 載置部、５，５’ 監視カメラ（撮影手段）、５ａ，５’ａ 光軸、５ｓ ステイ（固定手段）、６，６’ 光源（光源手段）、６ａ，６’ａ 光軸、７ ハンダごて、７ａ 中心軸、９ ハンダごてユニットケーブル、１０ ロボット本体（制御手段）、１１ Ｘ方向並進運動部、１２ Ｚ方向並進運動部、１３ ヒーターユニット（制御手段）、１４ 糸ハンダ供給ユニット（ハンダ供給手段）、Ｂ 基板、Ｌｎ リード、Ｐ１〜Ｐ６，Ｐｍ，Ｐｎ 部品、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 領域。

Claims (2)

1. 部品がハンダ付けされる基板のハンダ付け箇所にその先端が配されるハンダごてであって、該ハンダごての中心軸周りに回転可能である、ハンダごてと、
   このハンダごての先端にハンダを供給するハンダ供給手段と、
   上記ハンダごての先端を上記ハンダ付け箇所に配して上記部品をハンダ付けしつつ、上記ハンダ付けを外観検査する制御手段と、
   Ｎを２以上の自然数としたときに、
   各々が、上記ハンダごての前記中心軸周りにＮ回回転対称となるように、上記ハンダごてに斜めにそれぞれ固定され、かつ、上記ハンダごての先端にそれぞれ同時に光を照射するＮ個の光源手段と、
   各々が、上記光源手段の各々と対に、上記ハンダごての前記中心軸周りにＮ回回転対称となるように、上記ハンダごてに上記光源手段と異なる角度で斜めにそれぞれ固定され、かつ、上記ハンダごての先端をそれぞれ同時に撮影して上記制御手段の外観検査に供するＮ個の撮影手段とを備え、
   前記ハンダごての前記中心軸周りの回転に伴って前記Ｎ個の光源手段及び前記Ｎ個の撮影手段の位置が変更される
   ことを特徴とするハンダ付け装置。
2. 部品がハンダ付けされる基板のハンダ付け箇所に、ハンダごての中心軸周りに回転可能であるハンダごてであって該ハンダごての該中心軸周りの回転に伴ってＮ個の光源手段及びＮ個の撮影手段の位置が変更される該ハンダごての先端を配し、
   このハンダごての先端にハンダ供給手段からハンダを供給し、
   制御手段により、上記ハンダごての先端を上記ハンダ付け箇所に配して上記部品をハンダ付けしつつ、上記ハンダ付けを外観検査し、
   Ｎを２以上の自然数としたときに、
   各々が、上記ハンダごての中心軸周りにＮ回回転対称となるように、上記ハンダごてに斜めにそれぞれ固定した前記Ｎ個の光源手段により、上記ハンダごての先端にそれぞれ同時に光を照射し、
   各々が、上記光源手段の各々と対に、上記ハンダごての中心軸周りにＮ回回転対称となるように、上記ハンダごてに上記光源手段と異なる角度で斜めにそれぞれ固定した前記Ｎ個の撮影手段により、上記ハンダごての先端をそれぞれ同時に撮影して上記制御手段の外観検査に供することを特徴とするハンダ付け方法。

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