JPH0788639A - ろう付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属部材のろう付けに好適な、調整を最適にで
きるろう付け装置を提供する。 【構成】金属同士をろう材により接合する装置におい
て、被接合金属の加熱手段と、加熱部の温度を検出する
赤外線領域検出用カメラ９と、画像処理手段１０と表示
手段を有し、赤外線領域検出用カメラ９から一定周期毎
に画像データを取り込む取り込み手段１２と、その一定
周期毎に画像データをデジタル画像データに変換するＡ
／Ｄ変換手段１３と、その一定周期毎にデジタル画像デ
ータからろう材の溶融部分を抽出し表示手段に表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトーチろう付け，高周波
ろう付け，電気抵抗ろう付け，差しろう付け，置きろう
付けなど金属部材のろう付けに好適なろう付け装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】特開平4−83152号公報では、電子部品の
接合部位について赤外線カメラから出力される画像情報
をもとに形状，温度分布等の情報を比較分析して欠陥部
の割り出しを行い、欠陥の種類を判別して良否の検査を
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし特開平4−83152
号公報では、電子部品の欠陥検査を目的としており、調
整時に接合方法が信頼性よく最適になるように調整する
こととは目的が違っている。そのため接合部位を面でと
らえて欠陥の判断をしているが、さらにその履歴、すな
わち時間特性を利用して接合プロセスの途中経過を判断
の材料とすることをしていない。また結果がよい場合で
も、接合の信頼性を高くして最適な状態にまで調整する
ために画像情報や履歴を利用して接合条件を変更指示す
ることまで到っていない。

【０００４】本発明の目的は、ろう付けの調整段階に、
時間経過とともに溶融ろうの流れ具合あるいは流れる状
況を把握して、不良をなくし短時間で行うろう付け装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は被接合金属の加熱手段と、ろう付け部の温
度を検出する赤外線領域検出用カメラと、赤外線領域検
出用カメラから取り込まれた画像データを処理する画像
処理手段と、その処理データを表示する表示手段とを含
むろう付け装置において、画像処理手段内に、赤外線領
域検出用カメラから一定周期毎に画像データを取り込む
画像データ取り込み手段と、一定周期毎に取り込んだ画
像データをＡ／Ｄ変換してデジタル画像データにするＡ
／Ｄ変換手段を設け、一定周期毎にそのデジタル画像デ
ータからろう材の溶融部分を抽出し（これを溶融ろう抽
出画像データと呼ぶ）表示手段に表示するろう材溶融部
分抽出手段とを設ける。さらに一定周期毎に溶融ろう抽
出画像データを用いて、接合時の最適なろう付け領域に
対するろう材溶融状況を判定し表示手段に表示するろう
材溶融状況判定手段を設ける。また溶融ろう抽出画像デ
ータあるいはろう材溶融状況判定手段の判定データを記
憶するろう材溶融データ記憶手段を設ける。ろう付け終
了後には、ろう材溶融データ記憶手段に記憶された履歴
の全記憶あるいはその一部を読み込み、最適なろう付け
状況と最適なろう付けに到る履歴に対する今回のろう付
け状況と履歴を比較判断し、判断結果を表示手段に表示
するろう付け状況判断手段を設ける。

【０００６】また、本装置にろう材を供給するろう材供
給手段を設けてもよい。加熱手段をガストーチとする場
合は、赤外線領域検出用カメラの測定波長領域がガスト
ーチより発生する火炎の影響を除去あるいは低減する領
域とする。赤外線領域検出用カメラは赤外線透過フィル
タ付きＴＶカメラや赤外線カメラが好適である。

【０００７】ろう付け装置は手動でも自動でもよい。自
動の場合には、さらに、加熱手段の供給熱量，ろう材の
量，ろう送り速度，画像処理手段で用いるろう差し温度
閾値等の設定パラメータ、あるいは加熱手段，ろう材等
の空間的位置よりなるろう付け条件項目入力手段と、ろ
う付け状況判断手段の判断結果に基づいて、ろう付け条
件の変更を判断して表示手段に表示するろう付け条件変
更指示手段を設けることもできる。またろう付け状況判
断手段の判断データあるいはろう付け条件変更指示手段
の指示データを記憶するろう付け処理データ記憶手段を
設けてもよい。

【０００８】

【作用】以上の構成のろう付け装置では、赤外線領域検
出用カメラから一定周期毎に画像データを取り込み、取
り込んだ画像データをＡ／Ｄ変換してデジタル画像デー
タに変換し、そのデジタル画像データからろう材の溶融
部分を抽出し表示するので、ろう材の溶融状態である溶
融ろうが刻々とろう付け部に増加して広がっていくプロ
セスを認識できる。さらに溶融ろう抽出画像データを用
いて、接合時の最適なろう付け領域に対するろう材溶融
状況を判定して表示するので、その瞬間の進行具合を定
量的に認識できる。また溶融ろう抽出画像データあるい
はろう材溶融状況判定手段の判定データを記憶すること
により後でそれを再現できるため、不具合点を正確に把
握し、変更点を決定することが可能となる。

【０００９】ろう付け終了後には、ろう材溶融データ記
憶手段に記憶された履歴の全記憶あるいはその一部を読
み込み、最適なろう付け状況と最適なろう付けに到る履
歴に対する今回のろう付け状況と履歴を比較判断し、判
断結果を表示手段に表示するろう付け状況判断手段を設
けることにより、履歴まで含めた判断をして、不具合点
を自動的に認識できる。

【００１０】本装置にろう材を供給するろう材供給手段
を設けた場合も、また加熱手段をガストーチとした場合
は、赤外線領域検出用カメラの測定波長領域がガストー
チより発生する火炎の影響を除去あるいは低減する領域
とすれば、上記の作用を生じる。赤外線領域検出用カメ
ラとしては赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラや赤外線
カメラが好適であり、上記の作用を生じる。

【００１１】ろう付け装置が自動の場合には、さらに、
加熱手段の供給熱量，ろう材の量，ろう送り速度，画像
処理手段で用いるろう差し温度閾値等の設定パラメータ
あるいは加熱手段，ろう材等の空間的位置よりなるろう
付け条件項目を入力し、ろう付け状況判断手段の判断結
果に基づいて、ろう付け条件の変更を判断して表示する
ろう付け条件変更指示手段を設けることにより、自動的
に変更すべきろう付け条件を指示できる。またろう付け
状況判断手段の判断データあるいはろう付け条件変更指
示手段の指示データを記憶すれば、後でその時の結果を
見ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図５により
説明する。ここに図１は本発明の一実施例である調整時
の自動ろう付け装置を示すブロック図、図２は図１の自
動ろう付け装置を用いた調整時のろう付けフローチャー
ト、図３は表示手段であるモニタ１１に表示された、あ
る時間におけるろう材溶融部分抽出手段１６の処理デー
タを示す説明図、図４は最適ろう付け領域内と外でのブ
ロック分けの一例を示した説明図、図５は表示手段であ
るモニタ１１に表示されたろう付け条件変更指示手段１
９の結果を示す説明図である。なおここではトーチろう
付けでしかも差しろう付けの場合を示している。また自
動ろう付けの場合を示しているが、自動でなくてもよ
い。

【００１３】まず、図１を用いて本装置の構成を説明す
る。嵌合された被接合金属である銅パイプ１，２，ろう
材であるりん銅ろう芯線３をろう付け対象とした自動ろ
う付け装置である。その構成は、銅パイプ１，２の加熱
手段であるガストーチ４，ガストーチ４を保持する加熱
ロボット５，それを制御する加熱ロボット用コントロー
ラ５ａ，ろう材供給手段であるろう芯線供給ノズル６と
リールからろう芯線を供給するろう芯線送り装置７，ろ
う芯線供給ノズル６を保持するろう芯線供給ロボット
８，それを制御するろう芯線供給ロボット用コントロー
ラ８ａ，ろう付け部の温度を検出する赤外線領域検出用
カメラである赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９，そ
の画像データを処理する画像処理手段である画像処理装
置１０，ろう付け条件を支持するろう付け条件決定装置
４０，画像処理装置１０とろう付け条件決定装置４０の
処理結果を表示する表示手段であるモニタ１１，全体を
制御する制御装置２１である。画像処理装置１０の構成
は、赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９から一定周期
毎に画像データを取り込む画像データ取り込み手段１
２，取り込んだ画像データをＡ／Ｄ変換してデジタル画
像データを作成するＡ／Ｄ変換手段１３，りん銅ろう芯
線３を供給する前のパイプ加熱時に加熱部の代表温度
（例えば平均温度である）を演算する加熱部温度演算手
段１４，その結果を用いてろう差し温度に達しているか
いないか判定するろう差し温度判定手段１５，ろう差し
温度に達した場合はりん銅ろう芯線３の送りを開始し、
制御を切替え、Ａ／Ｄ変換手段１６から得られたデジタ
ル画像データよりろう材溶融部分を抽出するろう材溶融
部分抽出手段１６，それを最適なろう付け領域と比較し
て判定するろう材溶融状況判定手段１７，ろう材溶融部
分抽出手段１６の抽出データあるいはろう材溶融状況判
定手段１７の判定データを記憶するろう材溶融データ記
憶手段３０，画像処理装置１０内全体を制御し、また外
部とのインタフェースを管理する制御手段２０よりな
る。またろう付け条件決定装置４０の構成は、画像処理
装置１０内のろう材溶融データ記憶手段３０に記憶され
たデータの全記憶あるいは一部を読み込み、最適なろう
付け状態と履歴に対する今回の結果を判断するろう付け
状況判断手段１８，設定すべきろう付け条件項目を入力
するろう付け条件項目入力手段３２，ろう付け状況判断
手段１８の判断結果と設定すべきろう付け条件項目に基
づいてろう付け条件の変更を判断するろう付け条件変更
指示手段１９，ろう付け状況判断手段１８の判断結果ま
たはろう付け条件変更指示手段１９の判断結果を記憶す
るろう付け処理データ記憶手段３１よりなる。モニタ１
１は、画像処理装置１０内のろう材溶融部分抽出手段１
６の判定データ，ろう材溶融状況判定手段１７の判定デ
ータと、ろう付け条件決定装置４０内のろう付け状況判
断手段１８の判断データ，ろう付け条件変更指示手段１
９の判断データを表示できる。赤外線透過フィルタ付き
ＴＶカメラ９の測定波長域については、火炎の影響が除
去できる領域としている。あるいは赤外線透過フィルタ
付きＴＶカメラ９で観測されるろう付け温度に相当する
輝度に対して、火炎の輝度がほとんどを無視できる波長
領域としてもよい。また、赤外線透過フィルタ付きＴＶ
カメラ９の絞りについては、銅パイプ１，２においてろ
う溶融温度，ろう差し温度，ろう付け終了温度に相当す
る輝度に十分差があり、高精度に検出可能な設定とす
る。またここではろう材溶融部分抽出手段１６，ろう材
溶融状況判定手段１７，ろう付け状況判断手段１８，ろ
う付け条件変更指示手段１９，ろう材溶融データ記憶手
段３０，ろう付け処理データ記憶手段３１，ろう付け条
件項目入力手段３２を画像処理装置１０とろう付け条件
決定装置４０の二つに分けた。

【００１４】次に、図１から図５によりろう付け調整時
の手順を説明する。図１に示すように、制御装置２１が
自動ろう付け開始信号を加熱ロボット用コントローラ５
ａに出力すると、加熱ロボット５が加熱位置に移動しガ
ストーチ４より炎を出して銅パイプ１，２を加熱する。
制御装置２１は同時に画像処理装置１０の制御手段２０
及びろう芯線供給ロボット用コントローラ８ａに信号を
送り、赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９を用いた加
熱部の温度センシングとろう芯線供給ロボット８を予熱
位置へ移動させてりん銅ろう芯線３の先端部の予熱を開
始する。赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９及び画像
処理装置１０がろう差し温度閾値Ｓ_bより大きくなりろ
う差し温度に達したことを検出すると、ろう差しを開始
する。すなわち、制御装置２１が画像処理装置１０内の
制御手段２０，加熱ロボット用コントローラ５ａ，ろう
芯線供給ロボット用コントローラ８ａ，ろう芯線送り装
置７へ信号を送る。また、制御装置２１がタイマ管理を
し、ろう付け終了時間になるとろう付けを終了する。加
熱ロボット用コントローラ５ａはガストーチ４の火力を
弱くしてろう付け部を一定温度に保つようにする。ろう
芯線供給ロボット用コントローラ８ａは、ろう芯線供給
ロボット８をろう芯線供給位置へ移動させ、ろう芯線送
り装置７は一定速度で一定量になるまでりん銅ろう芯線
３を送り続ける。その送り時間は、先に述べた制御装置
２１のタイマ管理時間と同じであるかあるいは短い時間
になるようにする。画像処理装置１０では制御手段２０
が制御して、赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９より
ろう差し部分の画像データを一定周期毎に画像データ取
り込み手段１２により取り込む。それをＡ／Ｄ変換手段
１３によりデジタル画像データへ変換する。そのデジタ
ル画像データをろう材溶融部分抽出手段１６によりろう
材溶融部分を抽出して溶融ろう抽出画像データを作成す
る。その方法は、りん銅ろう芯線３によるろう材溶融部
分の輝度値が周囲の銅パイプ１，２の温度に相当する輝
度値に比べてはるかに高い値を示すため、適当な抽出閾
値Ｓ_m を設定して比較を行い抽出する。この溶融ろう抽
出画像データは、モニタ１１に表示されるとともにろう
材溶融データ記憶手段３０に記憶される。ここではある
時間における溶融ろう抽出画像データを図３に示してい
る。この溶融ろう抽出画像データを一定周期毎に得て表
示することにより、溶融ろうの流れ具合がわかるので、
ろう付けがうまくいくかどうか、うまくいかない場合は
なぜうまくいかないのかを推測することができる。

【００１５】この溶融ろう抽出画像データの中にある溶
融ろうデータ２２を用いてろう材溶融状況判定手段１７
により判定を行う。その方法は、まず図４に示すよう
に、最適ろう付け領域２３を、銅パイプ１の部分で少な
くともろう付けされなければならない領域であり、しか
も銅パイプ２との接合部分の外観形状がよくろう材の無
駄遣いも少ない領域であるとし、最適ろう付け領域２３
内で溶融ろうデータ２２の占める領域内データ２２ａ
と、最適ろう付け領域２３外で溶融ろうデータ２２の占
める領域外データ２２ｂにブロック分けする。そして領
域内データ２２ａに相当する領域内ブロックＢ_a の把握
と、最適ろう付け領域２３に対する領域内ブロックＢ_a
の占有率Ａの演算と、領域外データ２２ｂに相当する領
域外ブロックＢ_b の把握と、最適ろう付け領域２３に対
する領域外ブロックＢ_b の占有率Ｂの演算をする。以上
の判定データをモニタ１１に表示するとともに、ろう材
溶融データ記憶手段３０に記憶する。モニタ１１に表示
する際には、図３に示す溶融ろう抽出画像データの上に
重ねて表示してもよい。このろう材溶融状況判定手段１
７の判定データを表示することにより、溶融ろうの流れ
具合を最適ろう付け領域２３に対して定量的に認識でき
る。

【００１６】ろう付け終了時間に達していない場合は、
再び赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９より画像処理
装置１０内の画像データ取り込み手段１２がろう差し部
分の画像データを取り込み、ろう付け終了時間になるま
で上記の処理を一定周期で反復する。ろう付け終了時間
に達すると、制御装置２１がろう付け終了信号を出力し
て加熱ロボット５とろう芯線供給ロボット８を退避さ
せ、画像処理装置１０は画像データ取り込みを中止す
る。

【００１７】ろう付けが終了すると、ろう付け条件決定
装置４０内のろう付け状況判断手段１８がろう材溶融デ
ータ記憶手段３０に記憶されているろう付け履歴の全デ
ータの読み込みまたは一個置きのデータを読み込むとい
う一部のデータの読み込みをし、以下の判断をする。第
一は占有率Ａについて、最適な時間特性（図示せず）と
比較して最適な時間特性曲線を含むある範囲に収まって
いるか、それよりも上昇が速いか遅いかの判断である。
第二は占有率Ａが１００％になったかそれともなってい
ないかの判断である。第三は領域内ブロックＢ_a の空間
的時間特性と最適な空間的時間特性の比較である。例え
ば、溶融ろうの最適な空間的時間特性が、図３に示すよ
うに左下にあるりん銅ろう芯線３が銅パイプ１の左下か
ら溶融を開始して右上の方へ徐々に広がっていくもので
あり、銅パイプ１の右側に達するまで右端には溶融ろう
が見えないと仮定する。その場合、もし左下から広がっ
た溶融ろうが銅パイプ１の右端に達する前に、既に右側
からも溶融ろうが広がっていれば最適な特性と違い、赤
外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９から見えないパイプ
の後側を回って広がる方が速いという判断ができる。第
四は占有率Ｂと領域外閾値Ｓ_oaとの比較である。領域外
閾値Ｓ_oaとは、溶融ろうが接合に寄与せず外に漏れてし
まい、ろう回り不足あるいはろう浸透不足の判断のため
の閾値である。第五は領域外ブロックＢ_b の空間的時間
特性の解析であり、どの場所で漏れが起こっているかを
解析する。以上をもとに、まず第二と第四の結果により
ろう付けＯ.Ｋ.か否かを決める。ろう付けＯ.Ｋ.の場合
は、第一，第三，第五の結果を用いて最適なろう付けで
あるかどうか判断する。最適なろう付けであれば調整終
了となるが、それ以外の場合は第一から第五の結果を用
いて変更すべきろう付け条件を求める。このようにろう
付け状況判断手段１８を用いれば定量的にろう付け結果
を判断できる。

【００１８】次にろう付け条件変更指示手段１９により
変更すべきろう付け条件を判断して指示することになる
が、事前にろう付け条件項目入力手段３２によりろう付
け条件項目を入力しておく必要がある。ここでろう付け
条件項目とは設定パラメータと空間的位置及びそれらの
取り得る範囲よりなる。設定パラメータとはガストーチ
４の火力やろう差し温度閾値Ｓ_b やろう付け終了時間や
ろう芯線送り装置７の送り速度や送り量であり、空間的
位置とは銅パイプ１，２に対するガストーチ４の位置や
ろう芯線供給ノズル６の位置である。ろう付け条件変更
指示手段１９の内容は、例えば、占有率Ａが１００％未
満でしかも占有率Ｂが領域外閾値Ｓ_oa以下の場合は、ろ
うはそれほど外に漏れていないにも関わらずろう回り不
足であるため、ろう芯線送り量が不足していると推定で
きる。よってろう芯線送り量を増やすように指示する。
占有率Ａが１００％であっても占有率Ｂが領域外閾値Ｓ
_oaを越え、領域外ブロックＢ_b の空間的時間特性の解析
で、図４に示す左下のブロックに時間とともに溶融ろう
が増加していく場合は、溶融ろうは銅パイプ１の最適ろ
う付け領域２３を満たしはしたが銅パイプ２との接合部
分には浸透せずりん銅ろう芯線３を差す位置で外に漏れ
ている量が多いと判断できるため、ろう付け条件のろう
芯線送り速度を遅くするように指示する。この変更指示
の表示の例を図５に示している。また図５では、ろう付
け終了時間における溶融ろう抽出画像データも一緒に表
示している。ここではろう付け変更指示手段１９の二つ
の例を示した。その他にもいろいろな変更指示ができ
る。これを用いれば次に変更すべきろう付け条件がわか
るので、調整が楽になる。ろう付け条件変更指示手段１
９の指示により、ろう付け条件を変更し再び最初からろ
う付けを開始し、最適なろう付けになるまで反復する。
なお、ろう付け状況判断手段１８の判断データやろう付
け条件変更指示手段１９の指示データをろう付け処理デ
ータ記憶手段３１に記憶していけば、調整の途中で疑問
を感じたときに再び調整の履歴を見ることができる。

【００１９】ここではろう付け終了時間をタイマ管理と
したが、これは赤外線透過フィルタ付きＴＶカメラ９と
画像処理装置１０を用いてろう付け終了用閾値を設定し
て管理してもよい。この場合には、ろう付け条件項目入
力手段３２の設定パラメータとしてろう付け終了時間の
代りにろう付け終了用閾値が加わることになる。

【００２０】以上の例では赤外線透過フィルタ付きＴＶ
カメラ９の台数を１台としたが、もっと他の面からも見
るために複数としてもよい。またそれらを処理する画像
処理装置１０が複数になってもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、赤外線領域検出用カメ
ラ，画像処理手段と表示手段を用いて、溶融ろうが刻々
と増加して広がっていく状況を一定周期毎に抽出して表
示するため、溶融ろうの流れ具合が一目瞭然であり、ろ
う付け条件の不具合点や改善すべき点がわかるので、調
整が楽になりまた短時間で済ませることができる。また
最適ろう付け領域と比較判断するので、不具合点を定量
的に認識できる。また記憶しておくことにより後で見る
ことができるので、次の変更すべきろう付け条件を正確
に決めることが可能になる。

【００２２】また、ろう付け終了後に、ろう材溶融デー
タ記憶手段に記憶されたろう付け履歴の全部あるいはそ
の一部を読み込み、最適なろう付け状況と履歴に対する
今回のろう付け状況と履歴を判断するため、時間特性ま
で含めた定量的判断ができる。さらにその判断結果に基
づいて変更すべきろう付け条件を指示するので、それに
より調整時間もかなり短縮される。またこれも記憶して
おくことにより後で見ることができるので、調整の方向
の修正が可能となる。

【００２３】また加熱手段をガストーチとした場合は、
赤外線領域検出用カメラの測定波長領域をガストーチよ
り発生する火炎の影響を除去あるいは低減する領域とす
ることによりろう付け部をはっきり見ることができ、溶
融ろうの流れ具合もよくわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調整時の自動ろう付け装置の一例を示
すブロック図。

【図２】図１の自動ろう付け装置を用いた調整時のろう
付けフローチャート。

【図３】表示手段であるモニタに表示された、ある時間
におけるろう材溶融部分抽出手段の抽出画像データを示
す説明図。

【図４】最適ろう付け領域内と外でのブロック分けの一
例を示す説明図。

【図５】表示手段であるモニタ１１に表示されたろう付
け条件変更指示手段の結果を示す説明図。

【符号の説明】

１，２…銅パイプ、３…りん銅ろう芯線、４…ガストー
チ、６…ろう芯線供給ノズル、９…赤外線透過フィルタ
付きＴＶカメラ、１０…画像処理装置、１１…モニタ、
１２…画像データ取り込み手段、１３…Ａ／Ｄ変換手
段、１６…ろう材溶融部分抽出手段、１７…ろう材溶融
状況判定手段、１８…ろう付け状況判断手段、１９…ろ
う付け条件変更指示手段、２２…溶融ろうデータ、２３
…最適ろう付け領域、３０…ろう材溶融データ記憶手
段、３１…ろう付け処理データ記憶手段、３２…ろう付
け条件項目入力手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属同士をろう材により接合する装置にお
   いて、被接合金属の加熱手段と、ろう付け部の温度を検
   出する赤外線領域検出用カメラと、前記赤外線領域検出
   用カメラにより取り込まれた画像データを処理する画像
   処理手段と、前記画像処理手段の処理データを表示する
   表示手段とを含み、前記画像処理手段内に設け、前記赤
   外線領域検出用カメラから一定周期毎に前記画像データ
   を前記画像処理手段に取り込む画像データ取り込み手段
   と、前記画像処理手段内に設け、前記一定周期毎に前記
   画像データ取り込み手段に入力された前記画像データを
   Ａ／Ｄ変換してデジタル画像データにするＡ／Ｄ変換手
   段と、前記一定周期毎に前記デジタル画像データから前
   記ろう材の溶融部分を抽出し前記表示手段に表示するろ
   う材溶融部分抽出手段を含むことを特徴とするろう付け
   装置。