(57)【要約】【課題】レーザー式のはんだ付け装置において、はんだ付けポイントの温度を測定しかつ制御してはんだ付けを適正な温度で行うことができるようにすると同時に、はんだ付けポイントに対するレーザービームの投射と糸はんだの供給とを正確に行うことができるようにして、はんだ付けの品質を高める。【解決手段】投射ヘッド１からレーザービームＢをはんだ付けポイント３ａに向けて投射することによりはんだ付けするレーザー式はんだ付け装置において、上記はんだ付けポイント３ａから放射される赤外線を温度測定装置７により受光してレーザー出力や投射時間等を制御すると共に、ティーチング後に同形の新たなはんだ付け対象物３をはんだ付けする毎に、ＣＣＤカメラ１９による画像データとティーチングにより設定される基準データとに基づいて、画像処理装置２０により、レーザービームＢとはんだ付けポイント３ａとの間の位置補正と、該はんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの位置補正とを行う。【選択図】図１
2007190576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを出力するレーザー発振器、
上記レーザー発振器から出力されたレーザービームをはんだ付けポイントに向けて投射する投射ヘッド、
上記はんだ付けポイントに糸はんだを供給するはんだ供給装置、
上記投射ヘッドにレーザービームと光軸を一致させて取り付けられたＣＣＤカメラ、
該ＣＣＤカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、上記レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うための補正信号を制御装置に出力する画像処理装置、
はんだ付け時に上記はんだ付けポイント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ポイントの温度を測定する温度測定装置、
上記温度測定装置による測定温度に基づいて上記レーザー発振器の出力及び／又は投射時間を制御するレーザーコントローラ、
自動はんだ付けのためにはんだ付け装置全体を制御する上記制御装置、
を有することを特徴とするレーザー式はんだ付け装置。
【請求項２】
上記温度測定装置が、上記はんだ付けポイントから放射される赤外線を上記投射ヘッドを通じてレーザービームの光軸に沿って受光するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け装置。
【請求項３】
上記ＣＣＤカメラが撮像したはんだ付けポイントの画像を映し出すためのモニターを有し、このモニターの画面上には、上記レーザービームの光軸上に位置する照準点が設けられていて、この画面を見ながら上記ティーチングを行うことにより、上記照準点とはんだ付けポイントとの位置合わせと、該はんだ付けポイントに対する糸はんだの先端の位置決めとを行うように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだ付け装置。
【請求項４】
上記レーザー発振器と温度測定装置のうち少なくともレーザー発振器がテスト用の光源を有し、上記ティーチングの際にこの光源から上記レーザービームの光軸に沿ってテスト光をはんだ付けポイントに照射可能なるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のはんだ付け装置。
【請求項５】
上記温度測定装置による測定温度とＣＣＤカメラによる画像データとに基づいてはんだ付けの良否を判定可能なるように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のはんだ付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーを使用してＩＣやＬＳＩなどの電子部品やその他のワークを精密にはんだ付けするためのレーザー式はんだ付け装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザーを使用してはんだ付けする技術は既に公知である。この技術は、投射ヘッドからプリント基板等のはんだ付けポイントに向けてレーザービームを投射し、このレーザービームの熱で糸はんだを溶融させてはんだ付けするもので、非接触ではんだ付けを行うことができるという利点がある。
【０００３】
ところで、一般に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。また、レーザービームを正しくはんだ付けポイントに投射することと、このはんだ付けポイントに糸はんだを正確に送り込むことも、はんだ付けの品質を高める上で重要である。
【０００４】
ところが、レーザーを使用してはんだ付けを行う場合、レーザーはエネルギー量であるため、レーザービームの投射によってはんだ付けポイントの温度が実際に何度になっているかを知ることは困難である。また、同じ形状を有する複数のワークを次々にはんだ付けする場合、通常は、最初のワークでティーチングを行って基準設定を行ったあと、その設定のまま後続のワークを次々にはんだ付けするが、ワーク相互間で基板に対するセット位置が僅かにずれている場合もあり、その場合には、はんだ付けポイントに対するレーザービームの投射位置や糸はんだの供給位置がずれ、不良はんだを生じることになる。
【０００５】
一方、特許文献１には、レーザーを使用して被溶接材を溶接する際に、溶接部付近から放射される赤外線を受光することによって該溶接部の温度を検出し、検出された温度の時間的特性に基づいて溶接の良否を判定する技術について開示されている。
しかし、この技術は、検出された温度によって溶接結果の良否を判定するだけで、溶接温度を適正な温度に保つことはできない。しかも、はんだ付け装置ではないため、糸はんだを供給するための機構を備えていない。従って、この技術をそのままはんだ付け装置に応用することはできない。
【特許文献１】特開平５−３３７６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の目的は、レーザー式のはんだ付け装置において、はんだ付けポイントの温度を測定しかつ制御してはんだ付けを適正な温度で行うことができるようにすると同時に、はんだ付けポイントに対するレーザービームの投射と糸はんだの供給とを正確に行うことができるようにして、はんだ付けの品質を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のはんだ付け装置は、レーザービームを出力するレーザー発振器、上記レーザー発振器から出力されたレーザービームをはんだ付けポイントに向けて投射する投射ヘッド、上記はんだ付けポイントに糸はんだを供給するはんだ供給装置、上記投射ヘッドにレーザービームと光軸を一致させて取り付けられたＣＣＤカメラ、該ＣＣＤカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、上記レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うための補正信号を制御装置に出力する画像処理装置、はんだ付け時に上記はんだ付けポイント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ポイントの温度を測定する温度測定装置、上記温度測定装置による測定温度に基づいて上記レーザー発振器の出力及び／又は投射時間を制御するレーザーコントローラ、自動はんだ付けのためにはんだ付け装置全体を制御する上記制御装置、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明において好ましくは、上記温度測定装置が、上記はんだ付けポイントから放射される赤外線を上記投射ヘッドを通じてレーザービームの光軸に沿って受光するように構成されていることである。
【０００９】
また、本発明においては、上記ＣＣＤカメラが撮像したはんだ付けポイントの画像を映し出すためのモニターを有し、このモニターの画面上には、上記レーザービームの光軸上に位置する照準点が設けられていて、この画面を見ながら上記ティーチングを行うことにより、上記照準点とはんだ付けポイントとの位置合わせと、該はんだ付けポイントに対する糸はんだの先端の位置決めとを行うように構成されていることが望ましい。
この場合、上記レーザー発振器と温度測定装置のうち少なくともレーザー発振器がテスト用の光源を有し、上記ティーチングの際にこの光源から上記レーザービームの光軸に沿ってテスト光をはんだ付けポイントに照射可能なるように構成されていても良い。
【００１０】
さらに本発明においては、上記温度測定装置による測定温度とＣＣＤカメラによる画像データとに基づいてはんだ付けの良否を判定可能なるように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、はんだ付けポイントの温度を測定してレーザー発振器の出力及び投射時間を制御することにより、該はんだ付けポイントを適正な温度に保つことができ、この結果、品質の良いはんだ付けを行うことができる。また、ＣＣＤカメラによる画像データとティーチングによる基準設定とに基づいて、はんだ付け対象物毎に、レーザービームとはんだ付けポイントとの位置補正と、該はんだ付けポイントに対する糸はんだ先端の位置補正とを行うため、これによってもはんだ付けの品質を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係るレーザー式はんだ付け装置の好ましい代表的な実施形態を例示するもので、このはんだ付け装置は、多関節型ロボットの作業アームに取り付けるための投射ヘッド１を有し、レーザー発振器２から出力されるレーザービームＢを、この投射ヘッド１を通じてはんだ付け対象物（ワーク）３のはんだ付けポイント３ａに投射してはんだ付けするものである。
【００１３】
上記はんだ付け装置はまた、上記レーザー発振器２を制御するためのレーザーコントローラ４と、上記はんだ付けポイント３ａに糸はんだ６を供給するためのはんだ供給装置５と、はんだ付け時に上記はんだ付けポイント３ａ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ポイント３ａの温度を測定する温度測定装置７と、ロボット全体の制御を行う制御装置８とを備えている。
【００１４】
上記投射ヘッド１は、縦向に配設されて下端に投射口１０ａを有する円筒形のケーシング１０を有し、このケーシング１０の内部に、上記レーザービームＢの光軸Ｌに沿って、上下一対の光学レンズ１１ａ，１１ｂと、これらの光学レンズ１１ａ，１１ｂよりも上方の位置にそれぞれ光軸Ｌに対して４５度傾斜するように配設された２つのハーフミラー１２，１３とを備えている。下方の第１ハーフミラー１２は、レーザービームＢは反射するが可視光線と赤外線は透過させ、上方の第２ハーフミラー１３は、赤外線を反射するが可視光線は透過させるものである。
【００１５】
上記ケーシング１０の側面の上記第１ハーフミラー１２に対応する位置には、レーザー発振器２に通じる光ファイバ１５の先端が接続され、この光ファイバ１５を通じて上記第１ハーフミラー１２にレーザービームＢが供給されるようになっている。供給されたレーザービームＢは、この第１ハーフミラー１２により反射され、上方の第１光学レンズ１１ａで平行光にされたあと、下方の第２光学レンズ１１ｂで集光されてはんだ付けポイント３ａに投射され、糸はんだ６を溶融させてはんだ付けを行う。
上記レーザービームＢのビーム径は、径の異なる複数の導光孔を備えたシャッターを通すことによって大小切り換えられるようになっているが、このシャッターの図示は省略されている。なお、このシャッターは、例えば上記投射ヘッド１の側面の上記第１ハーフミラー１２に対応する位置に設けることができる。
【００１６】
また、上記ケーシング１０の側面の上記第２ハーフミラー１３に対応する位置には、上記温度測定装置７に通じる光ファイバ１６の先端が接続され、この光ファイバ１６を通じて上記赤外線を受光するようになっている。即ち、はんだ付け時に主として溶けたはんだから放射される赤外線は、上記投射ヘッド１を通じて上記レーザービームＢの光軸Ｌに沿って受光され、２つの光学レンズ１１ａ，１１ｂと第１ハーフミラー１２とを透過したあと、上方の第２ハーフミラー１３により反射され、光ファイバ１５を通じて上記温度測定装置７に送られることにより、該温度測定装置７に内蔵された温度センサで温度が測定される。
【００１７】
上記温度測定装置７からの温度測定信号はレーザーコントローラ４に送られ、測定温度に基づいて、最適なはんだ付けが行われるように上記レーザー発振器２からのレーザー出力や投射時間等が制御される。これらの出力及び投射時間と加熱温度との関係は、予め上記レーザーコントローラ４に設定されており、この設定データと実際の測定温度とに基づいて必要な演算が施され、その演算結果に基づいて測定温度に関連する適正な出力及び／又は投射時間が選択されて上記レーザー発振器２が制御されるようになっている。
このように、はんだ付け時にはんだ付けポイント３ａの実際の温度を測定し、適正な温度ではんだ付けが行われるようにレーザー出力や投射時間等を制御することにより、品質の良いはんだ付けを行うことが可能となる。
【００１８】
また、上記投射ヘッド１の上端部には、レーザービームＢと光軸Ｌを一致させてＣＣＤカメラ１９が取り付けられている。このＣＣＤカメラ１９は、上記２つの光学レンズ１１ａ，１１ｂと２つのハーフミラー１２，１３とからなる光学系を通じてはんだ付けポイント３ａの画像を撮像するもので、このＣＣＤカメラ１９で撮像されたはんだ付けポイント３ａの画像は、画像処理装置２０に取り込まれると共に、モニター２１の画面２１ａ上に映し出されるようになっている。
【００１９】
上記モニター２１の画面２１ａ上には、上記レーザービームＢの光軸Ｌ上に中心を有する照準点２２が表示されている。この照準点２２は、上記レーザービームＢの位置をビームスポットとして間接的に表示するもので、縦横２本ずつのライン２３ａ，２３ａ及び２３ｂ，２３ｂで囲まれた矩形の領域で表されている。この照準点２２は、上記２つのライン２３ａ，２３ａ及び２３ｂ，２３ｂの間隔を変えることにより、上記シャッター等で決められたレーザービームＢの実際のビーム径に合わせて大きさを変更可能であると共に、画面上の位置を移動可能である。
しかし、上記照準点２２は、上述したように交叉する縦横２本のラインで区画したものである必要はなく、線で円や四角形などに囲んだものであっても良い。
【００２０】
そして、ティーチング時に、図２に示すように、上記画面２１ａ上で照準点２２（ビームスポット）とはんだ付けポイント３ａ及び糸はんだ６の先端との位置関係を観察しながら、制御装置８で上記投射ヘッド１と上記はんだ付け対象物３が搭載されているテーブル２６とを相対的に変位させると共に、上記はんだ供給装置５を制御して糸はんだ６の延出長さ及び位置を調整することにより、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａ及び糸はんだ６の先端の位置が、図２（ａ）に示す未調整の状態から、同図（ｂ）示すように、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａとが適正な割合で重なり合うように位置合わせされると共に、このはんだ付けポイント３ａ（従って照準点２２）に対して糸はんだ６の先端６ａが適正な間隔を保つように位置決めされる。
【００２１】
なお、上記ティーチングの模様は上記モニター２１の画面２１ａ上で確認することができるが、その際、分かり易いように、上記レーザー発振器２にＬＥＤなどのテスト用の光源２８を設け、この光源２８からのテスト光２８ａを、上記光ファイバー１５から上記光学系を通じてはんだ付けポイント３ａにビームスポットとして照射することができる。これにより、エネルギーの大きいレーザービームＢをティーチング時に実際に投射する必要がないので、安全である。なお、上記テスト光の照射は、ティーチングが終了すると停止される。
【００２２】
一方、上記温度測定装置７においては、温度検出領域の中心が上記レーザービームＢの光軸Ｌと一致しているため、上記ティーチングにより照準点２２とはんだ付けポイント３ａとの位置合わせが行われれば、この温度検出領域も必ず該はんだ付けポイント３ａに位置合わせされることになる。このため、特にその状況を上記モニター２１で確認する必要はないが、もし必要であれば、この温度測定装置７にもＬＥＤなどのテスト用光源２９を設け、この光源２９からのテスト光を上記上記光学系を通じてはんだ付けポイント３ａに照射することもできる。
【００２３】
かくして、はんだ付け対象物３上の各はんだ付けポイント３ａに対して上記ティーチングが行われることにより、はんだ付けポイント３ａの数や配置あるいは距離等について自動運転に必要な諸条件が基準設定されたあと、制御装置８のはんだ付け開始釦を押すと、上記投射ヘッド１からレーザービームＢが投射されると共に、はんだ供給装置５から糸はんだ６が所定量ずつ繰り出され、各はんだ付けポイント３ａが次々と自動的にはんだ付けされる。このとき、上記投射ヘッド１から窒素ガスなどの不活性ガスを噴射することにより、この不活性ガスの雰囲気中ではんだ付けを行うように構成することもできる。
【００２４】
一つのはんだ付け対象物３のはんだ付けが終わると、テーブル２６が移動して次の新たなはんだ付け対象物３が送り込まれ、そのはんだ付けが同様に行われる。このとき、はんだ付け対象物３が同じ形状をしていれば、改めてティーチングをやり直すことなくそのまま引き続いてはんだ付けを行うことができる。しかし、実際には、各はんだ付け対象物３を基板上にセットするとき、互いに僅かに位置ずれを生じている場合もあり、その場合には、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａとの位置がずれたり、該はんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの位置がずれたりするため、不良はんだを生じることになる。
【００２５】
そこで、新たなはんだ付け対象物３をはんだ付けする前に、上記画像処理装置２０により、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａとの間の位置補正と、該はんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの位置補正とを行うようにしている。即ち、この画像処理装置２０には、上記ティーチングにより、上記ビームスポットとはんだ付けポイント３ａとの適正な位置関係、及び、はんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの適正な位置関係が基準データとして記憶されていて、これらの基準データと上記ＣＣＤカメラ１９からの実際の画像データとに基づいて必要な演算が行われ、それらの位置ずれを補正するための補正信号が上記制御装置８に出力される。
【００２６】
この補正信号を受けて上記制御装置８は、上記投射ヘッド１とテーブル２６とを相対的に変位させることによって上記ビームスポットとはんだ付けポイント３ａとの位置関係を正しく補正すると共に、上記はんだ供給装置５を制御して上記糸はんだ６の先端の位置補正を行う。そして、その後に上述したはんだ付けが行われるようになっている。
【００２７】
上記画像処理装置２０には、上記温度測定装置７による測定温度と、上記ＣＣＤカメラ１９による画像データとに基づいて、はんだ付けの良否を判定する機能を持たせることもできる。即ち、はんだ付けの品質は、はんだ付け時の加熱温度（溶融したはんだの温度）によってある程度決まることと、ＣＣＤカメラ１９による画像データからはんだ付け部位の状態や未はんだの有無等が観察できることから、上記画像処理装置２０でそれらを検出し、制御信号として出力したり、表示装置に表示することもできる。
【００２８】
かくして上記はんだ付け装置は、はんだ付け時にはんだ付けポイント３ａの実際の温度を測定し、適正な温度ではんだ付けが行われるようにレーザー出力や投射時間等を制御するよにしているため、品質の良いはんだ付けを行うことが可能となる。
しかも、ティーチング時に、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａとの位置合わせと、このはんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの位置決めを行い、さらに、新たなはんだ付け対象物３をはんだ付けする毎に、ＣＣＤカメラ１９による画像データとティーチングにより設定される基準データとに基づいて、上記画像処理装置２０により、上記照準点２２とはんだ付けポイント３ａとの間の位置補正と、該はんだ付けポイント３ａに対する糸はんだ６の先端６ａの位置補正とを行うようにしているため、確実かつ高精度のはんだ付けを行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るはんだ付け装置の構成図である。
【図２】（ａ）は、はんだ付けポイントに対するビームスポット（照準点）の位置合わせと糸はんだ先端の位置決めとを行う前の状態を示す図である。（ｂ）は、はんだ付けポイントに対するビームスポット（照準点）の位置合わせと糸はんだ先端の位置決めとを行った後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    投射ヘッド
２    レーザー発振器
３ａ  はんだ付けポイント
４    レーザーコントローラ
５    はんだ供給装置
６    糸はんだ
６ａ  先端
７    温度測定装置
８    制御装置
１９    ＣＣＤカメラ
２０    画像処理装置
２１    モニター
２１ａ  画面
２２    照準点
２５    制御装置
２８，２９    光源
Ｂ    レーザービーム
Ｌ    光軸
【図１】
2007190576.tif 000003
【図２】
2007190576.tif 000004