JP7129276B2 - はんだごて及びはんだ付けシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、はんだごて及びはんだ付けシステムに関する。

プリント回路基板に部品をはんだ付けする方法の一つとして、フロープロセスがある。このフロープロセスでは、部品が仮付けされた基板の下面をはんだ槽に浸けながら基板を通過させる。そして、このフロープロセスの後、はんだごてを使った人の手作業で、はんだ付け不良の修正が行われている。また、プリント回路基板の修理も、はんだごてを使った人の手作業で行われている。

特開２０１５－１１５４２７号公報

本発明の実施形態は、はんだ付けの修正や修理作業の際に人の作業性を損なうことなくトレーサビリティの確立が可能なはんだごて及びはんだ付けシステムを提供する。

本発明の実施形態によれば、はんだごては、こて先の温度を検出する温度センサと、前記こて先の少なくとも２次元座標の位置を検出する位置センサとを有する。

実施形態のはんだ付けシステムの構成を示す模式図。 実施形態のはんだごての一部分の模式断面図。 実施形態のはんだ付けシステムを用いた情報収集のフローチャート。 実施形態のはんだ付けシステムを用いた情報分析のフローチャート。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。各図において、同じ要素には同じ符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態のはんだ付けシステムの構成を示す模式図である。
図２は、実施形態のはんだごて１０の一部分の模式断面図である。

実施形態のはんだ付けシステムは、はんだごて１０と、ステーション２０と、こて台３０と、情報処理部４０と、撮像装置５０と、表示部６０と、を有する。

ステーション２０は、電気ケーブル２１を通じてはんだごて１０と接続されている。ステーション２０は、はんだごて１０に電力を供給する電源と、はんだごて１０のこて先１３の温度を制御するコントローラを内蔵している。

はんだごて１０は、把持部１１と、こて先１３と、把持部１１とこて先１３との間に設けられたパイプ部１２とを有する。

図２に示すように、パイプ部１２にヒーター１７と温度センサ１４が内蔵されている。ヒーター１７には、ステーション２０に内蔵された電源から電気ケーブル２１を通じて電力が供給される。温度センサ１４は、電気ケーブル２１を通じて、ステーション２０に内蔵されたコントローラと接続されている。温度センサ１４は、こて先１３の温度を検出する。

図１に示すように、把持部１１には、２つの位置センサ１５ａ、１５ｂが内蔵されている。２つの位置センサ１５ａ、１５ｂははんだごて１０の長手方向に離間し、２つの位置センサ１５ａ、１５ｂを結ぶ直線上にこて先１３の先端が位置する。位置センサ１５ａ、１５ｂは、例えば、画像認識用のマーカー、超音波センサ、加速度センサである。

把持部１１には、作業者がはんだ付け不良に対する作業モードを例えばボタン操作で入力できる操作部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられていてもよい。

情報処理部４０は、情報取得部４１と、情報保存部４２と、音声認識部４３と、テキスト変換部４４と、情報分析部４５と、マイク４６と、スピーカー４７と、入力部４８とを有する。

情報処理部４０、ステーション２０、はんだごて１０、こて台３０、撮像装置５０、および表示部６０は、相互に接続され、制御信号やデータ信号の伝達が可能になっている。さらに、情報処理部４０は、ネットワークを通じてサーバー７０に接続可能である。

本実施形態のはんだ付けシステムは、例えばプリント回路基板にはんだ槽を使ったフロープロセスで部品をはんだ付けした後のはんだ付け不良の修正おけるはんだ付け作業に適用することができる。また、本実施形態のはんだ付けシステムは、プリント回路基板の修理におけるはんだ付け作業に適用することができる。それら作業において、作業者は、はんだごて１０を用いて手作業によるはんだ付けを実施し、そのときに本システムによって各種情報が収集される。

図３は、実施形態のはんだ付けシステムを用いた情報収集のフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、基板品種、工程名、作業者等の各種情報を登録する。工程名は、例えばフロー後の修正工程や修理工程など、製造工程のどの段階の作業であるかを特定する情報である。作業者情報は、例えば氏名等の作業者を特定する情報や、作業者の資格、熟練度等である。これら登録情報は、情報保存部４２に保存される。

次に、ステップＳ１０２において、ステーション２０を操作して、こて先１３の温度を設定する。こて先１３の温度は、設定された温度に向かって上昇し始める。

作業者がステーション２０の温度表示を視認して、こて先１３の温度が設定された温度まで上昇したことを確認すると、ステップＳ１０３において、こて先１３を、はんだ付けされた部品が搭載されたプリント回路基板１００における修正（または修理）対象箇所に移動させる。

このとき、情報取得部４１は、温度センサ１４の検出信号からこて先１３の温度を取得する。こて先１３の温度の時間変化が取得される。また、情報取得部４１は、位置センサ１５ａ、１５ｂの検出信号からこて先１３の位置を取得する。

位置センサ１５ａ、１５ｂは、画像認識用のマーカー、超音波センサ、加速度センサ等である。画像認識用のマーカーの場合は、撮像装置５０が撮像した画像からマーカーの位置を検出する。超音波センサの場合は、超音波センサの発信機をはんだごて１０側に設置し、受信機をステーション２０等の固定物に設置することで位置を検出する。発信機を固定物に、受信機をはんだごて１０側に設置してもよい。加速度センサの場合は、作業者がはんだごて１０をこて台３０（待機位置または基準位置）からプリント回路基板１００の修正対象箇所に移動させる際に発生する加速度から、位置センサ１５ａ、１５ｂのこて台３０からの移動距離が算出される。さらに、この移動距離からこて台３０を基準とした位置センサ１５ａ、１５ｂの位置が算出される。

そして、こて先１３の先端は、２つの位置センサ１５ａ、１５ｂを結ぶ直線上に位置しているため、２つの位置センサ１５ａ、１５ｂのそれぞれの位置から、こて先１３の先端の位置（こて台３０に対する相対位置）が算出される。

修正対象箇所に移動したこて先１３がはんだに接触すると、こて先１３からはんだへの熱伝導により、こて先１３の温度は空気中にあるときよりも低下する（ステップＳ１０４）。このこて先１３の温度低下をトリガにして、上記こて先１３の位置検出が実行される（ステップＳ１０５）。または、把持部１１に設けられた操作部１６ａ、１６ｂ、１６ｃで、作業者が位置検出トリガを入力してもよい。

位置センサ１５ａ、１５ｂが例えば画像認識用のマーカーである場合、撮像装置５０はプリント回路基板１００に設定された原点１０１と、把持部１１に設けられたマーカーを撮像し、この撮像装置５０が撮像した画像から、プリント回路基板１００の原点１０１と、こて先１３との位置関係が認識される（ステップＳ１０６）。位置センサ１５ａ、１５ｂが超音波センサや加速度センサの場合は、はんだごて１０とプリント回路基板１００のそれぞれが絶対的な原点（同じであることが望ましい）を持ち、座標変換により、プリント回路基板１００の原点上の座標に、はんだごて１０の座標が変換される。

作業者は、修正対象箇所に応じて、はんだ付け作業しやすいようにプリント回路基板１００を面内で回すことがあり、原点１０１が移動し得る。原点１０１が移動しても、撮像装置５０の画像により、原点１０１と、こて先１３との位置関係の認識が可能である。

情報取得部４１は、撮像装置５０が撮像した画像からプリント回路基板１００上におけるこて先１３の位置を算出する（ステップＳ１０７）。

プリント回路基板１００における基板品種、部品情報、基板ＩＤ等の基板設計情報は予め登録されている。例えばバーコードリーダーである入力部４８によって基板設計情報は読み取られ、情報保存部４２に保存される。

この基板設計情報から、原点１０１を基準にしたプリント回路基板１００上の２次元座標が設定され、さらに原点１０１とこて先１３との位置関係から、プリント回路基板１００上におけるこて先１３の位置（２次元座標）が算出される。すなわち、修正対象箇所の座標が算出される。さらに、こて先１３の接触位置または近傍位置にある部品の情報も、こて先１３の位置に紐付けされ、修正対象の部品の特定も可能になる。それら情報は、情報保存部４２に保存される（ステップＳ１０８）。

作業者は、修正（または修理）作業の際に、はんだ付け不良に対する作業モードを情報処理部４０に入力する（ステップＳ１０９）。例えば、はんだごて１０の把持部１１に設けられた操作部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを操作することによって、はんだ付け不良に対する作業モードを入力する。

例えば、はんだブリッジ修正の場合には操作部１６ａを押し、はんだ過多修正の場合には操作部１６ｂを押し、はんだ不足修正の場合には操作部１６ｃを押すことで、はんだ付け不良の種類およびその不良に対する修正作業が特定される。または、作業者は、マイク４６を通じて、音声によって作業モードを入力することもできる。

入力された作業モードは、情報保存部４２に保存される（ステップＳ１１２）。音声で作業モードが入力された場合には、音声認識部４３で作業モードが認識された後（ステップＳ１１０）、テキスト変換部４４で音声信号がテキストデータに変換され（ステップＳ１１１）、情報保存部４２に保存される（ステップＳ１１２）。

このようにして、本システムによれば、温度センサ１４、位置センサ１５ａ、１５ｂ、撮像装置５０、基板設計情報、作業者の入力情報などから得られる、はんだ付け作業の特徴的な情報が収集され、保存される。ここで、はんだ付け作業の特徴的な情報とは、例えば、こて先の温度プロファイル（温度の時間変化）、こて先の基板上での位置（座標）、こて先の傾斜角度、こて先の移動速度、こて先の移動時間、はんだ付け不良モード、はんだ付け不良に対する修正作業モード、複数箇所を修正する際の時間的および空間的インターバル、こて先形状、こて先の熱容量、こて先交換時間などである。このような情報は、相互に紐付けされ、情報分析部４５によって分析される。

図４は、実施形態のはんだ付けシステムを用いた情報分析のフローチャートである。

情報分析部４５は、情報保存部４２に保存された上記情報（データ）を読み込み（ステップＳ２０１）、分析する（ステップＳ２０２）。また、上記データや分析結果は、可視化処理され（ステップＳ２０３）、表示部６０に表示される（ステップＳ２０４）。

例えば、表示部６０に、はんだ付け不良モードがマッピングされたプリント回路基板１００の画像が表示される。例えば、不良モードの種類が、マッピングの色、形、大きさ等に対応付けられる。

情報分析部４５は、さらに分析結果を判定および評価する（ステップ２０５）。例えば、ある特定箇所におけるはんだ付け不良の頻度が高い場合には、はんだ槽を使ったフロープロセスの条件が適正であるかどうかを判定し、プロセス条件の変更を提案することができる（ステップＳ２０７）。さらに、提案したプロセス条件の変更を自動で行い、作業指示書を自動で作成、更新することもできる（ステップＳ２０８）。

また、ステップＳ２０５において、不適切な作業（例えばこて先を当てている時間の過不足や温度の異常）が判定されると、スピーカー４７を通じて、アラーム等で警告することもできる（ステップＳ２０６）。または、例えば音声で適切な作業タイミング（こて先を離すタイミング等）を知らせることもできる。

以上説明した実施形態によれば、はんだ付けの修正や修理作業において、データの収集および可視化を自動で実行するので、作業者の作業性を損なうことなくトレーサビリティの確立が可能となる。例えば、フロープロセス後の人手による修正作業において、不良発生箇所をデータとして取得することが可能となる。フロープロセスにおいて発生するはんだブリッジ、はんだの過不足の傾向を把握し、プロセス条件へのフィードバックが可能となる。作業者に負荷をかけることなく、作業者が修正した箇所を容易に記録でき、プロセスや設計への適切なフィードバックが可能となる。さらに、収集データを、はんだ付けにおける人手作業の品質管理、習熟度アップ、技能継承に生かすことができる。例えば、未熟な作業者の作業データと、熟練作業者の作業データとを比較することで、作業者の教育などに活用できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…はんだごて、１３…こて先、１４…温度センサ、１５ａ,１５ｂ…位置センサ、１７…ヒーター、２０…ステーション、３０…こて台、４０…情報処理部、５０…撮像装置、６０…表示部、７０…サーバー、１００…プリント回路基板

Claims (12)

1. こて先の温度を検出する温度センサと、前記こて先の少なくとも２次元座標の位置を検出する位置センサとを有するはんだごて。
2. 前記位置センサは、超音波センサまたは加速度センサである請求項１記載のはんだごて。
3. ２つの前記位置センサが互いに離間して配置され、
   前記２つの位置センサを結ぶ直線上に前記こて先が位置する請求項１または２に記載のはんだごて。
4. はんだ付け不良に対する位置検出トリガまたは作業モードを入力する操作部をさらに有する請求項１～３のいずれか１つに記載のはんだごて。
5. 温度センサと位置センサとを有するはんだごてと、
   前記温度センサの検出信号から前記はんだごてのこて先の温度を取得し、前記位置センサの検出信号から前記こて先の少なくとも２次元座標の位置を取得する情報処理部と、
   を備えたはんだ付けシステム。
6. 基板に設定された原点と、前記こて先とを撮像する撮像装置をさらに備え、
   前記情報処理部は、前記撮像装置によって得られた画像から、前記基板上における前記こて先の位置を算出する請求項５記載のはんだ付けシステム。
7. 前記情報処理部は、前記温度センサにより得られる前記こて先の温度低下をトリガにして、前記基板上における前記こて先の位置を算出する請求項６記載のはんだ付けシステム。
8. 前記情報処理部は、基板上における前記こて先の位置、前記こて先の温度、および前記基板の部品情報を紐付けて保存する請求項５記載のはんだ付けシステム。
9. 前記情報処理部は、はんだ付け不良に対する作業モードの入力を受け、前記基板上における前記こて先の位置、前記こて先の温度、前記部品情報に加えてさらに前記はんだ付け不良モードを紐付けて保存する請求項８記載のはんだ付けシステム。
10. 音声で前記作業モードの入力を受けるマイクをさらに備えた請求項９記載のはんだ付けシステム。
11. 前記はんだごては、前記作業モードを入力する操作部をさらに有する請求項９記載のはんだ付けシステム。
12. 前記基板に前記こて先が接触する請求項６または８に記載のはんだ付けシステム。

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